Электробезопасность

- 2 часа.

Электробезопасность - это система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги и статического электричества с целью сокращения электротравматизма до приемлемого уровня риска и ниже.

Отличительной особенностью электрического тока от других производственных опасностей и вредностей (кроме радиации) является то, что человек не в состоянии обнаружить электрическое напряжение дистанционно своими органами чувств.

В большинстве стран мира статистика несчастных случаев по причинам электропоражения показывает, что общее число травм, вызванных электрическим током с потерей трудоспособности, невелико и составляет приблизительно 0,5-1% (в энергетике - 3-3,5%) от общей численности несчастных случаев на производстве.

Однако со смертельным исходом такие случаи на производстве составляют 30-40%, а в энергетике до 60%.

Согласно статистике, 75-80% смертельных поражений электрическим током происходит в установках до 1000 В.

Действие электрического тока на организм человека

Опасность поражения людей электрическим током на производстве обусловлена несоблюдением мер предосторожности, а также отказом или неисправностью электрического оборудования. Следствием этого могут быть местные и общие нарушения в организме. Местные нарушения могут варьироваться от незначительных болевых ощущений до тяжелых ожогов с обгоранием и обугливанием отдельных частей тела. Общие нарушения вызывают сбои в функционировании центральной нервной системы, органов дыхания и кровообращения. При этом наблюдаются обмороки, потеря сознания, расстройства речи, судороги, нарушение дыхания вплоть до остановки. При тяжелых поражениях электрическим током может наступить мгновенная смерть.

По характеру воздействия различают биологическое, термическое, механическое, химическое и раздражающее действия электрического тока.

Биологическое действие проявляется в раздражении и возбуждении живых тканей организма, что может сопровождаться непроизвольным судорожным сокращением мышц, в том числе мышц сердца и легких. В результате могут возникнуть различные нарушения в организме, в том числе нарушение и даже полное прекращение деятельности органов дыхания и кровообращения.

Термическое действие вызывает ожоги отдельных участков тела, нагрев кровеносных сосудов и нервных волокон. Внешнее проявление ожогов начинается с покраснения кожи и образования пузырей с жидкостью до почернения и обугливания кожи и мягких тканей.

Механическое действие связано с сильным сокращением мышц вплоть до их разрыва, вывихом суставов и даже повреждением костей.

Химическое, или электролитическое действие выражается в разложении крови и других органических жидкостей, вызывая значительные нарушения их физико-химических составов.

Раздражающее действие тока на ткани может быть прямым, когда ток проходит непосредственно по этим тканям, и рефлекторным, то есть через центральную нервную систему, когда путь тока лежит вне этих органов.

Опасность электрического тока как поражающего фактора состоит в том, что его присутствие не ощущается органами чувств человека. Только в момент прикосновения тела человека к источнику электрического напряжения и возникновения поражающего воздействия организм начинает ощущать болевые проявления от протекания тока.

Все многообразие действия электрического тока приводит к двум видам поражения: электрическим травмам и электрическим ударам.

Электрические травмы - это четко выраженные местные повреждения тканей организма, вызванные воздействием электрического тока или электрической дуги (электрические ожоги, электрические знаки, металлизация кожи, механические повреждения).

Электрический удар - это возбуждение живых тканей организма проходящим через него электрическим током, сопровождающееся непроизвольным судорожным сокращением мышц.

Различают четыре степени электрических ударов:

I степень - судорожное сокращение мышц без потери сознания;

II степень - судорожное сокращение мышц с потерей сознания, но с сохранившимся дыханием и работой сердца;

III степень - потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или дыхания (либо того и другого вместе);

IV степень - клиническая смерть, то есть отсутствие дыхания и кровообращения.

Клиническая ("мнимая") смерть - это переходный процесс от жизни к смерти, наступающий с момента прекращения деятельности сердца и легких. Длительность клинической смерти определяется временем с момента прекращения сердечной деятельности и дыхания до начала гибели клеток коры головного мозга (4-5 мин., а при гибели здорового человека от случайных причин - 7-8 мин.). Биологическая (истинная) смерть - это необратимое явление, характеризующееся прекращением биологиче­ских процессов в клетках и тканях организма и распадом белковых структур. Биологическая смерть наступает по истечении периода клинической смерти.

Таким образом, причинами смерти от электрического тока могут быть прекращение работы сердца, прекращение дыхания и электрический шок.

Остановка сердца или его фибрилляция, то есть хаотические быстрые и разновременные сокращения волокон (фибрилл) сердечной мышцы, при которых сердце перестает работать как насос, в результате чего в организме прекращается кровообращение, может наступить при прямом или рефлекторном действии электрического тока.

Прекращение дыхания как первопричина смерти от электрического тока вызывается непосредственным или рефлекторным воздействием тока на мышцы грудной клетки, участвующие в процессе дыхания (в результате - асфиксия или удушье по причине недостатка кислорода и избытка углекислоты в организме).

Электрический шок - это тяжелая нервно-рефлекторная реакция организма в ответ на сильное электрическое раздражение, сопровождающаяся опасными расстройствами кровообращения, дыхания, обмена веществ и т.п. Такое состояние может продолжаться от нескольких минут до суток.

Факторы, влияющие на степень поражения

Исход воздействия электрического тока на организм человека зависит от ряда факторов, основными из которых являются:

· электрическое сопротивление тела человека;

· величина электрического тока;

· длительность его воздействия на организм;

· величина напряжения, воздействующего на организм;

· род и частота тока;

· путь протекания тока в теле;

· психофизиологическое состояние организма, его индивидуальные свойства;

· состояние и характеристика окружающей среды (температура воздуха, влажность, загазованность и запыленность воздуха) и др.

Общее электрическое сопротивление человеческого организма складывается из сопротивлений участков тела, расположенных на пути тока. Отдельные части тела обладают различной электропроводимостью: наименьшая проводимость свойственна верхнему слою кожи, в котором отсутствуют нервные окончания и кровеносные сосуды (его сопротивление - до 100000 Ом), более высокой проводимостью обладают костные, нервные, мышечные ткани и жидкости. В качестве расчетных значений сопротивления человеческого организма принимают -1000 Ом при напряжении 50 В и выше и 6000 Ом при напряжении 36 В.

В связи с большими различиями значений сопротивления тканей человека и невозможностью заранее предвидеть место контакта тела человека с токоведущей частью оборудования определить поражающую величину силы тока невозможно. Поэтому для оценки безопасных условий исходят из допустимого напряжения. Безопасным напряжением считают 36 В (для светильников местного стационарного освещения, переносных светильников и электроинструмента в помещениях с повышенной опасностью) и 12 В (для переносных светильников при работе внутри металлических резервуаров, котлов, в осмотровых канавах). Однако и такие напряжения при определенных ситуациях могут представлять опасность для жизни и здоровья работающих. При электросварочных работах устанавливают величину напряжения 65 В.

Безопасные уровни напряжения получают из осветительной сети, используя для этого понижающие трансформаторы. Распространить применение безопасного напряжения на все электрические устройства не представляется возможным, так как уменьшение рабочего напряжения ведет к уменьшению мощности, что экономически не оправдано.

Тяжесть поражения человека пропорциональна силе тока, прошедшего через его тело. Сила тока (в амперах) зависит от приложенного напряжения (в вольтах) и электрического сопротивления организма (в омах).

В производственных процессах используются два рода тока: постоянный и переменный. Они оказывают различное воздействие на организм при напряжениях до 500 В. Опасность поражения постоянным током меньше, чем переменным. Переменный ток с повышением частоты представляет меньшую опасность. Наибольшую опасность представляет ток частотой 50 Гц, которая является стандартной для отечественных электрических сетей.

Продолжительность воздействия тока часто является фактором, от которого зависит конечный исход поражения. Чем длительнее воздействует электрический ток на организм, тем тяжелее последствия.

Путь, по которому электрический ток проходит через тело человека, во многом определяет степень поражения организма. Возможны следующие варианты направлений движения тока по телу человека:

· человек обеими руками дотрагивается до токоведущих проводов (частей оборудования). В этом случае возникает направление движения тока от одной руки к другой, то есть "рука-рука";

· при касании одной рукой к источнику путь тока замыкается через обе ноги на землю "рука-ноги";

· при пробое изоляции токоведущих частей оборудования на корпус руки работающего оказываются под напряжением, вместе с тем стекание тока с корпуса оборудования на землю приводит к тому, что и ноги оказываются под напряжением, но с другим потенциалом, так возникает путь тока "руки-ноги";

· при стекании тока на землю от неисправного электрооборудования земля поблизости получает изменяющийся потенциал напряжения, и человек, вступивший обеими ногами на такую землю, оказывается под разностью потенциалов, то есть каждая из его ног получает разный потенциал напряжения, в результате возникает шаговое напряжение и электрическая цепь "нога-нога";

· прикосновение головой к токоведущим частям может вызвать, в зависимости от характера выполняемой работы, путь тока на руки или на ноги - "голова-руки", "голова-ноги".

Перечисленные варианты прохождения тока через тело человека не являются исчерпывающими. Наблюдались случаи, когда ток проходил через тело по другим путям: "спина-руки", "плечо-кисть руки" и т.п.

Все варианты различаются степенью опасности. Наиболее опасными являются варианты "голова-руки", "голова-ноги", "руки-ноги". Это объясняется тем, что в зону поражения попадают жизненно важные системы организма - головной мозг, сердце.

Проявление индивидуальных особенностей организма человека выражается в физическом и психическом состоянии организма: высокая или низкая активность, степень концентрации внимания, безволие, утомление, алкогольное опьянение, ослабление организма в связи с болезнью. При снижении жизненного тонуса организма опасность поражения электрическим током возрастает.

Условия внешней среды, окружающей человека в ходе производственной деятельности, могут повысить опасность поражения электрическим током. Например, работа в жарких и сырых помещениях с большими энергозатратами приводит к повышенному потовыделению и к уменьшению сопротивления поверхностного слоя кожи. Стесненный характер помещений увеличивает вероятность случайного прикосновения к токопроводящим частям оборудования. Металлический или другой токопроводящий пол также создает повышенную электроопасность.

Степени воздействия электрического тока

Доля людей, подвергшихся действию электрического тока на производстве, относительно невелика и составляет около 1% от общего числа травмированных на автомобильном транспорте, 3% - на морском транспорте и значительно возрастает на железнодорожном транспорте - до 10-15% ввиду широкого применения электроэнергии в производственных процессах и развитого энергохозяйства. Однако тяжесть последствий воздействия электрического тока такова, что значительное число электротравм приводят к смерти пострадавшего.

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

Ощутимым называют электрический ток, который при прохождении через организм вызывает ощутимое раздражение.

Неотпускающим считают ток, который при прохождении через человека вызывает непреодолимые судорожные сокращения мышц руки, ноги или других частей тела, соприкасающихся с токоведущим проводником.

Фибрилляционным является ток, вызывающий при прохождении через организм фибрилляцию сердца - разновременное и разрозненное сокращение отдельных мышечных волокон сердца и паралич дыхания.

Пороговыми ощутимыми, неотпускающими и фибрилляционными токами называют соответствующие их наименьшие значения.

Влияние воздействия величины тока на организм человека при условии его прохождения по путям "рука-рука" и "рука-ноги" представлено в табл. 1.

Таблица 1 - Характер воздействия тока на человека

Опасность поражения электрическим током тесно связана с условиями выполнения работ в производственных помещениях.

По степени опасности поражения человека током все помещения делят на три класса: помещения без повышенной опасности, помещения с повышенной опасностью, особо опасные помещения.

Помещения без повышенной опасности характеризуются нормальными температурой и влажностью, отсутствием пыли, наличием нетокопроводящих полов. В таких помещениях можно пользоваться электрифицированным инструментом напряжением до 220 В. К помещениям без повышенной опасности относятся рабочие комнаты административно-управленческого персонала, вычислительные центры, приборные участки, диспетчерские, инструментальные и др.

Помещения с повышенной опасностью имеют либо повышенную относительную влажность воздуха, длительно превышающую 75%, либо температуру, постоянно или периодически превышающую 35°С, либо технологическую токопроводяшую пыль, оседающую на проводах и внутри электрических машин и аппаратов, либо токопроводящие полы - металлические, земляные, железобетонные, кирпичные. Такие условия встречаются в производственных помещениях транспортных предприятий: зонах технического обслуживания и ремонта, кузнечно-рессорных, сварочных, термических, вулканизационных и других отделениях.

Особо опасные помещения характеризуются наличием двух или более условий, относящихся к помещениям с повышенной опасностью, или чрезмерной влажностью, достигающей 100% и постоянно вызывающей образование конденсата внутри помещения, или наличием в помещении агрессивных паров, газов, жидкостей, действующих разрушающе на изоляцию и токоведущие части электрооборудования. На предприятиях транспорта особо опасными считаются места хранения топливо-смазочных материалов, аккумуляторные, малярные отделения, склады для хранения опасных грузов.

Работы на открытом воздухе, выполняемые с применением электрооборудования и приборов, приравнивают к работам в особо опасных помещениях с соблюдением правил и норм техники безопасности для таких помещений.

Меры первой помощи пострадавшим от электрического тока

Первая доврачебная помощь при несчастных случаях от поражения электрическим током состоит из двух этапов:

I - освобождение пострадавших от действия тока;

II - оказание пострадавшему медицинской помощи.

Так как исход поражения зависит от длительности воздействия тока, важно быстрее освободить пострадавшего от дальнейшего действия тока. Очень важно также быстрее начать оказание пострадавшему медицинской помощи, так как период клинической смерти продолжается не более 7-8 мин.

Известны случаи оживления поражения электрическим током людей после 3-4 часов, а в отдельных случаях - даже после 10-20 часов правильно выполняемых мер по реанимации (оживлению) пострадавших. Заключение о смерти пострадавшего может вынести только врач.

При невозможности быстрого отключения установки необходимо отделить пострадавшего от токоведущих частей, которых он касается. При этом оказывающий помощь должен принять меры, чтобы самому не оказаться в контакте с токоведущей частью или телом пострадавшего.

Меры первой помощи зависят от состояния пострадавшего после освобождения его от действия тока.

Если пострадавший в сознании, но до этого был в состоянии обморока, его следует уложить на подстилку и до прибытия врача обеспечить ему покой и наблюдение за пульсом и дыханием.

Если пострадавший находится в бессознательном состоянии, но с сохранившимися дыханием и пульсом, то его следует уложить на подстилку, обеспечить приток свежего воздуха, поднести к носу вату, смоченную в нашатырный спирт, обрызгивать лицо холодной водой.

При плохом дыхании пострадавшего (очень редко, судорожном) необходимо делать искусственное дыхание и массаж сердца.

Если у пострадавшего отсутствуют признаки жизни (дыхание и пульс), надо считать его в состоянии клинической смерти и немедленно приступить к его реанимации,то есть производству искусственного дыхания и массажа сердца.

Искусственное дыхание выполняется с целью насыщения крови кислородом, необходимым для функционирования всех органов и систем. Кроме того, искусственное дыхание вызывает рефлекторное возбуждение дыхательного центра головного мозга, что обеспечивает восстановление самостоятельного (естественного) дыхания пострадавшего.

Наиболее эффективным из ручных способов искусственного дыхания является способ "изо рта в рот" или "изо рта в нос". Он заключается во вдувании воздуха из своих легких в легкие пострадавшего через его рот или нос.

Массаж сердца - это искусственные ритмические сжатия сердца пострадавшего, имитирующие его самостоятельные сокращения, с целью искусственного поддержания кровообращения в организме пострадавшего и восстановления нормальных естественных сокращений сердца.

При поражении электрическим током производится непрямой массаж сердца - ритмическое надавливание на переднюю стенку грудной клетки пострадавшего.

Причиной длительного отсутствуя пульса у пострадавшего при появлении других признаков реанимации (восстановление самостоятельного дыхания, сужение зрачков и т.д.) может явиться фибрилляция сердца. В таких случаях должна быть произведена дефибрилляция с помощью дефибриллятора силами медицинских работников, а до этого момента должны непрерывно производиться искусственное дыхание и массаж сердца.

Явления при стекании тока в землю. Напряжение прикосновения и шага.

Анализ опасности поражения током в однофазных и трехфазных сетях

с изолированной и глухозаземленной нейтралью

при нормальных и аварийных режимах работы

Оценка опасности поражения электрическим током. Оценка опасности электропоражения заключается в расчете (или измерении) протекающего через человека тока или напряжения прикосновения и сравнения этих величин с предельно допустимыми в зависимости от продолжительности воздействия тока.

Оценка электропоражения проводится в нормальном режиме работы электроустановки и в аварийном (при котором могут возникнуть опасные ситуации, приводящие к электротравмированию людей, взаимодействующих с установкой).

Оценка опасности позволяет определить необходимость применения способов и средств защиты, а возможные (или фактические) и предельно допустимые значения тока через тело человека и напряжения прикосновения служат исходными данными для их проектирования и расчета.

Расчетные значения тока через тело человека I_h и напряжения прикосновения U_пр в различных электрических сетях (двухпроводных переменного и постоянного тока, трехфазных с различным режимом нейтрали по отношению к земле) могут быть определены из формул, приведенных в табл. 2).

Таблица 2 - Формулы для расчета тока, проходящего через тело человека при однопроводном (однополюсном) и однофазном прикосновении в двухпроводных сетях переменного и постоянного тока и в трехфазных сетях с различным режимом нейтрали по отношению к земле

Примечание. В таблице приняты следующие обозначения: U - напряжение источника питания (трансформатора, генератора, выпрямителя и т.п.); R, С - соответственно активное сопротивление и емкость провода сети относительно земли; R_ch - полное сопротивление в цепи человека (R_ch = R_h + R_об + R_ос, где R_h - сопротивление тела человека, R_об - сопротивление обуви, R_ос - сопротивление основания, на котором стоит человек); U_ф - фазное напряжение трехфазной сети; U_л - линейное напряжение трехфазной сети, U_л =U_ф.

При расчете I_h по формулам, приведенным в табл. 2, необходимо знать сопротивление тела человека R_ch, которое включает в себя сумму сопротивлений тела человека (R_h), обуви (R_об) и основания (пола или грунта), на котором стоит человек (R_ос).

Сопротивление тела человека R_h при напряжении прикосновения U_пр 50 В принимается равным 1 кОм и при U_пр 42 В - 6 кОм.

Предельно допустимые значения напряжения прикоснове­ния и токов через тело человека для нормального и аварийного режимов работы электроустановок приведены в табл. 3 - 4.

Таблица 3 - Предельно допустимые напряжения прикосновения (U_прПД и токи I_hПД, проходящие через человека, при нормальном (неаварийном) режиме работы электроустановки

Примечание. Настоящие нормы (табл. 3) соответствуют продолжительности воздействия тока на человека не более 10 мин. в сутки. Для лиц, выполняющих работу в условиях высокой температуры (более 25°С) и влажности (более 75%), приведенные нормы должны быть уменьшены в 3 раза.

Таблица 4 - Предельно допустимые напряжения прикосновения U_прПД и токи I_hПД при аварийном режиме электроустановок напряжением до 1000 В с заземленной или изолированной нейтралью

Примечания: 1. Для переменных токов в табл.4 указаны действительные (эффективные) значения нормируемых величин, а для выпрямленных - амплитудные.

2. Предельно допустимые значения напряжений и токов, протекающих через человека в течение более 1 с, соответствуют отпускающим (переменным) и неболевым (постоянным) токам.

3. U_пр и I_h установлены для путей тока в теле человека "рука-рука" и "рука-ноги".

Защита от воздействия электрического тока

Для обеспечения безопасности жизнедеятельности при обслуживании электроустановок и надежности работы необходимо точное соблюдение правил технической эксплуатации электроустановок и проведение мероприятий по защите от электротравматизма.

Мероприятия по предупреждению поражения человека электрическим током и повседневная профилактическая работа включают в себя определенные аспекты деятельности (рис. 1).

Одним из аспектов является применение безопасного напряжения - 12 В и 36 В. Для его получения используют понижающие трансформаторы, которые включают в стандартную сеть с напряжением 220 В или 380 В.

В целях уменьшения опасности поражения человека электрическим током применяют малое номинальное напряжение - не более 42 В. Оно используется для питания ручного электрифицированного инструмента, переносных светильников и местного освещения в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных. Однако безопасность малое напряжение не гарантирует, поэтому должны применяться и другие меры защиты.

	Н а п р а в л е н и я д о с т и ж е н и я

Рис. 1 - Защитные меры обеспечения электробезопасности

По условиям электробезопасности электрические устройства разделены по напряжению: до 1000 В включительно, выше 1000 В, а также устройства с малым напряжением, не превышающим 42 В.

Для защиты от случайного прикосновения человека к токоведупщм частям электроустановок используют ограждения в виде переносных щитов, стенок, экранов, располагаемых в непосредственной близости от опасного оборудования или открытых токоведущих шин. Ограждения создают помехи для неконтролируемого перемещения работающего и исключают возможность его попадания в опасную зону. Другой прием для предупреждения случайных электротравм состоит в размещении опасных или незащищенных электрических проводов на недоступной высоте в помещении.

Часто оградительные устройства применяют совместно с сигнализацией и блокировкой. Конструкция таких устройств предполагает определенный порядок доступа к электрическим аппаратам или оборудованию, нарушение или несоблюдение которого вызывает автоматическое отключение напряжения (блокировку) на защищаемом участке.

Важное значение для защиты от случайных прикосновений играет изоляция токоведущих частей и деталей электрооборудования. Приборы и электроустройства всегда имеют рабочую изоляцию, обеспечивающую нормальную работу и защиту от поражения электрическим током. Для повышения надежности и электробезопасности оборудования используют двойную изоляцию, состоящую из рабочей и дополнительной. В некоторых ответственных электрических устройствах применяют усиленную изоляцию, обеспечивающую такую же степень защиты, как и двойная изоляция.

Сопротивление изоляции зависит от напряжения сети. В сетях с напряжением менее 1 000 В оно должно быть не менее 0,5 МОм.

Для защиты людей от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции, используют заземление или зануление.

Заземлением называется преднамеренное электрическое соединение металлического корпуса электроустановки с землей или ее эквивалентом (водопроводные трубы, железобетонные балки и др.).

Занулечием называется электрическое соединение металлических частей электрического устройства с заземленной точкой источника питания электроэнергией при помощи нулевого защитного проводника.

Защитное заземление и зануление следует выполнять при номинальном напряжении переменного тока 380 В и выше во всех случаях. В условиях работ с повышенной опасностью и особо опасных защитное заземление и зануление выполняют, начиная с малых напряжений, а во взрывоопасных помещениях - независимо от величины напряжения.

Для заземления электроустановок используют, в первую очередь, естественные заземлители:

· проложенные под землей водопроводные трубы;

· железобетонные конструкции зданий, сооружений;

· свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле, и т.п.

В качестве искусственных заземлителей используют заглубленные стальные полосы или прутки, укладываемые на дно котлована по периметру фундаментов, угловую сталь со стенкой толщиной не менее 4 мм и длиной до 3 м, забиваемую вертикально. Для повышения прочности искусственных заземлителей их сваривают между собой электросваркой.

Защитное отключение - это система защиты, обеспечивающая безопасность путем быстрого автоматического отключения электроустановки при возникновении на ее корпусе опасного напряжения. Продолжительность срабатывания защитного отключения составляет 0,1-0,2 с.

Данный способ защиты используют как единственную защиту или в сочетании с защитным заземлением и занулением.

На транспорте часто приходится встречаться с явлениями статического и атмосферного электричества. Защита от опасного воздействия статического электричества занимает важное место, так как многие производственные процессы и работа подвижного состава связаны с явлениями статической электризации. В результате этих явлений при операциях с наливом или сливом топлив, полете летательных аппаратов, движении по трубам воздуха, работе ременных передач или транспортирующих устройств, а также во многих других случаях на корпусных деталях отдельных устройств или целиком на кузове автомобиля, планере летательного аппарата возникает заряд статического электричества. Отмечаются частые случаи воспламенения горючих сред от разрядов статического электричества. Даже при наливе автомобильного бензина в пластмассовую канистру могут возникнуть загорания от искры статического электричества. Иногда воспламеняется горючая среда от искрового разряда с одежды человека.

В связи с реальной опасностью статического электричества разработаны приемы и средства защиты, позволяющие отводить электрические заряды с трубопроводов, емкостей, фильтров и другого оборудования.

Основным средством борьбы со статическим электричеством на всех объектах является применение заземляющих устройств. Они позволяют снизить разность потенциалов между объектом и землей до нуля и тем самым исключить возможность накопления опасного потенциала. Для гарантии надежности заземления сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 100 Ом.

Эффективным средством защиты от статического электричества является увлажнение помещений. Установлено, что при относительной влажности 70% накопления электростатических зарядов на поверхностях не происходит.

Рассмотренные направления деятельности по обеспечению электробезопасности должны осуществлятьсяв комплексе с использованием средств коллективной и индивидуальной защиты. Последние защищают людей, работающих с электроустановками, от поражения электрическим током или от воздействия электрической дуги и электромагнитного поля. По назначению электрозащитные средства подразделяются на изолирующие, ограждающие и вспомогательные.

Изолирующие средства делят на основные и дополнительные. Основные средства обладают высокой электрической прочностью и позволяют работать без отключения напряжения на установках до и выше 1000 В. К таким средствам относят:

- диэлектрические перчатки;

- инструмент с изолированными рукоятками;

- изолирующие и электроизмерительные клещи;

- изолирующие штанги;

- токоискатели.

Дополнительные изолирующие средства усиливают защитное действие основных средств, с которыми их применяют совместно. В их число входят:

- изолирующие подставки;

- диэлектрические галоши, перчатки, боты, коврики.

Вспомогательные защитные средства применяют для защиты от случайного падения с высоты, предохранения от световых и тепловых воздействий. Вспомогательными средствами являются: канаты, когти, защитные очки, рукавицы, противогазы, предохранительные пояса, суконные костюмы и др.

К организационным мероприятиям, обеспечивающим безопасность работы на электроустановках, относятся: отбор персонала по обслуживанию электроустановок, оформление работы, допуск к работе, надзор во время работы, оформление перерыва в работе, перевода на другое рабочее место и окончания работы.

К работам по обслуживанию действующих электроустановок допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие предварительный медицин­ский осмотр и не имеющие медицинских противопоказаний. В процессе работы персонал, занятый на электроустановках, должен проходить медицинское освидетельствование не реже одного раза в 2 года.

Лица, допускаемые к обслуживанию, ремонтно-монтажным и наладочным работам на электроустановках, обязаны пройти инструктаж и обучение безопасным методам труда, проверку знаний правил безопасности и инструкций и иметь квалификационную группу по технике безопасности, присвоенную в соответствии с требованиями Правил технической эксплуатации (ПТЭ) и Правил техники безопасности (ПТБ).

Способы и средства обеспечения электробезопасности

Электробезопасность персонала должна обеспечиваться конструкцией электроустановок, организационными и техническими мероприятиями, а также техническими способами, средствами и приспособлениями.

Требования электробезопасности к конструкции и устройству электроустановок устанавливаются стандартами системы безопасности (ССБТ) и техническим условиями на электротехнические изделия.

Организационные мероприятия включают в себя:

· требования к персоналу; назначение лиц, ответственных за организацию и производство работ;

· оформление наряда (распоряжения) на производство работ;

· осуществление допуска к проведению работ;

· организацию надзора за проведением работ и др.

Технические мероприятия в действующих установках со снятым напряжением при работах в электроустановках или вблизи их – это:

· отключение установки (или ее части) от источника;

· механическое запирание приводов отключающих коммутационных аппаратов;

· снятие предохранителей;

· отсоединение концов питающих линий;

· установка знаков безопасности и ограждений;

· наложение заземления и др.

Технические мероприятия при выполнении работ под напряжением - это непременное применение защитных средств (изолирующих, ограждающих и вспомогательных).

Технические способы включают в себя:

· применение малых напряжений для электропитания оборудования;

· электрическое разделение сетей;

· защитное заземление;

· зануление;

· устройство защитного отключения и др.

Применение малых напряжений (в пределах допустимого напряжения прикосновения) для электропитания различного рода приборов, электрифицированного инструмента и установок является наиболее эффективным способом обеспечения электробезопасности. Поэтому в тех случаях, где это возможно, необходимо использовать более низкие напряжения.

Для обеспечения электробезопасности на производстве в переносных электроустановках и ручном электрифицированном инструменте допускаются следующие максимальные значения напряжений для его электропитания:

- 220 В (50 Гц) при использовании установок в помещениях без повышенной опасности поражения «электрическим током, т.е. помещениях, в которых отсутствуют признаки повышенной опасности (наличие токопроводящих полов, поддерживание в помещении температуры воздуха равной или более 25°С и относительной влажности его равной или более 75%, наличие в воздухе токопроводящей пыли, наличие возможности одновременного прикосновения к корпусам и другим частям оборудования, на которых может оказаться напряжение, с одной стороны, и к каким-либо заземленным конструкциям, с другой) и особой опасности (наличие в помещении двух и более признаков повышенной опасности, наличие в воздухе помещения химически агрессивной среды, поддержание в помещении более высокой относительной влажности, близкой к 100%);

- 42 В (50 Гц) в помещениях с повышенной опасностью и при работах в наружных установках. В таких условиях работы допускается использовать инструмент (установки) на 220 В, но с обязательным применением изолирующих средств);

- 42 В (50 Гц) в особо опасных помещениях с обязательным применением защитных средств.

Для электропитания переносных светильников допускаются следующие максимальные значения напряжений:

- 42 В (50 Гц) в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных помещениях;

- 12 В (50 ГЦ) - при работах в особо неблагоприятных условиях.

В качестве источников малого напряжения применяются гальванические элементы, выпрямители, преобразователи частоты (для уменьшения массы ручного инструмента на частотах 200 и 400 Гц), трансформаторы. Использовать в качестве источников низкого напряжения автотрансформаторы запрещается.

Электрическое разделение сетей

В сетях большой протяженности, изолированных от земли, имеется значительная емкость и небольшое сопротивление исправной изоляции. Поэтому в таких сетях (в том числе и в сетях с напряжением до 1000 В) прикосновение к фазе становится опасным.

С целью уменьшения проводимости таких сетей на землю применяется разделение их на небольшие сети такого же напряжения. Для этого чаще всего отдельные потребители подключаются через разделительные трансформаторы (рис. 1).

Для разделения сетей могут также применяться преобразователи частоты и выпрямительные установки.

Защитное заземление

Защитное заземление - это преднамеренное электрическое соединение с землей металлических частей оборудования (например, корпуса), которые могут оказаться под напряжением в результате нарушения изоляции токоведущих частей оборудования и по другим причинам (рис. 2).

Принцип действия защитного заземления заключается в уменьшении опасности электропоражения за счет снижения напряжения на заземленном корпусе (при замыкании на него питающего напряжения по отношению к земле) до значения U_к = I_з х R_з и выравнивания потенциалов между корпусом установки и землей за счет подъема потенциала земли (основания, на котором стоит человек), возникшего в результате растекания в нем тока.

Таким образом, напряжение, действующее на человека в данном случае (напряжение прикосновения) будет равно разности потенциалов на корпусе установки (потенциал рук () и на основании (потенциал ног ).

U_пр = -=(1-/).

Так как потенциал рук = U_к = I_зR_з, напряжение прикосновения при заземленном корпусе станет равно

U_пр = I_зR_{з ,}

где - коэффициент напряжения прикосновения, равный 1-/и зависящий от разности потенциалов на корпусе установки и основании (на земле).

В связи с тем, что потенциал на поверхности грунта уменьшается в зависимости от расстояния до заземлителя (места стекания тока в землю) по гиперболическому закону (рис. 3), то по мере удаления от места заземления разность потенциалов между корпусом и основанием будет увеличиваться и в зоне электротехнической земли (расстояние равно около 15-20 м), где потенциал на основании (поверхности грунта) приблизительно равен нулю, она станет равной напряжению на корпусе. В этом случае коэффициент напряжения прикосновения = 1, а U_пр = U_к = I_зR_з

Зона, в пределах которой потенциалы на поверхности грунта не равны нулю, называется зоной растекания тока (рис. 3).

Рис. 3 - Гиперболический закон распределения потенциала на основании земли в зависимости от расстояния до заземления

Для того, чтобы обеспечить достаточно безопасное значение напряжения прикосновения (= 36 В для 50 Гц при t > 1 с) необходимо, как видно из последнего выражения, уменьшить значение сопротивления заземляющего устройства R_з (или R_з.у.).

Значение сопротивления заземления не должно превышать в электроустановках до 1000 В 4 Ом во всех случаях и 10 Ом при суммарной мощности источников напряжения сети до 100 кВхА.

Чтобы получить заземление, обеспечивающее безопасность, применяют сложные групповые заземлители.

Если расстояние между отдельными электродами (одиночными заземлителями) меньше 20 м, то их поля растека­ния накладываются, то есть они экранируют друг друга (рис. 4).

Рис. 4 - Экранирование единичных заземлителей группового заземляющего устройства

Общее сопротивление группового заземлителя определяется как сопротивление всех параллельно соединенных одиночных заземлителей с учетом экранирования

,

где - сопротивление одиночного заземлителя;

n - количество одиночных заземлителей;

- коэффициент экранирования, учитывающий взаимное экранирование (определяется по справочным таблицам).

Заземляющие устройства (заземления) бывают двух типов:

· выносные;

· контурные (распределительные) или выполненные в ряд.

Выносные заземления устраиваются при отсутствии возможности разместить заземлитель в пределах защищаемой площадки, высоком сопротивлении грунта на этой территории и на­личии на сравнительно небольшом удалении мест с повышенной проводимостью, а также при рассредоточенном размещении заземляемого оборудования.

При выносном заземлителе коэффициент напряжения прикосновения () близок или равен единице, то есть заземление защищает в данном случае только за счет малого сопротивления заземления, поэтому этот тип заземлителя следует применять при малых токах замыкания на землю (I_з).

К достоинству выносных заземлений можно отнести возможность выбора места размещения электродов с наименьшим сопротивлением грунта.

Контурное (распределенное) заземляющее устройство применяют в случаях, когда необходимо выровнять потенциал на защищаемой площадке с возможными потенциалами на заземленных частях оборудования и тем самым уменьшить напряжение прикосновения (а также напряжение шага) до допустимых значений.

Для заземления электроустановок в первую очередь должны использоваться естественные заземлители:

· водопроводные и другие трубопроводы, проложенные в земле (за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов и смесей);

· металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в соприкосновении с землей;

· свинцовые оболочки кабелей, проложенные в земле;

· нулевые провода воздушных линий напряжением до 1000 В;

· рельсовые пути магистральных неэлектрифицированных железных дорог и др.

Защитное заземление применяется в сетях, изолированных от земли (трехфазные, трехпроводные сети с изолированной от земли нейтралью, двухпроводные сети переменного и постоянного тока с изолированными от земли проводами и полюсами).

Заземлению подлежат корпуса электрооборудования:

· во всех случаях при величине номинального напряжения переменного тока 380 В, постоянного - 440 В и выше;

· при номинальных напряжениях, равных и выше переменного тока 42 В, постоянного - 110 В в помещениях с повышенной и особой опасностью поражения электрическим током, а также в наружных условиях;

· во взрывоопасных помещениях при любых значениях постоянного и переменного напряжения.

Конструктивное исполнение и порядок расчета защитного заземления

Для искусственных заземлителей в качестве вертикальных электродов обычно используются стальные стержни диаметром 10-16 мм и длиной до 10 м, угловую сталь от 40х40 до 60х60 мм и, как исключение, стальные трубы диаметром 50-60 мм с толщиной стенок не менее 3,5 мм и длиной 2,5-3,0 м. Для связи вертикальных электродов и в качестве самостоятельного горизонтального электрода применяют полосовую сталь шириной 20-40 мм и толщиной 4 мм, а также сталь круглого сечения диаметром 10-12 мм.

Для установки вертикальных заземлителей предварительно роют траншеи глубиной 0,7-0,8 м, после чего их заглубляют специальными механизмами (копры, гидропрессы, вибраторы и др.).

Расстояние между соседними вертикальными электродами (если позволяют размеры отведенной под заземлитель площади) берут не менее 2,5 м. Для заземлителей, расположенных в ряд, отношение этого расстояния к длине электрода предпочтительно выбирать равным 2-3, а при расположении электродов по контуру - равным 3.

Расчет защитного заземления в установках до 1000 В выполняют по допустимому сопротивлению заземляющего устройства растеканию тока. При этом определяют количество, размеры и схему размещения в земле электродов заземлителя и заземляющих проводников, при которых сопротивление заземляющего устройства растеканию тока для напряжения прикосновения при замыкании напряжения на заземленные части установок не превышают допустимых.

Сопротивление заземлителя определяют по допустимому напряжению на заземляющем устройстве и току замыкания на землю (рис. 2), который в сетях до 1000 В не превышает 10 А.

Если на территории проектируемого заземляющего устройства имеются естественные заземлители, которые можно использовать, то общее сопротивление заземляющего устройства (R_з.у.) будет складываться из сопротивления естественных (R_ест.) и искусственных (R_иск) заземлителей

.

Так как требуемое значение R_з.доп. может быть обеспечено только естественными заземлителями, то сначала производится расчет сопротивления естественных заземлителей и полученный результат сравнивается с требуемым значением сопротивления допустимого (R_з.доп.).

Если естественные заземлители отсутствуют или рассчитанное (измеренное) сопротивление их растеканию тока велико, то необходимо устраивать искусственные заземлители и подключать их параллельно к естественным.

Расчет искусственного заземлителя осуществляется в следующей последовательности.

Вначале рассчитывают сопротивление одиночного вертикального электрода с помощью соответствующих расчетных формул, которые зависят от вида материала, габаритов и взаимного расположения электродов.

Так, для трубчатых электродов длиной I и диаметром d, середина которых находится от поверхности грунта на глубине t (рис. 5), сопротивление растеканию тока такого электрода R_{эл.труб} определяется по формуле

,

где Р_рас. =, - удельное сопротивление земли, К - коэффициент сезонности.

Рис. 5 - Схема к расчету сопротивления растеканию тока вертикального электрода и горизонтального проводника

Далее определяют ориентировочное количество вертикальных электродов. Для этого используют известное соотношение для расчета общего сопротивления при наличии нескольких электродов. Для этого используют известное соотношение для расчета общего сопротивления при наличии нескольких электродов .

Подставляя вместо необходимое сопротивление заземляющего устройства R_з.у., находят ориентировочное количество одиночных электродов п

,

где - коэффициент использования вертикальных электродов (коэффициент экранирования).

Затем рассчитывают сопротивление растеканию тока горизонтального проводника, соединяющего одиночные электроды.

Если в качестве соединяющего проводника используется стальная полоса шириной b и длиной L (рис. 5), то сопротивление его растеканию тока рассчитывается по формуле

Результирующее сопротивление искусственного грунтового заземлителя будет равно

.

Отличие результирующего сопротивления от допустимого (нормируемого) по экономическим соображениям не должно быть значительным. Изменяя количество электродов, их размеры и повторяя расчет методом последовательного приближения, добиваются выполнения необходимого требования к сопротивлению проектируемого заземляющего устройства.

Зануление

Опасность электропоражения при прикосновении к корпусу или металлическим частям оборудования, оказавшихся под напряжением вследствие замыкания на них питающего напряжения и по другим причинам, может быть устранено быстрым отключением такой поврежденной установки от питающей сети.

Эту роль выполняет зануление, электрическая схема которого показана на рис. 6.

Рис. 6 - Электрическая схема зануления

Зануление - это преднамерен-ное электрическое соединение с нуле-вым защитным проводником сети металлических нетоковедущих частей оборудования, которые могут оказаться под напряжением.

Нулевым защитным проводником называется проводник, соединяющий зануляемые части с заземленной нейтральной точкой источника в трехфазных сетях или с заземленным выводом любого источника.

Принцип действия зануления состоит в превращении замыкания напряжения на зануленные части оборудования в короткое замыкание источника тока (например, однофазное замыкание в трехфазных сетях) с целью образования большого тока, способного обеспечить срабатывание защиты и тем самым автоматически отключить поврежденную установку от питающей сети.

В качестве срабатывающей защиты могут использоваться плавкие предохранители или автоматические выключатели (магнитные пускатели со встроенной тепловой защитой, контакторы в сочетании с тепловыми реле и др.).

Так как плавкие предохранители и автоматические выключатели с тепловой защитой срабатывают в течении нескольких секунд, для снижения напряжения по отношению к земле на зануленных частях в течение этого времени обязательно применение повторного заземления (r_повт.) нулевого защитного проводника (рис. 6). При этом напряжение прикосновения будет равно

,

где - ток, протекающий через повторное заземление r_повт..

Для надежной работы зануления необходимо обеспечить следующие требования:

1) Ток короткого замыкания I_к.з. должен в несколько раз превышать номинальный ток I_н. срабатывания защиты, т.е.

I_к.з.I_{н. ,}

где k - коэффициент кратности. Для плавких предохранителей он выбирается равным 3 (во взрывоопасных помещениях 4). При использовании автоматических выключателей k > 1,25 (для автоматов с номинальным током до 100 А k > 1,4).

2) Полная проводимость защитного проводника должна быть не менее 50% проводимости фазных проводов, т.к.

Z_н. 2 Z_ф..

3) Чтобы обеспечить непрерывность цепи зануления, запрещается установка в нулевой провод предохранителей и выключателей.

4) Для уменьшения опасности поражения персонала током, возникающей при обрыве защитного проводника, обязательно применение повторного его заземления.

Сопротивление току растекания повторных заземлений не должно превышать 5, 10 или 20 Ом при напряжениях в сети соответственно 660/380, 380/220 и 220/127 В.

5) Зануление однофазных потребителей должно осуществляться специальным проводником (или жилой кабеля), который не может одновременно служить проводником для рабочего тока.

Зануление применяется только в сетях с заземленной нейтралью (или заземленным полюсом, проводом), т.к. в противном случаепри аварийном режиме работы сети, когда одна из фаз сети замыкается на землю через незначительное сопротивление (r_зм.), человек, касающийся корпуса запуленной установки окажется под фазным напряжением (в трехфазных сетях), а при пробое питающего напряжения (одной фазы) на корпус до срабатывания защиты - под линейным (рис. 7).

Рис. 7 - Схема зануления в трехфазной сети с изолированной централью

При заземленной же нейтрали в аварийном режиме работы сети, напряжение, действующее на человека, будет равно

,

что значительно ниже U_ф.

Применение защитного заземления в сетях с заземленной нейтралью (заземленным полюсом или проводом) малоэффективно, т.к. при замыкании питающего напряжения на нем по отношению к земле напряжение достигнет значения больше или равного половине фазного (в трехфазных сетях при R_з =)

.

В этом случае ток замыкания на землю через защитное заземление R_з будет недостаточным для срабатывания защиты (рис. 7).

Расчет зануления

Цель расчета - определить условия надежной работы зануления. Для этого оно рассчитывается на отключающую способность и на безопасность прикосновения к корпусу при замыкании фазы на землю (в этом случае производится расчет заземления нейтрали) и замыкании на корпус (в этом случае производится расчет повторного заземления нулевого защитного проводника).

Расчет заземлений осуществляется по методике, аналогичной расчету защитного заземления.