Анализ опасности поражения током в различных электрических сетях

Прохождение тока через человека, является следствием его прикосновения не менее, чем к двум точкам электрической цепи, между которыми есть некоторая разность потенциалов (напряжение).

Опасность такого прикосновения неоднозначна и зависит от ряда факторов:

• схемы включения человека в электрическую цепь;
• напряжения сети;
• схемы самой сети;
• режима нейтрали сети;
• степени изоляции токоведущих частей от земли;
• ёмкости токоведущих частей относительно земли.

Однофазные сети разделятся на двухпроводные и однопроводные.

Двухпроводные сети делятся на изолированные от земли и с заземлённым проводом.

Однофазная сеть. Двухпроводная с заземлённым проводом

Данные сети широко используются в народном хозяйстве, начиная с питания малым напряжением переносного инструмента и заканчивая питанием мощных однофазных потребителей.

В случае однопроводной сети, роль второго провода выполняет земля, рельс и т.д.

Однофазная сеть. Однопроводная

Основное применение данные сети получили в электрифицированном транспорте (электровозы, трамваи, метро и т.д.).

В зависимости от режима нейтрали источника тока и наличия нейтрального или нулевого проводника могут быть выполнены по четырём схемам.

Нейтральная точка источника тока - точка трехфазной обмотки (генератора или трансформатора), которая характеризуется одинаковым действующим значением напряжения по отношению к любой фазе источника тока. Такая точка получается при соединении обмоток в звезду.

Нулевая точка источника тока - заземлённая нейтральная точка.

Проводник,присоединённый к нейтральной точке, называется нейтральным проводником (нейтралью), а к нулевой точке - нулевым проводником.

Трёхфазная сеть. Четырёхпроводная с заземлённой нейтралью.

При напряжении до 1000В в нашей стране используются схемы «1» и «4».

• Двухфазное прикосновение - между двумя фазами электрической сети. Как правило, наиболее опасное т.к., имеет место быть линейное напряжение. Однако данные случаи довольно редки.
• Однофазное прикосновение - между фазой и землёй. При этом предполагается наличие электрической связи между сетью и землёй.

Подробнее о схемах включения человека в цепь см. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках.

• Нормальный режим

Прикосновение человека к однофазной двухпроводной изолированной от земли сети. Нормальный режим работы сети.

Чем лучше изоляция проводов относительно земли, тем меньше опасность однофазного прикосновения к проводу.
Прикосновение человека к проводу с большим электрическим сопротивлением изоляции более опасно.

• Аварийный режим

Прикосновение человека к однофазной двухпроводной изолированной от земли сети. Аварийный режим работы сети.

При замыкании провода на землю, человек прикоснувшийся к исправному проводу, оказывается под напряжением, равным почти полному напряжению линии, независимо от сопротивления изоляции проводов.

• Прикосновение к незаземлённому проводу

Прикосновение человека к незаземлённому проводнику однофазной двухпроводной сети. Нормальный режим работы сети.

В данном случае, человек оказывается практически под полным напряжением сети.

• Прикосновение к заземлённому проводу

Прикосновение человека к заземлённому проводнику однофазной двухпроводной сети. Нормальный режим работы сети.

В нормальных условиях прикосновение к заземлённому проводу практически не опасно.

• Прикосновение к заземлённому проводу. Аварийный режим работы

Прикосновение человека к заземлённому проводнику однофазной двухпроводной сети. Аварийный режим работы сети.

При коротком замыкании напряжение на заземлённом проводе может достигать опасных значений.

• Нормальный режим

Прикосновение человека к проводу трёхфазной трёхпроводной сети с изолированной нейтралью. Нормальный режим работы.

Опасность прикосновения определяется полным электрическим сопротивлением проводов относительно земли, с увеличением сопротивления, опасность прикосновения уменьшается.

• Аварийный режим

Прикосновение человека к проводу трёхфазной трёхпроводной сети с изолированной нейтралью. Аварийный режим работы.

Напряжение прикосновения практически равно линейному напряжению сети. Наиболее опасный случай.

• Нормальный режим

Прикосновение человека к проводу трёхфазной четырёхпроводной сети с заземлённой нейтралью. Нормальный режим работы.

Человек в данном случае оказывается практически под фазным напряжением сети.

• Аварийный режим

Прикосновение человека к проводу трёхфазной четырёхпроводной сети с заземлённой нейтралью. Аварийный режим работы.

Величина напряжения прикосновения лежит между линейным и фазным напряжением, зависит от соотношения между сопротивлением замыкания на землю и сопротивлением заземления .

• Исключение контакта человека с токоведущими частями.
  Релаизуется посредством расположения токоведущих частей в недосягаемых местах (на высоте, в кабельных каналах, коробах, трубах и т.д.)

• Использование малых напряжений (12, 24, 36 В).
  Например, для питания ручного инструмента в помещениях с повышенной опасностью поражения электрическим током.

• Использование двойной изоляции.
  Например, выполнение корпуса электроустановки из диэлектрика.

• Применение средств индивидуальной защиты.
  Перед применением СИЗ необходимо обязательно убедиться в их исправности, целостности, а также проверить сроки предыдущей и последующей поверки инструмента.

Основные защитные средства обеспечивают непосредственную защиту от поражения электрическим током.
Дополнительные защитные средства не могут самостоятельно обеспечить безопасность, но могут помочь при использовании основных средств.

• Контроль изоляции оборудования и сетей.
  - Выходной контроль.
  - Плановый.
  - Внеочередной и т.д.

• Защитное разделение сетей.
  Позволяет уменьшить ёмкость линий вблизи потребителей электрической энергии.

• Защитное заземление - преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей, могущих оказаться под напряжением, с землёй или её эквивалентом (популярно о заземлении на geektimes.ru).

Приниципиальная схема защитного заземления в сетях с изолированной нейтралью до 1000В.

В сетях до 1000 В защитное заземление применяется в сетях с изолированной нейтралью.
Принцип действия заключается в уменьшении до безопасного значения напряжения прикосновения.

Когда заземление невозможно, в целях защиты выравнивают потенциал основания на котором стоит человек и оборудования, путём повышения. Например, соединение ремонтной корзины с фазным проводником ЛЭП.

Заземлители делятся на:
a. Искусственные, предназначенные для целей заземления непосредственно.
b. Естественные, находящиеся в земле металлические предметы иного назначения, которые могут быть использованы в качестве заземлителей. Исключения по критерию взырвопожароопасности (газопроводы и т.д.).

Сопротивление заземления должно быть не более нескольких Ом. При этом со временем в результате коррозии сопротивление заземлителя возрастает. Поэтому его величина должна периодически контролироваться (зима/лето).

• Защитное зануление - преднамеренное соединение металлических нетоковедущих частей, могущих оказаться под напряжением, с многократно заземлённым нулевым защитным проводником.

Приниципиальная схема защитного зануления в сетях до 1000В с заземлённой нейтралью.

Область применения - электроустановки с заземлённой нейтралью с напряжением до 1000В.

Принцип действия - превращение замыкания на корпус оборудования в однофазное короткое замыкание, с последующим отключением оборудования по превышению максимально допустимой силы тока.

Токовая защита реализуется либо с помощью автоматических выключателей, либо плавких предохранителей. Особое внимание необходимо уделить выбору толщины нулевого защитного провода, достаточной для проведения тока короткого замыкания.

• Применение УЗО (устройств защитного отключения).

Данный вид защиты срабатывает, когда токи входящий и выходящий в отслеживаемом контуре не совпадают по величине т.е., когда имеет место быть утечка тока. Например, при прикосновении человека к фазному проводу, часть тока уходит мимо основного контура в землю, что и вызывает отключение питания оборудования в контролируемом контуре. Подробнее, см. здесь.