Како се процењује опасност од повређивања лица струјом електричне инсталације у електричним мрежама различитих конфигурација?

Познавање процеса који се одвијају у електричним инсталацијама омогућава инжењерима енергетике да безбедно руководе опремом са било којим напоном и врстом струје, да врше поправке и одржавање електричних система.

Да би се избегли случајеви струјног удара електричне инсталације, информације садржане у ПУЕ, ПТБ и ПТЕ — главни документи које су креирали најбољи стручњаци на основу анализе удеса са особама повређеним од опасних фактора који прате рад електричне енергије.

Околности и разлози излагања човека електричној струји

Документи са смерницама за безбедност разликују три групе узрока који објашњавају струјни удар радника:

1. намерно, ненамерно приближавање деловима под напоном са напоном на удаљености мањој од безбедне или додиривање истих;

2. настанак и развој ванредних ситуација;

3.кршење захтева наведених у приручницима којима се прописују правила понашања радника у постојећим електроинсталацијама.

Процена опасности од повреде човека састоји се у томе да се прорачунима одреде величине струјања које пролазе кроз тело жртве. Истовремено, многе ситуације морају бити узете у обзир када се контакти могу појавити на насумичним местима на електричној инсталацији. Поред тога, напон који се примењује на њих варира у зависности од многих разлога, укључујући услове и начине рада електричног кола, његове енергетске карактеристике.

Услови за повреду лица електричном струјом

Да би струја текла кроз тело унесрећеног, потребно је направити електрично коло повезивањем најмање две тачке кола које имају потенцијалну разлику – напон. Код електричне опреме могу се појавити следећи услови:

1. Истовремено двофазно или двополно додиривање различитих полова (фаза);

2. једнофазни или једнополни контакт са потенцијалом кола, када особа има директну галванску везу са потенцијалом земље;

3. случајно стварање контакта са проводним елементима електричне инсталације који су били под напоном услед развоја удеса;

4. падање под дејством напона корака, када се ствара разлика потенцијала између тачака на којима се истовремено налазе ноге или други делови тела.

У овом случају може доћи до електричног контакта жртве са струјним делом електричне инсталације, што ПУЕ сматра додиром:

1. директно;

2. или посредно.

У првом случају настаје директним контактом са делом под напоном прикљученим под напоном, а у другом додиром неизолованих елемената кола када је опасан потенцијал прошао кроз њих у случају удеса.

Да би се утврдили услови за безбедан рад електричне инсталације и припремило радно место за раднике у њој, потребно је:

1. анализирати случајеве могућег стварања путева за пролаз електричне струје кроз тело услужног особља;

2. упоређује његову максималну могућу вредност са садашњим минимално дозвољеним стандардима;

3. доноси одлуку о спровођењу мера за обезбеђење електричне безбедности.

Карактеристике анализе стања повређивања људи у електроинсталацијама

Да би се проценила величина струје која пролази кроз тело жртве у мрежи са једносмерним или наизменичним напоном, користе се следеће врсте ознака:

1. отпори:

• Рх — у људском телу;

• Р0 — за уређај за уземљење;

Рис — изолациони слој у односу на контуру земље;

2. струје:

Их — кроз људско тело;

Из — кратак спој на петљу уземљења;

3. напрезања;

Уц — кола са константном или једнофазном наизменичном струјом;

Ул — линеарна;

Уф — фаза;

Упр — додирује;

Ухо - степенице.

У овом случају, могуће су следеће типичне шеме за повезивање жртве са напонским круговима у мрежама:

1. једносмерна струја на:

• једнополни контакт жичаног контакта са потенцијалом изолованим од кола уземљења;

• униполарни контакт потенцијала кола са уземљеним полом;

• биполарни контакт;

2. трофазне мреже на;

• једнофазни контакт са једним од потенцијалних проводника (генерализован случај);

• двофазни контакт.

Грешка кола у ДЦ колима

Једнополни људски контакт са потенцијалом изолованим од земље

Под утицајем напона Уц, струја Их пролази кроз удвостручени изолациони отпор средине кроз секвенцијално створено коло потенцијала доњег проводника, тела жртве (рука-нога) и петље уземљења.

Једнополни људски контакт са потенцијалом уземљења

У овом колу ситуација се погоршава повезивањем у коло уземљења потенцијалног проводника отпора Р0, близу нуле и много нижег од отпора тела жртве и изолационог слоја спољашње средине.

Снага потребне струје је приближно једнака односу напона мреже и отпора људског тела.

Биполарни људски контакт са мрежним потенцијалима

Мрежни напон се примењује директно на тело жртве, а струја кроз његово тело је ограничена само његовим занемарљивим отпором.

Општи обрасци кварова у трофазним колима наизменичне струје

Успостављање људског контакта између фазног потенцијала и земље

У основи постоји отпор између сваке фазе кола и ствара се потенцијал уземљења и капацитивност. Нула намотаја извора напона има генерализовани отпор Зн, чија вредност варира у различитим системима уземљења кола.

Формуле за прорачун проводљивости сваког кола и укупне вредности струје Их кроз фазни напон Уф приказане су на слици формулама.

Формирање људског контакта између две фазе

Највећа вредност и опасност је струја која пролази кроз коло, створена између директних контаката тела жртве са фазним проводницима. У овом случају, део струје може проћи дуж путање кроз земљу и изолациони отпор медија.

Карактеристике двофазног додира

У ДЦ и трофазним наизменичним колима, успостављање контаката између два различита потенцијала је најопасније. Са овом шемом, особа пада под утицај највећег стреса.

У колу са константним напајањем, струја кроз жртву се израчунава по формули Их = Уц / Рх.

У трофазној мрежи наизменичне струје, ова вредност се израчунава према односу Их = Ул / Рх =√3Упх / Рх.

С обзиром да је просечан електрични отпор људског тела 1 килохм, израчунавамо струју која се јавља у мрежи са константним и наизменичним напоном од 220 волти.

У првом случају то ће бити: Их = 220/1000 = 0,22А. Ова вредност од 220 мА довољна је да жртва доживи конвулзивну контракцију мишића када, без помоћи, више није у стању да се ослободи последица случајног додира — струје задржавања.

У другом случају Их = (220·1,732)/1000= 0,38А. При овој вредности од 380 мА постоји фатални ризик од повреде.

Такође обраћамо пажњу на то да у трофазној мрежи са наизменичним напоном положај нуле (може бити изолован од земље или обрнуто спојен кратки спој) има веома мали утицај на вредност струје Их . Његов главни удео не пролази кроз уземљење, већ између фазних потенцијала.

Ако је особа применила заштитну опрему која обезбеђује његову поуздану изолацију од контуре земље, онда ће у таквој ситуацији бити бескорисна и неће помоћи.

Карактеристике једнофазне славине

Трофазна мрежа са чврсто уземљеном неутралом

Жртва додирује једну од фазних жица и пада под потенцијалну разлику између ње и уземљења. Такви случајеви се јављају најчешће.

Иако је напон фаза-земља 1,732 пута мањи од напона мреже, такав случај остаје опасан. Стање жртве се може погоршати:

• неутрални режим и квалитет његове везе;

• електрични отпор диелектричног слоја проводника у односу на потенцијал земље;

• врста ципела и њихова диелектрична својства;

• отпор тла на месту жртве;

• други повезани фактори.

Вредност струје Их у овом случају се може одредити из односа:

Их = Упх / (Рх + Рб + Рп + Р0).

Подсетимо се да су отпори људског тела Рх, ципела Рб, пода Рп и тла на неутралном Р0 узети у омима.

Што је именилац мањи, струја је јача. Ако, на пример, запослени носи проводне ципеле, стопала су му мокра или су му стопала обложена металним ексерима, а такође се налази на металном поду или влажном тлу, онда можемо претпоставити да је Рб = Рп = 0. Ово гарантује најгорем случају за живот жртве.

Их = Упх / (Рх + Р0).

Са фазним напоном од 220 волти добијамо Их = 220/1000 = 0,22 А. Или смртоносну струју од 220 мА.

Сада израчунајмо опцију када радник користи заштитну опрему: диелектричне ципеле (Рп = 45 кОхм) и изолациону подлогу (Рп = 100 кОхм).

Их = 220/(1000+ 45000 + 10000) = 0,0015 А.

Добио је сигурну струјну вредност од 1,5 мА.

Трофазна мрежа са изолованом неутралном

Не постоји директна галванска веза неутралног извора струје са потенцијалом земље. Фазни напон се примењује на отпор изолационог слоја Рот, који има веома високу вредност, који се контролише током рада и стално одржава у добром стању.

Ланац протока струје кроз људско тело зависи од ове вредности у свакој од фаза.Ако узмемо у обзир све слојеве струјног отпора, онда се његова вредност може израчунати по формули: Их = Упх / (Рх + Рб + Рп + (Риз / 3)).

У најгорем случају, када се створе услови за максималну проводљивост кроз ципеле и под, израз ће имати облик: Их = Упх / (Рх + (Рф / 3)).

Ако узмемо у обзир мрежу од 220 волти са слојном изолацијом од 90 кΩ, добијамо: Их = 220 / (1000+ (90000/3)) = 0,007 А. Таква струја од 7 мА ће се осећати добро, али не може изазвати фатална повреда.

Имајте на уму да смо у овом примеру намерно изоставили отпорност на тло и ципеле. Ако их узмемо у обзир, струја ће се смањити на сигурну вредност, реда величине 0,0012 А или 1,2 мА.

Закључци:

1. У системима са изолованим неутралним режимом лакше је обезбедити безбедност радника. Ово директно зависи од квалитета диелектричног слоја жица;

2. Под истим околностима, додиривање потенцијала једне фазе, коло са уземљеним неутралним је опасније од изолованог.

Режим нужде једнофазног контакта у трофазној мрежи са уземљеним неутралом

Хајде да размотримо случај додиривања металног тела електричног уређаја, ако је унутар њега прекинута изолација диелектричног слоја на фазном потенцијалу. Када особа додирне ово тело, струја ће тећи кроз њено тело до земље, а затим кроз неутрални извор до извора напона.

Еквивалентно коло је приказано на слици испод. Отпор Рн је у власништву оптерећења које ствара уређај.

Отпор изолације Рот заједно са Р0 и Рх ограничава контактну струју између фаза. Изражава се односом: Их = Упх / (Рх + Рот + Ро).

У овом случају, по правилу, чак иу фази пројектовања, бирајући материјале за случај када је Р0 = 0, покушавају да испуне услов: Рф>(Упх /Ихг)- Рх.

Вредност Ихг се назива прагом неприметне струје, чију вредност особа неће осетити.

Закључујемо: отпор диелектричног слоја свих делова под напоном према контури земље одређује степен сигурности електричне инсталације.

Из тог разлога, сви такви отпори су нормализовани и приказани из одобрених табела. У исту сврху се не нормализују сами отпори изолације, већ струје цурења које пролазе кроз њих током испитивања.

Напон корака

У електричним инсталацијама, из различитих разлога, може доћи до хаварије када фазни потенцијал директно додирне петљу уземљења. Ако се на надземном далеководу један од проводника прекине под утицајем различитих врста механичких оптерећења, онда се у овом случају дешава слична ситуација.

У овом случају се ствара струја на месту контакта проводника са земљом, што ствара зону дифузије око тачке контакта – области на чијој површини се појављује електрични потенцијал. Његова вредност зависи од струје затварања Иц и специфичног стања тла р.

Особа која спада у границе ове зоне пада под утицај напетости Уш стопала, као што је приказано на левој половини слике. Подручје дифузијске зоне је ограничено контуром на којој нема потенцијала.

Вредност напона корака се израчунава по формули: Усх = Уз ∙ β1 ∙ β2.

Узима у обзир фазни напон у тачки расподеле струје — Уз, који је одређен коефицијентима карактеристика расподеле напона β1 и утицајем отпора ципела и ногу β2. Вредности β1 и β2 су објављене у референтним књигама.

Вредност струје кроз тело жртве израчунава се помоћу израза: Их =(У3 ∙ β1 ∙ β2)/Рх.

На десној страни фигуре, у позицији 2, жртва остварује контакт са потенцијалом земље проводника. На њега утиче разлика потенцијала између тачке контакта руке и контуре земље, која се изражава напоном додира Упр.

У овој ситуацији, струја се израчунава помоћу израза: Их = (Упх.з. ∙α)/Рх

Вредности коефицијента дисперзије α могу да варирају унутар 0 ÷ 1 и узимају у обзир карактеристике које утичу на Упр.

У датој ситуацији важе исти закључци као и при остваривању једнофазног контакта са жртвом током нормалног рада електричне инсталације.

Ако се особа налази изван тренутне зоне распршивања, она је у безбедној зони.