Содержание

Теория
- Однофазное прикосновение человека к электрической сети
- Одиночный стержневой заземлитель
Задачи

Основы электробезопасности

Теория

Однофазное прикосновение человека к электрической сети

Случай трёхпроводной трёхфазной сети с изолированной нейтралью (см. рисунок).

Прикосновение человека к проводу трёхфазной трёхпроводной сети с изолированной нейтралью.
Случай нормального режима короткой воздушной сети с малой ёмкостью проводов относительно земли.

Здесь $U_{\text{ф}}$ - фазное напряжение сети, В; $R_h$ - сопротивление тела человека, Ом; $r$ - активное сопротивление изоляции проводов, Ом.

В данном частном случае, когда ёмкостное сопротивление велико, а активное симметрично для всех фаз, сила тока проходящего через человека $I_h$ определится по следующей формуле:

$I_h = \frac{U_{\text{ф}}}{R_h + \frac{r}{3}},\text{ [A]}.$

Случай четырёхпроводной трёхфазной сети с заземлённой нейтралью (см. рисунок).

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

Здесь $z$ - модуль комплексного сопротивления (полное сопротивление) проводов относительно земли, Ом; $r_0$ - сопротивление заземления нейтральной точки трансформатора, Ом. Согласно ПУЭ $r_0$ не должно превышать 4 - 10 Ом.

В данном случае, сила тока проходящего через человека $I_h$ определяется наличием заземления нейтральной точки трансформатора с малым сопротивлением $r_0$ и может быть вычислена по следующей формуле:

$I_h = \frac{U_{\text{ф}}}{R_h + r_0},\text{ [A]}.$

При расчётах электробезопасности, если не оговорено отдельно, сопротивление человека $R_h$ принимается равным $1000\text{ Ом}$ , которое приближенно соответствует сопротивлению внутренних органов человека.

Одиночный стержневой заземлитель

Заземлитель — проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с грунтом (ПУЭ 1.7.15).

Сопротивление заземления — отношение напряжения на заземляющем устройстве к току, стекающему с заземлителя в землю (ПУЭ 1.7.26).

Сопротивление заземления $r_\text{з}$ — основной показатель заземляющего устройства, определяющий его способность выполнять свои функции и определяющий его качество в целом. В общем случае, сопротивление заземления зависит от формы, площади электрического контакта заземлителя с грунтом и удельного электрического сопротивления грунта.

Стекание тока в землю сопровождается возникновением на заземлителе, в земле вокруг, а следовательно, и на поверхности грунта поля растекания тока $\varphi(x)$ .

При этом величина потенциала на поверхности грунта зависит от формы и размеров заземлителя, расстояния до заземлителя, величины стекающего тока, удельного сопротивления грунта.

Схема растекания тока от одиночного стержневого заземлителя с глубиной заложения $l,\text{ м}$ , и диаметром $d, \text{ м}$ представлена на рисунке:

Растекание тока от одиночного стержневого заземлителя.

Здесь, $U_\text{ш}$ , $U_\text{пр}$ - напряжения шага и прикосновения, соответственно.

Сопротивление одиночного стержневого заземлителя:

$r = \frac{\rho}{2\pi l}\ln{\frac{4l}{d}}, \text{ [Ом].}$

Здесь $\rho$ - удельное сопротивление грунта, $\text{Ом}\cdot\text{м}$ ; $l$ - глубина заложения стержневого заземлителя, $\text{м}$ ; $d$ - диаметр заземлителя, $\text{м}$ .

Потенциал на поверхности земли от одиночного стержневого заземлителя:

$\varphi(x) = \frac{I_{\text{з}}\rho}{2\pi l}\ln{\left[ \frac{\sqrt{x^2 + l^2} + l}{x}\right]},\text{ [В]}.$

Здесь $I_{\text{з}$ - ток, стекающий в землю при коротком замыкании фазного проводника на корпус оборудования, $\text{А}$ ; $x$ - расстояние до интересующей точки, $\text{м}$ .

Подробнее см. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках.

Задачи

Задача №1

Какая схема включения осветительной лампы к электрической сети является наименее опасной, наиболее опасной? Почему?

Схемы включения осветительной лампы к электрической сети.

Задача №2

На строительной площадке, монтажник выполняя задание по установке башенного крана вблизи линий электропередач (ЛЭП), коснулся рукой крюка и был смертельно поражён электрическим током. Работа велась в дождливую ветреную погоду без оформления наряда - допуска. Кран был заземлён и стоял без электрической проводки. В это время на рядом расположенной опоре ЛЭП - 35 кВ от ветровой нагрузки и плохого состояния изоляционной подвески произошло замыкание фазного проводника на металлическую опору.

Определите напряжение прикосновения $U_{\text{пр}}$ и ток, прошедший через человека $I_h$ , если известны следующие данные:

Ток, стекающий в землю при замыкании фазного проводника на металлическую опору $I_{з} = 27,6\text{ A}$ .
Глубина заложения опоры в землю $l = 2\text{ м}$ .
Удельное сопротивление грунта $\rho = 210\text{ Ом}\cdot\text{м}$ .
Расстояние от опоры до рабочего $x_1 = 4\text{ м}$ .
Расстояние от опоры до заземлителя крана $x_2 = 12\text{ м}$ .
Сопротивление тела человека $R_h = 800\text{ Ом}$ .

Схема происшествия представлена на рисунке:

Поражение электрическим током рабочего при монтаже башенного крана.

Задача №3

В ванной комнате жилого дома произошло смертельное поражение человека электрическим током. Пострадавший (см. рис.), стоя в ванной (1) с небольшим количеством воды, взялся рукой за водопроводную трубу (2) и был поражён током. Электрическое напряжение возникло на сливном стояке (3) в результате повреждения изоляции фазного проводника L и контакта его со стояком в другом жилом помещении. Ванная и сливная труба (4) не имели контакта с водопроводной трубой (2), что и обусловило наличие напряжения между ванной (1) и трубой (2), которое воздействовало на пострадавшего.

Напряжение возникло из-за отсутствия металлического патрубка (5), соединяющего ванну с водопроводной трубой (2), а также неудовлетворительной эксплуатации электропроводки и отсутствия контроля за состоянием изоляции в проводниках L и N в жилых помещениях, высокого сопротивления заземления сливного стояка.

Определите ток $I_h$ , прошедший через человека, если известны следующие данные:

Фазное напряжение электрической сети $U_{\text{ф}} = 220\text{ В}$ .
Сопротивление заземлённой нейтрали трансформатора $r_0 = 8\text{ Ом}$ .
Сопротивление заземления сливного стояка $r_1 = 200\text{ Ом}$ .
Сопротивление заземления водопроводной трубы $r_2 = 4\text{ Ом}$ .
сопротивление тела человека $r_h = 1000\text{ Ом}$ .

Схема происшествия представлена на рисунке:

Поражение человека электрическим током при пользовании ванной.

Задача №4

Корпус электродвигателя воздушного вентилятора, установленного на бетонное основание, соединён заземляющим проводником с металлическим листом, на котором стояли двое рабочих. При этом один из них касался корпуса электродвигателя, а другой - стальной трубы, вертикально забитой в землю и не имеющей связи с металлическим листом. В это время произошло замыкание обмотки работающего двигаетля на его корпусе (см. рис.).

Определите токи $I_{h,1}$ , $I_{h,2}$ прошедшие через работников, если известны следующие данные:

Короткая трёхфазная сеть с изолированной нейтралью. Линейное напряжение которой $U_\text{л} = 660\text{ В}$ .
Сопротивление изоляции проводников относительно земли одинаковы $r = 1800\text{ Ом}$ .
Сопротивление человека $r_h = 1000\text{ Ом}$ .
Удельное сопротивление грунта $\rho = 200\text{ Ом}\cdot\text{м}$ .
Заглубление трубы в землю $l = 2\text{ м}$ .
Диаметр трубы $d = 0,05\text{ м}$ .

Схема происшествия представлена на рисунке:

Поражение человека током при его соприкосновении со стальной трубой при замыкании на корпус двигателя.