כיצד מוערך הסיכון לפציעה לאדם לפי זרם של מתקן חשמלי ברשתות חשמל עם תצורות שונות?

הכרת התהליכים המתרחשים במתקני חשמל מאפשרת למהנדסי חשמל להפעיל בבטחה ציוד בכל מתח וסוג זרם, לביצוע עבודות תיקון ותחזוקה של מערכות חשמל.

על מנת למנוע מקרים של התחשמלות למתקן חשמלי, המידע הכלול ב PUE, PTB ו-PTE - המסמכים העיקריים שנוצרו על ידי מיטב המומחים המבוססים על ניתוח תאונות עם אנשים שנפגעו מגורמים מסוכנים הנלווים להפעלת אנרגיה חשמלית.

נסיבות וסיבות לחשיפת אדם לזרם חשמלי

מסמכי הנחיות הבטיחות מבחינים בשלוש קבוצות של סיבות המסבירות את התחשמלות העובדים:

1. גישה מכוונת, לא מכוונת, לחלקים חיים עם מתח במרחק נמוך מבטיחות או נגיעה בהם;

2. הופעה והתפתחות של מצבי חירום;

3.הפרה של הדרישות המפורטות במדריכים הקובעים את כללי ההתנהגות של עובדים במתקני חשמל קיימים.

הערכת סכנת הפגיעה באדם מורכבת בקביעת בחישובים את גודל הזרמים העוברים בגופו של הנפגע. יחד עם זאת, יש לקחת בחשבון מצבים רבים בהם יכולים להתרחש מגעים במקומות אקראיים במתקן חשמלי. בנוסף, המתח המופעל עליהם משתנה בהתאם לסיבות רבות, כולל התנאים ואופני הפעולה של המעגל החשמלי, מאפייני האנרגיה שלו.

תנאים לפציעה של אנשים מזרם חשמלי

על מנת שזרם יזרום בגופו של הקורבן, יש צורך ליצור מעגל חשמלי על ידי חיבור לפחות שתי נקודות של המעגל שיש להן הפרש פוטנציאלים - מתח. התנאים הבאים עשויים להתרחש עם ציוד חשמלי:

1. נגיעה דו-פאזית או דו-קוטבית בו זמנית של קטבים שונים (פאזות);

2. מגע חד פאזי או חד קוטבי עם פוטנציאל המעגל, כאשר לאדם יש קשר גלווני ישיר עם פוטנציאל הארקה;

3. יצירת מגע בטעות עם אלמנטים מוליכים של מתקן החשמל שהיו במתח כתוצאה מהתפתחות התאונה;

4. נפילה תחת פעולת מתח הצעד, כאשר נוצר הפרש פוטנציאלים בין הנקודות עליהן נמצאות הרגליים או חלקי הגוף האחרים בו זמנית.

במקרה זה, עלול להתרחש מגע חשמלי של הקורבן עם החלק נושא הזרם של המתקן החשמלי, אשר נחשב על ידי ה-PUE כנוגע:

1. ישירות;

2. או בעקיפין.

במקרה הראשון, הוא נוצר על ידי מגע ישיר עם חלק חי המחובר במתח, ובשני, על ידי נגיעה באלמנטים לא מבודדים של המעגל כאשר פוטנציאל מסוכן עבר דרכם במקרה של תאונה.

על מנת לקבוע את התנאים להפעלה בטוחה של מתקן חשמלי ולהכשיר מקום עבודה לעובדים בו, יש צורך:

1. לנתח את המקרים של יצירה אפשרית של נתיבים למעבר זרם חשמלי דרך גוף אנשי השירות;

2. משווה את ערכו המקסימלי האפשרי לתקני המינימום המותרים הנוכחיים;

3. מקבל החלטה על יישום אמצעים להבטחת בטיחות החשמל.

מאפיינים של ניתוח תנאי הפגיעה באנשים במתקני חשמל

כדי להעריך את גודל הזרם העובר דרך גופו של הקורבן ברשת עם מתח DC או AC, משתמשים בסוגי הייעודים הבאים:

1. התנגדויות:

• Rh - בגוף האדם;

• R0 - עבור התקן הארקה;

Ris - שכבת בידוד ביחס לקו המתאר של כדור הארץ;

2. זרמים:

Ih - דרך גוף האדם;

Iz - קצר חשמלי ללולאת האדמה;

3. מדגיש;

Uc - מעגלים עם זרמי חילוף קבועים או חד פאזיים;

Ul - ליניארי;

Uf - פאזה;

Upr - נוגע;

אוזן - צעדים.

במקרה זה, התוכניות האופייניות הבאות לחיבור הקורבן למעגלי המתח ברשתות אפשריות:

1. זרם ישר ב:

• מגע חד קוטבי של מגע חוט עם פוטנציאל מבודד ממעגל הארקה;

• מגע חד קוטבי של פוטנציאל המעגל עם קוטב מוארק;

• מגע דו קוטבי;

2. רשתות תלת פאזיות ב;

• מגע חד פאזי עם אחד המוליכים הפוטנציאליים (מקרה כללי);

• מגע דו פאזי.

מעגלי תקלה במעגלי DC

מגע אנושי חד קוטבי עם פוטנציאל מבודד מכדור הארץ

בהשפעת המתח Uc, זרם Ih עובר דרך התנגדות הבידוד הכפולה של המדיום דרך המעגל שנוצר ברצף של הפוטנציאל של המוליך התחתון, גוף הקורבן (יד-רגל) ולולאת האדמה.

מגע אנושי קוטב יחיד עם פוטנציאל עמוד קרקע

במעגל זה, המצב מחמיר על ידי חיבור למעגל הארקה מוליך פוטנציאלי בעל התנגדות R0, קרובה לאפס ונמוכה בהרבה מזו של גופו של הנפגע ושכבת הבידוד של הסביבה החיצונית.

עוצמת הזרם הנדרש שווה בערך ליחס בין מתח החשמל להתנגדות גוף האדם.

מגע אנושי דו קוטבי עם פוטנציאל רשת

מתח רשת מופעל ישירות על גופו של הקורבן, והזרם דרך גופו מוגבל רק על ידי ההתנגדות הזניחה שלו עצמו.

דפוסי תקלה כלליים במעגלי זרם חילופין תלת פאזי

יצירת מגע אנושי בין פוטנציאל פאזה לקרקע

בעצם יש התנגדות בין כל שלב של המעגל ונוצר פוטנציאל הארקה וקיבול. לאפס הפיתולים של מקור המתח יש התנגדות כללית Zn, שערכה משתנה במערכות הארקה שונות של המעגל.

הנוסחאות לחישוב המוליכות של כל מעגל והערך הכולל של הזרם Ih דרך מתח הפאזה Uf מוצגות בתמונה על ידי הנוסחאות.

היווצרות מגע אנושי בין שני שלבים

הערך והסכנה הגדולים ביותר הם הזרם העובר במעגל, שנוצר בין המגעים הישירים של גופו של הקורבן עם מוליכי הפאזה. במקרה זה, חלק מהזרם יכול לעבור לאורך השביל דרך האדמה והתנגדות הבידוד של המדיום.

מאפיינים של מגע דו-פאזי

במעגלי DC ותלת פאזי AC, יצירת מגעים בין שני פוטנציאלים שונים הוא המסוכן ביותר. עם תוכנית זו, אדם נופל תחת השפעת הלחץ הגדול ביותר.

במעגל עם אספקת מתח קבוע, הזרם דרך הקורבן מחושב על ידי הנוסחה Ih = Uc / Rh.

ברשת AC תלת פאזי, ערך זה מחושב לפי היחס Ih = Ul / Rh =√3Uph / Rh.

בהתחשב בכך שההתנגדות החשמלית הממוצעת של גוף האדם היא 1 קילוהם, אנו מחשבים את הזרם המתרחש ברשת עם מתח קבוע וחילופין של 220 וולט.

במקרה הראשון זה יהיה: Ih = 220/1000 = 0.22A. ערך זה של 220 מיליאמפר מספיק כדי שהנפגע יסבול מהתכווצות שריר עוויתית כאשר ללא סיוע הוא אינו מסוגל עוד להשתחרר מהשפעות של מגע מקרי - זרם ההחזקה.

במקרה השני Ih = (220·1.732)/1000= 0.38A. בערך זה של 380 mA, קיים סיכון קטלני לפציעה.

אנו גם שמים לב לעובדה שברשת תלת פאזית עם מתח חילופין, למיקום הנייטרלי (ניתן לבודד אותו מהאדמה או לקצר בחיבור הפוך) יש השפעה מועטה מאוד על הערך של הנוכחי Ih . החלק העיקרי שלו אינו עובר דרך מעגל האדמה, אלא בין פוטנציאל הפאזה.

אם אדם החיל ציוד מגן המבטיח את הבידוד האמין שלו מקו המתאר של כדור הארץ, אז במצב כזה הם יהיו חסרי תועלת ולא יעזרו.

מאפיינים של ברז חד פאזי

רשת תלת פאזית עם נייטרלי מקורקע מוצק

הקורבן נוגע באחד מחוטי הפאזה ונופל מתחת להפרש הפוטנציאל בינו לבין מעגל הארקה. מקרים כאלה מתרחשים לרוב.

למרות שמתח הפאזה לאדמה קטן פי 1.732 ממתח הרשת, מקרה כזה נשאר מסוכן. מצבו של הקורבן עלול להחמיר:

• מצב ניטרלי ואיכות החיבור שלו;

• התנגדות חשמלית של השכבה הדיאלקטרית של המוליכים ביחס לפוטנציאל האדמה;

• סוג הנעליים והתכונות הדיאלקטריות שלהן;

• התנגדות לקרקע באתר הקורבן;

• גורמים קשורים אחרים.

ניתן לקבוע את הערך של ה-Ih הנוכחי במקרה זה מהיחס:

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

נזכיר שההתנגדויות של גוף האדם Rh, הנעליים Rb, הרצפה Rp והקרקע ב-R0 ניטרלי נלקחות באוהם.

ככל שהמכנה קטן יותר, כך הזרם חזק יותר. אם, למשל, עובד נועל נעליים מוליכות, רגליו רטובות או רגליו מרופדות במסמרי מתכת, והוא גם נמצא על רצפת מתכת או אדמה רטובה, אז אפשר להניח ש-Rb = Rp = 0. זה מבטיח את המקרה הגרוע ביותר עבור חייו של הקורבן.

Ih = Uph / (Rh + R0).

עם מתח פאזה של 220 וולט, נקבל Ih = 220/1000 = 0.22 A. או זרם קטלני של 220 mA.

כעת נחשב את האפשרות כאשר העובד משתמש בציוד מגן: נעליים דיאלקטריות (Rp = 45 kOhm) ובסיס בידוד (Rp = 100 kOhm).

Ih = 220/(1000+ 45000 + 10000) = 0.0015 A.

הוא השיג ערך זרם בטוח של 1.5 mA.

רשת תלת פאזית עם ניטרלי מבודד

אין חיבור גלווני ישיר של הנייטרלי של המקור הנוכחי לפוטנציאל הארקה. מתח הפאזה מופעל על ההתנגדות של שכבת הבידוד Rot, בעלת ערך גבוה מאוד, הנשלטת במהלך הפעולה ונשמרת כל הזמן במצב טוב.

שרשרת זרימת הזרם בגוף האדם תלויה בערך זה בכל אחד מהשלבים.אם ניקח בחשבון את כל שכבות ההתנגדות הנוכחית, אזי ניתן לחשב את ערכו על ידי הנוסחה: Ih = Uph / (Rh + Rb + Rp + (Riz / 3)).

במקרה הגרוע, כאשר נוצרים תנאים למוליכות מרבית דרך הנעליים והרצפה, הביטוי יקבל את הצורה: Ih = Uph / (Rh + (Rf / 3)).

אם ניקח בחשבון רשת 220 וולט עם בידוד שכבה של 90 kΩ, נקבל: Ih = 220 / (1000+ (90000/3)) = 0.007 A. זרם כזה של 7 mA ירגיש טוב, אבל הוא לא יכול לגרום פציעה קטלנית.

שימו לב שהשמטנו בכוונה עמידות לאדמה ולנעליים בדוגמה זו. אם ניקח אותם בחשבון, הזרם יקטן לערך בטוח, בסדר גודל של 0.0012 A או 1.2 mA.

מסקנות:

1. במערכות עם מצב ניטרלי מבודד, קל יותר להבטיח את בטיחות העובדים. זה תלוי ישירות באיכות השכבה הדיאלקטרית של החוטים;

2. באותן נסיבות, נגיעה בפוטנציאל של פאזה אחת, מעגל עם נייטרלי מוארק מסוכן יותר מאשר מבודד.

מצב חירום של מגע חד פאזי ברשת תלת פאזי עם נייטרלי מוארק

הבה נשקול את המקרה של נגיעה בגוף המתכת של מכשיר חשמלי, אם הבידוד של השכבה הדיאלקטרית בפוטנציאל הפאזה נשבר בתוכו. כאשר אדם נוגע בגוף זה, זרם יזרום דרך גופו לאדמה ולאחר מכן דרך הנייטרלי למקור מתח.

המעגל המקביל מוצג בתמונה למטה. ההתנגדות Rn היא בבעלות העומס שנוצר על ידי המכשיר.

התנגדות הבידוד ריקבון יחד עם R0 ו-Rh מגבילה את זרם המגע בין פאזות. הוא מתבטא ביחס: Ih = Uph / (Rh + Rot + Ro).

במקרה זה, ככלל, אפילו בשלב התכנון, בחירת חומרים למקרה כאשר R0 = 0, הם מנסים לעמוד בתנאי: Rf>(Uph /Ihg)- Rh.

הערך של Ihg נקרא סף הזרם הבלתי מורגש, שערכו לא ירגיש אדם.

אנו מסכמים: ההתנגדות של השכבה הדיאלקטרית של כל החלקים החיים לקווי המתאר של הקרקע קובעת את מידת הבטיחות של המתקן החשמלי.

מסיבה זו, כל ההתנגדויות הללו מנורמלות ומדווחות מהטבלאות המאושרות. לאותה מטרה, לא התנגדויות הבידוד עצמן מנורמלות, אלא זרמי הדליפה שעוברים דרכן במהלך הבדיקות.

מתח צעד

במתקני חשמל, מסיבות שונות, יכולה להתרחש תאונה כאשר פוטנציאל הפאזה נוגע ישירות בלולאת האדמה. אם על קו מתח עילי אחד המוליכים נשבר בהשפעת סוגים שונים של עומסים מכניים, אז במקרה זה מתרחש מצב דומה.

במקרה זה נוצר זרם בנקודת המגע של המוליך עם האדמה, היוצר אזור דיפוזיה סביב נקודת המגע - אזור שעל פניו מופיע פוטנציאל חשמלי. ערכו תלוי בזרם הסגירה Ic ובמצב הקרקע הספציפי r.

אדם הנופל בגבולות אזור זה נופל תחת השפעת המתח של כף הרגל Ush, כפי שמוצג בחצי השמאלי של התמונה. אזור אזור הדיפוזיה תחום בקו המתאר שבו אין פוטנציאל.

ערך מתח הצעד מחושב לפי הנוסחה: Ush = Uz ∙ β1 ∙ β2.

זה לוקח בחשבון את מתח הפאזה בנקודת חלוקת הזרם - Uz, אשר נקבע על ידי המקדמים של מאפייני חלוקת המתח β1 והשפעת ההתנגדויות של נעליים ורגליים β2. הערכים של β1 ו- β2 מתפרסמים בספרי עיון.

ערך הזרם דרך גופו של הקורבן מחושב באמצעות הביטוי: Ih =(U3 ∙ β1 ∙ β2)/Rh.

בצד ימין של הדמות, בעמדה 2, הקורבן יוצר מגע עם פוטנציאל ההארקה של המוליך. הוא מושפע מהפרש הפוטנציאל בין נקודת מגע היד לבין קו המתאר של הקרקע, המתבטא במתח המגע Upr.

במצב זה, הזרם מחושב באמצעות הביטוי: Ih = (Uph.z. ∙α)/Rh

הערכים של מקדם הפיזור α יכולים להשתנות בין 0 ÷ 1 ולקחת בחשבון את המאפיינים המשפיעים על Upr.

במצב הנדון חלות אותן מסקנות כמו בעת יצירת מגע חד פאזי עם הנפגע במהלך פעילות רגילה של המתקן החשמלי.

אם אדם נמצא מחוץ לאזור הפיזור הנוכחי, הוא נמצא באזור בטוח.