Напряжение прикосновения: что это такое, особенности, меры защиты, расчет

Требования безопасности

По действующим нормам напряжение прикосновения не должно превышать 65 В, что считается безопасным значением при длительном (свыше трёх секунд) прикосновении. Потом допустимый порог растёт с падением интервала:

0,1 сек – 740 В.
0,2 сек – 370 В.

Когда эти требования не обеспечиваются, следует применять защитную спецодежду. Особенно опасным признан случай одновременного прикосновения к токонесущей части оборудования и заземлителю. При проведении профилактических (ремонтных) работ металлические конструкции, находящиеся под потенциалом грунта, стоящие ближе 2-х метров к обслуживаемому оборудованию, закрываются щитами, изолирующими плитами и пр.

Предосторожность на работе

При длительных утечках тока напряжение прикосновения заносится на металлические конструкции, непосредственно граничащие с заземлителем: трубы, заборы, лестницы и др. Как напряжение шага, оно быстро убывает с расстоянием, но безопасную зону нельзя однозначно начертить, многое зависит от свойств опасного участка, его проводимости.

Отдельные трубопроводы находятся под катодной защитой методом образования на них отрицательного относительно почвы потенциала. В таком случае участок однозначно изолирован от заземлителя и представляет повышенную опасность. Граница раздела обычно лежит на границе территории завода или здания. Визуально возможно определить по наличию изолирующего фланца в трубопроводе. При аварии рекомендуется по возможности быстро устранить источник опасности.

Как измерить напряжение прикосновения

Измерение НП проводят при помощи вольтметра и амперметра. Если нет возможности заземления одной точки с вторичной обмоткой, то устанавливают разделительный трансформатор и заземляют этот контакт повторно, то есть создают условия максимальной «опасности».

Вам это будет интересно Определение тока или напряжения в розетке

Расчеты проводят квалифицированные специалисты электролаборатории по тестированию установок. Перед измерениями проводники проверяются на постоянство тока, сопротивления и непрерывность проводки.

ИНП проводят при температуре не ниже +5 градусов. Электроустановка должна быть полностью смонтирована и подключена к действующей сети. Величина испытательного тока составляет 50% от номинального. При подключении современного измерительного прибора MI 3102H CL к необходимым частям электроустановки, производятся измерения.

Устройство для измерения

Важно! При превышении максимальной величины напряжения, проверяют сопротивление заземления. После всех проведенных процедур, результаты измерений оформляют в виде протокола

После всех проведенных процедур, результаты измерений оформляют в виде протокола.

Значения шагового напряжения

Из физических предпосылок возникновения такого эффекта становится понятным, что величина шагового напряжения зависит от величины удаления от заземлителя или упавшего провода, расстояния между ступнями ног.

При этом можно выделить следующие основные значения:

Максимальное — возникает в случаях, когда одна ступня находится на проводе или на грунте над заземлителем, а вторая на расстоянии 80–100 см. Это объясняется крутизной падения кривой графика зависимости потенциала от расстояния до точки заземления. Именно на этом участке разница потенциалов будет максимальной.
Минимальное значение возможно только при значительном удалении от точки контакта провода с землёй. В этой зоне уже не наблюдается рассеивание электрического тока, поэтому разница потенциалов не возникает при любой величине шага.
Нулевое значение характерно для тех ситуаций, когда ступни ног находятся на точках, для которых характерны одинаковые потенциалы. Такое становится возможным, если стать на элементы группового заземлителя или держать ступни практически вплотную.

Именно на этих данных и обоснованы правила выхода из зоны шагового напряжения, возникающей при аварийной ситуации. Практика показала, что придерживаться этих рекомендаций следует до тех пор, пока расстояния до центра зоне не превысит значение 20 м.

Также читайте: Знаки и плакаты электробезопасности используемые в электроустановках

Как посчитать напряжение прикосновения

Учебник Белявина по электробезопасности даёт неплохое представление, как правильно оценить напряжение прикосновения, когда одной точкой прохождения тока становится нога, а человек стоит на земле. Рассматривается случай возникновения потенциала от утечки тока короткого замыкания. Очевидно, что потенциал грунта убывает по экспоненте с увеличением расстояния до заземлителя. На расстоянии 20 метров от точки погружения в почву становится равным нулю.

Белявин предлагает рассматривать вопрос об опасности так, будто человек рукой взялся за точку заземлителя. Тогда наименьшая опасность (как ни странно) когда он и стоит рядом. Хотя шаговое напряжение при этом максимальное, нельзя далеко расставлять ноги, чтобы не получить смертельный удар. Действительно, потенциал проводника мало отличается от грунта, участок закорочен контуром заземления. В этом случае нужно немедленно отпустить конструкцию, находящуюся под током, «гусиным шагом» аккуратно покинуть место аварии.

Шаговое напряжение

Гораздо хуже ситуация смотрится, если человек стоит в полуметре или метре от точки погружения защитного или рабочего (нейтрали) нулевого проводника в грунт. Это опаснее, чем сделать шаг на аналогичное расстояние. Потому что сопротивление между рукой и металлом мало, а контуры ног соединены параллельно, что увеличивает опасность пробоя (не спасает и резиновая обувь). Но ещё хуже смотрится случай, когда кусок заземлителя проложен в воздухе параллельно земле, но не соприкасается с ней ни в одной точке, кроме той, где нулевой проводник входит в грунт. В последнем случае разница потенциалов высочайшая. Описание ситуации:

Человек стоит на земле в 20 метрах от входа заземлителя в грунт. Здесь потенциал, создаваемый растекающимся током, уже равен нулю.
По случайности или недосмотру конструкция, идущая параллельно земле на диэлектрических опорах (трубопровод, изгородь) с малым электрическим сопротивлением (металл), оказалась соединённой с точкой входа нулевого проводника в грунт и находится за 20 метров от неё.
Человек стоит на земле, взялся рукой за железо по п. 2. Немедленно оказывается под фазным напряжением сети. 220 В не смогут пробить подошву обуви, если стоять босиком, либо случайно опереться второй рукой на грунт, напряжение прикосновения окажется максимальным из возможных вариантов и чрезвычайно опасным (характеристика по траектории тока в зависимости от урона приведена в заключение обзора Шаговое напряжение).

Итак, урон наименьший, если человек стоит в точке заземлителя

При этом шаговое напряжение максимальное, удаляться от источника нужно осторожно. В точке на расстоянии 20 метров допустимо ходить свободно, но если случайно взяться за проводник, по п

2, последствия предвидятся тяжелейшие.

Скептики скажут, что в вышеописанной ситуации не учтён факт деления напряжения между сопротивления нулевого проводника, лежащего выше и ниже грунта. В действительности все учтено. Сопротивление железа (тем более, меди) намного ниже сопротивления заземлителя (работа выхода электронов с поверхности контура в почву). Последний параметр прямо пропорцинонален сопротивлению грунта, и обратно – геометрическим размерам контура.

Пути снижения опасности

ГОСТ 12.1.038-82 (2001) от 01.03 2020 г. является основным нормативным документом, на который ориентируются при принятии необходимых мер. Этот ГОСТ рассматривает нормы максимально возможных значений напряжения прикосновения.

Единица измерения силы тока

Чтобы обеспечить электрическую безопасность для людей, применяют следующие шаги:

монтаж защитных заземляющих устройств;
зануление рабочего оборудования;
монтаж систем уравнивания потенциалов (ОСУП);
ограждение и установка защитных щитов на оборудование, находящееся под напряжением;
применение в работе пониженного напряжения в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных;
обеспечение персонала предметами коллективной и индивидуальной защиты: изолированным электроинструментом и диэлектрическими средствами;
использование устройств защитного отключения (УЗО) и сигнализации.

Заземляющие устройства предназначены для защиты от короткого замыкания фазы на корпус. Они монтируются для уменьшения напряжения между землёй и токоведущими частями электроустановок.

Важно! Обязательному заземлению подлежат все металлические части установок, двигателей, щиты, пульты, металлические корпуса электроинструмента и иные доступные прикосновению элементы, способные проводить ток. Для защиты от постороннего напряжения в местах, где подключение к контуру заземления невозможно, применяется зануление

С помощью отдельного проводника корпус устройства соединяется с заземлённым нулём. При попадании на него фазы через этот проводник срабатывает устройство защиты от КЗ

Для защиты от постороннего напряжения в местах, где подключение к контуру заземления невозможно, применяется зануление. С помощью отдельного проводника корпус устройства соединяется с заземлённым нулём. При попадании на него фазы через этот проводник срабатывает устройство защиты от КЗ.

В производственных и бытовых помещениях для снижения опасности поражения людей электрическим током оборудуются системы уравнивания потенциалов (СУП). Они бывают основные (ОСУП) и дополнительные (ДОСУП). Основная система является самостоятельной и обеспечивает уравнивание потенциалов на доступных металлических поверхностях оборудования. ДОСУП осуществляет дополнительные меры по снижению уровня разности потенциалов в частных случаях.

Выполнение защитных ограждений и установка щитов защищают человека от случайного контакта с токоведущими частями. В виде дополнительных мер на ограждения вывешиваются предупреждающие плакаты.

В местах с повышенной опасностью и особо опасных работы могут производиться только с электроинструментом, напряжение питания которого не выше 42 В. Для этого используют понижающие трансформаторы.

Информация. К помещениям с повышенной опасностью относятся такие, где присутствуют: химически агрессивная среда, повышенная влажность (более 70%), повышенная температура (выше 500С), доступность контакта с металлическими частями или бетонные полы.

К средствам коллективной и индивидуальной защиты (СИЗ) относятся: диэлектрические коврики и подставки, боты, галоши, перчатки и инструмент с изолирующими рукоятками. Применение подобных защитных комплектов уменьшает опасность напряжения прикосновения.

УЗО – устройства защитного отключения, смонтированные в квартире, позволяют контролировать возникновение утечек тока и опасного вольтажа в местах с повышенной опасностью (кухня, ванная комната). При появлении опасных величин устройство отключает подачу электроэнергии до устранения причины их возникновения.

Способ снижения угрозы поражения электричеством

Описание принципа работы измерительного прибора ЭК0200:

В основу работы измерительного прибора ЭК0200

положено измерение реального тока короткого замыкания и напряжения прикосновения блоком измерения во время короткого замыкания, осуществляемого блоком короткозамыкателя с ограничением времени замыкания. Однофазное короткое замыкание производится с помощью тиристора. При замыкании цепи «фаза-нуль» происходят переходные процессы. При однополярном коротком замыкании происходит намагничивание проводников.

Для исключения погрешности от переходных процессов и намагничивания измерения производятся в два такта с чередованием направления тока короткого замыкания.

Во время первого такта тиристор включается в максимуме отрицательного полупериода напряжения сети (270 электрических градусов) и определяется продолжительность протекания тока через тиристор и сдвиг фаз между током и напряжением в цепи «Фаза-нуль». Во втором такте производится включение тиристора с учетом фазы, определенной в первом такте и в противоположной полярности, что приводит к отстутствию переходного процесса и подмагничивания стальных труб, если проводники расположены в трубах.

В последующих измерениях проводят действия, описанные во втором такте с чередованием направления протекания тока при коротком замыкании.

В случае , когда порядок тока короткого замыкания цепи «фаза-нуль» не известен, измерения необходимо начинать с ограничивающим резистором, то есть фазу объекта подключить к зажиму «ФАЗА Rогр». Если результат измерения тока короткого замыкания превысит значение 535 ампер, то производить измерения прибором ЭК0200

без ограничивающего резистора нельзя, так как значение тока короткого замыкания превышает максимально допустимую величину.

Измерение напряжения прикосновения и шага

Назначение замеров

Шаговым называется напряжение между 2-мя соседними точками цепи, лежащими на расстоянии, приблизительно равном усредненной длине шага (0,8м). При этом наибольшим потенциалом обладают именно участки соприкосновения самих проводников с полом или землей. По ходу отдаления потенциал поверхности будет уменьшаться, т.к. увеличение сечения проводника пропорционально полному квадрату радиуса, на расстояниях около 18-25м может условно приравниваться к 0. Прямая опасность шагового напряжения существенно возрастает при увеличении площади опоры. При падении ток будет проходить не только через ноги, но и через все остальное тело, с ростом повреждений.

Напряжением прикосновения принято называть напряжение между 2-мя соседними точками цепи, к которым можно прикоснуться одновременно. Риск от прямого прикосновения рассчитывается с учетом максимальных величин тока, проходящего через тело. Кроме всего прочего, величина замеряемого напряжения зависит от:

схемы замеряемой цепи;
нейтрали и её исполнения (может быть заземленной или изолированной);
реализации изоляции токопроводящих элементов;
величины емкостей токопроводящих элементов.

Измерение и расчет напряжений прикосновения и шага необходимы для всесторонней оценки безопасности рабочего состава. Без проведения исследований невозможно грамотно реализовать защиту оборудования при перепадах напряжения.

Нормы и методика проведения испытаний

Нормативная документация предписывает проводить данный тип измерения в помещениях, в которых реализуется выравнивание потенциалов (электроустановки со значительным током при замыкании на землю), в помещениях с большой протяженностью металлического или любого другого токопроводящего оборудования, на котором пробой изоляции грозит появлением потенциалов.

Измерять напряжение прикосновения настоятельно рекомендуется в следующих случаях:

при отсутствии возможности отключения заземления на время проведения замеров;
при высоком риске пробоев на землю в небольшой удаленности от тестируемого заземления или около оборудования, подключенного к данному заземлению;
если контур оборудования, соприкасающийся с землей, несущественно отличается от размеров проверяемого заземления.

Для замеров напряжений прикосновения и шага используется различное измерительное оборудование. Приборы также отслеживают правильность подключения установок и подают сигнал при наличии ошибок.

Нормы величин напряжений зависят от типа и свойств критического режима:

однофазное замыкание частей под напряжением на землю в сетях до 1кВ;
замыкание элементов установок на землю от высшего напряжения подстанции 6-10кВ/0,4;
замыкание на землю в сетях с напряжением 6-35 кВ;
однофазное замыкание на корпус в сетях до 1кВ;
замыкание на землю от высшего напряжения с глубоким вводом при напряжении в 110кВ;
замыкание на землю в сетях с напряжением 110 кВ с глубоким вводом;

В зависимости от конкретного режима рассчитывается не только допустимая величина напряжения, но также максимальная длительность воздействия и суммарное время срабатывания для элементов систем защиты.

Измерение напряжений (шага, прикосновений) дает возможность разработать полный комплекс мер по предотвращению несчастных случаев для любого нетипичного режима работы оборудования, реализовать план рабочего и эксплуатационного процессов согласно со всеми нормами электробезопасности.

Меры защиты

Помимо спецодежды присутствуют конструктивные соображения. Чтобы уменьшить напряжение шага и прикосновения, уравниваются потенциалы. Это достигается вводом заземлителя в почву в нескольких точках. Обычно по периметру определённой формы. Получается, во всех местах входа потенциал равен, и напряжение прикосновения выше всего за пределами указанной линии. Внутри остаётся опасность, обусловленная псевдослучайными процессами, но намного ниже, чем при одинарном контуре.

Форма периметра зависит от имеющихся на местности условий: линия, если так повышается безопасность передвижения, либо сетка, квадрат, шестиугольник и пр. Если брать европейские стандарты, встречается конструкция подземного контура заземлителя в виде гребёнки. Это сделано для снижения тока растекания: движущиеся заряды приходятся на больший периметр, что закономерно снижает разницу потенциалов (по закону Ома для участка цепи). Аналогичная идея использована и в указанном выше случае. Чем протяжённое периметр, тем меньше напряжение прикосновения.

Итак, конструкция заземлителя играет большую роль в защите от опасности персонала и случайных прохожих. В частности, территория предприятия обнаруживает скопление случайных заземлителей, объединённых в единую цепь. Включая контур громоотвода. Все это делается с целью уменьшения опасности на случай аварии

Продолжим акцентировать внимание: рассматриваются именно случаи утечки. В прочих ситуациях ток через защитный и рабочий нулевой проводник весьма мал. Это достигается как исправностью изоляции, так и равномерной нагрузкой по всем фазам

Это достигается как исправностью изоляции, так и равномерной нагрузкой по всем фазам.

Одиночное заземление

Это простейший вид заземления оборудования, при котором не нужно сооружать специальный контур. Тем не менее, очень эффективный защитный компонент, позволяющий обеспечить срабатывание защитного отключения и «зашунтировать» попавшего под напряжение человека.

Одиночное защитное заземление включает в себя:

заземляющий электрод длиной 2500 мм – угловую сталь 50*50*0,5 мм или трубу диаметром не менее 4 мм;
заземляющий проводник – стальная проволока «катанка» диаметром не менее 0,8 мм на улице и 0,6 внутри помещения или стальная полоса шириной 25 мм и толщиной 0,5 мм;
место подключения заземляющего проводника – болт для присоединения на корпусе электроустановки.

В качестве заземляющего проводника внутри помещения допустимо использовать гибкий многожильный медный провод жёлто-зелёной окраски, сечением не менее 2,5 мм. Все соединения выполняются при помощи электросварки. Швы имеют длину не менее 10-15 мм. Места сварки и металлические части заземления (кроме вбитого в землю электрода) окрашиваются чёрной краской для защиты от коррозии.

Важно! Минимальное сопротивление заземления для сети 220 В должно быть не более 8 Ом, для трёхфазной линии на 380 В минимальное значение R ≤ 4 Ом. Заземлитель забивается или закапывается в грунт так, чтобы его верхняя часть была ниже уровня земли на 0,4-0,5 м

Заземлитель забивается или закапывается в грунт так, чтобы его верхняя часть была ниже уровня земли на 0,4-0,5 м.

Групповое заземление

Из одиночных заземлителей формируют заземляющий контур. Их располагают в один ряд или в виде геометрической фигуры для уменьшения общего сопротивления конструкции. Предварительно делаются расчеты, в результате которых выявляют необходимое количество элементов в контуре.

Информация. Расстояние между соседними электродами в контуре выдерживают равным длине электрода. Это обусловлено тем, что максимальная эффективность одиночного заземлителя (90%) достигается зоной его действия. В зону входят все равноудалённые от него точки на расстоянии его длины. Зоны действия ближайших заземлителей не должны пересекаться.

Контур заземления

Способы измерения

Измерения производятся выездной бригадой специальной лаборатории, имеющей лицензию на выполнение подобных замеров. Измеряются рабочие и нерабочие места. Измерения проводятся при температуре окружающей среды 5-400С и влажности воздуха 35-80%.

Измерительная схема на рабочем месте

Внимание! Рабочим местом называется зона действия оперативного персонала в рамках штатного рабочего процесса. Нерабочим местом называется зона, где могут находиться люди, не выполняющие служебные обязанности по работам в электроустановках

Перед производством измерений отсоединяют от щита нулевой проводник для предварительного замера сопротивления заземляющего контура. Далее при сборке схемы измерения один выход прибора присоединяют к шине защитного заземления, второй – к токовому электроду. Выдерживая расстояние более 25 м от заземлителя, забивают штырь в грунт и устанавливают пластину, на которую укладывают нагрузку 50 кг. Это имитация ноги человека. Грунт под пластиной увлажняется. Вольтметр V контролирует напряжение прикосновения, сопротивление R = 1 кОм является эквивалентом сопротивления человеческого тела.

Выполняя измерения на нерабочих местах, вывод прибора Т2 необходимо подключать к точке заземления корпуса оборудования, расположенного поблизости.

Размещение токового электрода должно быть выполнено так, чтобы искусственное воспроизведение цепи замыкания на землю фазного напряжения было как можно точнее.

Ещё один способ измерения – схема с использованием вольтметра и амперметра.

Первый тестирует напряжение касания, второй показывает величину тока, протекающую через заземлитель. Источником питания измерительной цепи является трансформатор с выходным напряжением 500 В и номинальной мощностью от 100 кВа.

Тестирование при помощи амперметра и вольтметра

Безопасно ли напряжение прикосновения

Разность потенциалов, образовавшаяся в результате различных причин, достигает порой нескольких сотен вольт. В пояснение можно привести пример, когда человек дотрагивается до заземлённой части оборудования, по каким-то причинам вдруг оказавшейся под напряжением. Один из потенциалов (ϕ1) прикладывается к ногам, второй (ϕ2) – в месте прикасания к оборудованию. Значение напряжения прикосновения будет равно:

Задача и особенности заземления трансформаторов.

U = ϕ1 – ϕ2.

При малых полученных значениях вреда для здоровья не будет. Однако при удалении от места заземления оборудования в этом случае значение U будет расти и достигнет максимума там, где область растекания электричества от этой точки заземления закончится.

Присутствие в области растекания тока при касании проводом земли опасно поражением человека шаговым напряжением. В случае неприятных ощущений при попытке шагнуть необходимо уменьшить расстояние шага до минимума. Выбраться из опасной зоны можно либо, прыгая на одной ноге, либо идти, не отрывая подошв от поверхности земли и ставить ступни ног как можно ближе одна к другой.

Внимание! Напряжение прикосновения выше 42 В переменного тока опасно для жизни и здоровья человека. Если постоянное электричество достигает величины 120 В и более, прикосновение к нему также представляет существенную угрозу здоровью

Нарушение изоляции кабелей или проводов, находящихся под напряжением, и одновременное касание тела человека заземлённых металлических конструкций и участка с повреждённой изоляцией приведут к электротравме.

Опасность напряжения прикосновения