Опасность поражения человека электрическим током

Поражение человека во время прикосновения к токопроводящим частям зависит от схемы включения человека в электрическую сеть, напряжения в сети, схемы самой сети, режима нейтрали сети, сопротивления изоляции фаз оборудования или сети, емкости токопроводящих частей относительно земли и т.п.. Схема включения человека в электрическую цепь является очень важным фактором, который определяет тяжесть следствия поражения током. Человек может включиться к току включением в цепь тока между двумя проводами, одним проводом и землей, двумя проводами и землей, двумя точками земли, которые имеют разные потенциалы. Самые характерные первые две схемы. Первую схему называют двухфазным, а вторую – однофазным включением к электрической цепи (рис. 1).

Рис. 1. Схемы включения человека к электрической сети: а - двухфазное; б - однофазное к сети с глухозаземленной нейтралью; в - однофазное к сети с изолированной нейтралью; г - однофазное к сети с изолированной нейтралью, одна из фаз которой замкнута на землю

Двухфазное включение (рис. 1, а) – одновременное включение фаз электрооборудования, которое находится под напряжением. Такое включение самое опасное, поскольку в таком случае человек оказывается под полным линейным напряжением сети, вследствие чего через нее пойдет ток, мА:

где И_л – линейное напряжение, которое равняется напряжению между фазными проводниками, В;

R_л – сопротивление тела человека, Ом;

И_ф – фазное напряжение, которое равняется напряжению между началом и концом одной обмотки, В.

При двухфазном включении опасность поражения не уменьшается и тогда, когда человек будет надежно изолирован от земли, т.е. если у него будет резиновая (на диэлектрической подошве) обувь или он будет стоять на диэлектрическом полу (ковре).

Однофазное включение при нормальном режиме электросети менее опасное, чем двухфазное, поскольку напряжение, которое действует на человека, не превышает фазного, т.е. меньше линейного в 1,73 раза. Соответственно меньшим оказывается ток, который проходит через человека. На величину этого тока влияет также режим нейтрали источника тока, сопротивление пола, на котором стоит человек, сопротивление его обуви и некоторые другие факторы.

Однофазное включение к сети с глухозаземленной нейтралью (рис. 1, б) при нормальном режиме работы сети (т.е. нет замыкания на землю) приводит к действию на человека тока, мА:

где И_ф = 220 В – фазное напряжение сети, В;

R_л, R_в, R_п, R_н – соответственно сопротивление человека, обуви, пола и нейтрали.

Приблизительно тоже самое имеем при однофазном включении к сети с изолированной нейтралью в нормальном режиме работы (рис. 1, в). В этом случае большое значение имеет сопротивление изоляции фаз, мА:

где R_iз – сопротивление изоляции одной фазы сети относительно земли, Ом.

Если даже R_в = 0, R_н = 0, а сопротивление изоляции не меньше 500000 Ом, то даже и тогда ток I_л=1,3 мА будет тоже безопасным. В аварийных режимах работы сетей, когда имеет место замыкание одной из фаз на землю, опасность поражения возрастает. Так, прикосновение к одной фазе сети с изолированной нейтралью, которая находится в таком режиме (рис. 1, г), очень опасное, поскольку в этом случае напряжение невредимых фаз относительно земли может возрасти от фазного к линейному. В таких условиях однофазное прикосновение почти равнозначное двухфазному, мА:

где R_к – переходное сопротивление в месте замыкания на землю, Ом.

В сетях напряжением выше 1000 В опасность однофазного и двухфазного включения практически одинаковая и не зависит от режима нейтрали. Любое из этих прикосновений очень опасное, поскольку сила тока, который проходит через человека, всегда превышает смертельно опасную.

Сила тока, который может пройти через тело человека, зависит от совокупности многих факторов. Поэтому при установлении границы опасных условий ориентируются не на силу тока, а на допустимое безопасное напряжение:

В случае электрического соединения токопроводящей части непосредственно с землей или нетокопроводящими проводными конструкциями, а также предметами, неизолированными от земли, – электрическом замыкании на землю – происходит растекание тока в земле. Зоной растекания тока есть зона земли, за пределами которой электрический потенциал, обусловленный токами замыкания на землю (I_з, А), может быть условно принятый равным нулю.

В зоне растекания тока человек может оказаться под так называемым шаговым напряжением (U_ш, В), из-за разницы потенциалов между двумя точками, расположенными на расстоянии шага:

где р – удельное сопротивление грунта, Ом м;

α – длина шага человека (принимается α = 0,8м);

х – расстояние от центра зоны растекания тока к ближайшей к центру опорной точке человека, м.

При замыкании тока на землю через корпус заземленного оборудования, корпус также окажется под напряжением. В случае прикосновения к корпусу человек в этом случае оказывается под напряжением прикосновения (U_пр, В), которое представляет собой напряжение (разность потенциалов) между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек:

где х _з – радиус заземлителя (расстояние от центра зоны растекания к заземлителю), м.

Результат влияния тока в рассмотренных и других ситуациях зависит как от вышеперечисленных факторов, так и от продолжительности протекания тока через тело человека, рода и частоты тока и индивидуальных свойств человека.

При расчетах сопротивление тела человека R_h принимается равным 1000 Ом. Человек начинает ощущать сменный ток величиной 0,6...1,5 мА. Ток 10...15 мА (при частоте ƒ = 50 Гц) вызывает судороги мышц, которые человек сам преодолеть не может. Этот ток называется предельным неотпускающим.

При токе величиной 100 мА и продолжительности влияний больше 0,5 сек. ток может вызвать остановку или фибрилляцию сердца. Сопротивление тела человека резко падает в зависимости от продолжительности влияния тока. Самым опасным является сменный ток с частотой 20...100 Гц. Токи частотой выше 500000 Гц электрического удара не вызывают, но могут быть причиной термического ожога. Постоянный ток человек ощущает при 6...7 мА, предельный неотпускающий постоянный ток составляет 50...70 мА, а фибрилляционный - 300 мА.

Все производственные помещения согласно ПУЭ делятся по степени риска поражения людей электрическим током на три класса: без повышенной опасности, с повышенной опасностью, особо опасные.