Задача - Определение тяжести поражения электрическим током Случаи поражения человека током возможны лишь при замыкании электрической цепи через тело человека или, иначе говоря,…
Задача - Определение тяжести поражения электрическим током Случаи поражения человека током возможны лишь при замыкании электрической цепи через тело человека или, иначе говоря, при прикосновении человека не менее чем к двум точкам цепи, между которыми существует некоторое напряжение. Опасность такого прикосновения, оцениваемая величиной тока, проходящего через тело человека, или же напряжением прикосновения, зависит от ряда факторов: схемы включения человека в цепь, напряжения сети, схемы самой сети, режима ее нейтрали, степени изоляции токоведущих частей от земли, а также от величины емкости токоведущих частей относительно земли и т. п. Схемы включения человека в цепь могут быть различными. Однако наиболее характерными являются две схемы включения: между двумя проводами и между одним проводом и землей (рисунок 4). а - двухфазное, б, в – однофазные, Z1, Z2, Z3 полные сопротивления проводов относительно земли Рисунок 4 – Случаи включения человека в электрическую цепь Двухфазное включение, т.е. прикосновение человека одновременно к двум фазам, как правило, более опасно, поскольку к телу человека прикладывается наибольшее в данной сети напряжение - линейное, и поэтому через человека пойдет больший ток: где Ih - ток, проходящий через тело человека, A; Uл = (3Uф - линейное напряжение, т. е. напряжение между фазными проводами сети, В; Uф - фазное напряжение, т. е. напряжение между началом и концом одной обмотки (или между фазным проводом и нейтралью), В. Согласно современным требованиям сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединена нейтраль источника питания, в любое время года должно быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока. Общее сопротивление всех повторных заземлителей воздушной линии должно быть не более 5, 10 и 20 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В, при этом сопротивление каждого из повторных заземлителей должно быть не более 15, 30 и 60 Ом соответственно при тех же напряжениях. Кроме того, при удельном электрическом сопротивлении грунта более 100 Ом·м допускается увеличение указанных выше значений R0 и Rп в отношении ρ/100, но не более чем в 10 раз. Исходные данные. Человек случайно прикоснулся к электрической колодке (колодка не закрыта съемной крышкой), через которую подается напряжение на электрический двигатель. Двигатель питается от трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью, сопротивление заземления нейтрали Ro = 4 Ом, линейное напряжение Uл=380В, сопротивление исправной изоляции равно 0,5 МОм, сопротивление изоляции ухудшенного качества - 15 кОм. Принять сопротивление кожи поверхности тела человека 1000 Ом, сопротивление внутренних тканей организма 600 Ом, сопротивление обуви 200 Ом, сопротивление пола на площади, равной поверхности ступней ног 125Ом. Определить (исходные данные к решению задачи в таблице 4): 1 Электрическое сопротивление тела человека. 2 Ток, проходящий через человека, при случайном касании: оголенного фазного зажима. 3 При замыкании человеком двух зажимов. 4 При прикосновении к проводу с исправной изоляцией. 5 При прикосновении к проводу с ухудшенной изоляцией. Таблица 4 - Исходные данные к решению задачи Решение. Перечисленные варианты прикосновения могут привести к производственному электротравматизму. 1 Найдем общее сопротивление человека при протекании тока по контуру рука-нога. Схема замещения сопротивления тела человека для случая протекания тока по контуру рука - нога показана на рисунке 5. Величины этих сопротивлений изменяются в широких пределах. Например, Rk, Rp сильно зависят от влажности: Rp составляет 200 - 300 Ом, если кожа влажная (при решении задач Rp принимать = 300 Ом), и десятки тысяч Ом при сухом состоянии кожи. Сопротивление внутренних тканей организма составляет 500—1000 Ом. Сопротивление параллельной цепочки Rk , Rвн равно: Сопротивление пола зависит от его материала, влажности, наличия загрязнений. Так, сопротивление бетонного пола Rп на площади, равной поверхности ступней ног, составляет сухого - 2 МОм, сырого - 200 Ом, покрытого водой со щелочью - 10 Ом. Rp – сопротивление кожи на руке в месте контакта; Rk – сопротивление кожи поверхности тела; Rвн – сопротивление внутренних тканей организма; Rоб – сопротивление обуви; Rп – сопротивление пола на площади, равной поверхности ступней ног. Рисунок 5 – Схемы прикосновения (а) и замещения сопротивления человека (б) Сопротивление обуви зависит от ее вида (резиновая, кожаная, кожимитовая), влажности и приложенного напряжения. Ориентировочно можно считать, что сопротивление сухой обуви Rоб лежит в пределах от 100 до 500 Ом, сырой — от 0,5 до 1,5 Ом. При указанных величинах сопротивлений наименьшая величина общего сопротивления человека составит: Однако в реальных условиях сопротивление может быть и меньшей величины. Правда, при благоприятном стечении обстоятельств сопротивление человека может достигнуть величины 40000—100000 Ом. 2 При случайном касании оголенного фазного зажима человек попадает под фазное напряжение и сила тока, проходящего через него, равна: Ток такой величины безопасен, если время его протекания через человека не более 0,2 с (такую быстроту отключения может обеспечить автоматическая защита). При длительном воздействии такой ток смертелен. Самостоятельное освобождение от воздействия такого тока исключено. 3 При замыкании двух зажимов человек попадает под линейное напряжение и сила тока, проходящего через человека, составит: Ток такой величины представляет смертельную опасность. 4 При прикосновении к проводу с исправной изоляцией: По данным таблицы 6 приложения, переменный ток менее 0,0005 А не ощущается. 5 При прикосновении к проводу с ухудшенной изоляцией: Переменный ток такой величины представляет безусловную опасность, тем более, что с течением времени сопротивление человека уменьшается и опасность смертельного поражения возрастает.
Чтобы понять, как определить тяжесть поражения электрическим током, давайте рассмотрим все шаги и расчеты, необходимые для решения данной задачи.
Исходные данные
Исходные данные для решения задачи:
- Сопротивление заземления нейтрального провода \( R_0 = 4 \, \text{Ом} \)
- Линейное напряжение \( U_l = 380 \, \text{В} \)
- Сопротивление исправной изоляции \( R_{\text{ис}} = 0,5 \, \text{МΩ} = 500000 \, \text{Ом} \)
- Сопротивление ухудшенной изоляции \( R_{\text{ух}} = 15 \, \text{кΩ} = 15000 \, \text{Ом} \)
- Сопротивление кожи человека \( R_k = 1000 \, \text{Ом} \)
- Сопротивление внутренних тканей \( R_{\text{вн}} = 600 \, \text{Ом} \)
- Сопротивление обуви \( R_{\text{об}} = 200 \, \text{Ом} \)
- Сопротивление пола \( R_p = 125 \, \text{Ом} \)
Шаг 1: Определение электрического сопротивления тела человека
Для определения общего сопротивления тела человека используем формулу для параллельного соединения сопротивлений рук и ног:
\[ R_{\text{ч}} = R_{k} + \left( \frac{1}{R_{\text{вн}}} + \frac{1}{R_{\text{об}}} + \frac{1}{R_{p}} \right)^{-1} \]
\[ R_{\text{ч}} = 1000 \, \text{Ом} + \left( \frac{1}{600} + \frac{1}{200} + \frac{1}{125} \right)^{-1} \]
Рассчитаем сопротивление параллельной цепочки:
\[ \frac{1}{R_{\text{п}}} = \frac{1}{600} + \frac{1}{200} + \frac{1}{125} \]
Сначала найдем общий знаменатель:
\[ \frac{1}{R_{\text{п}}} = \frac{5}{3000} + \frac{15}{3000} + \frac{24}{3000} = \frac{44}{3000} \] \[ R_{\text{п}} = \frac{3000}{44} \approx 68.18 \, \text{Ом} \]
Теперь подставим в формулу для \( R_{\text{ч}} \):
\[ R_{\text{ч}} \approx 1000 \, \text{Ом} + 68.18 \, \text{Ом} \approx 1068.18 \, \text{Ом} \]
Шаг 2: Ток при случайном касании оголенного фазного зажима
В этом случае используется фазное напряжение:
\[ I_h = \frac{U_f}{R_{\text{ч}}} = \frac{U_l}{\sqrt{3} \cdot R_{\text{ч}}} \]
Фазное напряжение можно найти по формуле:
\[ U_f = \frac{U_l}{\sqrt{3}} = \frac{380}{\sqrt{3}} \approx 219.4 \, \text{В} \]
Теперь можем посчитать ток:
\[ I_h = \frac{219.4}{1068.18} \approx 0.205 \, \text{А} \]
Шаг 3: Ток при замыкании двух зажимов
При замыкании между двумя фазами используется линейное напряжение:
\[ I_h = \frac{U_l}{R_{\text{ч}}} = \frac{380}{1068.18} \approx 0.355 \, \text{А} \]
Шаг 4: Прикосновение к проводу с исправной изоляцией
При исправной изоляции сопротивление будет равно:
\[ I_h = \frac{U_f}{R_{\text{ис}} + R_{\text{ч}}} \]
Так как ток должен быть ниже порога ощущения:
\[ I_h = \frac{219.4}{500000 + 1068.18} \approx 0.0004381 \, \text{А} \text{(неощущаемый ток)} \]
Шаг 5: Прикосновение к проводу с ухудшенной изоляцией
Здесь сопротивление будет другим:
\[ I_h = \frac{U_f}{R_{\text{ух}} + R_{\text{ч}}} = \frac{219.4}{15000 + 1068.18} \approx 0.01405 \, \text{А} \]
Заключение
- Сопротивление тела человека: \( R_{\text{ч}} \approx 1068.18 \, \text{Ом} \)
- Ток при касании оголенного фазного зажима: \( I_h \approx 0.205 \, \text{А} \)
- Ток при замыкании двух зажимов: \( I_h \approx 0.355 \, \text{А} \)
- Ток при прикосновении к проводнику с исправной изоляцией: \( I_h \approx 0.0004381 \, \text{А} \)
- Ток при прикосновении к проводнику с ухудшенной изоляцией: \( I_h \approx 0.01405 \, \text{А} \)
Таким образом, рассмотренные случаи касания электрических проводов демонстрируют различный уровень опасности в зависимости от условий, связанных с сопротивлениями и типами изоляции проводов.
