Экология. Рациональное природопользование и безопасность жизнедеятельности. Часть 4
При /wn = 0,3 мА (допустимое значение ощутимого тока),
U= 220 В, гизол > 730 кОм, а при 1чаоп = 10 мА, U = 220 В, гизол ?
> 20 кОм.
Из сравнения схем замещения прикосновения человека в изо-
лированной (см. рис. 4.11) и реально применяемой заземленной
однофазной сети (рис. 4.12), следует, что /ч = ?//Д, при условии
го << гь го <<: Г2- Таким образом, единственным фактором при за-
данном напряжении, ограничивающим силу тока через тело чело-
века в заземленных однофазных сетях, является сопротивление
человека.
Трехфазные сети бывают только переменного напряжения и
могут быть выполнены по схеме с изолированной или заземлен-
ной нейтралью. Двухполюсное прикосновение независимо от ре-
Жима нейтрали опасно и может привести к смертельному исходу.
При однополюсном же прикосновении сила тока, протекающего
через тело человека, зависит от режима нейтрали. На рис. 4.13 по-
казана схема прикосновения человека к одной из фаз трехфазной
сети с изолированной нейтралью.
Показанное на рисунке прикосновение образует замкнутую
электрическую цепь: обмотка трансформатора первой фазы —
Провод А — человек — земля — активные сопротивления гв, гс и
еМкости второй и третьей фаз относительно земли Св, Сс — про-
279
^ tljb jMljb
с
¦в
A
=t=cr
Рис. 4.13. Схема прикосновения человека к трехфазной сети
с изолированной нейтралью:
гЛ, /¦„, гс — сопротивления изоляции; Сд, Св, Сс — емкости фаз сети относительно земли
вода В и С — обмотки трансформаторов второй и третьей фаз —
обмотка трансформатора первой фазы, по которой будет проте-
кать ток /ч.
Если параметры сети — сопротивления изоляции гА, гв и гс
равны между собой и равны гиз и соответственно СА= Cs =
= Сс= С, то при С = 0 сила тока, протекающего через тело челове-
ка, на основании 1-го закона Кирхгофа1:
/ч = 3&7(ЗД, + г1В). D.27)
При U= 220 В, i?,, = 1 кОм и гиз = 7 кОм сила тока /ч = 66 мА,
что опасно, а при гт = 500 кОм /ч = 1,3 мА, что вызывает у челове-
ка только ощущение тока. Поддерживая сопротивление изоляции
гш на достаточно высоком уровне, можно в сети с изолированной
нейтралью с малой емкостью приблизить однофазное прикосно-
вение к безопасным условиям.
Теперь рассмотрим сеть, обладающую значительной емко-
стью, то есть когда « г„ , что имеет место в кабельных элек-
2я/С ч
трических сетях. В таких сетях сила тока, протекающая через тело
человека, при однополюсном прикосновении2:
/ч =
D.28)
При U= 220 В, Я, = 1 кОм;/= 50 Гц и С = 0,5 мкФ сила тока
/ч = 93 мА, то есть достигает силы фибрилляционного тока. Ем-
1 Формулу D.27) вывести самостоятельно, используя векторную диаграмму
напряжений.
2 Формулу D.28) вывести самостоятельно.
280
с
в
Рис. 4.14. Трехфазная сеть с глухозаземленной нейтралью
кость сети зависит от марки кабеля его длины и условий его про-
кладки. Обычно емкость сети находится в пределах 0,5—1,5 мкФ.
На рис. 4.14 изображена схема прикосновения человека к
трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью. В этом случае
сила тока, перетекающего через тело человека, как и при прикос-
новении к однофазной сети, будет всецело определяться напряже-
нием сети и электрическим сопротивлением тела человека:
В реальных условиях возможно включение последовательно с
сопротивлением тела человека сопротивлений его обуви /*об и пола
помещения гп, которые в зависимости от вида могут иметь разные
значения: гоб = 1,5—8000 кОм; гп = 1,5—1000 кОм. В этом случае
/ч = &У(Д, + гоб + /¦„), например, при ?/= 220 В, Д, = 1 кОм,
\'об = гп = 75 кОм сила тока /ч = 1,46 мА, что вызывает только ощу-
Щение тока. Однако если аппаратура своей металлической конст-
рукцией связана электрически с землей, то при прикосновении
Человека к фазному проводу единственным элементом, ограничи-
вающим силу тока через тело, будет его электрическое сопротив-
ление.
Из рассмотренного ясно, что применение той или иной схемы
Энергоснабжения (однофазной или трехфазной, изолированной
^Ли глухозаземленной) существенно изменяет условия электро-
\"езопасности при однополюсном прикосновении человека к то-
Коведущим частям. При двухполюсном прикосновении схема
281
электроснабжения влияния на электробезопасность человека це
оказывает. В последнем случае при прикосновении человека к То.
коведущим частям в установках напряжением 127, 220 или 380 g
электрическое сопротивление тела человека практически падает
до 1000 Ом и вполне вероятно протекание через него фибрилляццч
онного тока. Увеличение частоты тока электроустановки в это^
случае может сыграть решающую роль в снижении вероятности
поражения током, так как пороговое значение фибрилляционного
тока с увеличением частоты возрастает.
Аналогичная ситуация возникает и при однополюсном при-
косновении человека к токоведущим частям установки с глухоза- ^
земленной нейтралью. Здесь человек оказывается под фазным на- ^,
пряжением, и увеличение частоты тока электроустановки также ^
может повысить безопасность человека. ^
Иначе обстоит дело в сети с изолированной нейтралью. Сила ^
тока, протекающего через тело человека, зависит от сопротивле- §¦?
ния изоляции и емкости сети, причем с повышением частоты тока §¦\"
электроустановки емкостная проводимость BnfQ возрастает, а §?
следовательно, возрастает и сила тока, протекающего через тело j?
человека. Таким образом, в установках с изолированной нейтра- S«
лью повышение частоты тока повышает опасность поражения =,
электрическим током. Ц
Стекание тока в землю происходит только через проводник, g
находящийся в непосредственном контакте с землей. Такой кон- ==
такт может быть случайным или преднамеренным. В последнем 5?
случае проводник называется заземлителем или электродом. За- Е?,
землитель, состоящий из нескольких параллельно соединенных ^
электродов, называется групповым заземлителем. Заземляющим
устройством называется совокупность одиночных заземлителей
и заземляющих проводников, соединяющих заземлители между
собой и заземляемые части электроустановки с заземлителями.
Различают два типа заземляющих устройств: выносное (заземли-
тель вынесен за пределы площадки, на которой размещено зазем-
ляющее оборудование) и контурное (одиночные заземлители раз-
мещаются по контуру площадки, на которой находится заземляю-
щее оборудование). В качестве одиночных электродов использую1\"
отрезки стальных труб, угловой стали. Заземляющие проводники
выполняются обычно из полосовой стали.
При стекании тока в землю вокруг заземлителя образуется зона
растекания тока. Плотность тока в земле по мере удаления от за-
землителя убывает по гиперболическому закону. Максимальный
потенциал будет иметь сам заземлитель. Теоретически поле pacts
282
кания тока простирается до бесконечности. Однако в действитель-
ности плотность тока на расстоянии 20 м от заземлителя практиче-
ски равна нулю B0 м — радиус зоны растекания тока). Точки поч-
ВЫ, лежащие вне зоны растекания тока, называются «землей» в
электротехническом смысле слова. Напряжение между какой-ли-
бо заземленной частью электроустановки и точками земли, нахо-
дящимися вне зоны растекания тока, называется напряжением от-
носительно земли, а отношение этого напряжения к току, проте-
кающему через заземлитель в землю, называется сопротивлением
заземлителя: R^ = UJI3, где U3 — напряжение на заземлителе от-
носительно земли, /3 — ток, протекающий через заземлитель в
землю.
Сопротивление заземлителя (сопротивление растеканию тока
в земле) зависит в основном от удельного сопротивления грунта.
Для одиночного трубчатого заземлителя, забитого в грунт на неко-
торую глубину (А), это сопротивление (^д) определяется в омах:
°д~2л/1 П d+2 n4/-lJ\'
где р — удельное сопротивление грунта, Ом • м; / — длина зазем-
лителя, м; d — диаметр заземлителя, u;t=h + l/2 — расстояние от
поверхности земли до середины заземлителя, м.
Обычно сопротивление одиночного заземлителя превышает
значение, допустимое правилами устройства электроустановок
(ПУЭ). Для получения необходимого сопротивления заземляю-
щего устройства забивают в землю несколько одиночных заземли-
телей и соединяют их между собой параллельно с помощью сталь-
ной полосы. Для выравнивания потенциалов по поверхности зем-
ли заземлители располагают один от другого на расстоянии, зна-
чительно меньшем поля растекания тока одного заземлителя. При
этом поля растекания тока отдельных заземлителей накладывают-
ся одно на другое, то есть возникает явление взаимного экраниро-
вания, препятствующее полному растеканию тока с каждого за-
землителя.
U= 220 В, гизол > 730 кОм, а при 1чаоп = 10 мА, U = 220 В, гизол ?
> 20 кОм.
Из сравнения схем замещения прикосновения человека в изо-
лированной (см. рис. 4.11) и реально применяемой заземленной
однофазной сети (рис. 4.12), следует, что /ч = ?//Д, при условии
го << гь го <<: Г2- Таким образом, единственным фактором при за-
данном напряжении, ограничивающим силу тока через тело чело-
века в заземленных однофазных сетях, является сопротивление
человека.
Трехфазные сети бывают только переменного напряжения и
могут быть выполнены по схеме с изолированной или заземлен-
ной нейтралью. Двухполюсное прикосновение независимо от ре-
Жима нейтрали опасно и может привести к смертельному исходу.
При однополюсном же прикосновении сила тока, протекающего
через тело человека, зависит от режима нейтрали. На рис. 4.13 по-
казана схема прикосновения человека к одной из фаз трехфазной
сети с изолированной нейтралью.
Показанное на рисунке прикосновение образует замкнутую
электрическую цепь: обмотка трансформатора первой фазы —
Провод А — человек — земля — активные сопротивления гв, гс и
еМкости второй и третьей фаз относительно земли Св, Сс — про-
279
^ tljb jMljb
с
¦в
A
=t=cr
Рис. 4.13. Схема прикосновения человека к трехфазной сети
с изолированной нейтралью:
гЛ, /¦„, гс — сопротивления изоляции; Сд, Св, Сс — емкости фаз сети относительно земли
вода В и С — обмотки трансформаторов второй и третьей фаз —
обмотка трансформатора первой фазы, по которой будет проте-
кать ток /ч.
Если параметры сети — сопротивления изоляции гА, гв и гс
равны между собой и равны гиз и соответственно СА= Cs =
= Сс= С, то при С = 0 сила тока, протекающего через тело челове-
ка, на основании 1-го закона Кирхгофа1:
/ч = 3&7(ЗД, + г1В). D.27)
При U= 220 В, i?,, = 1 кОм и гиз = 7 кОм сила тока /ч = 66 мА,
что опасно, а при гт = 500 кОм /ч = 1,3 мА, что вызывает у челове-
ка только ощущение тока. Поддерживая сопротивление изоляции
гш на достаточно высоком уровне, можно в сети с изолированной
нейтралью с малой емкостью приблизить однофазное прикосно-
вение к безопасным условиям.
Теперь рассмотрим сеть, обладающую значительной емко-
стью, то есть когда « г„ , что имеет место в кабельных элек-
2я/С ч
трических сетях. В таких сетях сила тока, протекающая через тело
человека, при однополюсном прикосновении2:
/ч =
D.28)
При U= 220 В, Я, = 1 кОм;/= 50 Гц и С = 0,5 мкФ сила тока
/ч = 93 мА, то есть достигает силы фибрилляционного тока. Ем-
1 Формулу D.27) вывести самостоятельно, используя векторную диаграмму
напряжений.
2 Формулу D.28) вывести самостоятельно.
280
с
в
Рис. 4.14. Трехфазная сеть с глухозаземленной нейтралью
кость сети зависит от марки кабеля его длины и условий его про-
кладки. Обычно емкость сети находится в пределах 0,5—1,5 мкФ.
На рис. 4.14 изображена схема прикосновения человека к
трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью. В этом случае
сила тока, перетекающего через тело человека, как и при прикос-
новении к однофазной сети, будет всецело определяться напряже-
нием сети и электрическим сопротивлением тела человека:
В реальных условиях возможно включение последовательно с
сопротивлением тела человека сопротивлений его обуви /*об и пола
помещения гп, которые в зависимости от вида могут иметь разные
значения: гоб = 1,5—8000 кОм; гп = 1,5—1000 кОм. В этом случае
/ч = &У(Д, + гоб + /¦„), например, при ?/= 220 В, Д, = 1 кОм,
\'об = гп = 75 кОм сила тока /ч = 1,46 мА, что вызывает только ощу-
Щение тока. Однако если аппаратура своей металлической конст-
рукцией связана электрически с землей, то при прикосновении
Человека к фазному проводу единственным элементом, ограничи-
вающим силу тока через тело, будет его электрическое сопротив-
ление.
Из рассмотренного ясно, что применение той или иной схемы
Энергоснабжения (однофазной или трехфазной, изолированной
^Ли глухозаземленной) существенно изменяет условия электро-
\"езопасности при однополюсном прикосновении человека к то-
Коведущим частям. При двухполюсном прикосновении схема
281
электроснабжения влияния на электробезопасность человека це
оказывает. В последнем случае при прикосновении человека к То.
коведущим частям в установках напряжением 127, 220 или 380 g
электрическое сопротивление тела человека практически падает
до 1000 Ом и вполне вероятно протекание через него фибрилляццч
онного тока. Увеличение частоты тока электроустановки в это^
случае может сыграть решающую роль в снижении вероятности
поражения током, так как пороговое значение фибрилляционного
тока с увеличением частоты возрастает.
Аналогичная ситуация возникает и при однополюсном при-
косновении человека к токоведущим частям установки с глухоза- ^
земленной нейтралью. Здесь человек оказывается под фазным на- ^,
пряжением, и увеличение частоты тока электроустановки также ^
может повысить безопасность человека. ^
Иначе обстоит дело в сети с изолированной нейтралью. Сила ^
тока, протекающего через тело человека, зависит от сопротивле- §¦?
ния изоляции и емкости сети, причем с повышением частоты тока §¦\"
электроустановки емкостная проводимость BnfQ возрастает, а §?
следовательно, возрастает и сила тока, протекающего через тело j?
человека. Таким образом, в установках с изолированной нейтра- S«
лью повышение частоты тока повышает опасность поражения =,
электрическим током. Ц
Стекание тока в землю происходит только через проводник, g
находящийся в непосредственном контакте с землей. Такой кон- ==
такт может быть случайным или преднамеренным. В последнем 5?
случае проводник называется заземлителем или электродом. За- Е?,
землитель, состоящий из нескольких параллельно соединенных ^
электродов, называется групповым заземлителем. Заземляющим
устройством называется совокупность одиночных заземлителей
и заземляющих проводников, соединяющих заземлители между
собой и заземляемые части электроустановки с заземлителями.
Различают два типа заземляющих устройств: выносное (заземли-
тель вынесен за пределы площадки, на которой размещено зазем-
ляющее оборудование) и контурное (одиночные заземлители раз-
мещаются по контуру площадки, на которой находится заземляю-
щее оборудование). В качестве одиночных электродов использую1\"
отрезки стальных труб, угловой стали. Заземляющие проводники
выполняются обычно из полосовой стали.
При стекании тока в землю вокруг заземлителя образуется зона
растекания тока. Плотность тока в земле по мере удаления от за-
землителя убывает по гиперболическому закону. Максимальный
потенциал будет иметь сам заземлитель. Теоретически поле pacts
282
кания тока простирается до бесконечности. Однако в действитель-
ности плотность тока на расстоянии 20 м от заземлителя практиче-
ски равна нулю B0 м — радиус зоны растекания тока). Точки поч-
ВЫ, лежащие вне зоны растекания тока, называются «землей» в
электротехническом смысле слова. Напряжение между какой-ли-
бо заземленной частью электроустановки и точками земли, нахо-
дящимися вне зоны растекания тока, называется напряжением от-
носительно земли, а отношение этого напряжения к току, проте-
кающему через заземлитель в землю, называется сопротивлением
заземлителя: R^ = UJI3, где U3 — напряжение на заземлителе от-
носительно земли, /3 — ток, протекающий через заземлитель в
землю.
Сопротивление заземлителя (сопротивление растеканию тока
в земле) зависит в основном от удельного сопротивления грунта.
Для одиночного трубчатого заземлителя, забитого в грунт на неко-
торую глубину (А), это сопротивление (^д) определяется в омах:
°д~2л/1 П d+2 n4/-lJ\'
где р — удельное сопротивление грунта, Ом • м; / — длина зазем-
лителя, м; d — диаметр заземлителя, u;t=h + l/2 — расстояние от
поверхности земли до середины заземлителя, м.
Обычно сопротивление одиночного заземлителя превышает
значение, допустимое правилами устройства электроустановок
(ПУЭ). Для получения необходимого сопротивления заземляю-
щего устройства забивают в землю несколько одиночных заземли-
телей и соединяют их между собой параллельно с помощью сталь-
ной полосы. Для выравнивания потенциалов по поверхности зем-
ли заземлители располагают один от другого на расстоянии, зна-
чительно меньшем поля растекания тока одного заземлителя. При
этом поля растекания тока отдельных заземлителей накладывают-
ся одно на другое, то есть возникает явление взаимного экраниро-
вания, препятствующее полному растеканию тока с каждого за-
землителя.
