Analiza uslova električne sigurnosti
Analiza stanja električne sigurnosti sastoji se u određivanju veličine struje kroz ljudsko tijelo (I h) za konkretan slučaj.
Upoređujući proračunate vrijednosti struje kroz ljudsko tijelo s vrijednošću uvjetno sigurne struje (10mA), dolazi se do zaključka o opasnosti ovog slučaja. Ako vrijednost struje kroz ljudsko tijelo prelazi vrijednost uvjetno sigurne struje, slučaj se smatra opasnim. Ako nije, nije opasno. Budući da osoba u većini slučajeva koristi mrežu do 1000V, a ove mreže, po pravilu, imaju malu dužinu, kapacitet faznih žica u odnosu na uzemljenje može se zanemariti, s obzirom na to da je otpor izolacije žica (R od) u odnosu na tlo je čisto aktivan.
Količinu struje kroz ljudsko tijelo možete odrediti na sljedeći način:
I h = U pr / R h
Složenost proračuna leži u pronalaženju dodirnog napona (U pr). Da bi pronašli ovu vrijednost, pribjegavaju ovoj tehnici: određuju putanju struje kroz ljudsko tijelo, odakle pronalaze izvor napona i otpora kroz koji struja teče.
Najtipičnije su dvije sheme povezivanja: između dvije žice i između jedne žice i mase.
Što se tiče AC mreža, prvi krug se obično naziva dvofazna veza, a drugi jednofazni.
9.1.1. Dvofazno uključivanje
Dvofazna veza je, po pravilu, opasnija, jer se na ljudsko tijelo primjenjuje najveći napon u ovoj mreži - linearni, te će stoga kroz ljudsko tijelo teći velika struja (slika 9.1.).
Slika 9.1. Dvofazno uključivanje osobe u mrežu.
gdje, I h - struja kroz ljudsko tijelo
U pr - dodirni napon
Za 380/220 mrežu
Trenutno opasno po ljudski život
9.1.2. Jednofazni priključak.
Monofazno uključivanje se dešava mnogo češće, ali je manje opasno, jer napon pod kojim se osoba nalazi ne prelazi fazni napon. Osim toga, neutralni način rada izvora struje, otpor izolacije žica u odnosu na tlo, otpor poda na kojem osoba stoji, otpor cipela osobe i drugi faktori također utječu na vrijednost struje kroz ljudsko telo.
9.1.2.1. Jednofazna mreža.
Slika 9.3. Dijagram povezivanja
Slika 9.4. Ekvivalentno kolo
Struja kroz ljudsko tijelo može se naći kao:
Iz izraza možete izvući zaključke:
1. Što je veći otpor izolacije prema uzemljenju, manja je opasnost od jednofaznog dodira žice.
2. Dodir osobe žicom s visokim izolacijskim otporom opasniji je jer napetost dodira bit će veća.
9.1 1.2. Trofazna trožilna mreža s izoliranom neutralnom:
Razmotrite dva mrežna načina rada:
a) Normalan rad (otpor izolacije je velike (normalizovane) vrednosti.
Slika 9.5. Jednofazno povezivanje na trofaznu mrežu
sa izolovanom neutralnom
Ako su otpori izolacije jednaki R od1 = R od2 = R od3, vrijednost struje kroz ljudsko tijelo određuje se izrazom
U takvim mrežama opasnost za osobu koja dodiruje žicu, tijekom normalnog stanja mreže, ovisi o izolacijskom otporu. Što je veći, opasnost je manja. Stoga je vrlo važno u takvim mrežama osigurati visok otpor izolacije i pratiti njeno stanje radi pravovremenog otkrivanja i otklanjanja nastalih kvarova.
Prema PES -u, otpor izolacije žica prema zemlji u instalacijama do 1000V ne smije biti manji od 500k.
b) U hitnom načinu rada - kratki spoj jedne od faza na masu kroz mali otpor kratkog spoja - R zm. (Slika 9.6.)
Slika 9.6 Mrežni hitni način rada
Obično se R gm nalazi u rasponu od 50 do 200 Ohma.
Struja kroz ljudsko tijelo, kao i u normalnom načinu rada, također će teći kroz izolacijski otpor žica u odnosu na tlo, ali će njegova vrijednost biti mnogo manja od struje koja teče kroz otpor malog kola. Stoga se veličina struje koja protiče kroz otpor izolacije može zanemariti i može se pretpostaviti da struja teče samo kroz otpor kruga i ljudsko tijelo.
Vrlo je opasno.
9.1.2.3. Trofazna trožilna mreža s mrtvom uzemljenom neutralnom:
Čvrsto uzemljen je neutralni dio transformatora ili generatora spojenog na uzemljivač izravno ili preko niskog otpora (na primjer, strujni transformator).
a) Normalan rad
Slika 9.7.
Otpor neutralnog uzemljenja R o je standardiziran ovisno o maksimalnom naponu mreže.
Sa U l = 660V, R oko = 2 Ohma, sa U l = 380V, R oko = 4 Ohm, sa U l = 220V, R oko = 8 Ohm
Struja koja teče kroz ljudsko tijelo i otpor izolacije žica mogu se zanemariti u usporedbi sa strujom koja prolazi kroz ljudsko tijelo i malim otporom neutralnog uzemljenja. Veličina ove struje određuje se iz izraza:
Iz izraza se može vidjeti da je u mreži s mrtvom uzemljenom neutralnom za vrijeme normalnog rada mreže dodirivanje jedne od žica opasnije od dodirivanja žice mreže koja normalno radi s izoliranom mrežom.
b) U hitnom načinu rada - kada je jedna od faza mreže kratko spojena na masu kroz mali otpor R zm (slika 9.8.).
Slika 9.8.
Ako analiziramo ovaj slučaj, onda možemo izvući sljedeće zaključke:
2. Ako uzmemo R otprilike jednak 0, tada će osoba biti pod faznim naponom.
U stvarnim uvjetima, R zm i R oko su uvijek veći od nule, stoga, osoba, dodirujući žicu u hitnom načinu rada mreže, dolazi pod napon manji od linearnog, ali veći od faznog napona.
Od otpora električnog kruga R veličina električne struje koja prolazi kroz osobu značajno ovisi, ozbiljnost lezije uvelike je određena shemom uključivanja osobe u krug. Kola koja nastaju kada osoba dođe u kontakt sa provodnikom kola zavise od vrste sistema napajanja koji se koristi.
Najčešće električne mreže u kojima je neutralna žica uzemljena, odnosno kratkim spojem vodiča do mase. Dodirivanje neutralne žice praktički ne predstavlja opasnost za ljude, opasna je samo fazna žica. Međutim, teško je shvatiti koja je od dvije žice nula - izgledaju isto. To možete shvatiti pomoću posebnog uređaja - faznog detektora.
Koristeći konkretne primjere, razmotrit ćemo moguće sheme za spajanje osobe na električni krug prilikom dodirivanja vodiča.
Dvofazni priključak na strujni krug. Najrjeđi, ali i najopasniji je dodir osobe do dvije fazne žice ili strujnih vodiča spojenih na njih (slika 2.29).
U tom slučaju, osoba će biti pod utjecajem mrežnog napona. Kroz osobu će teći struja duž putanje "ruka-ruka", odnosno otpor kola će uključivati samo otpor tijela (D,).
 |
Ako uzmemo otpor tijela od 1 kOhm i električnu mrežu s naponom 380/220 V, tada će jačina struje koja prolazi kroz osobu biti jednaka
Ovo je smrtonosna struja. Ozbiljnost električne ozljede ili čak život osobe ovisit će prije svega o tome koliko brzo će se riješiti kontakta sa strujnim vodičem (prekinuti strujni krug), jer je vrijeme izlaganja u ovom slučaju odlučujuće.
Mnogo češće postoje slučajevi kada osoba jednom rukom dođe u dodir sa faznom žicom ili dijelom uređaja, aparata koji je slučajno ili namjerno električno spojen na nju. Opasnost od strujnog udara u ovom slučaju ovisi o vrsti električne mreže (uzemljena ili izolirana neutralna).
Jednofazni priključak na kolo u mreži sa uzemljenom neutralnom(slika 2.30). U ovom slučaju, struja prolazi kroz osobu putem "prsa u prsa" ili "prsa u prsa", a osoba će biti pod faznim naponom.
U prvom slučaju, otpor kruga bit će određen otporom ljudskog tijela (I_, cipela (P o 6), fondacije (R w), na kojoj stoji osoba s neutralnim otporom uzemljenja (R H), i struja će teći kroz osobu
Neutralni otpor R H je mali i zanemariv u usporedbi s drugim otporima kola. Za procjenu veličine struje koja teče kroz osobu, uzimamo mrežni napon 380/220 V. Ako osoba nosi izolacijske suhe cipele (kožne, gumene), stoji na suhom drvenom podu, otpor strujnog kola će biti veliki, a jačina struje prema Ohmovom zakonu mala.
Na primjer, otpor poda 30 kOhm, kožne cipele 100 kOhm, otpor ljudi 1 kOhm. Struja koja prolazi kroz osobu
Ova struja je blizu osjetljive granične struje. Osoba će osjetiti protok struje, prestati raditi i ukloniti kvar.
Ako osoba stoji na mokrom tlu s vlažnim cipelama ili bosih nogu, struja će teći kroz tijelo.
Ova struja može uzrokovati poremećaje u radu pluća i srca te s produljenom izloženošću i smrću.
Ako osoba stoji na mokrom tlu u suhim i netaknutim gumenim čizmama, struja teče kroz tijelo
Osoba možda neće ni osjetiti utjecaj takve struje. Međutim, čak i mala pukotina ili ubod u potplatu čizme može drastično smanjiti otpor gumenog potplata i učiniti rad opasnim.
Prije nego počnete raditi s električnim uređajima (posebno onima koji dugo ne rade), morate ih pažljivo pregledati radi oštećenja izolacije. Električni uređaji moraju se očistiti od prašine i, ako su mokri,- suho. Ne koristite mokre električne uređaje! Električne alate, uređaje, opremu je bolje čuvati u plastičnim vrećicama kako bi se spriječilo da u njih uđe prašina ili vlaga. Morate raditi u cipelama. Ako je pouzdanost električnog uređaja upitna, morate igrati na sigurno.- Pod noge stavite suhi drveni pod ili gumenu prostirku. Mogu se koristiti gumene rukavice.
Drugi put protoka struje javlja se kada osoba drugom rukom dodirne električno provodljive predmete povezane sa zemljom (tijelo uzemljenog alatnog stroja, metalnu ili armirano -betonsku konstrukciju zgrade, vlažan drveni zid, vodovodnu cijev, baterija za grijanje itd.). U tom slučaju struja teče duž putanje najmanjeg električnog otpora. Ovi objekti su praktično kratko spojeni sa zemljom, njihov električni otpor je vrlo nizak. Stoga je otpor kola jednak otporu tijela i kroz osobu će teći struja
Ova količina struje je smrtonosna.
Prilikom rada s električnim uređajima, drugom rukom ne dodirujte predmete koji bi mogli biti električno povezani sa uzemljenjem. Rad u vlažnim prostorijama, u prisustvu dobro provodljivih objekata povezanih sa zemljom u blizini osobe, predstavlja izuzetno veliku opasnost i zahtijeva poštivanje povećanih mjera električne sigurnosti.
U hitnom režimu (Sl. 2.30, b), kada se jedna od faza mreže (druga faza mreže, različita od faze koju je osoba dodirnula) pokaže da je zatvorena za tlo, dolazi do preraspodjele napona i napon servisnih faza razlikuje se od faznog napona mreže. Dodirujući radnu fazu, osoba dolazi pod napon koji je veći od faznog napona, ali manji od linearnog. Stoga je za svaki put protoka struje ovaj slučaj opasniji.
Jednofazni priključak na kolo u mreži s izoliranom nulom(slika 2.31). U proizvodnji se trožilne električne mreže s izoliranom neutralnom mrežom koriste za napajanje električnih instalacija. U takvim mrežama ne postoji četvrta uzemljena neutralna žica, a postoje samo tri faze. Na ovom dijagramu pravokutnici uobičajeno pokazuju električne otpore r A, r v, r sa izolacija žice svake faze i kapaciteta C A, C c, C c odnosi se na svaku fazu __________________________
pod mnogo većim naponima, pa samim tim i opasniji. Međutim, glavni zaključci i preporuke za osiguranje sigurnosti praktički su isti.
Čak i ako ne uzmete u obzir otpor nečijeg strujnog kruga (osoba stoji na mokrom tlu u vlažnim cipelama), struja koja prolazi kroz osobu bit će sigurna:
Stoga je dobra fazna izolacija ključ za osiguranje sigurnosti. Međutim, uz velike električne mreže, to nije lako postići. U proširenim i razgranatim mrežama s velikim brojem potrošača otpor izolacije je nizak, a opasnost raste.
Za dugačke električne mreže, posebno kabelske vodove, fazni kapacitet se ne može zanemariti (CV0). Čak i uz vrlo dobru faznu izolaciju (r = oo), struja će teći kroz osobu kroz kapacitivni otpor faza, a njena vrijednost će biti određena formulom:
Stoga su dugi električni krugovi industrijskih poduzeća s visokim kapacitetom vrlo opasni, čak i uz dobru faznu izolaciju.
Ako se prekine izolacija bilo koje faze, dodir s mrežom s izoliranom neutralnom postaje opasniji od mreže sa uzemljenom neutralnom žicom. U hitnom načinu rada (slika 2.31, b) struja koja prolazi kroz osobu koja dodirne dobru fazu protjecat će kroz krug zemljospoja do faze nužde, a njena vrijednost bit će određena formulom:
Budući da je otpor kratkog spoja D, hitna faza na tlu obično mala, osoba će biti pod naponom, a otpor formiranog kruga bit će jednak otporu strujnog kruga ____, što je vrlo opasno .
Iz ovih razloga, kao i radi lakše upotrebe (mogućnost dobivanja napona od 220 i 380 V), četverožične mreže sa uzemljenom neutralnom žicom za napon 380/220 V su najraširenije.
Razmotrili smo daleko od svih mogućih električnih kola i mogućnosti dodira. U proizvodnji se možete nositi sa složenijim krugovima napajanja, posebno sa zemljom.
Da bismo pojednostavili analizu, uzimamo g A - g c= r c = r, a C A= L B= C c = C
Ako osoba dodirne jednu od žica ili bilo koji predmet koji je na nju električno spojen, struja će teći kroz osobu, cipele, podnožje, a kroz izolaciju i kapacitet žica teći će do druge dvije žice. Tako nastaje zatvoreni električni krug u koji je, za razliku od prethodno razmatranih slučajeva, uključen izolacijski otpor faza. Budući da je električni otpor dobre izolacije desetke i stotine kilo-ohma, ukupni električni otpor kruga je mnogo veći od otpora kruga nastalog u mreži s uzemljenom neutralnom žicom. Odnosno, struja kroz osobu u takvoj mreži bit će manja, a dodirivanje jedne od faza mreže s izoliranom neutralnom je sigurnije.
Struja kroz osobu u ovom slučaju određena je sljedećom formulom:
gdje je električni otpor ljudskog kruga,
ω = 2π - kružna frekvencija struje, rad / s (za struju industrijske frekvencije = 50 Hz, dakle ω = 10Ol).
Ako je kapacitivnost faza mala (ovo je slučaj za ne-proširene nadzemne mreže), možemo uzeti C «0. Tada će izraz za veličinu struje kroz osobu imati oblik:
Na primjer, ako je otpor poda 30 kOhm, kožne cipele su 100 kOhm, ljudski otpor je 1 kOhm, a otpor izolacije faza je 300 kOhm, struja koja prolazi kroz osobu (za mrežu od 380/220 V ) bice
Osoba možda čak i neće osjetiti takvu struju.
Kontrolna pitanja
1. Koje vrste električnih mreža su najčešće u proizvodnji?
2. Navedite izvore električnih opasnosti na radu.
3. Šta je napon dodira i napon koraka? Kako njihove vrijednosti zavise od udaljenosti od tačke gdje struja ulazi u tlo?
4. Kako se prostori klasifikuju prema stepenu opasnosti od električne energije?
5. Kako električna struja utiče na osobu? Navedite i opišite vrste električnih ozljeda.
6. Koji parametri električne struje određuju jačinu strujnog udara? Odredite trenutne pragove.
7. Koji je put električne struje kroz ljudsko tijelo najopasniji?
8. Navedite izvore najvećih električnih opasnosti na radnom mjestu povezanih s vašim budućim zanimanjem.
9. Provesti analizu opasnosti za uzemljene neutralne električne mreže.
10. Dajte analizu opasnosti električnih mreža s izoliranom neutralnom mrežom.
11. Koji dodirujući provodnici pod naponom su najopasniji za osobu?
12.Zašto dodirivanje predmeta koji je električno povezan sa zemljom (na primjer, vodovodna cijev) rukom dok radite s električnim uređajima dramatično povećava rizik od strujnog udara?
13.Zašto moram da iskopčam utikač kada popravljam električnu opremu?
14.Zašto nositi cipele kada radite sa električnim uređajima?
15.Kako možete smanjiti rizik od strujnog udara?
Postoje različite sheme za spajanje osobe na strujni krug:
Jednofazni dodir - dodirivanje vodiča jedne faze postojeće električne instalacije;
Dvofazni dodir - istovremeno dodirivanje vodiča dvije faze operativne električne instalacije;
Dodirivanje dijelova električnih instalacija bez struje koji su pod naponom uslijed oštećenja izolacije;
Uključivanje pod naponom koraka - uključivanje između dvije točke zemlje (tla), koje su na različitim potencijalima.
Razmotrimo najtipičnije sheme za povezivanje osobe na strujni krug.
Jednofazni kontakt u mreži sa čvrsto uzemljenom neutralnom. Struja koja protiče kroz ljudsko tijelo ( I h) sa jednofaznim kontaktom (slika 6) će se zatvoriti na kolu: faza L 3 - ljudsko tijelo - baza (pod) - neutralna uzemljena elektroda - neutralna (nulta tačka).
Pirinač. 6. Šema jednofaznog kontakta u mreži
sa čvrsto uzemljenim neutralnim
Ohmov zakon:,
Gdje R o - otpor neutralnog uzemljenja,
R osnovni je otpor baze.
Ako je osnova (pod) provodljiva, tada R glavni ≈ 0
S obzirom na činjenicu da je R O " R h, onda
U h = U f
Takvo dodirivanje je izuzetno opasno.
Monofazni kontakt u mreži sa izolovanim neutralnim elementom. Struja koja teče kroz ljudsko tijelo (slika 7) će zatvoriti krugove: faza L 3 - ljudsko tijelo - pod, a zatim se kroz faznu izolaciju vraća u mrežu L 2 i L 1, tj. tada struja prati kola: fazna izolacija L 2 - faza L 2 - neutralna (nulta točka) i fazna izolacija L 1 - faza L 1 - neutralno (nulta točka). Dakle, u krugu struje koja teče kroz ljudsko tijelo, izolacija faza ispada u nizu s njim L 2 i L 1 .
Pirinač. 7. Shema jednofaznog dodira u mreži
sa izolovanom neutralnom
Fazni otpor izolacije Z ima aktivnu ( R) i kapacitivnih komponenti ( WITH).
R- karakteriše nesavršenost izolacije, tj. sposobnost izolacije da provodi struju, iako mnogo lošija od metala;
WITH- kapacitet faze u odnosu na tlo određen je geometrijskim dimenzijama zamišljenog kondenzatora, čije su "ploče" faze i uzemljenje.
At R 1 = R 2 = R 3 = R f i WITH 1 = WITH 2 = WITH 3 = WITH F struja koja protiče kroz ljudsko tijelo:
gdje Z- ukupni otpor izolacije faznog vodiča u odnosu na tlo.
Ako se zanemari fazni kapacitet WITH f = 0 (vazdušne mreže kratke dužine), tada:
odakle slijedi da veličina struje ne ovisi samo o ljudskom otporu, već i o izolacijskom otporu fazne žice u odnosu na uzemljenje.
Ako, na primjer, R 1 = R 2 = R 3 = 3000 ohma, dakle
; U h= 0,0111000 = 110V
Dvofazni dodir. Dvofaznim dodirom (slika 8), bez obzira na neutralni način rada, osoba će biti pod mrežnim naponom mreže U l i prema Ohmovom zakonu:
at U l = 380 V: I= 380/1000 = 0,38 A = 380 mA.
Pirinač. 8. Šema dvofaznog ljudskog dodira
Dvofazni kontakt je izuzetno opasan, takvi slučajevi su relativno rijetki i po pravilu su posljedica rada pod naponom u električnim instalacijama do 1000 V, što predstavlja kršenje pravila i uputa.
Dodirivanje metalnog kućišta pod naponom. Dodirivanje tela električne instalacije (sl. 9), u kojoj je faza ( L 3) zatvoren na tijelu, jednak je dodiru same faze. Stoga se analiza i zaključci za slučajeve jednofaznih kontakata o kojima smo ranije govorili u potpunosti primjenjuju na slučaj zemljospoja.
Pirinač. 9. Šema dodira metala osobe
kućište pod naponom
II . ELEKTRIČNA SIGURNOST
3. Analiza električne sigurnosti različitih električnih mreža
Ishod električnog udara za osobu određen je strujom koja prolazi kroz ljudsko tijelo I h i napetost dodira U h , značajno ovisi o vrsti mreže koja opskrbljuje potrošače električne energije i njezinim parametrima, uključujući:
- mrežni napon i frekvencija;
- mrežni neutralni način rada;
- kola za povezivanje osobe u električno kolo;
- izolacijski otpor faznih vodiča mreže u odnosu na tlo;
- kapacitet faznih vodiča mreže u odnosu na uzemljenje;
- mrežni način rada.
Tipične sheme za spajanje osobe na električno kolo
Postoje različite “šeme povezivanja” osobe u strujnom kolu (tipične “šeme povezivanja” prikazane su na slici 3.5. Za primjer IT mreže):
Pirinač. 3.5. Tipične sheme za povezivanje osobe u električni krug
(3.1.)
Iz izraza (3.1.) I (
3.2. ) slijedi to sa dvofaznim osoba dodirne mrežni napon mreže bez obzira na vrstu mreže, neutralni način rada, način rada mreže, provodljivost faznih žicaY L1 , Y L2 , Y L3u odnosu na tlo. Takva shema spajanja osobe na električni krug velika je opasnost.Slučajevi dvofaznog kontakta javljaju se relativno rijetko i po pravilu su rezultat rada pod naponom u električnim instalacijama do 1 kV, što predstavlja kršenje pravila i uputa za izvođenje radova.
Pirinač. 3.6. Generalizirani dijagram za analizu trofaznih mreža
(3.3)
(3.4)
Budući da vrijednost električne struje koja prolazi kroz osobu značajno ovisi o otporu električnog kola R, težina lezije u velikoj mjeri je određena shemom uključivanja osobe u krug. Kola koja nastaju kada osoba dođe u kontakt sa provodnikom kola zavise od vrste sistema napajanja koji se koristi.
Najčešće električne mreže u kojima je neutralna žica uzemljena, odnosno kratkim spojem vodiča do mase. Dodirivanje neutralne žice praktički ne predstavlja opasnost za ljude, opasna je samo fazna žica. Međutim, teško je shvatiti koja je od dvije žice nula - izgledaju isto. To možete shvatiti pomoću posebnog uređaja - faznog detektora.
Koristeći konkretne primjere, razmotrit ćemo moguće sheme za spajanje osobe na električni krug prilikom dodirivanja vodiča.
Dvofazni priključak na električno kolo
Najrjeđi, ali i najopasniji je dodir osobe do dvije fazne žice ili strujnih vodiča spojenih na njih (slika 1).
U tom slučaju, osoba će biti pod utjecajem mrežnog napona. Struja će teći kroz osobu duž puta "ruke-ruke", tj. Otpor kola će uključivati samo otpor tijela ()
Ako uzmemo otpor tijela od 1 kOhm i električnu mrežu napona 380-220 V, tada će jačina struje koja prolazi kroz osobu biti jednaka
Ovo je smrtonosna struja. Ozbiljnost električne ozljede ili čak život osobe ovisit će prvenstveno o tome koliko brzo će se osloboditi kontakta sa strujnim provodnikom (prekinuti strujni krug), jer je vrijeme izlaganja u ovom slučaju odlučujuće.
Mnogo češće postoje slučajevi kada osoba jednom rukom dođe u dodir sa faznom žicom ili dijelom uređaja: aparatom koji je slučajno ili namjerno električno spojen na njega. Opasnost od strujnog udara u ovom slučaju ovisi o vrsti električne mreže (uzemljena ili izolirana neutralna).
