Однофазное прикосновение к токоведущим частям

Однофазное прикосновение является, как правило, менее опасным, чем двухфазное, поскольку ток через человека ограничивается влиянием многих факторов. Однако однофазное прикосновение возникает значительно чаще и является основной причиной поражения людей током в сетях любого напряжения.

Степень поражения человека током при однофазном прикосновении в значительной мере будет зависеть от режима нейтрали, т.е. от того, изолирована или заземлена нейтраль источника питания (трансформатора или генератора).

Рис. 7.11. Схема однофазного прикосновения человека к четырехпроводной

сети с глухозаземленной нейтралью

Рис. 7.12. Схема однофазного прикосновения человека к трехпроводной сети с изолированной нейтралью

Рассмотрим случаи однофазного прикосновения применительно к сетям трехфазного тока напряжением до 1000 В: четырехпроводной с глухозаземленной нейтралью и трехпроводной с изолированной нейтралью.

Однофазное прикосновение человека в четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью.

При прикосновении человека, например, к фазе L3 (см. рис.7.11) через него будет протекать ток

, (7.2)

R_ч = R_h + R_об + 0,5 (R_оп + R_об),

где R_ч, R₀ – соответственно сопротивления цепи человека и заземления нейтрали трансформатора;

R₀ = 2 Ом при U=660/380 В, 4 Ом при U=380/220 В, 8 Ом при U=220/127 В (согласно требованиям правил устройства электроустановок ПУЭ);

R_оп – сопротивления опорной поверхности одной ноги;

R_об – сопротивление обуви (одной подошвы).

Поскольку R_ч >> R₀, то значением R₀ можно пренебречь, и выражение (7.2) может быть представлено в виде

.

Следовательно, при однофазном прикосновении в сети с заземленной нейтралью в период её нормальной работы человек попадает под фазное напряжение и через него протекает ток, определяемый только сопротивлением цепи человека. Этот ток безусловно опасен, так как в трехфазных сетях с линейным напряжением 220, 380 и 660 В его значения превышают величины фибрилляционных токов.

Однофазное прикосновение человека в трехпроводной сети с изолированной нейтралью.

При прикосновении человека к одной из фаз сети в период её нормальной работы, например к фазному проводнику L3 (см. рис.7.12), через него по цепи фаза L3 - сопротивление человека - земля - активное и емкостное сопротивление изоляции фаз L2 и L1 относительно земли – фазные проводники L2 и L1 будет протекать ток, который определяется следующим выражением в комплексной форме:

, (7.3)

где Z – комплекс полного сопротивления одной фазы относительно земли, Ом.

, (7.4)

где r = r₁ = r₂ = r₃ – активные сопротивления изоляции провода соответствующей фазы относительно земли, Ом;

c = c₁ = c₂ = c₃ – емкость провода соответствующей фазы относительно земли, Ф;

w = 2pf – угловая частота, рад/с;

f – частота, Гц.

Из выражения (7.3) видно, что ток, протекающий через человека, зависит от R_ч, так как и от Z. При этом возможны следующие случаи:

1. Если сеть короткая, то емкости фаз относительно земли малы: c₁ = c₂ = c₃» 0, активные сопротивления изоляции фаз относительно земли равны: r₁ = r₂ = r₃ = r. При этом протекающий через человека ток

. (7.5)

Активное сопротивление изоляции фаз относительно земли превышает на 2 порядка и более сопротивление тела человека (согласно Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей r участка силовой или осветительной сети должно быть не менее 500 кОм/фазу), т.е. R_ч много меньше r и в выражении (7.5) R_ч можно пренебречь.

Тогда

. (7.6)

В этом случае ток, протекающий через человека, определяется только активным сопротивлением изоляции r и равен однофазному току замыкания на землю I₃. При U_ф = 220 В, r = 500 кОм

.

Это с точки зрения электробезопасности наиболее благоприятный случай, и вероятность поражения человека током наименьшая.

2. Если сеть значительной протяженности, то она имеет большую емкость относительно земли, и, следовательно, малое емкостное сопротивление, которое шунтирует активное сопротивление изоляции. Тогда можно принять: c₁ = c₂ = c₃ = с; r₁ = r₂ = r₃ = r = ¥ и из выражения (7.4) видно, что полное сопротивление фазы относительно земли будет равно емкостному сопротивлению:

,

а сила тока, проходящего через тело человека,

. (7.7)

Величина тока, протекающего через человека, будет зависеть в основном от емкостного сопротивления фаз относительно земли. Например, человек прикоснулся к фазе кабельной линии с линейным напряжением 380 В, имеющей длину 1 км, сечение жилы кабеля 25 мм², емкость фазы относительно земли С = 0,2 мкФ. По выражению (7.7)

,

.

Ток, равный 45 мА, является неотпускающим током и, безусловно, опасен для жизни.

Анализ выражений (7.3 – 7.7) показывает, что в сети с изолированной нейтралью в период нормальной работы сети опасность поражения током зависит от сопротивления проводов относительно земли. Наименьшей является опасность при коротких линиях, имеющих большое емкостное сопротивление (малую емкость фаз относительно земли); наибольшая опасность возникает при прикосновении к фазному проводу линии большой протяженности, имеющей малое значение X_с (обычно кабельные линии).

В сети с изолированной нейтралью при нормальной работе прикосновение человека к фазному проводу всегда менее опасно, чем в четырехпроводной сети с заземленной нейтралью. В первом случае ток, протекающий через человека, определяется сопротивлением цепи человека R_ч и сопротивлением сети Z, которое на один, два порядка больше, чем R_ч, и значительное ограничение величины I_ч достигается за счет большого значения сопротивления Z (7.4). Во втором случае человек попадает под фазное напряжение и ток, проходящий через него, зависит только от R_ч.

На практике, как правило, для неэлектротехнического персонала, однофазное прикосновение происходит при касании человеком корпуса электрооборудования (КЭ), оказавшегося под напряжением вследствие повреждения изоляции одной из фаз и замыкании фазы на КЭ. Поэтому ниже рассматривается только этот случай.