Como se avalia o risco de lesão de uma pessoa pela corrente de uma instalação elétrica em redes elétricas com diferentes configurações?

O conhecimento dos processos que ocorrem nas instalações elétricas permite que os engenheiros de energia operem com segurança equipamentos com qualquer tensão e tipo de corrente, para realizar trabalhos de reparo e manutenção de sistemas elétricos.

Para evitar casos de choque elétrico em uma instalação elétrica, as informações contidas no PUE, PTB e PTE — os principais documentos elaborados pelos melhores especialistas a partir da análise de acidentes com pessoas acidentadas por fatores de risco que acompanham a operação de energia elétrica.

Circunstâncias e razões para expor uma pessoa à corrente elétrica

Os documentos de orientação de segurança distinguem três grupos de causas que explicam a eletrocussão dos trabalhadores:

1. abordagem intencional e não intencional de partes vivas com tensão a uma distância inferior à segura ou tocá-las;

2. emergência e desenvolvimento de situações de emergência;

3.violação dos requisitos especificados nos manuais que prescrevem as regras de comportamento dos trabalhadores nas instalações elétricas existentes.

A avaliação do perigo de lesão para uma pessoa consiste em determinar por cálculos as magnitudes das correntes que passam pelo corpo da vítima. Ao mesmo tempo, muitas situações devem ser levadas em consideração quando os contatos podem ocorrer em locais aleatórios em uma instalação elétrica. Além disso, a tensão aplicada a eles varia dependendo de vários motivos, incluindo as condições e modos de operação do circuito elétrico, suas características energéticas.

Condições para lesões em pessoas por corrente elétrica

Para que a corrente flua pelo corpo da vítima, é necessário criar um circuito elétrico conectando pelo menos dois pontos do circuito que possuam uma diferença de potencial - tensão. As seguintes condições podem ocorrer com equipamentos elétricos:

1. Toque simultâneo bifásico ou bipolar de diferentes pólos (fases);

2. contato monofásico ou unipolar com o potencial do circuito, quando uma pessoa tem uma conexão galvânica direta com o potencial de terra;

3. contato acidental com elementos condutores da instalação elétrica que se encontravam sob tensão em decorrência do desenvolvimento do acidente;

4. caindo sob a ação da tensão de passo, quando uma diferença de potencial é criada entre os pontos em que as pernas ou outras partes do corpo estão localizadas ao mesmo tempo.

Nesse caso, pode ocorrer contato elétrico da vítima com a parte condutora de corrente da instalação elétrica, o que é considerado pela PUE como contato:

1. diretamente;

2. ou indiretamente.

No primeiro caso, é criado pelo contato direto com uma parte energizada conectada sob tensão e, no segundo, pelo contato com elementos não isolados do circuito quando um potencial perigoso passou por eles em caso de acidente.

Para determinar as condições de operação segura de uma instalação elétrica e preparar um local de trabalho para os trabalhadores, é necessário:

1. analisar os casos de possível criação de caminhos para a passagem de corrente elétrica pelo corpo do pessoal de serviço;

2. compara seu valor máximo possível com os padrões mínimos permitidos atuais;

3. toma a decisão de implementar medidas para garantir a segurança elétrica.

Características da análise das condições de lesão de pessoas em instalações elétricas

Para estimar a magnitude da corrente que passa pelo corpo da vítima em uma rede com tensão DC ou AC, os seguintes tipos de designações são usados ​​para:

1. resistências:

• Rh — no corpo humano;

• R0 — para dispositivo de aterramento;

Ris — camada isolante em relação ao contorno da terra;

2. correntes:

Ih — através do corpo humano;

Iz — curto-circuito no loop de terra;

3. tensões;

Uc — circuitos com correntes alternadas monofásicas ou constantes;

Ul — linear;

Uf — fase;

Upr — toques;

Orelha - passos.

Nesse caso, são possíveis os seguintes esquemas típicos para conectar a vítima aos circuitos de tensão nas redes:

1. corrente contínua em:

• contato unipolar de um contato de fio com um potencial isolado do circuito de aterramento;

• contato unipolar do potencial do circuito com um polo aterrado;

• contato bipolar;

2. redes trifásicas em;

• contato monofásico com um dos condutores de potencial (caso generalizado);

• contato bifásico.

Circuitos de falha em circuitos DC

Contato humano unipolar com potencial isolado da terra

Sob a influência da tensão Uc, uma corrente Ih passa pela resistência de isolamento dobrada do meio através do circuito criado sequencialmente do potencial do condutor inferior, corpo da vítima (braço-perna) e o loop de aterramento.

Contato humano unipolar com potencial de polo de aterramento

Nesse circuito, a situação é agravada ao conectar ao circuito de aterramento um condutor de potencial com resistência R0, próxima de zero e muito inferior à do corpo da vítima e à camada isolante do ambiente externo.

A força da corrente necessária é aproximadamente igual à relação entre a tensão da rede e a resistência do corpo humano.

Contato humano bipolar com potenciais de rede

A tensão da rede elétrica é aplicada diretamente ao corpo da vítima, e a corrente através de seu corpo é limitada apenas por sua própria resistência desprezível.

Padrões gerais de falha em circuitos trifásicos de corrente alternada

Estabelecer contato humano entre potencial de fase e terra

Basicamente, há uma resistência entre cada fase do circuito e um potencial de terra e uma capacitância são criados. O zero dos enrolamentos da fonte de tensão possui uma resistência generalizada Zn, cujo valor varia em diferentes sistemas de aterramento do circuito.

As fórmulas para calcular a condutividade de cada circuito e o valor total da corrente Ih através da tensão de fase Uf são mostradas na figura pelas fórmulas.

Formação de contato humano entre duas fases

O maior valor e perigo é a corrente que passa pelo circuito, criada entre os contatos diretos do corpo da vítima com os condutores de fase. Nesse caso, parte da corrente pode passar pelo caminho do solo e da resistência de isolamento do meio.

Características do toque bifásico

Em circuitos CC e CA trifásicos, fazer contatos entre dois potenciais diferentes é o mais perigoso. Com esse esquema, uma pessoa fica sob a influência do maior estresse.

Em um circuito com alimentação de tensão constante, a corrente através da vítima é calculada pela fórmula Ih = Uc / Rh.

Em uma rede CA trifásica, esse valor é calculado de acordo com a relação Ih = Ul / Rh =√3Uph / Rh.

Dado que a resistência elétrica média do corpo humano é de 1 quilohm, calculamos a corrente que ocorre na rede com tensão constante e alternada de 220 volts.

No primeiro caso será: Ih = 220/1000 = 0,22A. Esse valor de 220 mA é suficiente para que a vítima sofra uma contração muscular convulsiva quando, sem ajuda, não consegue mais se livrar dos efeitos de um toque acidental — a corrente de retenção.

No segundo caso Ih = (220·1,732)/1000= 0,38A. Com este valor de 380 mA, existe o risco de ferimentos fatais.

Também atentamos para o fato de que em uma rede trifásica com tensão alternada, a posição do neutro (pode ser isolado do terra ou curto-circuito reverso) tem muito pouca influência no valor da corrente Ih . Sua parte principal não passa pelo circuito de terra, mas entre os potenciais de fase.

Se uma pessoa aplicou equipamentos de proteção que garantem seu isolamento confiável do contorno da terra, em tal situação eles serão inúteis e não ajudarão.

Características de uma torneira monofásica

Uma rede trifásica com um neutro solidamente aterrado

A vítima toca um dos fios de fase e cai sob a diferença de potencial entre ele e o circuito de aterramento. Esses casos ocorrem com mais frequência.

Embora a tensão fase-terra seja 1,732 vezes menor que a tensão da rede, tal caso permanece perigoso. A condição da vítima pode piorar:

• modo neutro e sua qualidade de conexão;

• resistência elétrica da camada dielétrica dos condutores em relação ao potencial de terra;

• tipo de calçado e suas propriedades dielétricas;

• resistência do solo no local da vítima;

• outros fatores relacionados.

O valor da corrente Ih neste caso pode ser determinado a partir da relação:

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

Lembre-se de que as resistências do corpo humano Rh, dos sapatos Rb, do piso Rp e do solo no neutro R0 são medidas em ohms.

Quanto menor o denominador, mais forte a corrente. Se, por exemplo, um funcionário usa sapatos condutivos, seus pés estão molhados ou com pregos de metal, e ele também está em um piso de metal ou solo úmido, então podemos assumir que Rb = Rp = 0. Isso garante a pior caso para a vida da vítima.

Ih = Uph / (Rh + R0).

Com uma tensão de fase de 220 volts, obtemos Ih = 220/1000 = 0,22 A. Ou uma corrente letal de 220 mA.

Agora vamos calcular a opção quando o trabalhador utiliza equipamentos de proteção: sapatas dielétricas (Rp = 45 kOhm) e base isolante (Rp = 100 kOhm).

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

Obteve um valor de corrente seguro de 1,5 mA.

Rede trifásica com neutro isolado

Não há conexão galvânica direta do neutro da fonte de corrente ao potencial de terra. A tensão de fase é aplicada à resistência da camada isolante Rot, que tem um valor muito alto, que é controlado durante a operação e é constantemente mantido em boas condições.

A cadeia de fluxo de corrente através do corpo humano depende deste valor em cada uma das fases.Se levarmos em consideração todas as camadas de resistência atual, seu valor pode ser calculado pela fórmula: Ih = Uph / (Rh + Rb + Rp + (Riz / 3)).

No pior caso, quando forem criadas condições para máxima condutividade através dos calçados e do piso, a expressão assumirá a forma: Ih = Uph / (Rh + (Rf / 3)).

Se considerarmos uma rede de 220 volts com um isolamento de camada de 90 kΩ, obtemos: Ih = 220 / (1000+ (90000/3)) = 0,007 A. Essa corrente de 7 mA parecerá boa, mas não pode causar uma lesão fatal.

Observe que omitimos intencionalmente a resistência do solo e da sapata neste exemplo. Se os levarmos em consideração, a corrente diminuirá para um valor seguro, da ordem de 0,0012 A ou 1,2 mA.

Conclusões:

1. Em sistemas com modo neutro isolado, é mais fácil garantir a segurança dos trabalhadores. Isso depende diretamente da qualidade da camada dielétrica dos fios;

2. Nas mesmas circunstâncias, tocando o potencial de uma fase, um circuito com neutro aterrado é mais perigoso do que um isolado.

Modo de emergência de um contato monofásico em uma rede trifásica com neutro aterrado

Vamos considerar o caso de tocar o corpo metálico de um dispositivo elétrico, se o isolamento da camada dielétrica no potencial de fase for rompido dentro dele. Quando uma pessoa toca este corpo, a corrente flui através de seu corpo para o solo e depois através do neutro para uma fonte de tensão.

O circuito equivalente é mostrado na figura abaixo. A resistência Rn é propriedade da carga criada pelo dispositivo.

A resistência de isolamento Rot junto com R0 e Rh limita a corrente de contato entre as fases. É expresso pela razão: Ih = Uph / (Rh + Rot + Ro).

Neste caso, via de regra, mesmo na fase de projeto, escolhendo materiais para o caso em que R0 = 0, eles procuram cumprir a condição: Rf>(Uph /Ihg)- Rh.

O valor de Ihg é chamado de limite de corrente imperceptível, cujo valor uma pessoa não sentirá.

Concluímos: a resistência da camada dielétrica de todas as partes vivas ao contorno do solo determina o grau de segurança da instalação elétrica.

Por esse motivo, todas essas resistências são normalizadas e relatadas nas tabelas aprovadas. Para o mesmo propósito, não são normalizadas as próprias resistências de isolamento, mas as correntes de fuga que passam por elas durante os testes.

Tensão de passo

Nas instalações elétricas, por diversos motivos, pode ocorrer um acidente quando o potencial de fase toca diretamente o loop de terra. Se em uma linha de energia aérea um dos condutores quebrar sob a influência de vários tipos de cargas mecânicas, então, neste caso, ocorre uma situação semelhante.

Nesse caso, uma corrente é gerada no ponto de contato do condutor com o solo, o que cria uma zona de difusão ao redor do ponto de contato - uma área na superfície da qual surge um potencial elétrico. Seu valor depende da corrente de fechamento Ic e da condição específica do solo r.

Uma pessoa que cai dentro dos limites desta zona cai sob a influência da tensão do pé Ush, conforme mostrado na metade esquerda da figura. A área da zona de difusão é delimitada pelo contorno onde não há potencial.

O valor da tensão de passo é calculado pela fórmula: Ush = Uz ∙ β1 ∙ β2.

Leva em consideração a tensão de fase no ponto de distribuição de corrente - Uz, que é determinada pelos coeficientes das características de distribuição de tensão β1 e a influência das resistências de sapatos e pernas β2. Os valores de β1 e β2 são publicados em livros de referência.

O valor da corrente pelo corpo da vítima é calculado pela expressão: Ih =(U3 ∙ β1 ∙ β2)/Rh.

No lado direito da figura, na posição 2, a vítima entra em contato com o potencial de terra do condutor. É influenciado pela diferença de potencial entre o ponto de contato da mão e o contorno do solo, que é expressa pela tensão de toque Upr.

Nesta situação, a corrente é calculada pela expressão: Ih = (Uph.z. ∙α)/Rh

Os valores do coeficiente de dispersão α podem variar entre 0 ÷ 1 e levar em consideração as características que afetam Upr.

Na situação em consideração, as mesmas conclusões se aplicam ao fazer contato monofásico com a vítima durante a operação normal da instalação elétrica.

Se uma pessoa estiver fora da zona de dispersão atual, ela estará em uma zona segura.