Анализ опасности поражения током в электрических цепях

Поражение человека электротоком возможно в том случае, если он прикоснется не менее чем к двум точкам цепи, между которыми существует электрический потенциал. В этом случае говорят, что электрическая цепь замкнута через тело человека.

Сила тока, проходящего через тело человека, и напряжение прикосновения будут определяться рядом факторов: схемой включения человека в цепь, характеристикой электрической цепи, степенью изоляции человека относительно земли и т. д.

Возможны различные схемы включения человека в электрическую цепь. Рассмотрим две наиболее характерные из них: двухфазное включение (между двумя проводами или фазами) и однофазное (между одним проводом и землей при наличии электрической связи между ними).

Двухфазное включение, т.е. прикосновение человека одновременно к двум фазам трехфазной цепи, более опасно, чем однофазное. Это объясняется тем, чтов таком случае тело человека будет находиться под наибольшим в этой цепи линейным напряжением и, соответственно, через человека пройдет наибольший ток (рис. 4, а).

Ток, проходящий через человека (А),

Узб'л ^и»

где IIя = УЗ 1/ф — линейное напряжение, т. е. разность потенциалов между обмотками, В;

(Уф — фазное напряжение, т. е. разность потенциалов между обмоткой фазы и нулевым проводом в че-тырехпроводной цепи или между началом и концом одной обмотки в трехфазной трехпроводной цепи, В;

/?ч — полное сопротивление цепи человека, Ом.

Значение тока, проходящего через человека при двухфазном включении, определяется только приложенным напряжением и электрическим сопротивлением тела и не зависит от режима нейтрали¹. Это значит, что двухфазное включение одинаково опасно в сети, имеющей изолированную или заземленную нейтраль. Причем даже хорошая изоляция человека относительно земли не снижает опасности его поражения током при такой схеме подключения.

Однофазное включение человека в цепь (рис. 4, б, в) встречается гораздо чаще, чем двухфазное. При этом тяжесть поражения током несколько уменьшается.

' Нейтраль — это точка источника тока или трансформатора, имеющая одинаковый потенциал по отношению к внешним зажимам.

Рис. 4. Различные схемы включения человека в электрическую цепь: а — двухфазное включение; б, в, — однофазные включения

Рис. 5. Прикосновение человека к одной фазе трехфазной трехпро-водной цепи с изолированной нейтралью:

А — нормальный режим работы установки; б — аварийный режим — замыкание на землю

ется по сравнению с двухфазным подключением и будет определяться режимом нейтрали источника тока (заземлена нейтраль или изолирована). Кроме этого, большое значение будет иметь электрическое сопротивление человека, изоляции проводов, пола и т. д.

Рассмотрим наиболее характерные случаи прикосновения человека к токоведущим проводам одной фазы.

При однофазном включении в цепь с изолированной нейтралью (рис. 5, а) сила тока (А), проходящего через тело человека, при равенстве сопротивлений изоляции проводов каждой из трех фаз /?/ = /?2=/?<3 = /? (Ом) и малой емкости проводов относительно земли (С1= = С2=СЗ=0) будет определяться по формулам

',-

или /„ =----- я- . (о)

Лс

(3/?_ч + Л)

где У?ч

г_ч--г₀.б+Гп — полное сопротивление цепи человека, равное сумме сопротивления тела человека, его обуви и пола (Ом).

Из формул (5) следует, что опасность человека будет зависеть от сопротивления изоляции проводов, а также от того, насколько надежно человек изолирован относительно земли.

Для подтверждения этого приведем пример. Если считать, что сопротивления изоляции проводов всех фаз меньше допустимых (#=60 000 Ом) и равны между собой, среднерасчетное сопротивление тела человека /?ч=1000

Ом, а фазовое напряжение сЛр = 220 В, то значение тока, проходящего через человека, составит в этом случае

/ =--------------- «0,010 А.

1000 + 60 000 '3

Ток такой силы опасности не представляет, т. е. при надежной изоляции токоведущих частей цепи и самого человека относительно земли прикосновение к одной из фаз в период нормальной работы сети не будет опасным для жизни. При снижении уровней сопротивлений изоляции проводов и человека относительно земли в случае одновременного касания фазы и корпуса судна значительно увеличивается вероятность тяжелого поражения электротоком.

При замыкании одной из фаз на землю через малое сопротивление /?₃, т. е. при аварийном режиме работы сети, прикосновение человека к неповрежденной фазе будет смертельно опасным (рис. 5, б). В этом случае человек будет подвержен действию полного линейного напряжения и через него пройдет ток силой (А)

г/_фУз

'^^Г' <⁶>

где Л_а — незначительное сопротивление (Ом), через которое одна из фаз в трехфазной сети с изолированной нейтралью замкнута на

Ток такой силы смертельно опасен для человека. Следовательно, даже при нормальном режиме работы сети с заземленной нейтралью прикосновение человека к одной из ее фаз намного опаснее аналогичного каса­ния сети с изолированной нейтралью. В случае пробоя одной из фаз при аварийном состоянии сети и касания человеком поврежденной фазы опасность поражения значительно возрастает, так как увеличивается напря­жение прикосновения С_пр. Практически при наличии малых сопротивлений Я₃ и Р₀ напряжение прикосновения будет несколько больше фазного, но меньше линейного (^/л>^пр>С/ф).

Правилами Регистра СССР запрещено применение на судах систем переменного трехфазного тока с заземленной нейтралью в связи с их повышенной опасностью.