Анализ опасности поражения током

Поражение током человека возможно при случайном прикосновении к токоведущим частям, приближении человека на опасное расстояние к токоведущим частям высокого напряжения, прикосновении к металлическим частям электрооборудования, которые могут оказаться под напряжением из-за повреждения изоляции или ошибочных действий персонала, попадании под шаговое напряжение при передвижении человека по зоне растекания тока от упавшего провода или замыкания токоведущих частей на землю.

Наиболее опасным случаем является касание человеком двух фазных проводов (рис. 5.1). При этом напряжение прикосновения будет равняться линейному напряжению сети = = 380 В, а ток, проходящий через человека, будет зависеть только от сопротивления тела человека. Такое прикосновение является смертельным.

В случае прикосновения человека к одному фазному проводу ток, проходящий через человека, будет зависеть в первую очередь от вида электрической сети и от ряда других факторов. Наиболее часто применяют трехфазные сети переменного тока с заземленной или изолированной нейтральной точкой трансформатора (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Случаи прикосновения человека к трехфазным сетям с заземленной (а) и изолированной (б) нейтральной точкой

 

В населенных пунктах и на предприятиях обычно применяют трехфазные электрические сети с заземленной нейтральной точкой (рис. 5.1а). В случае прикосновения человека к фазе образуется цепь поражения: фаза «С» — сопротивление человека, обуви, пола сопротивление заземления нейтральной точки R_o — фаза «С» — человек.

Ток , проходящий через человека, и напряжение прикосновения определяются, исходя из закона Ома

(5.2)

(5.3)

где — суммарное сопротивление человека, обуви и пола, Ом.

Рабочее заземление нейтральной точки R_о составляет не более 8 Ом, что значительно меньше R, поэтому величина тока будет зависеть не только от сопротивления человека, но и также от сопротивления обуви и пола.

Трехфазные сети с изолированной нейтральной точкой (рис. 5.1б) применяют при небольшой протяженности линий и на некоторых транспортных средствах, например, на судах. При прикосновении человека к фазе образуется цепь поражения: фаза «С» — человека, обуви, пола — сопротивление изоляции фаз «А» и «В» относительно земли — фазы «А» и «В» — фаза «С» — человек — сопротивление изоляции фазы «С».

Ток, проходящий через человека, определяется по формуле

(5.4)

где R_u — сопротивление изоляции фазы относительно земли (металлический провод кабеля, проходящего в земле, электрически связан с землей через конечное по величина сопротивление изоляции R_u), в данном случае сопротивление изоляции принимается одинаковым для трех фаз, Ом.

Анализ зависимостей (5.2) и (5.4) показывает, что прикосновение к фазе более опасно в случае сети с заземленной нейтральной точкой. В сети с изолированной нейтральной точкой сила тока проходящего через человека, в основном зависит от сопротивления изоляции фаз относительно земли. При исправной изоляции проводов (R_u = 0,5…1,0 МОм) через человека будет проходить практически безопасный ток. Однако в таких сетях значительной протяженности возможно поражение человека емкостным током.

Если человек приближается к проводнику, находящемуся под высоким напряжением, то происходит пробой воздушного промежутка и поражение током человека. В случае прикосновения человека к корпусу электрооборудования при нарушении изоляции и пробое фазы на корпус ситуация будет подобна прикосновению человека к фазе.

При замыкании тока на землю (например, от упавшего на землю провода) происходит стекание тока и снижение величины потенциала Y (рис. 5.2)

(5.5)

где — ток замыкания на землю, А;

— удельное сопротивление грунта, Ом∙м;

— расстояние от заземлителя до точки поверхности земли, м.

Рис. 5.2. К понятию шагового напряжения

 

Человек, передвигаясь по полю растекания тока, может быть поражен шаговым напряжением , которое определяется как разность потенциалов двух точек земли, на которых стоит человек

(5.6)

Ток, проходящий через человека, определяется по зависимости

(5.7)

Шаговое напряжение увеличивается при приближении человека к месту замыкания.

Статическое электричество

Заряды статического электричества образуются при деформациях, дроблении твердых тел, разбрызгивании жидкостей, трении твердых тел, транспортировании газов, сыпучих тел и жидкостей. Эти процессы сопровождаются сообщениями телам избыточной внутренней энергии, что приводит к повышению температуры тела относительно окружающей среды и эмиссии электронов с поверхности тел (эффект Крамера). Облачко электронов, осевших на поверхности диэлектрического тела, создает отрицательный статический заряд. Атомы тела, отдавшие свои электроны, превращаются в ионы и образуют положительный заряд. В результате трения тел на их поверхности образуется двойной электрический слой (ДЭС). Например, при трении металла и диэлектрика на поверхности металла группируются положительные заряды, а на поверхности диэлектрика — отрицательные (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Образование двойного электрического слоя (ДЗС) при трении двух разнородных тел

 

Процесс электризации усиливается при увеличении силового взаимодействия контактирующих тел, скоростей перемещения твердых, сыпучих материалов, газов и жидкостей.

ДЭС аналогичен конденсатору с емкостью С. При разделении контактирующих поверхностей часть зарядов Q нейтрализуется, а часть сохраняется на телах. При удалении поверхностей друг от друга емкость уменьшается, а разность потенциалов между телами увеличивается, что может явиться причиной образования искры и зажигания горючих газо-, паро- и пылевоздушных смесей. для воспламенения горючих газов, паров жидкостей достаточно возникновения искры при разности потенциалов для различных тел от 300 до 3000 В. Например, пары бензина воспламеняются от искры при разности потенциалов 300 В.

При изготовлении, обработке и транспортировке дисперсированных материалов происходит электризация частиц при их соударении друг с другом и со стенками оборудования. Перекачка диэлектрических жидкостей (бензина, керосина и др.) по трубопроводам сопровождается электризацией, которая связана с механическим разделением ДЭС на границе жидкой и твердой фаз. Электризация капель происходит также при разбрызгивании жидкостей.

Статическое электричество представляет следующие опасности для человека. Длительно протекающий через человека ток вызывает функциональные изменения в работе ЦНС и ССС, что проявляется в снижении активности деятельности, угнетенности психики. Кратковременный электрический разряд вызывает у человека рефлекторное движение, что может привести к попаданию его в опасную зону и к травмированию.

По статистическим данным искровые разряды являются причиной 60% всех взрывов на взрывопожароопасных производствах.

Атмосферное электричество

На земном шаре за сутки происходит более 40 тысяч гроз. В южных районах Европейской части России среднее годовое число грозовых часов превышает 100, в средней полосе — от 60 до 80, а в северных районах — менее 10 ч.

Атмосферное электричество образуется и концентрируется в облаках, образованных из мелких водяных частиц, находящихся в жидком или твердом состоянии. Чаще всего нижняя часть облаков имеет отрицательный заряд, а верхняя — положительный, но облака могут нести и заряд одного знака. Молния — это разряд между электрически заряженным облаком и землей, между разноименно заряженными частями облаков или между облаками. Во время грозового разряда за короткий промежуток времени при токе молнии порядка 100...200 кА в канале молнии развивается температура до 20000°С. Из-за быстрого расширения нагретого воздуха возникает взрывная волна (гром) с мощным звуковым импульсом. Удар молнии может явиться прямой или косвенной причиной гибели людей, привести к механическим разрушениям зданий, сооружений, скал, деревьев, вызвать пожары и взрывы.

Причиной механического разрушения является мгновенное превращение воды и вещества в пар высокого давления на пути протекании тока молнии в объектах.

Первичным воздействием атмосферного электричества является прямой удар молнии.

К вторичному воздействию относятся: электростатическая, электромагнитная индукция и занос высоких потенциалов в здания и сооружения. Сущность электростатической индукции заключается в следующем. Заряженное облако наводит заряд противоположного знака на оборудование внутри и вне зданий, металлические крыши, провода ЛЭП и радиосети. Они релаксируют путем электрического разряда на ближайшие заземленные предметы, что может вызвать электротравматизм людей, воспламенение горючих смесей и взрывы. Явление электромагнитной индукции является следствием протекания в канале молнии изменяющегося во времени тока, который создает переменное магнитное поле. Это поле индуцирует в металлических контурах электродвижущую силу. В местах сближения контуров могут происходить электрические разряды, способные воспламенить горючие смеси и вызвать электротравматизм. Занос высоких потенциалов в здание происходит в результате прямого удара молнии в коммуникации, расположенные вне здания, но входящие в него. К таким коммуникациям относятся рельсовые пути, водопроводы, газопроводы, провода ЛЭП и др. Этот процесс сопровождается электрическими разрядами на заземленное оборудование, что может привести к воспламенению горючих смесей и электротравматизму людей.

Пожарная опасность