Исследование опасности поражения током в электроустановках напряжением до 1 кВ

Московский государственный технический университет 
имени Н.Э. Баумана 

В.В. Тупов 

Исследование опасности поражения током  
в электроустановках напряжением до 1 кВ  

Методические указания к выполнению лабораторной работы  
по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 

УДК 614.825 
ББК 31.29н 
 
Т85 

Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru 

по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/81/book1111.html 

Факультет «Энергомашиностроение» 

Кафедра «Экология и промышленная безопасность» 

Рекомендовано Редакционно-издательским советом 

 МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве методических указаний 

Рецензент  

канд. хим. наук П.В. Слитиков 

Тупов, В. В.  

Т85   
Исследование опасности поражения током в электроуста-

новках напряжением до 1 кВ : методические указания к выполнению 
лабораторной работы по дисциплине «Безопасность 
жизнедеятельности» / В. В. Тупов. — Москва : Издательство 
МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015. — 24, [4] с. : ил.  

ISBN 978-5-7038-4131-0 
Рассмотрены влияние основных параметров электрических се-

тей на значение силы тока, проходящего через тело человека при 
прямом и косвенном контакте его с частями, находящимися под 
напряжением, и средства ограничения этого негативного воздействия. 


Для студентов всех специальностей МГТУ им. Н.Э. Баумана. 
 

 
  УДК 614.825 

 
  ББК 31.29н 

 
 
 
 

 

 
© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015 

 
© Оформление. Издательство  

ISBN 978-5-7038-4131-0 
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015 

Предисловие 

Широкое использование электроэнергии во всех отраслях промышленности, 
на транспорте, в медицине, а также в быту сопровождается 
значительным увеличением количества людей, связанных 
с эксплуатацией электрооборудования, что существенно повышает 
потенциальную опасность электротравматизма.  
Статистические исследования показали, что на производстве 
количество смертельных несчастных случаев, вызванных воздействием 
электрического тока, составляет значительную часть от 
числа всех травм со смертельным исходом. При этом большинство 
их приходится на электроустановки напряжением до 1 кВ.  
Данная лабораторная работа позволит студентам изучить основные 
факторы, влияющие на опасность поражения током, и 
обоснованно применять электрозащитные средства в конкретных 
условиях их практической деятельности.  
Цель работы — исследование опасности прикосновения человека 
к фазному проводу электрической сети напряжением до 1 кВ 
в ее нормальном и послеаварийном состояниях в зависимости от 
режима нейтрали источника питания сети, активного сопротивления 
изоляции и электрической емкости проводников относительно 
земли, а также сопротивления в цепи тела человека. 
После выполнения лабораторной работы студенты смогут: 
• убедиться, используя сначала расчетный метод, а затем экспериментальный, 
в том, что в сети с глухозаземленной нейтралью 
в случае прикосновения человека к фазе сила тока, проходящего 
через него, практически не зависит от сопротивления изоляции и 
емкости проводников сети относительно земли;  
• узнать, что в сети с глухозаземленной нейтралью в случае прикосновения 
человека к фазе сила тока, проходящего через него, зависит 
от сопротивления обуви и основания, на котором стоит человек, 
и применять в практической деятельности электрозащитные 

средства (диэлектрические галоши, диэлектрические подставки, диэлектрические 
ковры и т. п.) в целях обеспечения требуемого уровня 
безопасности согласно Правилам устройства электроустановок 
(ПУЭ);  
• усвоить то, что в трехфазных сетях с изолированной нейтралью 
сила тока, протекающего через человека, прикоснувшегося к 
фазе, зависит от сопротивления изоляции проводников сети, их 
электрической емкости относительно земли, сопротивления в цепи 
тела человека, и соблюдать требования ПУЭ по контролю состояния 
средств обеспечения электробезопасности;  
• оценить степень опасности поражения током в случае прикосновения 
человека к фазе сети с глухозаземленной нейтралью и 
сети с изолированной нейтралью при послеаварийном режиме их 
функционирования;  
• применять на практике освоенные при выполнении лабораторной 
работы методы расчетов и измерений, проводить анализ 
полученных результатов и формулировать выводы.  

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 

Трехфазные сети напряжением до 1кВ в зависимости от режима 
нейтрали источника питания разделяют на сети с глухозазем-
ленной нейтралью и сети с изолированной нейтралью [1]. 
Глухозаземленная нейтраль — нейтраль генератора (трансформатора), 
присоединенная непосредственно к заземляющему устройству. 

Изолированная нейтраль — нейтраль генератора (трансформатора), 
не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная 
к нему через большое сопротивление приборов сигнализации, 
измерения, защиты и т. п. 
В случае прикосновения человека к фазному проводу сети или 
к корпусу оборудования, например при замыкании на него фазы 
при пробое изоляции, через тело человека на землю проходит ток, 
который затем через землю, сопротивления изоляции проводников 
и заземление нейтрали (при его наличии) возвращается к источнику 
питания (обмоткам трансформатора). Такое прикосновение 
называется однофазным. Реже на практике реализуется двухфаз-
ное включение человека в цепь тока. 
Тяжесть поражения зависит от значения тока, пути протекания 
его через тело человека, длительности воздействия, индивидуальных 
особенностей человека и некоторых других факторов. 
Анализ опасности электрических сетей сводится прежде всего 
к определению силы тока, проходящего через тело человека. 
При однофазном прикосновении, если человек обут и стоит на 
каком-либо основании, сопротивление в цепи тела человека 
 
Rh = Rчл + Rоб + Rос, 
 (1.1) 
где Rчл, Rоб и Rос — сопротивления тела человека, обуви и основания 
соответственно, Ом. 
Сила тока Ih, проходящего через тело человека, зависит от сопротивления 
Rh и параметров электрической сети. Далее приведе-

ны зависимости для вычисления Ih в трехфазных сетях напряжением 
до 1 кВ с глухозаземленной и изолированной от земли нейтралью 
при нормальном и послеаварийном режимах работы сетей [2]. 

1.1. Нормальный режим работы сети 

1.1.1. Трехфазная четырехпроводная сеть  
с глухозаземленной нейтралью 

Рассмотрим сначала схему замещения и расчетную схему исследуемой 
трехфазной четырехпроводной сети, представленные на 
рисунке. 

 

Схемы трехфазной четырехпроводной сети: 
а — схема замещения; б — расчетная схема 

Распределенные по длине каждого из фазных проводников А, 
В, С и PEN-проводника* активное сопротивление изоляции и электрическая 
емкость относительно земли условно приняты сосредоточенными 
элементами: активными сопротивлениями RAE, RBE, 
RCE, RPEN и емкостями СAE, СBE, СCE, СPEN. Индуктивной составляющей 
сопротивления изоляции обычно пренебрегают ввиду ее незначительности. 
Для удобства вывода расчетных зависимостей используем 
проводимости, Ом–1 (см. рисунок): 

 

0
0
чл
об
ос

1
1
1
;
;
;

1
1
1
1
;
;
,

A
AE
B
BE
C
CE
AE
BE
CE

N
PEN
h
PEN
h

Y
j C
Y
j C
Y
j C
R
R
R

Y
j C
Y
Y
R
R
R
R
R
R


 

 

 


 






  (1.2) 

где  = 2f — угловая частота переменного тока, с–1; f — циклическая 
частота, f = 50 Гц; R0 — сопротивление заземления нейтрали, 
Ом; 
1.
j 

 
Такая схема замещения позволяет рассмотреть сеть с глухоза-
земленной нейтралью, если принять Y0 = 1/R0, или трехпроводную 
сеть с изолированной нейтралью, если положить YN = Y0 = 0. 
Принимая фазные напряжения (В) источника симметричными, 
получим 

 
UА = Uф;   UВ = а2 Uф;   UС = а Uф, 
(1.3) 

где Uф — амплитуда фазных напряжений; а = –0,5
3/2 
j

 — 
фазный оператор, позволяющий учесть сдвиг по фазе на 120 фазных 
напряжений, причем |а| = 1. 
Применяя законы Кирхгофа, запишем общее выражение для 
расчета силы тока (А), протекающего через тело человека, стоящего 
на земле и прикасающегося к фазе А трехфазной сети: 

 

2
0
ф
0

(1
(1
)
)
 
.












B
C
N
h
h
A
B
C
N
h

Y
a
Y
a
Y
Y
I
U Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
 
(1.4) 

————— 
* PEN-проводник совмещает в себе функции нулевого защитного и нулевого 
рабочего проводников в электроустановках напряжением до 1 кВ. 

В четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью сопротивление 
R0  8 Ом, т. е. много меньше сопротивлений изоляции 
проводников А, В, С, PEN относительно земли, или иначе 

  
0
, 
, 
,  
.
A
B
C
N
Y
Y
Y
Y
Y

  
(1.5) 

Пренебрегая в выражении (1.4) малыми по сравнению с Y0 величинами, 
получим  

 

ф
0

0

h
h
h

U Y Y
I
Y
Y


 
(1.6) 

или, если учесть соотношения (1.2),  

 

ф

0
.
h
h

U
I
R
R


 
(1.7) 

Поскольку R0 << Rh, то 

 

ф
h
h

U
I
R

 
(1.8) 

или, учитывая соотношение (1.1), 

 

ф

чл
об
ос
.



h
U
I
R
R
R
 
(1.9) 

Следовательно, в сети с глухозаземленной нейтралью в случае 
прикосновения человека к фазе сила тока Ih, проходящего через 
тело человека, не зависит от сопротивления изоляции и емкости 
проводников А, В, С, PEN относительно земли. При этом решающее 
значение имеют сопротивления обуви и основания, на котором 
стоит человек. Применение электрозащитных средств (диэлектрических 
галош, изолирующих подставок, диэлектрических 
ковров), а также наличие диэлектрического пола в помещении 
позволяет обеспечить требуемый уровень безопасности. 
При неблагоприятных обстоятельствах (например, при сырой 
обуви и токопроводящих полах) можно принять Rоб = Rос = 0.  
Тогда 

 

ф

чл
.

h
U
I
R
 
(1.10) 

Эта ситуация представляет серьезную опасность для жизни человека. 

1.1.2. Трехфазная трехпроводная сеть 
 с изолированной нейтралью 
В трехфазных трехпроводных сетях с изолированной нейтралью 
отсутствует PEN-проводник, поэтому примем YN = Y0 = 0. 
Кроме того, при нормальном режиме работы сети обычно RАЕ = 
= RВЕ = RСЕ = RЕ, CАЕ = CВЕ = CСЕ = CЕ и, следовательно, YA = YB = 
= YC = Y. С учетом этого из выражения (1.4) следует 

 

2

ф
ф
(1
1
)
3
.
3
3

 





h
h
h
h
h

a
a Y
YY
I
U Y
U
Y
Y
Y
Y   
(1.11) 

Переходя от проводимостей к сопротивлениям и учитывая, что 
комплексное сопротивление проводника относительно земли Z = 
= 1/Y = (1/RЕ + jCЕ)–1, преобразуем (1.11) к виду 

 

ф
.
/3
h
h

U
I
R
Z


 
(1.12) 

Амплитуда силы тока  

 

ф

2
2
2
2

.
(
6
)
1
9
(1
)

h
E
E
h
h
E
E
h

U
I
R
R
R
R
R
R
C







  
(1.13) 

Рассмотрим два частных случая. 
1. При CЕ  0, что имеет место в коротких воздушных сетях, по 
формуле (1.12) находим 

 

ф
/3


h
h
E

U
I
R
R
 
(1.14) 

или с учетом выражения (1.1) имеем 

 

ф

чл
об
ос
.
/3




h
E

U
I
R
R
R
R
 
(1.15) 

Следовательно, сила тока, проходящего через человека, зависит 
от фазного напряжения, сопротивления изоляции проводников 
относительно земли и сопротивления в цепи тела человека.  
В условиях сырости можно принять Rоб = Rос = 0, тогда решающее 
значение приобретает сопротивление изоляции. Если оно удовлетворяет 
требованиям ПУЭ, т. е. RЕ  500 кОм, то Ih не может достичь 
опасных значений. 

2. При RЕ   (это допустимо принять для кабельных сетей), 
разделив в выражении (1.13) числитель и знаменатель дроби под 
корнем на 
2 ,
E
R
 получим 

  

ф
ф

2
2
2
2
2
3
 
.
1
9
1 (3
)

E
h
E
E
h
h

U
C
U
I
R
C
R
C








  
(1.16) 

Отсюда следует, что с увеличением емкости фаз относительно 
земли сила тока Ih растет и может достичь опасных значений. Поэтому 
желательно применять короткие электрические сети или 
разделять длинные электрические сети на участки, соединяющиеся 
через разделительные трансформаторы. 

1.2. Послеаварийный режим работы сети 

 Рассмотрим ситуацию, когда одна из фаз сети (например, фаза 
С ) замкнулась на землю через относительно малое активное 
сопротивление Rзм, например при обрыве и падении провода на 
землю. В схемах сети (см. рисунок) подобное обстоятельство отразится 
включением параллельно YC еще одной проводимости Yзм = 
= 1/Rзм (Yзм на рисунке не показана). Следовательно, между фазой С 
и землей проводимость составит YC + Yзм. Тогда выражение (1.4) 
примет вид 

 

2
зм
0
ф
зм
0

(1
(
(1
)
 
.
)
)














B
C
N
h
h
A
B
C
N
h

Y
a
Y
Y
a
Y
Y
I
U Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
 
(1.17)  

1.2.1. Трехфазная четырехпроводная сеть 
 с глухозаземленной нейтралью  

В трехфазной четырехпроводной сети с глухозаземленной 
нейтралью обычно выполняется условие (1.5), поэтому выражение 
(1.17) можно упростить: 

 
зм
0
ф
зм
0

(1
)
.





h
h
h

Y
a
Y
I
U Y
Y
Y
Y
  
(1.18) 

Учитывая соотношения (1.2) и неравенство R0 << Rh, а также 
принимая в целях упрощения выражения (1.18) 
зм
0
3R R   

зм
0
2 3
,
R R


 получим