Аналіз мереж. Аналіз небезпеки ураження струмом у різних електричних мережах Електрична схема людини
Існують різні схеми включення людини в електричний ланцюгструму:
Однофазний дотик – дотик до провідника однієї фази електроустановки, що діє;
Двофазний дотик – одночасний дотик до провідників двох фаз діючої електроустановки;
Дотик до нетоковедучих частин електроустановок, що опинилися під напругою внаслідок пошкодження ізоляції;
Включення під напругу кроку – включення між двома точками землі (ґрунту), що знаходяться під різними потенціалами.
Розглянемо найбільш характерні схеми включення людини до електричного ланцюга струму.
Однофазний дотик у мережі з глухозаземленою нейтраллю.Струм, що протікає через тіло людини ( I h) при однофазному дотику (рис. 6) замкнеться ланцюгом: фаза L 3 – тіло людини - основа (підлога) – заземлювач нейтралі – нейтраль (нульова точка).
Мал. 6. Схема однофазного дотику у мережі
з глухозаземленою нейтраллю
За законом Ома: ,
Де Rо - опір заземлення нейтралі,
Rосн - опір основи.
Якщо основа (підлога) струмопровідна, то Rосн ≈ 0
Враховуючи те що Rпро « R h, то
U h = Uф
Такий дотик украй небезпечний.
Однофазний дотик у мережі із ізольованою нейтраллю.Струм, що протікає через тіло людини (мал. 7), замкнеться по ланцюгах: фаза L 3 - тіло людини - підлога і далі повертається в мережу через ізоляції фаз L 2 та L 1, тобто. далі струм слідує за ланцюгами: ізоляція фази L 2 - фаза L 2 - нейтраль (нульова точка) та ізоляція фази L 1 - фаза L 1 – нейтраль (нульова точка). Таким чином, у ланцюгу струму, що протікає через тіло людини, послідовно з ним виявляються включеними ізоляції фаз L 2 та L 1 .
Мал. 7. Схема однофазного дотику в мережі
із ізольованою нейтраллю
Опір ізоляції фази Zмає активну ( R) та ємнісну складові ( З).
R– характеризує неідеальність ізоляції, тобто. здатність ізоляції проводити струм, хоч і значно гірше, ніж метали;
З– ємність фази щодо землі визначається геометричними розмірами уявного конденсатора, «пластинками» якого є фази та землі.
При R 1 = R 2 = R 3 = Rф і З 1 = З 2 = З 3 = ЗФ струм, що протікає через тіло людини:
де Z- Повний опір ізоляції фазного дроту щодо землі.
Якщо ємність фаз знехтувати Зф = 0 (повітряні мережі невеликої протяжності), то:
звідки випливає, що величина струму залежить не лише від опору людини, але також від опору ізоляції фазного дроту щодо землі.
Якщо, наприклад, R 1 = R 2 = R 3 = 3000 Ом, то
; U h= 0,0111000 = 110 В
Двофазний дотик.При двофазному дотику (рис. 8) незалежно від режиму нейтралі людина опиниться під лінійною напругою мережі Uл і за законом Ома:
при Uл = 380 В: I= 380/1000 = 0,38 А = 380 мА.
Мал. 8. Схема двофазного дотику людини
Двофазний дотик дуже небезпечний, такі випадки порівняно рідкісні і є, як правило, результатом роботи під напругою в електроустановках до 1000 В, що є порушенням правил та інструкції.
Дотик до металевого корпусу, що опинився під напругою.Дотик до корпусу електроустановки (рис. 9), в якій фаза ( L 3) замкнулася на корпус, рівносильно дотику до самої фази. Тому аналіз і висновки випадків однофазного дотику, розглянуті раніше, повністю застосовуються для випадку замикання на корпус.
Мал. 9. Схема дотику людини до металевого
корпусу, що опинився під напругою
Аналіз небезпеки ураження практично зводиться до визначення значення струму, що протікає через тіло людини в різних умовах, в яких вона може виявитися при експлуатації електроустановок, або дотику напруги. Небезпека ураження залежить від ряду факторів: схеми включення людини в електричний ланцюг, напруги мережі, схеми самої мережі, режиму її нейтралі, ступеня ізоляції струмовідних частин від землі, ємності струмовідних частин щодо землі тощо.
Які схеми включення людини до електричного ланцюга?
Найбільш характерними є дві схеми включення: між двома фазами електричної мережі, між однією фазою та землею. Крім того, можливий дотик до заземлених нетоковедучих частин, що опинилися під напругою, а також включення людини під крокову напругу.
Що називається нейтраллю трансформатора (генератора) та які режими її роботи?
Точка з'єднання обмоток живильного трансформатора (генератора) називається нейтральною точкою, або нейтраллю. Нейтраль джерела живлення може бути ізольована та заземлена.
Заземленою називається нейтраль генератора (трансформатора), приєднана до заземлювального пристрою безпосередньо або через мале опір (наприклад, через трансформатори струму).
Ізольованою називається нейтраль генератора або трансформатора, не приєднана до заземлювального пристрою або приєднана до нього через великий опір (прилади сигналізації, вимірювання, захисту, дугогасні реактори, що заземлюють).
Що покладено основою вибору режиму нейтралі?
Вибір схеми мережі, а отже, і режиму нейтралі джерела струму виробляють виходячи з технологічних вимог та умов безпеки.
При напрузі до 1000 В широкого поширення набули обидві схеми трифазних мереж: трипровідна із ізольованою нейтраллю та чотирипровідна із заземленою нейтраллю.
За технологічними вимогами перевага часто надається чотирипровідній мережі, вона використовує дві робочі напруги - лінійну та фазну. Так, від чотирипровідної мережі 380 В можна живити як силове навантаження - трифазну, включаючи її між фазними проводами на лінійну напругу 380, так і освітлювальну, включаючи її між фазним і нульовим проводами, тобто на фазну напругу 220 В. При цьому стає значно дешевшою електроустановка за рахунок застосування меншої кількості трансформаторів, меншого перерізу проводів тощо.
За умовами безпеки вибирають одну з двох мереж виходячи із положення: за умовами дотику до фазного проводу в період нормального режиму роботи мережі безпечнішою є мережа із ізольованою нейтраллю, а в аварійний період - мережа із заземленою нейтраллю. Тому мережі із ізольованою нейтраллю доцільно застосовувати, коли є можливість підтримувати високий рівеньізоляції мережі та коли ємність мережі щодо землі незначна. Це можуть бути мало розгалужені мережі, які не піддаються впливу агресивного середовища та перебувають під постійним наглядом кваліфікованого персоналу. Прикладом можуть бути мережі невеликих підприємств, пересувні установки.
Мережі із заземленою нейтраллю застосовують там, де неможливо забезпечити хорошу ізоляцію електроустановок (через високу вологість, агресивне середовище тощо) або не можна швидко відшукати та усунути пошкодження ізоляції, коли ємнісні струми мережі внаслідок значної її розгалуженості досягають великих значень, небезпечних для життя. людини. До таких мереж відносяться мережі великих промислових підприємств, міські розподільчі та ін.
Існуюча думка про більш високий ступінь надійності мереж із ізольованою нейтраллю недостатньо обґрунтована.
Статистичні дані вказують, що за умовами надійності роботи обидві мережі практично однакові.
При напрузі вище 1000 В до 35 кВ мережі з технологічних причин мають ізольовану нейтраль, а вище 35 кВ – заземлену.
Оскільки такі мережі мають велику ємність проводів щодо землі, для людини однаково небезпечний дотик до проводу мережі як із ізольованою, так і із заземленою нейтраллю. Тому режим нейтралі мережі вище 1000 В за умовами безпеки не вибирається.
Якою є небезпека двофазного дотику?
Під двофазним дотиком розуміється одночасний дотик до двох фаз електроустановки, що під напругою (рис. 1).
Мал. 1. Схема двофазного дотику людини до мережі змінного струму
Двофазний дотик небезпечніший. При двофазному дотику струм, що проходить через тіло людини по одному з найнебезпечніших для організму шляхів (рука-рука), залежатиме від напруги, що прикладається до тіла людини, рівної лінійній напругі мережі, а також від опору тіла людини:
- U л - лінійна напруга, тобто напруга між фазними проводами мережі;
- R чол – опір тіла людини.
У мережі з лінійною напругою U л = 380 В при опорі тіла людини R чол = 1000 Ом струм, що проходить через тіло людини, дорівнюватиме:
Цей струм для людини смертельно небезпечний. При двофазному дотику струм, що проходить через тіло людини, практично не залежить від режиму мережі нейтралі. Отже, двофазний дотик однаково небезпечний як у мережі із ізольованою, і із заземленою нейтраллю (за умови рівності лінійних напруг цих мереж).
Випадки дотику людини до двох фаз відбуваються порівняно рідко.
Чим характеризується однофазний дотик?
Однофазним дотиком називається дотик до однієї фази електроустановки, що під напругою.
Воно відбувається у багато разів частіше, ніж двофазний дотик, але менш небезпечний, оскільки напруга, під якою виявляється людина, не перевищує фазного. Відповідно, менше виявляється і струм, що проходить через тіло людини. Крім того, на цей струм впливають режим нейтралі джерела струму, опір ізоляції проводів мережі щодо землі, опір статі (або підстави), на якому стоїть людина, опір її взуття і деякі інші фактори.
Якою є небезпека однофазного дотику в мережі із заземленою нейтраллю?
Мал. 2. Схема дотику людини до однієї фази трифазної мережі із заземленою нейтраллю
У мережі із заземленою нейтраллю (рис. 2) ланцюг струму, що проходить через тіло людини, включає опір тіла людини, його взуття, статі (або основи), на якому стоїть людина, а також опір заземлення нейтралі джерела струму. З урахуванням зазначених опорів струм, що проходить через тіло людини, визначається з наступного виразу:
- U ф - фазна напруга мережі,;
- R чол – опір тіла людини, Ом;
- R про - опір взуття людини, Ом;
- R п - опір статі (підстави), на якому людина стоїть, Ом;
- R o - опір заземлення нейтралі джерела струму Ом.
При найбільш несприятливих умовах (людина, що доторкнулася до фази, має на ногах струмопровідне взуття - сире або підбите металевими цвяхами, стоїть на сирій землі або на провідній підставі - металевій підлозі, на заземленій металоконструкції), тобто коли R про = 0 і R п = 0, рівняння набуває вигляду:
Оскільки опір нейтралі R o зазвичай набагато менше опору тіла людини, то їм можна знехтувати. Тоді
Однак за цих умов і однофазний дотик, незважаючи на менший струм, є дуже небезпечним. Так, у мережі з фазною напругою U ф = 220 В при R чол = 1000 Ом струм, проходячи через тіло людини, матиме значення:
Такий струм смертельно небезпечний для людини.
Якщо людина має на ногах непровідне взуття (наприклад, гумові калоші) і стоїть на ізолюючій основі (наприклад, на дерев'яній підлозі), то
- 45000 - опір взуття людини, Ом;
- 100000 - опір підлоги, Ом.
Струм такої сили небезпечний для людини.
З наведених даних видно, що для безпеки працюючих в електроустановках велике значення мають ізолюючі підлоги і взуття, що не проводить струм.
Які особливості однофазного дотику у мережі із ізольованою нейтраллю?
У мережі з ізольованою нейтраллю (рис. 3) струм, що проходить через тіло людини в землю, повертається до джерела струму через ізоляцію проводів мережі, яка у справному стані має великий опір.
З урахуванням опорів взуття R про підлоги або підстави R п, на якому стоїть людина, включених послідовно опору тіла людини R чол, струм, що проходить через тіло людини, визначається рівнянням:
де R - опір ізоляції однієї фази мережі відносно землі, Ом.
Мал. 3. Схема дотику людини до однієї фази трифазної мережі із ізольованою нейтраллю
При найбільш несприятливому випадку, коли людина має взуття, що проводить струм, і стоїть на струмопровідній підлозі, тобто при R об = 0 і R п = 0, рівняння значно спроститься:
Для цього випадку в мережі з фазною напругою U ф = 220 В і опором ізоляції фази R = 90 000 Ом при R чол = 1000 Ом струм, що проходить через людину, буде дорівнює:
Цей струм значно менший за струм (220 мА), обчислений нами для випадку однофазного дотику за аналогічних умов, але в мережі із заземленою нейтраллю. Він визначається переважно опором ізоляції проводів щодо землі.
Яка мережа є безпечнішою - із ізольованою чи заземленою нейтраллю?
За інших рівних умов дотик людини до однієї фази мережі із ізольованою нейтраллю менш небезпечно, ніж у мережі із заземленою нейтраллю. Однак цей висновок справедливий лише для нормальних (безаварійних) умов роботи мереж, за наявності незначної ємності щодо землі.
У разі аварії, коли одна з фаз замкнута на землю, мережа із ізольованою нейтраллю може виявитися більш небезпечною. Пояснюється це тим, що при такій аварії в мережі із ізольованою нейтраллю напруга неушкодженої фази щодо землі може зрости з фазної до лінійної, тоді як у мережі із заземленою нейтраллю підвищення напруги виявиться незначним.
Однак сучасні електричні мережі через їхню розгалуженість і значну протяжність створюють велику ємнісну провідність між фазою і землею. У цьому випадку небезпека дотику людини до однієї та двох фаз практично однакова. Кожен із цих дотиків дуже небезпечний, оскільки струм, що проходить через тіло людини, досягає дуже великих значень.
Що таке напруга кроку?
Під напругою кроку розуміється напруга між двома точками ланцюга струму, що є одна від одної на відстані кроку, на яких одночасно стоїть людина. Розмір кроку зазвичай приймається рівною 0,8 м.
Для деяких тварин (коні, корови) величина напруги кроку більша, ніж для людей, і шлях струму захоплює грудну клітину. З цих причин вони більш схильні до поразок кроковим напруженням.
Крокова напруга виникає навколо місця переходу струму від пошкодженої електроустановки в землю. Найбільша величина буде біля місця переходу, а найменша - на відстані понад 20 м, тобто за межами, що обмежують поле розтікання струму в ґрунті.
На відстані 1 м від заземлювача падіння напруги становить 68% повної напруги, на відстані 10 м - 92%, на відстані 20 м потенціали точок настільки малі, що практично можуть дорівнювати нулю.
Такі точки поверхні ґрунту вважаються такими, що знаходяться поза зоною розтікання струму, і називаються «землею».
Небезпека напруги кроку збільшується, якщо людина, яка зазнала його впливу, падає. І тоді напруження кроку зростає, тому що шлях струму проходить вже не через ноги, а через все тіло.
Випадки поразки людей через напругу кроку відносно рідкісні. Вони можуть статися, наприклад, поблизу проводу, що впав на землю (у такі моменти до відключення лінії не можна допускати людей і тварин на близьку відстань до місця падіння проводу). Найбільш небезпечні напруги кроку при ударі блискавки.
Опинившись у зоні крокової напруги, виходити з неї слід невеликими кроками у бік, протилежну місцю передбачуваного замикання на землю, і зокрема дроту, що лежить на землі.
Проходження струму через людину є наслідком його дотику не менше, ніж до двох точок електричного ланцюга, між якими є деяка різниця потенціалів (напруга).
Небезпека такого дотику є неоднозначною і залежить від ряду факторів:
схеми включення людини в електричний ланцюг;
напруги мережі;
схеми самої мережі;
режиму нейтралі мережі;
ступеня ізоляції струмовідних частин від землі;
ємності струмопровідних частин щодо землі.
Класифікація мереж напругою до 1000 В
Однофазні мережі
Однофазні мережі розділяться на двопровідні та однопровідні.
Двопровідні
Двопровідні мережі діляться на ізольовані від землі та із заземленим проводом.
Ізольовані від землі
Із заземленим дротом
Дані мережі широко використовуються у народному господарстві, починаючи з живлення малою напругою переносного інструменту та закінчуючи живленням потужних однофазних споживачів.
Однопровідні
У разі однопровідної мережі роль другого дроту виконує земля, рейка і т.д.
 |
| Однофазна мережа. Однопровідна |
Основне застосування ці мережі отримали в електрифікованому транспорті (електровози, трамваї, метро тощо).
Трифазні мережі
Залежно від режиму нейтралі джерела струму та наявності нейтрального або нульового провідника можуть бути виконані за чотирма схемами.
Нейтральна точка джерела струму- точка, напруги на якій щодо всіх фаз однакові за абсолютним значенням.
Нульова точка джерела струму- Заземлена нейтральна точка.
Провідник, приєднаний до нейтральної точки, називається нейтральним провідником (нейтраллю), а до нульової точки - нульовим провідником.
1. Трипровідна мережа із ізольованою нейтраллю
2. Трипровідна сісти із заземленою нейтраллю
3. Чотирьох провідна мережа із ізольованою нейтраллю
4. Чотирьох провідна мережа із заземленою нейтраллю
При напрузі до 1000В нашій країні використовуються схеми «1» і «4».
Схеми включення людини в електричний ланцюг
Двофазний дотик- між двома фазами електричної мережі. Як правило, найбільш небезпечне тому, що має місце бути лінійна напруга. Однак ці випадки досить рідкісні.
Однофазний дотик- між фазою та землею. При цьому передбачається наявність електричного зв'язку між мережею та землею.
Докладніше про схеми включення людини в ланцюг див. Долін П.А. Основи техніки безпеки у електроустановках.
Однофазні мережі
Ізольована від землі
Нормальний режим
Чим краща ізоляція проводів щодо землі, тим менша небезпека однофазного дотику до дроту.
Дотик людини до дроту з великим електричним опором ізоляції є більш небезпечним.
Аварійний режим
При замиканні дроту на землю людина доторкнулась до справного дроту, виявляється під напругою, що дорівнює майже повній напругі лінії, незалежно від опору ізоляції проводів.
Із заземленим дротом
Дотик до незаземленого дроту
У даному випадкулюдина виявляється практично під повною напругою мережі.
Дотик до заземленого дроту
У нормальних умовах дотик до заземленого дроту практично не є небезпечним.
Дотик до заземленого дроту. Аварійний режим роботи
При короткому замиканні напруга на заземленому дроті може досягати небезпечних значень.
Трифазні мережі
З ізольованою нейтраллю
Нормальний режим
Небезпека дотику визначається повним електричним опором проводів щодо землі, із збільшенням опору, небезпека дотику зменшується.
Аварійний режим
Напруга дотику практично дорівнює лінійному напрузі мережі. Найнебезпечніший випадок.
Із заземленою нейтраллю
Нормальний режим
Людина у разі виявляється майже під фазним напругою мережі.
Аварійний режим
Величина напруги дотику лежить між лінійною та фазною напругою, залежить від співвідношення між опором замикання на землю та опором заземлення.
Заходи забезпечення електробезпеки
Виключення контакту людини з струмопровідними частинами.
Релаїзується за допомогою розташування струмопровідних частин у недосяжних місцях (на висоті, в кабельних каналах, коробах, трубах і т.д.)
Використання малої напруги (12, 24, 36 В).
Наприклад, для живлення ручного інструменту в приміщеннях з підвищеною небезпекою ураження електричним струмом.
Використання подвійної ізоляції.
Наприклад, виконання корпусу електроустановки з діелектрика.
Застосування засобів індивідуального захисту.
Перед застосуванням ЗІЗ необхідно обов'язково переконатися в їх справності, цілісності, а також перевірити терміни попередньої та подальшої перевірки інструменту.
Основні захисні засобизабезпечують безпосередній захист від ураження електричним струмом.
Додаткові захисні засобине можуть самостійно забезпечити безпеку, але можуть допомогти при використанні основних засобів.
Контролює ізоляцію обладнання та мереж.
- вихідний контроль.
– Плановий.
- Позачерговій тощо.
Захисний поділ мереж.
Дозволяє зменшити ємність ліній поблизу споживачів електричної енергії.
Захисне заземлення - навмисне електричне з'єднання металевих нетоковедущих частин, що можуть опинитися під напругою, із землею або її еквівалентом (популярно про заземлення на geektimes.ru).
У мережах до 1000 У захисне заземлення застосовується в мережах з ізольованінейтраллю.
Принцип дії полягає у зменшенні до безпечного значення напруги дотику.
Коли заземлення неможливе, з метою захисту вирівнюють потенціал основи на якому стоїть людина та обладнання шляхом підвищення. Наприклад, з'єднання ремонтного кошика із фазним провідником ЛЕП.
Заземлювачі поділяються на:
a. Штучні, призначені для цілей заземлення безпосередньо.
b. Природні, які у землі металеві предмети іншого призначення, які можна використовувати як заземлителей. Винятки за критерієм вибухопожежонебезпеки (газопроводи і т.д.).
Опір заземлення має бути трохи більше кількох Ом. При цьому згодом у результаті корозії опір заземлювача зростає. Тому його величина має періодично контролюватись (зима/літо).
Захисне занулення - навмисне з'єднання металевих нетоковедущих частин, які можуть опинитися під напругою, з багаторазово заземленим нульовим захисним провідником.
Область застосування - електроустановки із заземленою нейтраллю з напругою до 1000В.
Принцип дії - перетворення замикання на корпус обладнання однофазне коротке замикання, з наступним відключенням обладнання з перевищення максимально допустимої сили струму.
Струмовий захист реалізується або за допомогою автоматичних вимикачів, або плавких запобіжників. Особливу увагу необхідно приділити вибору товщини нульового захисного дроту, достатньої проведення струму короткого замикання.
Застосування ПЗВ (пристроїв захисного відключення).
Даний вид захисту спрацьовує, коли струми вхідний і що виходить у контурі, що відстежується, не збігаються за величиною тобто, коли має місце бути витік струму. Наприклад, при дотику людини до фазного дроту, частина струму йде повз основний контур в землю, що і викликає відключення живлення обладнання в контрольованому контурі. Детальніше, .
Так як від опору електричного ланцюга R істотно залежить величина електричного струму, що проходить через людину, то тяжкість поразки багато в чому визначається схемою включення людини до ланцюга. Схеми що утворюються при контакті людини з провідником ланцюгів залежить від виду застосовуваної системи електропостачання.
Найбільш поширені електричні мережі, у яких нульовий провід заземлений, т. е. коротко з'єднаний провідником із землею. Дотик до нульового дроту практично не становить небезпеки для людини, небезпечний тільки фазний провід. Однак розібратися, який із двох проводів нульовий, складно - на вигляд вони однакові. Розібратися можна за допомогою спеціального приладу - визначника фази.
На конкретних прикладах розглянемо можливі схеми включення людини в електричний ланцюг при дотику до провідників.
Двофазне включення в електричний ланцюг
Найбільш рідкісним, але й найбільш небезпечним, є дотик людини до двох фазних дротів або провідників струму, з'єднаних із ними (рис. 1).
У цьому випадку людина опиниться під дією лінійної напруги. Через людину потече струм шляхом «рука-рука», тобто опір ланцюга буде включати тільки опір тіла ()
Якщо прийняти опір тіла в 1 кОм, а електричну мережу напругою 380-220 В, то сила струму, що проходить через людину, дорівнюватиме
Це смертельно небезпечний струм Тяжкість електротравми або навіть життя людини залежатиме насамперед від того, як швидко вона звільниться від контакту з провідником струму (розірве електричний ланцюг), бо час впливу в цьому випадку є визначальним.
Значно частіше трапляються випадки, коли людина однією рукою стикається з фазним проводом або частиною приладу: апарату, який випадково або навмисно електрично з'єднаний з ним. Небезпека ураження електричним струмом у разі залежить від виду електричної мережі (із заземленою чи ізольованою нейтраллю).
Трифазна трипровідна електрична мережа змінного струму із ізольованою нейтраллю (у системі IT).
Двофазний дотик до струмоведучих частин (рис. 3).
Мал. 3. Двофазний (двополюсний) дотик до струмоведучих частин у системі IT
U ф - фазна напруга; I h - сила струму, що протікає через людину;
R h - Опір людини; L 1, L 2, L 3 - фазні провідники.
Сила струму (I h , А), що протікає через людину, визначається за формулою
де U л - лінійна напруга, В;
U ф - фазна напруга, В;
R h - Опір людини, Ом.
Наприклад, в електромережі з лінійною напругою 380 (U ф = 220 В) при опорі тіла людини 1000 Ом сила струму, що протікає через людину, становить:
Ця сила струму смертельно небезпечна людини.
При двофазному дотику струм, що проходить крізь людину, мало залежить від режиму роботи нейтралі. Небезпека дотику не зменшиться і в тому випадку, якщо людина буде надійно ізольована від землі.
Однофазний дотик (рис.4.) відбувається у багато разів частіше, ніж двофазний, але менш небезпечно, оскільки напруга, під яким виявляється людина, вбирається у фазного, тобто. менше лінійного в 1,73 рази і, крім того, струм, що протікає через людину, повертається до джерела (електромережі) через ізоляцію проводів, яка у справному стані має великий опір.
Рис.4. Однофазний (однополюсний) дотик до струмоведучих частин у системі IT
r 1 , r 2 , r 3 - опір ізоляції проводів електромережі; з 1, з 2, з 3 – ємність проводів електромережі
Сила струму (I h , А), що протікає через людину, для цього випадку визначається за формулою
де R п - перехідний опір, Ом (опір статі, на якому стоїть людина та взуття); Z – опір ізоляції фазного дроту щодо землі, Ом (активна та ємнісна складові).
У найбільш несприятливій ситуації, коли людина має струмопровідне взуття і стоїть на струмопровідній підлозі (R п ~ 0), сила струму, що протікає через тіло, визначається за формулою
якщо U ф = 220, R h = 1 кОм, Z = 90 кОм, то I h = 220/(1000 + (90000 / 3)) = 0,007 А (7 мА).
Трифазна чотирипровідна електрична мережа змінного струму із заземленою нейтраллю (у системі TN).
Однофазний дотик до струмоведучих частин.
Рис.5. Однофазний (однополюсний) дотик до струмоведучих частин у системі TN
R 0 - Опір заземлення нейтралі електромережі
У чотирипровідній електричній мережі змінного струму з глухозаземленной нейтраллю (система TN) струм, що проходить через людину, повертається до джерела (електромережі) не через ізоляцію проводів, як у попередньому випадку, а через опір заземлення нейтралі (R 0) джерела струму (R 0) джерела струму (. ). Сила струму, що проходить через тіло людини, визначається за формулою:
де R 0 - Опір заземлення нейтралі джерела струму, Ом.
Опір заземлювального пристрою, до якого приєднана нейтраль джерела струму, у будь-яку пору року має бути не більше 2, 4 та 8 Ом відповідно при лінійних напругах 660, 380 та 220 В. Цей опір має бути забезпечений з урахуванням використання природних заземлювачів, а також заземлювачів повторних заземлень PEN- або PE-провідника повітряних ліній електропередач (ПЛ) напругою до 1 кВ. Опір заземлювача, розташованого в безпосередній близькості від нейтралі джерела струму, має бути не більше 15, 30 і 60 Ом відповідно при тих же лінійних напругах 660, 380 і 220 Ст.
приклад. У найбільш несприятливій ситуації, розглянутій вище, при U ф = 220, R h = 1000 Ом, R п ~ 0 Ом R 0 = 30 Ом сила струму, що протікає через тіло людини, складе:
I h = 220/1000 + 30 = 0,214 А (214 мА), що є смертельно небезпечним для людини.
Якщо взуття не струмопровідне (наприклад, гумові калоші з опором 45 кОм) і людина стоїть на підлозі не струмопровідної (наприклад, дерев'яна підлога з опором 100 кОм), тобто. R п = 145 кОм, то сила струму, що протікає через тіло людини, становитиме:
I h = 220/1000 + 60 + 145 000 = 0,0015 А (1,5 мА), що небезпеки для людини не становить.
Таким чином, за інших рівних умов дотик людини до одного фазного проводу мережі з ізольованою нейтраллю менш небезпечно, ніж в електромережі із заземленою нейтраллю.
Розглянуті вище схеми включення людини до електричного ланцюга трифазного змінного струму справедливі для нормальних (безаварійних) умов роботи електричних мереж.
В аварійному режимі роботи трифазної електричної мережі змінного струму один із фазних проводів, наприклад, електромережі із заземленою нейтраллю (у системі TN) може бути замкнутий на землю (при спрацьовуванні системи захисного заземлення, падінні фазного проводу на землю тощо) через опір R зм (рис. 6).
Мал. 6. Однофазний (однополюсний) дотик до струмоведучих частин в аварійному режимі роботи електромережі.
R зм – опір замикання фазного дроту (L 2) на землю
Сила струму, що проходить через тіло людини, що стосується цієї ситуації одного зі справних фазних проводів (L 1 , L 3), визначається з рівняння
де R зм - Опір замикання фазного дроту на землю, Ом.
Якщо при цьому R зм ~ 0 або набагато менше і R 0 і R h то їм можна знехтувати, тоді сила струму, що проходить через тіло людини, буде визначатися за формулою
т. е. людина буде включатися в електричний ланцюг двофазно, причому друга фаза підключається до нього через ноги і на величину I h істотно впливатиме перехідний опір R п.
При напругах до 1000 В у виробничих умовах широкого поширення набули обидві розглянуті вище схеми трифазних електричних мереж змінного струму: трипровідна із ізольованою нейтраллю (система IT) та чотирипровідна із заземленою нейтраллю (система TN).
Електричну мережу з ізольованою нейтраллю доцільно застосовувати у тих випадках, коли є можливість підтримувати високий рівень опору ізоляції фазних проводів та незначну ємність останніх щодо землі. Такими є електричні мережі малорозгалужені, які не піддаються впливу агресивного середовища і перебувають під постійним наглядом кваліфікованого персоналу. Так, наприклад, у вугільних шахтах використовуються лише електромережі із ізольованою нейтраллю.
Електричну мережу із заземленою нейтраллю слід застосовувати там, де неможливо забезпечити хорошу ізоляцію проводів (наприклад, через високу вологість або агресивне середовище), коли не можна швидко відшукати або усунути пошкодження ізоляції, або коли ємнісні струми електромережі внаслідок значної її розгалуженості досягають великих значень, небезпечні для людини.
При напрузі вище 1000 по технологічних причин електричні мережі напругою до 35 кВ включно мають ізольовану нейтраль, понад 35 кВ – заземленную. Оскільки такі електромережі мають велику ємність проводів щодо землі, для людини однаково небезпечним є дотик до фазних проводів незалежно від режиму роботи нейтралі енергоджерела. Тому режим роботи нейтралі електромережі напругою вище 1000 за умовами безпеки не вибирається.
