Kako se procjenjuje opasnost od ozljede osobe strujom električne instalacije u električnim mrežama različitih konfiguracija?

Poznavanje procesa koji se odvijaju u električnim instalacijama omogućuje inženjerima energetike sigurno upravljanje opremom s bilo kojim naponom i vrstom struje, obavljanje popravaka i održavanje električnih sustava.

Kako bi se izbjegli slučajevi strujnog udara na električnu instalaciju, informacije sadržane u PUE, PTB i PTE — glavni dokumenti koje su izradili najbolji stručnjaci na temelju analize nesreća s ozlijeđenim osobama opasnim čimbenicima koji prate rad električne energije.

Okolnosti i razlozi izlaganja čovjeka električnoj struji

Dokumenti sigurnosnih uputa razlikuju tri skupine uzroka koji objašnjavaju strujni udar radnika:

1. namjerno, nenamjerno približavanje dijelovima pod naponom pod naponom na udaljenosti manjoj od sigurne ili njihovo dodirivanje;

2. nastanak i razvoj izvanrednih situacija;

3.kršenje zahtjeva navedenih u priručnicima koji propisuju pravila ponašanja radnika u postojećim električnim instalacijama.

Procjena opasnosti od ozljede osobe sastoji se u određivanju izračunima veličina struja koje prolaze kroz tijelo žrtve. Istodobno, treba uzeti u obzir mnoge situacije kada se kontakti mogu pojaviti na nasumičnim mjestima na električnoj instalaciji. Osim toga, napon koji se na njih primjenjuje varira ovisno o mnogim razlozima, uključujući uvjete i načine rada električnog kruga, njegove energetske karakteristike.

Uvjeti za ozljede osoba električnom strujom

Da bi struja tekla tijelom unesrećenog, potrebno je stvoriti električni strujni krug spajanjem najmanje dvije točke strujnog kruga koje imaju razliku potencijala – napon. Kod električne opreme mogu se pojaviti sljedeći uvjeti:

1. Istodobno dvofazno ili dvopolno dodirivanje različitih polova (faza);

2. jednofazni ili jednopolni kontakt s potencijalom strujnog kruga, kada osoba ima izravnu galvansku vezu s potencijalom zemlje;

3. slučajno stvaranje dodira s vodljivim elementima električne instalacije koji su uslijed razvoja nesreće bili pod naponom;

4. pada pod djelovanjem napona koraka, kada se stvara razlika potencijala između točaka na kojima se istovremeno nalaze noge ili drugi dijelovi tijela.

U tom slučaju može doći do električnog kontakta žrtve s dijelom električne instalacije koji nosi struju, što PUE smatra dodirom:

1. izravno;

2. odnosno neizravno.

U prvom slučaju nastaje izravnim dodirom s dijelom pod naponom koji je pod naponom, au drugom dodirom neizoliranih elemenata strujnog kruga kada je kroz njih prošao opasan potencijal u slučaju nesreće.

Za utvrđivanje uvjeta za siguran rad električne instalacije i pripremu radnog mjesta za radnike u njoj potrebno je:

1. analizirati slučajeve mogućeg stvaranja putova za prolazak električne struje kroz tijelo poslužnog osoblja;

2. uspoređuje njegovu najveću moguću vrijednost s važećim minimalno dopuštenim standardima;

3. donosi odluku o provođenju mjera osiguranja električne sigurnosti.

Obilježja analize stanja ozljeda ljudi u električnim instalacijama

Za procjenu veličine struje koja prolazi kroz tijelo žrtve u mreži s istosmjernim ili izmjeničnim naponom koriste se sljedeće vrste oznaka:

1. otpori:

• Rh — u ljudskom tijelu;

• R0 — za uređaj za uzemljenje;

Ris — izolacijski sloj u odnosu na konturu zemlje;

2. struje:

Ih — kroz ljudsko tijelo;

Iz — kratki spoj na uzemljenu petlju;

3. naprezanja;

Uc — krugovi s konstantnom ili jednofaznom izmjeničnom strujom;

Ul — linearan;

Uf — faza;

Upr — dodiruje;

Uho - koraci.

U ovom slučaju moguće su sljedeće tipične sheme za spajanje žrtve na naponske krugove u mrežama:

1. istosmjerna struja na:

• jednopolni kontakt žičanog kontakta s potencijalom izoliranim od kruga uzemljenja;

• unipolarni kontakt potencijala kruga s uzemljenim stupom;

• bipolarni kontakt;

2. trofazne mreže na;

• jednofazni kontakt s jednim od potencijalnih vodiča (generalizirani slučaj);

• dvofazni kontakt.

Krugovi kvara u istosmjernim krugovima

Jednopolni ljudski kontakt s potencijalom izoliranim od zemlje

Pod utjecajem napona Uc struja Ih prolazi kroz udvostručeni izolacijski otpor medija kroz sekvencijalno stvoren krug potencijala donjeg vodiča, tijela žrtve (ruka-noga) i petlje uzemljenja.

Jednopolni ljudski kontakt s potencijalom uzemljenja

U ovom krugu situacija se pogoršava spajanjem na krug uzemljenja potencijalnog vodiča s otporom R0, blizu nule i mnogo manjim od otpora tijela žrtve i izolacijskog sloja vanjskog okruženja.

Snaga potrebne struje približno je jednaka omjeru mrežnog napona i otpora ljudskog tijela.

Bipolarni ljudski kontakt s mrežnim potencijalima

Mrežni napon se dovodi izravno na tijelo žrtve, a struja kroz njegovo tijelo ograničena je samo njegovim vlastitim zanemarivim otporom.

Opći uzorci kvarova u trofaznim izmjeničnim strujnim krugovima

Uspostavljanje ljudskog kontakta između faznog potencijala i zemlje

U osnovi postoji otpor između svake faze kruga i stvara se potencijal uzemljenja i kapacitivnost. Nula namota izvora napona ima generalizirani otpor Zn, čija vrijednost varira u različitim sustavima uzemljenja kruga.

Formule za izračunavanje vodljivosti svakog kruga i ukupne vrijednosti struje Ih kroz fazni napon Uf prikazane su na slici formulama.

Formiranje ljudskog kontakta između dvije faze

Najveća vrijednost i opasnost je struja koja prolazi kroz krug, stvorena između izravnih kontakata tijela žrtve s faznim vodičima. U tom slučaju, dio struje može proći duž putanje kroz tlo i izolacijski otpor medija.

Karakteristike bifaznog dodira

U istosmjernim i trofaznim izmjeničnim strujnim krugovima najopasnije je stvaranje kontakata između dva različita potencijala. Ovom shemom osoba pada pod utjecaj najvećeg stresa.

U krugu s konstantnim naponom napajanja, struja kroz žrtvu izračunava se formulom Ih = Uc / Rh.

U trofaznoj izmjeničnoj mreži ova se vrijednost izračunava prema omjeru Ih = Ul / Rh =√3Uph / Rh.

S obzirom da je prosječni električni otpor ljudskog tijela 1 kilohm, izračunavamo struju koja se javlja u mreži sa stalnim i izmjeničnim naponom od 220 volti.

U prvom slučaju to će biti: Ih = 220/1000 = 0,22A. Ova vrijednost od 220 mA dovoljna je da žrtva pretrpi konvulzivnu kontrakciju mišića kada se bez pomoći više ne može osloboditi učinaka slučajnog dodira — struje zadržavanja.

U drugom slučaju Ih = (220·1,732)/1000= 0,38A. Pri ovoj vrijednosti od 380 mA postoji smrtonosna opasnost od ozljeda.

Obraćamo pozornost i na činjenicu da u trofaznoj mreži s izmjeničnim naponom položaj nulte (može biti izolirana od zemlje ili obrnuto spojena u kratkom spoju) vrlo malo utječe na vrijednost struje Ih. Njegov glavni dio ne prolazi kroz krug uzemljenja, već između faznih potencijala.

Ako je osoba primijenila zaštitnu opremu koja osigurava njegovu pouzdanu izolaciju od konture zemlje, tada će u takvoj situaciji biti beskorisni i neće pomoći.

Karakteristike jednofazne slavine

Trofazna mreža sa čvrsto uzemljenom nultom

Žrtva dotakne jednu od faznih žica i padne pod potencijalnu razliku između nje i kruga uzemljenja. Takvi se slučajevi najčešće javljaju.

Iako je napon faza-zemlja 1,732 puta manji od napona mreže, takav slučaj ostaje opasan. Stanje žrtve može se pogoršati:

• neutralni način rada i njegova kvaliteta veze;

• električni otpor dielektričnog sloja vodiča u odnosu na potencijal zemlje;

• vrsta cipela i njihova dielektrična svojstva;

• otpornost tla na mjestu žrtve;

• drugi povezani čimbenici.

Vrijednost struje Ih u ovom slučaju može se odrediti iz omjera:

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

Podsjetimo se da su otpori ljudskog tijela Rh, cipela Rb, poda Rp i tla u neutralnom položaju R0 uzeti u ohima.

Što je nazivnik manji, struja je jača. Ako, na primjer, zaposlenik nosi vodljive cipele, noge su mu mokre ili su mu noge obložene metalnim čavlima, a uz to se nalazi na metalnom podu ili mokrom tlu, tada možemo pretpostaviti da je Rb = Rp = 0. To jamči najgorem slučaju za život žrtve.

Ih = Uph / (Rh + R0).

Uz fazni napon od 220 volti, dobivamo Ih = 220/1000 = 0,22 A. Ili smrtonosnu struju od 220 mA.

Sada izračunajmo opciju kada radnik koristi zaštitnu opremu: dielektrične cipele (Rp = 45 kOhm) i izolacijsku podlogu (Rp = 100 kOhm).

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

Dobila je sigurnu vrijednost struje od 1,5 mA.

Trofazna mreža s izoliranom nultom

Ne postoji izravna galvanska veza nule izvora struje s potencijalom zemlje. Fazni napon se dovodi na otpor izolacijskog sloja Rot, koji ima vrlo visoku vrijednost, koja se tijekom rada kontrolira i stalno održava u ispravnom stanju.

Lanac protoka struje kroz ljudsko tijelo ovisi o ovoj vrijednosti u svakoj od faza.Ako uzmemo u obzir sve slojeve strujnog otpora, tada se njegova vrijednost može izračunati formulom: Ih = Uph / (Rh + Rb + Rp + (Riz / 3)).

U najgorem slučaju, kada se stvore uvjeti za maksimalnu vodljivost kroz cipele i pod, izraz će imati oblik: Ih = Uph / (Rh + (Rf / 3)).

Ako uzmemo u obzir mrežu od 220 volti sa slojnom izolacijom od 90 kΩ, dobivamo: Ih = 220 / (1000+ (90000/3)) = 0,007 A. Takva struja od 7 mA će biti dobra, ali ne može uzrokovati smrtonosna ozljeda.

Imajte na umu da smo u ovom primjeru namjerno izostavili otpor tla i cipele. Ako ih uzmemo u obzir, struja će se smanjiti na sigurnu vrijednost, reda veličine 0,0012 A ili 1,2 mA.

Zaključci:

1. U sustavima s izoliranim neutralnim načinom rada lakše je osigurati sigurnost radnika. To izravno ovisi o kvaliteti dielektričnog sloja žica;

2. Pod istim okolnostima, dodirujući potencijal jedne faze, krug s uzemljenom nultom je opasniji od izoliranog.

Hitni način rada jednofaznog kontakta u trofaznoj mreži s uzemljenom neutralnom nulom

Razmotrimo slučaj dodirivanja metalnog tijela električnog uređaja, ako je unutar njega prekinuta izolacija dielektričnog sloja na faznom potencijalu. Kada osoba dotakne ovo tijelo, struja će teći kroz njeno tijelo do uzemljenja, a zatim kroz nultu do izvora napona.

Ekvivalentni krug je prikazan na slici ispod. Otpor Rn pripada opterećenju koje stvara uređaj.

Otpor izolacije Rot zajedno s R0 i Rh ograničava kontaktnu struju između faza. Izražava se omjerom: Ih = Uph / (Rh + Rot + Ro).

U ovom slučaju, u pravilu, čak iu fazi projektiranja, odabirom materijala za slučaj kada je R0 = 0, pokušavaju se pridržavati uvjeta: Rf>(Uph /Ihg)- Rh.

Vrijednost Ihg naziva se prag neprimjetne struje, čiju vrijednost osoba neće osjetiti.

Zaključujemo: otpornost dielektričnog sloja svih dijelova pod naponom na konturu uzemljenja određuje stupanj sigurnosti električne instalacije.

Zbog toga se svi takvi otpori normaliziraju i prikazuju prema odobrenim tablicama. U istu svrhu, ne normaliziraju se sami izolacijski otpori, već struje curenja koje kroz njih prolaze tijekom ispitivanja.

Koračni napon

U električnim instalacijama, iz raznih razloga, može doći do nesreće kada fazni potencijal izravno dodirne petlju uzemljenja. Ako se na nadzemnom dalekovodu jedan od vodiča prekine pod utjecajem različitih vrsta mehaničkih opterećenja, tada se u ovom slučaju događa slična situacija.

U tom slučaju na mjestu dodira vodiča s uzemljenjem nastaje struja koja oko mjesta dodira stvara difuzijsku zonu - područje na čijoj se površini pojavljuje električni potencijal. Njegova vrijednost ovisi o struji zatvaranja Ic i specifičnom stanju tla r.

Osoba koja ulazi u granice ove zone pada pod utjecaj napetosti Ush stopala, kao što je prikazano na lijevoj polovici slike. Područje difuzijske zone ograničeno je konturom gdje nema potencijala.

Vrijednost napona koraka izračunava se po formuli: Ush = Uz ∙ β1 ∙ β2.

Uzima u obzir fazni napon u točki raspodjele struje — Uz, koji je određen koeficijentima karakteristika raspodjele napona β1 i utjecajem otpora cipela i nogu β2. Vrijednosti β1 i β2 objavljene su u referentnim knjigama.

Vrijednost struje kroz tijelo žrtve izračunava se pomoću izraza: Ih =(U3 ∙ β1 ∙ β2)/Rh.

Na desnoj strani slike, u poziciji 2, žrtva ostvaruje kontakt s potencijalom uzemljenja vodiča. Na njega utječe potencijalna razlika između dodirne točke ruke i konture tla, koja se izražava naponom dodira Upr.

U ovoj situaciji, struja se izračunava pomoću izraza: Ih = (Uph.z. ∙α)/Rh

Vrijednosti koeficijenta disperzije α mogu varirati unutar 0 ÷ 1 i uzeti u obzir karakteristike koje utječu na Upr.

U razmatranoj situaciji vrijede isti zaključci kao i kod jednofaznog kontakta sa žrtvom tijekom normalnog rada električne instalacije.

Ako je osoba izvan trenutne zone raspršivanja, ona je u sigurnoj zoni.