4.2. Электробезопасность и охрана окружающей среды

4.2.1. Электробезопасность

При воздействии электрического тока возникают элект­ротравмы — электрический удар, ожог.

Электрический удар возможен при соприкосновении с токоподводящими частями оборудования.

Ожог обусловлен электриче­ской дугой, сопровождающей коммутационные процессы в электрических цепях.

На практике используют следующие меры защиты от поражения электрическим током:

1) защита от при­косновения к токоведущим частям;

2) защита от при­косновения к оборудованию, случайно оказавшемуся под напряжением;

Рис. 4.1. защита от токов чрезмерной силы (короткого замыкания).

В первом случае применяют ограждения и изоляцию токоведущих частей, размещение их на недоступной вы­соте, использование пониженного напряжения.

Во втором случае, наиболее распространенном, кон­структивно простой и очень эффективной мерой защиты является защитное заземление (рис.4.1). Защитные функ­ции заземляющего устройства состоят в снижении до безопасной величины напряжения относительно земли на металлических частях, оказавшихся случайно под напряжением, что позволяет устранить опасность пора­жения прикоснувшегося к ним человека.

Прикосновение человека к незаземленному корпусу, находящемуся под напряжением, равносильно однофаз­ному включению человека в цепь, В этом случае при малом сопротивлений пола, обуви и изоляции проводов сила тока может иметь большую величину

Так при R_п=0, R_об =0, R_из=5000 Ом и U_л = 1000 В получим:

Такой ток смертельно опасен. Напряжение, под которым окажется человек, прикоснувшийся к корпусу (так на­зываемое напряжение прикосновения);

Если же корпус заземлен, то при сопротивлении за­земления R_з=4 Ом величина тока, протекающего через человека, равна

т. е. такой ток безопасен для человека.

Напряжение прикосновения в этом случае составит

Защитное заземление применяется в электроустанов­ках напряжением до 1000 В, питающихся от сетей с изо­лированной нейтралью; его применяют как при изолиро­ванной, так и при заземленной нейтрали. В последнем случае обязательно осуществляется контурное разме­щение заземлителей, обеспечивающее выравнивание по­тенциала на поверхности земли, а также обязательно на­личие защитного устройства, обеспечивающего отключе­ние поврежденного оборудования.

Допустимые максимальные значения сопротивления заземляющих устройств составляют:

1) для электроус­тановок напряжением до 1000 В 4 Ом во всех случаях и 10 Ом при мощности генераторов и трансформаторов 10 кВА и менее;

2) для электроустановок напряжением более 1000 В 0,5 Ом при большой силе тока замыкания на землю и 10 Ом при малой силе тока замыкания на землю во всех случаях, а также при одновременном использовании заземляющего устройства для установок напряжением до 1000 В.

Присоединение корпусов и других конструктивных металлических частей электрооборудования к неоднократно заземленному нулевому проводу называется за­щитным занулением (рис.4.2).

Цель защитного зануления — превратить пробой на корпус в короткое замыка­ние между фазным и нулевым проводами, вызвать тем самым протекание большого тока через защиту и быстро отключить поврежденное оборудование от сети.

При замыкании на корпус (см. рис.4.2) фаза ока­жется соединенной накоротко с нулевым проводом, благодаря чему через защиту (плавкий предохранитель или автомат) потечет ток короткого замыкания I_к, который и вызовет перегорание предохранителя или отключение автомата.

Рис.4.2. Защитное заземление в системе с заземленной нейтралью (зануление)

Для обеспечения быстрого срабатывания уст­ройства защиты сила этого тока должна быть достаточ­но большой. Правилами предусмотрено, чтобы она в три раза превышала силу номинального тока плавкой встав­ки ближайшего предохранителя или расцепителя авто­матического выключателя, имеющего характеристику, обратную величине тока. Это требование оказывается выполненным, если нулевой провод имеет проводи­мость, равную не менее 50% проводимости фазного про­вода. В качестве нулевых проводов используют стальные полосы, металлические оболочки кабелей, металлокон­струкций зданий, подкрановые пути и пр.

Рис. 4.3. Схема, показывающая недопустимость применения одновременно за­щитных заземления и зануления

Однако с момента замыкания фазы на зануленный корпус и до момента срабатывания защиты на нулевом проводе, а следовательно, на всех присоединенных к нему корпусах возникает опасное напряжение. Кроме того, при случайном обрыве нулевого провода и пробое фазы на корпус, присоединенный к оборванному участ­ку провода, все корпуса, находящиеся за местом обрыва, окажутся под фазным напряжением. Чтобы уменьшить эти напряжения, нулевой провод соединяют с землей в нескольких местах.

В соответствии с этим защитное зануление применя­ется в электрических сетях напряжением до 1000 В с глухо заземленной нейтралью и нулевым проводом. При трехфазном токе такие сети являются четырехпроводными, а при постоянном токе — трехпроводными. По­вторные заземления нулевого провода на воздушных линиях выполняются через каждые 250 В и на концах линий. Сопротивление заземления нейтрали должно быть не более 4 Ом, а повторное заземление нулевого провода—не более 10 Ом. Занулению подлежат те же металлические части, что и заземлению.

Недопустимо одновременно выполнять защитное за­нуление и заземление в одной и той же сети корпусов разных электроустановок; при пробое заземленного корпуса на корпусах всех электроустановок возникает опас­ное напряжение. В случае замыкания фазы на заземлен­ный корпус (рис.4.3) образуется цепь тока I₃ через за­земление этого корпуса R_з и заземление нейтрали R₀. В результате между корпусом и землей возникает напря­жение: U_з = I_зR_з.

Одновременно возникает напряжение между нулевым проводом и землей, т. е. между всеми корпусами, присое­диненными к нулевому проводу, и землей: U₀=I_зR₀.

Исход электротравмы зависит от ряда факторов — условий внешней среды и параметров организма челове­ка.

К условиям внешней среды относятся, прежде всего, характер включения тела человека в электрическую цепь, сила тока и напряжение в цепи, продолжитель­ность его воздействия. Большое значение имеют темпе­ратура и влажность окружающей среды, с повышением которой тяжесть исхода возрастает. На исход пораже­ния электрическим током оказывают влияние утомление, болезненное состояние, алкогольное опьянение.

Различают пороговые, отпускающие и неотпускающие значения силы тока ([6], табл. 11). Пороговые токи вы­зывают начальные ощущения; при этом сила тока зави­сит от уровня приложенного напряжения, состояния по­верхности кожи, индивидуальной чувствительности к току (0,1—5 мА).

Отпускающими считаются токи, при прохождении которых человек сохраняет способность самостоятельно освободиться от контакта с частями, находящимися под напряжением. Сила отпускающего тока изменяется от 10 до 20 мА. Сила удерживающего неотпускающего тока равна более 20 мА. При воздействии тока на организм человека возникают непроизвольные сокращения мышц, судороги мышц рук и туловища, что приводит к затруд­нению дыхания.

Действие переменного тока частотой 50 Гц и силой 25—50 мА сопровождается нарушением дыхания, суже­нием кровеносных сосудов, повышением артериального давления и затруднением работы сердца. При длитель­ном воздействии тока напряжением 110, 220 и 380 В ос­лабляется деятельность сердца и возможна потеря со­знания. Токи высокой частоты менее опасны в отноше­нии электрического удара, но опасны возможностью теплового нагрева и влияния электрического поля.

Для установления границы безопасных условий сле­дует знать допустимое безопасное напряжение, которое в зависимости от условий окружающей среды составляет 40—12 В. На исход поражения большое влияние оказы­вает путь прохождения тока через тело человека. При прохождении тока через тело по пути рука — рука или рука — нога возможно поражение сердечной мышцы. При этом возникает фибрилляция сердца, что может привести к остановке кровообращения.

На исход поражения влияет и длительность воздей­ствия тока. При этом изменяется электрическое сопро­тивление тела человека, что объясняется влиянием про­гревания и пробивания рогового слоя кожи. При кратко­временном воздействии тока тяжесть поражения зависит от фазы работы сердца в момент прохождения тока. Так, прохождение тока через сердце в стадии рас­слабления (период между последовательными сокраще­ниями и расширениями предсердий и желудочков серд­ца, длящийся около 0,1 с) особенно опасно.

Условия поражения электротоком. В результате включения тела человека в электрическую цепь возникает опасность электрического удара. Возможны две схемы включения: двухфазная и однофазная.

При нормальных условиях эксплуатации сети одно­фазное включение человека в сеть с изолированной ней­тралью менее опасно, чем в сеть с заземленной нейт­ралью (имеющей электрическую связь с токопроводящими системами). Однако, если одна из фаз замкнута на землю, напряжение тока в сети с изолированной нейтралью может возрасти от фазного до линейного; в сети с за­земленной нейтралью повышение напряжения может быть незначительным.

Проводку в помещениях в зависимости от условий окружающей производственной среды и эксплуатации прокладывают на изоляторах, в металлических трубках. При напряжении сети 380/220 В изоляцию проводов, проложенных в трубах, рассчитывают на напряжение 500 В переменного тока. В сырых помещениях внутри­цеховую электрическую сеть напряжением до 1000 В выполняют, укладывая изолированные провода в сталь­ных трубах; в сети напряжением до 500 В проводку де­лают из трубчатых и бронированных проводов. В особо сырых помещениях и при повышенной запыленности в них электрическую сеть напряжением до 1000 В выпол­няют из кабеля с резиновой изоляцией. Кабели внутри производственных помещений прокладывают в каналах, устраиваемых в полу и закрываемых сверху съемными покрытиями из огнестойких материалов.

Воздушную электрическую сеть на территории промыш­ленных предприятий выполняют из незащищенных или защищенных проводов на изоляторах, на высоте не ме­нее 6 м от земли при напряжении до 1000 В и не менее 7 м при напряжении выше 1000 В (до 10 кВт). При выво­де проводов через крыши расстояние от проводов до лю­бой точки крыши должно быть не менее 2 м. При на­пряжении выше 1000 В применяют только алюминиевые многопроволочные провода сечением не менее 35 мм² и провода сечением не менее 16 мм² из других материалов (медных, сталеалюминевых).