Исследование электробезопасности в сетях трехфазного тока напряжением до 1000 В

 

Цель работы

1 Изучить действие электрического тока на организм человека и виды возможных электротравм.

2 Изучить влияние различных факторов и параметров сети на исход поражения человека электротоком в сетях с изолированной и глухозаземленной нейтралью.

Общие сведения

К числу опасных производственных факторов относится повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека. Электрический ток, проходящий через тело человека, может повлечь за собой повреждение организма человека, оказывая термическое, электролитическое и биологическое действия.

Термическое действие выражается в ожогах отдельных участков тела, нагреве кровеносных сосудов, нервов и других тканей. Электролитическое действие выражается в разложении крови и других органических жидкостей, что вызывает значительные нарушения их физико-химических составов. Биологическое действие выражается в раздражении и возбуждении живых тканей организма (что сопровождается непроизвольными судорожными сокращениями мышц), а также в нарушении внутренних биоэлектрических процессов, протекающих в нормально действующем организме и теснейшим образом связанных с его жизненными функциями. В результате могут возникнуть различные нарушения в организме, в том числе нарушение и даже полное прекращение деятельности органов дыхания и кровообращения. Раздражающее действие тока на ткани организма может быть прямым, когда ток проходит непосредственно по этим тканям, и рефлекторным, т. е. через центральную нервную систему, когда путь тока лежит вне этих тканей.

Это многообразие действий электрического тока нередко приводит к различным электротравмам, которые условно можно свести к двум видам: местным электротравмам и общим электротравмам (электрическим ударам).

Местные электротравмы - это четко выраженные местные повреждения тканей организма, вызванные воздействием электрического тока или электрической дуги. Различают следующие местные электротравмы: электрические ожоги, электрические знаки, металлизация кожи, механические повреждения и электроофтальмия.

Электрические ожоги могут быть вызваны протеканием тока через тело человека, а также воздействием электрической дуги на тело. В первом случае ожог возникает как следствие преобразования энергии электрического тока в тепловую и является сравнительно легким (покраснение кожи, образование пузырей). Ожоги, вызванные электрической дугой, носят, как правило, тяжелый характер (омертвление пораженного участка кожи, обугливание и сгорание тканей).

Электрические знаки — это четко очерченные пятна серого или бледно-желтого цвета диаметром 1—5 мм на поверхности кожи человека, подвергшегося действию тока. Электрические знаки безболезненны, и лечение их заканчивается, как правило, благополучно.

Металлизация кожи — это проникновение в верхние слои кожи мельчайших частичек металла, расплавившегося под действием электрической дуги. Обычно с течением времени больная кожа сходит, пораженный участок приобретает нормальный вид и исчезают болезненные ощущения.

Механические повреждения являются следствием резких непроизвольных судорожных сокращений мышц под действием тока, проходящего через тело че­ловека. В результате могут произойти разрывы кожи, кровеносных сосудов и нервной ткани, вывихи суставов и даже переломы костей.

Электроофтальмия — воспаление наружных оболочек глаз, возникающее в результате воздействия мощного потока ультрафиолетовых лучей электрической дуги. Обычно болезнь продолжается несколько дней. В случае поражения роговой оболочки глаз лечение оказывается более сложным и длительным.

Электрический удар —это возбуждение живых тканей организма проходящим через него электрическим током, сопровождающееся непроизвольными судорожными сокращениями мышц. Различают следующие четыре степени ударов: I—судорожное сокращение мышц без потери сознания; II—судорожное сокращение мышц с потерей сознания, но с сохранившимся дыханием и работой сердца; III — потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или дыхания (либо того и другого вместе); IV—клиническая смерть, т. е. отсутствие дыхания и кровообращения.

Исход воздействия тока зависит от ряда факторов, в том числе от величины и длительности протекания через тело человека тока, рода и частоты тока и индивидуальных свойств человека. Электрическое сопротивление тела человека и приложенное к нему напряжение также влияют на исход поражения, так как они определяют значение тока, проходящего через тело человека.

Электрическое сопротивление тела человека складывается из сопротивления кожи и сопротивления внутренних тканей. Кожа, вернее ее верхний слой, называемый эпидермисом, имеющий толщину до 0, 2 мм и состоящий в основном из мертвых ороговевших клеток, обладает большим сопротивлением, которое и определяет общее сопротивление тела человека. Сопротивление нижних слоев кожи и внутренних тканей человека незначительно. При сухой чистой и неповрежденной коже сопротивление тела человека колеблется в пределах 2000—2000000 Ом. При увлажнении и загрязнении кожи, а также при повреждении кожи (под контактами) сопротивление тела оказывается меньшим—около 500 Ом, т. е. доходит до значения, равного сопротивлению внутренних тканей тела. При расчетах сопротивление тела человека принимается обычно равным 1000 Ом.

Значение тока, протекающего через тело человека, является главным фактором, от которого зависит исход поражения: чем больше ток, тем опаснее его действие. Человек начинает ощущать протекающий через него ток промышленной частоты относительно малого значения: 0, 6—1, 5 мА. Этот ток называется пороговым ощутимым током .

Ток 10—15 мА (при 50 Гц) вызывает сильные и весьма болезненные судороги мышц рук, которые человек преодолеть не в состоянии, т. е. он не может разжать руку, которой касается токоведущей части, не может отбросить провод от себя и оказывается как бы прико­анным к токоведущей части. Такой ток называется пороговым неотпускающим .

При 100 мА ток оказывает непосредственное влияние также и на мышцу сердца; при длительности протекания более 0, 5 с такой ток может вызвать остановку или фибрилляцию сердца, т. е. быстрые хаотические и разновременные сокращения волокон сердечной мышцы (фибрилл), при которых сердце перестает работать как насос. В результате в организме прекращается кровообращение и наступает смерть. Этот ток называется фибрилляционным .

Длительность протекания тока через тело человека влияет на исход поражения вследствие того, что со временем ток резко повышается за счет уменьшения сопротивления тела и накапливаются отрицательные последствия воздействия тока на организм.

Род и частота тока в значительной степени определяют исход поражения. Наиболее опасным является переменный ток с частотой 20—100 Гц. При частоте меньше 20 или больше 100 Гц опасность поражения током заметно снижается. Токи частотой свыше 500 кГц не оказывают раздражающего действия на ткани и поэтому не вызывают электрического удара. Однако они могут вызвать термические ожоги.

При постоянном токе пороговый ощутимый ток повышается до 6 - 7 мА, пороговый неотпускающийток — до 50—70 мА, а фибрилляционный при длительности воздействия более 0, 5 с—до 300 мА.

На исход поражения электрическим током влияет величина приложенного напряжения - от нее зависит пробой кожи человека. Пробой кожи возможен при напряжениях более 50 В, а при напряжениях более 200 В пробой неминуем.

Предельно допустимое напряжение определяется следующим образом:

U_пр.доп ≤ 50/t В - при t ≤ 1 с;

U_пр.доп ≤ 36 В - при t> 1 с.

Важное значение имеет путь тока в теле человека - наиболее опасно прохождение тока через дыхательные мышцы и сердце. Различают 15 таких характерных путей: рука - рука, левая рука - ноги, правая рука - ноги, нога - нога и др.

Индивидуальные свойства человека — состояние здоровья, подготовленность к работе с электрической установкой и другие факторы — также имеют значение для исхода поражения. Отягощают поражение заболевания сердечно-сосудистой системы, центральной нервной системы, туберкулез и др. Наличие алкогольного опьянения также отрицательно влияет на исход поражения в связи со снижением внимания и реакции человека. Поэтому обслуживание электроустановок поручается лицам, прошедшим медицинский осмотр и специальное обучение.

Вероятность поражения электротоком зависит от факторов внешней среды: климатических условий в помещении (температура, влажность, атмосферное давление, содержание кислорода и углекислого газа), а также наличия токопроводящей пыли, металлических конструкций, соединенных с землей, токопроводящего пола и других факторов.

Если человек касается одновременно двух точек, между которыми существует напряжение, и при этом образуется замкнутая цепь, через тело человека проходит ток. Значение этого тока зависит от схемы прикосновения и от параметров электрической сети. В зависимости от режима нейтрали генератора электрического тока (трансформатора) все электрические сети делят на сети с изолированной и глухозаземленной нейтралью.

Для оценки опасности поражения в сетях 3-фазного тока необходимо определить путь тока через человека (схему замыкания), величину тока, протекающего через человека, и сравнить ее с допустимой величиной.

При однофазном прикосновении к сети с изолированной нейтралью при исправной изоляции величина тока, протекающего через человека, I_ч зависит от величины фазного напряжения U, сопротивления изоляции фаз R _из и сопротивления тела человека R _ч:

I_ч = U / (R_ч + R_из /3). (23)

Если сопротивление изоляции велико (более 500 кОм), то такое прикосновение будет безопасно. При низком качестве изоляции сеть становится опасной, т.к. в этом случае величина тока, протекающего через человека, ограничивается только сопротивлением тела человека.

Однофазное прикосновение к сети с заземленной нейтралью опасно при любом сопротивлении изоляции, поскольку величина тока, протекающего через человека, в этом случае ограничивается только сопротивлением тела человека:

I_ч = U / R_ч. (24)

При двухфазном прикосновении тяжесть поражения не зависит от режима нейтрали и качества изоляции, поскольку величина тока, протекающего через человека. также ограничивается только сопротивлением тела, но этот случай более опасен, т.к. напряжение, приложенное к человеку, оказывается в раз больше, чем при однофазном прикосновении:

. (25)

В случае пробоя фазы на корпус оборудования, которое в нормальных условиях не должно находиться под напряжением, человек, работающий с этим оборудованием, оказывается в режиме однофазного прикосновения.

Таким образом, наиболее безопасной является сеть с изолированной нейтралью при высоком качестве изоляции. Однако при увеличении протяженности сетей увеличивается паразитная емкость проводов относительно земли, что приводит к увеличению опасности поражения человека емкостной составляющей тока. Поэтому сети с изолированной нейтралью применяют только в тех случаях, когда протяженность сетей невелика и есть возможность постоянного контроля качества изоляции. В остальных случаях при напряжении сети до 1000 В применяют, как правило, сети с глухозаземленной нейтралью. Достоинством этих сетей является сохранение условий безопасности при ухудшении состояния изоляции и в аварийном режиме (пробое фазы на корпус). При напряжении выше 1000 В по технологическим требованиям сети с напряжением до 35 кВ включительно имеют изолированную нейтраль, а выше – глухозаземленную.

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: