Электробезопасность. Ч. ІІІ. Защита от напряжения прикосновения и шага

ФГБОУ ВПО СТАВРОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ  
 
 
 
 
 
 
Е. Е. ПРИВАЛОВ 
 
 
ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ  
 
 
 
 
 
 
У Ч Е Б Н О Е   П О С О Б И Е 
 
В 3-Х ЧАСТЯХ 
 
 
ЧАСТЬ ІІІ  
 
ЗАЩИТА ОТ НАПРЯЖЕНИЯ ПРИКОСНОВЕНИЯ И ШАГА 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ставрополь  
2013 

УДК 631.31  
ББК 31.29н

П75 

Рецензенты:  

кандидат технических наук, доцент А. В. Гальвас; 

кандидат технических наук, доцент И. И. Боровлёв
(электроэнергетический факультет СтГАУ) 

Привалов, Е. Е.  

П75  
Электробезопасность. В 3-х ч. Ч. ІІІ. Защита от напряжения прикосно
вения и шага : учебное пособие / Е. Е. Привалов. – Ставрополь, 2013. – 
156 с. 

Даны термины, определения и показана опасность воздействия напряжения

прикосновения и шага на человека и сельскохозяйственное животное в электроустановках. Рассмотрены меры защиты работников в электрических сетях от поражения током при косвенном прикосновении к электрооборудованию путем автоматического отключения питания, уравниванием и выравниванием потенциалов, двойной изоляцией, сверхнизким напряжением, защитным электрическим
разделением цепей, изолирующими помещениями, зонами и площадками. Даны
вопросы для самопроверки знаний, тесты и ответы на экзаменационные вопросы
четвертой модульной части. 

Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специально
стям 110800.62 «Агроинженерия» и 140400.62 «Электроэнергетика и электротехника», а также лаборантов, техников, мастеров производственного обучения, 
аспирантов и преподавателей.  

УДК 631.31  
ББК 31.29н

© ФГБОУ ВПО Ставропольский государственный

аграрный университет, 2013

ВВЕДЕНИЕ  

 
Дисциплина «Электробезопасность» является базовой частью обучения при подготовке бакалавров электротехнического профиля и формирует у студентов современное электрофизическое мировоззрение и обеспечивает фундаментальную основу для последующего изучения профильных дисциплин электроэнергетического факультета. В третьей части курса профессионального цикла рассмотрены опасности напряжений шага и 
прикосновения в электрических сетях с системами заземления TN, IT и TT 
электроустановок напряжением до и выше 1000В промышленного и сельскохозяйственного назначения.  
Целями третьей части модульного учебного пособия для обучаемых 
являются: формирование знаний об электромагнитных явлениях при возникновении напряжений прикосновения и шага и работе типовых защит в 
электрических сетях систем заземлениях TN, IT и TT электроустановок 
напряжением до и выше 1000В, а также о величинах характеризующих эти 
явления, методах научного познания основ электробезопасности; безопасного выполнения работ на электроустановках; развитие познавательных 
интересов, интеллектуальных и творческих способностей в ходе решения 
технических задач и выполнения практических работ; способности к самостоятельному приобретению новых знаний по электробезопасности в 
соответствии с жизненными потребностями и интересами; воспитание 
убежденности в необходимости разумного использования достижений 
науки и технологий для дальнейшего развития безопасной эксплуатации 
электроэнергетики и электротехники; применение полученных знаний и 
умений для решения практических задач с материалами электрооборудования в быту и в личной жизни, для обеспечения безопасности при работе 
на производстве с электроустановками и системами электроснабжения.  
Задачами третьей части модульного пособия являются ознакомление 
студентов с основными организационными и техническими мероприятиями при выполнении работ, способами и средствами для реализации электрозащитных мероприятий, выборе способов и средств защиты от тока 
электроустановок в сельском хозяйстве и электроэнергетике.  
В результате изучения материала модуля студент должен знать: способы защиты человека и сельскохозяйственных животных от напряжения 
прикосновения и шага; требования мер техники безопасности, организационные и технические мероприятия, обеспечивающие безопасность работы в действующих электроустановках.  
 
 
 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ  

 
Правила устройства электроустановок (ПУЭ, седьмое издание) в главе 1.7 «Заземление и защитные меры электробезопасности» дают по третьему модулю термины и определения. Рассмотрим некоторые из них.  
Прямое прикосновение - электрический контакт людей или животных с токоведущими частями, находящимися под напряжением. Косвенное прикосновение - электрический контакт людей или животных с открытыми проводящими частями, оказавшимися под напряжением при повреждении изоляции. Защита от прямого прикосновения - защита для предотвращения прикосновения к токоведущим частям, находящимся под 
напряжением. Защита при косвенном прикосновении - защита от поражения электрическим током при прикосновении к открытым проводящим 
частям, оказавшимся под напряжением при повреждении изоляции.  
Зона нулевого потенциала (относительная земля) - часть земли, находящаяся вне зоны влияния какого-либо заземлителя, электрический потенциал которой принимается равным нулю. Зона растекания тока (локальная земля) - зона земли между заземлителем и зоной нулевого потенциала. Термин земля следует понимать как земля в зоне растекания тока. 
Замыкание на землю - случайный электрический контакт между токоведущими частями, находящимися под напряжением, и землей.  
Напряжение на заземляющем устройстве - напряжение, возникающее при стекании тока с заземлителя в землю между точкой ввода тока в 
заземлитель и зоной нулевого потенциала.  
Напряжение прикосновения - напряжение между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землей при одновременном 
прикосновении к ним человека или сельскохозяйственного животного. 
Ожидаемое напряжение прикосновения - напряжение между одновременно доступными прикосновению проводящими частями, когда человек или 
сельскохозяйственное животное их не касается.  
Напряжение шага - напряжение между двумя точками на поверхности земли, на расстоянии 1м (100см) одна от другой, которое принимается 
равным условной длине шага человека.  
Сопротивление заземляющего устройства - отношение напряжения 
на заземляющем устройстве к току, стекающему с заземлителя в землю. 
Эквивалентное удельное сопротивление земли с неоднородной структурой 
- удельное электрическое сопротивление земли с однородной структурой, 
в которой сопротивление заземляющего устройства имеет то же значение, 
что и в земле с неоднородной структурой.  
Защиту работника при косвенном прикосновении следует выполнять 
во всех случаях, если напряжение в электроустановке (ЭУ) превышает 
50В переменного и 120В постоянного тока.  

Заземление - преднамеренное электрическое соединение какой-либо 

точки электрической сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством. Защитное заземление – заземление объекта, выполняемое в целях электробезопасности.  

Защитное зануление в электроустановках напряжением до 1000В - 

преднамеренное соединение открытых проводящих частей с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного 
тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с заземленной точкой источника в сетях постоянного тока, выполняемое в целях 
электробезопасности. 

Защита людей в сетях от поражения электрическим током при кос
венном прикосновении к электроприемникам (ЭП), как в нормальном режиме работы ЭУ, так и при повреждении изоляции (послеаварийный режим) предусматривает, кроме защитного заземления, автоматическое отключение источника питания (ИП), уравнивание и выравнивание потенциалов ЭУ объекта, например, открытого распределительного устройства.  

В электроустановках применяют меры защиты от прямого и косвен
ного прикосновения: двойную изоляцию, сверхнизкое напряжение, защитное электрическое разделение цепей, а также изолирующие помещения, зоны и площадки.  

Термин «уравнивание потенциалов» понимают как - электрическое 

соединение проводящих частей для достижения равенства их потенциалов. Соответственно «защитное уравнивание потенциалов» - уравнивание 
потенциалов, выполняемое в целях электробезопасности персонала. 

Выравнивание потенциалов - снижение разности потенциалов (ша
гового напряжения) на поверхности земли или пола при помощи защитных проводников, проложенных в земле, в полу или на их поверхности и 
присоединенных к заземляющему устройству, или путем применения специальных покрытий земли на территории электроустановки или других 
промышленных и сельскохозяйственных объектов.  

Защитное автоматическое отключение питания - автоматическое раз
мыкание цепи фазных проводников (и, если требуется, нулевого рабочего 
проводника), выполняемое в целях электробезопасности. 

Электрические сети с электроустановками напряжением до 1000В 

имеют различные виды изоляции токоведущих частей ЭУ, такие как: 
• основная - обеспечивающая защиту персонала от прямого прикоснове
ния; 

• дополнительная - независимая изоляция, выполняемая дополнительно к 

основной изоляции для защиты людей при косвенном прикосновении; 

• двойная - комбинация основной и дополнительной изоляций; 

• усиленная - обеспечивающая защиту персонала от поражения электри
ческим током, равноценную двойной изоляции.  

Дополнительно в сетях с системами TN-C, TN-S и TN-C-S для защи
ты от поражения электрическим током в случае повреждения изоляции 
применяют по отдельности или в сочетании следующие меры защиты 
персонала электроустановок при косвенном прикосновении к электрооборудованию:  

• сверхнизкое (малое) напряжение (СНН) - напряжение, не превышаю
щее 50В переменного и 120В постоянного тока;  

• разделительный трансформатор - трансформатор, первичная обмотка 

которого отделена от вторичных обмоток при помощи защитного электрического разделения цепей;  

• безопасный разделительный трансформатор - разделительный транс
форматор, предназначенный для питания цепей сверхнизким напряжением;  

• защитный экран - экран, предназначенный для отделения электриче
ской цепи или проводников от токоведущих частей других цепей;  

• защитное электрическое разделение цепей - отделение одной электри
ческой цепи от других цепей в ЭУ напряжением до 1000В с помощью: 
двойной изоляции; основной изоляции и защитного экрана; усиленной 
изоляции;  

• изолирующие помещения, зоны, площадки - помещения, зоны, пло
щадки, в которых защита при косвенном прикосновении обеспечивается высоким сопротивлением пола и стен и в которых отсутствуют заземленные проводящие части.  

При значениях малого напряжения выше 25В переменного или 60В 

постоянного тока выполняют защиту от прямого прикосновения ограждениями (оболочками), которая выдерживает напряжение 500В переменного 
тока в течение 1 мин. При применении малого напряжения, т.е. СНН в сочетании с электрическим разделением цепей открытые проводящие части 
не присоединяют к заземлителю, защитным проводникам или открытым 
проводящим частям других цепей. СНН в сочетании с электрическим разделением цепей применяют, когда необходимо обеспечить защиту работников от поражения электрическим током при повреждении изоляции не 
только в цепи СНН, но и при повреждении изоляции в других цепях, например, в цепи, питающей источник.  

ГЛАВА 1. ОПАСНОСТЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПРИКОСНОВЕНИЯ 
В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ  

1. Меры защиты от поражения током при косвенном  

 прикосновении  

Рассмотрим общие требования к защите людей и сельскохозяйст
венных животных от поражения электрическим током при прикосновении 
к электрооборудованию, как в нормальном режиме работы электроустановки (ЭУ), так и при повреждении изоляции. 

Для защиты работников от поражения током в случае повреждения 

изоляции ЭУ применяют следующие меры защиты при косвенном прикосновении: 

• защитное заземление; 
• автоматическое отключение питания; 
• уравнивание потенциалов; 
• выравнивание потенциалов; 
• двойная или усиленная изоляция; 
• сверхнизкое (малое) напряжение; 
• защитное электрическое разделение цепей; 
• изолирующие (непроводящие) помещения, зоны, площадки. 

ПУЭ определяет прямое прикосновение как электрический контакт 

людей с токоведущими частями, находящимися под напряжением, а косвенное - как контакт людей (сельскохозяйственных животных) с открытыми проводящими частями, оказавшимися под напряжением при повреждении изоляции. Соответственно, напряжение прикосновения - напряжение между двумя проводящими частями электроприемника (ЭП) или 
между проводящей частью и землей при одновременном прикосновении к 
ним человека, а ожидаемое напряжение прикосновения как напряжение 
между одновременно доступными прикосновению проводящими частями, 
когда человек или сельскохозяйственное животное их не касается. 
Рассмотрим пятипроводную электрическую сеть с системой заземления TN-C-S, в которой произошло замыкание фазы 3 на корпус электроприемника 1 (рисунок 1).  
Напряжение прикосновения на корпусах электроприемников ЭП 1 и 
ЭП 2 в нормальном режиме работы сети равно нулю. В послеаварийном 
режиме, при повреждении изоляции линии (фазы) 
3L  в электрической цепи: линия 3, сопротивление совмещенного защитного и рабочего проводника 
PEN
R
, сопротивление источника питания 
ИП
R
 протекает опасный ток.  
 
 

Рисунок 1 - Сеть TN-C-S с однофазным замыканием на корпус ЭП 1 до 
точки разделения PEN-проводника на N- и РЕ-проводники: 
 
ПР
U
- напряжение прикосновения; 
Ш
U
- шаговое напряжение; 
ип
R  - заземлитель источника питания; 
PEN
R
 - сопротивление PEN-проводника. 
 
В послеаварийном режиме напряжение 
ПР
U
 на участке ЭП 2 (б) до 
момента срабатывания защиты электроустановки принимают значения, 
при которых возможно смертельное поражение человека и сельскохозяйственного животного электрическим током. 
 
2. Напряжение прикосновения при одиночном заземлителе  
 
Оценим опасность напряжения прикосновения для человека и сель
скохозяйственного животного в случае одиночного заземления электроустановки. Напряжением прикосновения это падение напряжения на электрическом сопротивлении тела человека: 

h
h
ПР
R
I
U
=
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(1) 

где 
hI - ток, проходящий через тело человека, например, по пути « правая 

рука - ноги». В системе одиночного защитного заземления ЭУ одна из 
этих точек имеет потенциал заземлителя 
З
ϕ , а другая - потенциал основа
ния 
ОСН
ϕ
 в том месте, где стоит человек.  

В этом случае напряжение прикосновения  

ОСН
З
ПР
U
ϕ
ϕ −
=
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(2) 

или  

1
α
ϕЗ
ПР
U
=
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(3) 

где 
1
α  - коэффициент напряжения прикосновения или просто коэффици
ент прикосновения, учитывающий форму потенциальной кривой. Подставляя в формулу (2) зависимость (3) получим коэффициент  

1
1
1
≤
⎟⎠
⎞
⎜⎝
⎛ −
=
З

ОСН ϕ

ϕ
α
  
 
 
 
 
 
 
 
 
(4) 

Пусть электроприемники ЭП 1,2 и 3, например асинхронные элек
тродвигатели, заземлены с помощью одиночного заземлителя  с сопротивлением 
З
R  (рисунок 2). 

Рисунок 2 - Напряжение прикосновения при одиночном заземлителе: 
I - зависимость потенциала 
З
ϕ  от расстояния x ; II  - кривая, характери
зующая изменение напряжения 
ПР
U
 при изменении расстояния x . 

При замыкании на корпус ЭП 2 на одиночном заземлителе и всех 

присоединенных к нему частях ЭУ, в том числе на корпусах ЭП 2 и ЭП 3, 
появится потенциал 
З
ϕ . Поверхность земли вокруг одиночном заземлите
ля также будет иметь потенциал, изменяющийся по кривой, зависящей от 
формы и размеров заземлителя (электрода) с сопротивлением 
З
R . 

Напряжение прикосновения для человека, касающегося заземленно
го корпуса ЭП 2 и стоящего на земле (случай 3), определяется отрезком 
АВ и зависит от формы потенциальной кривой и расстояния x  между человеком и заземлителем ЭУ (чем дальше от одиночного заземлителя находится человек, тем больше напряжение 
ПР
U
 и наоборот).  

 
Рассмотрим наиболее характерные случаи. 
Случай 1. При наибольшем расстоянии (
∞
→
x
), т.е. при расстоянии 

от одиночного заземлителя 
м
x
20
≥
 напряжение прикосновения имеет наи
большее значение: 
З
ПР
U
ϕ
=
, а коэффициент 
1
1 =
α
. Это самый опасный 

случай непреднамеренного прикосновения человека к корпусу ЭП 3. 

Случай 2. При наименьшем значении 
0
=
x
, т.е. когда человек сто
ит двумя ногами на одиночном заземлителе, напряжение 
0
=
ПР
U
 и коэф
фициент 
0
1 =
α
. Это – наиболее безопасный случай, т.к. человек не под
вергается воздействию напряжения 
ПР
U
, хотя он и находится под потен
циалом одиночного заземлителя 
З
ϕ , но если человек сойдет с заземлителя 

ЭУ, то окажется в опасности поражения током. 

Случай 3. При других значениях расстояния от одиночного заземли
теля x  = 0…20м напряжение 
ПР
U
 плавно возрастает от 0 до 
З
ϕ , а коэффи
циент 
1
α , - от 0 до 1 и опасность поражения током человека постепенно 

увеличивается до максимальной величины. 

Проанализируем изменение напряжения 
ПР
U
 и коэффициента 
1
α , 

при полушаровом одиночном заземлителе радиусом r . В этом случае потенциал любой точки на поверхности земли вокруг заземлителя ЭУ: 

x

З
ϕ
ϕ =
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(5) 

поэтому напряжение: 

(
)
x
r
x

r
U
З
З
З
ПР
−
=
−
=
1
ϕ
ϕ
φ
, 
 
 
 
 
 
 
 
(6) 

а коэффициент: 

x
r
−
= 1
1
α
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(7) 

При расстоянии от одиночного заземлителя 
∞
→
x
, опасность будет 

большой (случай 1) отношение 
0
=
x
r
, а напряжение прикосновения и 

коэффициент прикосновения будут иметь максимальные значения: