Come viene valutato il rischio di lesioni a una persona dalla corrente di un impianto elettrico in reti elettriche con diverse configurazioni?

La conoscenza dei processi che si svolgono negli impianti elettrici consente agli ingegneri energetici di utilizzare in sicurezza apparecchiature con qualsiasi tensione e tipo di corrente, eseguire lavori di riparazione e manutenzione di impianti elettrici.

Al fine di evitare casi di scosse elettriche a un impianto elettrico, le informazioni contenute in PUE, PTB e PTE — i principali documenti creati dai migliori specialisti basati sull'analisi degli incidenti con persone ferite da fattori pericolosi che accompagnano il funzionamento dell'energia elettrica.

Circostanze e motivi per esporre una persona alla corrente elettrica

I documenti di orientamento sulla sicurezza distinguono tre gruppi di cause che spiegano la folgorazione dei lavoratori:

1. avvicinamento intenzionale e non intenzionale a parti in tensione con tensione a una distanza inferiore a quella di sicurezza o toccandole;

2. comparsa e sviluppo di situazioni di emergenza;

3.violazione dei requisiti specificati nei manuali che prescrivono le regole di comportamento dei lavoratori negli impianti elettrici esistenti.

La valutazione del pericolo di lesioni a una persona consiste nel determinare mediante calcoli le grandezze delle correnti che attraversano il corpo della vittima. Allo stesso tempo, è necessario tenere conto di molte situazioni in cui i contatti possono verificarsi in punti casuali di un impianto elettrico. Inoltre, la tensione applicata ad essi varia a seconda di molti motivi, tra cui le condizioni e le modalità di funzionamento del circuito elettrico, le sue caratteristiche energetiche.

Condizioni per lesioni alle persone da corrente elettrica

Affinché la corrente scorra attraverso il corpo della vittima, è necessario creare un circuito elettrico collegando almeno due punti del circuito che hanno una differenza di potenziale: la tensione. Le seguenti condizioni possono verificarsi con le apparecchiature elettriche:

1. Contatto simultaneo bifase o bipolare di diversi poli (fasi);

2. contatto monofase o unipolare con il potenziale del circuito, quando una persona ha un collegamento galvanico diretto con il potenziale di terra;

3. entrare accidentalmente in contatto con elementi conduttori dell'impianto elettrico che erano sotto tensione a causa dello sviluppo dell'incidente;

4. cadere sotto l'azione della tensione del gradino, quando si crea una differenza di potenziale tra i punti su cui si trovano contemporaneamente le gambe o altre parti del corpo.

In questo caso, può verificarsi un contatto elettrico della vittima con la parte che porta corrente dell'impianto elettrico, che è considerato dal PUE come toccare:

1. direttamente;

2. o indirettamente.

Nel primo caso si crea per contatto diretto con una parte attiva collegata sotto tensione, nel secondo per contatto con elementi non isolati del circuito quando un potenziale pericoloso li ha attraversati in caso di incidente.

Al fine di determinare le condizioni per il funzionamento sicuro di un impianto elettrico e preparare un posto di lavoro per i lavoratori al suo interno, è necessario:

1. analizzare i casi di possibile creazione di percorsi per il passaggio della corrente elettrica attraverso il corpo del personale di servizio;

2. confronta il suo valore massimo possibile con gli attuali standard minimi consentiti;

3. decide di attuare misure per garantire la sicurezza elettrica.

Caratteristiche dell'analisi delle condizioni di danno alle persone negli impianti elettrici

Per stimare l'entità della corrente che passa attraverso il corpo della vittima in una rete con tensione CC o CA, vengono utilizzati i seguenti tipi di designazioni per:

1. resistenze:

• Rh: nel corpo umano;

• R0 - per dispositivo di messa a terra;

Ris — strato isolante relativo al contorno della terra;

2. correnti:

Ih: attraverso il corpo umano;

Iz — cortocircuito verso il circuito di terra;

3. sottolinea;

Uc — circuiti con correnti alternate costanti o monofase;

Ul: lineare;

Uf — fase;

Upr: tocca;

Orecchio - passi.

In questo caso, sono possibili i seguenti schemi tipici per collegare la vittima ai circuiti di tensione nelle reti:

1. corrente continua a:

• contatto unipolare di un contatto a filo con potenziale isolato dal circuito di terra;

• contatto unipolare del potenziale del circuito con un polo messo a terra;

• contatto bipolare;

2. reti trifase a;

• contatto monofase con uno dei conduttori potenziali (caso generalizzato);

• contatto bifase.

Circuiti di guasto nei circuiti DC

Contatto umano unipolare con potenziale isolato da terra

Sotto l'influenza della tensione Uc, una corrente Ih passa attraverso la resistenza di isolamento raddoppiata del mezzo attraverso il circuito creato in sequenza del potenziale del conduttore inferiore, il corpo della vittima (braccio-gamba) e il circuito di terra.

Contatto umano unipolare con potenziale del polo di terra

In questo circuito la situazione si aggrava collegando al circuito di terra un conduttore di potenziale con resistenza R0 prossima allo zero e molto inferiore a quella del corpo della vittima e dello strato isolante dell'ambiente esterno.

L'intensità della corrente richiesta è approssimativamente uguale al rapporto tra la tensione di rete e la resistenza del corpo umano.

Contatto umano bipolare con potenziali di rete

La tensione di rete viene applicata direttamente al corpo della vittima e la corrente attraverso il suo corpo è limitata solo dalla sua trascurabile resistenza.

Schemi generali di guasto nei circuiti a corrente alternata trifase

Stabilire un contatto umano tra potenziale di fase e terra

Fondamentalmente c'è una resistenza tra ogni fase del circuito e un potenziale di terra e viene creata una capacità. Lo zero degli avvolgimenti della sorgente di tensione ha una resistenza generalizzata Zn, il cui valore varia nei diversi sistemi di messa a terra del circuito.

Le formule per il calcolo della conducibilità di ciascun circuito e il valore totale della corrente Ih attraverso la tensione di fase Uf sono mostrate nell'immagine dalle formule.

Formazione del contatto umano tra due fasi

Il maggior valore e pericolo è la corrente che passa attraverso il circuito, creata tra i contatti diretti del corpo della vittima con i conduttori di fase. In questo caso, parte della corrente può passare lungo il percorso attraverso il terreno e la resistenza di isolamento del mezzo.

Caratteristiche del tocco bifasico

Nei circuiti CC e CA trifase, stabilire contatti tra due diversi potenziali è il più pericoloso. Con questo schema, una persona cade sotto l'influenza del più grande stress.

In un circuito con alimentazione a tensione costante, la corrente attraverso la vittima è calcolata dalla formula Ih = Uc / Rh.

In una rete AC trifase, questo valore è calcolato secondo il rapporto Ih = Ul / Rh =√3Uph / Rh.

Dato che la resistenza elettrica media del corpo umano è di 1 kilohm, calcoliamo la corrente che si genera nella rete con una tensione costante e alternata di 220 volt.

Nel primo caso sarà: Ih = 220/1000 = 0,22A. Questo valore di 220 mA è sufficiente perché la vittima subisca una contrazione muscolare convulsiva quando, senza assistenza, non è più in grado di liberarsi dagli effetti di un tocco accidentale: la corrente di mantenimento.

Nel secondo caso Ih = (220·1.732)/1000= 0.38A. A questo valore di 380 mA esiste un rischio mortale di lesioni.

Prestiamo inoltre attenzione al fatto che in una rete trifase con tensione alternata, la posizione del neutro (può essere isolato da terra o connesso in cortocircuito inverso) ha poca influenza sul valore della corrente Ih . La sua parte principale non passa attraverso il circuito di terra, ma tra i potenziali di fase.

Se una persona ha applicato dispositivi di protezione che garantiscono il suo isolamento affidabile dal contorno della terra, in una situazione del genere saranno inutili e non aiuteranno.

Caratteristiche di un rubinetto monofase

Una rete trifase con un neutro saldamente messo a terra

La vittima tocca uno dei fili di fase e cade sotto la differenza di potenziale tra esso e il circuito di terra. Tali casi si verificano più spesso.

Sebbene la tensione fase-terra sia 1,732 volte inferiore alla tensione di rete, tale caso rimane pericoloso. Le condizioni della vittima possono peggiorare:

• modalità neutra e la sua qualità di connessione;

• resistenza elettrica dello strato dielettrico dei conduttori rispetto al potenziale di terra;

• tipo di scarpe e loro proprietà dielettriche;

• resistenza del suolo nel sito della vittima;

• altri fattori correlati.

Il valore della corrente Ih in questo caso può essere determinato dal rapporto:

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

Ricordiamo che le resistenze del corpo umano Rh, delle scarpe Rb, del pavimento Rp e del terreno al neutro R0 sono prese in ohm.

Più piccolo è il denominatore, più forte è la corrente. Se, ad esempio, un dipendente indossa scarpe conduttive, i suoi piedi sono bagnati o i suoi piedi sono rivestiti di chiodi di metallo, e si trova anche su un pavimento di metallo o su un terreno bagnato, allora possiamo supporre che Rb = Rp = 0. Ciò garantisce la caso peggiore per la vita della vittima.

Ih = Uph / (Rh + R0).

Con una tensione di fase di 220 volt, otteniamo Ih = 220/1000 = 0,22 A. O una corrente letale di 220 mA.

Calcoliamo ora l'opzione quando il lavoratore utilizza dispositivi di protezione: scarpe dielettriche (Rp = 45 kOhm) e base isolante (Rp = 100 kOhm).

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

Ha ottenuto un valore di corrente sicuro di 1,5 mA.

Rete trifase con neutro isolato

Non esiste un collegamento galvanico diretto del neutro della sorgente di corrente al potenziale di terra. La tensione di fase viene applicata alla resistenza dello strato isolante Rot, che ha un valore molto elevato, che viene controllato durante il funzionamento e viene costantemente mantenuto in buone condizioni.

La catena del flusso di corrente attraverso il corpo umano dipende da questo valore in ciascuna delle fasi.Se prendiamo in considerazione tutti gli strati di resistenza corrente, il suo valore può essere calcolato con la formula: Ih = Uph / (Rh + Rb + Rp + (Riz / 3)).

Nel caso peggiore, quando si creano le condizioni per la massima conduttività attraverso le scarpe e il pavimento, l'espressione assumerà la forma: Ih = Uph / (Rh + (Rf / 3)).

Se consideriamo una rete da 220 volt con uno strato di isolamento di 90 kΩ, otteniamo: Ih = 220 / (1000+ (90000/3)) = 0,007 A. Una tale corrente di 7 mA si sentirà bene, ma non può causare una ferita mortale.

Si noti che in questo esempio abbiamo intenzionalmente omesso la resistenza del suolo e della scarpa. Se li prendiamo in considerazione, la corrente scenderà a un valore sicuro, dell'ordine di 0,0012 A o 1,2 mA.

Conclusioni:

1. Nei sistemi con una modalità neutra isolata, è più facile garantire la sicurezza dei lavoratori. Ciò dipende direttamente dalla qualità dello strato dielettrico dei fili;

2. Nelle stesse circostanze, toccando il potenziale di una fase, un circuito con neutro messo a terra è più pericoloso di uno isolato.

Modalità di emergenza di un contatto monofase in una rete trifase con neutro a terra

Consideriamo il caso di toccare il corpo metallico di un dispositivo elettrico, se al suo interno è rotto l'isolamento dello strato dielettrico al potenziale di fase. Quando una persona tocca questo corpo, la corrente fluirà attraverso il suo corpo verso terra e quindi attraverso il neutro verso una sorgente di tensione.

Il circuito equivalente è mostrato nella figura sottostante. La resistenza Rn è di proprietà del carico creato dal dispositivo.

La resistenza di isolamento Rot insieme a R0 e Rh limita la corrente di contatto tra le fasi. Si esprime con il rapporto: Ih = Uph / (Rh + Rot + Ro).

In questo caso, di norma, anche in fase di progettazione, scegliendo i materiali per il caso in cui R0 = 0, cercano di rispettare la condizione: Rf>(Uph /Ihg)- Rh.

Il valore di Ihg è chiamato la soglia della corrente impercettibile, il cui valore una persona non sentirà.

Concludiamo: la resistenza dello strato dielettrico di tutte le parti attive al contorno del terreno determina il grado di sicurezza dell'impianto elettrico.

Per questo motivo tutte queste resistenze sono normalizzate e riportate dalle tabelle approvate. Allo stesso scopo, non vengono normalizzate le resistenze di isolamento stesse, ma le correnti di dispersione che le attraversano durante le prove.

Tensione di passo

Negli impianti elettrici, per vari motivi, può verificarsi un incidente quando il potenziale di fase tocca direttamente il circuito di terra. Se su una linea elettrica aerea uno dei conduttori si rompe sotto l'influenza di vari tipi di carichi meccanici, in questo caso si verifica una situazione simile.

In questo caso, viene generata una corrente nel punto di contatto del conduttore con il terreno, che crea una zona di diffusione attorno al punto di contatto, un'area sulla cui superficie appare un potenziale elettrico. Il suo valore dipende dalla corrente di chiusura Ic e dalle condizioni specifiche del suolo r.

Una persona che rientra nei limiti di questa zona cade sotto l'influenza della tensione del piede Ush, come mostrato nella metà sinistra dell'immagine. L'area della zona di diffusione è delimitata dal contorno dove non c'è potenziale.

Il valore della tensione di passo è calcolato con la formula: Ush = Uz ∙ β1 ∙ β2.

Tiene conto della tensione di fase nel punto di distribuzione della corrente - Uz, che è determinata dai coefficienti delle caratteristiche di distribuzione della tensione β1 e dall'influenza delle resistenze di scarpe e gambe β2. I valori di β1 e β2 sono pubblicati nei libri di consultazione.

Il valore della corrente attraverso il corpo della vittima viene calcolato utilizzando l'espressione: Ih =(U3 ∙ β1 ∙ β2)/Rh.

Sul lato destro della figura, in posizione 2, la vittima entra in contatto con il potenziale di terra del conduttore. È influenzato dalla differenza di potenziale tra il punto di contatto della mano e il contorno del terreno, che è espressa dalla tensione di contatto Upr.

In questa situazione, la corrente viene calcolata utilizzando l'espressione: Ih = (Uph.z. ∙α)/Rh

I valori del coefficiente di dispersione α possono variare entro 0 ÷ 1 e tengono conto delle caratteristiche che influenzano Upr.

Nella situazione in esame, si applicano le stesse conclusioni di quando si effettua un contatto monofase con la vittima durante il normale funzionamento dell'impianto elettrico.

Se una persona si trova al di fuori dell'attuale zona di dispersione, si trova in una zona sicura.