Файл: Электробезопасность на горнорудных предприятиях сборник материалов Республиканской научно-технической конференции..pdf

Полученные Экспериментальные зависимости сопротивлений тела человека от напряжения, соответствующего наиболее веро­ ятному и неблагоприятному случаю прикосновения — полный обхват токоведущей части ладонью руки по пути тока рука-рука, при различных частотах (рис. 1 ), показывают, что с ростом нап­ ряжения полное сопротивление тела человека уменьшается, причем, это уменьшение происходит более интенсивно при низких

Рис. 1. Зависимость электрического сопротивления тела человека от нап­ ряжения прикосновения:

1 — постоянный ток; 2 — выпрямленный пульсирующий ток; 3> — пере­

испытательных напряжениях. По кривым видно, что как с рос­ том частоты тока, так и с ростом напряжения сопротивление уменьшается до одной и той же величины. При этом установ­ лено, что колебания сопротивления людей уменьшается, а при высоких частотах и напряжениях сопротивление примерно у всех одинаково, т. е. можно считать, что фактор физиологических и биологических различий людей сводится на нет, что позволяет распространить экспериментальные данные о сопротивлении те­ ла человека на более высокие уровни напряжений.

Исследования показали, что сопротивление уменьшается с ростом частоты тока в диапазоне 504-6000 Гц, а при 6000-1- 9000 Гц — остается примерно одинаковым. Однако, такая зако­ номерность не сохраняется при частотах от 9000 до 15000 Гц, здесь сопротивление увеличивается. Это явление можно объяс­ нить тем, что при частотах свыше 9000 Гц в силу вступает ло-

5G

верхностный эффект, в результате чего наблюдается рост coftротивления, хотя и незначительный. При этих частотах эффект вытеснения тока обнаруживается и тепловым действием. Воз­ можно, что значительное вытеснение тока имеет место и при бо­ лее низких частотах, но это не отражается на величине полного сопротивления, так как в этом случае действует другая и более существенная причина, а именно: сопротивление уменьшается с ростом частоты тока от 50 до 6000 Гц за счет изменения сопро­ тивления емкостной составляющей.

Таким образом, защитоспособные свойства человеческого ор­ ганизма с ростом напряжения ослабевают, и электрическое сопротивление людей становится примерно одинаковым при достаточно высоких напряжениях и токах, которые опасны для здоровья и жизни человека. Защитные же мероприятия должны строиться исходя из таких значений токов и напряжений, кото­ рые не вызывают еще каких-либо опасных сдвигов в организме.

В результате выполненного эксперимента установлены верх­ ние пределы допустимых токов и напряжений (см. таблицу), которые рекомендуется использовать в качестве нормативных при разработке и реализации мероприятий электробезопасности.

57

За последнее время возрос практический интерес к вопросу о сравнительной опасности токов различного рода и частоты, поскольку решение этого вопроса является исходным этапом в определении характера и объема защитных мероприятий.

В результате изучения физиологических реакций человека на электрическое раздражение токов различного рода и частоты построены кривые роста опасности электрических токов в зави­ симости от напряжения прикосновения (рис. 2). Опасность при заданной величине напряжения для данного вида тока, опреде­ ляемая ординатой, выражается в условных единицах. За условную единицу опасности принята опасность при пороговой реакции

организма человека. Количественная оценка сравнительной опасности двух данных видов тока при заданных величинах напряжения определяется отношением опасностей, выраженных в условных единицах. Например, чтобы установить, во сколько раз ток с частотой 200 Гц при напряжении 120 Б опаснее тока с частотой 3000 Гц при напряжении 220 В, находим соответствен­ но ординаты 21 и 11 уел. ед. Отношение этих величин показы­ вает, что ток с частотой 200 Гц при напряжении 120 В опаснее тока 3000 Гц с напряжением 220 вольт в 1,9 раза.

58

Кривые показывают, что с ростом напряжения Опасность воз­ действия тока увеличивается неодинаково: более интенсивно увеличивается опасность при частотах ниже 1000 Гц. Это объясняется большей скоростью-уменьшения сопротивления от напряжения при этих частотах, что сопровождается стремитель­ ным ростом тока. Токи с частотами выше 1000 Гц обладают меньшей физиологической активностью, и при этих частотах сопротивление уменьшается с меньшей скоростью от напря­ жения.

Известно, что примерно 30% смертельных электротравм при­ ходится на напряжение 127 В и ниже. Очевидно, что при приме­ нении токов повышенных частот (до 1 0 0 0 Гц) вероятность смер­ тельных поражений на этих напряжениях увеличится, поскольку при одинаковых напряжениях в диапазоне значений до 1 2 0 — 140 В величина тока, протекающего через человека, всегда будет больше величины тока при 50 Гц. Исходя из этого, жесткость требований к защитным мероприятиям при эксплуатации элек­ трооборудования с повышенными частотами тока должна быть больше, чем при частоте 50 Гц.

Выводы

1.С увеличением напряжения прикосновения защитоспособ­ ные свойства человеческого организма ослабевают при всех исследованных видах тока.

2.С ростом, частоты тока в диапазоне от 50 до 6000—9000 Гц полное сопротивление тела человека уменьшается, причем это уменьшение происходит более интенсивно при низких испыта­ тельных напряжениях за счет изменения емкостной составля­ ющей.

3.При возрастании частоты тока и испытательного напряже­ ния пределы колебаний величины полного сопротивления тела человека становятся настолько узкими, что можно считать: при частотах порядка 6000—9000 Гц с достаточно высоким напряже­ нием прикосновения сопротивление тела людей—примерно оди­

наковым.

4.С ростом частоты тока в диапазоне 9-И5 кГц полное сопро­ тивление тела человека увеличивается, что объясняется влияни­ ем поверхностного эффекта.

5.Мероприятия по защите людей от воздействия электричес­ кого тока должны проводиться с учетом различия допустимых значений токов и напряжений для человека при различных родах

ичастотах тока.

6 . Электрические параметры организма человека как объекта защиты должны оцениваться рядом характеристик и поясняю­ щих данных. Оценка параметров без наличия поясняющих данных и указания сопутствующих факторов снижает практи­ ческую ценность рекомендаций по электробезопасности.

59

отключения, представляется оправданным и необходимым. Решение вопроса о влиянии на исход электротравм переход­ ных процессов, описываемых дифференциальными уравнениями высокого порядка, с учетом нелинейности электрического сопро­ тивления тела человека, наиболее целесообразно вести на базе математического моделирования с помощью средств аналоговой техники, что дает возможность наглядно представить связь между математическим описанием и физической сущностью

процесса.

На рис. 1 изображена расчетная эквивалентная схема шахт­ ной электрической сети с защитным устройством типа УАКИ-380,

Рис. 1. Расчетная эквивалентная схема шахтной электрической сети.

к фазе которой прикасается человек. Эквивалентная схема по­ лучена в результате рассмотрения трехфазной сети с изолиро­ ванной нейтралью в качестве активного двухполюсника по отношению ветви с сопротивлением тела человека. При этом были приняты следующие допущения:

1 ) сопротивления жил кабеля и трансформатора приняты равными нулю;

2 ) источник питания — бесконечно большой мощности, нап­ ряжение фаз источника — симметричное;

3) активные сопротивления и емкости фаз сети относительно земли — симметричные, т. е. R 1— / ? 2= / ? 3 — R

и С1 = С2 — Сз— С.

Параметры сопротивления тела человека приняты в соответ­ ствии с результатами исследований МГИ.

На рис. 1 приняты следующие обозначения: и — фазное напряжение сети;

«1 — напряжение смещения нейтрали на входном сопротив­ лении;

Lp, Rp — индуктивность и активное сопротивление реле; Cj — емкость конденсатора, шунтирующие обмотки реле;

Lv R& — индуктивность и активное сопротивление дросселя; С2 — эквивалентная емкость устройства присоединения ком­

пенсатора;

Ri — эквивалентное сопротивление, ограничивающее опера­ тивный ток аппарата защиты;

61

/?., Сэ — эквивалентное активное сопротивление и емкость фаз сети относительно земли;

R(u) — нелинейное сопротивление тела человека;

С учетом масштабных коэффициентов моделирования систе­ ма уравнений (1 ), приведенная к машинному виду, выразится:

И i = / # ] т Й.г(ми -Ц « з(« и ««j)2/ (« а ' «ц ^

duu

62