Напряжение прикосновения

Напряжение прикосновения – это разница потенциалов между двумя точками цепи, за которую взялся человек. Шаговое напряжение не входит в определение.

Электротравмы

Говорят, птицы сидят на оголённых проводах и не падают от разряда, сопротивление кожи их ног велико, ток идёт преимущественно по проводу. Если человек попробует взяться за линию ЛЭП на аналогичном расстоянии двумя руками, исход окажется плачевным.

Электротравма – повреждение, вызванное контактом человека с электрическим током.

Электротравмы принято делить на местные и общие. На первый тип приходится пятая часть от общего числа несчастных случаев в промышленности, на вторую – более половины. Прочие воздействия сводятся к обычным ударам (возбуждение тканей организма, непроизвольное сокращение мышц), как правило, обходятся без последствий. Местные электротравмы сопровождаются ожогами, металлизацией кожи от расплава металла, повреждениями глаз и электрическими знаками (сравнительно безвредные отметины на коже разнообразного характера). Сильный электрический удар способен остановить сердце и лёгкие.

Самыми распространёнными явлениями среди местных травм считаются ожоги. На них приходится две трети всей симптоматики. Наибольшему риску подвержены электромонтеры, занимающиеся эксплуатацией действующих установок. Электрические удары принято делить на 5 групп:

1. Неприятная резкая потеря ориентации, мгновенная судорога.
2. Рефлексы тела, сопровождающиеся резкой болью.
3. Потеря сознания от удара током без иных видимых последствий.
4. Нарушение сердечной активности с одновременной потерей сознания. Сбои в дыхании.
5. Клиническая смерть.

Как легко догадаться, даже кратковременное прикосновение к оголённым частям электрооборудования приводят к неприятным последствиям. На электрические удары приходится пять шестых от общих случаев смертельных исходов, зарегистрированных на предприятиях.

Как посчитать напряжение прикосновения

Учебник Белявина по электробезопасности даёт неплохое представление, как правильно оценить напряжение прикосновения, когда одной точкой прохождения тока становится нога, а человек стоит на земле. Рассматривается случай возникновения потенциала от утечки тока короткого замыкания. Очевидно, что потенциал грунта убывает по экспоненте с увеличением расстояния до заземлителя. На расстоянии 20 метров от точки погружения в почву становится равным нулю.

Белявин предлагает рассматривать вопрос об опасности так, будто человек рукой взялся за точку заземлителя. Тогда наименьшая опасность (как ни странно) когда он и стоит рядом. Хотя шаговое напряжение при этом максимальное, нельзя далеко расставлять ноги, чтобы не получить смертельный удар. Действительно, потенциал проводника мало отличается от грунта, участок закорочен контуром заземления. В этом случае нужно немедленно отпустить конструкцию, находящуюся под током, «гусиным шагом» аккуратно покинуть место аварии.

Шаговое напряжение

Гораздо хуже ситуация смотрится, если человек стоит в полуметре или метре от точки погружения защитного или рабочего (нейтрали) нулевого проводника в грунт. Это опаснее, чем сделать шаг на аналогичное расстояние. Потому что сопротивление между рукой и металлом мало, а контуры ног соединены параллельно, что увеличивает опасность пробоя (не спасает и резиновая обувь). Но ещё хуже смотрится случай, когда кусок заземлителя проложен в воздухе параллельно земле, но не соприкасается с ней ни в одной точке, кроме той, где нулевой проводник входит в грунт. В последнем случае разница потенциалов высочайшая. Описание ситуации:

1. Человек стоит на земле в 20 метрах от входа заземлителя в грунт. Здесь потенциал, создаваемый растекающимся током, уже равен нулю.
2. По случайности или недосмотру конструкция, идущая параллельно земле на диэлектрических опорах (трубопровод, изгородь) с малым электрическим сопротивлением (металл), оказалась соединённой с точкой входа нулевого проводника в грунт и находится за 20 метров от неё.
3. Человек стоит на земле, взялся рукой за железо по п. 2. Немедленно оказывается под фазным напряжением сети. 220 В не смогут пробить подошву обуви, если стоять босиком, либо случайно опереться второй рукой на грунт, напряжение прикосновения окажется максимальным из возможных вариантов и чрезвычайно опасным (характеристика по траектории тока в зависимости от урона приведена в заключение обзора Шаговое напряжение).

Итак, урон наименьший, если человек стоит в точке заземлителя. При этом шаговое напряжение максимальное, удаляться от источника нужно осторожно. В точке на расстоянии 20 метров допустимо ходить свободно, но если случайно взяться за проводник, по п. 2, последствия предвидятся тяжелейшие.

Скептики скажут, что в вышеописанной ситуации не учтён факт деления напряжения между сопротивления нулевого проводника, лежащего выше и ниже грунта. В действительности все учтено. Сопротивление железа (тем более, меди) намного ниже сопротивления заземлителя (работа выхода электронов с поверхности контура в почву). Последний параметр прямо пропорцинонален сопротивлению грунта, и обратно – геометрическим размерам контура.

Требования безопасности

По действующим нормам напряжение прикосновения не должно превышать 65 В, что считается безопасным значением при длительном (свыше трёх секунд) прикосновении. Потом допустимый порог растёт с падением интервала:

1. 0,1 сек – 740 В.
2. 0,2 сек – 370 В.

Когда эти требования не обеспечиваются, следует применять защитную спецодежду. Особенно опасным признан случай одновременного прикосновения к токонесущей части оборудования и заземлителю. При проведении профилактических (ремонтных) работ металлические конструкции, находящиеся под потенциалом грунта, стоящие ближе 2-х метров к обслуживаемому оборудованию, закрываются щитами, изолирующими плитами и пр.

Предосторожность на работе

При длительных утечках тока напряжение прикосновения заносится на металлические конструкции, непосредственно граничащие с заземлителем: трубы, заборы, лестницы и др. Как напряжение шага, оно быстро убывает с расстоянием, но безопасную зону нельзя однозначно начертить, многое зависит от свойств опасного участка, его проводимости.

Отдельные трубопроводы находятся под катодной защитой методом образования на них отрицательного относительно почвы потенциала. В таком случае участок однозначно изолирован от заземлителя и представляет повышенную опасность. Граница раздела обычно лежит на границе территории завода или здания. Визуально возможно определить по наличию изолирующего фланца в трубопроводе. При аварии рекомендуется по возможности быстро устранить источник опасности.

Меры защиты

Помимо спецодежды присутствуют конструктивные соображения. Чтобы уменьшить напряжение шага и прикосновения, уравниваются потенциалы. Это достигается вводом заземлителя в почву в нескольких точках. Обычно по периметру определённой формы. Получается, во всех местах входа потенциал равен, и напряжение прикосновения выше всего за пределами указанной линии. Внутри остаётся опасность, обусловленная псевдослучайными процессами, но намного ниже, чем при одинарном контуре.

Форма периметра зависит от имеющихся на местности условий: линия, если так повышается безопасность передвижения, либо сетка, квадрат, шестиугольник и пр. Если брать европейские стандарты, встречается конструкция подземного контура заземлителя в виде гребёнки. Это сделано для снижения тока растекания: движущиеся заряды приходятся на больший периметр, что закономерно снижает разницу потенциалов (по закону Ома для участка цепи). Аналогичная идея использована и в указанном выше случае. Чем протяжённое периметр, тем меньше напряжение прикосновения.

Итак, конструкция заземлителя играет большую роль в защите от опасности персонала и случайных прохожих. В частности, территория предприятия обнаруживает скопление случайных заземлителей, объединённых в единую цепь. Включая контур громоотвода. Все это делается с целью уменьшения опасности на случай аварии. Продолжим акцентировать внимание: рассматриваются именно случаи утечки. В прочих ситуациях ток через защитный и рабочий нулевой проводник весьма мал. Это достигается как исправностью изоляции, так и равномерной нагрузкой по всем фазам.

Погодные и внешние условия

Очевидно, что сырое помещение более опасно, нежели сухое. Состояние воздуха и иные климатические условия сильно влияют на вероятность поражение напряжением прикосновения. Усугубляющее действие, помимо сырости, оказывают:

1. Пары агрессивных жидкостей и газы.
2. Токопроводящая пыль.
3. Неизолированные полы: кирпич, бетон, металл, грунт.

Наглядное пособие

Повышенная температура служит дополнительным ослабляющим фактором, поскольку люди потеют, и снижается сопротивление кожи. К тому же в жару изоляция кабелей подвержена наибольшему риску. Согласно этим факторам помещения принято делить следующим образом:

• Особо опасные: химически агрессивная или органическая среда, обилие влаги (особо сырые), наружные электроустановки.
• С повышенной опасностью: токопроводящие полы (см. выше); сырость, либо относительная влажность свыше 75%; жара; обилие заземлённых металлических конструкций.
• Без повышенной опасности: с нормальным климатом, изолированными полами (дерево, полимеры), не содержащие металлических конструкций.

Приведённые термины имеют более качественную окраску, нежели количественную, учебники по технике безопасности предлагают дальнейшую расшифровку по классам опасности. Отдельные термины:

• Жаркое помещение – с температурой выше 35 градусов Цельсия.
• Пыльное помещение – предметы гарантированно запылены. Особенно опасна токопроводящая пыль.
• Сухое помещение – с относительной влажностью воздуха не более 60%. Если отсутствуют любые признаки, перечисленные ниже, помещение называют нормальным.
• Влажное помещение – с относительной влажностью воздуха не более 75%. Допускается лёгкий конденсат, но временный.
• Сырое помещение – относительная влажность воздуха свыше 75%.
• Особо сырое помещение – влажность максимальная, поэтому на предметах, стенах, потолке, полу гарантированно присутствует конденсат.
• Химически агрессивное (органическое) помещение – содержащее агрессивные или органические среды и их пары.

Измерение

Напряжение прикосновения измеряют амперметром и вольтметром. Оценивается разница потенциалов между предметами, доступными прикосновению и имитацией подошв человека – лежащей на грунте металлической квадратной пластиной площадью 625 кв. см. Сопротивление тела заменяется эквивалентным резистором, параллельно подключается вольтметр для измерения напряжения.

Источником тока служит приспособленный для испытаний трансформатор, выдающие напряжение, способное гипотетически возникнуть на металлических конструкциях. Если вольтаж цепи слишком велик, величину резистора берут выше, потребуется измерить и ток. Потом вычисляется сопротивление цепи и по графику (прямая линия) находятся значения для «боевых» условий настоящей аварии.

Одна из точек вторичной обмотки заземляется. Если это невозможно по условиям, ставится разделительный трансформатор. И уже точка его вторичной обмотки заземляется. Это нужно (в нарушение техники безопасности) для достижения «опасностью» максимума.