37. Напряжение прикосновения и шаговое напряжение

Напряжение прикосновения – это напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек. При прикосновении человека к заземленному корпусу, имеющему контакт с одной из фаз, часть тока замыкания на землю проходит через человека, а если корпус не заземлен, то через человека проходит весь ток замыкания на землю (однополюсное прикосновение). 

Величина напряжения прикосновения для человека, стоящего на грунте и коснувшегося оказавшегося под напряжением заземленного корпуса может быть определена как разность потенциалов руки (корпуса) и ноги (грунта) с учетом коэффициентов:

a1 – учитывающего форму заземлителя и расстояния от него до точки, на которой стоит человек;

a2 – учитывающего дополнительное сопротивление цепи человека (одежда, обувь)

Наиболее опасным для человека является прикосновение к корпусу, находящемуся под напряжением и расположенному вне поля растекания.

Шаговое напряжение – напряжение, обусловленное электрическим током, ротекающим в земле или токопроводящем полу, и равное разности потенциалов между двумя точками поверхности земли (пола), находящимися на расстоянии одного шага человека.

Значение напряжения шага зависит от ширины шага и удаленности человека от места замыкания на землю. По мере удаления от места замыкания напряжение шага уменьшается.

Наибольшее напряжение шага будет вблизи заземлителя и особенно, когда человек одной ногой стоит над заземлителем, а другой – на расстоянии шага от него. Если человек находится вне поля растекания на одной эквипотенциальной линии, то напряжение шага равно нулю.

38.Организационно-технические мероприятия по предупреждению поражения электрическим током

Основные меры защиты от воздействия электрического тока:

1) Обеспечения недоступности токоведущих частей электрооборудования за счет использования систем ограждения, изоляции.

2) Применение малых напряжений при эксплуатации ручного электрофицированного инструмента, переносных источников тока.

3) Электрическое разделение цепи на отдельные участки с помощью специальных разделительных трансформаторов, что позволяет уменьшить электрическую емкость цепи, повысить сопротивление изоляции.

4) Выравнивание потенциала земли за счет применения групповых заземлителей с целью устранения шагового напряжения.

5) Применение средств индивидуальной защиты.

6) Проведение проф. отбора при приеме на работу лиц, обслуживающих энергоустановки (предварительный и периодический медицинский осмотры).

7) Обучение персонала методам безопасной эксплуатации электрооборудования с последующей проверкой знаний.

Организационными мероприятиями, обеспечивающими безопасность работы в электроустановках, являются:

• оформление работы нарядом-допуском, распоряжением или перечнем работ, выполняемых в порядке текущей эксплуатации;

• допуск к работе;

• надзор во время работы;

• оформление перерыва в работе, переводов на другое рабочее место, окончания работы.

В качестве средств индивидуальной защиты используют дополнительные изолирующие защитные средства, служащие для усиления защитного действия основных средств, вместе с которыми они должны применяться. При работе с напряжением до 1000В используют изолирующие подставки, галоши, боты, перчатки, коврики и инструменты с изолированными рукоятками, которые подвергаются периодическим испытаниям (проверкам) на пригодность.

Напряжение шага и прикосновения., действующие на человека. Меры защиты.

Напряжение прикосновения – это напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек. При прикосновении человека к заземленному корпусу, имеющему контакт с одной из фаз, часть тока замыкания на землю проходит через человека, а если корпус не заземлен, то через человека проходит весь ток замыкания на землю (однополюсное прикосновение). Наиболее опасным для человека является прикосновение к корпусу, находящемуся под напряжением и расположенному вне поля растекания.

Потенциалы на поверхности грунта при замыкании тока на корпус любого потребителя распределяются по гиперболической кривой. Напряжение прикосновения равно разности потенциалов корпуса электрооборудования и точек почвы, на которых находятся ноги человека. Чем дальше электродвигатель находится от заземлителя, тем под большее напряжение прикосновения человек попадает, и наоборот, чем ближе к заземлителю, тем меньше напряжение прикосновения U . За пределами зоны растекания тока напряжение прикосновения равно напряжению на корпусе оборудования относительно земли. Снизить напряжение прикосновения и силу тока можно за счет малого сопротивления системы защитного заземления или увеличения потенциала поверхности в зоне растекания тока на землю.

Для защиты людей от напряжения прикосновения применяется уравнивание потен­циалов, а также использование дополнительных изолирующих электрозащитных средств (изолирующих подставок; изолирующих ковриков).

Шаговое напряжение – напряжение, обусловленное электрическим током, протекающим в земле или токопроводящем полу, и равное разности потенциалов между двумя точками поверхности земли (пола), находящимися на расстоянии одного шага человека. Значение напряжения шага зависит от ширины шага и удаленности человека от места замыкания на землю. По мере удаления от места замыкания напряжение шага уменьшается.

Наибольшее напряжение шага будет вблизи заземлителя и особенно, когда человек одной ногой стоит над заземлителем, а другой – на расстоянии шага от него. Если человек находится вне поля растекания на одной эквипотенциальной линии, то напряжение шага равно нулю.

На расстоянии 1 м от места стекания тока на землю потенциал снижается на 68%, на расстоянии 10 м снижение достигает 92%, а на расстоянии 20 м потенциал точек земли практически равен нулю. Такое распределение потенциалов объясняется тем, что вблизи заземлителя площадь проводника-земли малая, поэтому здесь земля оказывает большое сопротивление прохождению тока. По мере удаления от заземлителя сечение проводника-земли увеличивается, сопротивление его уменьшается, следовательно, и падение напряжения уменьшается. На расстоянии более 20 м от места замыкания тока земля практически не оказывает сопротивления прохождению тока. Оказавшись в зоне напряжения шага, выходить из нее следует небольшими шагами (гусиными скользящими шагами) в сторону, противоположную месту предполагаемого замыкания на землю и, в частности, лежащего на земле провода.

Основные меры защиты

1. Изоляция токоведущих частей с устройствами непрерывного контроля. Различают виды изоляции:

рабочая – обеспечивает нормальную работу электроустановок и защиту от поражения током

дополнительная – предусматривается на случай повреждения рабочей изоляции, рабочая+дополнительная=двойная изоляция

усиленная – улучшенная изоляция, которая обеспечивает ту же степень защиты, что и двойная изоляция.

Нормирование изоляции: характеристика – сопротивление изоляции. Контроль изоляции: периодически осуществляется мегаомметрами, при приемосдаточных испытаниях электроустановок после монтажа, ремонта, при обнаружении дефекта, а также в установленные нормативные сроки. Постоянный контроль осущ. приборами, включенными в цепь электроустановки, они подают сигнал о снижении сопротивлении изоляции.

2. Ограждение и недоступность токоведущих частей. Оградительные устройства применяются с целью исключения возможности прикосновения к токоведущим цепям. Выполняются в различном исполнении.

3. Эл. разделение сетей. Сети большой протяженности имеют значительные емкости, и даже однофазное прикосновение в таких сетях опасно. Поэтому их разделяют разделительными трансформаторами на отдельные участки, что уменьшает их емкостную составляющую и опасность поражения тока.

4. Применение малых напряжений. Малое напряжение – до 42 В, которое используется для питания инструментов, а также для переносных светильников и местного освещения на станках в помещениях с особой и повышенной опасностью.

5. Электрозащитные средства. Служат для выполнения ремонтных и пусконаладочных работ в действующих электроустановках. По назначению они делятся на изолирующие, ограждающие и вспомогательные. Изолирующие служат для изоляции человека от токоведущих деталей. Бывают основными (изоляция длительно выдерживают рабочее напряжение, для установок до 1000В – изолирующие штанги, изолирующие клещи, диэлектрические перчатки, слесарно-монтажный инструмент, боты, указатели напряжения; свыше 1000В – изолирующие штанги, указатели напряжения, клещи) и дополнительные (применяются совместно с основными – коврики, галоши, изолирующие подставки). Ограждающие средства служат для ограждения токоведущих частей и ошибочных операций в коммутационном оборудовании – переносные ограждения, переносные заземления. Вспомогательные служат для защиты от падений с высоты, вспышек света, механических повреждений – пояса, канаты, когти, очки, рукавицы, противогазы.

6. .Защитные заземления -преднамеренное соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей электроустановок, которые могут оказаться под напряжением. Заземлению подлежат корпуса приборов, станков, станины, опоры и др.

Принцип действия: снижение уровней напряжений прикосновения относительно земли до допустимых пределов.

Причины оказания корпусов под напряжением:

· самоиндукция, индукция

· блуждающие токи

Пробой изо Заземление состоит из защитного заземляющего устройства ( стержневые электроды, которые размещаются по контуру или в линию), к которому подключены все производственные помещения, а к ним крепится оборудование. Все параметры заземления рассчитываются специальными методами.

7. Зануление– преднамеренное эл. сопротивление с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Принцип действия: зануление превращает замыкание на корпус в однофазное короткое замыкание, в результате которого срабатывает защита (автомат или предохранитель или реле), которая селективно отключает поврежденный участок сети. Нулевой защитный проводник нельзя путать с нейтралью, который служит для питания потребителя. Для надежного отключения и срабатывания защита проводимость проводов выбирается такой, чтобы ток короткого замыкания был как минимум в 3 раза больше номинального тока ближайшего реле, автомата или предохранителя. Нулевой провод через 20-30 метров повторно заземляется с целью уменьшения напряжения на корпусе в момент кз. Зануление контролируется аналогично заземлению мегаомметрами.

8. 8. Защитное отключение

Это быстродействующая защита, применяемая в тех случаях, когда все другие виды защиты трудноосуществимы, ненадежны или когда к электроустановке предъявляются повышенные требования безопасности. Особенности – быстродействие, чувствительность, помехоустойчивость.

Напряжения прикосновения и шага

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 17

1. Цель работы

Познакомить студентов с причинами, вызывающими появление напряже­ния прикосновения и напряжения шага, а также с условиями, влияющими на величину этих напряжений.

2. Напряжение прикосновения

Напряжение прикосновения — это напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек. Одной из этих точек чаще все­го бывает корпус электроустановки, на который может произойти замыкание одного из фазных проводов сети. Второй — земля (токопроводящий пол), на которой стоит человек.

В случае, когда электроустановка питается от сети с глухозаземленной нейтралью, на корпусах зануленных электроустановок может появиться на­пряжение и при замыкании фазы на землю [1].

Величина напряжения прикосновения зависит:

• от наличия связи между корпусом и землей, например, через железобетонный фундамент или заземляющее устройство;

• от места расположения заземлителя относительно корпуса электроустановки;

• от режима нейтрали источника питания;

• от вида заземления.

Снизить величину напряжения прикосновения можно, заземлив корпус электроустановки.

Защитное заземление является основной защитной мерой в электроуста­новках напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и в электроуста­новках выше 1000 В с любым режимом нейтрали.

Если в трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью про­изошел пробой изоляции фазного провода на корпус заземленного электропо­требителя, то человек, стоящий на грунте и касающийся корпуса окажется под действием напряжения прикосновения, определяемого следующим образом:

UПР=,

или

U_ПР=,

где — потенциал заземлителя, определяющий потенциал корпуса элект­ропотребителя; — потенциал поверхности грунта в том месте, где стоит че­ловек; — коэффициент, называемый коэффициентом напряжения прикосно­вения, учитывающий форму потенциальной кривой:

.

На рис. 1 показаны три электропотребителя, корпуса которых подсоеди­нены к одиночному заземлителю RЗ.

Потенциалы на поверхности грунта при замыкании на корпус любого по­требителя распределяются по кривой 1. Так как корпуса электрически связаны между собой заземляющим проводом, то их потенциалы одинаковы и равны ф3.

Для человека, стоящего над заземлителем, напряжение прикосновения равно нулю. По мере удаления от заземлителя (точка X2) напряжение прикос­новения возрастает и в точке XЗ на удалении 20 м и более напряжение прикос­новения равно потенциалу заземлителя .

Следовательно, напряжение прикосновения зависит от закона изменения потенциала на поверхности грунта и расстояния между человеком и заземлителем. Общая закономерность следующая: чем дальше от заземлителя нахо­дится электропотребитель, тем больше UПР и наоборот (рис. 1).

Выражение для напряжения прикосновения справедливо лишь при усло­вии, что контакт человека с корпусом электроустановки и землей (полом) иде­альный, т.е. отсутствуют контактные сопротивления.

Рис. 1 . Напряжение прикосновения при одиночном заземлителе:

1 — распределение потенциалов на поверхности грунта;

2 — изменение напряжения прикосновения в зависимости от расстояния до заземлителя

Однако контактное сопротивление тела человека с землей (или сопротив­ление растеканию тока у основания ног R_ос, как его часто называют) в ряде случаев имеет достаточно большое значение, и им, как правило, пренебрегать нельзя.

Следовательно, разность потенциалов равная оказывается приложенной не только к сопротивлению тела человека R_h, но и к последова­тельно соединенному с ним сопротивлению основания R_ос, на котором стоит человек (рис. 2).

.

Так как I_h =U_ПР/ R_h, то подставив значение тока в вышеприведенное выра­жение получим

( U_ПР/ R_h)( ),

откуда определим напряжение прикосновения с учетом падения напряжения в сопротивлении растеканию основания.

U_пр=

или

U_пр=

где — коэффициент напряжения прикосновения, учитываю­щий падение напряжения на сопротивлении растеканию основания, на кото­ром стоит человек.

Рис. 2. Расчетная схема для определения напряжения прикосновения

Сопротивление растеканию основания, на котором стоит человек, можно определить следующим образом.

Если площадь подошвы одной ноги принять равной 0,0225 м², то диаметр (d) эквивалентного ей диска будет равен 0,17м, а сопротивление растеканию тока составит ([3], табл. 3.1, п.9):

Сопротивление растеканию основания, т.е. сопротивление растеканию обоих ног человека, будет равно:

Подставив это значение в выражение для получим:

31. Напряжение прикосновения и напряжение шага

При пробое изоляции на корпус, присоединенный к заземлителю, все оборудование, имеющее электрический контакт с этим корпусом, окажется под напряжением, равным потенциалу заземлителя относительно земли:

Uз=j з=Iз×Rз (3.7)

Если человек касается рукой корпуса, соединенного с заземлителем, то рука его приобретает потенциал заземлителя j з, который равен I×r/2pхз.

Если в это время человек стоит на грунте на расстоянии х от заземлителя, потенциал ног j х,будет равен

(3.8)

в результате между рукой и ногами человека возникает разность потенциалов

(3.9)

На рис.3.3 показаны три корпуса электроприборов, присоединенных к заземлителю R3. Потенциалы всех корпусов одинаковы и равны потенциалу заземлителя j з, так как они связаны с заземляющими проводами, сопротивления которых пренебрежимо мало.

напряжение шага

При замыкании на корпус любого из этих приборов распределение потенциалов на поверхности грунта определяется кривой I. Напряжение прикосновения равно разности потенциалов рук и ног (кривая II). Если человек стоит непосредственно над заземлителем и касается корпуса, оказавшегося под напряжением, то потенциалы рук и ног одинаковы и напряжение прикосновения равно нулю. По мере удаления от заземлителя напряжение прикосновения возрастает и в случае, когда человек находится вне зоны растекания тока и касается корпуса, оказавшегося под напряжением, достигает значения потенциала заземлителя jз

Человек, находящийся в зоне растекания тока, может оказаться под напряжением, не касаясь каких-либо частей электроустановки. При замыкании на землю одного из проводов сети распределение потенциала изображено на рис.3.4.

Рис.3.4. Напряжение шага.

(3.10)

а – длина шага.

Напряжением шага называется напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага.

Если обе ноги человека находятся на одной линии равного потенциала, то напряжение шага равно нулю.

Наибольшее значение Um будет в случае, когда человек одной ногой стоит на заземлителе, а другой – на расстоянии шага от него.

При воздействии Um ток через человека протекает по пути “нога-нога”, но если этот ток достигает величины, вызывающей судороги в мышцах ног, то человек может упасть и ток будет протекать по пути “руки-ноги”. Судороги ног возникают при Um 90 В. кроме того, при падении, человек может касаться точек грунта с большей разностью потенциалов, т.к. рост человека всегда больше длины его шага. По условиям электробезопасности запрещено приближаться к месту замыкания на землю одного из проводов сети на расстояние менее 4-5м в закрытых распределительных устройствах и 8-10м – на открытых подстанциях. Защитными средствами от напряжения шага служат диэлектрические боты, галоши, сапоги.

32. Выбор схемы сети и режима нейтрали

I. До 1000 В.

По технологическим требованиям более удобной является схема трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью (рис.), т.к. она позволяет получить два рабочих напряжения Uф и Uл.

По условиям безопасности предпочтительнее пользоваться

трехфазной трехпроводной сетью с изолированной нейтралью (рис.) на тех предприятиях, где осуществляется постоянный надзор и контроль за состоянием электроустановок, где обеспечивается высокое качество сопротивления изоляции проводов, своевременно производятся профилактические осмотры и ремонты сети и немедленное устранение возможных замыканий фаз на землю.

В сетях, не находящихся под постоянным надзором и контролем, в тех случаях, когда возможны частые замыкания на землю из-за понижения сопротивления изоляции проводов, необходимо иметь сеть трехфазного тока с заземленной нейтралью (рис. ). Если условия работы неблагоприятны (большая влажность воздуха, наличие в помещении газов и паров, разрушающих изоляцию, низкая квалификация обслуживающего персонала), также предпочитается сеть с заземленной нейтралью.

II.Выше 1000 В.

До 35 кВ по техническим требованиям сети должны иметь изолированную нейтраль, свыше 35 кВ – заземленную нейтраль.

По условиям безопасности выбор сети не производится, т. к. эти сети имеют большую протяженность, большое емкостное сопротивление изоляции и одинаково опасным является прикосновение к сети с любым режимом нейтрали.

D. Напряжение прикосновения и шага

При работе в действующих электроустановках всегда существует определенная вероятность попадания человека под действие электрического тока. Эта вероятность может быть меньше или больше в зависимости от разных факторов. Но в любом случае при оценке действия тока на человека определяются значения:

1.  Шаговое напряжение.

Замыканием на землю называется случайное электрическое соединение, находящихся под напряжением частей электроустановки с землей. Место, где в землю стекает ток, называется точкой замыкания на землю. Точкой замыкания на землю может быть заземлитель или попавший на землю провод.

Ток, стекая с заземлителя в землю, растекается по значительному ее объему. Область грунта, лежащая вблизи заземлителя, где потенциалы не равны нулю, называется полем растекания тока. Форма заземлителя может быть очень сложной и электрические свойства грунта, как правило, неоднородны, поэтому закон распределения потенциалов вблизи заземлителя определяется сложной зависимостью. С цвелью упрощения изображения электрического поля и анализа его допустим, что ток стекает в землю через одиночный заземлитель полушаровой формы, уложенный в однородном грунте (рисунок 1). В этом случае линии растекания тока в земле будут радиальными.

Плотность тока δ на расстоянии х от центра заземлителя определяется как отношение тока замыкания на землю I_з к площади поверхности полушара с радиусом х:

Для определения потенциала в точке А выделим в поле растекания тока элементарный слой dх . Падение напряжения dU в этом слое равно

,

где Е =δρ – напряженность электрического поля;

ρ – удельное сопротивление грунта.

В бесконечно удаленной точке (х=∞) плотность тока, напряженность электрического поля и потенциал равны нулю.

Потенциал земли в точке А, находящейся на расстоянии χ от центра заземлителя, определяется

(1)

где I₃ – ток замыкания на земле, который определяется при рассмотрении полной цепи замыкания, А;

ρ – удельное сопротивление грунта, Ом·м;

х – расстояние от центра заземлителя до определяемой точки, м.

Рисунок 1 – Гиперболический закон изменения потенциалов точек земли

Из выражения (1) видно, что потенциал точек на поверхности грунта уменьшается с удалением от места замыкания на землю и в пределе стремится к нулю. Область поверхности грунта, потенциал которой равен нулю, называется электротехнической землей.

Опытная кривая распределения потенциалов (рисунок 2), полученная непосредственными измерениями у трубчатого заземлителя, имеет примерно такой же вид, как и у заземлителя полушаровой формы.

Из кривой (рисунок 2) видно, что поверхность заземлителя имеет максимальный потенциал. На расстоянии 1 м от моста стекания тока в землю потенциал снижается на 68 %. В конце десятого метра снижение достигает 92%, а на расстоянии 20 метров потенциал точек земли практически равен нулю.

То есть сопротивление току замыкания на землю оказывает объем грунта радиусом 20 метров, находящийся в поле растекания тока. За пределами электрического поля грунт представляет собой проводник с бесконечно большим поперечным сечением и не оказывает сопротивления протеканию электрического тока. Практически «земля» в электрическом смысле начинается с расстоянием = 10-20 м от заземлителя.

Рисунок 2 – Характер распределения потенциалов в земле при стекании тока с заземлителя.

Если человек попадает в зону растекания тока, то его ноги могут касаться разных потенциалов. Точки поверхности земли, расположенные дальше от заземлителя, имеют меньший потенциал. Следовательно, существует на ширине шага (d=0,8 м) в поле растекания тока существует разность потенциалов. Эту разность потенциалов и называют шаговым напряжением.

Величина шагового напряжения зависит от ширины шага α и расстояния χ до места замыкания на землю. Шаговое напряжение на различном расстоянии от точки замыкания (рис.1) можно определить следующими выражениями:

(2)

(3)

Из выражения (2) видно, что если х₁< х_2,следовательно, по мере удаления от места замыкания опасность шаговых напряжений уменьшается.

Шаговое напряжение на расстоянии от 20 м от места практически не представляет опасности. При шаге, равном 0,8 м, интенсивная судорога может возникнуть в случае, если шаговое напряжение равно 100÷150 В. В результате судороги ног человек может упасть на землю и при этом за счет увеличения расстояния между точками земли, которых теперь он будет касаться руками и ногами, может возрасти разность потенциалов. Ток в этом случае будет протекать по более опасному пути «руки-ноги». Совокупность этих факторов может привести к стремительному поражению человека электрическим к током.

Для предупреждения поражения током при случайном попадании в зону растекания тока следует покидать её так, чтобы по возможности свести разность потенциалов на ногах к нулю. Устранить опасность поражения шаговым напряжением можно с помощью диэлектрической обуви

2. Напряжение прикосновения

Если человек касается одновременно двух точек, между которыми существует разность потенциалов, этот человек попадает под напряжение прикосновения. При этом образуется замкнутая цепь, и через тело человека проходит ток. Величина этого тока зависит от схемы включения, т.е. от того, каких частей электроустановки касается человек, а также от параметров электрической сети.

Включение человека в электрическую цепь является, как правило, случайным процессом, возникающим при пользовании работником неисправным оборудованием: при случайном повреждении электрического оборудования во время работы, при случайном прикосновении к электрооборудованию, находящемуся под напряжением, когда, по мнению работника, оно должно было быть отключено, при прикосновении к металлическому оборудованию, на которое случайно из-за повреждения выносится потенциал электрической установки. Все эти случаи в дальнейшем называем прикосновением или ситуацией прикосновения человека в электрических сетях, что равнозначно касанию человека к фазе электрической сети.

В общем случае включение человека в электрическую цепь может быть однофазным, когда он касается одного фазного провода и земли, или двухфазным когда он касается двух фазных проводов

А) двухфазное прикосновение

Оно является наиболее опасным, хотя и чрезвычайно редким случаем прикосновения. В этом случае через тело человека проходит максимально возможный ток, величина которого не зависит от схемы электрической сети, режима нейтрали и других параметров электрической установки.

В этом случае величина тока, проходящего через человека, достигает предельного значения и определяется выражением

(4)

где I_h – ток, проходящий через тело человека, А;

U_Л – линейное напряжение, В;

U_ф – фазное напряжение, В;

R_h – сопротивление тела человека, Ом.

При Uф – 220 В и R_h – 1000 Ом ток, проходящий через тело человека, составит:

т.е. это значение значительно превышает пороговое значение предельно допустимого тока (IЧ<10мА) при длительности воздействия на человека более 0,2 с (ГОСТ 12.1.038-82).

В практике эксплуатации электрического оборудования ток, проходящий через тело человека, редко определяется только напряжением электрической сети и электрическим сопротивлением тела человека. Этот ток значительно уменьшается за счет использования обуви с подошвой из полимеров, изолированных покрытий полов помещений (дерево, линолеум и др.), применения технических защитных средств защитного заземления и зануления, а также средств индивидуальной защиты.

Мерой, повышающей безопасность обслуживающего персонала, может быть понижение рабочего напряжения установки, однако это не всегда можно осуществить. Наиболее распространенной мерой является применение изолированных защитных средств.

На рисунке приведена схема однофазного прикосновения в трехфазных сетях с изолированной нейтралью, которые широко применяются на железнодорожном транспорте и транспортном строительстве.

Рисунок –однофазное прикосновение к токоведущим частям в трехфазной сети с изолированной нейтралью

При касании человека провода 1 образуется замкнутая электрическая цепь: обмотка трансформатора фазы 1- провод 1-человек-земля-активное и емкостное сопротивления фазы 2 и 3 относительно земли (r₂, r₃, x_c2, x_c3 ) — провод 2 и 3 — обмотки трансформатора второй и третьей фаз. По этой цепи будет протекать ток I_h , определяющий опасность при однофазном прикосновении.

В воздушных сетях напряжением до 1000 В емкость фаз относительно земли можно приравнять к нулю и соответственно x_c1=x_c2=x_c3= ∞, а активное сопротивление изоляции фаз относительно земли r₁ =r₂ =r₃ =r .

Ток через тело человека для этого случая определяется сопротивлением изоляции провода относительно земли и составит

(5)

где r – сопротивление изоляции фаз относительно земли.

Из выражения (5) сопротивление изоляции фаз можно определить

(6)

Если принять максимально допустимый для человека ток 1 мА, то для обеспечения безопасности необходимо, чтобы сопротивление изоляции фаз относительно земли при U = 220 В и R_h= 1000 Ом было не менее

Величина сопротивления изоляции электроустановок нормируется выше, чем 0,5 мОм.

Если при прикосновении человека к фазе одновременно произойдет пробой другой фазы на землю (т.е. сопротивление изоляции этой фазы относительно земли =0), то человек окажется под линейным напряжением. Тогда ток, протекающий через тело человека, определяется по формуле:

Присоединение к незаземленному корпусу электрооборудования в таких сетях равносильно прикосновению к токоведущим частям.

Во всех случаях контакта человека с частями, находящимися под напряжением, это напряжение прикладывается к цепи, состоящей из сопротивления человека, обуви, пола. А напряжение прикосновения это та часть напряжения, которая приходится в этой цепи непосредственно на тело человека:

Напряжение прикосновения определяется как падение напряжения в сопротивлении тела человека.

Полное сопротивление цепи человека равно

где R – полное сопротивление цепи человека;

R_h – сопротивление человека;

R_об – сопротивление обуви;

R_н – сопротивление пола;

α₂ – коэффициент, учитывающий падение напряжения в дополнительных сопротивлениях цепи человека.

Напряжение прикосновения с учетом дополнительных сопротивлений в цепи человека определяется из выражения:

(14)

Коэффициент α₂ может быть определен, если известны сопротивления R_об, R_н . Сопротивления обуви может колебаться в широких пределах — от несколько МОм до нескольких Ом, поэтому в наружных электроустановках, а также сырых помещениях сопротивлением обуви можно пренебречь.

Сопротивление опорной поверхности ног можно определить, если представить ноги человека как два полусферических (радиусом х_Н) заземлителя, включенных параллельно. Тогда

(15)

где ρ – удельное сопротивление поверхностного слоя грунта;

x_Н – эквивалентный радиус опорной поверхности ног (х_Н = 7 см).

С некоторым приближением можно использовать это выражение и для учета сопротивления пола, на котором стоит человек.

Ток через человека при прикосновении к заземленным нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжениям, определяется из выражения (14). Если учесть, что

; ;

получим:

(16)

Таким образом, получена зависимость тока, проходящего через тело человека при случайном прикосновении, от тока замыкания на корпус электрической установки (землю) I_h=ƒ(I₃).

Из соотношения видно, что при увеличении сопротивления заземляющего устройства, например, из-за увеличения удельного электрического сопротивления грунта, ток, проходящий через тело человека, может возрасти только в том случае, если ток замыкания соответственно не снизится. Эго связано с тем, что увеличенное значение сопротивления заземляющего устройства входит в электрическую цепь замыкания и приведёт к снижению тока в ней.

порядок действий в зоне поражения и методы снижения

Шаговое напряжение — разница потенциалов на участке земли, на котором происходит растекание тока, при расстоянии между точками, равном стандартному шагу человека, то есть 0,8–1 м. Величина этого показателя зависит от физических свойств грунта (удельного сопротивления), частоты и силы тока, растекающегося по участку, и ряда других параметров.

Попавший под его воздействие чувствует покалывание в ногах, в тяжёлых случаях появляются судороги. При панических попытках покинуть аварийную зону неподготовленный человек старается убежать, причём быстро с максимально возможной длиной шага. Во многих случаях это становится причиной летальных исходов.

Благодаря эффекту рассеивания электрического тока опасность поражения шаговым напряжением уменьшается при удалении от точки соприкосновения аварийного провода с землёй. На расстоянии в пределах 20 м при нормальных условиях вероятность получения удара током уже стремится к нулю.

Причины его появления

В непосредственной близости от высоковольтных ЛЭП, на участках с кабельными коммуникациями представляет опасность возникновения такого явления, как шаговое напряжение. Возникает подобный эффект при различных обстоятельствах. Например, причиной появления может стать обрыв линии ЛЭП, при котором один из проводников упал на землю. Кроме того, опасность представляют и зоны, расположенные вокруг штатных заземлителей электрооборудования, при аварийных ситуациях с КЗ на землю.

Существует вероятность возникновения шагового напряжения и при пробое изоляции высоковольтных подземных кабелей при отказе автоматических защитных устройств, которые должны обесточить линию в аварийных ситуациях.

По этой причине не рекомендуется находиться в зонах расположения ЛЭП и подземных коммуникаций, особенно в условиях повышенной влажности, а тем более при дожде.

Виды шагового напряжения

Наиболее опасным считается шаговое напряжение, возникающее при одиночном заземлителе. К этому случаю можно приравнять ситуацию с упавшим на землю проводом ЛЭП. При этом максимальный потенциал будет именно в точке соприкосновения с поверхностью или в месте установки заземлителя.

За счёт рассеивания тока по грунту с увеличением расстояния от точки заземления величина потенциала падает, причём значение меняется по изогнутой кривой, с максимальным уменьшением именно на первом её участке. Поэтому самым опасным считается шаг, при котором одна нога расположена непосредственно на проводе или над заземлителем, а вторая на расстоянии 0,8–1 м. Потенциально опасным считается нахождение на расстоянии до 8 м при напряжении не более 1 кВ, а для высоковольтных сетей этот показатель уменьшается до 4-5 м.

Аналогичная картина наблюдается и при наличии групповых заземлителей, с той только разницей, что общий потенциал распределяется по всем заземляющим проводникам. То есть, общее шаговое напряжение (разница потенциалов) на расстоянии одного шага человека будет меньшим. А при нахождении ног на разных заземлителях никаких последствий ощущаться не будет, так как величина потенциала у них одинаковая.

Значения шагового напряжения

Из физических предпосылок возникновения такого эффекта становится понятным, что величина шагового напряжения зависит от величины удаления от заземлителя или упавшего провода, расстояния между ступнями ног.

 

При этом можно выделить следующие основные значения:

• Максимальное — возникает в случаях, когда одна ступня находится на проводе или на грунте над заземлителем, а вторая на расстоянии 80–100 см. Это объясняется крутизной падения кривой графика зависимости потенциала от расстояния до точки заземления. Именно на этом участке разница потенциалов будет максимальной.
• Минимальное значение возможно только при значительном удалении от точки контакта провода с землёй. В этой зоне уже не наблюдается рассеивание электрического тока, поэтому разница потенциалов не возникает при любой величине шага.
• Нулевое значение характерно для тех ситуаций, когда ступни ног находятся на точках, для которых характерны одинаковые потенциалы. Такое становится возможным, если стать на элементы группового заземлителя или держать ступни практически вплотную.

Именно на этих данных и обоснованы правила выхода из зоны шагового напряжения, возникающей при аварийной ситуации. Практика показала, что придерживаться этих рекомендаций следует до тех пор, пока расстояния до центра зоне не превысит значение 20 м.

Перемещения в зоне шагового напряжения

Главная задача — ставить ноги так, чтобы между точками соприкосновения с землёй была минимально возможная разница потенциалов. В том случае никаких последствий для организма за исключением неприятного покалывания не наблюдается.

Так как изменить величину потенциалов человек не может, а оставаться на месте также не вариант, ведь неизвестно, сработает ли защитная автоматика или нет, безопасный выход возможен только при максимальном уменьшении величины шага. Поэтому рекомендуется покидать зону поражения «гусиным шагом». Этот способ предполагает следующие действия:

• Не отрывайте ноги от поверхности земли, перемещайте ступни, перетягивая по грунту.
• За каждый шаг переставляйте ногу так, чтобы пятка одно поравнялась с носком другой(рис.б).
• Если делать такие шажки ещё меньшими, это может увеличить время выхода, но снизит риск поражения электрическим током.

Не рекомендуется прыгать на одной ноге, хотя такие советы можно услышать. Если рассматривать ситуацию с точки зрения разницы потенциалов, то такой вариант хорош. Но не стоит забывать об опасности споткнуться, попасть на кочку или в яму, ведь идеальных условий в поле не бывает. В результате таких происшествий удержаться на ногах будет сложно, а при падении разница потенциалов увеличится, так как расстояние между точками будет равняться росту человека. Именно такие падения становятся причиной большинства летальных исходов. Не спешите, передвигайтесь «гусиным шагом».

Выход из зоны шагового напряжения

Чтобы повысить свои шансы на спасение, при попадании в зону действия шагового напряжения действуйте по следующей схеме:

• Если находитесь недалеко от ЛЭП, действующих трансформаторных подстанций, другого электрооборудования, при возникновении ощущения пощипывания в ногах, появлении судорог остановитесь.
• Не предпринимайте попытки панического бегства, это основная ошибка, которую можно допустить.
• Осмотритесь по сторонам, определите возможное место падения провода и КЗ на землю. Даже если видимых ориентиров нет, выбирайте направление движение на удаление от любых электрических линий или оборудования.
• Выходите «гусиным шагом», минимальное пройденное расстояние должно быть не менее 20 м, лучше перестраховаться.

После выхода из опасной зоны немедленно сообщите в службу спасения, так как телефона энергоснабжающей организации у вас под рукой, скорее всего, не будет. Не предпринимайте никаких действий для самостоятельной ликвидации аварии, тем более, не имея доступа к устройствам, позволяющим отключить питание отдельных участков сети или обесточить электрооборудование.

Как освободить человека

Какие-либо действия можно предпринимать только в тех случаях, когда есть угроза жизни другого человека. И то, только тогда, когда вы чётко знаете что делать и уверены в своих силах. Если авария произошла в районе действия линий до 1 кВ, действуют по следующей схеме:

• К пострадавшему передвигаются «гусиным шагом».
• Чтобы убрать с него провод, применяют заранее приготовленную сухую деревянную жердь.
• Эвакуируют пострадавшего, предварительно обмотав руки сухой одеждой, она сыграет роль изолятора.

Если авария произошла на высоковольтной линии, то спасение возможно только при наличии СИЗ(диэлектрические перчатки, галоши) или после отключения линия. Ускорить процесс можно закоротив фазы, набросив на них ветку или проволоку. Если такой возможности нет, не старайтесь рисковать, это опасно для жизни. Вход в возможную зону поражения без индивидуальных защитных средств запрещён. Лучшая помощь — вызов спасателей.

Методы снижения шагового напряжения на предприятиях

На промышленных предприятиях используют простой метод, доказавший эффективность на практике. Для этого необходимо выровнять потенциалы в зоне возможного рассеивания электрического тока. Для этого монтируют групповые заземлители, выполненные в виде сетки с небольшим размером ячейки. Во всех точках потенциал будет одинаковым, поэтому даже при аварийных КЗ на землю эффект шагового напряжения не возникнет.

Подобная схема защиты применяется в местах установки открытых распределительных устройств, трансформаторных подстанций, мощного электрооборудования и электрических машин. Следует понимать, что обеспечить такую защиту на всём протяжении существующих линий ЛЭП вокруг каждой опоры невозможно, слишком дорого. Поэтому при обнаружении первых признаков (пощипывание, потряхивание), покидайте опасную зону, передвигаясь «гусиным шагом», не отрывая ног.

Что такое напряжение прикосновения, его нормы, расчет и меры защиты

В процессе работы с электроустановками в цепи переменного тока нельзя полностью исключать вероятность ощущения его воздействия. Причиной может быть случайное прикосновение к токоведущим элементам или косвенные факторы. Об одном из них (шаговом напряжении) мы уже подробно рассказывали на страницах нашего сайта. В этой статье пойдет речь о другом виде косвенного воздействия электрического тока на человека, получившее название напряжение прикосновения.

Что такое “напряжение прикосновения”?

В электробезопасности под этим термином подразумевается разность потенциалов между двух точек электроцепи, возникающая в момент одновременного прикосновения к ним человека. Такая ситуация может возникнуть в результате нарушения изоляции токоведущих элементов цепи, их замыкания на электропроводящие поверхности, что приводит к образованию опасных зон растекания тока. Контакт с такой поверхностью называется косвенным прикосновением к корпусу или электропроводящим элементам (в зависимости от устройства электроустановки).

Рис. 1. Пример косвенного прикосновения

В таких случаях степень воздействия электрическим током зависит как от сопротивления тела человека (R) и величины (U_пр). Допустим в данном случае R = 800 Ом, U_пр близкое к фазному напряжению (230 В). Применяя закон Ома несложно вычислить величину тока в образовавшейся электрической цепи: I_пр=U_пр/R= 220/800 = 287,5 мА. Это значение в несколько раз превышает допустимые нормы.

В большинстве случаев косвенное прикосновение является однополюсным, то есть в данном случае угрозу несет фазное, а не линейное напряжение, которое в 1,73 раза выше. Но это слабое утешение, поскольку поражение током может все равно стать фатальным.

Опасность косвенного прикосновения заключается в том, что риск его возникновения, в большинстве случаев, не зависит от действий человека, в отличие от прямого касания, которое может возникнуть по неосторожности, в результате ошибки или несоблюдения ТБ.

Расчет

Приведенный выше пример (на рис. 1) сильно упрощен, чтобы ознакомиться с основными особенностями напряжения прикосновения (U_пр) необходимо посмотреть на проблему с точки зрения защитного заземления и зануления. Для этого рассмотрим пример, представленный на рисунке ниже.

Рисунок 2. Особенность напряжения прикосновения в случае одиночного заземления

На рисунке изображено три двигателя А, В, С (это могут быть и любые другие электроустановки), разно удаленных от единого заземлителя D и соединенных с ним защитным проводниками. Если вследствие аварии произошло замыкание фазы сети на корпус, то на нем образуется потенциал, уровень которого будет практически таким же, как на заземлителе (ⱷ_зм). При этом на основании появится зона растекания тока, потенциал которой (ⱷ_ос) зависит от удаления от заземлителя (график зависимости приведен на рисунке).

В случае касания корпуса двигателя B уровень напряжения прикосновения будет определяться следующей формулой: U_пр=ⱷ_зм-ⱷ_ос=ⱷ_зм*(1-ⱷ_ос/ⱷ_зм). В данном выражении игнорируется электрическое сопротивление грунта, влияющее на растекание тока основания, в расчет принимается только характер изменения потенциала (потенциальная кривая — E). Это позволяет рассматривать потенциал основания ⱷ_oc в виде коэффициента прикосновения α = 1 — (ⱷ_ос/ⱷ_зм) ≤ 1.

Учитывая тот факт, что на уровень напряжения влияет как потенциал заземлителя, так и коэффициент прикосновения, то очевидно, что характер опасности различен при использовании одиночного или группового заземления. Рассмотрим отдельно каждый из вариантов.

Одиночное заземление

Вернемся к рисунку 2. Как уже упоминалось выше, в случае замыкания фазы на корпус электроустановки, на всех ее токопроводящих элементах установиться потенциал ⱷ_зм. При этом на поверхности возле заземлителя образуется зона с уровнем потенциала, зависящим от коэффициента прикосновения. То есть, в случае случайного прикосновения к корпусу B уровень напряжения касания будет зависеть от расстояния Х1 и кривой Е.

Теперь рассмотрим, вариант прикосновения к электроприбору C. В этом случае расстояние Х2 превышает 20,0 метров, что равносильно тому, что Х2 стремится к бесконечности. В результате коэффициент прикосновения α будет увеличиваться, стремясь к единице, соответственно, U_пр станет равным ⱷ_зм Этот вариант с наибольшим потенциалом самый опасный.

В завершении разберем случай прикосновения к металлическому корпусу устройства A, то есть, практически находится над заземлителем. Здесь α будет стремиться к нулю, следовательно, U_пр будет также равным нулю.

Исходя из этого, можно констатировать, что чем дальше находится установка от одиночного заземлителя, тем выше напряжение прикосновения. На расстоянии от 20 метров и более оно будет практически равно фазному.

Групповое заземление

При применении групповой схемы заземления происходит накладывание зон растекания тока, в результате этого в любой точке между заземлителями потенциал будет выше нуля. Соответственно, коэффициент α будет меньше единицы, а ⱷ_зм– превышать напряжение прикосновения.

Для наглядности приведем пример, в котором делают два заземлителя в виде полусфер определенного радиуса r, вкопанных на расстоянии h друг от друга.

Рисунок 3. Напряжение прикосновения при групповом заземлении

В данном случае потенциальная кривая будет описываться следующим уравнением: ⱷ_ос = ⱷ_гз*(r*(h-r)/(х*(h-х)), где ⱷ_гз– потенциал группы заземлителей, r – радиус полусферы электрода, h –– расстояние между заземлителями, х – расстояние между точкой касания и ближайшим заземлителем.

Теперь можем рассчитать напряжение прикосновения: U_пр = ⱷ_гз — ⱷ_ос = ⱷ_гз*(r*(h-r)/(х*(h-х)),  соответственно, коэффициент прикосновения для группового заземления будет α = (r*(h-r)/(х*(h-х)):

Учитывая приведенные выше выражения, можно утверждать, что наибольший уровень напряжения и значение коэффициента прикосновения будут в том случае, когда точка основания будет располагаться между заземлителями, то есть, при x=h/2.  Соответственно α_макс = 1- 4r * (h-r)/h², откуда получаем U_ПРмакс = ⱷ_{гз *} α_макс.

Снижение напряжения вплоть до минимального, как и в предыдущем примере, будет при максимальном приближении к заземлению.

Заметим, что при большом числе электродов заземления рассчитать высокий электрический потенциал (максимальное напряжение) практически нереально, поэтому применяется метод прямых измерений.

Измерения

Данный вид измерений предписывается проводить в производственных помещениях, где установлено технологическое оборудование и имеются устройства выравнивающие потенциал. Последние положено устанавливать на оборудование, для которого характерен высокий ток замыкания на землю. Выравнивание потенциала также производится на объектах с протяженным токопроводящим оборудованием, где возможно возникновение потенциала вследствие нарушения изоляции фазных проводов.

Перед тем, как приступить к проверке, измеряются сопротивления заземления и нулевых защитных подключений. Далее отключают ввод и подключают схему, наподобие той, что представлена ниже.

Схема для измерения напряжения прикосновения

Обозначения:

• Tr1 – Автотрансформатор.
• R- Резистор, с сопротивлением, соответствующим телу человека (как правило 1,0 кОм).
• SW – Выключатель.
• V1, V2 – Измерительные приборы.
• А – Заземлитель корпуса оборудования.
• B – Токопроводящая пластина, имитирующая ступню человека.

Алгоритм измерений следующий:

1. На собранную схему подается питание от источника тока, используя при этом вольтметр V1 для контроля напряжения.
2. По показаниям второго прибора определяют U_пр путем измерения напряжения между заземлителем корпуса оборудования (A) и металлическим щупом, погруженным (забуренным) в основание на глубину 30,0 см на удалении 25 и более метров от заземляющего электрода. Данный показатель покажет U_ПРмакс.
3. После этого делают измерение величины напряжения на пластине имитаторе ступни (U_B).
4. Включают выключатель SW и измеряют величину напряжения (U₁) между имитатором ступни и заземляющим электродом.
5. Рассчитывают напряжение прикосновения по формуле U_пр = 2/(1/U_B+1/U₁):

Обратим внимание, что в настоящее выпускаются приборы, позволяющие снять необходимые для электробезопасности показатели и другие важные характеристики.

Меры защиты

Наиболее эффективный способ защиты от пагубного воздействия высокого напряжения прикосновения – установка заземлителей в непосредственной близости от электроустановок. Не менее эффективно действует выравнивание потенциала покрытия, это также снижает величину шагового напряжения. В этом случае применяется схема контурного заземления, ее пример приведен на рисунке.

Пример контурного заземления

Как видно из приведенного примера, групповые заземлители расположены сеткой. При этом вертикальные электроды размещены таким образом, чтобы расстояние между ними было меньше длины заземляющего стержня. В случае замыкания фазного провода на токопроводящую поверхность одного из электроприборов, за счет соединения с другими заземлителями, ток будет растекаться таким образом, что уровень потенциала будет примерно одинаков в любой точке основания.

Таким образом, разность потенциалов между основанием и корпусом электроприбора будет стремиться к нулю, соответственно, таким же будет и напряжение шага и прикосновения.

Обратите внимание, что вне поверхности защищенной контуром наблюдается резкий спад уровня потенциала заземления, увеличивая опасность поражения. Сделать падение напряжения более пологим можно при помощи металлических шин, размещенных за периметром контура.

Профилактика

В число профилактических мер для снижения вероятности поражения от косвенного прикосновения входит:

• Проверка сопротивления изоляции кабелей, обмоток электромашин и других токоведущих элементов. В случае снижения сопротивления изоляции или ее повреждения, во избежание линейного или однофазного замыкания, проблемная электрическая сеть должна быть отключена.
• Измерение сопротивления заземления, оно не должно превышать допустимую величину.
• Проверка надежности заземления нейтрали (нулевого провода).
• Регулярная поверка устройств защитного отключения на предмет срабатывания от тока замыкания и соответствие другим параметрам.
• Поскольку человеческое тело обладает малым сопротивлением, то при работе с электроприборами следует использовать, как минимум, резиновые коврики. Учитывая непредсказуемость появления напряжения прикосновения на корпусе оборудования, такая мера предосторожности не будет лишней.
• Отслеживание режимом электроустановок, чтобы не допустить их нештатной работы и т.д.

Рекомендуем прочитать: