Электрооборудование нефтяной и газовой промышленности

Глава 14

Эксплуатация электрооборудования и техника безопасности

при эксплуатации электроустановок

§ 86. Основные правила эксплуатации и безопасного обслуживания электроустановок

В процессе эксплуатации все электрическое оборудование и электрические сети предприятий находятся под постоянным на­

выполняют рабочие, не имеющие квалификации электриков (замена осветительных ламп на действующих буровых, включе­ ние и выключение двигателей и пр.). Естественно, что при этом возможна некоторая вероятность прикосновения человека к то­ коведущим частям.

^Электрический ток, проходя через тело человека, может вы­ звать тяжелые травмы, а иногда и смерть. Степень поражения электрическим током определяется его силой, характером пути прохождения тока через тело человека, длительностью его про­ хождения, его частотой и индивидуальными свойствами чело­ века. Наиболее опасен ток промышленной частоты. Токи высо­ кой частоты не вызывают электрического шока, но при длитель­ ном прохождении могут привести к чрезмерному нагреванию или ожогу отдельных частей тела. При силе тока промышленной частоты 0,05 А, проходящего через человека, возможен смер­ тельный исход, а при силе тока 0,1 А и более неизбежен смер­ тельный исход. Наиболее опасные поражения возникают при прохождении тока через сердце и мозг.

Сила тока, проходящего через тело человека при попадании его под напряжение, зависит от величины приложенного напря­ жения и сопротивления тела человека (состояние поверхности кожи в месте соприкосновения, общее состояние организма че­ ловека и т. д.). Сопротивление тела человека изменяется от нескольких сотен до десятков тысяч ом. Сопротивление тела человека резко снижается при потной, засоренной прово­ дящей пылью, смоченной эмульсией или другими растворами коже, о

Сдругой стороны, как показывают исследования, подтверж­ денные опытом эксплуатации электротехнических установок, трудно говорить о каком-то безопасном значении напряжения.

461

Условия безопасности при работе в электротехнических уста­ новках зависят от степени влажности помещения, температуры этих помещений, наличия проводящей среды (массы металла, раствора кислот и солей) и т. ^ду Поэтому, например, при ра­ боте в резервуарах, где имеются большие поверхности хорошо проводящего металла, допустимое по условиям безопасности напряжение переносных ламп принято равным 12 В. В иных случаях, оговариваемых обычно правилами эксплуатации, до­ пускается напряжение 36 В и т. д.

При проектировании и сооружении электротехнических установок всегда учитывают условия окружающей среды и пре­ дусматривают мероприятия, предотвращающие возможность по­ ражения электрическим током при эксплуатации электроустано­ вок.

Окружающая среда производственных и бытовых помеще­ ний, в которых находятся электрические провода и оборудова­ ние, может разрушительно действовать на изоляцию и тем са­ мым увеличивать опасность поражения человека электрическим током. По состоянию окружающей среды с точки зрения опас­ ности поражения людей электрическим током производствен­ ные и бытовые помещения делятся на три категории: без повы­ шенной опасности, с повышенной опасностью и особо опасные.

Кпомещениям без повышенной опасности относятся: сухие,

вкоторых относительная влажность не превышает 60%; влаж­ ные, в которых относительная влажность временно может до­ стигать 75%; с токонепроводящими полами, токонепроводящей

пылью, нежаркие с температурой воздуха не выше 30° С; в ко­ торых невозможно одновременное прикосновение к металличе­ ским конструкциям зданий, машин, аппаратов, и т. д., имеющим хорошее соединение с землей, с одной стороны, и с корпусами электрооборудования — с другой.

К категории помещений с повышенной опасностью относятся сырые помещения с относительной влажностью, длительно пре­ вышающей 75%; с токопроводящими полами, токопроводящей пылью, с температурой воздуха, длительно превышающей 30° С; с возможностью одновременного прикосновения к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий, технологи­ ческих аппаратов и механизмов, с одной стороны, и к металли­

производства постоянно или длительно содержатся пары или образуются отложения, действующие разрушительно на изоля­ цию токоведущих частей электрооборудования; помещения, в которых одновременно имеются два или больше условий, ха­ рактеризующих категории помещений повышенной опасности.

462

К токопроводящим полам относятся деревянные торцовые сырые и грязные полы; металлические плиты, бетонные и желе­ зобетонные сырые. К непроводящим относятся деревянные тор­ цовые сухие чистые полы и т. д. Следует отметить, что боль­ шинство производственных помещений на предприятиях нефтя­ ной и газовой промышленности относятся к категориям помещений с повышенной опасностью и особо опасным.

Требования, предъявляемые правилами техники безопасно­ сти к электротехническим установкам, удовлетворяются прове­ дением ряда мероприятий техники безопасности, а именно: при­ менением соответствующих предупредительных плакатов и за­ щитных ограждений, препятстующих доступу к неизолирован­ ным частям электроустановок, находящихся под напряжением: сооружением защитного заземления или отключения, предот­ вращающих опасность прикосновения людей к металлическим частям оборудования, нормально не находящимся под напря­ жением, защитных средств (изолирующих подставок, бот, рука­ виц, штанг и пр.), надлежащим организационным оформлением производимых работ.

Применение тех или иных мероприятий техники безопасно­ сти зависит от номинального напряжения электротехнической установки. Различают установки с номинальным напряжением до 1000 В включительно и установки выше 1000 В. Обслужива­ ние действующих электроустановок, профилактические испыта­ ния, ремонтные работы, монтаж и демонтаж установленного электрооборудования производит только персонал, прошедший специальный инструктаж и проверку знаний по технике без­ опасности. Этим лицам устанавливается квалификационная группа, определяющая круг работ, к которым они могут быть допущены, о чем им выдается соответствующее удостоверение. Лица, не имеющие такого удостоверения, к самостоятельному проведению каких-либо работ в эксплуатирующихся электро­ установках не допускаются.

При работе с устройствами и оборудованием напряжением выше 1000 В необходимо соблюдать условия:

на работу должно быть дано соответствующее разрешение уполномоченного лица (наряд, устное или телефонное распоряг жение);

работу должны производить не менее чем два лица; перед началом работы должны быть выполнены технические

и организационные мероприятия, обеспечивающие безопасность работающего персонала (определены место и время начала и окончания работы, состав бригады и лица, ответственные за безопасность работ, произведены необходимые отключения, по­ ставлены ограждения и заземляющие устройства, приняты меры к недопущению «ошибочной» подачи напряжения, вывешены защитные плакаты: «Не включать — работают люди», «Стой, высокое напряжение», «Работать здесь» и т. д.).

463

Ремонтные работы в распределительных устройствах, стан­ циях управления и на панелях распределительных щитов на­ пряжением до 1000 В производятся по наряду не менее чем двумя лицами. При невозможности снятия напряжения в уста­ новках напряжением 380 В и ниже допускаются работы без отключения напряжения. При этом необходимо:

работать в диэлектрических галошах или стоять на изоли­ рующем основании;

пользоваться инструментом с изолированными рукоятками — при отсутствии такого инструмента необходимо применять ди­ электрические перчатки;

оградить находящиеся под напряжением соседние токоведу­ щие части и заземление конструкции резиновыми ковриками, электрокартоном, миканитовыми листами и пр.;

работать с опущенными и застегнутыми у кистей рук рука­ вами одежды и в головном уборе; не применять ножовки, на­ пильники, металлические метры.

Для предохранения от поражения электрическим током или от действия электрической дуги персонал снабжают защитными средствами.

К этим средствам относятся:

переносные указатели напряжения и токоизмерительные клещи;

переносные временные защитные заземления, переносные ограждения и плакаты: предостерегающие, запрещающие, раз­ решающие и напоминающие;

защитные очки, брезентовые рукавицы и противогазы; диэлектрические перчатки, рукавицы, боты и галоши, изоли­

рующие подставки, резиновые коврики, дорожки, штанги, клещи, инструмент с изолирующими ручками.

Профилактические испытания, ремонт, монтаж и демонтаж электрооборудования, наладочные и другие работы в действую­ щих взрывоопасных установках как внутри помещений, так и в наружных можно производить только после снятия напряже­ ния. При этом должны быть проведены мероприятия по подго­ товке рабочего места (опорожнение и продувка аппаратов и коммуникаций, установка заглушек, устройство временных ог­ раждений) .

Перед началом работы взрывоопасное помещение следует тщательно проветрить, а помещение, опасное по пыли, увлаж­ нить; в течение всей работы должна действовать вентиляция. В местах, находящихся ниже уровня земли, где возможно скоп­ ление тяжелых взрывоопасных газов, следует установить уси­ ленный надзор за работой вентиляционной системы, а также предусмотреть постоянное дежурство представителей газоспа­ сательной станции и установку индикаторов, автоматически сиг­ нализирующих о появлении недопустимой концентрации взры­ воопасных газов.

464

При работе во взрывоопасных помещениях и наружных взрывоопасных установках нельзя пользоваться открытым ог­ нем, электросваркой и паяльными лампами. Для заливки кабельных муфт и разделительных уплотнений кабельную массу нужно доставлять на место работы в разогретом состоя­ нии. Вместо сварки металлоконструкций следует применять болтовые крепления, а провода соединять опрессовкой. Удар­ ные инструменты (молотки, кувалды) во избежание искрений должны иметь медные накладки, а острия дыропробивных ин­ струментов нужно смазывать солидолом.

При работе в пожароопасных помещениях и установках не­ обходимо максимально ограничить операции, связанные с при­ менением открытого огня (подогрев кабельной массы, электро­ сварку, пайку с помощью паяльной лампы и пр.).

В остальном следует строго руководствоваться «Правилами технической эксплуатации и безопасности электротехнических установок промышленных предприятий», «Правилами безопас­ ности в нефтегазодобывающей промышленности» и местными инструкциями по технике безопасности.

§ 87. Защитное заземление и защитное отключение

Для обеспечения безопасности обслуживания и по условиям работы электрооборудования в электроустановках создаются заземляющие устройства, состоящие из заземлителей (надежно соединенных с землей проводников) и проводников, соединяю­ щих заземлители с корпусами электрооборудования. При воз­ никновении однофазных замыканий на корпус заземляющие устройства снижают напряжение на корпусах заземленного электрооборудования до величины, безопасной для работы об­ служивающего персонала.

Заземлению подлежат корпуса электрических машин, транс­ форматоров, аппаратов и светильников; приводы электрических аппаратов, вторичные обмотки измерительных трансформато­ ров; каркасы распределительных щитов, щитов управления, щитков и шкафов; металлические конструкции распределитель­ ных устройств, металлические кабельные конструкции, метал­ лические корпуса кабельных муфт, металлические оболочки и брони контрольных и силовых кабелей, металлические оболочки приводов, стальные трубы электропроводки и другие металли­ ческие конструкции, связанные с установкой электрооборудова­ ния; металлические корпуса передвижных и переносных элект­ роприемников.

Для пояснения роли защитного заземления рассмотрим схемы (рис. 14.1). На них буквой С обозначена емкость фаз кабельной или воздушной сети относительно земли. При значи­

465

тельной протяженности сети сила емкостного тока достигает относительно большой величины, значительно превосходящей силу активного тока утечки. Если человек прикоснулся к кор­ пусу двигателя в момент, когда произошло замыкание на кор­ пус одной из фаз статорной обмотки при отсутствии заземле­ ния, он попадает под линейное напряжение (рис. 14,1, а). Тело человека будет включено параллельно емкости С поврежден­ ной фазы. Ток через емкостное сопротивление двух неповреж­

денных фаз проходит по телу человека. Для устранения та­ кой опасности корпус двига­ теля следует надежно зазем­ лить (рис. 14.1, б). В этом слу­ чае при пробое изоляции од­ ной из фаз на корпус дви­ гателя последний оказывается по отношению к земле под напряжением:

Напряжение U4, под кото­ рым окажется тело человека, и ток /ч, протекающий через него (рис. 14.1, в), определяют формулами

При надлежащем расчете сопротивления заземляющего устройства напряжение U4 будет небольшим, а сила тока /ч — безопасной для жизни человека.

Чтобы уяснить работу заземляющих устройств, необходимо познакомиться с явлениями, обусловленными растеканием тока с заземлителей. При пробое изоляции токоведущих частей на корпусе заземленного электрооборудования заземляющее уст­ ройство получит потенциал фтах= /зГ3. По мере удаления от заземляющего устройства потенциал поверхности земли по от­ ношению к точке с нулевым потенциалом снижается. Зависи­

466

мость потенциала ф от расстояния до поврежденного аппарата определяется типом заземлителя и свойствами грунта, в кото­ ром расположен заземлитель. Наиболее крутая кривая спада потенциала (рис. 14.2) будет на сухих песчаных и каменистых почвах. При расстояниях 15—20 м от заземлителя потенциал ф практически равен нулю.

Если к поврежденному аппарату подходит человек (см. рис. 14.2), то его ноги находятся под разными потенциалами, вследствие чего через тело человека проходит электрический ток. Человек в этом случае находится под действием напряже-

Рис. 14.2. График изменения потенциала в зависимости от расстояния до за­ землителя

ния шага, которое увеличивается по мере приближения к за­ земленному аппарату.

Напряжение шага

0,8 м друг от друга.

Если в рассматриваемом случае человек, находясь на рас­ стоянии 0,8 м от поврежденного аппарата, прикоснется к его

467

корпусу, то он попадет под разность потенциалов, называемую напряжением прикосновения:

тем безопаснее обслуживание установки. Величины этих напря­ жений определяются силой тока замыкания на землю и сопро­ тивлением заземляющих устройств растеканию тока.

По «Правилам устройства электроустановок» установки на­ пряжением выше 1000 В разделяются на два вида:

1) установки с большой силой тока замыкания на землю, в которых сила однофазного тока замыкания на землю превос­ ходит 500 А;

2) установки с малой силой тока замыкания на землю, в ко­ торых сила однофазного тока замыкания на землю равна или меньше 500 А.

В электроустановках напряжением выше 1000 В с большой силой тока замыкания на землю (отключаемыми различного рода защитами в очень короткий промежуток времени) сопро­ тивление заземляющих устройств в любое время года должно быть не более 0,5 Ом.

В электроустановках напряжением выше 1000 В с малой си­ лой тока замыкания на землю сопротивление заземляющего устройства при протекании расчетного тока замыкания на землю / з в любое время года должно быть не более

где U — напряжение заземляющего устройства относительно земли, принимаемое равным: 250 В — если заземляющее уст­ ройство используется только для установок напряжением выше 1000 В; 125 В — если заземляющее устройство используется од­ новременно и для установок напряжением до 1000 В. Сопротив­ ление заземляющего устройства для этих электроустановок должно быть не более 10 Ом.

В электроустановках напряжением до 1000 В с глухим за­ землением нейтрали сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединяют нейтрали генераторов и трансформа­ торов, должно быть не более 4 Ом. Если же мощность генера­ торов и трансформаторов не превышает 100 кВ-А, то заземляю­ щие устройства могут иметь сопротивление не более 10 Ом. Все части, подлежащие заземлению, должны иметь надежную металлическую связь с нейтралью источника питания, выпол­ няемую нулевым проводом или посредством заземляющих про­ водников.

Сопротивление заземляющего устройства, используемого для

468

заземления электрооборудования в электроустановках напря­ жением до 1000 В с изолированной нейтралью, должно быть не более 4 Ом, а при мощности генераторов и трансформаторов, не превышающей 100 кВ*А, — не более 10 Ом. Чтобы предот­ вратить попадание высокого напряжения в сеть низкого напря­ жения при пробое изоляции обмоток трансформаторов, в этих установках обмотку трансформатора заземляют через пробив­ ной предохранитель. В случае попадания высокого напряжения в сеть низкого напряжения происходит электрический пробой пробивного предохранителя и обмотка низшего напряжения трансформатора оказывается заземленной.

Таким образом, любое од­ нофазное замыкание приводит к появлению напряжения отно­ сительно земли на корпусах электрооборудования незави­ симо от состояния нейтрали питающей системы. На этом строится универсальная защи­ та, вызывающая отключение поврежденного электрообору­ дования при появлении неко­ торой заданной разности по­ тенциалов между корпусом и землей (рис. 14.3). Катушка реле Р включена между кор­

пусом двигателя Д и зазем­

Рис. 14.3. Схема защитного отклю­

ляющим устройством. ПРи по­ чения явлении на корпусе двигателя опасного потенциала реле Р

притягивает свой якорь, что вызывает размыкание контакта Р в цепи катушки контактора К, отключающего двигатель от сети. Такой вид защиты называется защитным отключением.

Защитное отключение рекомендуется применять:

в дополнение к системе заземления в сетях с изолированной нейтралью, когда необходимо обеспечить отключение повреж­ денного оборудования.

при защите передвижных установок, когда допускается от­ ключение всего электрооборудования установки;

для отдаленных токоприемников в сетях с глухозаземленной нейтралью, когда трудно обеспечить хорошую работу зазем­ ления путем присоединения корпусов электрооборудования к многократно заземленному нулевому проводу.

Примером применения подобной защиты является защитное отключение на самоходных машинах с электроприводом для сооружения трубопроводов.

Сопротивление заземляющего устройства определяется удельным сопротивлением грунта р и геометрическими разме­

469

рами заземлителя. Формулы для определения сопротивления заземлителей различной формы по их геометрическим разме­ рам приведены в табл. 14.1.

Заземляющее устройство, состоящее из одиночного заземли­ теля, обычно обладает значительным сопротивлением и небла­ гоприятным характером распределения напряженности элект­ рического поля в зоне растекания тока замыкания, поэтому обычно заземляющее устройство состоит из нескольких зазем­ лителей. При этом суммарное сопротивление заземляющего уст­ ройства снижается. Однако в результате взаимного экранирова­ ния полей заземлителей результирующее сопротивление не будет точно обратно пропорционально числу заземлителей. Поэтому во всех случаях, когда расстояние между заземлителями соизмеримо с их длиной, общее сопротивление заземля­ ющего устройства определяют с учетом коэффициента исполь­ зования:

где г0— сопротивление одиночного заземлителя; п — число за­ землителей; г |— коэффициент использования заземлителей, оп­ ределяемый по графикам или таблицам в зависимости от кон­ струкции заземляющего устройства.

При расчете заземляющих устройств необходимо знать удельное сопротивление грунта в том месте, где будет прохо-

Таблица 14.1

Сопротивления растеканию заземлителей

470