Исследование опасности электротравмирования в трехфазных электрических сетях

Московский государственный технический университет  
имени Н. Э. Баумана 

 
 
 
 
В. В. Тупов  
 
 
 
Исследование опасности электротравмирования  
в трехфазных электрических сетях  
 
 
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/book1235.html 
 
Факультет «Энергомашиностроение» 
Кафедра «Экология и промышленная безопасность» 
 
Рекомендовано Редакционно-издательским советом 
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве методических указаний 
 
 
Тупов, В. В. 
Исследование опасности электротравмирования в трехфазных 
электрических сетях : методические указания  к выполнению лабораторной 
работы по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности» / 
В. В. Тупов. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 
2015. — 26, [2] с. : ил. 

ISBN 978-5-7038-4201-0 

Рассмотрена опасность электротравмирования в трехфазных электрических 
сетях напряжением до 1 кВ. Приведены расчетные и экспериментальные 
методы определения влияния основных параметров электрических 
сетей на силу тока, проходящего через тело человека, при прямом 
и косвенном контакте его с частями электрооборудования, находящимися 
под напряжением.  
Для студентов всех специальностей МГТУ им. Н.Э. Баумана. 
 
УДК 614.825 
ББК 31.29н 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015 
 Оформление. Издательство 
ISBN 978-5-7038-4201-0  
 
    МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015 

 
 

Т85 

Предисловие 

Широкое использование электроэнергии во всех отраслях про-

мышленности, на транспорте, в медицине, а также в быту сопровождается 
значительным увеличением количества людей, связанных 
с эксплуатацией электрооборудования, что существенно повышает 
потенциальную опасность электротравмирования.  

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 расчетным 

и экспериментальным способом исследовать основные факторы, 
влияющие на опасность поражения током, и обоснованно применять 
электрозащитные средства в условиях своей будущей практической 
деятельности.  

Цель работы — исследование основных факторов, влияющих 

на опасность поражения током, на примере трехфазной электрической 
сети напряжением до 1 кВ. 

После выполнения лабораторной работы студенты смогут: 
• убедиться сначала расчетным методом, а затем эксперимен-

тально, что в сети с глухозаземленной нейтралью в случае прикосновения 
человека к фазе ток, проходящий через него, не зависит от 
величины сопротивления изоляции и электрической емкости проводников 
сети относительно земли;  

• рассчитывать для разных режимов нейтрали трехфазной цепи 

силу тока, проходящего через тело человека, прикоснувшегося 
к фазному проводнику; 

• оценивать трехфазные сети с точки зрения опасности электриче-

ских травм в зависимости от режима нейтрали источника тока; 

• выбирать и применять на практике электрозащитные сред-

ства: диэлектрические галоши, изолирующие подставки, диэлектрические 
ковры и т. п.; 

• контролировать порядок измерения и нормирования сопро-

тивления изоляции проводников сети с изолированной нейтралью 
в соответствии с требованиями Правил устройства электроустановок (
ПУЭ); 

• оценить степень опасности поражения током при послеава-

рийном режиме функционирования сетей; 

• анализировать полученные результаты и формулировать вы-

воды. 
 
 

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 

Трехфазные сети напряжением до 1 кВ в зависимости от режи-

ма нейтрали источника питания подразделяют на сети с глухоза-
земленной нейтралью и сети с изолированной нейтралью. Рассмотрим 
эти сети подробнее. 

Фазные обмотки источника питания (генератора или транс-

форматора), соединенные в звезду, образуют общую нейтральную 
точку (нейтраль), обозначенную на схеме рис. 1.1 цифрой 0.  

а 
 
 
 
 
 б 

Рис. 1.1. Схемы трехфазных электрических сетей напряжением 
до 1 кВ:  
а — пятипроводная сеть с глухозаземленной нейтралью; б — трех-
проводная сеть с изолированной нейтралью; 1 — обмотки источника 
питания; 2 — корпус электропотребителя; 3 — заземляющее 
устройство 

 
К внешним концам обмоток присоединены фазные проводники 

A, B, C, по которым электрический ток поступает к потребителям. 
Нейтраль, заземленная путем непосредственного соединения с заземляющим 
устройством, называется глухозаземленной нейтралью, 
или нулевой точкой (рис. 1.1, а). К нулевой точке присоединен нулевой 
рабочий проводник (N-проводник), соединяющий ее с ней- 

тралью электропотребителей энергии, обмотки которых объединены 
в звезду. К нейтрали сети подключают также нулевой защитный 
проводник (PE-проводник), с помощью которого открытые 
проводящие части (ОПЧ) электроустановок присоединяются к 
глухозаземленной нейтрали. Образованную таким образом пяти-
проводную систему обозначают TN-S.  

Нулевой защитный и нулевой рабочий проводники могут быть 

совмещены в так называемый PEN-проводник, который совместно с 
фазными проводниками образует четырехпроводную сеть, схематично 
представленную на рис. 1.2. (Rзм — сопротивление). Такая система 
обозначается TN-C.  
 

 

Рис. 1.2. Схема трехфазной четырехпроводной сети в случае 
прикосновения человека к фазному проводнику (пунктиром 
показано аварийное замыкание фазного проводника на землю) 

 

Применяется также IT-система, в которой нейтраль источника 

питания изолирована от земли или заземлена через устройство с 
большим сопротивлением, а ОПЧ электроустановок заземлены. Эта 
трехпроводная трехфазная сеть с изолированной нейтралью представлена 
на рис. 1.1, б, в ней нулевые проводники отсутствуют. 

В случае прикосновения человека непосредственно к фазному 

проводнику сети или к ОПЧ (например, корпусу) оборудования при 
пробое изоляции и замыкании на них фазы (см. рис. 1.1) через тело 
человека на землю проходит ток. Такое прикосновение называется 
однофазным. Реже на практике реализуется двухфазное включение 
человека в цепь тока, т. е. между двумя фазами. В этом случае сила 
тока определяется только линейным напряжением сети, которое 
в 
3  раз больше фазного, и сопротивлением тела человека. 

Тяжесть поражения зависит от силы 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 Rh в цепи тела человека: 

 
Rh = Rчл + Rоб + Rос, 
(1.1) 

где Rчл, Rоб и Rос — сопротивление тела человека, обуви и основания 
соответственно. 

Сила тока Ih, проходящего через тело человека, зависит от со-

противления Rh и параметров электрической сети.  

На рис. 1.2 изображена схема трехфазной четырехпроводной 

сети, позволяющая реализовывать каждую из рассмотренных выше 
схем (см. рис. 1.1) путем присвоения определенных значений  
соответствующим элементам системы. Между фазными проводниками 
сети А, В, С и PEN-проводником относительно земли существуют 
распределенные по их длине активные сопротивления изоляции 
и электрические емкости. Эти параметры сети условно 
представлены на схеме сосредоточенными параллельно включенными 
сопротивлениями RAE, RBE, RCE, RPEN и емкостями СAE, СBE, 
СCE, СPEN. Сопротивление заземления нейтрали принято активным 
и обозначено R0. Индуктивной составляющей сопротивления изоляции 
пренебрегают по причине ее незначительности.  

Для удобства вывода расчетных зависимостей заменим парал-

лельно соединенные активные сопротивления и электрические емкости 
изоляции проводников соответствующими комплексными 
сопротивлениями: 

 

;
;
1
1

;
,
1
1

AE
BE
A
B
AE
AE
BE
BE

CE
PEN
C
N
CE
CE
PEN
PEN

R
R
Z
Z
j C
R
j C
R

R
R
Z
Z
j C
R
j C
R



 
 



 
 

 
 (1.2) 

где  = 2f — угловая частота переменного тока, с–1;  f — циклическая 
частота, Гц; 
1.
j 

  

Такая схема замещения позволяет рассмотреть трехфазные се-

ти с глухозаземленной и изолированной нейтралью при их нормальном 
и послеаварийном режимах работы. 

1.1. Нормальный режим работы сетей 

Трехфазная четырехпроводная сеть с глухозаземленной 
нейтралью 

Согласно схеме, изображенной на рис. 1.2, ток под действием 

фазного напряжения на внешнем полюсе обмотки фазы А проходит 
на землю через тело человека, сопротивление в цепи которого 
Rh, и параллельно включенное комплексное сопротивление ZA. От 
земли он возвращается на нейтраль источника питания через сопротивление 
R0 и параллельно включенные комплексные сопротивления 
ZB, ZC, ZN.  

В четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью, со-

гласно ПУЭ, сопротивление заземления нейтрали R0  8 Ом, и оно 
много меньше сопротивлений изоляции проводников B, C, PEN 
относительно земли, поэтому их шунтирующим действием на сопротивление 

0
R  можно пренебречь. Так как обычно 
|
|,

h
A
R
Z
 

шунтирующим влиянием сопротивления изоляции фазы А на сопротивление 
в цепи тела человека можно также пренебречь. Тогда 
сила тока, проходящего через тело человека, будет 

 
ф

0
.
h
h

U
I
R
R


 
 (1.3)  

Поскольку 
0
,

h
R
R
 то 

 
ф ,
h
h

U
I
R

 
(1.4) 

или, с учетом соотношения (1.1), 

 

ф

чл
об
ос
.
h
U
I
R
R
R



  
 (1.5) 

Следовательно, в сети с глухозаземленной нейтралью в случае 

прикосновения человека к фазе сила тока, проходящего через тело 

человека, не зависит от сопротивления изоляции и электрической емкости 
проводников А, В, С, PEN относительно земли. При этом кроме 
фазного напряжения необходимо учитывать сопротивления обуви и 
основания, на котором стоит человек. Применение электрозащитных 
средств (диэлектрических галош, изолирующих подставок, диэлектрических 
ковров), а также наличие диэлектрического пола в помещении 
позволяют 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

  
(1.6) 

Эта ситуация представляет серьезную опасность для жизни че-

ловека, так как до момента срабатывания линейного автоматического 
выключателя, который отключит этот участок сети от источника 
питания, сила тока Ih существенно превысит допустимые 
значения. Предельно допустимые значения тока в зависимости от 
длительности его протекания через тело человека по путям рука —
рука и рука — ноги указаны в ГОСТ 12.1.038. Предельно допустимые 
значения переменного тока частотой 50 Гц (Ih д) в зависимости 
от продолжительности его воздействия () при аварийном режиме 
производственных электроустановок напряжением до 1 кВ приведены 
в табл. 1.1. 

 

Таблица 1.1 

Предельно допустимые значения переменного тока Ih д в зависимости 

от продолжительности его воздействия  

, с 
Ih д, мА 
, с 
Ih д, мА 

0,01…0,08 
650 
0,6 
105 

0,1 
400 
0,7 
90 

0,2 
190 
0,8 
75 

0,3 
160 
0,9 
65 

0,4 
140 
1,0 
50 

0,5 
125 
Свыше 1,0 
6 

Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью 

В трехфазных сетях с изолированной нейтралью нейтраль элек-

трически не соединена с землей и отсутствует PEN-проводник, поэтому 
примем ZN = R0 = . Кроме того, при нормальном режиме работы 
сети обычно RАЕ = RВЕ = RСЕ = RЕ, CАЕ = CВЕ = CСЕ = CЕ и, 
следовательно, ZA = ZB = ZC = Z. Учитывая, что комплексное сопротивление 
каждого фазного проводника относительно земли  

 

,
1

E

E
E

R
Z
j C R
  
 

получим 

 
ф
.
/3
h
h

U
I
R
Z


 
(1.7) 

Рассмотрим два частных случая. 
Случай 1. Примем CЕ   0, что имеет место в коротких воздуш-

ных сетях. Тогда по формуле (1.7) найдем 

 
ф
,
/3
h
h
E

U
I
R
R


 
(1.8) 

или с учетом выражения (1.1), 

 
ф

чл
об
ос
.
/3
h
E

U
I
R
R
R
R




  
 (1.9) 

Следовательно, сила тока, проходящего через человека, зави-

сит от фазного напряжения, сопротивления изоляции проводников 
сети 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. 

Случай 2. Положим RЕ   (это допустимо для кабельных се-

тей, где активное сопротивление изоляции обычно велико). Тогда 
в выражении (1.7) реактивное сопротивление 
1
(
)
E
Z
j C



, и ам-

плитудное значение Ih определим по формуле