Напряжение прикосновения в электробезопасности

В процессе работы с электроустановками в цепи переменного тока нельзя полностью исключать вероятность ощущения его воздействия. Причиной может быть случайное прикосновение к токоведущим элементам или косвенные факторы. Об одном из них (шаговом напряжении) мы уже подробно рассказывали на страницах нашего сайта. В этой статье пойдет речь о другом виде косвенного воздействия электрического тока на человека, получившее название напряжение прикосновения.

Что такое “напряжение прикосновения”?

В электробезопасности под этим термином подразумевается разность потенциалов между двух точек электроцепи, возникающая в момент одновременного прикосновения к ним человека. Такая ситуация может возникнуть в результате нарушения изоляции токоведущих элементов цепи, их замыкания на электропроводящие поверхности, что приводит к образованию опасных зон растекания тока. Контакт с такой поверхностью называется косвенным прикосновением к корпусу или электропроводящим элементам (в зависимости от устройства электроустановки).

Пример косвенного прикосновения
Рис. 1. Пример косвенного прикосновения

В таких случаях степень воздействия электрическим током зависит как от сопротивления тела человека (R) и величины (Uпр). Допустим в данном случае R = 800 Ом, Uпр близкое к фазному напряжению (230 В). Применяя закон Ома несложно вычислить величину тока в образовавшейся электрической цепи: Iпр=Uпр/R= 220/800 = 287,5 мА. Это значение в несколько раз превышает допустимые нормы.

В большинстве случаев косвенное прикосновение является однополюсным, то есть в данном случае угрозу несет фазное, а не линейное напряжение, которое в 1,73 раза выше. Но это слабое утешение, поскольку поражение током может все равно стать фатальным.

Опасность косвенного прикосновения заключается в том, что риск его возникновения, в большинстве случаев, не зависит от действий человека, в отличие от прямого касания, которое может возникнуть по неосторожности, в результате ошибки или несоблюдения ТБ.

Расчет

Приведенный выше пример (на рис. 1) сильно упрощен, чтобы ознакомиться с основными особенностями напряжения прикосновения (Uпр) необходимо посмотреть на проблему с точки зрения защитного заземления и зануления. Для этого рассмотрим пример, представленный на рисунке ниже.

Особенность напряжения прикосновения в случае одиночного заземления
Рисунок 2. Особенность напряжения прикосновения в случае одиночного заземления

На рисунке изображено три двигателя А, В, С (это могут быть и любые другие электроустановки), разно удаленных от единого заземлителя D и соединенных с ним защитным проводниками. Если вследствие аварии произошло замыкание фазы сети на корпус, то на нем образуется потенциал, уровень которого будет практически таким же, как на заземлителе (ⱷзм). При этом на основании появится зона растекания тока, потенциал которой (ⱷос) зависит от удаления от заземлителя (график зависимости приведен на рисунке).

В случае касания корпуса двигателя B уровень напряжения прикосновения будет определяться следующей формулой: Uпр=ⱷзм-ⱷос=ⱷзм*(1-ⱷос/ⱷзм). В данном выражении игнорируется электрическое сопротивление грунта, влияющее на растекание тока основания, в расчет принимается только характер изменения потенциала (потенциальная кривая — E). Это позволяет рассматривать потенциал основания ⱷoc в виде коэффициента прикосновения α = 1 — (ⱷос/ⱷзм) ≤ 1.

Учитывая тот факт, что на уровень напряжения влияет как потенциал заземлителя, так и коэффициент прикосновения, то очевидно, что характер опасности различен при использовании одиночного или группового заземления. Рассмотрим отдельно каждый из вариантов.

Одиночное заземление

Вернемся к рисунку 2. Как уже упоминалось выше, в случае замыкания фазы на корпус электроустановки, на всех ее токопроводящих элементах установиться потенциал ⱷзм. При этом на поверхности возле заземлителя образуется зона с уровнем потенциала, зависящим от коэффициента прикосновения. То есть, в случае случайного прикосновения к корпусу B уровень напряжения касания будет зависеть от расстояния Х1 и кривой Е.

Теперь рассмотрим, вариант прикосновения к электроприбору C. В этом случае расстояние Х2 превышает 20,0 метров, что равносильно тому, что Х2 стремится к бесконечности. В результате коэффициент прикосновения α будет увеличиваться, стремясь к единице, соответственно, Uпр станет равным ⱷзм Этот вариант с наибольшим потенциалом самый опасный.

В завершении разберем случай прикосновения к металлическому корпусу устройства A, то есть, практически находится над заземлителем. Здесь α будет стремиться к нулю, следовательно, Uпр будет также равным нулю.

Исходя из этого, можно констатировать, что чем дальше находится установка от одиночного заземлителя, тем выше напряжение прикосновения. На расстоянии от 20 метров и более оно будет практически равно фазному.

Групповое заземление

При применении групповой схемы заземления происходит накладывание зон растекания тока, в результате этого в любой точке между заземлителями потенциал будет выше нуля. Соответственно, коэффициент α будет меньше единицы, а ⱷзм– превышать напряжение прикосновения.

Для наглядности приведем пример, в котором делают два заземлителя в виде полусфер определенного радиуса r, вкопанных на расстоянии h друг от друга.

Напряжение прикосновения при групповом заземлении
Рисунок 3. Напряжение прикосновения при групповом заземлении

В данном случае потенциальная кривая будет описываться следующим уравнением: ⱷос = ⱷгз*(r*(h-r)/(х*(h-х)), где ⱷгз– потенциал группы заземлителей, r – радиус полусферы электрода, h –– расстояние между заземлителями, х – расстояние между точкой касания и ближайшим заземлителем.

Теперь можем рассчитать напряжение прикосновения: Uпр = ⱷгз — ⱷос = ⱷгз*(r*(h-r)/(х*(h-х)),  соответственно, коэффициент прикосновения для группового заземления будет α = (r*(h-r)/(х*(h-х)):

Учитывая приведенные выше выражения, можно утверждать, что наибольший уровень напряжения и значение коэффициента прикосновения будут в том случае, когда точка основания будет располагаться между заземлителями, то есть, при x=h/2.  Соответственно αмакс = 1- 4r * (h-r)/h2, откуда получаем UПРмакс = ⱷгз * αмакс.

Снижение напряжения вплоть до минимального, как и в предыдущем примере, будет при максимальном приближении к заземлению.

Заметим, что при большом числе электродов заземления рассчитать высокий электрический потенциал (максимальное напряжение) практически нереально, поэтому применяется метод прямых измерений.

Измерения

Данный вид измерений предписывается проводить в производственных помещениях, где установлено технологическое оборудование и имеются устройства выравнивающие потенциал. Последние положено устанавливать на оборудование, для которого характерен высокий ток замыкания на землю. Выравнивание потенциала также производится на объектах с протяженным токопроводящим оборудованием, где возможно возникновение потенциала вследствие нарушения изоляции фазных проводов.

Перед тем, как приступить к проверке, измеряются сопротивления заземления и нулевых защитных подключений. Далее отключают ввод и подключают схему, наподобие той, что представлена ниже.

Схема для измерения напряжения прикосновения
Схема для измерения напряжения прикосновения

Обозначения:

  • Tr1 – Автотрансформатор.
  • R- Резистор, с сопротивлением, соответствующим телу человека (как правило 1,0 кОм).
  • SW – Выключатель.
  • V1, V2 – Измерительные приборы.
  • А – Заземлитель корпуса оборудования.
  • B – Токопроводящая пластина, имитирующая ступню человека.

Алгоритм измерений следующий:

  1. На собранную схему подается питание от источника тока, используя при этом вольтметр V1 для контроля напряжения.
  2. По показаниям второго прибора определяют Uпр путем измерения напряжения между заземлителем корпуса оборудования (A) и металлическим щупом, погруженным (забуренным) в основание на глубину 30,0 см на удалении 25 и более метров от заземляющего электрода. Данный показатель покажет UПРмакс.
  3. После этого делают измерение величины напряжения на пластине имитаторе ступни (UB).
  4. Включают выключатель SW и измеряют величину напряжения (U1) между имитатором ступни и заземляющим электродом.
  5. Рассчитывают напряжение прикосновения по формуле Uпр = 2/(1/UB+1/U1):

Обратим внимание, что в настоящее выпускаются приборы, позволяющие снять необходимые для электробезопасности показатели и другие важные характеристики.

Меры защиты

Наиболее эффективный способ защиты от пагубного воздействия высокого напряжения прикосновения – установка заземлителей в непосредственной близости от электроустановок. Не менее эффективно действует выравнивание потенциала покрытия, это также снижает величину шагового напряжения. В этом случае применяется схема контурного заземления, ее пример приведен на рисунке.

Пример контурного заземления
Пример контурного заземления

Как видно из приведенного примера, групповые заземлители расположены сеткой. При этом вертикальные электроды размещены таким образом, чтобы расстояние между ними было меньше длины заземляющего стержня. В случае замыкания фазного провода на токопроводящую поверхность одного из электроприборов, за счет соединения с другими заземлителями, ток будет растекаться таким образом, что уровень потенциала будет примерно одинаков в любой точке основания.

Таким образом, разность потенциалов между основанием и корпусом электроприбора будет стремиться к нулю, соответственно, таким же будет и напряжение шага и прикосновения.

Обратите внимание, что вне поверхности защищенной контуром наблюдается резкий спад уровня потенциала заземления, увеличивая опасность поражения. Сделать падение напряжения более пологим можно при помощи металлических шин, размещенных за периметром контура.

Профилактика

В число профилактических мер для снижения вероятности поражения от косвенного прикосновения входит:

  • Проверка сопротивления изоляции кабелей, обмоток электромашин и других токоведущих элементов. В случае снижения сопротивления изоляции или ее повреждения, во избежание линейного или однофазного замыкания, проблемная электрическая сеть должна быть отключена.
  • Измерение сопротивления заземления, оно не должно превышать допустимую величину.
  • Проверка надежности заземления нейтрали (нулевого провода).
  • Регулярная поверка устройств защитного отключения на предмет срабатывания от тока замыкания и соответствие другим параметрам.
  • Поскольку человеческое тело обладает малым сопротивлением, то при работе с электроприборами следует использовать, как минимум, резиновые коврики. Учитывая непредсказуемость появления напряжения прикосновения на корпусе оборудования, такая мера предосторожности не будет лишней.
  • Отслеживание режимом электроустановок, чтобы не допустить их нештатной работы и т.д.

Рекомендуем прочитать:

Похожие статьи:

ОЦЕНИ СТАТЬЮ:
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (1 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...
Обсудить на форуме
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:

Комментарии и отзывы

Добавить комментарий

massa suscipit Phasellus dapibus Sed et, Nullam
Adblock detector