Действие электрического тока на человека 2 страница

Защита высотой – расположение токоведущих частей на недоступной высоте или в недоступном месте также позволяет обеспечить определённую безопасность без применения ограждений. При этом обязательно следует учитывать возможность случайного прикосновения к токоведущим частям длинными предметами, которые человек может держать в руках. Обеспечению электробезопасности человека способствует также окраска отдельных частей электроустановок в соответствии с ГОСТ 12.4.026–76 «Цвета сигнальные и знаки безопасности». Так, внутренние поверхности шкафов, ниш и пультов управления, в которых имеются электрические аппараты, работающие при напряжении выше 50 В, должны быть окрашены в красный цвет. Однако окраска не является методом защиты, она используется в дополнение к рассмотренным способам защиты.

Индивидуальные защитные средства (Рис.4.36) играют важную роль в обеспечении безопасности электротехнического персонала. К ним относятся:

· штанги изолирующие (оперативные, измерительные), клещи изолирующие и электроизмерительные, указатели напряжения;

· изолирующие средства для ремонтных работ под напряжением выше 1000 В;

· диэлектрические перчатки, боты, галоши, коврики, изолирующие подставки;

· слесарно-монтажный инструмент с изолированными рукоятками;

· переносные заземления (закоротки);

· временные ограждения, предупредительные плакаты;

· защитные очки, предохранительные пояса, канаты.

По назначению все средства защиты подразделяются на основные (первые четыре пункта) и дополнительные (все остальные). Основные средства способны длительное время выдерживать рабочее напряжение электроустановки, поэтому ими можно касаться открытых токоведущих частей, находящихся под напряжением. Например, в установках напряжением до 1 000 В к основным средствам защиты относятся диэлектрические перчатки, инструмент с изолированными ручками, указатели напряжения; в электроустановках напряжением выше 1 000 В – изолирующие штанги, клещи, указатели высокого напряжения. Дополнительные средства, не обладая достаточной электрической прочностью, только усиливают защитное действие основных средств. Так, в электроустановках напряжением до 1 000 В к ним относятся диэлектрические галоши, коврики, изолирующие подставки, а напряжением выше 1 000 В – диэлектрические перчатки, боты, подставки и коврики.

Статическое электричество. Широкое применение в промышленности диэлектрических материалов и органических соединений (полимеров, твёрдых и жидких углеводородов, нефтепродуктов, углеводородных топлив) неизбежно сопровождается процессами электризации, которые не только осложняют проведение технологических процессов, операций, снижая производительность оборудования, но и часто являются причиной пожаров и взрывов, приносящих большой материальный ущерб. Нередко такие взрывы приводят и к гибели людей. Наибольшую опасность представляют электрические разряды с поверхности заряженных нефтепродуктов и органических жидкостей, несмотря на то, что эти разряды часто имеют меньшую энергию по сравнению с разрядами с плёночных и сыпучих материалов. Связано это с наличием в приповерхностных слоях воздуха значительного количества насыщенных паров в широком интервале температур воспламенения и обладающих крайне низкой минимальной энергией зажигания. Образование зарядов статического электричества при контакте жидкого тела с твёрдым и одного твёрдого тела с другим во многом зависит от расстояния между трущимися поверхностями и их физического состояния (наличие плёнок влаги, загрязнений, микронеровностей), скорости и коэффициента трения, давления в зоне контакта, микроклимата окружающей среды, наличия внешних электрических полей.

В основе современных представлений об образовании зарядов статического электричества в различных средах лежит теория двойных электрических слоёв, возникающих на границе раздела двух фаз при условии, что контактирующие среды имеют различное количество носителей зарядов (электронов или ионов). Возможность накопления на перерабатываемых материалах опасных электростатических зарядов определяется как интенсивностью возникновения (генерации), так и условиями стекания (рассеивания) зарядов в процессах разделения двойного слоя. Если контактирующие среды имеют свободные носители зарядов (т. е. электропроводны), то время релаксации будет мало и возникающий электростатический заряд мгновенно рассеивается, и электризации не происходит. В другом случае, когда одна из сред не электропроводна, на ней начинают накапливаться электростатические заряды, и при определённых условиях может возникнуть искровой разряд. Для большинства диэлектрических жидкостей, полимерных материалов t_р ~ 10⁴…10⁸ с. При этом в окружающем воздушном пространстве создаётся напряжённость электрического поля порядка 10⁶ В/м, соответствующая электрической прочности воздуха.

Следовательно, основным критерием, определяющим способность веществ электризоваться, является их удельная электропроводность. В соответствии с «Правилами защиты от статического электричества в производствах химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности» все вещества и материалы в зависимости от величины r _v подразделяются на диэлектрические (r _v > 10⁸ Ом×м), антистатические (r _v =10⁵…10⁸ Ом×м) и электропроводящие (r _v <10⁵ Ом×м). Наиболее сильно электризуются диэлектрические вещества и материалы, причём с ростом r _v увеличивается и интенсивность электризации. К ним относятся нефтепродукты и неполярные растворители, большинство мономеров, практически все полярные материалы, химические волокна и ткани, сыпучие органические вещества. Антистатические вещества не электризуются, если не происходит их интенсивного распыления или разбрызгивания через сопла или форсунки со скоростью в десятки и сотни метров в секунду. К таким материалам относятся некоторые полярные растворители (ацетон, спирты, сложные эфиры), некоторые амино- и фенолопласты, хлопчатобумажная ткань и ряд материалов, обладающих хорошими гидрофильными свойствами. Электропроводящие материалы в процессах производства и переработки не электризуются. К ним относятся все металлы и их сплавы, углеродистые материалы, водные растворы, электролиты.

Также как и в случае твёрдых диэлектриков, электризация потока жидкости не может возрастать беспредельно. Если плотность зарядов в потоке увеличивается настолько, что напряжённость поля в трубопроводе достигает электрической прочности перекачиваемой жидкости, то произойдёт искровой разряд. При этом предельная (критическая) объёмная плотность зарядов существенно зависит от диэлектрической проницаемости жидкости и диаметра используемого трубопровода. Склонность к электризации плоских полимерных материалов (лент, плёнок) оценивают величиной удельного поверхностного электрического сопротивления r _s в Ом/м². Полимерные материалы и плёнки не электризуются, если их r _s не превышает 10¹¹ Ом/м². В соответствии с «Правилами» значения r _v и r _s веществ и материалов должны указываться в технологическом регламенте, а также в исходных данных для проектирования любого технологического процесса.

Опасность статического электричества. Статическое электричество (СЭ) представляет пожарную опасность, поскольку возникающие искровые разряды по энергии могут превышать минимальную энергию зажигания горючих сред: газов, паров, ЛВЖ, пылей мелкодисперсных материалов. Все взрывы и пожары в основном происходят в результате искрового разряда: или с поверхности заряженного диэлектрического материала, или с заряженного металлического незаземлённого оборудования и с тела человека на заземлённый предмет.

Наряду с пожарной опасностью статическое электричество представляет опасность и для обслуживающего персонала. Лёгкие «уколы» при работе с сильно наэлектризованными материалами вредно влияют на психику рабочих и в определённых ситуациях могут способствовать травмам на технологическом оборудовании. Сильные искровые разряды, возникающие при затаривании гранулированных материалов, могут вызвать и болевые ощущения. Кроме того, при постоянном прохождении через тело человека малых токов электризации возможны неблагоприятные физиологические изменения в организме, приводящие к профзаболеваниям. Вследствие этого в нашей стране в соответствии с ГОСТ 12.1.045–84 введены допустимые уровни напряжённости электростатических полей – Е _пред. Так, для Е _пред = 60 кВ/м максимальное время пребывания i _чел. без средств защиты составляет 1 ч. Для Е = 20 кВ/м время пребывания персонала в электростатических полях не регламентируется.

Статическое электричество сильно влияет также на ход технологических процессов получения и переработки материалов и качество продукции. Так, при переработке жирных кислот взаимное отталкивание заряженных частиц столь значительно, что некоторые из них оседают по пути и не попадают в бункер, затем много частиц налипает на стенки бункера, затрудняя его разгрузку. При производстве полимерных плёнок в присутствии зарядов повышается их трение о направляющие, что объясняется эффектом электростатического прилипания. Это приводит к неравномерной деформации материала и его плохой намотке на барабаны. При больших плотностях заряда может возникнуть электрический пробой тонких полимерных плёнок электро- и радиотехнического назначения, что приведёт к браку выпускаемой продукции. Особенно большой ущерб наносит вызванное электростатическим притяжением налипание пыли на полимерные плёнки. При прохождении плёнки через технологическое оборудование налипшие частицы вдавливаются в неё, в результате чего изменяется толщина плёнки, причём в производственных условиях обнаружить эти частицы не удаётся. Электризация затрудняет просеивание, сушку, пневмотранспортирование и автоматическое дозирование мелкодисперсных материалов, поскольку они прилипают к стенкам технологического оборудования и слипаются между собой.

Для оценки опасности статического электричества и эффективности использования различных средств и методов защиты возникает необходимость проводить измерения уровня (тока) электризации, оценка которого существенным образом связана с агрегатным состоянием перерабатываемых материалов. Так, для оценки электризации жидкостей, мелкодисперсных и гранулированных материалов, транспортируемых по трубопроводам, используется метод измерения силы тока утечки с изолированного от земли участка трубопровода. Однако значительно труднее произвести эти измерения на диэлектриках, поскольку в данном случае отсутствуют свободно перемещающиеся заряды и распределение их на поверхности материала весьма неоднородно. Контактный метод для этого не годится, поэтому плотность зарядов на поверхности жидкости или твёрдого материала измеряют бесконтактным способом. Для этих целей используют однокаскадные электрометрические усилители постоянного тока с датчиками ёмкостного типа.

Методы и технические средства защиты от статического электричества. Методы и средства защиты от статического электричества делятся:

· на не влияющие на сам процесс электризации, но ликвидирующие или снижающие возможность возникновения искровых разрядов;

· уменьшающие электризацию веществ и материалов;

· обеспечивающие рассеяние или отвод возникающих электростатических зарядов.

К числу основных методов защиты первой группы относится заземление технологического оборудования, тела человека, являющееся наиболее простым, но необходимым средством, поскольку энергия искрового разряда с проводящих незаземлённых элементов технологического оборудования во много раз (сотни и тысячи) выше энергии разряда с диэлектриков. Заземляться должны все электропроводящие части и элементы оборудования, на которых возможно накопление зарядов. Заземляются все металлические вентиляционные короба и кожухи термоизоляции трубопроводов и аппаратов, поскольку при движении запылённого воздуха и электризации теплоизоляционного материала (стекловаты) за счёт вибрации их потенциал относительно земли может достигать 3…4 кВ. Электросопротивление всей цепи заземления должно быть не более 100 Ом. Непроводящее оборудование, согласно «Правилам …», считается электростатически заземлённым, если в любой его точке сопротивление по отношению к земле – не больше 5×10⁹ Ом. Особое внимание необходимо уделять заземлению передвижных объектов или вращающихся элементов оборудования, не имеющих постоянного контакта с землёй. Так, различные передвижные ёмкости, в которые наливают или засыпают электризующиеся материалы, должны быть перед заполнением установлены на специальное заземлённое основание или присоединены к заземлителю специальным проводником до того как будет открыт люк.

Серьёзное внимание, особенно во взрывоопасных производствах, необходимо уделять заземлению человека, поскольку разряд с его тела, вследствие накопления на нём в зависимости от способа заряжения (контактного или индукционного) больших потенциалов (7…12 кВ) и значительной ёмкости (до 300 пФ), очень часто является причиной пожаров и взрывов. Для этих целей используют специальную антистатическую обувь, антистатические браслеты, халаты, обувь с кожаной подошвой.

Чтобы обеспечить непрерывный отвод зарядов статического электричества с тела человека или передвижных ёмкостей, полы в таких помещениях должны быть обязательно электропроводящими, т. е. иметь r _v не более 10⁶ Ом×м. К таким покрытиям для пола относятся бетон, керамическая плитка, ксилит, антистатический линолеум. Часто целесообразной является защита оборудования с помощью разрядников, расположенных вне взрывоопасных зон. Регулированием разрядного промежутка можно установить допустимое напряжение пробоя U _пр, безопасное для применяемого горючего вещества.

Процесс образования зарядов статического электричества сильно зависит от градиента скоростей контактирующих материалов, поэтому, уменьшив скорость транспортирования жидкостей, порошкообразных материалов, гранул, а также скорость переработки полимерных материалов, особенно плёночных, можно добиться снижения уровня электризации до безопасных величин, правда, это связано со снижением производительности. Вследствие этого ограничение скоростей применяют только тогда, когда невозможно обеспечить надёжную антистатическую защиту другими методами. Это в первую очередь относится к процессам транспортирования манометров, углеводородных жидкостей, нефтепродуктов. В соответствии с «Правилами …» жидкости с r _v <10⁵ Ом×м можно перекачивать со скоростью до 10 м/с, с r _v до
10⁹ Ом×м – до 5 м/с, а при r _v > 10⁹ допустимая скорость транспортирования не должна превышать 1,2 м/с. Более точные значения определяются из документа «Допустимые скорости движения жидкостей по трубопроводам и истечения в ёмкости». Для увеличения производительности технологического оборудования скорость ограничивают не на всех стадиях процесса, а только перед заполнением приёмных ёмкостей, бункеров и резервуаров. Слив осуществляют в релаксационные ёмкости, представляющие собой заземлённые участки трубопровода увеличенного диаметра и находящиеся у входа в приёмную ёмкость. Для сильно электризующихся жидкостей перед релаксационной ёмкостью могут быть установлены специальные нейтрализаторы статического электричества (НСЭ) игольчатого или струнного типа.

Метод контактных пар способен значительно ограничить генерацию зарядов СЭ. Материалы по диэлектрической проницаемости можно расположить в трибоэлектрический ряд в такой последовательности, что любой из них приобретает отрицательный заряд при соприкосновении с последующим в ряду материалом и положительный – с предыдущим. При этом с увеличением расстояния в ряду между двумя материалами абсолютная величина заряда, возникающего между ними, возрастает.

Весьма эффективным методом устранения опасной электризации является антистатическая обработка, или применение специальных антистатических веществ, снижающих r _v и r _s жидкостей, полимерных материалов на несколько порядков. Самым простым методом снижения r _s перерабатываемых материалов является увлажнение поверхности перерабатываемого материала, поскольку влага служит хорошим проводником электрических зарядов и способствует их стеканию на заземлённые части технологического оборудования. Этот метод применим только для гидрофильных материалов, способных адсорбировать влагу. Для гидрофобных материалов, к которым относятся практически все полимерные материалы, увеличение влажности окружающей среды до
80…90 % не снижает их электризацию. В этом случае для её устранения в них вводят различные антистатические агенты (антистатики), которые в большинстве случаев являются поверхностно-активными веществами (ПАВ). По характеру действия их делят на три группы: гигроскопичные, полярные и маслянистые (смазывающие), уменьшающие коэффициент трения. Первые адсорбируют влагу из атмосферы, образуя на поверхности перерабатываемого материала тонкий проводящий слой влаги. Обычно это длинноцепочечные неионогенные (не диссоциирующее на ионы в водном растворе) соединения: высшие жирные спирты, амиды, амины, алкилфенолы и продукты их взаимодействия с оксидами этилена и пропилена. Недостаток их – слабая эффективность в сухой атмосфере (j < 40 % об). Полярные вещества также образуют электропроводящий слой на поверхности материала. К ним относятся катионоактивные и анионоактивные вещества – от солей аминов и типичных аммониевых солей до гетероциклических соединений азота. Среди антистатиков они занимают ведущее место, их действие проявляется уже при малых концентрациях.

Для снижения электризации жидкостей до безопасных уровней при перекачке жидкостей, топлив и растворителей на нефтяной основе, а также при приготовлении растворов полимеров (клеев) большое применение находят антистатические добавки (присадки). Это материалы –на основе металлов переменной валентности (олеатов хрома, кобальта, меди, нафтенатов этих металлов и солей хрома). Электрическое сопротивление твёрдых полимерных материалов (пластмасс, резин, пластиков) можно снизить, вводя в их состав различные марки электропроводящего углерода, поскольку введение металлических порошков или стоит слишком дорого, или приводит к значительному ухудшению физико-химических показателей полимерных материалов. Другим направлением устранения зарядов статического электричества является применение нейтрализаторов статического электричества (НСЭ), которые используют как для твёрдых, мелкодисперсных, так и для жидких диэлектрических материалов, работающих по различному принципу. Так, для жидкостей принцип действия основан на увеличении их электропроводности под действием сильного электрического поля, для остальных же материалов принцип работы НСЭ состоит в отводе электростатических зарядов за счёт ионизации воздушного слоя между заряженной поверхностью и заземлёнными частями нейтрализатора или технологического оборудования.

Молниезащита. Под молниезащитой понимают комплекс защитных устройств от молнии, обеспечивающих безопасность людей, сохранность сооружений, оборудования и материалов от взрывов, загораний и разрушений. При проектировании молниезащиты различают защиту от прямых ударов молнии, электромагнитной индукции и от заноса высоких потенциалов через надземные и подземные металлические конструкции.

Наиболее опасен прямой удар молнии, при котором её канал проходит через здание, сооружение и т. д. Сила тока молнии достигает 200 КА, напряжение – 150 МВ, температура канала – 6 000…30 000 °С. При этом воздух расширяется, образуя ударную воздушную волну, разрушающую здания и сооружения.

Проявление молнии в виде электростатической и электромагнитной индукции заключается в действии электромагнитного поля молнии, ударяющей в объект или на расстоянии от него, и возникновении ЭДС. Эта ЭДС может вызвать искрение или сильное нагревание в местах с недостаточно плотными контактами между металлическими элементами конструкций, что может привести к пожару или взрыву (в зависимости от категории помещения).

Молния опасна высокими потенциалами, вызывающими поражение людей при прямом ударе, напряжением прикосновения и шага. Способ защиты от молнии выбирают в зависимости от назначения здания (сооружения), интенсивности грозовой деятельности в данном районе, ожидаемого количества поражений молнией в год. Среднегодовую грозовую деятельность в часах определяют по карте, приведенной в СН305–77, и «Инструкции по проектированию и устройству молниезащиты зданий и сооружений».

В зависимости от масштабов разрушения все сооружения делят на три категории:

I категория – под воздействием молнии может возникнуть пожар (взрыв) с большими разрушениями и человеческими жертвами (классы В-I и В-II по ПУЭ); здания I категории подлежат защите от прямых ударов молнии, вторичных воздействий и заноса высоких потенциалов через надземные и подземные металлические конструкции;

II категория – сооружения, опасные в отношении взрыва, однако взрыв не может вызвать значительных разрушений и человеческих жертв, так как взрывоопасные и горючие вещества хранятся в специальной металлической таре (классы В-Iа, В-Iб, В-Iг, В-IIа); здания II категории подлежат защите от прямых ударов, вторичных воздействий и заноса высоких потенциалов через надземные и подземные металлические конструкции в местностях со средней грозовой деятельностью 10 ч и более в году;

III категория – сооружения, для которых прямой удар молнии представляет опасность только в отношении разрушений и пожаров (классы П-I, П-IIа, П-III). Здания III категории подлежат защите от прямых ударов молнии и от заноса высоких потенциалов по надземным конструкциям в местностях с грозовой деятельностью 20 ч и более в год.

Для защиты от прямых ударов линейных молний применяют молниеотвод, состоящий из молниеприёмника, воспринимающего удар молнии, токоотвода, соединяющего молниеприёмник с землёй и заземлителя, отводящего ток молнии в землю. Молниеотвод создаёт определённую зону защиты – часть пространства, в пределах которого обеспечивается защита сооружений от прямых ударов молний. Молниеотводы могут быть стержневыми, тросовыми и сетчатыми, а также одиночными, двойными и многократными.

Здания и сооружения I категории защищают отдельно стоящими или изолированными молниеотводами. На объектах II категории молниеотводы устанавливают непосредственно на самих объектах. Объекты III категории защищают молниеотводами любого типа. Металлическая кровля и стальные фермы могут быть использованы как молниеприёмники. Для защиты от прямых ударов молнии металлических наружных установок также применяют любые типы молниеотвода. На рис.4.37 показан одиночный молниеотвод и его защитные зоны.

Для защиты от действия электромагнитного поля необходимо все находящиеся в здании металлические предметы, а также вводы в здание всех коммуникаций заземлять. При этом импульсное сопротивление не должно превышать 1 Ом. Для защиты от заноса опасных потенциалов запрещается вводить в объекты I категории провода воздушных линий электропередачи и связи. Энергию разрешается подводить по кабелям с заземлением оболочек. Ввод воздушных линий внутрь объектов II категории при необходимости допускается, но нежелателен. В объекты III категории воздушные линии вводить разрешается. При этом заземляют штыри изоляторов и устанавливают защитные разрядники на вводе в здание.

Дата добавления: 2014-12-17