Условия на токов удар
Директният контакт с части под напрежение на инсталации под напрежение е свързан с опасност от токов удар. В същото време степента на опасност и възможността от токов удар зависят от това как човек е докоснал живи проводници.
Има два случая на допир:
1) към два линейни проводника едновременно;
2) към един проводник.
Двуфазно докосване. Едновременното докосване на два линейни проводника (две фази) (фиг. 6, а) е изключително опасно, тъй като в този случай към човешкото тяло се прилага най-високото възможно напрежение в тази мрежа - линейно. Токът, протичащ през човешкото тяло, е
където I h е токът, протичащ през човешкото тяло, в A;
U l - линейно напрежение на инсталацията във V;
U f - фазово напрежение във V;
R h - човешко съпротивление в ома.
В мрежа с линейно напрежение 380 V и съпротивление на човешкото тяло от 1000 ома, през човека ще премине ток, равен на I h \u003d 380/1000 \u003d 0,38 A
Такова течение, разбира се, е опасно за човешкия живот.
Ориз. 6. Схема на пътя на електрическия ток:
a - с двуфазно докосване; b - с еднофазно докосване в система със заземен неутрал; c - с еднофазен контакт в система с изолирана неутрала; d - с еднофазно докосване в системата при наличие на капацитет
Случаите на двуфазно човешко докосване са много редки. Достатъчно е да се каже, че от всички случаи на електрически наранявания с тежък изход делът на едновременните докосвания до две фази е от 3 до 10%.
Едно докосване. В 90-97% от случаите,което доведе до тежък токов удар, имаше докосване на една фаза. Еднофазният контакт обаче е значително по-малко опасен от двуфазния. Това се обяснява с факта, че при еднофазно докосване напрежението, под което се намира човек, не надвишава фазовото напрежение, т.е. по-малко от линейното с \u003d 1,73 пъти. Съответно токът, протичащ през човешкото тяло, също е по-малък. В допълнение, стойността на този ток се влияе и от неутралния режим на източника на ток, съпротивлението на пода, на който стои човекът, съпротивлението на обувките му и някои други фактори.
Неутралите на генераторите и трансформаторите могат да бъдат направени или здраво заземени, или изолирани от земята. Заземен е неутралът на генератор или трансформатор, свързан към заземително устройство директно или чрез ниско съпротивление (например токови трансформатори и др.). Изолирана неутрала е неутрала, която не е свързана към заземително устройство или е свързана към него чрез голямо съпротивление (например компенсиращи намотки, трансформатори на напрежение и др.).
На фиг. 6, b и c показва диаграми на електрически мрежи със заземен и изолиран неутрал.
Монофазно докосване в мрежа с плътно заземена неутрала. С такова докосване (фиг. 6, b) токът, протичащ през човешкото тяло, се определя от фазовото напрежение на мрежата, съпротивлението на тялото Rch, съпротивлението Rp на пода и почвата в зоната от краката до заземяващото устройство, съпротивлението на обувките R o b и съпротивлението на заземяване на неутрала на източника на ток R 0:
Нека разгледаме най-неблагоприятния случай. Да предположим, че човек, който е докоснал една фаза, стои на влажна земя или на проводим (метален или глинен) под; обувките му също са проводими -необработен или има метални пирони. Следователно можем да приемем Rp = 0 и Rb = 0.
Тъй като неутралното заземително съпротивление R 0 обикновено е 4 ома, то може да бъде пренебрегнато, без да се нарушава точността на изчислението. В резултат на това формулата ще приеме формата.
С линейно напрежение U l \u003d 380 V, ток, равен на
Това течение е животозастрашаващо.
Ако човек стои на изолационен под (например от метлах плочки) в непроводими обувки (например гумени), тогава, приемайки R p \u003d 120 000 Ohm и R около \u003d 100 000 Ohm, получаваме
Този ток е безопасен за хората.
Всъщност незамърсените подове от метлахски плочки и гумени обувки имат много по-голяма устойчивост от приетите от нас, т.е. токът, протичащ през човек, ще бъде още по-малък.
Монофазен контакт в мрежа с изолирана неутрала. При еднофазно докосване на човек в мрежа, която има изолирана неутрална точка (фиг. 6, b), токът преминава от точката на контакт през човешкото тяло, след това през обувки, под, земя и несъвършена изолация на проводника към две други фази и по-нататък към източника на захранване. Големината на тока, преминаващ през човешкото тяло, в този случай е
където R от е съпротивлението на изолацията на една фаза на мрежата спрямо земята в ома.
В най-неблагоприятния случай, когато човек стои на проводим под и има проводими обувки, т.е. с R n = 0 и R vol = 0, формулата ще бъде значително опростена:
С U l \u003d 380 V и R от \u003d 500 000 Ohm получаваме
Този ток е много по-малък от тока (0,22 A), изчислен от нас за случай на еднофазен контакт при подобни условия, но в мрежа със заземен неутрал. Ако вземем R p \u003d 120 000 ома и R ob \u003d 100 000 ома, токът ще бъде още по-малък:
Следователно в мрежа с изолирана неутрала условията за безопасност са пряко зависими не само от съпротивлението на пода и обувките, но и от съпротивлението на изолацията на проводниците спрямо земята: колкото по-добра е изолацията, толкова по-малък е токът, протичащ през човека. В мрежа със заземен неутрал положителната роля на изолацията на проводниците е почти напълно загубена.
По този начин, ceteris paribus, еднофазно човешко докосване в мрежа с изолирана неутрала е по-малко опасно, отколкото в мрежа със заземен неутрал и следователно система с изолирана неутрала в нормално състояние на изолация е по-малко опасна за човек, отколкото система с мъртва неутрала. Въпреки това, в линията на такава система може да има късо съединение на една от фазите към земята, незабелязано от персонала за дълго време. Ако в този момент човек докосне проводника на една от другите две фази, той ще бъде под пълното мрежово напрежение на мрежата, което е еквивалентно на двуфазно докосване.
Общи изисквания за устройството на електрическите мрежи. Съгласно Правилата за монтаж на електрически инсталации в четирипроводни мрежи с променлив ток и трипроводни мрежи с постоянен ток се извършва неутрално заземяване. Мрежи с изолирана неутрала се използват за повишени изисквания за безопасност със задължително устройство за наблюдение на изолацията на мрежата и целостта на пробивните предпазители на силови трансформатори, което позволява на персонала бързо да открие земна повреда или с устройство за автоматично изключване за участъци, които са получили земна повреда.
Опасност поради капацитивен ток. Поради факта, че всяка електрическа инсталация има капацитет, трябва да се вземе предвид и неговото опасно влияние и евентуален токов удар. По-горе беше казано, че най-малко опасният е еднофазенконтакт в система с изолирана неутрала при наличие на висококачествена фазова изолация. Въпреки това, дори и в случай на перфектна изолация, токов удар е възможен и зависи от големината на капацитивния ток.
Мощността на тока зависи от конструкцията на мрежата (въздушна или кабелна), напрежението и напречното сечение на проводника. При равни условия (еднакво високо напрежение, например 10 kV), капацитетът на сърцевината на подземен кабел със средно напречно сечение спрямо земята е много по-голям от капацитета на една фаза спрямо земята на въздушна линия (съответно 0,2 * 10 -6 F / km и 0,0045 * 10 -6 ÷ 0,005 X 10 -6 F / km).
Да приемем, че изолацията на мрежата е в толкова добро състояние, че токовете на утечка през изолацията могат да бъдат пренебрегнати, но мрежата има известен капацитет по отношение на земята. За разглеждания случай схемата на човек, докосващ една фаза, и образуването на верига за движение на токове на утечка през капацитета е показана на фиг. 6, гр
Общият израз за капацитивния ток, протичащ през човешкото тяло, ще бъде
където jχ c е капацитетът на една фаза, изразен в символна форма (тук χ c \u003d 1 / (ω * C) е реактивното съпротивление на капацитета, където ω \u003d 2πf е ъгловата честота на променливия ток; f е честотата на тока в Hz; C е капацитетът на фазата по отношение на земята във F).
Ако вземем модула на импеданса, токът, протичащ през човешкото тяло:
При значителен мрежов капацитет, който се осъществява в разклонени и разширени кабелни мрежи, количеството ток, протичащ през човешкото тяло, може да бъде животозастрашаващо. В такива случаи електрическите системи с изолирана неутрала по отношение на безопасността напълно губят своите предимства пред системите със заземена неутрала и трябва да се считат за еквивалентни. Но за мрежи с малка и средна дължина, еднофазно докосванепо-малко опасни за системи с изолирана неутрала.
Опасност от стъпкови напрежения. Опасност от токов удар може да възникне в близост до текущата точка на пресичане.
Ориз. 7. Стъпково напрежение
в земята от паднал фазов проводник. В зоната на разпространение на тока (фиг. 7) човек е изложен на стъпкови напрежения, т.е. напрежения, дължащи се на ток на заземяване между точки на почвата, отдалечени една от друга в зоната на разпространение на ток на стъпало. Опасността от поражение в този случай се увеличава с намаляване на разстоянието между човека и мястото на заземяване и увеличаване на ширината на стъпалото.
Силата на тока на еднофазно земно съединение I s може да се определи по формулата стойността на стъпковото напрежение U w съгласно формулата
където R 0 е съпротивлението на работното заземяване на неутрала в ома;
R p - устойчивост на разпространение на тока в точката на късо съединение на фазовия проводник към земята в Ohm;
ρ - съпротивление на почвата в Ohm * cm;
a - дължина на стъпката в cm;
x е разстоянието от мястото, където е затворен фазовият проводник, до мястото, където се измерва напрежението, в cm.
Нека определим величината на стъпковото напрежение, на което е изложен човек, стоящ на земята, ако възникне заземяване в мрежа 330/220 V със заземен неутрал. Работно земно съпротивление R 0 = 4 ома. Устойчивост на разпространение на тока в мястото на повредата R p = 12 Ohm (това съответства на най-ниската стойност на съпротивлението, освен в случай на късо съединение към дълга метална конструкция). Човекът е на разстояние x = 4 m от точката на затваряне. Размерът на стъпката е a = 0,8 m.
Първоначално определяме силата на тока на земното съединение и след това големината на стъпковото напрежение
Настроикиток, преминаващ през човек, когато е изложен на стъпково напрежение, зависи освен това от съпротивлението на опорната повърхност на краката и обувките. Защитният ефект се осигурява от обувки с добри изолационни свойства, като гума.