4. Методы и средства обеспечения электробезопасности

Надежность работы и безопасность жизнедеятельности в процессе эксплуатации и обслуживания электроустановок достигается посредством точного соблюдения правил технической эксплуатации и реализацией ме- роприятий защиты в соответствии с рекомендациями государственных стандартов по электробезопасности [5], Межотраслевых правил по охране труда (технике безопасности) при эксплуатации электроустановок и Пра- вил устройства электроустановок (ПУЭ) [12, 16]. Для оптимальной защиты от поражения электрическим током в зависимости от категории электриче- ской опасности помещений эти документы регламентируют раздельное или комплексное применение следующих технических способов и средств:

• размещение неизолированных токоведущих элементов вне зоны их досягаемости, в том случае, когда их изоляция не целесообразна или не- возможна (провода воздушных ЛЭП подвешены над землей для линии до 1000 В на высоте более 6 м, свыше 1000 В – более 7 м; внутри производ- ственных зданий на высоте более 3,5 м);

• применение защитных оболочек и ограждений;

• использование малого напряжения и электрической изоляции то- коведущих элементов;

• контроль и профилактика повреждения изоляции;

• электрическое разделение сетей;

• применение устройств автоматического отключения (УЗО) и бло- кировки опасных зон (пространств);

• применение предупредительной сигнализации, сигнальных цветов, сигнальной разметки, знаков безопасности и плакатов.

Сигнальные цвета применяются:

• для обозначения поверхностей конструкций, приспособлений, уз- лов являющихся источниками опасности для людей;

• защитных устройств, ограждений, блокировок;

• пожарных технических средств.

Сигнальная разметка применяется в местах опасностей и препят- ствий, выполняется на поверхностях строительных конструкций, элемен- тах здания, транспортных средствах, оборудовании.

• использование цветового обозначения токоведущих частей, пред- назначено для легкого распознавания электрических сетей и удобства об- служивания (шина А – желтого цвета, шина В – зеленого, шина С – крас-

ного, нулевая рабочая шина – голубого, нулевая защитная шина – продоль- ные полосы желтого и зеленого цвета);

• защитное заземление и зануление;

• использование во время работы на сетях или электрооборудовании под напряжением СИЗ (инструменты с изолированными рукоятками, ков- рики, токоизмерительные клещи и т. п.);

• применение электрической изоляции.

Электрическая изоляция – это слой диэлектрика, которым покры- вают поверхность токоведущих элементов, или конструкция из непрово- дящего материала, с помощью которой токоведущие элементы отделяют от других частей электроустановки. Применяют следующие виды изоля- ции [1]:

• рабочую изоляцию – электрическая изоляция токоведущих частей электроустановки, обеспечивающая ее нормальную работу и защиту от по- вреждения электрическим током;

• двойную изоляцию – электрическая изоляция, предусмотренная до- полнительно к рабочей изоляции, для защиты от поражения током в случае повреждения рабочей;

• усиленную изоляцию – улучшенная рабочая изоляция, которая обеспечивает такую же степень защиты, как и двойная.

В основе действия технических способов и средств защиты лежит реализация следующих принципов обеспечения безопасности:

– снижения опасности (изоляция; применение малых напряжений);

• ликвидации опасности (защитное отключение);

• блокировки (оградительные устройства);

• информации (сигнализация, знаки безопасности, плакаты);

• слабого звена (защитное заземление).

Средства коллективной защиты от электрического тока. По условиям безопасности в зависимости от напряжения электроустановки разделены на устройства до 1 кВ включительно, выше 1 кВ и с U  42 В.

Защитное разделение сетей применяется в электроустановках

напряжением  1000 В, эксплуатация которых связана с повышенной опас-

ностью (передвижные установки, ручной электрифицированный инстру- мент и т. п.) и представляет собой разделение сетей на отдельные, электри- чески не связанные между собой участки с небольшой емкостью и высоким (десятки кОм) сопротивлением изоляции. Разделение осуществляется по- средством специальных разделительных трансформаторов, которые должны удовлетворять повышенным требованиям надежности в отношении исклю- чения пробоя изоляции между его первичной и вторичной обмоткой [9].

Прикосновение к токоведущим элементам всегда опасно даже в сетях

с хорошей изоляцией и напряжением  1000В, а в сетях с напряжением

 1000В опасно даже приближение к токоведущим элементам. Поэтому ис- ключение приближения на опасное расстояние или соприкосновения чело-

века с неизолированными токоведущими элементами достигается их распо- ложением на недоступной высоте (выше уровня рабочей зоны) или в недо- ступном месте (ниша, внутренние полости конструкций и т. п.)

Если достичь этого не удается, то токоведущие элементы заключают в оболочки (замкнутые пространства, исключающими соприкосновение че- ловека с токоведущими элементами, попадание воды и твердых токопро- водящих предметов внутрь) или закрывают стационарными, передвижными и съемными ограждениями. Оболочки и ограждения обеспечивают норма- тивно установленные расстояния от токоведущих элементов до них и до находящегося вблизи человека с учетом рабочих поз и возможных движе- ний, применяемого инструмента и приспособлений.

Поскольку сплошные, сетчатые, перфорированные, решетчатые или комбинированные ограждения в виде кожухов, козырьков и щитов, барье- ров или экранов обычно закрывают токоведущие элементы не со всех сто- рон, т. е. защищают человека от прикосновения частично, то их используют в сочетании со звуковыми, цветовыми и световыми сигнализаторами, уста- навливаемыми в зоне видимости и слышимости персонала.

В ручном электрифицированном инструменте, переносных светильни- ках в помещениях с повышенной и особой опасностью, местном освещении

на станках и светильниках общего освещения при

h_св  2,5

одним из меропри-

ятий обеспечения безопасности является применение малых номинальных

напряжений (U  42В переменного и U  100 В постоянного тока), источни-

ком которого являются: гальванические элементы и аккумуляторы, выпрями- тели и преобразователи, понижающие трансформаторы (кроме автотранс- форматоров), включаемые в стандартные сети напряжением 220 или 380 В.

Изделиям, рассчитанным на малое напряжение, присваивается III-ий класс защиты от поражения электричеством, и их корпуса не требуют зану- ления или заземления, за исключением электросварочных устройств и уста- новок, работающих во взрывоопасных помещениях и при работах в особо опасных условиях [9].

Однако низкое напряжение не гарантирует полной безопасности и по- этому необходимо принимать другие меры защиты. В частности защита от случайных прикосновений к токоведущим частям и элементам оборудова- ния достигается изоляцией рабочего места (при отсутствии возможности выполнения заземления, зануления и защитного отключения) и изоляцией электроустановок, а также ограждениями (переносные щиты, стенки или экраны), размещаемыми в непосредственной близости от опасного обору- дования или токоведущих шин.

Различают изоляцию рабочего места (при отсутствии возможности выполнения заземления, зануления и защитного отключения) и изоляцию в электроустановках.

На рабочем месте от земли изолируется пол, настил, площадки и т. п., а также все металлические детали, потенциал которых отличается от

потенциала токоведущих элементов и, прикосновение к которым является предусмотренным или невозможным. Изолированное рабочее место обу- страивается таким образом, чтобы работник ни при каких условиях не смог одновременно прикоснуться к обслуживаемому оборудованию и каким- либо заземленным элементам здания или другого оборудования.

В электроустановках применяется рабочая, дополнительная, усилен- ная и двойная изоляция [9]. Приборы и электрические устройства всегда

имеют рабочую изоляцию, сопротивление которой для сетей с U  1кВ не

должно превышать 0,5 МОм, что обеспечивает нормальное функциониро- вание электроустановок и предотвращение коротких замыканий, а также 0- ой класс защиты человека от поражения электричеством. В производствен- ных условиях эти установки в обязательном порядке должны иметь зануле- ние и заземление, а также другие виды защиты.

С целью повышения надежности и электробезопасности оборудова- ния на случай повреждения (пробоя) рабочей изоляции токоведущих эле- ментов предусматривается дополнительная изоляция нетоковедущих в нор- мальном состоянии частей. Сопротивление такой двойной изоляции (рабо- чая + дополнительная) должно быть не менее 5 МОм. Электроустановкам, имеющим двойную изоляцию, присвоен II-ой класс защиты.

Все электроинструменты с движущимся рабочим органом, ручные светильники и большинство электроприборов имеют II-ой класс защиты от поражения электричеством. Их корпусные элементы защищают от пораже- ния электрическим током не только при пробое изоляции, но и при случай- ном прикосновении рабочего органа к токоведущим элементам обрабатыва- емого изделия, что позволяет использовать такое оборудование в помеще- ниях любых категорий опасности без дополнительных средств защиты [8, 9].

На паспортной табличке электроустановок, имеющих двойную изоля- цию и металлический корпус, имеется специальный знак (квадрат внутри квадрата), запрещающий их заземление и зануление.

Если по конструктивным причинам (выключатели, щеткодержатели и т. п.) применение двойной изоляции затруднительно и в некоторых ответ- ственных электрических устройствах используется улучшенная (усиленная) рабочая изоляция, обеспечивающая такую же степень защиты, что и двой- ная изоляция.

Бытовые электроприборы обычно имеют 0 класс защиты, не преду- сматривающий дополнительной изоляции, поэтому их использование до- пускается только в помещениях без повышенной опасности.

Контроль и профилактика поврежденной изоляции – важнейший элемент обеспечения электробезопасности, который [12]:

• при вводе в эксплуатацию новых или прошедших ремонт электро- установок осуществляется в ходе приемо-сдаточных испытаний (контроль сопротивления изоляции);

• на работающем оборудовании проводится электротехническим пер- соналом эксплуатационный контроль сопротивления изоляции посредством мегаомметров в сроки, установленные нормативами.

На случай снижения электрического сопротивления фаз (уровня изо- ляции) относительно земли ниже определенного предела или замыкания на корпус (или человека) используются устройства автоматического отключе- ния (УЗО), которые при выходе контролируемого параметра за допустимые пределы менее чем за 0,2 с автоматически обесточивают неисправную установку или электросеть.

В зависимости от контролируемого параметра электрической сети существуют разнообразные типы УЗО, основными элементами которых яв- ляются:

• прибор защитного отключения – это, как правило, реле напряже- ния или тока, которое при выходе контролируемого параметра сети за до- пустимые пределы замыкает контакты обмотки катушки автоматического выключателя;

• автоматический выключатель – устройство, которое при поступ- лении сигнала от прибора защитного отключения разрывает электриче- скую цепь и обесточивает неисправную установку.

Из существующих типов УЗО наиболее совершенными являются устройства, реагирующие на ток утечки (дифференцированный ток). Функция УЗО заключается в ограничении не величины тока, проходящего через тело человека, а времени его протекания, что обеспечивает защиту человека от поражения электрическим током не только в случае прикосно- вения к металлическим корпусам, оказавшимся под напряжением из-за по- вреждения изоляции, но и при прямом прикосновении к токоведущим эле- ментам. Основные требования, которым должны удовлетворять УЗО:

1. высокая чувствительность, т. е. способность реагировать на не- большие изменения входной величины;

2. малое время отключения (t_откл = 0,05-0,2 с);

3. достаточная надежность;

4. избирательность действия, т. е. способность отключать только по- врежденный объект;

5. способность осуществлять самоконтроль исправности, т. е. реаги- ровать на неисправности в собственной схеме отключением защищаемого объекта.

В целях обеспечения безопасности при проведении работ с электриче- ством необходимо выставлять знаки безопасности

Кроме того, УЗО защищают электроустановки от возгораний, перво- причиной которых являются токи утечки, вызванные ухудшением изоля- ции. Их применение в двухпроводных линиях повышает электробезопас- ность в 167 раз, а в трехпроводных – в 1075 раз [1].

При появлении напряжения на корпусе оборудования используются

следующие виды защиты: защитное заземление, зануление оборудования, защитно-автоматическое отключение оборудования.

Защитное заземление – это преднамеренное соединение с землей металлических нетоковедущих частей электрооборудования, которые в обычном состоянии не находятся под напряжением, но могут под ним ока- заться при случайном соединении их с токоведущими частями (рис. 8.6) [1, 8, 9, 10, 14].

Рис. 8.6. Принципиальные схемы защитного заземления: а – в сети с изолированной нейтралью до 1000 В и выше; б – в сети с заземленной нейтралью выше 1000 В; 1 – за- земленное оборудование; 2 – заземлитель защитного заземления; 3 – заземлитель рабо-

чего заземления; I₀ – ток замыкания на землю;

R_з , R₀ , R_ф

• соответственно сопротив-

ления защитного и рабочего заземлений, изоляции фаз

Принцип действия защитного заземления – снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных «замыканием на корпус», посредством уменьшения потенциала корпуса электроустанов- ки и подъема потенциала основания, на котором стоит человек, до значе- ния близкого к значению к потенциалу заземленной установки.

Снижение напряжения прикосновения обеспечивается:

• уменьшением сопротивления заземляющего устройства;

• путем выравнивания потенциалов основания, на котором стоит че- ловек и заземляемого оборудования;

Снижение шагового напряжения обеспечивается за счет равномерно- го распределения электродов заземлителя на площадке обслуживания.

Область применения – сети напряжением  1000 В с изолированной

нейтралью и сети с напряжением  1000В с изолированной и заземленной

нейтралью, поскольку оно эффективно, если ток замыкания на землю с уменьшением сопротивления заземления не увеличивается.

Электрическое сопротивление защитного заземления в любое время года не должно превышать:

• 4 Ом в установках напряжением до 1 кОм с изолированной нейтра- лью, а при источнике тока, генераторе или трансформаторе мощностью менее 100 кВт допускается не более 10 Ом;

• 0,5 Ом в установках напряжением свыше 1 кВт с изолированной

нейтралью;

• в установках с заземленной нейтралью сопротивление заземления определяется расчетом исходя из требований по допустимому напряжению прикосновения.

Заземление электроустановок необходимо выполнять: а) при напря- жении 500 В и выше переменного и постоянного тока – во всех случаях; б) напряжении 42 В переменного тока и 110 В постоянного тока – в повыше- ниях с повышенной опасностью, особо опасных помещениях и в наружных электроустановках; в) при всех напряжениях переменного и постоянного во взрывоопасных помещениях.

Заземляющее устройство – это совокупность непосредственно со- прикасающихся с землей естественных (предметы, которые находятся в земле и используются для других целей) или искусственных (предназна- ченные исключительно для целей заземления) металлических заземлителей и проводников, соединяющих их с заземляемыми элементами электро- установок.

В качестве естественных заземлителей используют металлические конструкции и арматуру железобетонных конструкций зданий, свинцовые оболочки кабелей, водо- и другие трубопроводы за исключением трубо- проводов покрытых изоляцией, а также горючих жидкостей и взрывоопас- ных и горючих газов.

Роль искусственных заземлителей выполняют:

• вертикальные электроды, изготавливаемые из стальных труб диа- метром 3-5 см или уголков размером от 40х40 до 60х60 мм и длиной 2,5-3,5 м, а также из прутков диаметром 10-12 мм и длиной до 10 м;

• горизонтальные электроды – стальные полосы сечением не менее 4х12 мм или прутки диаметром не менее 10 мм, используемые как самостоя- тельные электроды или для соединения вертикальных электродов.

Заземляющие устройства бывают двух типов: выносные (сосредото- ченные) и контурные (распределенные).

Выносное заземляющее устройство характеризуется тем, что за- землитель вынесен за пределы площадки, размещения заземляемого обо- рудования, или размещается на некоторой ее части. Тем самым, потенциал на котором находится человек, равен или близок к нулю (в зависимости от удаленности человека от заземлителя) и защита человека осуществля- ется лишь за счет малого электрического сопротивления заземлителя, так как большой ток будет протекать по той ветви разветвленной цепи, кото- рая имеет меньшее электрическое сопротивление. Поскольку такой тип за- земления обеспечивает лишь уменьшение опасности или тяжести пораже- ния электрическим током, то его применяют лишь при малых значениях тока замыкания на землю (установки напряжением до 1000 В). Его досто- инство заключается в возможности выбора места (глинистые, сырые грунты в низинах и т. п. – с малым сопротивлением) размещения заземли-

теля.

Контурное заземляющее устройство характеризуется размещением

одиночных заземлителей по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование или их распределением по всех пло- щадке (зоне обслуживания оборудования) равномерно. В данном случае обеспечивается выравнивание потенциала основания и его повышение до значений близких к потенциалу корпуса оборудования, что обеспечивает высокую степень защиты от шагового напряжения и прикосновения к кор- пусу оборудования, оказавшемуся под напряжением.

Зануление оборудования – преднамеренное соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением (рис. 8.7) [1, 9].

Рис. 8.7. Принципиальная схема зануления: 1 –корпус; 2 – аппараты для защиты от токов замыкания (плавкие предохранители, автоматические выключатели и т.п.); 3 – нуле-

вой защитный проводник; 4 – повторное заземление;

R₀ – сопротивление заземления

нейтрали источника тока;

R_n – сопротивление повторного заземления нулевого провод-

ника; I_к – ток короткого замыкания; U_ф – фазное напряжение

Принцип действия зануления заключается в превращении замыкания фазы на корпус в однофазное короткое замыкание между фазным и нуле- вым проводом, вызывающее ток короткого замыкания, который обеспечи- вает срабатывание защиты и автоматическое отключение поврежденной электроустановки от сети питания.

Кроме того, поскольку корпус установки заземлен (поз. 1 рис. 8.7) через нулевой защитный проводник (поз. 3 рис. 8.7) и заземление нейтра- ли, до срабатывания защиты проявляется защитное свойство заземления. При занулении предусматривается повторное заземление (поз. 4 рис. 8.7) нулевого рабочего провода на случай его обрыва на участке между точкой заземления установки и нейтралью сети. В этом случае ток короткого за- мыкания стекает по повторному заземлению в землю, т. е. обеспечивается работа зануления. Хотя в этом случае время срабатывания может возрасти за счет увеличения электрического сопротивления цепи замыкания и уменьшения при этом величины тока короткого замыкания.

Область применения – трехфазные четырехпроводные сети с глухозаземленной нейтралью.

U  1000 В

При выполнении защитного зануления требуется заземление нулево- го провода – источника тока и повторно в сети, т. к. всякое заземление на землю в системе зануления создает напряжение на всем зануленном обо- рудовании. Повторное заземление нулевого провода снижает его напряже- ние относительно земли и тем самым уменьшает опасность поражения то- ком при соприкосновении с частью оборудования, случайно оказавшегося под напряжением. Согласно правил технической эксплуатации электро- установок повторное заземление нулевого провода на воздушных линиях должно выполняться через каждые 250 м, а также на концах линии и ее ответвлений длиной более 200 м, при этом сопротивление каждого по- вторного заземления не должно превышать 10 Ом. Во избежание обрыва нулевой провод следует тщательно и надежно укреплять. В сетях с зазем- ленной нейтралью сечение проводов должно удовлетворять требованиям термической устойчивости при однофазном коротком замыкании.

Блокировка опасных зон (пространств) исключает доступ к токо- ведущим элементам, пока с них не снято напряжение, либо обеспечивает автоматическое снятие напряжения при появлении возможности прикос- новения или опасного приближения к токоведущим элементам. Блокиро- вочные устройства разнообразны по конструктивному устройству и в ос- нове их действия лежат механические, электрические, фотоэлектрические и др. принципы. Часто блокировки применяют совместно со звуковыми или световыми сигнальными устройствами.

Сигнализация и знаки безопасности применяются в дополнение к другим средствам защиты, как средство увеличения информированности и привлечения внимания работника к непосредственной опасности (предупре- ждение о наличии напряжения на электроустановке или недопустимом при- ближении к токоведущим элементам, находящимся под напряжением).

Выполняя запрещающую, предупреждающую, предписывающую или разрешающую функции посредством постоянных или пульсирующих звуко- вых, световых, цветовых, знаковых и комбинированных сигналов они не за- меняют технических средств коллективной и индивидуальной защиты.

Средства индивидуальной электрозащиты (СИЭЗ) предназначены для существенного снижения опасности поражения человека электриче- ским током, электрической дугой и воздействия электромагнитного поля (ЭМП) при случайном прикосновении к токоведущим элементам электро- установок при их монтаже, ремонте и эксплуатации или при случайном появлении на них напряжения в результате ошибочных включений или действий персонала. Они подразделяются на основные и дополнительные средства.

К основным относятся средства, изоляция которых длительное вре- мя выдерживает рабочее напряжение электроустановок и позволяет с их

помощью прикасаться к токоведущим элементам, находящимся под напряжением, а именно (рис. 8.8, а) [18]:

• в установках U  1000 В – диэлектрические перчатки толщиной

0,7 мм, изолирующие штанги (оперативные, для наложения заземления), изолирующие и токоизмерительные клещи, слесарно-монтажный инстру- мент с изолированными рукоятками и указатели напряжения;

• в установках U  1000В – диэлектрические перчатки толщиной

1,2 мм изолирующие штанги, изолирующие и токоизмерительные клещи, указатели напряжения.

Рис. 8.8. Средства индивидуальной электрозащиты: а – основные; б – дополнительные: 1 – клещи для вставки предохранителей; 2 – гаечный ключ; 3 – отвертка; 4, 6, 9 – указа- тель напряжения; 5 – пассатижи; 7 –перчатки резиновые диэлектрические; 8 – токоиз- мерительные клещи; 10, 11, 12 – диэлектрические галоши, боты и сапоги; 13 – туфли антистатические; 14 – резиновый коврик и дорожка; 15 – изолирующая подставка

Дополнительные СИЭЗ – это средства защиты, изоляция которых не может длительно выдерживать рабочее напряжение электроустановок (рис. 8.8, б) и которые применяются от защиты от напряжения прикосновения и шага исключительно с основными средствами. К ним относятся:

• в установках U  1000В – диэлектрические галоши и сапоги, коври- ки и изолирующие подставки и накладки, оградительные устройства, пла- каты и знаки безопасности;

• в установках U  1000В – диэлектрические боты, коврики и изоли-

рующие подставки, переносные заземлители и оградительные устройства, плакаты и знаки безопасности.

Все СИЭЗ должны иметь маркировку с указанием напряжения, на которые они рассчитаны. Их изолирующие свойства после изготовления подлежат приемосдаточной и контрольной проверке, а в процессе эксплуа- тации периодической проверке в установленные нормативами сроки и вне- очередным испытаниям – после ремонта, который может отразиться может отразиться на электрических и механических характеристиках.