Com s'avalua el risc de lesió per a una persona pel corrent d'una instal·lació elèctrica en xarxes elèctriques amb diferents configuracions?

El coneixement dels processos que tenen lloc a les instal·lacions elèctriques permet als enginyers elèctrics fer funcionar amb seguretat els equips amb qualsevol tensió i tipus de corrent, realitzar tasques de reparació i manteniment dels sistemes elèctrics.

Per tal d'evitar casos de descàrrega elèctrica a una instal·lació elèctrica, la informació continguda a PUE, PTB i PTE — els principals documents elaborats pels millors especialistes a partir de l'anàlisi d'accidents amb persones ferides per factors perillosos que acompanyen el funcionament de l'energia elèctrica.

Circumstàncies i motius per exposar una persona al corrent elèctric

Els documents d'orientació de seguretat distingeixen tres grups de causes que expliquen l'electrocució dels treballadors:

1. Aproximació intencionada i no intencionada a parts actives amb tensió a una distància inferior a la segura o tocant-les;

2. emergència i desenvolupament de situacions d'emergència;

3.infracció dels requisits especificats en els manuals que prescriuen les normes de comportament dels treballadors de les instal·lacions elèctriques existents.

L'avaluació del perill de lesió per a una persona consisteix a determinar mitjançant càlculs les magnituds dels corrents que travessen el cos de la víctima. Al mateix temps, s'han de tenir en compte moltes situacions quan es poden produir contactes en llocs aleatoris d'una instal·lació elèctrica. A més, la tensió aplicada a ells varia en funció de moltes raons, incloses les condicions i els modes de funcionament del circuit elèctric, les seves característiques energètiques.

Condicions de lesions a les persones per corrent elèctric

Perquè el corrent flueixi pel cos de la víctima, cal crear un circuit elèctric connectant almenys dos punts del circuit que tinguin una diferència de potencial: voltatge. Es poden produir les condicions següents amb equips elèctrics:

1. Tacte bifàsic o bipolar simultània de diferents pols (fases);

2. Contacte monofàsic o unipolar amb el potencial del circuit, quan una persona té una connexió galvànica directa amb el potencial de terra;

3. Crear accidentalment contacte amb elements conductors de la instal·lació elèctrica que es trobaven sota tensió com a conseqüència del desenvolupament de l'accident;

4. caure sota l'acció de la tensió de pas, quan es crea una diferència de potencial entre els punts sobre els quals es troben al mateix temps les cames o altres parts del cos.

En aquest cas, es pot produir un contacte elèctric de la víctima amb la part que porta corrent de la instal·lació elèctrica, que el PUE considera que afecta:

1. directament;

2. o indirectament.

En el primer cas, es crea pel contacte directe amb una part activa connectada sota tensió, i en el segon, en tocar elements no aïllats del circuit quan hi ha passat un potencial perillós en cas d'accident.

Per determinar les condicions per al funcionament segur d'una instal·lació elèctrica i preparar un lloc de treball per als treballadors, cal:

1. Analitzar els casos de possible creació de vies per al pas del corrent elèctric pel cos del personal de servei;

2. compara el seu valor màxim possible amb els estàndards mínims admissibles actuals;

3. pren la decisió d'implementar mesures per garantir la seguretat elèctrica.

Característiques de l'anàlisi de les condicions de lesions a les persones en instal·lacions elèctriques

Per estimar la magnitud del corrent que passa pel cos de la víctima en una xarxa amb tensió DC o AC, s'utilitzen els següents tipus de designacions per a:

1. resistències:

• Rh — en el cos humà;

• R0 - per a dispositiu de connexió a terra;

Ris - capa aïllant respecte al contorn de la terra;

2. corrents:

Ih - a través del cos humà;

Iz — curtcircuit al bucle de terra;

3. tensions;

Uc — circuits amb corrents alterns constants o monofàsics;

Ul — lineal;

Uf — fase;

Upr — tocs;

Orella - passos.

En aquest cas, són possibles els següents esquemes típics per connectar la víctima als circuits de tensió de les xarxes:

1. corrent continu a:

• contacte unipolar d'un contacte de cable amb un potencial aïllat del circuit de terra;

• contacte unipolar del potencial del circuit amb un pol posat a terra;

• contacte bipolar;

2. xarxes trifàsiques a;

• contacte monofàsic amb un dels conductors potencials (cas generalitzat);

• contacte bifàsic.

Circuits de falla en circuits de corrent continu

Contacte humà unipolar amb potencial aïllat de la terra

Sota la influència de la tensió Uc, un corrent Ih passa per la resistència d'aïllament duplicada del medi a través del circuit creat seqüencialment del potencial del conductor inferior, el cos de la víctima (braç-cama) i el bucle de terra.

Contacte humà unipolar amb potencial del pol de terra

En aquest circuit, la situació s'agreuja connectant al circuit de terra un conductor potencial amb una resistència R0, propera a zero i molt inferior a la del cos de la víctima i de la capa aïllant de l'entorn exterior.

La força del corrent requerit és aproximadament igual a la relació entre la tensió de xarxa i la resistència del cos humà.

Contacte humà bipolar amb potencials de xarxa

La tensió de la xarxa s'aplica directament al cos de la víctima, i el corrent a través del seu cos només està limitat per la seva pròpia resistència insignificant.

Patrons generals de fallada en circuits de corrent altern trifàsic

Establiment de contacte humà entre potencial de fase i terra

Bàsicament hi ha una resistència entre cada fase del circuit i es crea un potencial de terra i una capacitat. El zero dels bobinatges de la font de tensió té una resistència generalitzada Zn, el valor de la qual varia en els diferents sistemes de connexió a terra del circuit.

Les fórmules per calcular la conductivitat de cada circuit i el valor total del corrent Ih a través de la tensió de fase Uf es mostren a la imatge mitjançant les fórmules.

Formació del contacte humà entre dues fases

El major valor i perill és el corrent que passa pel circuit, creat entre els contactes directes del cos de la víctima amb els conductors de fase. En aquest cas, part del corrent pot passar pel camí a través del terra i la resistència d'aïllament del medi.

Característiques del tacte bifàsic

En circuits de corrent continu i de corrent alterna trifàsic, fer contactes entre dos potencials diferents és el més perillós. Amb aquest esquema, una persona cau sota la influència de l'estrès més gran.

En un circuit amb un subministrament de tensió constant, el corrent a través de la víctima es calcula mitjançant la fórmula Ih = Uc / Rh.

En una xarxa de CA trifàsica, aquest valor es calcula segons la relació Ih = Ul / Rh =√3Uph / Rh.

Tenint en compte que la resistència elèctrica mitjana del cos humà és d'1 quilohm, calculem el corrent que es produeix a la xarxa amb una tensió constant i alterna de 220 volts.

En el primer cas serà: Ih = 220/1000 = 0,22A. Aquest valor de 220 mA és suficient perquè la víctima pateixi una contracció muscular convulsiva quan, sense ajuda, ja no és capaç d'alliberar-se dels efectes d'un toc accidental: el corrent de retenció.

En el segon cas Ih = (220·1,732)/1000= 0,38A. Amb aquest valor de 380 mA, hi ha un risc mortal de lesions.

També prestem atenció al fet que en una xarxa trifàsica amb tensió alterna, la posició del neutre (pot estar aïllat de terra o un curtcircuit connectat inversament) té molt poca influència en el valor del corrent Ih . La seva part principal no passa pel circuit de terra, sinó entre els potencials de fase.

Si una persona ha aplicat un equip de protecció que garanteixi el seu aïllament fiable del contorn de la terra, en aquesta situació serà inútil i no ajudarà.

Característiques d'una aixeta monofàsica

Una xarxa trifàsica amb un neutre sòlidament connectat a terra

La víctima toca un dels cables de fase i cau sota la diferència de potencial entre aquest i el circuit de terra. Aquests casos es produeixen amb més freqüència.

Tot i que la tensió de fase a terra és 1.732 vegades menor que la tensió de la xarxa, aquest cas continua sent perillós. L'estat de la víctima pot empitjorar:

• mode neutre i la seva qualitat de connexió;

• resistència elèctrica de la capa dielèctrica dels conductors en relació al potencial de terra;

• tipus de sabates i les seves propietats dielèctriques;

• resistència del sòl al lloc de la víctima;

• altres factors relacionats.

El valor del corrent Ih en aquest cas es pot determinar a partir de la relació:

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

Recordem que les resistències del cos humà Rh, les sabates Rb, el sòl Rp i el sòl a neutre R0 es prenen en ohms.

Com més petit és el denominador, més intens és el corrent. Si, per exemple, un empleat porta sabates conductores, els seus peus estan mullats o els seus peus estan folrats amb claus metàl·liques, i també es troba sobre un terra metàl·lic o un sòl humit, llavors podem suposar que Rb = Rp = 0. Això garanteix el el pitjor cas per a la vida de la víctima.

Ih = Uph / (Rh + R0).

Amb una tensió de fase de 220 volts, obtenim Ih = 220/1000 = 0,22 A. O un corrent letal de 220 mA.

Ara calculem l'opció quan el treballador utilitza equips de protecció: calçat dielèctric (Rp = 45 kOhm) i base aïllant (Rp = 100 kOhm).

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

Va obtenir un valor de corrent segur d'1,5 mA.

Xarxa trifàsica amb neutre aïllat

No hi ha connexió galvànica directa del neutre de la font de corrent al potencial de terra. La tensió de fase s'aplica a la resistència de la capa aïllant Rot, que té un valor molt alt, que es controla durant el funcionament i es manté constantment en bon estat.

La cadena de flux de corrent a través del cos humà depèn d'aquest valor en cadascuna de les fases.Si tenim en compte totes les capes de resistència actual, el seu valor es pot calcular mitjançant la fórmula: Ih = Uph / (Rh + Rb + Rp + (Riz / 3)).

En el pitjor dels casos, quan es creen les condicions per a la màxima conductivitat a través de les sabates i el terra, l'expressió prendrà la forma: Ih = Uph / (Rh + (Rf / 3)).

Si considerem una xarxa de 220 volts amb un aïllament de capa de 90 kΩ, obtenim: Ih = 220 / (1000+ (90000/3)) = 0,007 A. Aquest corrent de 7 mA se sentirà bé, però no pot provocar una ferida mortal.

Tingueu en compte que hem omès intencionadament la resistència al sòl i a les sabates en aquest exemple. Si els tenim en compte, el corrent disminuirà fins a un valor segur, de l'ordre de 0,0012 A o 1,2 mA.

Conclusions:

1. En sistemes amb mode neutre aïllat, és més fàcil garantir la seguretat dels treballadors. Això depèn directament de la qualitat de la capa dielèctrica dels cables;

2. En les mateixes circumstàncies, en tocar el potencial d'una fase, un circuit amb un neutre posat a terra és més perillós que un aïllat.

Mode d'emergència d'un contacte monofàsic en una xarxa trifàsica amb un neutre posat a terra

Considerem el cas de tocar el cos metàl·lic d'un dispositiu elèctric, si l'aïllament de la capa dielèctrica al potencial de fase es trenca a l'interior. Quan una persona toca aquest cos, el corrent fluirà pel seu cos fins a terra i després pel neutre fins a una font de tensió.

El circuit equivalent es mostra a la imatge següent. La resistència Rn és propietat de la càrrega creada pel dispositiu.

La resistència d'aïllament Rot juntament amb R0 i Rh limita el corrent de contacte entre fases. S'expressa amb la relació: Ih = Uph / (Rh + Rot + Ro).

En aquest cas, per regla general, fins i tot en l'etapa de disseny, escollint materials per al cas en què R0 = 0, intenten complir amb la condició: Rf>(Uph /Ihg)- Rh.

El valor de Ihg s'anomena el llindar del corrent imperceptible, el valor del qual una persona no sentirà.

Concloem: la resistència de la capa dielèctrica de totes les parts actives al contorn del sòl determina el grau de seguretat de la instal·lació elèctrica.

Per aquest motiu, totes aquestes resistències estan normalitzades i informades a partir de les taules aprovades. Amb la mateixa finalitat, no es normalitzen les resistències d'aïllament en si, sinó els corrents de fuga que les travessen durant les proves.

Tensió de pas

A les instal·lacions elèctriques, per diferents motius, es pot produir un accident quan el potencial de fase toca directament el bucle de terra. Si en una línia elèctrica aèria un dels conductors es trenca sota la influència de diversos tipus de càrregues mecàniques, en aquest cas es produeix una situació similar.

En aquest cas, es genera un corrent al punt de contacte del conductor amb el terra, que crea una zona de difusió al voltant del punt de contacte, una àrea a la superfície de la qual apareix un potencial elèctric. El seu valor depèn del corrent de tancament Ic i de la condició específica del sòl r.

Una persona que es troba dins dels límits d'aquesta zona cau sota la influència de la tensió del peu Ush, com es mostra a la meitat esquerra de la imatge. L'àrea de la zona de difusió està limitada pel contorn on no hi ha potencial.

El valor de la tensió de pas es calcula mitjançant la fórmula: Ush = Uz ∙ β1 ∙ β2.

Té en compte la tensió de fase en el punt de distribució de corrent — Uz, que està determinada pels coeficients de les característiques de distribució de tensió β1 i la influència de les resistències de les sabates i les cames β2. Els valors de β1 i β2 es publiquen en llibres de referència.

El valor del corrent que travessa el cos de la víctima es calcula mitjançant l'expressió: Ih =(U3 ∙ β1 ∙ β2)/Rh.

A la part dreta de la figura, a la posició 2, la víctima entra en contacte amb el potencial de terra del conductor. Està influenciat per la diferència de potencial entre el punt de contacte de la mà i el contorn del sòl, que s'expressa per la tensió de tacte Upr.

En aquesta situació, el corrent es calcula mitjançant l'expressió: Ih = (Uph.z. ∙α)/Rh

Els valors del coeficient de dispersió α poden variar dins de 0 ÷ 1 i tenen en compte les característiques que afecten a Upr.

En la situació en qüestió, s'apliquen les mateixes conclusions que quan es realitza un contacte monofàsic amb la víctima durant el funcionament normal de la instal·lació elèctrica.

Si una persona es troba fora de la zona de dispersió actual, es troba en una zona segura.