Однофазное прикосновение

Однофазное (однополюсное) прикосновение происходит во много раз чаще, чем двухфазное прикосновение, но является менее опасным, поскольку напряжение, под которым оказывается человек не превышает фазного напряжения сети и ток через тело человека меньше в 1,73 раза. Кроме того, на этот ток большое влияние оказывает режим нейтрали источника тока, сопротивление изоляции проводов сети относительно земли, сопротивление земли, сопротивление основания (пола), на котором стоит человек, сопротивление его обуви и некоторые другие факторы.

При нормальном режиме работы однофазной 2-х проводной сети изолированной от земли (рис. 2.10, а), у которой ёмкостью проводов относительно земли можно принять равными нулю, а сопротивления изоляции проводов равны по величине напряжение прикосновения ток, проходящий через тело человека прикоснувшегося к одному из проводов можно вычислить по формулам:

где: и токи, проходящие через сопротивления изоляции проводов и соответственно.

Учитывая, что и

получаем:

тогда напряжение прикосновения:

а ток, проходящий через человека:

.

Так как то выражения упрощаются и примут вид:

Очевидно, что чем лучше изоляция проводов относительно земли,тем меньше опасность однофазного (и двухфазного) прикосновения к проводу.

При аварийном режиме однофазной 2-х проводной сети изолированной от земли, когда один из проводов сети замкнут на землю через сопротивление (рис. 2.10, б), которое намного меньше по сравнению с сопротивлением изоляции проводов и, которое можно принять равным нулю, напряжение прикосновения и ток через человека, прикоснувшегося к исправному проводу, будут иметь наибольшие возможные значения:

Очевидно, что при аварийном режиме работы сети (при замыкании одного провода на землю) человек, прикоснувшийся ко второму исправному проводу, оказывается под полным напряжением сети независимо от сопротивления изоляции проводов. Опасность поражения в этом случае значительно выше, чем в случае прикосновения к тому же проводу сети в период её нормально работы.

В однофазной двухпроводной сети с заземлённым проводом (рис. 2.11), ёмкостью которой можно пренебречь при прикосновении к незаземлённому проводу напряжение прикосновения и ток через тело человека определяются выражениями:

где: - сопротивление заземления провода.

Очевидно, что при человек оказывается практически под полным напряжением сети, а ток через тело человека имеет наибольшее значение.

Влияние сопротивлений и изоляции проводов сети в этом случае незначительно и ими можно пренебречь.

Необходимо отметить исключительно важное значение изоляции основания (полов и обуви) на котором стоит человек. Сопротивления обуви и пола включаются последовательно с сопротивлением тела человека . С учётом этого расчётная формула величины тока через тело человека будет иметь вид:

	Рис. 2.11. Прикосновение человека к проводу однофазной двухпроводной сети с заземлённым проводом а) прикосновение к незазмлённому (L) проводу; б) прикосновение к заземлённому (N) проводу в нормальном режиме работы сети; в) прикосновение к заземлённому проводу в режиме к.з. между проводами сети.

Прикосновение человека к заземлённому проводу ошибочно считают безопасным полагая, что напряжение этого провода относительно земли мало. В действительности же при прикосновении к заземлённому проводу (Рис. 28, б), человек оказывается под воздействием напряжения равного падению напряжения в заземлённом проводе на участке от места его заземления (А) до места касания (В):

где: - ток нагрузки, проходящий по проводу;

- сопротивление провода.

В нормальных условиях это напряжение не велико, а наибольшее его значение соответствует наиболее удалённой от источника точке.

При к.з. между проводами сети (рис. 2.11, в) ток резко возрастает. Очевидно, что и напряжение прикосновения возрастает практически пропорционально увеличению тока в проводе и при к.з. может достигать опасных для человека значений.

Известно, что в 3-х фазной 4-х проводной сети напряжение прикосновения приложенное к телу человека, прикоснувшегося к фазному проводу электрической сети с нейтралью (в общем случае) заземлённой через активное и индуктивное сопротивление определяется выражением:

,

а ток, проходящий при этом через тело человека, выражением:

где: , , , , , полные проводимости, соответственно, фазных (1,2,3) проводов, нейтрального провода (н), заземления (о) и тела человека (h), а – фазный оператор 3-х фазной системы, учитывающий сдвиг фаз.

При нормальном режиме работы сети проводимости фазных и нулевых проводов относительно земли по сравнению с незначительны и их можно приравнять к нулю, т.е.

= = = =0.

Рис. 2.12. Прикосновение человека к одной фазе 3-х фазной сети с заземленной нейтралью.

В 3-х фазной сети с заземлённой нейтралью (рис. 2.12), цепь тока, проходящего через человека включает в себя, кроме сопротивления тела человека, ещё и сопротивление его обуви, сопротивление пола, а также сопротивление заземления источника тока. Причём все эти сопротивления включены последовательно.

Ток, проходящий через тело человека в этом случае будет определяться по формуле:

(2.3)

Наиболее неблагоприятный случай будет, когда человек, прикоснувшийся к фазному проводу, имеет на ногах токопроводящую обувь (сырую или подбитую металлическими гвоздями) и стоит непосредственно на сырой земле или на токопроводящем (металлическом) полу (или на заземленной металлической конструкции). В этом случае R_об = и R_n=0.

Ток, проходящий через тело человека будет определяться по формуле:

(2.4)

Обычно сопротивление заземления нейтрали (R₀) во много раз меньше сопротивления тела человека (R_h) и не превышает 10 Ом, им можно пренебречь, и тогда ток через тело человека можно определить по формуле:

Так, в сети с фазным напряжением 220 В при R_h=1000 Ом, ток через человека будет:

Этот ток также смертельно опасен для человека.

В случае. когда человек имеет на ногах непроводящую обувь (например, диэлектрические галоши) и стоит на изолирующем основании (например, на деревянном полу), то принимая R_об= 45000 Ом и R_n=100000 Ом, получим:

Этот ток не опасен для человека.

В действительных условиях диэлектрическая обувь и изолирующие основания обладают значительно большими сопротивлениями, и ток, проходящий человека, будет ещё меньше.

Рис. 2.13. Присоединение человека к одной фазе 3-х фазной сети с изолированной нейтралью

В сети 3-х фазной с изолированной нейтралью ток (рис. 2.13), проходящий через человека в землю, возвращается к источнику тока через изоляцию проводов сети, которая в исправном состоянии обладает большим сопротивлением.

С учётом сопротивлений обуви (R_об) и пола (R_n), на котором стоит человек, включенных последовательно сопротивлению тела человека (R_h), ток, проходящий через человека, определяется по формуле:

(2.5)

При наиболее неблагоприятном случае (R_об и R_n=0) уравнение упростится и примет вид:

(2.6)

Для случая сети с U_ф=220 В при R_из=90000 Ом и R_h=1000 Ом ток через тело человека будет равен:

Этот ток будет ощутимым, но не смертельным для человека.

На основании вышеизложенного, можно сделать вывод, что в сети с изолированной нейтралью условия безопасности находятся в прямой зависимости от сопротивления изоляции проводов сети относительно земли, (чем лучше изоляция, тем меньше ток, проходящий через тело человека).

Кроме того, в сети с изолированной нейтралью, ток через человека, прикоснувшегося к фазному проводу будет ограничиваться сопротивлением обуви и пола.

При R_об=45000 Ом и R_n=100000 Ом ток через человека:

Этот ток практически безопасен для человека.

Таким образом, при прочих равных условиях прикосновение человека к одной фазе в сети с изолированной нейтралью менее опасно, чем в сети с заземленной нейтралью.

Если человек прикасаться к нетоковедущим частям (к корпусу) электроустановки, то ток через него зависит и от сопротивления изоляции между корпусом и токоведущими частями. В большей степени эта зависимость проявляется при прикосновении к корпусу однофазного электроприемника в сети с глухозаземленной нейтралью. Схема замещения для этого случая приведена на рис. 2.14, где R_н –сопротивление нагрузки, R_из – сопротивление изоляции между корпусом и токоведущими частями электроприемника.

	Рис. 2.14. Схема замещения сети с глухозаземленной нейтралью при прикосновении человека к корпусу электроустановки.

Из схемы видно, что R_из представляет собой дополнительное сопротивление в цепи тела человека, поэтому ток через человека будет определяться выражением:

(2.7)

Сопротивление изоляции в этом случае (при малом R₀) должно удовлетворять условию:

R_из> -R_h (2.8)

В этом случае человек не будет ощущать воздействие электрического тока при обслуживании электроустановки.

Таким образом, на безопасность электроустановок значительное влияние оказывают сопротивления изоляции токоведущих частей относительно земли и корпусов электроустановок. Эти сопротивления нормируются. В ряде случаев нормируются не сопротивления изоляции, а токи, определяемые ими (токи утечки).