Nguy cơ gây thương tích cho một người được đánh giá như thế nào bởi dòng điện của hệ thống lắp đặt điện trong các mạng điện có cấu hình khác nhau?

Kiến thức về các quy trình diễn ra trong lắp đặt điện cho phép các kỹ sư điện vận hành thiết bị một cách an toàn với bất kỳ điện áp và loại dòng điện nào, để thực hiện công việc sửa chữa và bảo trì hệ thống điện.

Để tránh các trường hợp bị điện giật đối với hệ thống lắp đặt điện, thông tin có trong PUE, PTB và PTE — các tài liệu chính được tạo bởi các chuyên gia giỏi nhất dựa trên phân tích các vụ tai nạn với những người bị thương do các yếu tố nguy hiểm đi kèm với hoạt động của năng lượng điện.

Hoàn cảnh và lý do khiến một người tiếp xúc với dòng điện

Các tài liệu hướng dẫn an toàn phân biệt ba nhóm nguyên nhân giải thích việc công nhân bị điện giật:

1. cố ý, vô ý tiếp cận các bộ phận mang điện có điện áp ở khoảng cách nhỏ hơn mức an toàn hoặc chạm vào chúng;

2. sự xuất hiện và phát triển của các tình huống khẩn cấp;

3.vi phạm các yêu cầu được chỉ định trong sách hướng dẫn quy định các quy tắc ứng xử của công nhân trong các hệ thống lắp đặt điện hiện có.

Việc đánh giá mức độ nguy hiểm của chấn thương đối với một người bao gồm việc xác định bằng cách tính toán cường độ của dòng điện đi qua cơ thể nạn nhân. Đồng thời, phải tính đến nhiều tình huống khi các tiếp điểm có thể xảy ra ở những vị trí ngẫu nhiên trên hệ thống lắp đặt điện. Ngoài ra, điện áp đặt vào chúng thay đổi tùy thuộc vào nhiều lý do, bao gồm các điều kiện và phương thức hoạt động của mạch điện, đặc tính năng lượng của nó.

Điều kiện để gây thương tích cho người do dòng điện

Để dòng điện chạy qua cơ thể nạn nhân, cần phải tạo ra một mạch điện bằng cách nối ít nhất hai điểm của mạch có chênh lệch điện thế - hiệu điện thế. Các điều kiện sau đây có thể xảy ra với thiết bị điện:

1. Chạm đồng thời hai pha hoặc hai cực của các cực (pha) khác nhau;

2. tiếp xúc một pha hoặc một cực với điện thế mạch, khi một người có kết nối điện trực tiếp với điện thế đất;

3. vô tình tạo ra tiếp xúc với các phần tử dẫn điện của hệ thống lắp đặt điện đang bị điện áp do sự cố phát triển;

4. rơi dưới tác động của điện áp bước, khi sự khác biệt tiềm năng được tạo ra giữa các điểm mà chân hoặc các bộ phận khác của cơ thể được đặt cùng một lúc.

Trong trường hợp này, có thể xảy ra hiện tượng chạm điện của nạn nhân với bộ phận mang dòng điện của hệ thống lắp đặt điện, điều này được PUE coi là chạm:

1. trực tiếp;

2. hoặc gián tiếp.

Trong trường hợp đầu tiên, nó được tạo ra do tiếp xúc trực tiếp với bộ phận mang điện được kết nối dưới điện áp và trong trường hợp thứ hai, do chạm vào các phần tử không cách điện của mạch khi có điện thế nguy hiểm truyền qua chúng trong trường hợp xảy ra tai nạn.

Để xác định các điều kiện vận hành an toàn lắp đặt điện và chuẩn bị nơi làm việc cho công nhân trong đó, cần:

1. phân tích các trường hợp có thể tạo ra các đường dẫn cho dòng điện chạy qua cơ thể của nhân viên bảo dưỡng;

2. so sánh giá trị tối đa có thể của nó với các tiêu chuẩn tối thiểu cho phép hiện tại;

3. Quyết định thực hiện các biện pháp bảo đảm an toàn điện.

Đặc điểm phân tích các điều kiện gây thương tích cho người trong lắp đặt điện

Để ước tính cường độ dòng điện đi qua cơ thể nạn nhân trong mạng có điện áp DC hoặc AC, các loại chỉ định sau được sử dụng cho:

1. điện trở:

• Rh — trong cơ thể con người;

• R0 — đối với thiết bị nối đất;

Ris - lớp cách điện so với đường viền của trái đất;

2. dòng chảy:

Ih — thông qua cơ thể con người;

Iz — ngắn mạch vòng đất;

3. ứng suất;

Uc - mạch có dòng điện xoay chiều một pha hoặc không đổi;

Ul - tuyến tính;

Uf — pha;

Upr — chạm;

Tai - bước.

Trong trường hợp này, có thể thực hiện các sơ đồ điển hình sau đây để kết nối nạn nhân với các mạch điện áp trong mạng:

1. dòng điện một chiều tại:

• tiếp điểm một cực của tiếp điểm dây có điện thế cách ly với mạch đất;

• tiếp xúc đơn cực của điện thế mạch với cực nối đất;

• liên hệ lưỡng cực;

2. mạng ba pha tại;

• tiếp xúc một pha với một trong các dây dẫn tiềm năng (trường hợp tổng quát);

• tiếp điểm hai pha.

Mạch sự cố trong mạch DC

Tiếp xúc đơn cực của con người với tiềm năng cách ly với trái đất

Dưới ảnh hưởng của điện áp Uc, dòng điện Ih đi qua điện trở cách điện gấp đôi của môi trường thông qua mạch được tạo tuần tự về điện thế của dây dẫn bên dưới, cơ thể nạn nhân (tay-chân) và vòng nối đất.

Sự tiếp xúc của con người cực đơn với điện thế cực đất

Trong mạch này, tình hình trở nên trầm trọng hơn khi kết nối với mạch đất một dây dẫn tiềm năng có điện trở R0, gần bằng 0 và thấp hơn nhiều so với cơ thể nạn nhân và lớp cách điện của môi trường bên ngoài.

Cường độ của dòng điện yêu cầu xấp xỉ bằng tỷ lệ giữa điện áp nguồn với điện trở của cơ thể con người.

Liên hệ lưỡng cực của con người với tiềm năng mạng

Điện áp nguồn được đặt trực tiếp lên cơ thể nạn nhân và dòng điện qua cơ thể anh ta chỉ bị giới hạn bởi điện trở không đáng kể của chính anh ta.

Các dạng sự cố chung trong mạch điện xoay chiều ba pha

Thiết lập liên hệ của con người giữa tiềm năng pha và mặt đất

Về cơ bản, có một điện trở giữa mỗi pha của mạch và điện thế tiếp đất và điện dung được tạo ra. Điểm không của các cuộn dây của nguồn điện áp có điện trở tổng quát Zn, giá trị của nó thay đổi trong các hệ thống nối đất khác nhau của mạch.

Các công thức tính độ dẫn điện của mỗi đoạn mạch và giá trị tổng cường độ dòng điện Ih qua điện áp pha Uf được thể hiện trên hình bằng các công thức.

Sự hình thành nhân tiếp xúc giữa hai pha

Giá trị lớn nhất và nguy hiểm là dòng điện đi qua mạch, được tạo ra giữa các điểm tiếp xúc trực tiếp của cơ thể nạn nhân với các dây dẫn pha. Trong trường hợp này, một phần của dòng điện có thể đi dọc theo đường đi qua mặt đất và điện trở cách điện của môi trường.

Đặc điểm của cảm ứng hai pha

Trong mạch điện một chiều và điện xoay chiều ba pha, việc tạo ra các tiếp điểm giữa hai điện thế khác nhau là nguy hiểm nhất. Với kế hoạch này, một người rơi vào ảnh hưởng của căng thẳng lớn nhất.

Trong mạch có hiệu điện thế không đổi, cường độ dòng điện qua nạn nhân được tính theo công thức Ih = Uc / Rh.

Trong mạng điện xoay chiều ba pha, giá trị này được tính theo tỉ số Ih = Ul/Rh =√3Uph/Rh.

Cho rằng điện trở trung bình của cơ thể con người là 1 kilohm, chúng tôi tính toán dòng điện xuất hiện trong mạng có điện áp không đổi và xoay chiều là 220 volt.

Trong trường hợp đầu tiên sẽ là: Ih = 220/1000 = 0,22A. Giá trị 220 mA này đủ để nạn nhân bị co cơ co giật khi không có sự trợ giúp, anh ta không còn khả năng thoát khỏi tác động của một cú chạm tình cờ - dòng điện đang giữ.

Trong trường hợp thứ hai Ih = (220·1,732)/1000= 0,38A. Ở giá trị 380 mA này, có nguy cơ gây thương tích nghiêm trọng.

Chúng tôi cũng chú ý đến thực tế là trong mạng ba pha có điện áp xoay chiều, vị trí của trung tính (có thể được cách ly với mặt đất hoặc ngắn mạch nối ngược) có rất ít ảnh hưởng đến giá trị của dòng điện Ih . Phần chính của nó không đi qua mạch đất, mà đi giữa các điện thế pha.

Nếu một người đã áp dụng thiết bị bảo vệ đảm bảo sự cách ly đáng tin cậy của anh ta với đường viền của trái đất, thì trong tình huống như vậy, chúng sẽ vô dụng và không giúp được gì.

Đặc điểm của vòi một pha

Mạng ba pha có trung tính nối đất chắc chắn

Nạn nhân chạm vào một trong các dây pha và rơi xuống dưới sự chênh lệch điện thế giữa nó và mạch đất. Những trường hợp như vậy xảy ra thường xuyên nhất.

Mặc dù điện áp pha-đất nhỏ hơn 1,732 lần so với điện áp lưới nhưng trường hợp như vậy vẫn nguy hiểm. Tình trạng của nạn nhân có thể xấu đi:

• chế độ trung lập và chất lượng kết nối của nó;

• điện trở của lớp điện môi của dây dẫn so với tiềm năng mặt đất;

• loại giày và tính chất điện môi của chúng;

• sức đề kháng của đất tại địa điểm của nạn nhân;

• các yếu tố liên quan khác.

Giá trị của Ih hiện tại trong trường hợp này có thể được xác định từ tỷ lệ:

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

Hãy nhớ lại rằng các điện trở của cơ thể con người Rh, giày Rb, sàn nhà Rp và mặt đất ở mức trung tính R0 được tính bằng ôm.

Mẫu số càng nhỏ thì dòng điện càng mạnh. Ví dụ, nếu một nhân viên đi giày dẫn điện, chân ướt hoặc chân có đinh kim loại, đồng thời anh ta cũng ở trên sàn kim loại hoặc đất ướt, thì chúng ta có thể giả sử rằng Rb = Rp = 0. Điều này đảm bảo rằng trường hợp xấu nhất cho tính mạng của nạn nhân.

Ih = Uph/(Rh + R0).

Với điện áp pha 220 vôn, ta có Ih = 220/1000 = 0,22 A. Hoặc dòng điện gây chết người là 220 mA.

Bây giờ hãy tính phương án khi người công nhân sử dụng trang bị bảo hộ: giày điện môi (Rp = 45 kOhm) và đế cách điện (Rp = 100 kOhm).

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

Nó thu được giá trị dòng điện an toàn là 1,5 mA.

Mạng ba pha có trung tính cách ly

Không có kết nối điện trực tiếp của trung tính của nguồn hiện tại với tiềm năng mặt đất. Điện áp pha được đặt vào điện trở của lớp cách điện Rot có giá trị rất cao, được kiểm soát trong quá trình vận hành và liên tục được duy trì ở trạng thái tốt.

Chuỗi dòng điện chạy qua cơ thể con người phụ thuộc vào giá trị này trong từng giai đoạn.Nếu chúng ta tính đến tất cả các lớp điện trở hiện tại, thì giá trị của nó có thể được tính theo công thức: Ih = Uph / (Rh + Rb + Rp + (Riz / 3)).

Trong trường hợp xấu nhất, khi các điều kiện được tạo ra để độ dẫn tối đa qua giày và sàn, biểu thức sẽ có dạng: Ih = Uph / (Rh + (Rf / 3)).

Nếu chúng ta xem xét mạng 220 volt với lớp cách điện 90 kΩ, chúng ta sẽ nhận được: Ih = 220 / (1000+ (90000/3)) = 0,007 A. Dòng điện 7 mA như vậy sẽ cảm thấy tốt, nhưng nó không thể gây ra một chấn thương chết người.

Lưu ý rằng chúng tôi đã cố ý bỏ qua lực cản của đất và giày trong ví dụ này. Nếu chúng ta tính đến chúng, dòng điện sẽ giảm xuống giá trị an toàn, theo thứ tự 0,0012 A hoặc 1,2 mA.

kết luận:

1. Trong các hệ thống có chế độ trung tính cách ly, việc đảm bảo an toàn cho người lao động sẽ dễ dàng hơn. Điều này trực tiếp phụ thuộc vào chất lượng của lớp điện môi của dây dẫn;

2. Trong cùng một trường hợp, việc chạm điện thế của một pha, mạch có trung tính nối đất sẽ nguy hiểm hơn mạch cách ly.

Chế độ khẩn cấp của tiếp điểm một pha trong mạng ba pha có trung tính nối đất

Hãy xem xét trường hợp chạm vào thân kim loại của một thiết bị điện, nếu lớp cách điện của lớp điện môi ở điện thế pha bên trong nó bị đứt. Khi một người chạm vào cơ thể này, dòng điện sẽ chạy qua cơ thể họ xuống đất rồi qua dây trung tính đến nguồn điện áp.

Mạch tương đương được hiển thị trong hình dưới đây. Điện trở Rn thuộc sở hữu của tải do thiết bị tạo ra.

Điện trở cách điện Rot cùng với R0 và Rh hạn chế dòng điện tiếp xúc giữa các pha. Nó được thể hiện bằng tỷ lệ: Ih = Uph/(Rh + Rot + Ro).

Trong trường hợp này, theo quy định, ngay cả ở giai đoạn thiết kế, chọn vật liệu cho vỏ máy khi R0 = 0, họ đều cố gắng tuân thủ điều kiện: Rf>(Uph /Ihg)- Rh.

Giá trị của Ihg được gọi là ngưỡng của dòng điện không thể nhận thấy, giá trị mà một người sẽ không cảm nhận được.

Chúng tôi kết luận: điện trở của lớp điện môi của tất cả các bộ phận mang điện đối với đường viền mặt đất quyết định mức độ an toàn của việc lắp đặt điện.

Vì lý do này, tất cả các điện trở như vậy được chuẩn hóa và báo cáo từ các bảng đã được phê duyệt. Với cùng một mục đích, không phải bản thân điện trở cách điện được chuẩn hóa mà là dòng điện rò rỉ đi qua chúng trong quá trình thử nghiệm.

bước điện áp

Trong lắp đặt điện, vì nhiều lý do, tai nạn có thể xảy ra khi điện thế pha chạm trực tiếp vào vòng tiếp đất. Nếu trên đường dây điện trên cao, một trong các dây dẫn bị đứt dưới tác động của nhiều loại tải trọng cơ học, thì trong trường hợp này, tình huống tương tự cũng xảy ra.

Trong trường hợp này, một dòng điện được tạo ra tại điểm tiếp xúc của dây dẫn với mặt đất, tạo ra vùng khuếch tán xung quanh điểm tiếp xúc - một vùng trên bề mặt xuất hiện điện thế. Giá trị của nó phụ thuộc vào dòng điện đóng Ic và điều kiện đất cụ thể r.

Một người nằm trong giới hạn của khu vực này sẽ rơi vào tình trạng chịu ảnh hưởng của lực căng của bàn chân Ush, như thể hiện ở nửa bên trái của bức tranh. Diện tích của vùng khuếch tán được giới hạn bởi đường viền nơi không có điện thế.

Giá trị điện áp bước được tính theo công thức: Ush = Uz ∙ β1 ∙ β2.

Nó tính đến điện áp pha tại điểm phân phối dòng điện - Uz, được xác định bởi các hệ số của đặc tính phân bố điện áp β1 và ảnh hưởng của điện trở của giày và chân β2. Các giá trị của β1 và β2 được công bố trong sách tham khảo.

Giá trị của dòng điện qua cơ thể nạn nhân được tính theo biểu thức: Ih =(U3 ∙ β1 ∙ β2)/Rh.

Ở phía bên phải của hình, ở vị trí 2, nạn nhân tiếp xúc với điện thế tiếp đất của dây dẫn. Nó bị ảnh hưởng bởi sự khác biệt tiềm năng giữa điểm tiếp xúc tay và đường viền mặt đất, được biểu thị bằng điện áp tiếp xúc Upr.

Trong tình huống này, dòng điện được tính bằng biểu thức: Ih = (Up.z. ∙α)/Rh

Các giá trị của hệ số phân tán α có thể thay đổi trong khoảng 0 ÷ 1 và tính đến các đặc điểm ảnh hưởng đến Upr.

Trong tình huống đang được xem xét, các kết luận tương tự được áp dụng như khi tiếp xúc một pha với nạn nhân trong quá trình vận hành bình thường của hệ thống điện.

Nếu một người ở ngoài khu vực phân tán hiện tại, họ đang ở trong khu vực an toàn.