По просьбам из поста http://pikabu.ru/story/nemnogo_pro_yelektroshchityi_u_vas_do...
В качестве источника были взяты ПУЭ, ГОСТ Р 12.1.019-2009. Так что без тэга "мое".
Основная опасность электрического тока заключается в том, что он не ощущается органами чувств, он невидим, не пахнет и его не слышно. О том, что что то не так человек задумывается тогда, когда уже ощутил на себе воздействие электротока. А воздействие может быть следующим:
1. Термическое – это всем известные ожоги, вплоть до обугливания.
2. Электролитическое – разложение крови и других жидкостей в организме, меняется их химический состав.
3. Электродинамическое (механическое) – сокращение мышц, разрыв тканей, испарение воды из организма.
4. Биологическое – это воздействие на нервную систему, шок, раздражение.
5. Световое – ослепление, воздействие на глаза человека.
Еще к скрытым опасностям электротока относится его пролонгированное действие, то есть после удара током человек может чувствовать себя хорошо, но в его организме уже произошли изменения и травмы, которые скажутся на его здоровье в будущем.
А теперь вернемся к вопросу «Что убивает – ток или напряжение?». Некоторые, услышав где-то «Убивает ток, а не напряжение», бездумно козыряют этой фразой во всех спорах. Они правы лишь частично. Убивает ток, проходящий через тело человека. Какой ток протекает в этот момент по проводнику, абсолютно неважен, важно как раз напряжение на проводнике, оно определяет вкупе с сопротивлением контура протекания тока (включая сопротивление тела человека) величину тока, проходящего через это самое тело. И здесь появляется еще один влияющий фактор – система заземления электросети, которая определяет сопротивление контура протекания тока при коротких замыканиях и прикосновении человека к токоведущим частям.
Теперь рассмотрим значения силы тока, при которых воздействие на тело человека становится вредоносным:
1. Пороговый ощутимый ток – 0,6…1,5 мА для переменного тока и 5…20 мА для постоянного тока. При таком токе человек ощущает его воздействие органами осязании, пощипывание, укалывание.
2. Пороговый неотпускающий ток – 7…14 мА для переменного тока и 50…80 мА для постоянного тока. При данном токе воздействие на мышцы настолько сильное, что человек не может самостоятельно разжать и убрать руку. Сила тока пересиливает нервные импульсы, посылаемые человеческим мозгом на разжатие руки.
3. Пороговый фибриляционный ток – 80…130 мА для переменного тока и 300 мА для постоянного тока. При таком значении возникает большая вероятность фибриляции желудочков сердца и впоследствии его остановка.
Данные значения приблизительные и зависят от многих факторов: состояния кожного покрова, здоровья человека, его психического состояния, а самого главного – его пола. Для женщин пороговые значения ниже, чем для мужчин в любом случае. Для упрощения все значения сведены к 1, 10 и 100 мА соответственно.
Как мы видим – постоянный ток безопаснее переменного. Вообще самая опасная для человека частота тока лежит в диапазоне от 40 до 100 Гц. Начиная примерно с частоты 400 Гц ток протекает по поверхности кожи человека и не затрагивает внутренних органов, вызывая лишь ожоги. Однако с технической точки зрения наиболее удобно использовать ток частот 50 и 60 Гц, это связано с работой генераторов, двигателей и трансформаторов. Этакий компромисс между удобством и опасностью для человека.
Сопротивление тела человека – есть величина непостояная, колеблется от 1 до 20 кОм и зависит в основном от состояния наружного кожного покрова, именно на него и приходится большая часть сопротивления тела. При расчетах принято принимать значение 1 кОм – это суммарное сопротивление внутренних органов и внутреннего слоя кожи.
И здесь появляется еще один важный момент – увеличение напряжения прикосновения приводит к уменьшению сопротивления тела человека, а при определенных значениях происходит пробой верхнего слоя кожи, уменьшая это самое сопротивление в разы. Таким образом, линейная зависимость значения силы тока от напряжения прикосновения сохраняется лишь при небольших значениях этого самого напряжения (до 380 В включительно).
Поэтому в ПУЭ регламентируется именно безопасное значение напряжения прикосновения, равное 50 В, а не значение силы тока. Если у вас будет выбор между прикосновением к проводу с напряжением 500 В, по которому течет ток нагрузки 0,001 А, и проводом с напряжением 12 В, по которому течет ток 50 А, выбирайте второй вариант)
Далее рассмотрим основные системы заземления как способ защиты человека от поражения электротоком.
Если в сетях свыше 1000 В самым важным является обеспечение надежности и бесперебойности электроснабжения, поскольку доступ к ним имеет только специально обученный персонал, то в сетях ниже 1000 В (те, которые мы непосредственно используем) самым важным является обеспечение безопасности человека. Эти самые критерии и влияют на системы заземления сети.
В сетях от 6 до 35кВ используется система изолированного треугольника для обмоток трансформаторов. Таким образом сопротивление заземлителя стремится к бесконечности, токи однофазных замыканий (а это 90% от общего числа коротких замыканий) составляют всего несколько ампер и не приводят к отключению линий, линейные междуфазные напряжения не меняются, обнуляется только фазное напряжение коротнувшей фазы. Но для трансформаторов важно именно линейное напряжение, для них ничего не меняется, таким образом обеспечивается высокая надежность электроснабжения. А теперь по теме.
В сетях 380/220 В используется схема звезды с заземленной нейтралью (сопротивление заземлителя 4 Ом). Такая система обеспечивает достаточное значение токов короткого замыкания для своевременного срабатывания защитных аппаратов и отключения сети от напряжения, предотвращая возгорания. Разновидности этой системы будем рассматривать далее.
В наших с Вами сетях электроснабжения чаще всего используется система TN. Расшифрую:
T – заземленная нейтральная точка источника питания (трансформатор или генератор).
N – используется защитное зануление (преднамеренное соединение токопроводящего корпуса электроустановки с заземленной нейтралью источника питания).
Принцип защитного зануления заключается в следующем: при пробое какой либо фазы на корпус электроприемника (например, электроплиты) создается контур протекания тока с очень малым сопротивлением. Ток замыкания оказывается достаточно большим для срабатывания защитного аппарата (автоматического выключателя или предохранителя). Таким образом предовращается возможность прикосновения человека к корпусу, находящемуся под напряжением.
Ниже на картинке приведена система TN-C.
На картинке мы видим фазные проводники (L1, L2, L3) и проводник PEN. Данный проводник выполняет сразу две функции – он и рабочий нулевой проводник (называемый «нулем», цвет голубой, сиий) и нулевой защитный проводник (называемый «землей», цвет желто-зеленый). Почему PEN, а не NPE? Потому что основная предпочтительная функция – защитная, а уж потом рабочая. Данная система давно устарела, и от нее уходят к следующей.
Система TN-S.
В данной системе рабочий нуль и защитный разделены, каждый выполняет сугубо свои функции. Такая система наиболее надежная и безопасная.
Система TN-C-S.
Это компромиссное решение, применяемое на данный момент повсеместно, поскольку позволяет сэкономить на проводниках, не снижая сильно уровень надежности и безопасности.
В данной системы на протяжении части сети защитный и рабочий нули объединены, разделяются они, как правило, на вводе здания.
Также существует еще одна система заземления, называемая ТТ. Вторая буква «Т» означает, что электроустановки заземляются напрямую, а не через источник питания. В данном случае при пробое фазы на корпус значение тока замыкания будет определяться сопротивлениями заземлителей электроустановки и источника питания. Как правило такие токи невелики и автоматические выключатели не срабатывают, корпус находится под напряжением – для человека прямая угроза. В данной ситуации требуется обязательное применение устройства защитного отключения (УЗО), о котором поговорим далее.
Система ТТ в основном применяется в частном секторе, где по воздушным линиям прокладывается только рабочий нуль (N) и хочется обеспечить безопасность подручными средствами. В этом случае на участке закапывается заземлитель, на который и заземляются все электроустановки.
А теперь немножко по теме поста.
УЗО – устройство, появившееся в нашей стране сравнительно недавно (в ПУЭ про него стали упоминать с 1999г.). Порой ходят мнения, что оно бессмысленно и не стоит своих денег, часто срабатывает, мешает смотреть телевизор и заряжать телефоны в ванной. Но это все невежество и мракобесие.
Ниже приведена схема и принцип работы УЗО.
Работа УЗО основана на измерении разницы токов, проходящих по фазному и нулевому проводнику. При замыкании фазы на заземленный корпус возникает утечка тока через заземление, возникает разница токов. За счет разницы токов появляется результирующий магнитный поток на тороидальном трансформаторе 1, появляется ток на вторичной обмотке, который воздействует на пусковой орган 2. Тот, в свою очередь, приводит в действие пусковой механизм 3, поврежденная установка отключается от сети.
На картинке установка не заземлена, показан принцип работы УЗО при прикосновении человека к корпусу, находящемуся под напряжением. То есть УЗО срабатывает даже при отсутствии заземления. Разница лишь в том, что при наличии заземления УЗО сработает еще до прикосновения человека, а при отсутствии – в момент прикосновении. И в том, и в том случае УЗО спасет жизнь, но только в первом случае – безболезненно.
Дороговизна УЗО обусловлена сложностью и точностью изготовления тороидального трансформатора и пускового органа. Ведь токи уставки составляют 10, 30, 100, 300 мА, что требует очень высокой точности для таких малых токов. Есть и большие значения токов уставки, но они в жилом секторе не применяются.
Значения 10 и 30 мА применяются для защиты человека от поражения электрическим током (вспоминаем пороговые значения), 100 и 300 мА – для предотвращения утечек тока, приводящих к локальному нагреву и воспламенению. Без таких УЗО не обходится ни один щит учета, не примет здание пожарная инспекция.
Однако для удешевления применяется один хитрый способ – усиление сигнала на пусковой орган. Для данной цели используется электронный усилитель. Он гораздо дешевле, нежели изготовлять пусковой орган на сверхмалые токи. Однако, есть нюанс, заключающийся в ненадежности электронного усилителя. В случае отгорания рабочего нуля электронный усилитель перестает работать, ему нужно питание, но при этом остается вероятность замыкания фазы на корпус электроустановки при неработающем УЗО.
Электронными УЗО балуются, как правило, дешевые производители (IEK, TDM, EKF). Поэтому данный момент следует уточнять при покупке. Сейчас они больше изготовляют все же электромеханические УЗО, а электронными делают дифавтоматы (УЗО + автоматический выключатель в одном флаконе). Поэтому ваш выбор EATON, Schneider Electric, ABB, Siemens, Legrand, OEZ, Doepke, ETI и прочее.
И при грамотном заземлении в жилом здании (ванной в том числе) и наличии УЗО можете кидать в ванную утюги, фены, электробритвы – оно их отключит и Вы не сможете как Мэл Гибсон читать мысли женщин. Но не воспринимайте это как призыв к действию.
И никогда не суйте два гвоздя одновременно в розетку – в этом случае утечки тока не будет, Вы просто станете обычной электрической нагрузкой, УЗО сеть не отключит. Последствия столь «разумного» поступка представляете.
В качестве дополнения хочу сказать, когда по телевизору при пожарах в современных зданиях говорят, что причиной стало короткое замыкание – это означает, что пожарным лень расследовать настоящие причины и проще все списать на КЗ. Хотя для таких случаев и применяют УЗО с автоматическими выключателями.