Ako sa posudzuje riziko úrazu osoby podľa prúdu elektrickej inštalácie v elektrických sieťach s rôznymi konfiguráciami?

Znalosť procesov prebiehajúcich v elektrických inštaláciách umožňuje energetikom bezpečne prevádzkovať zariadenia s akýmkoľvek napätím a typom prúdu, vykonávať opravy a údržbu elektrických systémov.

Aby sa predišlo prípadom zásahu elektrickým prúdom do elektrickej inštalácie, informácie uvedené v PUE, PTB a PTE — hlavné dokumenty vytvorené najlepšími odborníkmi na základe analýzy nehôd s ľuďmi zranenými nebezpečnými faktormi sprevádzajúcimi prevádzku elektrickej energie.

Okolnosti a dôvody vystavenia osoby elektrickému prúdu

Bezpečnostné usmernenia rozlišujú tri skupiny príčin vysvetľujúcich usmrtenie pracovníkov elektrickým prúdom:

1. úmyselné, neúmyselné priblíženie sa k živým častiam s napätím na vzdialenosť menšiu, než je bezpečná, alebo ich dotyk;

2. vznik a vývoj núdzových situácií;

3.porušenie požiadaviek uvedených v návodoch predpisujúcich pravidlá správania sa pracovníkov v existujúcich elektroinštaláciách.

Posúdenie nebezpečenstva poranenia osoby spočíva v určení výpočtom veľkostí prúdov, ktoré prechádzajú telom obete. Zároveň je potrebné vziať do úvahy mnohé situácie, keď sa kontakty môžu vyskytnúť na náhodných miestach elektrickej inštalácie. Okrem toho sa napätie, ktoré sa na ne vzťahuje, mení v závislosti od mnohých dôvodov, vrátane podmienok a režimov prevádzky elektrického obvodu, jeho energetických charakteristík.

Podmienky pre zranenie osôb elektrickým prúdom

Aby prúd pretekal telom obete, je potrebné vytvoriť elektrický obvod spojením aspoň dvoch bodov obvodu, ktoré majú potenciálny rozdiel - napätie. Pri elektrickom zariadení sa môžu vyskytnúť tieto stavy:

1. Súčasné dvojfázové alebo dvojpólové dotyky rôznych pólov (fáz);

2. jednofázový alebo jednopólový kontakt s potenciálom obvodu, keď má osoba priame galvanické spojenie so zemným potenciálom;

3. náhodné vytvorenie kontaktu s vodivými prvkami elektrickej inštalácie, ktoré boli pod napätím v dôsledku vývoja havárie;

4. spadnutie pôsobením krokového napätia, kedy vzniká potenciálny rozdiel medzi bodmi, na ktorých sa súčasne nachádzajú nohy alebo iné časti tela.

V tomto prípade môže dôjsť k elektrickému kontaktu obete s časťou elektrickej inštalácie, ktorá vedie prúd, čo PUE považuje za dotyk:

1. priamo;

2. alebo nepriamo.

V prvom prípade vzniká priamym kontaktom so živou časťou pripojenou pod napätím a v druhom dotykom neizolovaných prvkov obvodu, keď nimi v prípade havárie prešiel nebezpečný potenciál.

Na určenie podmienok bezpečnej prevádzky elektrickej inštalácie a na prípravu pracoviska pre pracovníkov v nej je potrebné:

1. analyzovať prípady možného vytvorenia ciest pre prechod elektrického prúdu cez telo obsluhujúceho personálu;

2. porovnáva svoju maximálnu možnú hodnotu so súčasnými minimálnymi prípustnými normami;

3. prijíma rozhodnutie o vykonaní opatrení na zaistenie elektrickej bezpečnosti.

Charakteristika rozboru podmienok úrazu osôb v elektrických inštaláciách

Na odhadnutie veľkosti prúdu prechádzajúceho telom obete v sieti s jednosmerným alebo striedavým napätím sa používajú tieto typy označení:

1. odpory:

• Rh - v ľudskom tele;

• R0 — pre uzemňovacie zariadenie;

Ris — izolačná vrstva vzhľadom na obrys zeme;

2. prúdy:

Ih — cez ľudské telo;

Iz - skrat k zemnej slučke;

3. zdôrazňuje;

Uc - obvody s konštantnými alebo jednofázovými striedavými prúdmi;

Ul — lineárny;

Uf — fáza;

Upr — dotyky;

Ucho - kroky.

V tomto prípade sú možné nasledujúce typické schémy pripojenia obete k napäťovým obvodom v sieťach:

1. jednosmerný prúd pri:

• jednopólový kontakt drôtového kontaktu s potenciálom izolovaným od uzemňovacieho obvodu;

• unipolárny kontakt potenciálu obvodu s uzemneným pólom;

• bipolárny kontakt;

2. trojfázové siete pri;

• jednofázový kontakt s jedným z potenciálnych vodičov (všeobecný prípad);

• dvojfázový kontakt.

Poruchové obvody v jednosmerných obvodoch

Jednopólový ľudský kontakt s potenciálom izolovaným od zeme

Vplyvom napätia Uc prechádza zdvojnásobeným izolačným odporom média prúd Ih cez postupne vytvorený obvod potenciálu spodného vodiča, tela obete (rameno-noha) a uzemňovacej slučky.

Jednopólový ľudský kontakt s potenciálom zemného pólu

V tomto obvode sa situácia zhoršuje pripojením k uzemňovaciemu obvodu potenciálneho vodiča s odporom R0, blízkym nule a oveľa nižším, ako má telo obete a izolačná vrstva vonkajšieho prostredia.

Sila požadovaného prúdu sa približne rovná pomeru sieťového napätia k odporu ľudského tela.

Bipolárny ľudský kontakt so sieťovými potenciálmi

Sieťové napätie je privedené priamo na telo obete a prúd cez telo je obmedzený len jeho vlastným zanedbateľným odporom.

Všeobecné vzorce porúch v obvodoch trojfázového striedavého prúdu

Vytvorenie ľudského kontaktu medzi fázovým potenciálom a zemou

V podstate existuje odpor medzi každou fázou obvodu a vytvára sa zemný potenciál a kapacita. Nula vinutia zdroja napätia má zovšeobecnený odpor Zn, ktorého hodnota sa líši v rôznych uzemňovacích systémoch obvodu.

Vzorce na výpočet vodivosti každého obvodu a celkovej hodnoty prúdu Ih cez fázové napätie Uf sú znázornené na obrázku vzorcami.

Formovanie ľudského kontaktu medzi dvoma fázami

Najväčšou hodnotou a nebezpečenstvom je prúd prechádzajúci obvodom, vytvorený medzi priamymi kontaktmi tela obete s fázovými vodičmi. V tomto prípade môže časť prúdu prechádzať po dráhe cez zem a izolačný odpor média.

Charakteristika dvojfázového dotyku

V jednosmerných a trojfázových striedavých obvodoch je najnebezpečnejšie vytváranie kontaktov medzi dvoma rôznymi potenciálmi. Pri tejto schéme sa človek dostáva pod vplyv toho najväčšieho stresu.

V obvode s konštantným napätím sa prúd cez obeť vypočíta podľa vzorca Ih = Uc / Rh.

V trojfázovej AC sieti sa táto hodnota vypočíta podľa pomeru Ih = Ul / Rh =√3Uph / Rh.

Vzhľadom na to, že priemerný elektrický odpor ľudského tela je 1 kilohm, vypočítame prúd, ktorý sa vyskytuje v sieti s konštantným a striedavým napätím 220 voltov.

V prvom prípade to bude: Ih = 220/1000 = 0,22A. Táto hodnota 220 mA postačuje na to, aby obeť utrpela kŕčovú svalovú kontrakciu, keď sa už bez pomoci nedokáže oslobodiť od účinkov náhodného dotyku – zádržného prúdu.

V druhom prípade Ih = (220·1,732)/1000= 0,38A. Pri tejto hodnote 380 mA hrozí smrteľné nebezpečenstvo úrazu.

Venujeme pozornosť aj tomu, že v trojfázovej sieti so striedavým napätím má poloha neutrálu (môže byť izolovaný od zeme alebo spätne zapojený skrat) veľmi malý vplyv na hodnotu prúdu Ih . Jeho hlavný podiel neprechádza cez zemný obvod, ale medzi fázovými potenciálmi.

Ak osoba použila ochranné prostriedky, ktoré zabezpečujú jeho spoľahlivú izoláciu od obrysu zeme, potom v takejto situácii budú zbytočné a nepomôžu.

Charakteristika jednofázovej batérie

Trojfázová sieť s pevne uzemneným neutrálom

Obeť sa dotkne jedného z fázových vodičov a spadne pod potenciálny rozdiel medzi ním a uzemňovacím obvodom. Takéto prípady sa vyskytujú najčastejšie.

Aj keď je napätie medzi fázou a zemou 1,732-krát menšie ako napätie v sieti, takýto prípad zostáva nebezpečný. Stav obete sa môže zhoršiť:

• neutrálny režim a kvalita jeho pripojenia;

• elektrický odpor dielektrickej vrstvy vodičov vzhľadom na potenciál zeme;

• typ obuvi a jej dielektrické vlastnosti;

• odolnosť pôdy v mieste obete;

• ďalšie súvisiace faktory.

Hodnotu prúdu Ih v tomto prípade možno určiť z pomeru:

Ih = Uph/ (Rh + Rb + Rp + R°).

Pripomeňme, že odpory ľudského tela Rh, topánok Rb, podlahy Rp a zeme pri neutrálnom R0 sa udávajú v ohmoch.

Čím menší je menovateľ, tým silnejší je prúd. Ak napríklad zamestnanec nosí vodivú obuv, má mokré nohy alebo nohy lemované kovovými klincami a zároveň je na kovovej podlahe alebo mokrej pôde, potom môžeme predpokladať, že Rb = Rp = 0. To zaručuje najhorší prípad pre život obete.

Ih = Uph / (Rh + R0).

Pri fázovom napätí 220 voltov dostaneme Ih = 220/1000 = 0,22 A. Alebo smrteľný prúd 220 mA.

Teraz vypočítajme možnosť, keď pracovník používa ochranné prostriedky: dielektrickú obuv (Rp = 45 kOhm) a izolačnú základňu (Rp = 100 kOhm).

Ih = 220/(1000+ 45000 + 10000) = 0,0015 A.

Získal bezpečnú hodnotu prúdu 1,5 mA.

Trojfázová sieť s izolovaným neutrálom

Neexistuje priame galvanické spojenie neutrálu zdroja prúdu s potenciálom zeme. Fázové napätie sa aplikuje na odpor izolačnej vrstvy Rot, ktorý má veľmi vysokú hodnotu, ktorá je počas prevádzky riadená a neustále sa udržiava v dobrom stave.

Reťazec toku prúdu cez ľudské telo závisí od tejto hodnoty v každej z fáz.Ak vezmeme do úvahy všetky vrstvy prúdového odporu, potom jeho hodnotu možno vypočítať podľa vzorca: Ih = Uph / (Rh + Rb + Rp + (Riz / 3)).

V najhoršom prípade, keď sú vytvorené podmienky pre maximálnu vodivosť cez topánky a podlahu, výraz bude mať tvar: Ih = Uph / (Rh + (Rf / 3)).

Ak uvažujeme 220-voltovú sieť s izoláciou vrstvy 90 kΩ, dostaneme: Ih = 220 / (1000+ (90000/3)) = 0,007 A. Takýto prúd 7 mA bude dobrý, ale nemôže spôsobiť smrteľné zranenie.

Všimnite si, že v tomto príklade sme zámerne vynechali odolnosť voči pôde a obuvi. Ak ich vezmeme do úvahy, prúd sa zníži na bezpečnú hodnotu, rádovo 0,0012 A alebo 1,2 mA.

Závery:

1. V systémoch s izolovaným neutrálnym režimom je jednoduchšie zaistiť bezpečnosť pracovníkov. To priamo závisí od kvality dielektrickej vrstvy drôtov;

2. Za rovnakých okolností, pri dotyku s potenciálom jednej fázy, je obvod s uzemneným neutrálom nebezpečnejší ako izolovaný.

Núdzový režim jednofázového kontaktu v trojfázovej sieti s uzemneným neutrálom

Zoberme si prípad dotyku kovového telesa elektrického zariadenia, ak je v ňom porušená izolácia dielektrickej vrstvy na fázovom potenciáli. Keď sa človek dotkne tohto tela, prúd pretečie jeho telom do zeme a potom cez neutrál do zdroja napätia.

Ekvivalentný obvod je znázornený na obrázku nižšie. Odpor Rn je vlastnený záťažou vytvorenou zariadením.

Izolačný odpor Rot spolu s R0 a Rh obmedzuje kontaktný prúd medzi fázami. Vyjadruje sa pomerom: Ih = Uph / (Rh + Rot + Ro).

V tomto prípade sa spravidla aj v štádiu návrhu pri výbere materiálov pre prípad, keď R0 = 0, snažia dodržať podmienku: Rf>(Uph /Ihg)- Rh.

Hodnota Ihg sa nazýva prah nepostrehnuteľného prúdu, ktorého hodnotu človek nepocíti.

Dospeli sme k záveru: odpor dielektrickej vrstvy všetkých živých častí voči obrysu zeme určuje stupeň bezpečnosti elektrickej inštalácie.

Z tohto dôvodu sú všetky takéto odpory normalizované a zaznamenané zo schválených tabuliek. Na ten istý účel sa nenormalizujú samotné izolačné odpory, ale zvodové prúdy, ktoré nimi prechádzajú počas testov.

Krokové napätie

V elektrických inštaláciách môže z rôznych dôvodov dôjsť k nehode, keď sa fázový potenciál priamo dotkne uzemňovacej slučky. Ak sa na nadzemnom elektrickom vedení zlomí jeden z vodičov pod vplyvom rôznych typov mechanického zaťaženia, potom v tomto prípade nastane podobná situácia.

V tomto prípade vzniká v mieste dotyku vodiča so zemou prúd, ktorý okolo bodu dotyku vytvára difúznu zónu – oblasť, na ktorej povrchu sa objavuje elektrický potenciál. Jeho hodnota závisí od záverného prúdu Ic a konkrétneho stavu pôdy r.

Osoba, ktorá spadá do hraníc tejto zóny, spadá pod vplyv napätia Ushovej nohy, ako je znázornené v ľavej polovici obrázku. Oblasť difúznej zóny je ohraničená obrysom, kde nie je žiadny potenciál.

Hodnota skokového napätia sa vypočíta podľa vzorca: Ush = Uz ∙ β1 ∙ β2.

Zohľadňuje fázové napätie v mieste rozloženia prúdu — Uz, ktoré je určené koeficientmi charakteristík rozloženia napätia β1 a vplyvom odporov topánok a nôh β2. Hodnoty β1 a β2 sú publikované v referenčných knihách.

Hodnota prúdu cez telo obete sa vypočíta pomocou výrazu: Ih =(U3 ∙ β1 ∙ β2)/Rh.

Na pravej strane obrázku v polohe 2 sa obeť dotkne zemného potenciálu vodiča. Ovplyvňuje ho potenciálny rozdiel medzi bodom dotyku ruky a obrysom zeme, ktorý je vyjadrený dotykovým napätím Upr.

V tejto situácii sa prúd vypočíta pomocou výrazu: Ih = (Uph.z. ∙α)/Rh

Hodnoty disperzného koeficientu α sa môžu meniť v rozmedzí 0 ÷ 1 a zohľadňujú charakteristiky, ktoré ovplyvňujú Upr.

V posudzovanej situácii platia rovnaké závery ako pri nadviazaní jednofázového kontaktu s obeťou pri bežnej prevádzke elektroinštalácie.

Ak je osoba mimo aktuálnej zóny rozptýlenia, nachádza sa v bezpečnej zóne.