Безопасность технологических процессов и производств •охрана труда • (стр. 14 )

При атмосферном давлении вода кипит при 100 °С в открытом сосуде. В закрытом сосуде, каким является паровой котел, начало I кипения происходит при 100 °С, но образующийся при этом пар давит на поверхность воды и кипение прекращается. Чтобы вода продолжала кипеть в котле, необходимо ее нагревать до температуры, соответствующей давлению пара. Например, давлению 6×105 Па соответствует t = 169 ° С; 8×105 Па — t = 171 °С; 12×105 Па —t = 189 °С и т. д.

Если после нагревания воды, например до 189°С, прекратить подачу тепла в топку котла и нормально расходовать пар, то вода будет I кипеть до тех пор, пока температура не станет ниже 100 °С. При этом чем скорее будет убывать давление в котле, тем интенсивнее будет кипение и парообразование за счет избытка тепловой энергии, содержащейся в воде. Этот избыток тепловой энергии при падении давления от максимального до атмосферного целиком расходуется на парообра­зование. В случае механического разрыва стенок котла нарушается внутреннее равновесие в котле и происходит внезапное падение давления до атмосферного.

Перегретая вода целиком превращается в пар. При этом образуется огромное количество пара (из 1 м воды 1700 м пара при нормальном давлении), что приводит к разрушению котла, помещения котельной или цеха, в котором установлен котел. Следовательно, независимо от величины рабочего давления в котле опасность таится не в паре, заполняющем паровое пространство котла, а в нагретой выше 100 ° C воде, обладающей громадным запасом энергии и готовой в любое мгновение испариться при резком снижении давления.

Очевидно, что чем больше воды в котле на единицу поверхности нагрева, тем больше аккумулированной теплоты в ней и тем более взрывоопасен котел. В этой свя-зи, с точки зрения безопасной эксплу­атации, выбор типа котла и его конструкции для конкретных условий его применения имеет большое значение. Менее опасным по по-след­ствиям возможного взрыва являются котлы с малым объемом воды, приходящимся на 1 м2 поверхности нагрева. К этой группе относятся водотрубные и прямоточные кот-лы. Наиболее опасными являются котлы цилиндрические с жаровыми трубами и бата-рейные. Подсчита­но, что энергия, содержащаяся в 60 кг перегретой воды, находящейся в котле под давлением 5×105 Па, эквивалентна энергии 1 кг пороха.

Факторами нарушения целостности стенок котла, предшествующи­ми его механическому разрыву, а следовательно, и взрыву, являются такие, которые вызывают перенапряжение материала котла, а именно:

1) чрезмерное превышение расчетного давления при длительном воздействии на котел вызывает перенапряжение стенок (рассчитанных с определенным запасом прочности) и остаточные деформации растя­жения, что увеличивает ползучесть материала. Это может произойти при порче предохранительных клапанов;

2) понижение уровня воды (упуск воды) в котле до такого положе­ния, когда нагреваемые пламенем стенки котла перестают охлаждаться водой и перегреваются. Это повышает их деформативность, что в свою очередь связано со снижением предела текучести металла при нагреве его до высокой температуры;

3) недостатки конструкции и изготовления котла, например несо­ответствие материала котла современным расчетным параметрам кот­лов, дефекты сварки или клепки при изготовлении и т. п.;

4) ветхость котла от долголетней эксплуатации и местные ослабле­ния котла, в том числе в результате коррозии или накипи;

5) нарушение технических требований при эксплуатации котла и невнимательное обслуживание и содержание котельных установок, особенно при низкой квалификации обслуживающего персонала.

Водогрейные котлы представляют такую же опасность, что и паро­вые котлы.

На производстве применяются поршневые компрессоры, приводи­мые в действие двигателем внутреннего сгорания и смонтированные вместе с ресивером на раме-при-цепе. Эти компрессоры имеют произ­водительность от 1 до 15 м3 всасываемого воздуха в 1 мин, а иногда и более. При этом наружный воздух перед поступлением в рабочий цилиндр компрессора проходит через фильтр, где он очищается от пыли; особую опас-ность (возможность взрыва) представляет горючая пыль. Воздушные компрессоры представляют известную опасность в отношении взрыва, в первую очередь вследствие возможного образо­вания взрывоопасных смесей из продуктов разложения смазочных масел и кислорода воздуха. Разложение смазочных масел происходит под воздействием высоких температур, развивающихся в компрессорах в процессе сжатия воздуха или другого газа без охлаждения компрес­сора.

Взрывы баллонов во всех случаях представляют опасность незави­симо от того, какой газ в них содержится. Причинами взрывов могут быть удары (падения) как в условиях повышения температур от нагрева солнечными лучами или отопительными приборами, так и при низких температурах и переполнение баллонов сжиженными газами. Взрывы кислородных баллонов происходят при попадании масел и других жировых веществ во внутреннюю область вентиля и баллона, а также при накоплении в них ржавчины (окалины). В связи с этим кислородные баллоны перед их наполнением промывают растворителями (дих­лорэтаном, трихлорэтаном). Взрывы баллонов могут происходить и при ошибочном заполнении баллонов другим газом, например кислородного баллона горючим газом. Поэтому введена четкая маркировка баллонов, в силу которой все баллоны окрашивают в цвета, присвоенные каждому газу, а надписи на них делают другим цветом, также определенным для каждого газа.

Ударная волна, образующаяся при взрыве газовых баллонов высокого давления, достигает величины 30кПа.

Нарушение нормального режима эксплуатации сосудов и устано­вок, работающих под давлением, приводящие к превышению определенных пределов, могут привести к взрывам. Мощность взрыва зависит от величины работы взрыва и времени его действия. Например, при взрыве сосуда со сжатым газом происходит адиабатическое расширение сжатого газа, работа которого А (Дж) количественно может быть, подсчитана из уравнения:

,

где Р1 — начальное давление газа в сосуде, Па; V — объем сосуда, м3; К — показатель адиабаты; — отношение удельных теплоемкостей газа при постоянных давлении и объеме (Дж/кг× 0К) (для воздуха К= 1,41); Р2 — конечное (атмосферное) давление Па.

3.10. ПОЖАРООПАСНОСТЬ КАК ФАКТОР ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СРЕДЫ

Горючие системы бывают однородные и неоднородные. К химически однород-ным относят системы, в которых горючее вещество и воздух перемешаны друг с дру-гом. Горение таких газо-, паро - или пылевоздушных систем называют кинетическим. К химически неоднородным относятся системы, в которых горючее вещество и воздух не перемешаны друг с другом и имеют поверхность раздела (например, твердые горючие вещества и жидкости, находящиеся на воздухе). При горении химически неоднородных горючих систем кислород воздуха непрерывно диффундирует сквозь продукты сгора-ния к горючему веществу. В месте химического взаимодействия участвующих в реак-ции веществ образуется зона горения — пламя, в которой прореагировавшие вещества нагреваются до температуры горения и за счет своего тепла воспламеняют следующие порции еще непрореагировавших ве­ществ, поступающих в зону горения за счет диффу-зии. Этот вид горения определяется явлениями диффузии и теплопроводности и поэто-му называется диффузионным (горение свечи, дров в костре и др.). Пожар также пред-ставляет собой диффузионный процесс неконтролируемого горения, происходящего вне специального очага.

Кинетическое горение отличается тем, что реакция между горючим и окислителем имеет объемный характер. Примером такой системы служит газовоздушная смесь, помещенная в сосуд, или паровоздушная смесь в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания. Скорость реакции горения системы зависит от концентрации исходных веществ и тем­пературы, т. е. определяется кинетическими параметрами участвующих в реакции веществ. Если такое горение происходит в замкнутом объеме, то оно сопровождается повышением давления и носит характер взрыва.

Возникновение горения чаще всего связано с нагреванием горючей системы тем или иным источником воспламенения. При этом энергия молекул горючего и кислорода увеличивается и при достижении опре­деленного значения энергии молекулы горючего вещества вступают в соединение с кислородом воздуха.

В основе теории горения лежит учение академика о цепных реакциях. Согласно теории цепных реакций процесс окис­ления начинается с активации горючего вещества. Реакция окисления сопровождается выделением тепла и при определенных условиях может самоускоряться. Этот процесс самоускорения реакции окисления с переходом ее в горение называется самовоспламенением. Самовоспла­менение может быть тепловое и цепное. В первом случае самовоспла­менение возникает вследствие превышения скорости тепловыделения над скоростью теплоотвода.

Рассмотрим процесс теплового самовоспламенения на примере смеси горючего газа с воздухом, помещенной в сосуд объемом У. При атмосферном давлении и комнатной температуре реакция между го­рючим газом и кислородом воздуха в сосуде практически не идет. Как известно, скорость химической реакции пропорциональна произведе­нию концентраций реагирующих веществ и возрастает с повышением температуры. При повышении температуры сосуда и смеси скорость реакции и выделения тепла соответственно увеличится. Зависимость скорости выделения тепла от температуры имеет вид:

,

где — скорость выделения тепла; Q — теплота сгорания газа; V — объем горючей смеси; К — константа скорости реакции; С — концен­трация реагирующего вещества; v — порядок реакции; Е — энергия активации; R — универсальная газовая постоянная; Т — температура смеси. Графически эта зависимость показана на рис. 3.12.

Рис. 3.12. Зависимость скорости теп­ловыделения q1 и теплоотвода q2 от температуры Т

Необходимость активации, т. е. затраты некоторой энергии при химическом превращении, обусловлена затратой энергии на разрыв старых (существующих) межатомных связей. Реакция возможна лишь в том случае, если взаимодействующие молекулы получают определенный запас энергии, достаточный для разрыва или ослабления межатомных связей. Выделяющееся тепло передается горючей смеси и она нагревается. Как только температура смеси превысит темпера­туру стенок сосуда, начнется отвод тепла через стенки сосуда в окружающую среду. Количество тепла, отводимого через стенки сосуда в единицу времени, пропорционально разно­сти температур смеси и стенок сосуда, т. е.

,

где q2 — скорость отвода тепла через стенки сосуда; a — коэффициент теплоотдачи; S — поверхность стенок сосуда; Т — температура смеси; Т0 — температура стенок сосуда.

На рис. 3.12 представлена зависимость скорости тепловыделения q1 и теплоотво-да q2 от температуры Т. С помощью графика легко проследить изменение соотношения выделяющегося тепла в результате реакции и рассеивающегося через стенки сосуда. При температуре Т0 смесь будет вначале нагреваться и температура ее повысится до значения ТА соответствующего точке А (точки пересечения кривой q1(Т) л прямой q2(T) при начальной температуре Т0). Саморазогрев смеси выше температуры ТА невозмо-жен, так как теплоотвод через стенки будет превышать тепловыделения. При начальной температуре смеси и сте­нок сосуда Т1 прямая q2(T) будет касаться кривой q1(T) в точке В. В этом случае саморазогрев смеси возможен до температуры ТВ. Кроме того, даль-нейший саморазогрев смеси также возможен, так как выше и ниже точки В скорость выделения тепла в результате химической реакции превышает теплоотвод через стенки сосуда. В точке В тепловом режим будет неустойчивым — при отклонении от состоя-ния, отвеча­ющего точке В, система в В не возвратится, а будет удаляться от этого со-стояния. При сколь угодно малом повышении температуры стенок сосуда кривые не будут иметь общих точек и, следовательно, равновесный тепловой режим невозможен, произойдет резкое повышение температуры и соответственно скорости реакции.

Одной из особенностей пожара, вызванного горением газовоздушных и паровоздушных смесей, является образование огневого шара, время существования которого колеблется от нескольких секунд до нескольких минут. Опасным фактором огневого шара является тепло­вой импульс. Размеры огневого шара, время его существования и величина теплового импульса зависят от количества сгораемого вещества.

Тепловое поражение человека определяется величиной теплового импульса: тепловой импульс от 80 до 160 кДж/м2 вызывает первую степень ожоговой травмы (болезненное покраснение кожи), от 160 до 400 кДж/м2 — вторую степень (образование пузырей на коже челове­ка); от 400 до 600 кДж/м2 — третью степень (омертвление кожи с частичным поражением росткового слоя); более 600 кДж/м2 — четвер­тую степень (омертвление кожи и поражение глубинных слоев тканей). Тепловое поражение более 25 % поверхности кожи человека практи­чески приводит к его гибели.

Опасными факторами пожара, воздействующими на людей и ма­териальные ценности, помимо указанных ранее открытого пламени, повышенной температуры корпусов оборудования и окружающей сре­ды, являются также токсические продукты горения и термического разложения, пониженная концентрация кислорода в воздухе рабочей зоны и вызванные описанными факторами их вторичные проявления: осколки, движущиеся части разрушившихся аппаратов, агрегатов, ус­тановок, конструкций, токсические вещества и материалы, вышедшие из разрушенных аппаратов и установок, электрический ток, возникший в результате выноса высокого напряжения на токопроводящие части конструкций, аппаратов, агрегатов, опасные факторы взрыва, проис­ходящие вследствие пожара.

Эти факторы приводят к отравлениям, ухудшению работы органов дыхания, к травмированию работающих.

Согласно ССБТ ГОСТ 12.1.004—91 допустимый уровень пожарной опасности для людей должен быть не более 10-6 воздействия опасных факторов пожара, превышающих допустимые значения, в год в расчете на каждого человека.

Непревышение такого уровня опасности обеспечивается созданием на предприятиях системы пожарной безопасности.

3.11. ЭЛЕКТРООПАСНОСТЬ НА ПРОИЗВОДСТВЕ

Электронасыщенность современного производства формирует электрическую опасность, источником которой могут быть электриче­ские сети, электрифицированное оборудование и инструмент, вычис­лительная и организационная техника, работающая на электричестве.

Электротравматизм по сравнению с другими видами производст­венного травматизма составляет небольшой процент, однако по числу травм с тяжелым, и особенно летальным, исходом занимает одно из первых мест. Наибольшее число электротравм (60...70 %) происходит при работе на электроустановках напряжением до 1000 В. Это объясняется широким распространением таких установок и сравнительно низким уровнем подготовки лиц, эксплуатирующих их. Электроустановок напряжением свыше 1000 В в эксплуатации значительно меньше и обслуживает их специально обученный персонал, что и обусловливает меньшее количество электротравм.

Электрический ток, протекая через тело человека, производит термическое, электролитическое, биологическое, механическое и световое воздействие. Термическое воздействие характеризуется нагревом кожи, тканей вплоть до ожогов. Электролитическое воздействие за­ключается в электролитическом разложении жидкостей, в том числе и крови. Биологическое действие электрического тока проявляется в нарушении биологических процессов, протекающих в организме человека, и сопровождается разрушением и возбуждением тканей и судорожным сокращением мышц. Механическое действие приводит к разрыву ткани, а световое — к поражению глаз.

Различают два вида поражения организма электрическим током: электрические травмы и электрические удары.

Электрические травмы — это местные поражения тканей и орга­нов. К ним относятся электрические ожоги, электрические знаки и электрометаллизация кожи, механические повреждения в результате непроизвольных судорожных сокращений мышц при протекании токи' (разрыва кожи, кровеносных сосудов и нервов, вывихи суставов, переломы костей), а также электроофтальмия — воспаление глаз и результате воздействия ультрафиолетовых лучей электрической дуги.

Электрический удар представляет собой возбуждение живых тканей организма проходящем через него электрическим током, сопровожда­ющееся непроизвольным сокращением мышц. Различают четыре степени электрических ударов: I — судорожное сокращение мышц без потери сознания; II — судорожное сокращение мышц с потерей со­знания, но с сохранением дыхания и работы сердца; III — потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или дыхания (либо того и другого вместе); IV — клиническая смерть, т. е. отсутствие дыхания и кровообращения.

Поражение человека электрическим током может произойти при прикосновениях: к токоведущим частям, находящимся под напряжением; отключенным токоведущим частям, на которых остался заряд или появилось напряжение в результате случайного включения; к металлическим нетоковедущим частям электроустановок после перехода на них напряжения с токоведущих частей. Кроме того, возможна электропоражение напряжением шага при нахождении человека в зоне растекания тока на землю, электрической дугой в установках с напря­жением более 1000 В; при приближении к частям, находящимся пой напряжением, на недопустимо малое расстояние, зависящее от значения высокого напряжения.

Характер и последствия поражения человека электрическим током зависят от ряда факторов, в том числе и от электрического сопротив­ления тела человека, величины и длительности протекания через него тока, рода и частоты тока, схемы включения человека в электрическую цепь, состояния окружающей среды и индивидуальных особенностей организма.

Электрическое сопротивление тела человека складывается из со­противления кожи и сопротивления внутренних тканей. Кожа, в основном верхний ее слой толщиной 0,2 мм, состоящий из мертвых ороговевших клеток, обладает большим сопротивлением, которое оп­ределяет общее сопротивление тела человека. При сухой, чистой и непов­режденной коже сопротивление тела человека составляет 200..Ом. При увлажненной и загрязненной коже сопротивление тела снижается до 300...500 Ом, т. е. до сопротивления внутренних органов. При расчетах сопротивление тела человека принимается равным 1000 Ом.

Сила тока, протекающего через тело человека, является главным фактором, от которого зависит исход поражения: чем больше сила тока, тем опаснее последствия. Человек начинает ощущать проходящий через него ток промышленной частоты 50 Гц относительно малого значения 0,5..Л,5 мА. Этот ток называется пороговым ощутимым током. Ток силой 10мА вызывает сильные и непроизвольные судороги мышц, которые человек не в состоянии преодолеть, т. е. он не может разжать руку, которой касается токоведущей части, отбросить от себя провод, оказываясь как бы прикованным к токоведущей части. Такой ток называется пороговым неотпускающим.

При силе тока 20...25 мА у человека происходит судорожное сокращение мышц грудной клетки, затрудняется и даже прекращается дыхание, что может привести к смерти вследствие прекращения работы легких.

Ток силой 100 мА является смертельно опасным, так как он в этом случае оказывает непосредственное влияние на мышцы сердца, вызы­вая его остановку или фибрилляцию (быстрые хаотические и разно­временные сокращения волокон сердечной мышцы), при которой сердце перестает работать.

Длительность протекания тока через тело человека определяет исход поражения им, так как с течением времени резко возрастает сила тока вследствие уменьшения сопротивления тела, и также потому, что в организме человека накапливаются отрицательные последствия воз­действия тока.

Род и частота тока также в значительной степени определяют степень поражения электрическим током. Наиболее опасен перемен­ный ток частотой 20...1000 Гц. При частоте меньше 20 Гц или более 1000 Гц опасность поражения током значительно снижается.

Состояние окружающей среды (температура, влажность, наличие пыли, паров кислот) влияет на сопротивление тела человека и сопротивление изоляции, что в конечном итоге определяет характер и последствия поражения электрическим током. С точки зрения состояния окружающей среды производственные помещения могут быть, сухие, влажные, сырые, особо сырые, жаркие, пыльные с токопроводящей и нетокопроводящей пылью, с химически активной или орга­нической средой. Во всех помещениях, кроме сухих, сопротивление тела человека уменьшается.

Согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) все производственные помещения по опасности поражения электрическим током разделяются на три категории.

1. Помещения с повышенной опасностью, характеризующиеся наличием одного из следующих факторов (признаков): сырости, когда относительная влажность превышает 75 %; высокой температуры воздуха, превышающей 35° С; токопроводящей пыли; токопроводящих полов; возможности одновременного прикосновения к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зда­ний, технологическим аппаратам, механизмам и т. п., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования — с другой.

2. Особо опасные помещения, характеризующиеся наличием одного из трех условий: особой сырости, когда относительная влажность воздуха ближе к 100 %; химически активной среды, когда содержащиеся пары или образующиеся отложения действуют разрушающе на изоляцию и токоведущие части оборудования; двух и боле признаков одновременно, свойственных помещениям с повышенной опасностью.

3. Помещения без повышенной опасности, характеризующиеся отсутствием признаков повышенной и особо опасности.

Опасность трехфазных электрических цепей с изолированной нейт­ралью. Провода электрических сетей по отношению к земле имеют емкость и активное сопротивление — сопротивление утечки, равное сумме сопротивлений изоляции путем тока на землю (рис. 3.13). Для упрощения анализа можно принять их равными, т. е. и .

При прикосновении человека к одному из фазных проводов (3.13 а) (однофазное сопротивление) исправной сети проводимость этого провода относительно земли уменьшается и происходит смещены нейтрали. Ток через человека в этом случае выражается зависимостью;

,

где — фазное напряжение сети; — сопротивление цепи человека; , где — сопротивление тела человека; — сопротивление одежды (0,5...1 кОм — для влажной ткани и 10кОм — для сухой); — сопротив-ление обуви (для влажной — 0,2...2 кОм, а для сухой — 25...5000 кОм); — сопро-тивление опорной поверхно­сти ног — пола или фунта (сопротивление сухих полов до-стигает 2 кОм, а влажных или пропитанных щелочами или кислотами — 4...50 Ом); сопротивление опорной поверхности ног на грунте зависит от удель­ного сопротивле-ния грунта и может быть определено по формулам: , если ступни расположе-ны рядом и — ступни ног расположены на расстоянии шага (где q — удель-ное сопротивление грунта, Ом×м); — угловая частота сети, f — частота тока для промышленных сетей равна 50 Гц.

Рис. 3.13. Опасность трехфазных электрических цепей с изолированной нейтралью

В случае коротких электрических сетей (при малых емкостях фазных проводов относительно земли С=0) выражение для тока через чело­века запишется так:

.

В кабельных сетях сопротивления утечки большие (), а емко­сти значительны. Тогда:

.

При двухфазном прикосновении (рис. 3.13, 6) человек попадает под линейное напряжение и ток через человека определяется выражением:

,

где — линейное напряжение сети: .

В аварийном режиме работы сети при наличии замыкания на одной из фаз на землю (рис. 3.13, в) ток, проходящий через человека, прикоснувшегося к исправной фазе, выразится зависимостью:

.

Если переходным сопротивлением & в месте замыкания на землю можно пренебречь по сравнению с сопротивлением цепи человека, ток через человека

где .

Таким образом, при прикосновении к одному фазному проводу сети с изолиро-ванной нейтралью в нормальном режиме ток через человека зависит от сопротивления утечки и емкости сети относительно земли. Замыкание одной из фаз на землю резко по-вышает опасность однофазного прикосновения, так как в этом случае человек попадает под напряжение, близкое к линейному. Наиболее опасным является двухфазное прикосновение.

Опасность трехфазных электрических сетей с заземленной нейт­ралью. Трехфазные сети с заземленной нейтралью обладают малым сопротивлением между нейтралью и землей (практически оно равно сопротивлению рабочего заземления нулевой точки трансформатора или генератора) (рис. 3.14). Напряжение любой фазы исправной сети, относительно земли равно фазному напряжению, и ток через человека. прикоснувшегося к одной из фаз (рис. 3.14, а), определится выражением:

,

где — сопротивление рабочего заземления нейтрали.

Пренебрегая сопротивлением рабочего заземления нейтрали ( Ом) по сравнению с сопротивлением цепи человека, можно записать:

При двухфазном прикосновении (рис. 3. 14, 6) человек попадает поя линейное напряжение как в сетях с изолированной нейтралью и ток через человека

В аварийном режиме (рис. 3. 14, в), когда одна из фаз сети замкнута на землю, происходит перераспределение напряжения и напряжения исправных фаз по отношению к земле отличны от фазного напряжения сети. Прикасаясь к исправной фазе, человек попадает под напряжение , которое больше фазного, но меньше линейного, и ток, проходящий через человека,

.

Рис. 3.14. Опасность трехфазных электрических цепей с заземленной нейтралью

Таким образом, прикосновение к исправной фазе при замыкании другой фазы на землю опаснее, чем прикосновение в фазе в нормальном режиме работы трехфазной сети с заземленной нейтралью, а наиболее опасно двухфазное прикосновение.

Анализируя различные случаи прикосновения человека к проводам трехфазных электрических сетей, можно сделать следующие выводы:

1) наименее опасным является однофазное прикосновение к про­воду исправной сети с изолированной нейтралью;

2) при замыкании одной из фаз на землю опасность однофазного прикосновения к исправной фазе больше, чем в исправной сети при любом режиме нейтрали;

3) наиболее опасным является двухфазное прикосновение при любом режиме нейтрали.

Режим нейтрали трехфазной сети выбирается по технологическим требованиям и по условиям безопасности. Согласно ПУЭ, при напря­жении выше 1000 В применяются две схемы: трехпроводные сети с изолированной нейтралью и трехпроводные сети с эффективно заземленной нейтралью, а при напряжении до 1000 В применяются трехпроводные сети с изолированной нейтралью и четырехпроводные сети с глухозаземленной нейтралью.

Опасность сетей однофазного тока. Однофазные сети могут быть изолированными от земли, иметь заземленный полюс или среднюю точку (рис. 3.15).

При однополюсном прикосновении к проводу изолированной сети человек оказывается «подключенным» к другому проводу через сопротивление утечки (рис. 3.15, а). Так как однофазные сети переменного тока имеют небольшую протяженность, емкостью проводов относительно земли можно пренебречь, а для сетей постоянного тока емкость не увеличивается, так как ток утечки через емкость равен нулю. Для упрощения выводов условимся, что сопротивления утечки обоих про­водов одинаковы, т. е.

.

Выражение для тока, протекающего через человека, полученное из эквивалентной схемы (рис. 3.15, б), имеет вид:

.

Прикосновение человека к незаземленному проводу сети с зазем­ленным полюсом (рис. 3.15, в) вызывает протекание тока

,

а так как , то можно записать, что

Прикосновение к исправному проводу при замыкании другого j провода на землю (рис. 3.15, г) вызывает ток через человека:

При прикосновении к одному из проводов сети с заземленной средней точкой (рис. 3.15, д) человек попадает под напряжение, равное половине напряжения сети:

где — сопротивление замыкания.

В случае прикосновения к двум проводам сети (рис. 3.15, е) человек попадает под напряжение сети и выражение для тока будет:

Анализируя эти выражения для токов, проходящих через человека при различных случаях прикосновения к однофазным сетям постоянного тока, можно сделать вывод, что наиболее опасно двухполюсное прикосновение при любом режиме сети относительно земли (изолированной, с заземленным полюсом или средней точкой), так как в этом случае ток, протекающий через человека, определяется только сопротивлением его тела. Наименее опасно однополюсное прикосновение к проводу изолированной сети в нормальном режиме работы.

Рис. 3.15. Опасность сетей однофазного тока:

а — схема прикосновения к проводу изолированной сети; б — эквивалентная схема; в — схема прикосновения к незаземленному проводу сети с заземленным полюсом; г — схема прикосновения к проводу неисправной сети; д — схема прикосновения к проводу сети с заземленной средней точкой; е — схема прикосновения к двум проводам сети

Рис. 3.16. Растекание тока в грунте (а); напряжение прикосновения (б) и напряжение шага (в)

Растекание тока в грунте. Схема растекания тока в фунте представ­лена на рис. 3.16, а. Замыкание тока происходит при повреждении изоляции и пробое фазы на корпус оборудования, при падении на землю провода под напряжением и по другим причинам. Растекание тока замыкания в фунте определяет характер распределения потенциалов на поверхности земли. Для упрощения анализа сделаем допуще­ния, что ток стекает в грунт через одиночный заземлитель полусфери­ческой формы (рис. 3.16, а), что грунт однородный и изотропный и что удельное сопротивление грунта r во много раз превышает удельное сопротивление материала заземлителя. Тогда плотность тока в точке А на расстоянии х выразится зависимостью:

,

где — ток, стекающий с заземлителя в грунт; — площадь поверхности полусферы радиусом х.

Падение напряжения в элементарном слое фунта толщиной dx выразится через напряженность поля Е и толщину этого слоя:

dU= Edx.

Напряженность поля определяется законом Ома в дифференциаль­ной форме .

Потенциал точки А (или напряжение в этой точке) равен падению напряжения от точки А до бесконечно удаленной точки с нулевым потенциалом. Поэтому

.

Обозначив , получим

.

Таким образом, потенциал на поверхности фунта распределяется по закону гиперболы.

Напряжение прикосновения (рис. 3.16, б) — это напряжение между двумя точками цепи тока замыкания на землю (корпус) при одновре­менном прикосновений к ним человека. Численно оно равно разности потенциалов корпуса и точек почвы, в которых находятся ноги человека (рис. 3.16, б), т. е.