Значительная доля электрических травм возникает в результате прикосновений человека к элементам электроустановок, на которые подается напряжение в процессе нормальной эксплуатации. Например, по результатам анализа электротравматизма за 1965 г. в США поражения в результате прикосновений к фазным проводам составили 67,4% всех производственных электротравм. Рассмотрим условия возникновения электрической цепи через человека и параметры, определяющие величину тока поражения при прикосновениях к фазным проводам в промышленных электроустановках.
Опасность прикосновения в значительной мере зависит от режима нейтрали электроустановки. Источники, используемые в нашей стране для питания производственных потребителей электроэнергии до 1 000 В, могут иметь три режима нейтрали: изолированную, глухозаземленную и заземленную через компенсирующее устройство.
Рис. 1-7. Прикосновение человека к фазе в электроустановках с изолированной нейтралью.
а — при исправной изоляции других фаз; б — при замыкании другой фазы на землю.
В электроустановках с различными режимами нейтрали опасность прикосновения определяется величиной тока, проходящего через человека и зависящего от состояния изоляции. Опасность прикосновения принято оценивать по двум крайним режимам работы электроустановки:
а) прикосновение к фазному проводу при нормальном состоянии изоляции других фаз (однополюсное прикосновение);
б) прикосновение к фазному проводу при замыкании другой фазы на землю (двухполюсное прикосновение).
В эксплуатации электрооборудования чаще встречается первый вариант поражения, однако нередки и случаи работы сетей с замкнутой фазой (особенно в электроустановках с изолированной нейтралью). Прикосновения к фазному проводу в электроустановках с изолированной нейтралью (рис. 1-7, а) сопровождаются прохождением через организм человека токов, величину которых можно рассчитать.
Применяя закон Ома к участку электрической цепи, можем определить ток (А), проходящий через человека в момент прикосновения к фазе А:
Выражение (1-8) позволяет рассчитать величину тока поражения при прикосновении к фазному проводу электроустановки с изолированной нейтралью при любых значениях проводимости изоляции фаз относительно земли. На практике часто представляется возможным рассматривать электроустановку как один из частных случаев.
а) Электроустановки, в которых фазные магистрали имеют одинаковую протяженность и одинаковое исполнение (кабельные, воздушные и другие виды проводок). Для таких электроустановок без значительной погрешности можно принять проводимости фаз одинаковыми Υα = z=Ys—Yc=:Y. Из (1-8) получим:
Выражения (1-8) — (1-12) позволяют рассчитать ток поражения при прикосновении человека к фазному проводу в сети с изолированной нейтралью, если две другие фазы имеют небольшую проводимость изоляции относительно земли. Если прикосновение произойдет при замыкании одной из фаз на землю в электроустановке, человек попадает под линейное напряжение (рис. 1-7,б):
Рис. 1-8. Прикосновение человека к фазе в электроустановках с нейтралью, замкнутой на землю через компенсирующее устройство.
Как и в предыдущем случае, практическое значение могут иметь частные варианты использования выражения (1-15). Так, при равенстве проводимостей изоляции всех трех фаз относительно земли Ya=Yb=Yc=Y получим:
Наконец, интерес могут представлять выражения для расчета тока поражения при настройке компенсирующего устройства в резонанс с емкостью сети, т. е. при полной компенсации емкостных токов утечки. С учетом активной
При глухом замыкании одной из фаз на землю ток поражения будет определяться линейным напряжением по (1-13). При замыкании одной из фаз на землю через некоторое переходное сопротивление
ток поражения можно найти, если в (1-22) пренебречь проводимостью изоляции двух фаз и учесть проводимость поврежденной фазы (например, фазы В):
Рис. 1-9. Прикосновение человека к фазе в электроустановках с глухозаземленной нейтралью.
а — при исправной изоляции других фаз; б — при замыкании другой фазы на землю.
Проведенный анализ позволяет сделать вывод о роли электрической изоляции в обеспечении безопасности и оценить ее уровень, необходимый с точки зрения безопасности. Кроме того, приведенными соотношениями можно руководствоваться для оценки степени безопасности той или иной электроустановки и при проектировании защитных устройств электробезопасности. Результаты анализа для различных случаев прикосновения сведены в табл. 1-2.
Иногда на базе приведенных соотношений пытаются сделать заключение о большей безопасности того или иного режима нейтрали электроустановки. Однако до настоящего времени однозначного решения в этом вопросе не найдено. Действительно, на определенном этапе развития техники появилась возможность добиться более высокого уровня безопасности в сетях с изолированной нейтралью (в связи с появлением приборов непрерывного контроля изоляции и защитного отключения для таких сетей). Предпринимаются попытки найти аналогичные решения для сетей с глухозаземленной нейтралью, что позволит резко повысить культуру их эксплуатации и, следовательно, уровень безопасности.
Таблица 1-2
Выражения для расчета тока поражения человека при прикосновениях к фазе
Продолжение табл. 1-2
Продолжение табл. 1-2
Продолжение табл. 1-2
Единственно правильным подходом к выбору того или иного режима нейтрали является всесторонний учет требований безопасности, режима эксплуатации и условий эксплуатации электроустановки при его решении. Примеры такого решения следующие: использование изолированной нейтрали в электроустановках подземных горных разработок, глухозаземленной нейтрали на промышленных предприятиях со смешанной нагрузкой (однофазной и трехфазной) и нейтрали, заземленной через компенсирующие устройства, в некоторых видах передвижных электроустановок с разветвленными кабельными сетями.