Однофазное прикосновение. Однофазное (однополюсное) прикосновение происходит во много раз чаще, чем двухфазное прикосновение, но является менее опасным

Однофазное (однополюсное) прикосновение происходит во много раз чаще, чем двухфазное прикосновение, но является менее опасным, поскольку напряжение, под которым оказывается человек не превышает фазного напряжения сети и ток через тело человека меньше в 1, 73 раза. Кроме того, на этот ток большое влияние оказывает режим нейтрали источника тока, сопротивление изоляции проводов сети относительно земли, сопротивление земли, сопротивление основания (пола), на котором стоит человек, сопротивление его обуви и некоторые другие факторы.

При нормальном режиме работы однофазной 2-х проводной сети изолированной от земли (рис. 2.10, а), у которой ёмкостью проводов относительно земли можно принять равными нулю, а сопротивления изоляции проводов равны по величине напряжение прикосновения ток, проходящий через тело человека прикоснувшегося к одному из проводов можно вычислить по формулам:

где: и токи, проходящие через сопротивления изоляции проводов и соответственно.

Учитывая, что и

получаем:

тогда напряжение прикосновения:

а ток, проходящий через человека:

.

Так как то выражения упрощаются и примут вид:

Очевидно, что чем лучше изоляция проводов относительно земли, тем меньше опасность однофазного (и двухфазного) прикосновения к проводу.

При аварийном режиме однофазной 2-х проводной сети изолированной от земли, когда один из проводов сети замкнут на землю через сопротивление (рис. 2.10, б), которое намного меньше по сравнению с сопротивлением изоляции проводов и, которое можно принять равным нулю, напряжение прикосновения и ток через человека, прикоснувшегося к исправному проводу, будут иметь наибольшие возможные значения:

Очевидно, что при аварийном режиме работы сети (при замыкании одного провода на землю) человек, прикоснувшийся ко второму исправному проводу, оказывается под полным напряжением сети независимо от сопротивления изоляции проводов. Опасность поражения в этом случае значительно выше, чем в случае прикосновения к тому же проводу сети в период её нормально работы.

В однофазной двухпроводной сети с заземлённым проводом (рис. 2.11), ёмкостью которой можно пренебречь при прикосновении к незаземлённому проводу напряжение прикосновения и ток через тело человека определяются выражениями:

где: - сопротивление заземления провода.

Очевидно, что при человек оказывается практически под полным напряжением сети, а ток через тело человека имеет наибольшее значение.

Влияние сопротивлений и изоляции проводов сети в этом случае незначительно и ими можно пренебречь.

Необходимо отметить исключительно важное значение изоляции основания (полов и обуви) на котором стоит человек. Сопротивления обуви и пола включаются последовательно с сопротивлением тела человека . С учётом этого расчётная формула величины тока через тело человека будет иметь вид:

	Рис. 2.11. Прикосновение человека к проводу однофазной двухпроводной сети с заземлённым проводом а) прикосновение к незазмлённому (L) проводу; б) прикосновение к заземлённому (N) проводу в нормальном режиме работы сети; в) прикосновение к заземлённому проводу в режиме к.з. между проводами сети.

Прикосновение человека к заземлённому проводу ошибочно считают безопасным полагая, что напряжение этого провода относительно земли мало. В действительности же при прикосновении к заземлённому проводу (Рис. 28, б), человек оказывается под воздействием напряжения равного падению напряжения в заземлённом проводе на участке от места его заземления (А) до места касания (В):

где: - ток нагрузки, проходящий по проводу;

- сопротивление провода.

В нормальных условиях это напряжение не велико, а наибольшее его значение соответствует наиболее удалённой от источника точке.

При к.з. между проводами сети (рис. 2.11, в) ток резко возрастает. Очевидно, что и напряжение прикосновения возрастает практически пропорционально увеличению тока в проводе и при к.з. может достигать опасных для человека значений.

Известно, что в 3-х фазной 4-х проводной сети напряжение прикосновения приложенное к телу человека, прикоснувшегося к фазному проводу электрической сети с нейтралью (в общем случае) заземлённой через активное и индуктивное сопротивление определяется выражением:

,

а ток, проходящий при этом через тело человека, выражением:

где: , , , , , полные проводимости, соответственно, фазных (1, 2, 3) проводов, нейтрального провода (н), заземления (о) и тела человека (h), а – фазный оператор 3-х фазной системы, учитывающий сдвиг фаз.

При нормальном режиме работы сети проводимости фазных и нулевых проводов относительно земли по сравнению с незначительны и их можно приравнять к нулю, т.е.

= = = =0.

Рис. 2.12. Прикосновение человека к одной фазе 3-х фазной сети с заземленной нейтралью.

В 3-х фазной сети с заземлённой нейтралью (рис. 2.12), цепь тока, проходящего через человека включает в себя, кроме сопротивления тела человека, ещё и сопротивление его обуви, сопротивление пола, а также сопротивление заземления источника тока. Причём все эти сопротивления включены последовательно.

Ток, проходящий через тело человека в этом случае будет определяться по формуле:

(2.3)

Наиболее неблагоприятный случай будет, когда человек, прикоснувшийся к фазному проводу, имеет на ногах токопроводящую обувь (сырую или подбитую металлическими гвоздями) и стоит непосредственно на сырой земле или на токопроводящем (металлическом) полу (или на заземленной металлической конструкции). В этом случае R_об = и R_n =0.

Ток, проходящий через тело человека будет определяться по формуле:

(2.4)

Обычно сопротивление заземления нейтрали (R₀) во много раз меньше сопротивления тела человека (R_h) и не превышает 10 Ом, им можно пренебречь, и тогда ток через тело человека можно определить по формуле:

Так, в сети с фазным напряжением 220 В при R_h =1000 Ом, ток через человека будет:

Этот ток также смертельно опасен для человека.

В случае. когда человек имеет на ногах непроводящую обувь (например, диэлектрические галоши) и стоит на изолирующем основании (например, на деревянном полу), то принимая R_об = 45000 Ом и R_n =100000 Ом, получим:

Этот ток не опасен для человека.

В действительных условиях диэлектрическая обувь и изолирующие основания обладают значительно большими сопротивлениями, и ток, проходящий человека, будет ещё меньше.

Рис. 2.13. Присоединение человека к одной фазе 3-х фазной сети с изолированной нейтралью

В сети 3-х фазной с изолированной нейтралью ток (рис. 2.13), проходящий через человека в землю, возвращается к источнику тока через изоляцию проводов сети, которая в исправном состоянии обладает большим сопротивлением.

С учётом сопротивлений обуви (R_об) и пола (R_n), на котором стоит человек, включенных последовательно сопротивлению тела человека (R_h), ток, проходящий через человека, определяется по формуле:

(2.5)

При наиболее неблагоприятном случае (R_об и R_n=0) уравнение упростится и примет вид:

(2.6)

Для случая сети с U_ф =220 В при R_из =90000 Ом и R_h =1000 Ом ток через тело человека будет равен:

Этот ток будет ощутимым, но не смертельным для человека.

На основании вышеизложенного, можно сделать вывод, что в сети с изолированной нейтралью условия безопасности находятся в прямой зависимости от сопротивления изоляции проводов сети относительно земли, (чем лучше изоляция, тем меньше ток, проходящий через тело человека).

Кроме того, в сети с изолированной нейтралью, ток через человека, прикоснувшегося к фазному проводу будет ограничиваться сопротивлением обуви и пола.

При R_об =45000 Ом и R_n =100000 Ом ток через человека:

Этот ток практически безопасен для человека.

Таким образом, при прочих равных условиях прикосновение человека к одной фазе в сети с изолированной нейтралью менее опасно, чем в сети с заземленной нейтралью.

Если человек прикасаться к нетоковедущим частям (к корпусу) электроустановки, то ток через него зависит и от сопротивления изоляции между корпусом и токоведущими частями. В большей степени эта зависимость проявляется при прикосновении к корпусу однофазного электроприемника в сети с глухозаземленной нейтралью. Схема замещения для этого случая приведена на рис. 2.14, где R_н –сопротивление нагрузки, R_из – сопротивление изоляции между корпусом и токоведущими частями электроприемника.

	Рис. 2.14. Схема замещения сети с глухозаземленной нейтралью при прикосновении человека к корпусу электроустановки.

Из схемы видно, что R_из представляет собой дополнительное сопротивление в цепи тела человека, поэтому ток через человека будет определяться выражением:

(2.7)

Сопротивление изоляции в этом случае (при малом R₀) должно удовлетворять условию:

R_из > - R_h (2.8)

В этом случае человек не будет ощущать воздействие электрического тока при обслуживании электроустановки.

Таким образом, на безопасность электроустановок значительное влияние оказывают сопротивления изоляции токоведущих частей относительно земли и корпусов электроустановок. Эти сопротивления нормируются. В ряде случаев нормируются не сопротивления изоляции, а токи, определяемые ими (токи утечки).