Cum se evaluează riscul de rănire a unei persoane prin curentul unei instalații electrice în rețele electrice cu configurații diferite?

Cunoașterea proceselor care au loc în instalațiile electrice permite inginerilor energetici să opereze în siguranță echipamentele cu orice tensiune și tip de curent, să efectueze lucrări de reparații și întreținere a sistemelor electrice.

Pentru a evita cazurile de șoc electric la o instalație electrică, informațiile conținute în PUE, PTB și PTE — principalele documente create de cei mai buni specialiști pe baza analizei accidentelor cu persoane rănite de factori periculoși care însoțesc funcționarea energiei electrice.

Circumstanțele și motivele expunerii unei persoane la curent electric

Documentele de ghidare de siguranță disting trei grupuri de cauze care explică electrocutarea lucrătorilor:

1. abordare intenționată, neintenționată a pieselor sub tensiune cu tensiune la o distanță mai mică decât sigură sau atingerea acestora;

2. apariția și dezvoltarea situațiilor de urgență;

3.încălcarea cerințelor specificate în manualele care prescriu regulile de comportament ale lucrătorilor din instalațiile electrice existente.

Evaluarea pericolului de vătămare a unei persoane constă în determinarea prin calcule a mărimilor curenților care trec prin corpul victimei. Totodata, multe situatii trebuie luate in considerare cand contactele pot avea loc in locuri aleatorii pe o instalatie electrica. În plus, tensiunea aplicată acestora variază în funcție de multe motive, inclusiv de condițiile și modurile de funcționare ale circuitului electric, de caracteristicile energetice ale acestuia.

Condiții de rănire a persoanelor din cauza curentului electric

Pentru ca curentul să circule prin corpul victimei, este necesar să se creeze un circuit electric prin conectarea a cel puțin două puncte ale circuitului care au o diferență de potențial - tensiune. Următoarele condiții pot apărea cu echipamentele electrice:

1. Atingerea simultană bifazată sau bipolară a diferiților poli (faze);

2. contact monofazat sau unipolar cu potențialul circuitului, când o persoană are legătură galvanică directă cu potențialul de pământ;

3. crearea accidentală a contactului cu elemente conductoare ale instalaţiei electrice aflate sub tensiune ca urmare a desfăşurării accidentului;

4. căderea sub acțiunea tensiunii de treaptă, când se creează o diferență de potențial între punctele pe care se află în același timp picioarele sau alte părți ale corpului.

În acest caz, poate avea loc contactul electric al victimei cu partea care transportă curent a instalației electrice, care este considerat de PUE ca atinge:

1. direct;

2. sau indirect.

În primul caz, este creat prin contact direct cu o parte sub tensiune conectată sub tensiune, iar în al doilea, prin atingerea unor elemente neizolate ale circuitului atunci când un potențial periculos a trecut prin acestea în caz de accident.

Pentru a determina condițiile pentru funcționarea în siguranță a unei instalații electrice și pentru a pregăti un loc de muncă pentru lucrătorii din aceasta, este necesar:

1. să analizeze cazurile de posibilă creare de căi de trecere a curentului electric prin corpul personalului de serviciu;

2. compară valoarea maximă posibilă a acesteia cu standardele minime admisibile actuale;

3. ia decizia de a implementa măsuri pentru asigurarea siguranței electrice.

Caracteristici ale analizei condițiilor de vătămare a persoanelor în instalațiile electrice

Pentru a estima mărimea curentului care trece prin corpul victimei într-o rețea cu tensiune DC sau AC, se folosesc următoarele tipuri de denumiri pentru:

1. rezistente:

• Rh — în corpul uman;

• R0 — pentru dispozitiv de împământare;

Ris — strat izolator raportat la conturul pământului;

2. curenți:

Ih — prin corpul uman;

Iz — scurtcircuit la bucla de pământ;

3. tensiuni;

Uc — circuite cu curent alternativ constant sau monofazat;

Ul — liniar;

Uf — faza;

Upr — atinge;

Ureche - pași.

În acest caz, sunt posibile următoarele scheme tipice pentru conectarea victimei la circuitele de tensiune din rețele:

1. curent continuu la:

• contact unipolar al unui contact de fir cu un potențial izolat de circuitul de pământ;

• contact unipolar al potențialului circuitului cu un pol împământat;

• contact bipolar;

2. rețele trifazate la;

• contact monofazat cu unul dintre conductorii de potențial (caz generalizat);

• contact bifazat.

Circuite de defect în circuitele DC

Contact uman unipolar cu potențial izolat de pământ

Sub influența tensiunii Uc, un curent Ih trece prin rezistența de izolație dublată a mediului prin circuitul creat secvențial al potențialului conductorului inferior, corpul victimei (braț-picior) și bucla de masă.

Contact uman unipolar cu potențialul polului de masă

În acest circuit, situația se agravează prin conectarea la circuitul de masă a unui conductor de potențial cu o rezistență R0, apropiată de zero și mult mai mică decât cea a corpului victimei și a stratului izolator al mediului exterior.

Puterea curentului necesar este aproximativ egală cu raportul dintre tensiunea rețelei și rezistența corpului uman.

Contactul uman bipolar cu potențialele rețelei

Tensiunea de rețea este aplicată direct corpului victimei, iar curentul prin corpul acestuia este limitat doar de propria rezistență neglijabilă.

Modele generale de defecțiuni în circuitele trifazate de curent alternativ

Stabilirea contactului uman între potențialul de fază și sol

Practic există o rezistență între fiecare fază a circuitului și se creează un potențial de masă și o capacitate. Zeroul înfășurărilor sursei de tensiune are o rezistență generalizată Zn, a cărei valoare variază în diferite sisteme de împământare ale circuitului.

Formulele de calcul a conductivității fiecărui circuit și valoarea totală a curentului Ih prin tensiunea de fază Uf sunt prezentate în imagine prin formule.

Formarea contactului uman între două faze

Cea mai mare valoare și pericol este curentul care trece prin circuit, creat între contactele directe ale corpului victimei cu conductorii de fază. În acest caz, o parte din curent poate trece de-a lungul căii prin pământ și rezistența de izolație a mediului.

Caracteristicile atingerii bifazice

În circuitele DC și AC trifazate, realizarea contactelor între două potențiale diferite este cea mai periculoasă. Cu această schemă, o persoană cade sub influența celui mai mare stres.

Într-un circuit cu o sursă de tensiune constantă, curentul prin victimă este calculat prin formula Ih = Uc / Rh.

Într-o rețea trifazată de curent alternativ, această valoare este calculată în funcție de raportul Ih = Ul / Rh =√3Uph / Rh.

Având în vedere că rezistența electrică medie a corpului uman este de 1 kilohm, calculăm curentul care apare în rețea cu o tensiune constantă și alternativă de 220 volți.

În primul caz va fi: Ih = 220/1000 = 0,22A. Această valoare de 220 mA este suficientă pentru ca victima să sufere o contracție musculară convulsivă atunci când, fără asistență, nu se mai poate elibera de efectele unei atingeri accidentale - curentul de reținere.

În al doilea caz Ih = (220·1,732)/1000= 0,38A. La această valoare de 380 mA, există un risc mortal de rănire.

De asemenea, acordăm atenție faptului că într-o rețea trifazată cu tensiune alternativă, poziția neutrului (poate fi izolat de la masă sau scurtcircuit conectat invers) are o influență foarte mică asupra valorii curentului Ih . Cota sa principală nu trece prin circuitul de pământ, ci între potențialele de fază.

Dacă o persoană a aplicat echipament de protecție care îi asigură izolarea fiabilă de conturul pământului, atunci într-o astfel de situație vor fi inutile și nu vor ajuta.

Caracteristicile unui robinet monofazat

O rețea trifazată cu un neutru solid împământat

Victima atinge unul dintre firele de fază și cade sub diferența de potențial dintre acesta și circuitul de masă. Astfel de cazuri apar cel mai des.

Deși tensiunea fază-pământ este de 1.732 de ori mai mică decât tensiunea rețelei, un astfel de caz rămâne periculos. Starea victimei se poate agrava:

• modul neutru și calitatea conexiunii acestuia;

• rezistența electrică a stratului dielectric al conductorilor în raport cu potențialul de masă;

• tipul de încălțăminte și proprietățile lor dielectrice;

• rezistența solului la locul victimei;

• alți factori înrudiți.

Valoarea curentului Ih în acest caz poate fi determinată din raportul:

Ih = Uph / (Rh + Rb + Rp + R0).

Amintiți-vă că rezistențele corpului uman Rh, pantofii Rb, podeaua Rp și pământul la neutru R0 sunt luate în ohmi.

Cu cât numitorul este mai mic, cu atât curentul este mai puternic. Dacă, de exemplu, un angajat poartă încălțăminte conductoare, picioarele lui sunt umede sau picioarele îi sunt căptușite cu cuie metalice și se află, de asemenea, pe o podea metalică sau pe un sol umed, atunci putem presupune că Rb = Rp = 0. Acest lucru garantează cel mai rău caz pentru viața victimei.

Ih = Uph / (Rh + R0).

Cu o tensiune de fază de 220 volți, obținem Ih = 220/1000 = 0,22 A. Sau un curent letal de 220 mA.

Acum să calculăm opțiunea când lucrătorul folosește echipament de protecție: încălțăminte dielectrică (Rp = 45 kOhm) și bază izolatoare (Rp = 100 kOhm).

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

A obținut o valoare sigură a curentului de 1,5 mA.

Rețea trifazată cu neutru izolat

Nu există o conexiune galvanică directă a neutrului sursei de curent la potențialul de masă. Tensiunea de fază se aplică rezistenței stratului izolator Rot, care are o valoare foarte mare, care este controlată în timpul funcționării și este menținută constant în stare bună.

Lanțul fluxului de curent prin corpul uman depinde de această valoare în fiecare dintre faze.Dacă luăm în considerare toate straturile de rezistență de curent, atunci valoarea acesteia poate fi calculată prin formula: Ih = Uph / (Rh + Rb + Rp + (Riz / 3)).

În cel mai rău caz, atunci când sunt create condiții pentru o conductivitate maximă prin încălțăminte și podea, expresia va lua forma: Ih = Uph / (Rh + (Rf / 3)).

Dacă luăm în considerare o rețea de 220 de volți cu o izolație a stratului de 90 kΩ, obținem: Ih = 220 / (1000+ (90000/3)) = 0,007 A. Un astfel de curent de 7 mA se va simți bine, dar nu poate provoca o rănire mortală.

Rețineți că în acest exemplu am omis în mod intenționat rezistența la sol și la încălțăminte. Dacă le luăm în considerare, curentul va scădea la o valoare sigură, de ordinul a 0,0012 A sau 1,2 mA.

Concluzii:

1. În sistemele cu un mod neutru izolat, este mai ușor să se asigure siguranța lucrătorilor. Aceasta depinde direct de calitatea stratului dielectric al firelor;

2. În aceleași circumstanțe, atingerea potențialului unei faze, un circuit cu un neutru împământat este mai periculos decât unul izolat.

Modul de urgență al unui contact monofazat într-o rețea trifazată cu un neutru împământat

Să luăm în considerare cazul atingerii corpului metalic al unui dispozitiv electric, dacă izolația stratului dielectric la potențialul de fază este ruptă în interiorul acestuia. Când o persoană atinge acest corp, curentul va curge prin corpul său la pământ și apoi prin neutru către o sursă de tensiune.

Circuitul echivalent este prezentat în imaginea de mai jos. Rezistența Rn este deținută de sarcina creată de dispozitiv.

Rezistența de izolație Rot împreună cu R0 și Rh limitează curentul de contact între faze. Se exprimă prin raportul: Ih = Uph / (Rh + Rot + Ro).

În acest caz, de regulă, chiar și în faza de proiectare, alegând materiale pentru cazul în care R0 = 0, se încearcă să respecte condiția: Rf>(Uph /Ihg)- Rh.

Valoarea Ihg se numește pragul curentului imperceptibil, a cărui valoare o persoană nu o va simți.

Concluzionăm: rezistența stratului dielectric al tuturor pieselor sub tensiune față de conturul pământului determină gradul de siguranță al instalației electrice.

Din acest motiv, toate astfel de rezistențe sunt normalizate și raportate din tabelele aprobate. În același scop, nu se normalizează rezistențele de izolație în sine, ci curenții de scurgere care trec prin ele în timpul testelor.

Tensiune de treaptă

În instalațiile electrice, din diverse motive, poate apărea un accident atunci când potențialul de fază atinge direct bucla de masă. Dacă pe o linie electrică aeriană unul dintre conductori se rupe sub influența diferitelor tipuri de sarcini mecanice, atunci în acest caz apare o situație similară.

În acest caz, se generează un curent în punctul de contact al conductorului cu pământul, care creează o zonă de difuzie în jurul punctului de contact - o zonă pe suprafața căreia apare un potențial electric. Valoarea acestuia depinde de curentul de închidere Ic și de starea specifică a solului r.

O persoană care se încadrează în limitele acestei zone cade sub influența tensiunii piciorului Ush, așa cum se arată în jumătatea stângă a imaginii. Zona zonei de difuzie este delimitată de conturul unde nu există potențial.

Valoarea tensiunii de treaptă se calculează prin formula: Ush = Uz ∙ β1 ∙ β2.

Se ia în considerare tensiunea de fază în punctul de distribuție a curentului — Uz, care este determinată de coeficienții caracteristicilor de distribuție a tensiunii β1 și de influența rezistențelor pantofilor și picioarelor β2. Valorile lui β1 și β2 sunt publicate în cărți de referință.

Valoarea curentului prin corpul victimei se calculează folosind expresia: Ih =(U3 ∙ β1 ∙ β2)/Rh.

În partea dreaptă a figurii, în poziţia 2, victima ia contact cu potenţialul de masă al conductorului. Este influențată de diferența de potențial dintre punctul de contact al mâinii și conturul pământului, care este exprimată prin tensiunea de atingere Upr.

În această situație, curentul se calculează folosind expresia: Ih = (Uph.z. ∙α)/Rh

Valorile coeficientului de dispersie α pot varia în intervalul 0 ÷ 1 și țin cont de caracteristicile care afectează Upr.

În situația luată în considerare, se aplică aceleași concluzii ca la contactul monofazat cu victima în timpul funcționării normale a instalației electrice.

Dacă o persoană se află în afara zonei de dispersie curentă, aceasta se află într-o zonă sigură.