РадиоЛоцман - Все об электронике

Основы электропитания. Почему хорошая изоляция может увеличить вероятность поражения электрическим током

- Одесса

Почему домашние компьютеры могут сгореть в офисе


В начале 2000-х годов я работал инженером в ИТ-отделе одного одесского гипермаркета. И вот однажды ко мне поступила заявка на перестановку лазерного принтера с одной тумбочки на другую. Сейчас это может выглядеть смешным, но в то время для многих людей компьютерная техника еще оставалась невиданным заморским чудом. Поэтому «во избежание порчи корпоративного оборудования вследствие неквалифицированных действий дремучих пользователей» любые манипуляции с оборудованием, хоть как-то связанным с компьютерами, проводились или непосредственно сотрудниками ИТ-отдела, или под их неусыпным контролем, или, в исключительных случаях, с их «благословения».

Вебинар «Особенности применения литиевых батареек Fanso (EVE) в популярных решениях» (30.11.2021)

Вначале ничто не предвещало беды. Я переставил принтер с одной тумбочки на другую, но, поскольку шнур питания принтера был коротковат, мне пришлось подключить его в другой розеточный блок, к которому, кстати, уже было что-то подключено (то есть, розетки были условно исправными). Совершенно неожиданно в момент соединения вилки принтера с розеткой произошел большой «ба-бах», от которого у меня потемнело в глазах. К счастью, в глазах у меня потемнело оттого, что отключилось освещение в помещении, естественно, вместе со всем остальным электрооборудованием.

Поскольку включать сработавший автомат я не имел полномочий (я даже не знал, где он находится), то на место происшествия были вызваны дежурные электрики, которые оперативно установили, что причиной короткого замыкания стал принтер. На мои возражения, что подобные совпадения бывают крайне редко, они не отреагировали, а повторный эксперимент с включением принтера дал тот же результат – отключение электропитания во всем помещении из-за короткого замыкания.

Мне ничего не оставалось делать, как взять сломанный принтер и отправиться на склад за заменой, напрасно убеждая себя, что это всего лишь нелепое совпадение, и мне просто не повезло. Вернувшись с подменным принтером, я, в первую очередь, его проверил, распечатав пробную страницу (данная модель имела такую функцию). После этого я попытался соединить его с компьютером, но как только я коснулся сигнальным кабелем корпуса системного блока, опять произошло короткое замыкание. Вызванные повторно электрики были предельно толерантны, однако вместе с остальными сотрудниками этого отдела справедливо и многословно заметили, что столь популярный в Одессе гипермаркет является не самым удачным местом для проведения экспериментов с электричеством, а моя квалификация ИТ-специалиста вызывает у них обоснованные сомнения.

Ну а мне нужно было как-то объяснить, в том числе и своему начальству, почему в течение получаса вышли из строя два не самых дешевых лазерных принтера и, как впоследствии оказалось, еще и материнская плата системного блока. К сожалению, в то время мне просто не хватило практического опыта для предотвращения повторной аварии. А вот знаний, чтобы оперативно разобраться в этой позорной ситуации, оказалось вполне достаточно.

После тщательного осмотра места аварии я обнаружил, что системный блок, монитор и принтер (до перестановки) подключались к розетке с помощью удлинителя. Разобрав в присутствии электриков и начальника отдела эту инсталляцию, я обнаружил, что ее сделали самостоятельно из трехполюсной розеточной колодки и двухпроводного кабеля. А короткое замыкание произошло из-за того, что провода кабеля были зачищены от изоляции немного больше, чем необходимо, и касались ни к чему не подключенного защитного контакта розеточной колодки (Рисунок 1). Спорить с этим было трудно, поскольку следы от контакта были видны невооруженным глазом.

Замыкания в розеточной колодке удлинителя.
Рисунок 1. Замыкания в розеточной колодке удлинителя.

В итоге провод удлинителя, соединенный с фазным проводом системы электроснабжения, касался защитного контакта розеточной колодки, вследствие чего корпуса системного блока, монитора и принтера оказались под напряжением. Пока принтер был подключен в тот же удлинитель, что и системный блок, вся эта система прекрасно работала. Но как только я подключил его к розетке с исправным заземлением, цепь замкнулась, и произошло короткое замыкание (Рисунок 2).

Путь протекания тока в результате замыкания в розеточной колодке удлинителя.
Рисунок 2. Путь протекания тока в результате замыкания в розеточной колодке удлинителя.

В то время мобильные телефоны с цифровыми камерами только начинали появляться в продаже, поэтому фотографию этой инсталляции сделать было нечем. Однако даже из рисунка видно, что несколько человек, в том числе и я, в прямом смысле слова рисковали жизнью, работая с оборудованием, подключенным к этому удлинителю. И просто чудо, что ни я, ни товаровед, который, кстати, так и не смог вспомнить, сколько времени он играл в «русскую рулетку», работая за этим компьютером, ни разу не попали под воздействие электрического тока. Немаловажную роль в этом сыграло то, что корпуса принтера и монитора были почти полностью пластиковыми. Но системный блок был металлическим и находился в зоне контакта товароведа. Скорее всего, замыкание было непостоянным. В конечном итоге, пострадала только техника: два лазерных принтера и материнская плата системного блока – на ней, к счастью, только выгорел LPT-порт.

Как вы уже поняли, в этой части цикла «Основы электропитания» речь пойдет о методах защиты от поражения электрическим током. Количество информации, посвященной этом вопросу, оказалось настолько большим, что его пришлось разбить на две части. В этой части речь пойдет об особенностях изоляции, используемой при питании оборудования от промышленной сети переменного тока, а следующая часть будет посвящена конкретным вопросам, связанным с заземлением, занулением и защитным отключением.

Как электрический ток действует на организм человека

Если исключить случаи фатального невезения, когда пострадавшие непреднамеренно оказываются не в то время и не в том месте, например, в месте обрыва проводов линий электропередач, то люди чаще всего получают электротравму вследствие двух причин. Первая причина заключается в человеческой самонадеянности, невнимательности или неосторожности, когда человек по рассеянности, невежеству или намеренно игнорирует правила безопасности или «лезет куда не надо». Например, разбирает установки, находящиеся под напряжением, работает с неисправным оборудованием, входит в зону с высокой вероятностью поражения электрическим током или делает другие вещи, которые «не дружат» со здравым смыслом. Бороться с этим можно только молитвами, хотя умные люди обоснованно утверждают что «Против глупости сами Боги бороться бессильны»1).

Вторая причина более опасна, поскольку может произойти с любым, даже самым умным, внимательным, образованным и аккуратным человеком в любом месте и в любое время. Речь идет о повреждении изоляции внутри оборудования, когда его компоненты, чаще всего – металлический корпус, оказываются под опасным напряжением. В этом случае создаются условия для протекания электрического тока, через тело человека и землю, в результате чего его здоровье и жизнь оказываются под угрозой. Опасность этой ситуации заключается в том, что оборудование может оставаться в рабочем состоянии, как в случае, описанном в начале статьи, и пока по человеку не начнет протекать электрический ток, он не будет даже подозревать об аварии.

Результаты медицинских исследований показывают, что электрический ток действует на тело человека комплексно и многогранно, и общий результат его протекания может быть как положительным, так и отрицательным. Однако нас, в рамках цикла «Основы электропитания», интересуют лишь два самых страшных отрицательных воздействия электрического тока, последствия которых с большой вероятностью будут самыми плохими: тепловое (термическое) и биологическое.

Рассмотрим физику процесса. Из-за большого содержания воды тело человека является хорошим проводником электрического тока, поэтому при попадании под напряжение V через человека будет протекать ток IЧЕЛ, величина которого определяется законом Ома:

  (1)

Сопротивление тела человека RЧЕЛ зависит от многих факторов, в том числе и от настроения, и может колебаться в широких пределах, поэтому одно и то же напряжение на одного и того же человека в разное время будет действовать совершенно по-разному. Согласно международным рекомендациям, в расчетах, связанных с электробезопасностью, сопротивление тела человека принимают равным 1 кОм, хотя у большинства здоровых людей в нормальном физическом и психологическом состоянии оно значительно больше. Но в худшем случае – когда кожа человека является влажной, а сам человек болен или находится в состоянии депрессии, стресса, алкогольного или наркотического опьянения, – при попадании под фазное напряжение VF = 230 B (наиболее частый случай) через его тело пройдет ток, равный:

  (2)

Много это или мало? Давай вначале рассмотрим тепловые процессы.

При протекании электрического тока любой проводник начинает разогреваться. Мощность тепла, выделяемого в проводнике, в данном случае – в теле человека, PЧЕЛ определяется законом Джоуля-Ленца:

  (3)

При такой мощности можно получить сильный ожог, особенно если тепло будет выделяться в небольшом объеме, например, в пределах ладони (когда человек взял в руки два провода, находящихся под таким напряжением). А вот если человек залезет на крышу железнодорожного вагона и попадет в зону поражения контактного провода, находящегося под напряжением V = 27.5 кВ, тогда в его теле выделится мощность:

  (4)

Теплоемкость человеческого тела равна СЧЕЛ = 3.47 кДж/(кг•°С), поэтому то для того, чтобы человек массой mЧЕЛ = 80 кг нагрелся с начальной температуры T1 = 36.6 °С до температуры, при которой разрушается белок (T2 = 42 °С), потребуется время t, равное:

  (5)

И это при условии, что тепло, выделяющееся в зоне протекания электрического тока, будет быстро и равномерно распределяться по всему телу. А поскольку в реальности такого не будет, то ткани, по которым непосредственно пройдет ток такой величины, в том числе и внутренние органы, сварятся или сгорят, в прямом смысле этих слов, за доли секунды. Поэтому я еще раз обращу внимание пока еще живых экстремалов – любителей делать селфи на железной дороге, что при попадании в зону поражения контактного провода или крышевого оборудования вагонов, которая при неблагоприятных условиях может достигать нескольких метров, вероятность выжить крайне мала.

Теперь становится понятно, почему электроустановки с напряжением более 1 000 В должны обслуживаться только специализированным персоналом, имеющим соответствующий допуск, ведь при поражении электрическим током с таким напряжением человек с большой вероятностью либо умрет, либо станет инвалидом. В информационном и компьютерном оборудовании такие напряжения обычно не используются, поэтому ИТ-специалисты, как правило, получают стандартный допуск к электроустановкам с напряжением до 1 000 В.

В домашних и офисных распределительных сетях гораздо более опасным является биологическое воздействие электрического тока. Нервная система человека и животных имеет электрическую природу, поэтому наши нервы можно считать проводами, предназначенными для передачи сигналов от мозга (головного или спинного) до мышц2). Очевидно, что подмешивание внешнего электрического тока в сигналы управления приведет к «отключению» мышц от центральной нервной системы, в результате чего они станут сокращаться совершенно не так, как это было задумано природой. Не являются исключением и мышцы, отвечающие за работу сердца и легких. Протекание через эти органы внешних токов даже небольшой величины может привести к параличу дыхания и хаотической работе мышц сердца (фибрилляции), в результате чего человек может умереть за несколько минут.

Результат протекания переменного электрического тока с частотой 50/60 Гц зависит от его величины и времени его воздействия (Рисунок 3) [1, 2]. Как видно из рисунка, ток меньше 0.5 мА, протекающий по наиболее опасным путям (рука-рука, рука-ноги, голова-руки, голова-ноги), большинством людей практически не ощущается. При токе 0.5…2 мА возникают неприятные ощущения в виде покалываний или зуда в месте контакта. Ток большей величины становится причиной четких болей, сила которых пропорциональна величине тока. При токе больше 10 мА резко возникает риск появления настолько сильных судорог, что человек, в большинстве случаев, не может самостоятельно освободиться от его воздействия, а длительное воздействие тока больше 50 мА уже может привести к параличу дыхания и фибрилляции сердца. А это значит, что ток 230 мА, полученный в результате расчетов по формуле (2), вполне может стать причиной самых неприятный событий и для человека, попавшего под его воздействие, и для его родственников.

Характер воздействия электрического тока на тело человека [2].
Рисунок 3. Характер воздействия электрического тока на тело человека [2].

Обратите внимание, что человека поражает не напряжение, а ток, поэтому абсолютно безопасного напряжения не существует. Основной вклад в сопротивление тела человека вносит кожа, поэтому если кожные покровы находятся в нормальном состоянии, то сопротивление тела человека в обычных условиях намного превышает 1 000 Ом (иногда больше чем на порядок). Кроме того, когда стоящий на полу человек одной рукой касается объекта, находящегося под фазным напряжением (наиболее частый случай поражения людей от бытовых и офисных электроприборов), то в общее сопротивление цепи добавляется еще, как минимум, сопротивление обуви и напольного покрытия. Поэтому если контакт с поврежденным оборудованием произошел, когда человек был обут в сухую обувь на толстой диэлектрической подошве, да еще и стоял на покрытии с большим электрическим сопротивлением, например, на резиновом коврике, то ток может оказаться значительно меньше порога чувствительности. Этим объясняется тот факт, что достаточно много людей хоть раз в жизни попадали под воздействие электрического тока, но при этом оставались живы и здоровы3).

Если же принять самый худший случай, когда электрический ток, минуя кожные покровы, протекает только по внутренним тканям, сопротивление которых находится в пределах 100…500 Ом, что может произойти, например, при травмах или во время хирургических операций, то для создания смертельного тока (50 мА) необходимо переменное напряжение с действующим значением, равным:

а для тока, вызывающего судороги и сильные боли (10 мА):

Постоянный ток менее опасен. Порог чувствительности человека к воздействию постоянного тока начинается приблизительно с 5 мА, а опасным для жизни он ставится при величине, начиная с 80 мА. Однако это не значит, что к нему следует относиться более пренебрежительно – в «умелых» руках даже батарейка «Крона» может стать смертельным оружием.

Так в 1999 году премии Дарвина был удостоен моряк ВМС США, которого убило током при попытке измерить сопротивление внутренних органов собственного тела с помощью мультиметра, питающегося от батареи с напряжением 9 B [3]. Чтобы провести этот эксперимент, моряку пришлось до крови сжать два заостренных измерительных щупа мультиметра (по другим данным он специально ввел заостренные концы щупов под кожу больших пальцев рук). Комитетом премии Дарвина этот случай официально не подтвержден, то есть он, де-факто, имеет статус «городской легенды». Однако на странице, посвященной этому инциденту, есть свидетельство человека, якобы видевшего официальные отчеты руководства ВМФ США с подробным описанием этого события.

Как работает защита от поражения электрическим током

Итак, когда известен механизм воздействия электрического тока, рассмотрим, как же можно от него защититься. Начнем с того, что полностью исключить протекание электрического тока через тело человека невозможно. Даже когда человек касается неповрежденного изолированного провода, через его тело всегда протекает некоторый ток, имеющий две компоненты: активную и реактивную. Величина активной компоненты зависит от сопротивления изоляции провода и сопротивления между человеком и землей, а реактивной – от величины емкости, образованной сложной системой провод-человек-земля, величина которой зависит от многих факторов, в том числе, и от того, насколько далеко человек находится от ближайшей стены. К счастью, сопротивление изоляции обычно очень велико, а емкость очень мала, поэтому на частоте 50/60 Гц ток, протекающий через тело человека, коснувшегося изолированного провода, значительно меньше 1 мА, и мы его просто не чувствуем.

Однако любая, даже самая качественная, изоляция может в любой момент потерять свои изолирующие свойства. Чаще всего это связанно с механическими повреждениями проводов, например, во время проведения монтажных или ремонтных работ. Иногда причиной ухудшения изоляционных свойств могут стать перенапряжения, в том числе и удары молний. Но даже если провод был правильно смонтирован и эксплуатировался в соответствии с рекомендациями производителя, со временем любая изоляция теряет свои свойства и разрушается, особенно если она была изготовлена из некачественных материалов. Поэтому можно смело считать, что разрушение изоляции является нормальным естественным процессом, который рано или поздно произойдет в любой системе электроснабжения и в любом электроприборе. Это значит, что с точки зрения электробезопасности к этому нужно быть всегда готовым и заблаговременно принять все необходимые меры для корректного поведения людей и системы в этом случае.

Таким образом, основной функцией технических средств защиты от поражения электрическим током является не абсолютная защита (для этого человеку придется забыть, что такое электричество), а своевременное обнаружение повреждений изоляции и минимизация величины и времени протекания электрического тока через человека. Это значит, что при повреждении защитной изоляции человек все равно с высокой вероятностью попадет под действие электрического тока, однако при этом будут ограничены либо его величина, либо время его протекания, либо оба этих параметра одновременно.

Когда электрическая изоляция может быть опасна для жизни

Логично предположить, что наилучшим способом защиты человека от поражения электрическим током является дополнительная изоляция. Именно так и поступали в самом начале коммерческого использования электричества. Первые системы электроснабжения, как правило, не имели электрического контакта с землей и, согласно современной классификации [4], относились к системам с изолированной нейтралью (в электротехнике нейтралью называется общая точка соединения обмоток трансформатора или генератора).

Рассмотрим, что произойдет в такой системе в случае пробоя изоляции между проводом питания и корпусом прибора. В самом худшем случае – когда человек стоит босиком на мокрой земле – в цепи протекания тока присутствует участок с высоким сопротивлением – изоляция проводов и обмоток трансформатора (Рисунок 4). Предположим, что сопротивление изоляции равно RИЗОЛ = 1 МОм (в реальности оно обычно намного больше). В этом случае через тело человека пройдет ток, равный:

  (6)

Однако в наших домах и офисах используются системы с заземленной нейтралью [4], у которых, согласно названию, общая точка соединения обмоток трансформатора электрически соединяется с землей (заземляется). Величина сопротивления в цепи заземления нейтрали RN зависит от мощности трансформатора (чем больше мощность, тем меньше сопротивление), но не может превышать 4 Ом.

Путь протекания тока через тело человека в системе с изолированной нейтралью.
Рисунок 4. Путь протекания тока через тело человека в системе с изолированной нейтралью.

При заземленной нейтрали пробой изоляции внутри оборудования может привести к появлению на корпусе прибора напряжения, равного фазному напряжению сети VF = 230 B. Если стоящий босиком на сырой земле человек коснется корпуса этой установки (Рисунок 5), то цепь замкнется и через его тело пройдет ток, равный:

  (7)
Путь протекания тока через тело человека в системе с заземленной нейтралью.
Рисунок 5. Путь протекания тока через тело человека в системе с заземленной нейтралью.

Как видно из расчетов, системы с заземленной нейтралью теоретически намного опаснее для человека, чем системы, у который нейтраль изолирована от земли. Если в системе с изолированной нейтралью корпус, например, компьютера из-за пробоя изоляции окажется соединенным с фазным проводником, то через тело человека пройдет ток, которого он даже не почувствует (0.23 мА). А вот в системе с заземленной нейтралью этот ток уже может достигнуть опасных значений (230 мА) и привести к гибели людей.

Тогда почему в домашних и офисных системах электроснабжения используют более опасные системы с заземленной нейтралью? Неужели энергетики по всему миру сговорились и решили таким образом сократить численность населения? Давайте разбираться дальше.

Дело в том, что все преимущества системы с изолированной нейтралью актуальны лишь при выполнении одного условия – «безопасное» повреждение изоляции может произойти только в одном месте. При этом если где-то в изолированной системе повредится изоляция одного из фазных проводов, и он окажется электрически соединенным с землей, то без применения специальных технических средств обнаружить такое повреждение будет крайне сложно. Система может годами работать в этом режиме и не представлять угрозы ни для оборудования, питающегося от нее, ни для людей. Однако так будет продолжаться до тех пор, пока подобная авария не произойдет еще в каком-нибудь другом месте.

Давайте рассмотрим, что произойдет в системе с изолированной нейтралью, если повреждение изоляции произойдет сразу в двух местах. Предположим, вначале произошел пробой изоляции компьютера, подключенного к фазе А (Рисунок 4). Пока ничего страшного не случилось – компьютер нормально работает, а пользователь активно двигает мышкой, даже не подозревая о том, что его жизнь уже несколько месяцев подвергается смертельной опасности. Вдруг абсолютно в другом месте, например, в соседнем доме (при условии, что он подключен к тому же трансформатору), кто-то совершенно случайно соединил с землей провод, подключенный к фазе С, например, повредив гвоздем скрытую в стене электропроводку (Рисунок 6). Поскольку трансформатор изолирован от земли, то для невнимательного «оператора молотка» ничего страшного тоже не произойдет – он сможет совершенно безопасно, даже стоя босиком на мокром полу и не отключая электричество, вытащить этот гвоздь или так и оставить его в стене.

Путь протекания тока через тело человека в системе с изолированной нейтралью при повреждении изоляции в двух местах.
Рисунок 6. Путь протекания тока через тело человека в системе с изолированной нейтралью при повреждении
изоляции в двух местах.

А что произойдет с пользователем компьютера? Из-за того, что фаза С оказалась соединенной с землей, система перестала быть изолированной, а потенциалы всех проводов теперь «перевернулись с ног на голову». Потенциал провода фазы С стал равным нулю, потенциал нулевого провода стал равным фазному напряжению фазы C (VF = 230 В), а вот потенциалы проводов фаз А и В относительно земли оказались равны линейному напряжению, которое, как вы помните из предыдущих частей цикла «Основы электропитания», в 1.73 раза больше, чем фазное (VL = 400 В). Это значит, что после «монтажа гвоздя» корпус поврежденного компьютера относительно земли оказался под линейным напряжением, равным 400 В. Определим ток, который пройдет через пользователя компьютера, если он прикоснется к его системному блоку:

  (8)

Как видно из результатов расчета, ток, протекающий через тело человека, в этом случае будет почти в два раза больше, чем в системе с заземленной нейтралью. А теперь представьте себе электропроводку многоквартирного дома или офиса, содержащую километры электрического кабеля замурованного в стены или проложенного внутри гипсокартонных перегородок, каркас которых собран из металлических профилей с острыми краями. Кто может дать гарантию, что в этой системе вся изоляция будет целой? Как вы уже поняли – никто.

Самая большая опасность изолированных систем заключается в том, что авария может произойти в одном месте, а пострадавшими окажутся люди, находящиеся за километры от места пробоя. А найти или даже просто локализовать место аварии в этом случае технически очень непросто. Из-за этого от систем с изолированной нейтралью в домашних и офисных сетях пришлось отказаться. На практике их применение привело к тому, что люди перестали опасаться электрического тока и стали пренебрегать даже элементарными правилами защиты. В результате, переход на потенциально более опасные системы с заземленной нейтралью привел к значительному уменьшению количества нечастных случаев, связанных с электричеством.

На сегодняшний день системы с изолированной нейтралью используются в электроустановках зданий и сооружений специального назначения с повышенными требованиями к надежности и безопасности. В частности, такие системы используются в угольных шахтах, в операционных, а также при выполнении работ в полевых условиях, например, при питании от автономных электростанций, где обеспечить другие виды защит крайне сложно. При этом системы с изолированной нейтралью чаще всего используются совместно с устройствами контроля утечек тока, отключающими питание при обнаружении повреждения изоляции и гарантирующими, что система действительно является изолированной. Еще раз обращу внимание, что при однократном повреждении изоляции в системе электроснабжения с изолированной нейтралью в большинстве случаев не возникнет ни больших токов, протекающих по проводам, ни больших токов, протекающих через тело человека, ни искры, ни других опасных явлений. Поэтому при обнаружении утечки аварийное отключение происходит лишь потому, что система с этого момента перестает быть безопасной и теряет все свои преимущества.

Когда электрическая изоляция нужна обязательно

Итак, в наших домах и офисах используются трехфазные системы электроснабжения с заземленной нейтралью, из-за чего даже случайное касание фазного проводника может стать причиной поражения электрическим током. Однако как бы человек ни старался, ему все равно приходится касаться элементов работающих электроустановок. В этом случае электрические цепи, к которым может прикоснуться пользователь, дополнительно изолируют от питающей сети (а фактически – от земли). Практически всегда изоляция обеспечивается с помощью индуктивных элементов – трансформаторов или дросселей, являющимися одними из немногих приборов, позволяющих передавать электрическую энергию между участками схемы без электрического контакта между ними (в этих приборах энергия передается через магнитное поле).

Такую функцию называют гальванической развязкой – электрическое разделение участков электрической схемы с возможностью обмена энергией или информацией между ними. Гальваническая развязка реализуется в большинстве выпрямительных устройств, в том числе и в блоках питания компьютеров, мониторов, телевизоров и другой телекоммуникационной или информационной техники. При наличии гальванической развязки, когда человек касается частей электрической схемы на изолированной стороне (Рисунок 7), через него протекает ток, равный:

  (9)

где RИЗОЛ = 1 МОм – сопротивление изоляции элемента, обеспечивающего гальваническую развязку.

Изолированная система питания, образуемая зарядным устройством смартфона.
Рисунок 7. Изолированная система питания, образуемая зарядным устройством смартфона.

Как видно из формулы (9), ток, протекающий через тело человека, находится ниже порога чувствительности, поэтому мы ничего не чувствуем, когда дотрагиваемся до приборов, работающих от сети, например, беря в руки смартфон, находящийся на зарядке. Но если изоляция трансформатора или дросселя будет повреждена (RИЗОЛ ≈ 0 Ом), при прикосновении к поврежденному прибору через человека пройдет ток величиной:

  (10)

И снова жизнь человека подвергается угрозе. Причем обратите внимание, что человеку совершенно необязательно преднамеренно касаться токоведущих частей. Например, известно несколько случаев, когда люди получили смертельную электротравму при прослушивании музыки с помощью проводных наушников, подключенных к смартфону, находящемуся на зарядке (Рисунок 8) [5]. Конечно, наушники обычно изготавливают из диэлектрических материалов, которые, теоретически, тоже должны обеспечивать дополнительную изоляцию. Однако электрическая прочность наушников не нормируется, поэтому выдержат ли они появление фазного напряжения между головой и динамиком при пробое изоляции в зарядном устройстве, неизвестно. А статистика трагических случаев, прокатившихся по всему миру, показывает, что это бывает далеко не всегда.

Путь протекания электрического тока при повреждении изоляции трансформатора зарядного устройства.
Рисунок 8. Путь протекания электрического тока при повреждении изоляции трансформатора зарядного
устройства.

Заключение

Использование систем электроснабжения с заземленной нейтралью приводит к необходимости обязательной электрической изоляции элементов оборудования, к которым может прикоснуться человек. Однако, как было сказано выше, любая, даже самая качественная, изоляция может разрушиться, в результате чего здоровье и жизнь человека окажутся под угрозой. Для исключения этого вместе с изоляцией применяют дополнительные виды защиты, в частности, зануление, заземление и защитное отключение, особенности которых и будут рассмотрены в следующей части цикла «Основы электропитания».


Список источников

  1. Долин П. А. Основы техники безопасности в электроустановках: Учебное пособие для вузов, – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 448 с.
  2. Ликбез по электротравмам: от ожогов и катаракты до переломов и фибрилляции
  3. Darwin Award Winner – Resistance is Futile
  4. Правила устройства электроустановок (ПУЭ)
  5. Надел наушники и погиб: разбираемся со странной смертью школьника в Рембау

Сноски

1) Ф. Шиллер Орлеанская дева. 1801г.
2) На этой особенности основан принцип действия бионических протезов.
3) По результатам опроса, проводимого мною на лекциях, больше 90% моих студентов хоть раз в жизни попадали под воздействие электрического тока промышленной частоты.

Изготовление 1-4 слойных печатных плат за $2

Запись вебинара «Микросхемы для защиты цепей питания: ограничители всплесков напряжения и тока, контроллеры горячей замены, идеальные диоды»
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • Привет, Саша! Ну ты корифей! Так держать! Корпус из металла по старинке проверяю фазной отвёрткой. У некоторых аппаратов(напр.сист блоков и т.п.) неонка всегда от корпуса ярко горит, хотя всё в ИБП исправно, это никак не влияет на работу и от уколов током спасают только резиновые коврики. Людям же с сухой кожей всё это по барабану - хватают и им ничего... Кстати у меня есть защита от потенциала на корпусе, ещё советская.
  • Как иллюстрацию к написанному в статье уместно привести случай, когда меня шарахнуло 1500 В в середине 60-х. Под столом стоял самодельный выпрямитель, не закрытый крышкой, я вытянул ноги и голым большим пальцем ноги коснулся контакта... Ток обрадовался и потек от плюса через ногу, тело, руку к минусу на корпусе устройства. Видимо, мышцы сработали так, что ногу отбросило сразу, но этого мгновения хватило на то, что оно исчезло из моей памяти, но всё тело ощущало усталость, будто целый день копал землю в огороде или колол дрова.. А если бы ток потёк в обратном направлении, и мышцы прижали бы палец к контакту - смерть неминуема(шутка). Ведь говорят очевидцы в подобных случаях, что человека "притянуло", и он не мог отпустить проклятый провод. Так что будьте бдительны и не поддавайтесь на провокации.
  • это только в первом приближении. Тут всё несколько сложнее, особенно, если человек стоит в изолированной обуви. В качестве ёмкости необходимо учитывать вообще ёмкость человека (электрическую) по отношению к Земле (планете), с учётом окружающих зданий. Кроме того, емкостной ток будет содержать большую часть гармонических составляющих.
  • [b]mikaleus[/b] прав. Нужно учитывать всю электроемкость человека. Так в квартире, зимой, когда сухой воздух, на теле человека накапливается значительный статический заряд. Он никак не проявляется, пока человек не прикасается, например, к водопроводному крану. Резкое стекание статических зарядов приводит к ощутимому удару током.
  • Помню, однако, в начале 80-х годов работал я в одном П.Я. Участок временно размещался в бывшем кабинете начальника, пол покрыт хорошим пластиком, мы все в белых халатах и чепчиках, на руках х.б. перчатки, на ногах кожаные тапочки... Была такая шутка: один сидит, занят делом, другой подходит сзади, держа отвёртку за "металл" и скользя подошвами по полу. Прикосновение отверткой к халату сидящего даёт тому сильный "щелчок", как от катушки зажигания автомобиля... Зрители смеются...
  • Доброе утро! Спасибо за замечания. По поводу активной и реактивной компоненты я спорить не буду. Все замечания справедливы, виноват, был неточен. Теперь это предложение выглядит следующим образом (в ближайшее время эти исправления должны внести в основной текст) «Величина активной компоненты зависит от сопротивления изоляции провода и сопротивления между человеком и землей, а реактивной – от емкости, образованной сложной системой провод-человек-земля, величина которой зависит от многих факторов, в том числе, и от того, насколько далеко человек находится от ближайшей стены.» Защита от статического электричества не входила в план цикла. Хотя это, действительно, проблема. В одном помещении у меня к ручке двери был привязан резистор МЛТ-2 10 кОм и табличка «Разрядись!». После третьего удара статикой все посетители быстро научились им пользоваться. Этот вопрос можно осветить в отдельной короткой статье вне цикла. Так что, у кого есть свои наработки по этому вопросу, то делитесь - можно будет сделать коллаж из "лайфхаков" разных людей. Об этом - в следующей части. Спасибо! А мы знакомы?
  • Забыл добавить, что сидящий на рабочем месте был "заземлен" - это важно! На запястье левой руки мет. "браслет", от него провод и через 1 МОм на "земляную" шину.
  • У блоков питания системников ПК при плохом заземлении розетки или отсутствии заземления половина напряжения т.е.110 вольт выходит на корпус-это сделано для фильтрации помех-поэтому отвёртка-контролька и показывает высокое напряжение. Меня когда-то тоже ударил током системник и я тестером намерял 110 вольт и потом начал разбираться и увидел в схеме блока питания два конденсатора последовательно по входу 220 вольт от помех и они между собой сидели на корпусе БП-так на корпусе и появилось 110 вольт,а системник был вставлен в розетку без заземления и бился током. Если бы розетка в моём случае была с заземлением-то на корпусе системника не было бы напряжения и никакая отвёртка-контролька бы не светилась!
  • В 80-х обслуживал ЭВМ. Прежде, чем касаться аппаратуры, я разряжался держа в руке металлический инструмент. Так статика совсем не чувствуется!
  • Лучше носить одежду из натуральных материалов таких ,как лён,хлопок-тогда и статики почти не будет. А синтетическая одежда при снятии в темноте вся искрит и для организма вредная.
  • Решил немного добавить на тему "взаимоотношения человека и электричества". Середина 50-х годов, прохожу практику по электросварке. Деревянный сарай, апрель - снег на крыше тает и вода стекает по стенам и столбам внутри сарая. От электрокабеля где-то утечка, ток течет вместе с водой в сырую землю и там успокаивается. Я в кирзовых сапогах подхожу и слегка прикасаюсь пальцем к "токоведущему" столбу. По телу легкая "дрожь", прижимаю сильнее - дрожь сильнее. Доходило до того, что прижимал всю ладонь. Так я "приучал себя к току".
  • хорошо в средневековой Европе не знали электричества, а то там они себя «приучали к ядам»... :D извините, не удержался :D :D
  • Стесняюсь спросить... А долго потом "себя отучали"? Насколько я знаю, электрический ток имеет наркотическое действие и вызывает привыкание. Я, правда, студентам об этом не рассказываю - мало ли что, времена нынче дикие...
  • А зачем себя отучать-это ,как зарядка аккумулятора от столба-зарядился и потом целый день бегаешь,как заяц енерджайзер в рекламе батареек-только искры сыплются! А когда энергия кончается-назад к столбу на зарядку!
  • На счет "наркотического" - не слышал, разве что как "вырубание" перед операцией... А у меня дружба с током крепла, я ему прокладывал пути по проводам и кабелям, учился теоретическому и практическому, токи становились всё меньше, до мА и мкА, частоты все больше - до МГц и ГГц, размеры изделий всё меньше - см и мм, так что для работы с ними приходилось применять бинокулярный микроскоп. Диапазон рабочих температур (и испытательных) расширился от +60 до -60 по Цельсию. Промывались такие изделия в чистом С2Н5ОН (да, это ОН!), которого было хоть и меряно, но щедрой рукой. Значительная часть его использовалась по пути, назначенному природой человеческой.
Полный вариант обсуждения »