Применение УЗО для защиты человека.

УЗО в основном применяются для защиты человека от удара электрическим током.

На производстве обслуживание электротехнических установок, приборов осуществляется специально обученным электротехническим или электротехнологическим персоналом, а в быту аналогичные работы выполняет не подготовленное население. Кроме того как установлено в исследованиях проведенных в тридцатых годах прошлого столетия действие электрического тока на животных и человека сильно отличаются. Отличие вызвано реакцией нервной системы человека на прохождение через его тело электрического тока. Имеется два варианта развития последствий от удара электрическим током: первый нервная система помогает электрическому току убить человека, второй – нервная система сопротивляется воздействию электрического тока. Как показали исследования у подготовленного человека, реакция нервной системы осуществляется по второму варианту, по этому защита от удара электрическим током имеет особое значение в быту, где зачастую применяются электрические приборы аналогичные применяемым на производстве: стиральные машины, холодильники, компьютеры, утюги, электрические плиты, электроинструмент, кондиционеры и т.д.

Поэтому применение УЗО в быту имеет первостепенное значение, да и в производстве не будет лишним, так как по статистике на 140…200 тысяч прикосновений с электрическим током одно прикосновение кончается смертельным исходом, остальные разной степенью электрическими травмами.

Чтобы предотвратить тяжелые последствия поражения электрическим током применяются устройства защитного отключения (УЗО).

Рассмотрим факторы, определяющие исход воздействия электрического тока на человека cогласно ГОСТ 12.1.019 “ССБТ. Электробезопасность. Общие требования” - степень опасного и вредного воздействия на человека электрического тока зависит от силы тока, напряжения, а также рода тока, частоты электрического тока и пути по которому проходит ток через тело человека, продолжительности воздействия и условий внешней среды.

Сила тока — главный фактор, от которого зависит исход поражающего действия электрического тока: чем больше сила тока, тем опаснее последствия. Сила тока определяется приложенным напряжением и электрическим сопротивлением организма.

Напряжение. По мимо силы тока на исход поражения влияет величина напряжения приложенного к телу человека. Напряжение определяет величину тока, проходящего через человека.

Сопротивление тела человека составляет от 3 до 100 кОм и более - это в случае если кожный покров неповрежден, сухой и чистый. В то время как сопротивление внутренних органов составляет всего 300…500 Ом.
В случае действия переменного тока промышленной частоты (50 Гц) за расчетную величину берут активное сопротивление человека — 1000 Ом. В действительности сопротивление тела человека не является постоянной величиной. Оно зависит от множества различных факторов, в том числе: от состояния кожного покрова; окружающей среды; параметров электрической цепи и т.д.
Повреждение рогового слоя кожного покрова ( порезы, царапины, ссадины и т.п.), увлажнение кожного покрова (к примеру, пОтом), загрязнение вредными веществами (пыль, окалина) - это все снижает сопротивление тела до 500…700 Ом. И как следствие увеличивается опасность поражения электрическим током.

По степени воздействия электрического тока на человека различают три пороговых значения тока: ощутимый, неотпускающий и фибрилляционный.

Ощутимый (пороговый).

Электрический ток называют ощутимым если при прохождении через организм он вызывает ощутимое раздражение. Человек начинает ощущать ток у же при 0,6–1,5 мА (данные для тока с частотой 50 Гц). Силу таких «пороговых» токов считают длительно безопасной величиной для человека.

Неотпускающий.

Ток называют неотпускающим если непреодолимые судорожные сокращения мышц руки, ноги или других частей тела не позволяют пострадавшему самостоятельно оторваться от токоведущих частей. Диапазон неотпускающего тока составляет порядка 10,0–15,0 мА.

Фибрилляционный ток.

Фибрилляционный — ток является наиболее опасным так как его прохождение через организм вызывает фибрилляцию сердца (быстрые хаотические и разновременные сокращения волокон сердечной мышцы, приводящие к его остановке). Диапазон фибрилляционного тока составляет 90,0–100,0 мА, при длительности действия 1…3 с (по пути рука-рука, рука-ноги). По истечении нескольких секунд происходит остановка дыхания. По статистики смертельные исходы чаще всего наступают от напряжения 220 В. Основная причина в том, что именно низкое напряжение заставляет беспорядочно сокращаться сердечные волокна, что приводит к моментальному сбою в работе желудочков сердца.

Однако сила тока величиной 5 А и более фибрилляцию сердечной мышцы не вызывает, а происходит мгновенная остановка сердца, паралич мышц грудной клетки.

Безопасных напряжений не существует, поскольку сила тока при любом напряжении может превысить силу пороговых токов при аномально малых сопротивлениях тела человека. К примеру, если к акупунктурным точкам человека (R ~ 10 Ом) приложить контакт полюсов гальванического элемента (U = 1,5 В), то между ними возникнет постоянный электрический ток - 1,5 А. Даже при кратковременном действии эта величина превышает смертельную.

Тяжесть поражения зависит от продолжительности воздействия электрического тока. С увеличением времени протекания тока через человеческий организм, так же повышается вероятность прохождения тока через сердце в момент когда оно больше всего уязвимо (окончание сокращения желудочков и перехода их в расслабленное состояние ~ 0,2 с). По мимо этого, усугубляются все негативные явления как местного, так и общего действия. При длительном воздействии электрического тока снижается сопротивление кожи (из-за потоотделения) в местах контактов, повышается вероятность прохождение тока в особенно опасный период сердечного цикла. Человек может выдержать смертельно опасные значение переменного тока 100 мА, если продолжительность воздействия тока не превысит 0,5 с.

Наибольшие допустимые для человека уровни токов в сети переменного тока частотой 50 Гц в зависимости от длительности воздействия приведены в таблице 1.

Подведем итог вышесказанному: для защиты человека от поражения электрическим током УЗО должно срабатывать при небольших утечках тока и за минимально возможное время.

Другим случаем применения УЗО является применение УЗО как прибора защищающего от возникновения пожара в случае утечки электрического тока в связи с неисправностью изоляции электропроводки. Для этого применяются УЗО с высоким порогом срабатывания по току утечки - 300мА и 500мА, как правило в быту такие УЗО ставятся в этажных щитках. Выделяемой тепловой мощности при таких токах утечки вполне хватает для воспламенения окружающих неисправную проводку материалов, поэтому в пожарных УЗО время срабатывания так же имеет большое значение.

Зададимся вопросом – а на какое минимальное значение тока утечки могут применяться УЗО?

Кроме тока утечки вызванного прикосновением к токопроводяшим поверхностям находящимися под напряжение существуют еще два вида токов утечки: ток утечки через изоляцию проводов, электрические приборы и ток протекающий через конденсаторы сетевых фильтров, которые устанавливаются проводами и корпусом и шунтирую радиопомехи. В соответствии с ГОСТ РВ 20.57.310-98 этот ток ограничивается до значений не выше 6 мА.

Обычно ток утечки в бытовых электроприборах меньше 6 мА, например для стиральных машин не более 2 мА, для компьютеров не более 3 мА. При выборе УЗО к этому точки утечки необходимо добавить ток утечки в проводах от УЗО до электроприбора. При отсутствии данных ток утечки сети можно применять из расчета 10 мкА на 1 м длины фазного проводника.

В общем случае в соответствии с ПУЭ издание 7 п.7.1.83 суммарный ток утечки сети с учетом присоединяемых стационарных и переносных электроприемников в нормальном режиме работы не должен превосходить 1/3 номинального тока УЗО. При отсутствии данных ток утечки электроприемников следует принимать из расчета 0,4 мА на 1 А тока нагрузки, а ток утечки сети - из расчета 10 мкА на 1 м длины фазного проводника.

Ограничение суммарного тока утечки УЗО на уровне 1/3 от номинального тока УЗО связано тем, что УЗО срабатывает в диапазоне от 50 до 100 процентов номинального дифференциального тока. Если сумма токов утечки превышает 33%, то возникает большая вероятность ложного срабатывания УЗО.

Время срабатывания УЗО регламентируется ГОСТ Р 51326.1-99 Выключатели автоматические управляемые дифференциальным током, бытового и аналогичного назначения без встроенной защитой от сверхтоков и ГОСТ Р 51327.1-2010 Выключатели автоматические управляемые дифференциальным током, бытового и аналогичного назначения со встроенной защитой от сверхтоков.

Для УЗО общего типа максимальное время отключения – 0,30 с. Для УЗО типа S – 0,5 с. Время дано при точке утечки равном номинальному дифференциальному току УЗО. При двухкратном токе утечки эти времена будут соответственно равны 0,150 с и 0,2 с, а при пятикратном 0,04 с и 0,15 с.

По условиям функционирования выпускаются следующие типы УЗО:

• УЗО типа АС — устройство защитного отключения, реагирующее на переменный синусоидальный дифференциальный ток, возникающий внезапно, либо медленно возрастающий. Это самый распространенный и не дорогой тип УЗО;
• УЗО типа А — устройство защитного отключения, реагирующее на переменный синусоидальный дифференциальный ток и пульсирующий постоянный дифференциальный ток, возникающие внезапно, либо медленно возрастающие. УЗО типа А целесообразно применять в основанных случаях, например, в цепях, содержащих потребители с тиристорным управлением без разделительного трансформатора. В некоторых марках бытовой техники рекомендуется установка УЗО типа А. Стоимость УЗО типа А в несколько раз дороже чем УЗО типа АС;
• УЗО типа В. УЗО реагирует на переменный, постоянный и выпрямленный дифференциальные токи, применяется в промышленных электроустановках со смешанным питанием — переменным, выпрямленным и постоянным токами.
• УЗО типа S — селективное (с выдержкой по времени отключения), это может быть необходимо там, где используется АВР. В быту УЗО типа S устанавливается в этажном щитке.
• УЗО типа G — то же что и S, но с меньшей выдержкой времени.

В заключение необходимо отметить следующее:

1. УЗО не предназначено для отключения токов короткого замыкания, поэтому оно должно быть защищено автоматическим выключателем с меньшим током отключения. Поэтому целесообразно в квартирном щитке к одному УЗО подключить несколько автоматических выключателей.
2. Для обеспечения селективности при последовательном соединении УЗО, например, их установка в квартирном и этажном щитках. В этажном щитке должен быть установлен УЗО, имеющий уставку и время срабатывания не менее чем в 3 раза большие, чем у УЗО, расположенный ближе к потребителю.
3. Промышленностью выпускаются дифференциальные автоматические выключатели, которые сочетают в себе функции УЗО и автоматического выключателя.
4. В зоне действия УЗО нулевой рабочий проводник не должен иметь соединений с заземленными элементами и нулевым защитным проводником.
5. В групповых сетях, питающих штепсельные розетки, следует применять УЗО с номинальным током срабатывания не более 30 мА.
6. В помещениях с повышенной влажностью, а также для защиты посудомоечных и стиральных машин рекомендуется устанавливать УЗО с дифференциальным током 10 мА.
7. Запрещается подключать охрано-пожарные приборы к УЗО.
8. Источником пульсирующего тока являются, например, стиральные машины с регуляторами скорости, регулируемые источники света, телевизоры, персональные компьютеры и др.
9. Установка УЗО запрещается для электроприемников, отключение которых может привести к ситуациям, опасным для потребителей (отключению пожарной сигнализации и т.п.).