Novinky v elektrotechnice ELEKTRICKÁ BEZPEČNOST – REALIZOVANÁ NUTNOST

V minulém čísle našeho časopisu jsme zahájili rozhovor o základech elektrické bezpečnosti ve světle moderních požadavků. Byly zvažovány typy působení elektrického proudu na lidské tělo a první dvě možná schémata pro zařazení osoby do proudového obvodu: bipolární a unipolární kontakt. Nyní budeme hovořit o následujících typických vzorcích elektrického šoku.

ZBYTKOVÝ POPLATEK
Schéma připojení osoby k obvodu
Zbytkový náboj se týká náboje na kondenzátoru, který zůstává po nějakou dobu po odpojení zdroje energie. Obvod pro připojení osoby k elektrickému obvodu se vytvoří, když se dotkne jednoho z vinutí kondenzátoru.

Podmínky pro tvorbu řetězců
Každá síť nebo zařízení má kapacitu vzhledem k zemi (pouzdro) a mezi póly (fáze).
Pokud je izolační odpor vysoký, pak po odstranění provozního napětí nebo po měření megohmetrem může potenciál na součástech vedoucích proud, způsobený zbytkovým nábojem kapacity, dlouho zůstat. Když se člověk dotkne živé části, dojde k přechodnému procesu vybití kapacit jeho tělem.
Procesy podobné těm, které jsou uvedeny, se vyskytují také při práci v obvodech s indukčnostmi. Podle Pravidel pro provoz elektroinstalací je tedy nutné každoročně odpojovat výkonové transformátory a sledovat ohmický odpor jejich vinutí.
Přenosné ohmmetry obvykle používají zdroje stejnosměrného napětí 4-6 V Při odpojení ohmmetru např. od nízkonapěťového vinutí při vybíjení jeho indukčnosti se proudový impuls transformuje do vysokonapěťového vinutí. Pokud se v tomto okamžiku člověk dotkne jeho pólu, pak je sekundární trauma nevyhnutelné.

Možné důsledky zbytkového náboje
Uvažujme toto schéma úrazu elektrickým proudem pomocí jednofázové sítě jako příklad.

Označení na diagramu: Rh je odpor lidského těla, R a R2, C a C2 jsou ekvivalentní izolační odpor a kapacita pólů vůči zemi, C12 je ekvivalentní kapacita mezi póly (včetně kondenzátorů usměrňovacích filtrů), U0 je zbytkové napětí.
Akceptujeme (R,,R2) > Rh, což je legitimní, protože při nízkých hodnotách izolačního odporu zbytkový náboj rychle mizí a síť se z hlediska možnosti úrazu elektrickým proudem pro člověka stává bezpečnou.
Schéma výpočtu zjednodušíme rozdělením kapacity C12 na dvě sériově zapojené kapacity s hodnotou 2 C12 každá (obr. b). Výsledné schéma výpočtu (obr. c) nám umožňuje určit vybíjecí proud kondenzátoru C, + 2 C12 přes odpor Rh při počátečním napětí 11^2 pomocí známého vzorce:
lh = U0exP(-t/Rh(Cl + 2C12))/2Rh.
Maximální hodnota proudu lh je tedy určena velikostí zbytkového napětí U0 a odporem lidského těla a doba trvání přechodového děje závisí na velikosti kapacity vůči zemi a mezi póly sítě.
Častým výsledkem zbytkového náboje je sekundární zranění.

Ochranná opatření
Ze vzorce pro lh vyplývá jedno ze základních bezpečnostních pravidel: Po odpojení provozního napětí se nedotýkejte částí pod proudem, aniž byste nejprve vybili nádoby.
Pro vybití kondenzátorů připojte jiskřiště (sondu) k uzemněné konstrukci (části) a poté se sondou dotkněte části vedoucí proud.
Zadaný sled operací nelze změnit, protože v tomto případě bude vybíjecí proud procházet lidským tělem.

VYVOLANÝ POPLATEK
Schéma připojení osoby k obvodu
V tomto režimu se člověk dotýká kovového bezproudového předmětu (konstrukce) umístěného v zóně vnějšího elektromagnetického pole.
Podmínky pro tvorbu řetězců
Podmínky pro vznik indukovaných nábojů jsou různé. Indukované náboje se tvoří na hromadných kovových předmětech umístěných v oblasti působení elektromagnetických polí. Vlivem vnějšího pole se na povrchu vodivého předmětu vytvoří rozložení nábojů tak, že celkové pole uvnitř vodiče je rovné nule. Relaxační doba elektrických nábojů v kovech je 10-18 – 10-16 s, proto rovnovážné rozložení nábojů na kovových tělesech prakticky bez setrvačnosti reprodukuje změny ve vnějším poli. Indukční vektor vnějšího pole váže náboj určitého znaménka. Stejný náboj opačného znaménka se uvolní a způsobí vznik nenulového potenciálu v celém nenabitém těle. Když vnější pole zmizí, indukované náboje se navzájem vyruší.
V lineárních kovových předmětech umístěných v zóně vysokofrekvenčního elektromagnetického pole vzniká podle zákona elektromagnetické indukce elektromotorická síla, jejíž hodnota může dosahovat 1000 V. Indukovaný náboj vzniká i vlivem parazitních kapacitních spojů.
Možné důsledky vystavení indukovanému náboji
Formy projevu indukovaných nábojů jsou velmi rozmanité. Nebezpečné následky zahrnují sekundární zranění, popáleniny jiskrovým (obloukovým) výbojem a požár při vznícení paliva.
Příklad 1: V blízkosti vysílací antény výkonné radiostanice je umístěn stavební jeřáb. Jeřábový hák, kabel a zemní plocha (kolejnice) tvoří cívku umístěnou ve vysokofrekvenčním elektromagnetickém poli.
V závislosti na vysílací frekvenci a úhlu mezi rovinou této smyčky a směrem k anténě se potenciál háku vůči zemi (v místě přetržení smyčky) pohyboval v rozmezí 10-1200 V. Výsledkem bylo sekundární poranění elektrickým proudem při dotyku kabelu zajišťujícího náklad (nebo háku), jiskření při dotyku háku s uzemněnými kovovými předměty.
Příklad 2:
Při instalaci elektroinstalace jsou v elektrických kabelech zajištěny náhradní žíly. Když se kapacity pracovních vodičů (fází) vůči zemi navzájem nerovnají, vzniká na odpojených náhradních vodičích indukovaný náboj, jehož potenciál vůči zemi může při napětí 150 V v hlavní síti dosáhnout 380 V.

NABÍJENÍ STATICKÉ ELEKTRICKÉ ENERGIE
Schéma připojení osoby k obvodu
V tomto režimu se člověk dotýká kovového předmětu izolovaného od země nebo konstrukce z izolačního materiálu, který nese náboj statické elektřiny. Je také možné přijít do kontaktu s uzemněnou kovovou konstrukcí, když je člověk na podlaze z izolačního materiálu a nese náboj statické elektřiny.
Podmínky pro tvorbu řetězců
Náboje statické elektřiny vznikají pohybem (třením) pevných, kapalných nebo plynných dielektrik vzhledem k jiným vodivým nebo nevodivým materiálům.
Možné následky statické elektřiny
Možnost tvorby nábojů statické elektřiny se výrazně zvýšila s rozšířeným používáním plastových materiálů (potrubí, podlahové krytiny atd.), které mají vysokou odolnost.
Poplatky za statickou elektřinu generují vysoký potenciál. Při čerpání paliva, například při nalévání benzínu do nádrže automobilu, tak mosazný hrot pryžové hadice dostává náboj Qst. Jeho potenciál vůči zemi (nebo nádrži) bude Ust = Qst/C = 1,5 ± 14 kV v závislosti na rychlosti čerpání (zde C je kapacita špičky vůči zemi nebo nádrži – nekonečně malá hodnota). Když se člověk dotkne takto nabitého předmětu, může dojít k sekundárnímu poranění nebo jiskření.
Lidské tělo vzhledem k Zemi má kapacitu asi 200 pF. Pokud je na izolační podlaze (linoleum), pak se na ní může v důsledku tření oděvu o kůži nahromadit náboj o energii až 0,43 mJ. Z toho ze známého výrazu pro energii nabitého kondenzátoru získáme, že hodnota potenciálu tělesa vůči zemi přesahuje 500 V; Pokud se člověk dotkne uzemněného kovového předmětu (radiátor topení, skříňka s pracovním oděvem apod.), ucítí elektrický šok (výbojový proud vlastní kapacity).
Takové náboje představují největší nebezpečí pro prvky mikroobvodů při montáži desky s plošnými spoji. Obvykle, aby se zabránilo jejich rozpadu, je hrot páječky uzemněn nebo se na ruku instalátora nasadí uzemněný náramek; Nejúčinnějším opatřením je povinná výměna oblečení za bavlnu, která eliminuje možnost vzniku elektrostatického náboje.
Hlavní typy výbojů statické elektřiny:
a) výboje mezi vodivými tělesy – vznikají v důsledku elektrifikace a nahromadění náboje na izolovaných vodivých tělesech (lidé, kovové nádoby na kapaliny a sypké materiály, vozidla s pryžovými pneumatikami, lodní hřídele na lodích atd.);
b) výboje z nabitého dielektrika na vodivé konstrukce (gumové nebo plastové nádrže; sudy a kanystry pro skladování a přepravu ropných produktů a sypkých materiálů; dielektrická potrubí, kterými se tyto materiály pohybují atd.);
c) koróna dielektrik – výboj způsobený rozdílem potenciálů mezi vnitřním a vnějším povrchem konstrukce (potrubí pro dopravu kapalných a sypkých materiálů, pneumatická dopravní potrubí);
d) výboje v kluzné dráze – vznikají při procesu elektrifikace pevných povrchů třením.
Ochranná opatření
Ochrana je zajištěna vytvořením obvodů pro odstranění nábojů statické elektřiny (uzemnění kovových konstrukcí, snížení ohmického odporu izolačních materiálů vnášením vodivých nečistot do nich, periodické polévání izolačních konstrukcí vodivými kapalinami atd.).
Příklad: Při odmašťování kovových dílů došlo k požáru elektrickým výbojem za podmínek, kdy, zdá se, byla dodržena všechna opatření ochrany před statickou elektřinou. Benzínová lázeň je uzemněna. Podlahy v místnosti a boty pracovníků měly elektrickou vodivost, která vyhovovala regulačním požadavkům. Když však byly kovové části ponořeny do vany, došlo k požáru. Důvodem bylo vypouštění oděvů, protože vlněné oděvy byly kombinovány s oděvy z viskózového hedvábí, což je nepřijatelné.

KROKOVÉ NAPĚTÍ
Schéma připojení osoby k obvodu
Člověk je vystaven působení skokového napětí v zóně šíření proudu, tedy na povrchu země v blízkosti místa zemního spojení. Podmínky pro tvorbu řetězců
V současné zóně šíření jsou v souladu s výrazem j(x) = k/x potenciály všech bodů na zemském povrchu různé.

Krokové napětí je rozdíl potenciálů mezi dvěma body na zemském povrchu, kde se člověk nachází, a ve výpočtech se bere šířka kroku rovna a = 0,8 m.
Možné důsledky působení krokového napětí
Krokové napětí závisí na dvou hlavních faktorech – maximální potenciál v zóně šíření proudu j poté, co se osoba vzdálila od bodu zkratu (x).

V nejvzdálenějších bodech zóny šíření proudu je krokové napětí malé a proud lidským tělem Ih = Uш/Rh teče po dráze „noha-noha“. Když se napětí Uш zvyšuje, když se osoba přiblíží ke zkratu, proud se zvyšuje a může nakonec dosáhnout hodnoty prahového nespouštěcího proudu; v důsledku křečovité reakce osoba spadne a velikost „kroku“ se zvětší (vzdálenost se změní na „paže-nohy“) s odpovídajícím zvýšením hodnoty Uш a oblast srdce je zahrnuta do aktuální dráhy. K smrtelnému výsledku tedy může dojít bez zjevných vnějších důvodů.
Příklad: „Silnější než oheň“ (Pravda, 23. srpna 1987).
Okolnosti jsou následující: sklízecí mlátička Kolos se výfukovým potrubím dotkla prověšeného elektrického vedení a utrhla ho. Jiskry zapálily posečené řádky pšenice a oheň ohrožoval kombajn. Nikolaj to spěchal uhasit. “Vrhl se jako voják do útoku a padl, jako by ho pokosila kulka.” Nápis na náhrobku zní: „Nikolaj Vasiljevič Barsukov. 1953-1987. Zemřel v boji o chleba.”

ELEKTRICKÉ PORUCHY VZDUCHOVÉ MEZERY
Schéma připojení osoby k obvodu
Tento vzor elektrického šoku je typický pro vysokonapěťové obvody.
V rovnoměrném elektrickém poli (například mezi deskami plochého kondenzátoru) je elektrická pevnost vzduchové mezery 3-4 kV/mm v závislosti na vlhkosti vzduchu.
To znamená, že k elektrickému průrazu vzduchové mezery o velikosti 1 mm dochází při napětí 3-4 kV mezi deskami kondenzátoru.
Když se člověk jednou nebo druhou částí těla přiblíží k části s vysokým napětím, která vede proud, vytvoří se ve vzduchové mezeře také elektrické pole, ale toto pole je nerovnoměrné, jako jehla nebo jehla. Elektrická pevnost vzduchové mezery v nerovnoměrném poli je výrazně nižší, může klesnout až na hodnotu 4 kV/cm.
Podmínky pro tvorbu řetězců Nechte člověka vstoupit do transformátorové kabiny 6/0,38 kV a přiblížit prst k živé části, která je pod potenciálem 6 kV.
Potenciál lidského těla je roven potenciálu země (nula), proto je potenciálový rozdíl ve vzduchové mezeře „prst – část vedoucí proud“ 6 kV. Při tomto napětí dochází k elektrickému průrazu vzduchové mezery a vzniká obloukový výboj. Za nepříznivých podmínek, kdy není přerušen proudový okruh, tepelné poškození končí biologickým elektrickým výbojem.
Možné následky elektrického průrazu vzduchové mezery
Obloukový výboj (popálení obloukem) ničí kůži, svaly a kostní tkáň.
Ochranná opatření
Ochrana osob před nebezpečím daného režimu je dosažena zajištěním nepřístupnosti živých částí zařízení.