Kaip pagal elektros instaliacijos srovę skirtingos konfigūracijos elektros tinkluose vertinama rizika susižaloti žmogui?

Elektros instaliacijose vykstančių procesų išmanymas leidžia energetikams saugiai eksploatuoti įrenginius su bet kokia įtampa ir srove, atlikti elektros sistemų remonto ir priežiūros darbus.

Siekiant išvengti elektros smūgio į elektros instaliaciją atvejų, informacija, esanti PUE, PTB ir PTE – pagrindiniai dokumentai, sukurti geriausių specialistų, pagrįsti nelaimingų atsitikimų su žmonėmis, sužalotų dėl pavojingų elektros energijos eksploatavimo veiksnių, analize.

Aplinkybės ir priežastys, dėl kurių asmuo veikia elektros srovę

Saugos rekomendacijų dokumentuose išskiriamos trys priežasčių grupės, paaiškinančios darbuotojų elektros smūgį:

1. tyčinis, netyčinis priartėjimas prie įtampingųjų dalių, kurių įtampa yra mažesniu nei saugus atstumu, arba jų prisilietimas;

2. avarinių situacijų atsiradimas ir raida;

3.vadovuose nustatytų reikalavimų, numatančių darbuotojų elgesio esamose elektros instaliacijose, pažeidimas.

Žmogaus sužalojimo pavojaus vertinimas susideda iš srovių, praeinančių per aukos kūną, dydžių skaičiavimais. Tuo pačiu metu reikia atsižvelgti į daugybę situacijų, kai kontaktai gali atsirasti atsitiktinėse elektros instaliacijos vietose. Be to, jiems taikoma įtampa skiriasi priklausomai nuo daugelio priežasčių, įskaitant elektros grandinės veikimo sąlygas ir režimus, jos energetines charakteristikas.

Žmonių sužalojimo dėl elektros srovės sąlygos

Kad srovė tekėtų per aukos kūną, reikia sukurti elektros grandinę, sujungiant bent du grandinės taškus, kurie turi potencialų skirtumą – įtampą. Naudojant elektros įrangą gali susidaryti šios sąlygos:

1. Vienu metu dviejų fazių arba dviejų polių skirtingų polių (fazių) lietimas;

2. vienfazis arba vienpolis kontaktas su grandinės potencialu, kai žmogus turi tiesioginį galvaninį ryšį su įžeminimo potencialu;

3. atsitiktinis kontaktas su laidžiais elektros instaliacijos elementais, kurie dėl avarijos buvo įtampa;

4. patenkant į žingsninę įtampą, kai susidaro potencialų skirtumas tarp taškų, kuriuose vienu metu yra kojos ar kitos kūno dalys.

Tokiu atveju gali įvykti nukentėjusiojo elektrinis kontaktas su srove tekančia elektros instaliacijos dalimi, kurią PUE laiko liečiančiu:

1. tiesiogiai;

2. arba netiesiogiai.

Pirmuoju atveju jis sukuriamas tiesioginiu kontaktu su įtampa, prijungta pagal įtampą, o antruoju – liečiant neizoliuotus grandinės elementus, kai įvykus avarijai per juos praėjo pavojingas potencialas.

Norint nustatyti saugaus elektros instaliacijos eksploatavimo sąlygas ir parengti joje darbo vietą darbuotojams, būtina:

1. Išanalizuoti galimo elektros srovės pratekėjimo per aptarnaujančio personalo kūną kelių sukūrimo atvejus;

2. lygina jo maksimalią įmanomą reikšmę su esamais minimaliais leistinais standartais;

3. priima sprendimą dėl elektros saugos užtikrinimo priemonių įgyvendinimo.

Žmonių sužalojimo elektros įrenginiuose sąlygų analizės charakteristikos

Norint įvertinti srovės, einančios per aukos kūną tinkle su nuolatine arba kintama įtampa, dydį, naudojami šie pavadinimų tipai:

1. varžos:

• Rh — žmogaus organizme;

• R0 — įžeminimo įrenginiui;

Ris - izoliacinis sluoksnis žemės kontūro atžvilgiu;

2. srovės:

Ih — per žmogaus kūną;

Iz — trumpasis jungimas į žemės kilpą;

3. pabrėžia;

Uc — grandinės su pastoviomis arba vienfazėmis kintamosiomis srovėmis;

Ul — linijinis;

Uf — fazė;

Upr — prisilietimai;

Ausis – žingsneliai.

Tokiu atveju galimos šios tipinės aukos prijungimo prie tinklo įtampos grandinių schemos:

1. nuolatinė srovė:

• vieno poliaus laido kontakto kontaktas su potencialu, izoliuotu nuo įžeminimo grandinės;

• vienpolis grandinės potencialo kontaktas su įžemintu poliu;

• bipolinis kontaktas;

2. trifaziai tinklai ties;

• vienfazis kontaktas su vienu iš potencialių laidininkų (bendras atvejis);

• dviejų fazių kontaktas.

Gedimų grandinės nuolatinės srovės grandinėse

Vienpolis žmogaus kontaktas su potencialu, izoliuotu nuo žemės

Veikiant įtampai Uc, srovė Ih praeina per dvigubą terpės izoliacijos varžą per nuosekliai sukurtą apatinio laidininko, aukos kūno (rankos-kojos) ir žemės kilpos potencialo grandinę.

Vienpolis žmogaus kontaktas su įžeminimo poliaus potencialu

Šioje grandinėje situaciją apsunkina prie įžeminimo grandinės prijungus potencialų laidininką, kurio varža R0, artima nuliui ir daug mažesnė nei nukentėjusiojo kūno ir išorinės aplinkos izoliacinio sluoksnio.

Reikalingos srovės stipris yra maždaug lygus tinklo įtampos ir žmogaus kūno varžos santykiui.

Bipolinis žmogaus kontaktas su tinklo potencialais

Tinklo įtampa patenka tiesiai į aukos kūną, o srovę per jo kūną riboja tik jo paties nežymus pasipriešinimas.

Bendrieji trikčių modeliai trifazėse kintamosios srovės grandinėse

Žmogaus kontakto tarp fazinio potencialo ir žemės užmezgimas

Iš esmės tarp kiekvienos grandinės fazės yra pasipriešinimas ir sukuriamas įžeminimo potencialas bei talpa. Įtampos šaltinio apvijų nulis turi apibendrintą varžą Zn, kurios vertė skiriasi įvairiose grandinės įžeminimo sistemose.

Kiekvienos grandinės laidumo ir bendros srovės Ih vertės per fazės įtampą Uf apskaičiavimo formulės pateiktos paveikslėlyje pagal formules.

Žmogaus kontakto tarp dviejų fazių formavimas

Didžiausia vertė ir pavojus yra per grandinę einanti srovė, sukurta tarp tiesioginių aukos kūno kontaktų su faziniais laidais. Šiuo atveju dalis srovės gali praeiti keliu per žemę ir terpės izoliacijos varžą.

Dvifazio prisilietimo ypatybės

Nuolatinės srovės ir trifazėse kintamosios srovės grandinėse pavojingiausia užmegzti kontaktus tarp dviejų skirtingų potencialų. Pagal šią schemą žmogus patenka į didžiausio streso įtaką.

Grandinėje su nuolatine įtampa srovė per auką apskaičiuojama pagal formulę Ih = Uc / Rh.

Trifaziame kintamosios srovės tinkle ši vertė apskaičiuojama pagal santykį Ih = Ul / Rh =√3Uph / Rh.

Atsižvelgiant į tai, kad vidutinė žmogaus kūno elektrinė varža yra 1 kilohm, apskaičiuojame srovę, kuri atsiranda tinkle esant pastoviai ir kintamajai 220 voltų įtampai.

Pirmuoju atveju tai bus: Ih = 220/1000 = 0,22A. Šios 220 mA vertės pakanka, kad nukentėjusysis patirtų konvulsinį raumenų susitraukimą, kai be pagalbos jis nebegali išsivaduoti nuo atsitiktinio prisilietimo – sulaikymo srovės – poveikio.

Antruoju atveju Ih = (220·1,732)/1000= 0,38A. Esant šiai 380 mA vertei, kyla mirtina sužeidimo rizika.

Taip pat atkreipiame dėmesį į tai, kad trifaziame tinkle su kintamąja įtampa nulio padėtis (gali būti izoliuota nuo žemės arba atvirkštiniu būdu sujungtas trumpasis jungimas) turi labai mažai įtakos srovės reikšmei Ih . Pagrindinė jo dalis eina ne per įžeminimo grandinę, o tarp fazių potencialų.

Jei žmogus naudojo apsaugines priemones, kurios užtikrina patikimą jo izoliaciją nuo žemės kontūro, tada tokioje situacijoje jos bus nenaudingos ir nepadės.

Vienfazio čiaupo charakteristikos

Trifazis tinklas su tvirtai įžeminta neutrale

Auka paliečia vieną iš fazinių laidų ir patenka į potencialų skirtumą tarp jo ir įžeminimo grandinės. Tokie atvejai pasitaiko dažniausiai.

Nors fazės į žemę įtampa yra 1,732 karto mažesnė už tinklo įtampą, toks atvejis išlieka pavojingas. Aukos būklė gali pablogėti:

• neutralus režimas ir jo ryšio kokybė;

• laidininkų dielektrinio sluoksnio elektrinė varža įžeminimo potencialo atžvilgiu;

• batų tipas ir jų dielektrinės savybės;

• atsparumas dirvožemiui aukos vietoje;

• kiti susiję veiksniai.

Srovės Ih vertė šiuo atveju gali būti nustatyta iš santykio:

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

Prisiminkite, kad žmogaus kūno varžos Rh, batų Rb, grindų Rp ir žemės varžos esant neutraliam R0 imamos omis.

Kuo mažesnis vardiklis, tuo stipresnė srovė. Jei, pavyzdžiui, darbuotojas avi laidžią avalynę, jo kojos šlapios arba pėdos apkaltos metalinėmis vinimis, taip pat jis yra ant metalinių grindų ar šlapio grunto, galime daryti prielaidą, kad Rb = Rp = 0. Tai garantuoja blogiausias atvejis aukos gyvybei.

Ih = aukštyn / (Rh + R0).

Esant 220 voltų fazinei įtampai, gauname Ih = 220/1000 = 0,22 A. Arba mirtina 220 mA srovė.

Dabar paskaičiuokime variantą, kai darbuotojas naudoja apsaugines priemones: dielektrinius batus (Rp = 45 kOhm) ir izoliacinį pagrindą (Rp = 100 kOhm).

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

Jis gavo saugią 1,5 mA srovės vertę.

Trifazis tinklas su izoliuota neutrale

Nėra tiesioginio galvaninio srovės šaltinio neutralės sujungimo su įžeminimo potencialu. Fazinė įtampa yra taikoma izoliacinio sluoksnio Rot varžai, kuri turi labai didelę reikšmę, kuri yra valdoma eksploatacijos metu ir nuolat palaikoma geros būklės.

Srovės tekėjimo per žmogaus kūną grandinė priklauso nuo šios vertės kiekvienoje iš fazių.Jei atsižvelgsime į visus srovės pasipriešinimo sluoksnius, tada jo vertę galima apskaičiuoti pagal formulę: Ih = Uph / (Rh + Rb + Rp + (Riz / 3)).

Blogiausiu atveju, kai sudaromos sąlygos maksimaliam laidumui per batus ir grindis, išraiška bus tokia: Ih = Uph / (Rh + (Rf / 3)).

Jei laikytume 220 voltų tinklą, kurio sluoksninė izoliacija 90 kΩ, gautume: Ih = 220 / (1000+ (90000/3)) = 0,007 A. Tokia 7 mA srovė jausis gerai, bet negali sukelti mirtinas sužalojimas.

Atkreipkite dėmesį, kad šiame pavyzdyje sąmoningai praleidome atsparumą dirvožemiui ir batams. Jei atsižvelgsime į juos, srovė sumažės iki saugios vertės, maždaug 0,0012 A arba 1,2 mA.

Išvados:

1. Sistemose su izoliuotu neutraliu režimu lengviau užtikrinti darbuotojų saugumą. Tai tiesiogiai priklauso nuo laidų dielektrinio sluoksnio kokybės;

2. Esant tokioms pačioms aplinkybėms, liečiant vienos fazės potencialą, grandinė su įžemintu nuliu yra pavojingesnė nei izoliuota.

Vienfazio kontakto avarinis režimas trifaziame tinkle su įžeminta neutrale

Panagrinėkime atvejį, kai liečiame metalinį elektros prietaiso korpusą, jei jo viduje yra sulaužyta dielektriko sluoksnio izoliacija ties faziniu potencialu. Kai žmogus paliečia šį kūną, srovė tekės per jo kūną į žemę, o tada per neutralią į įtampos šaltinį.

Lygiavertė grandinė parodyta paveikslėlyje žemiau. Atsparumas Rn priklauso įrenginio sukurtai apkrovai.

Izoliacijos varža Rot kartu su R0 ir Rh riboja kontaktinę srovę tarp fazių. Jis išreiškiamas santykiu: Ih = Uph / (Rh + Rot + Ro).

Šiuo atveju, kaip taisyklė, net projektavimo etape, renkantis medžiagas tuo atveju, kai R0 = 0, jie stengiasi atitikti sąlygą: Rf>(Uph /Ihg)- Rh.

Ihg reikšmė vadinama nepastebimos srovės slenksčiu, kurio vertės žmogus nepajus.

Darome išvadą: visų įtampingųjų dalių dielektrinio sluoksnio atsparumas žemės kontūrui lemia elektros instaliacijos saugos laipsnį.

Dėl šios priežasties visi tokie pasipriešinimai normalizuojami ir pateikiami iš patvirtintų lentelių. Tuo pačiu tikslu normalizuojamos ne pačios izoliacijos varžos, o nuotėkio srovės, kurios praeina per bandymus.

Žingsnio įtampa

Elektros instaliacijose dėl įvairių priežasčių gali įvykti avarija, kai fazinis potencialas tiesiogiai paliečia įžeminimo kilpą. Jei oro linijoje vienas iš laidininkų nutrūksta veikiant įvairių tipų mechaninėms apkrovoms, tokiu atveju susidaro panaši situacija.

Tokiu atveju laidininko sąlyčio su žeme taške susidaro srovė, kuri aplink sąlyčio tašką sukuria difuzijos zoną – sritį, kurios paviršiuje atsiranda elektrinis potencialas. Jo reikšmė priklauso nuo uždarymo srovės Ic ir konkrečios grunto būklės r.

Asmuo, patenkantis į šios zonos ribas, patenka į Ušo pėdos įtempimą, kaip parodyta kairėje paveikslėlio pusėje. Difuzinės zonos plotą riboja kontūras, kuriame nėra potencialo.

Pakopinės įtampos vertė apskaičiuojama pagal formulę: Ush = Uz ∙ β1 ∙ β2.

Atsižvelgiama į fazės įtampą srovės paskirstymo taške — Uz, kurią lemia įtampos pasiskirstymo charakteristikų koeficientai β1 ir batų bei kojų varžų įtaka β2. β1 ir β2 reikšmės skelbiamos žinynuose.

Srovės, einančios per aukos kūną, vertė apskaičiuojama naudojant išraišką: Ih =(U3 ∙ β1 ∙ β2)/Rh.

Dešinėje figūros pusėje, 2 padėtyje, auka kontaktuoja su laidininko įžeminimo potencialu. Tam įtakos turi potencialų skirtumas tarp rankos kontaktinio taško ir žemės kontūro, kuris išreiškiamas prisilietimo įtampa Upr.

Esant tokiai situacijai, srovė apskaičiuojama naudojant išraišką: Ih = (Uph.z. ∙α)/Rh

Sklaidos koeficiento α reikšmės gali skirtis 0 ÷ 1 ribose ir atsižvelgti į charakteristikas, turinčias įtakos Upr.

Nagrinėjamoje situacijoje galioja tos pačios išvados, kaip ir užmezgant vienfazį kontaktą su nukentėjusiuoju normaliai eksploatuojant elektros instaliaciją.

Jei asmuo yra už dabartinės išsibarstymo zonos, jis yra saugioje zonoje.