14.2 Технические способы, обеспечивающие электробезопасность

Причинами электротравматизма являются:

1. Появление напряжения на частях установок и машин, не находящихся под напряжением в нормальных условиях эксплуатации. Чаще всего это происходит вследствие повреждения изоляции в электродвигателях, кабелях и проводах; возможность прикосновения к неизолированным токоведущим частям и проводам.

2. Образование электрической дуги между токоведущей частью установки и человеком возможно в электрических установках напряжением свыше 1000 В. Для того, чтобы предотвратить возникновение дуги между токоведущими частями и работающим, установлено минимально допустимое расстояние от токоведущих частей до человека. При 15 кВ это расстояние составляет 0,7 м, при 220 кВ-3,0 м.

3. Появление шагового напряжения на поверхности земли в результате замыкания токоведущих проводов на землю.

Требования, предъявляемые к электробезопасности в конкретном помещении, зависят от характера окружающей среды.

В отношении опасности поражения человека электрическим током существуют три категории помещений: без повышенной опасности; с повышенной опасностью и особо опасные.

К помещениям без повышенной опасности поражения человека электрическим током относятся жилые помещения, комнаты управления, конструкторское бюро и т.д., то есть сухие помещения с нормальной температурой и влажностью (до 60 %), с изолирующими полами ( деревянные, линолеум, паркет) и небольшим количеством заземленных предметов.

К помещениям с повышенной опасностью относятся влажные помещения (>75 %); с температурой воздуха, постоянно или периодически превышающей 35 ^оС; наличием токопроводящей пыли и токопроводящих полов (земляные, металлические, бетонные); возможностью одновременного прикосновения человека к корпусам электрооборудования и заземленным предметам. В промышленности строительных материалов такими помещениями являются деревообрабатывающие цехи, цехи железобетонных конструкций, а также по производству строительных пластмасс и др.

К особо опасным относятся: сырые помещения с влажностью, близкой к 100 %, влажными стенами и полом; помещения с химически активной средой, пары и газы которой способны разрушать электроизоляцию; помещения, в которых имеются два или более признаков, характерных для помещений с повышенной опасностью. Особо опасными помещениями являются участки, размещенные под открытым небом, помещения аккумуляторных станций, цехи с заземленным полом, душевые и т.п.

Надежная электрическая изоляция различных токоведущих проводов является основой обеспечения электробезопасности. Электроизоляция может быть разрушена от механических повреждений, действия химически активной среды, повышенной температуры, неправильной эксплуатации электроустановок. При этом может появиться напряжение на корпусах машин и оборудования, которые обычно не находятся под напряжением.

Электрическая изоляция силовой или осветительной электропроводки считается достаточной, если её сопротивление между проводом каждой фазы и землей, или между разными фазами на участке, ограниченном последовательно включенными плавкими предохранителями, составляет не менее 0,5 Мом.

В промышленности строительных материалов применяют два вида трехфазных электрических сетей: сети с изолированной и глухозаземленной нейтралью трансформатора, причем основным видом сетей являются трехфазные сети с заземленной нейтралью и нулевым проводом. Такие сети наиболее удобны в эксплуатации, так как позволяют питать не только трехфазные электродвигатели, но и получать фазное напряжение (фаза- ноль) для обеспечения включения осветительных приборов и однофазных ручных инструментов.

Рисунок 5- Электрическая сеть с глухозаземленной нейтралью

Чаще случается однофазное прикосновение человека к электрической сети, но наиболее опасно одновременное прикосновение к двум фазам, когда ток, проходящий через человека, определяется значением линейного напряжения U_л = (3)^1/2 U_ф.

Все токоведущие части любой сети, находящиеся под напряжением, должны быть изолированы от земли. Сопротивление проводов по отношению к земле принято называть сопротивлениями изоляции.

В сетях с глухим заземлением нейтрали при однофазном прикосновении ток через человека протекает по цепи “ человек - земля – заземление нулевой точки трансформатора R₀ – фазный провод”.

Рисунок 6- Однофазно е прикосновение в сети с глухозаземленной нейтралью

Сопротивлением фазного провода пренебрегаем ( R_ф = 0,1- 0,4 Ом) предполагая также, что имеет место прямой контакт человека через ноги с землей. Тогда ток, проходящий через человека, определяется по формуле:

Rчел = 1000 Ом; Rо = 10 Ом.

При изолированной нейтрали прикосновение человека к одной из фаз вызывает ток I_чел , проходящий через человека и полное сопротивление двух других фаз сети:

Рисунок 7- Однофазное прикосновение в сети с изолированной нейтралью

Из сказанного следует, что в сетях с изолированной нейтралью (при однофазном прикосновении) ток, проходящий через человека, будет меньше, чем в сетях с глухозаземленной нейтралью.

Однако, это преимущество имеет место лишь тогда, когда постоянно обеспечивается высокое значение сопротивления изоляции R_из двух других фаз сети.

В строительстве часто трудно обеспечить и надежно контролировать необходимый уровень сопротивления изоляции, поэтому в основном применяют сети с глухим заземлением нейтрали.

Сети с изолированной нейтралью устраивают на передвижных механизмах, где относительно просто обеспечить и постоянно контролировать сопротивление фаз.

В случае однофазного прикосновения человека к сети с изолированной нейтралью, где произошло замыкание другой фазы на землю через сопротивление контакта фазы с землей , ток, проходящий через человека

Наибольшая опасность возникает при одновременном касании человека двух фаз. В этом случае ток, проходящий через человека, определяется величиной линейного направления и сопротивлением тела человека на участке прохождения тока. При U_л=380 В

.

В качестве технических способов для обеспечения электробезопасности используют защитное заземление, зануление и защитное отключение.

Защитное заземление должно обеспечить защиту людей от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям оборудования, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции. Защитное заземление выполняют путем преднамеренного соединения (металлическими проводниками) нетоковедущих частей электроустановок с “землей” или её эквивалентом ( ГОСТ 12.1.030- 81 “ ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление”).

Принцип действия защитного заземления - это снижение до безопасных значений напряжения прикосновения и шагового напряжения, возникающих при замыкании фазы на корпус.

Рисунок 8- Заземление

В качестве заземлителей используются естественные: металлические и железобетонные конструкции зданий, которые должны образовывать непрерывную электрическую цепь по металлу. Сопротивление заземления в электороустановках до 1000 В не должно превышать 4 ом. В железобетонных конструкциях должны быть предусмотрены закладные детали для подсоединения (с помощью проводников) к корпусам электрооборудования.

При выполнении искусственных заземляющих устройств применяют стальной прокат длиной 2,5-3 м (трубы, уголки, полосовая сталь, сталь круглого сечения). Соединения одиночных заземлителей выполняют стальной полосой сечением 4*40 мм или профилем круглого сечения диаметром 6 мм и более.

Защитному заземлению подлежат все металлические нетоковедущие части оборудования, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции. В помещениях с повышенной опасностью и особо опасных заземлению подлежат установки напряжением 42… 380 В переменного тока и от 110 до 440 В постоянного тока. Во всех случаях заземлению подлежат электроустановки напряжением 380 В и выше переменного тока и 440 В и выше постоянного тока.

Напряжение прикосновения U_пр – это разность потенциалов двух точек электрической цепи, которых одновременно касается человек, то есть U_пр – есть разность потенциалов точек прикосновения руки и ног: U_пр = I_чел * R_чел , где I_чел – ток, проходящий через человека по пути “ рука- ноги”.

При нормальном режиме работы электроустановки допускаемое значение U_пр=2 В , а ток , проходящий через человека , не должен превышать I_чел = 0,3 mА .

В аварийном режиме, то есть при появлении на нетоковедущих частях установки напряжения вследствие нарушения изоляции, допустимые значения U_пр= 36 В, а

I_чел­= 6 mА, те же параметры для бытовых электроустановок составляют соответственно 12 В и 2 mА .

Напряжение шага возникает при нахождении человека в зоне потенциального поля. Напряжение шага ( или шаговое напряжение) есть разность потенциалов двух точек земли, которых человек касается ногами. Максимальное шаговое напряжение наблюдается при нахождении человека вблизи заземления и зависит от формы потенциальной кривой и размера шага. Расчетная длина шага – 0,8 м.

Рисунок 9- Напряжение шага

Зануление состоит в соединении корпусов токоприемников или другого оборудования, которое может оказаться под напряжением в результате нарушения изоляции, с заземленным нулевым проводом с помощью металлических проводников.

Цель зануления – ликвидация опасности поражения электрическим током при повреждении изоляции и появлении на корпусах оборудования опасного напряжения.

Рисунок 10- Зануление

Принцип действия зануления – превращение пробоя на корпус в однофазное короткое замыкание, то есть образование так называемой цепи короткого замыкания ( корпус – нулевой провод – фазная обмотка трансформатора- корпус), обладающей малым сопротивлением.

При пробое на корпус в цепи короткого замыкания возникает большой ток I_кз , в результате чего перегорают плавкие вставки или срабатывают (за 0,2 с) автоматические отключающие устройства.

Защитное отключение- это система быстродействующей защиты, автоматически ( за 0,2 с) отключающая электроустановку при возникновении в ней опасности поражения человека электрическим током. Защитное отключение применяют в тех случаях, когда невозможно или трудно осуществить заземление или зануление или когда высока вероятность прикосновения людей к неизолированным токоведущим частям электроустановок. Поэтому защитное отключение целесообразно применять для обеспечения электрозащиты ручного электроинструмента, передвижных электроустановок.

Опасность поражения электрическим током возникает в следующих случаях: при замыкании фазы на корпус; при снижении сопротивления изоляции фаз относительно земли ниже определенного предела; при прикосновении человека к токоведущей части, находящейся под напряжением.

В этих случаях происходит изменение электрических параметров сети, в частности, может измениться напряжение корпуса относительно земли. Изменение любого из указанных параметров до определенной величины может служить импульсом для срабатывания системы автоматического отключения.

В основе действия защитного отключения, как электрозащитного средства, лежит принцип ограничения (за счет быстрого отключения) продолжительности протекания тока через тело человека при непреднамеренном прикосновении его к элементам электроустановки, находящимся под напряжением.

Из всех известных электрозащитных средств устройство защитного отключения (УЗО) является единственным, обеспечивающим защиту человека от поражения электрическим током в случае прямого прикосновения к токоведущим частям.

Другим, не менее важным свойством УЗО является его способность осуществлять защиту от возгораний и пожаров, возникающих на объектах вследствие неисправности электрооборудования. Известно, что более трети всех пожаров происходят именно из-за нагрева проводников токами короткого замыкания. Короткие замыкания, как правило, развиваются из-за дефектов изоляции, замыканий на землю, утечек тока на землю. УЗО, реагируя на ток утечки на землю или защитный проводник, заблаговременно, до развития короткого замыкания, отключает электроустановку от источника питания, предупреждая тем самым недопустимый нагрев проводников и последующее возгорание.

Впервые УЗО было запатентовано германской фирмой RWE в 1928 году (германский патент DRP № 552 678 от 08.04.28). Тогда же с любезной помощью добровольца-сотрудника фирмы было проведено испытание УЗО с чувствительностью 0,01 А и быстродействием 0,1 сек. Эксперимент закончился благополучно, устройство сработало четко, доброволец испытал лишь слабый удар электрическим током, хотя и отказался от участия в дальнейших опытах. Все последующие годы, за исключением военных и первых послевоенных, во всем мире проводилась интенсивная работа по изучению действия электрического тока на организм человека, разработке электрозащитных средств и в первую очередь - совершенствованию и внедрению УЗО.

Начиная с середины семидесятых годов в нашей стране, активно велись научно-исследовательские, опытно-конструкторские, экспериментально - производственные работы по созданию и внедрению в широкую практику УЗО. Защищались многочисленные диссертации, публиковались статьи, выдавались авторские свидетельства, составлялись координационные планы работ на самом высоком государственном уровне, выпускались нормативные документы - ГОСТы, ПУЭ и др., производились устройства - экспериментальные, опытными партиями, небольшими сериями.

Примерно в это же время, в мире - в первую очередь в странах Западной Европы, Японии, США началось активное внедрение этих устройств в широкую практику. В результате, в настоящее время десятки миллионов УЗО успешно, о чем свидетельствует официальная статистика, защищают жизнь и имущество граждан Франции, Германии, Австрии и Австралии от электропоражений и пожаров.

УЗО давно стало привычным и обязательным элементом любой электроустановки промышленного или социально-бытового назначения. Никого не удивляет УЗО, встроенное в розеточный блок или вилку, через которые подается питание на бытовые электроприборы, эксплуатируемые в особо опасных, влажных, пыльных, с проводящими полами и т.п., помещениях.

В настоящее время на каждого жителя указанных стран приходится в среднем по два УЗО и, тем не менее, десятки фирм на протяжении многих лет стабильно, в значительных количествах производят эти устройства самых различных модификаций, постоянно совершенствуя их технические параметры.

Защитное отключение должно осуществляться устройствами (аппаратами), удовлетворяющими в отношении надежности действия специальным техническим условиям.

Область применения УЗО распространяется на электроустановки:

- жилых зданий;

- производственных зданий;

- торговых предприятий;

- общественных зданий;

- сельскохозяйственных строений;

- жилых автофургонов и стоянок для них;

-стройплощадок, зрелищных сооружений, ярмарок и других временных сооружений;

- зданий из металла или с металлическим каркасом.

Эксплуатация и обслуживание действующих электроустановок осуществляется в соответствии с “ Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей” и “ Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей “.

При работе на электроустановках с целью защиты от поражения электрическим током применяют электрозащитные средства (ГОСТ 12.1.009- 76).

К организационным мероприятиям, обеспечивающим безопасность работ на электроустановках, относят:

• оформление наряда на работу;

• допуск к работе;

• надзор за выполнением работ;

• оформление перерывов в работе, перемены места выполнения работ и окончания работ.

Для обеспечения безопасности работ на электроустановках должны быть выполнены следующие технические мероприятия:

- произведены необходимые отключения и приняты меры, препятствующие подаче напряжения на место работы вслед­ствие ошибочного или самопроизвольного включения ком­мутационных аппаратов;

- на приводах ручного и на ключах дистанционного уп­равления коммутационных аппаратов должны быть вывешены запрещающие плакаты;

- проверено отсутствие напряжения на токоведущих час­тях, которые должны быть заземлены для защиты людей от поражения электрическим током;

- установлено заземление (включены заземляющие ножи, а там, где они отсутствуют, установлены переносные зазем­ления);

- вывешены указательные плакаты «Заземлено», ограж­дены при необходимости рабочие места и оставшиеся под напряжением токоведущие части, вывешены предупрежда­ющие и предписывающие плакаты.