Wie wird das Verletzungsrisiko einer Person durch den Strom einer Elektroinstallation in Stromnetzen unterschiedlicher Konfiguration eingeschätzt?

Die Kenntnis der in elektrischen Anlagen ablaufenden Prozesse ermöglicht es Energietechnikern, Geräte mit jeder Spannung und Stromart sicher zu betreiben sowie Reparaturarbeiten und Wartung elektrischer Anlagen durchzuführen.

Um Fälle von Stromschlägen in einer elektrischen Anlage zu vermeiden, sind die in dieser Anleitung enthaltenen Informationen zu beachten PUE, PTB und PTE – die wichtigsten Dokumente, die von den besten Spezialisten auf der Grundlage der Analyse von Unfällen mit Verletzungen von Personen durch gefährliche Faktoren beim Betrieb elektrischer Energie erstellt wurden.

Umstände und Gründe dafür, dass eine Person elektrischem Strom ausgesetzt wird

Die Sicherheitsleitfäden unterscheiden drei Gruppen von Ursachen, die den Stromschlag von Arbeitnehmern erklären:

1. absichtliche, unbeabsichtigte Annäherung an unter Spannung stehende Teile in geringerem Sicherheitsabstand oder deren Berührung;

2. Entstehung und Entwicklung von Notfallsituationen;

3.Verstoß gegen die Anforderungen der Handbücher, die die Verhaltensregeln für Arbeitnehmer in bestehenden Elektroanlagen vorschreiben.

Die Beurteilung der Verletzungsgefahr einer Person besteht darin, durch Berechnungen die Stärke der Ströme zu bestimmen, die durch den Körper des Opfers fließen. Gleichzeitig müssen viele Situationen berücksichtigt werden, in denen es zu Kontakten an beliebigen Stellen einer Elektroinstallation kommen kann. Darüber hinaus variiert die an sie angelegte Spannung aus vielen Gründen, einschließlich der Bedingungen und Betriebsarten des Stromkreises sowie seiner Energieeigenschaften.

Bedingungen für Personenschäden durch elektrischen Strom

Damit Strom durch den Körper des Opfers fließen kann, ist es notwendig, einen Stromkreis zu erstellen, indem mindestens zwei Punkte des Stromkreises verbunden werden, an denen eine Potentialdifferenz – Spannung – besteht. Bei elektrischen Geräten können folgende Zustände auftreten:

1. Gleichzeitige zweiphasige oder zweipolige Berührung verschiedener Pole (Phasen);

2. einphasiger oder einpoliger Kontakt mit dem Stromkreispotential, wenn eine Person eine direkte galvanische Verbindung mit dem Erdpotential hat;

3. unbeabsichtigtes Berühren leitender Elemente der elektrischen Anlage, die infolge des Unfallgeschehens unter Spannung standen;

4. Unter Einwirkung der Stufenspannung fallen, wenn zwischen den Punkten, an denen sich gleichzeitig die Beine oder andere Körperteile befinden, eine Potentialdifferenz entsteht.

In diesem Fall kann es zu einem elektrischen Kontakt des Opfers mit dem stromführenden Teil der Elektroinstallation kommen, der von der PUE als Berührung gewertet wird:

1. direkt;

2. oder indirekt.

Im ersten Fall entsteht es durch direkten Kontakt mit einem unter Spannung stehenden spannungsführenden Teil, im zweiten Fall durch Berühren nicht isolierter Elemente des Stromkreises, wenn im Falle eines Unfalls ein gefährliches Potenzial durch sie hindurchgegangen ist.

Um die Bedingungen für den sicheren Betrieb einer Elektroanlage zu ermitteln und einen Arbeitsplatz für die dort arbeitenden Arbeitnehmer vorzubereiten, ist es erforderlich:

1. die Fälle einer möglichen Schaffung von Wegen für den Stromfluss durch den Körper des Servicepersonals zu analysieren;

2. vergleicht seinen maximal möglichen Wert mit den aktuellen minimal zulässigen Standards;

3. entscheidet über die Umsetzung von Maßnahmen zur Gewährleistung der elektrischen Sicherheit.

Merkmale der Analyse der Verletzungsbedingungen von Personen in elektrischen Anlagen

Um die Stärke des Stroms abzuschätzen, der in einem Netz mit Gleich- oder Wechselspannung durch den Körper des Opfers fließt, werden folgende Bezeichnungsarten verwendet:

1. Widerstände:

• Rh – im menschlichen Körper;

• R0 – für Erdungsgerät;

Ris – Isolierschicht relativ zur Erdkontur;

2. Strömungen:

Ih – durch den menschlichen Körper;

Iz – Kurzschluss zur Erdschleife;

3. betont;

Uc – Stromkreise mit konstantem oder einphasigem Wechselstrom;

Ul – linear;

Uf – Phase;

Upr – Berührungen;

Ohr - Schritte.

In diesem Fall sind folgende typische Schemata zum Anschluss des Opfers an die Spannungskreise in den Netzen möglich:

1. Gleichstrom bei:

• einpoliger Kontakt eines Drahtkontaktes mit einem vom Erdkreis isolierten Potential;

• unipolarer Kontakt des Stromkreispotentials mit einem geerdeten Pol;

• bipolarer Kontakt;

2. Drehstromnetze bei;

• einphasiger Kontakt mit einem der potentiellen Leiter (allgemeiner Fall);

• Zweiphasenkontakt.

Fehlerstromkreise in Gleichstromkreisen

Einpoliger menschlicher Kontakt mit von der Erde isoliertem Potenzial

Unter dem Einfluss der Spannung Uc fließt ein Strom Ih durch den verdoppelten Isolationswiderstand des Mediums durch den nacheinander gebildeten Stromkreis des Potentials des unteren Leiters, des Körpers des Opfers (Arm-Bein) und der Erdschleife.

Einpoliger menschlicher Kontakt mit Erdpolpotential

In diesem Stromkreis wird die Situation dadurch verschlimmert, dass an den Erdungsstromkreis ein Potentialleiter mit einem Widerstand R0 angeschlossen wird, der nahe bei Null liegt und viel niedriger ist als der des Körpers des Opfers und der Isolierschicht der äußeren Umgebung.

Die Stärke des benötigten Stroms entspricht ungefähr dem Verhältnis der Netzspannung zum Widerstand des menschlichen Körpers.

Bipolarer menschlicher Kontakt mit Netzwerkpotenzialen

Die Netzspannung wird direkt an den Körper des Opfers angelegt und der Strom durch seinen Körper wird nur durch seinen eigenen vernachlässigbaren Widerstand begrenzt.

Allgemeine Fehlerbilder in dreiphasigen Wechselstromkreisen

Herstellung des menschlichen Kontakts zwischen Phasenpotential und Erde

Grundsätzlich gibt es zwischen jeder Phase des Stromkreises und einem Erdpotential einen Widerstand und es entsteht eine Kapazität. Der Nullpunkt der Wicklungen der Spannungsquelle weist einen allgemeinen Widerstand Zn auf, dessen Wert in verschiedenen Erdungssystemen des Stromkreises variiert.

Die Formeln zur Berechnung der Leitfähigkeit jedes Stromkreises und des Gesamtwerts des Stroms Ih durch die Phasenspannung Uf sind im Bild anhand der Formeln dargestellt.

Bildung menschlichen Kontakts zwischen zwei Phasen

Den größten Wert und die größte Gefahr stellt der durch den Stromkreis fließende Strom dar, der zwischen den direkten Kontakten des Körpers des Opfers mit den Phasenleitern entsteht. In diesem Fall kann ein Teil des Stroms auf dem Weg durch die Erde und den Isolationswiderstand des Mediums fließen.

Merkmale der biphasischen Berührung

In Gleich- und Drehstromkreisen ist die Berührung zweier unterschiedlicher Potenziale am gefährlichsten. Bei diesem Schema gerät eine Person unter den Einfluss größten Stresses.

In einem Stromkreis mit konstanter Spannungsversorgung wird der Strom durch das Opfer nach der Formel Ih = Uc / Rh berechnet.

In einem dreiphasigen Wechselstromnetz berechnet sich dieser Wert nach dem Verhältnis Ih = Ul / Rh =√3Uph / Rh.

Da der durchschnittliche elektrische Widerstand des menschlichen Körpers 1 Kiloohm beträgt, berechnen wir den Strom, der im Netz bei einer konstanten Wechselspannung von 220 Volt auftritt.

Im ersten Fall beträgt es: Ih = 220/1000 = 0,22A. Dieser Wert von 220 mA reicht aus, damit das Opfer eine krampfartige Muskelkontraktion erleidet, wenn es sich ohne Hilfe nicht mehr von den Auswirkungen einer versehentlichen Berührung – dem Haltestrom – befreien kann.

Im zweiten Fall ist Ih = (220·1,732)/1000= 0,38A. Bei diesem Wert von 380 mA besteht lebensgefährliche Verletzungsgefahr.

Wir achten auch darauf, dass in einem dreiphasigen Netz mit Wechselspannung die Position des Neutralleiters (er kann von der Erde isoliert sein oder einen umgekehrt angeschlossenen Kurzschluss haben) nur einen sehr geringen Einfluss auf den Wert des Stroms Ih hat. Sein Hauptanteil verläuft nicht über den Erdkreis, sondern zwischen den Phasenpotentialen.

Wenn eine Person Schutzausrüstung verwendet, die ihre zuverlässige Isolierung vom Erdumriss gewährleistet, sind sie in einer solchen Situation nutzlos und helfen nicht.

Eigenschaften eines einphasigen Wasserhahns

Ein dreiphasiges Netzwerk mit einem fest geerdeten Neutralleiter

Das Opfer berührt einen der Phasendrähte und fällt unter die Potenzialdifferenz zwischen diesem und dem Erdungskreis. Solche Fälle kommen am häufigsten vor.

Obwohl die Leiter-Erde-Spannung 1,732-mal geringer ist als die Netzspannung, bleibt ein solcher Fall gefährlich. Der Zustand des Opfers kann sich verschlechtern:

• Neutralmodus und seine Verbindungsqualität;

• elektrischer Widerstand der dielektrischen Schicht der Leiter gegenüber dem Erdpotential;

• Art der Schuhe und ihre dielektrischen Eigenschaften;

• Bodenwiderstand am Standort des Opfers;

• andere verwandte Faktoren.

Der Wert des Stroms Ih lässt sich in diesem Fall aus dem Verhältnis ermitteln:

Ih = Uph / (Rh + Rb + Rp + R0).

Denken Sie daran, dass die Widerstände des menschlichen Körpers Rh, der Schuhe Rb, des Bodens Rp und des Bodens im Neutralleiter R0 in Ohm angegeben werden.

Je kleiner der Nenner, desto stärker ist der Strom. Wenn beispielsweise ein Mitarbeiter leitfähige Schuhe trägt, seine Füße nass sind oder seine Füße mit Metallnägeln gesäumt sind und er sich außerdem auf einem Metallboden oder nassem Boden befindet, dann können wir davon ausgehen, dass Rb = Rp = 0 ist. Dies garantiert die Im schlimmsten Fall lebenslang für das Opfer.

Ih = Uph / (Rh + R0).

Bei einer Phasenspannung von 220 Volt erhalten wir Ih = 220/1000 = 0,22 A. Oder einen tödlichen Strom von 220 mA.

Berechnen wir nun die Option, wenn der Arbeiter Schutzausrüstung verwendet: dielektrische Schuhe (Rp = 45 kOhm) und isolierende Unterlage (Rp = 100 kOhm).

Ih = 220/(1000+ 45000 + 10000) = 0,0015 A.

Es wurde ein sicherer Stromwert von 1,5 mA erreicht.

Dreiphasennetz mit isoliertem Neutralleiter

Es besteht keine direkte galvanische Verbindung des Neutralleiters der Stromquelle mit dem Erdpotential. Am Widerstand der Isolierschicht Rot liegt die Phasenspannung an, die einen sehr hohen Wert hat, der im Betrieb kontrolliert und ständig in gutem Zustand gehalten wird.

Die Kette des Stromflusses durch den menschlichen Körper hängt in jeder Phase von diesem Wert ab.Wenn wir alle Schichten des aktuellen Widerstands berücksichtigen, kann sein Wert nach der Formel berechnet werden: Ih = Uph / (Rh + Rb + Rp + (Riz / 3)).

Im schlimmsten Fall, wenn Bedingungen für maximale Leitfähigkeit durch die Schuhe und den Boden geschaffen werden, nimmt der Ausdruck die Form an: Ih = Uph / (Rh + (Rf / 3)).

Wenn wir ein 220-Volt-Netz mit einer Schichtisolation von 90 kΩ betrachten, erhalten wir: Ih = 220 / (1000+ (90000/3)) = 0,007 A. Ein solcher Strom von 7 mA wird sich gut anfühlen, kann aber nicht verursachen eine tödliche Verletzung.

Beachten Sie, dass wir in diesem Beispiel absichtlich auf Boden- und Schuhwiderstand verzichtet haben. Wenn wir sie berücksichtigen, sinkt der Strom auf einen sicheren Wert in der Größenordnung von 0,0012 A oder 1,2 mA.

Schlussfolgerungen:

1. In Systemen mit isoliertem Neutralleitermodus ist es einfacher, die Sicherheit der Arbeitnehmer zu gewährleisten. Dies hängt direkt von der Qualität der dielektrischen Schicht der Drähte ab;

2. Unter den gleichen Umständen ist ein Stromkreis mit geerdetem Neutralleiter bei Berührung des Potenzials einer Phase gefährlicher als ein isolierter.

Notbetrieb eines einphasigen Kontakts in einem dreiphasigen Netz mit geerdetem Neutralleiter

Betrachten wir den Fall des Berührens des Metallkörpers eines elektrischen Geräts, wenn die Isolierung der dielektrischen Schicht am Phasenpotential darin gebrochen ist. Wenn eine Person diesen Körper berührt, fließt Strom durch ihren Körper zur Erde und dann durch den Neutralleiter zu einer Spannungsquelle.

Das Ersatzschaltbild ist im Bild unten dargestellt. Der Widerstand Rn ist Eigentum der vom Gerät erzeugten Last.

Der Isolationswiderstand Rot begrenzt zusammen mit R0 und Rh den Kontaktstrom zwischen den Phasen. Sie wird durch das Verhältnis ausgedrückt: Ih = Uph / (Rh + Rot + Ro).

In diesem Fall wird in der Regel bereits in der Entwurfsphase bei der Auswahl der Materialien für den Fall R0 = 0 versucht, die Bedingung einzuhalten: Rf>(Uph /Ihg)-Rh.

Der Wert von Ihg wird als Schwelle des nicht wahrnehmbaren Stroms bezeichnet, dessen Wert eine Person nicht spüren wird.

Wir kommen zu dem Schluss: Der Widerstand der dielektrischen Schicht aller spannungsführenden Teile gegenüber der Erdungskontur bestimmt den Grad der Sicherheit der Elektroinstallation.

Aus diesem Grund werden alle derartigen Widerstände normalisiert und anhand der genehmigten Tabellen angegeben. Zum gleichen Zweck werden nicht die Isolationswiderstände selbst normiert, sondern die Leckströme, die während der Tests durch sie fließen.

Stufenspannung

Bei Elektroinstallationen kann es aus verschiedenen Gründen zu einem Unfall kommen, wenn das Phasenpotential direkt die Erdschleife berührt. Wenn an einer Freileitung einer der Leiter unter dem Einfluss verschiedener mechanischer Belastungen bricht, liegt in diesem Fall eine ähnliche Situation vor.

Dabei entsteht an der Kontaktstelle des Leiters mit der Erde ein Strom, der um die Kontaktstelle herum eine Diffusionszone erzeugt – einen Bereich, auf dessen Oberfläche ein elektrisches Potential entsteht. Sein Wert hängt vom Schließstrom Ic und der spezifischen Bodenbeschaffenheit r ab.

Eine Person, die sich innerhalb der Grenzen dieser Zone befindet, gerät unter den Einfluss der Spannung des Ush-Fußes, wie in der linken Bildhälfte dargestellt. Der Bereich der Diffusionszone wird durch die Kontur begrenzt, in der kein Potenzial vorhanden ist.

Der Stufenspannungswert wird nach der Formel berechnet: Ush = Uz ∙ β1 ∙ β2.

Es berücksichtigt die Phasenspannung am Punkt der Stromverteilung — Uz, die durch die Koeffizienten der Spannungsverteilungscharakteristik β1 und den Einfluss der Widerstände von Schuhen und Beinen β2 bestimmt wird. Die Werte von β1 und β2 werden in Nachschlagewerken veröffentlicht.

Der Wert des Stroms durch den Körper des Opfers wird mit dem Ausdruck berechnet: Ih =(U3 ∙ β1 ∙ β2)/Rh.

Auf der rechten Seite der Abbildung hat das Opfer in Position 2 Kontakt mit dem Erdpotential des Leiters. Sie wird durch die Potentialdifferenz zwischen Handkontaktpunkt und Bodenkontur beeinflusst, die durch die Berührungsspannung Upr ausgedrückt wird.

In dieser Situation wird der Strom mit dem Ausdruck berechnet: Ih = (Uph.z. ∙α)/Rh

Die Werte des Dispersionskoeffizienten α können innerhalb von 0 ÷ 1 variieren und berücksichtigen die Eigenschaften, die Upr beeinflussen.

In der betrachteten Situation gelten die gleichen Schlussfolgerungen wie bei einem einphasigen Kontakt mit dem Opfer während des normalen Betriebs der Elektroanlage.

Befindet sich eine Person außerhalb der aktuellen Ausbreitungszone, befindet sie sich in einer sicheren Zone.