15.3.2. Основные причины поражения электрическим током
1. Случайное прикосновение к токоведущим частям, находящимся под напряжением в результате:
- ошибочных действий при проведении работ;
- неисправности защитных средств, которыми пострадавший касался токоведущих частей и др.
2. Появление напряжения на металлических конструктивных частях электрооборудования в результате:
- повреждения изоляции токоведущих частей; замыкания фазы сети на землю;
- падения провода (находящегося под напряжением) на конструктивные части электрооборудования и др.
3. Появление напряжения на отключенных токоведущих частях в результате:
- ошибочного включения отключенной установки; замыкания между отключенными и находящимися под напряжением токоведущими частями;
- разряда молнии в электроустановку и др.
4. Возникновение напряжения шага на участке земли, где находится человек, в результате:
- замыкания фазы на землю;
- выноса потенциала протяженным токопроводящим предметом (трубопроводом, железнодорожными рельсами);
- неисправностей в устройстве защитного заземления и др.
Напряжением шага (шаговым напряжением) называется напряжение между точками земли, обусловленное растеканием тока замыкания на землю при одновременном касании их ногами человека.
Наибольший электрический потенциал будет в месте соприкосновения проводника с землей. По мере удаления от этого места потенциал поверхности грунта уменьшается, так как сечение проводника (почвы) увеличивается пропорционально квадрату радиуса, и на расстоянии, примерно равном 20 м, может быть принято равным нулю.
Поражение при шаговом напряжении усугубляется тем, что из-за судорожных сокращений мышц ног человек может упасть, после чего цепь тока замыкается на теле через жизненно важные органы. Кроме того, рост человека обусловливает большую разность потенциалов, приложенных к его телу. Иллюстрация растекания тока в грунте и возникновения напряжения шага показана на рис. 15.4.
15.4. Технические способы и средства защиты
Для обеспечения электробезопасности применяют отдельно или в сочетании один с другим следующие технические способы и средства: защитное заземление, зануление, защитное отключение, выравнивание потенциалов, малое напряжение, изоляция токоведущих частей; электрическое разделение сетей; оградительные устройства; блокировка, предупредительная сигнализация, знаки безопасности; предупредительные плакаты; электрозащитные средства.
Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением при замыкании на корпус и по другим причинам.
Задача защитного заземления — устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу и другим токоведущим металлическим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением. Защитное заземление применяют в трехфазных сетях с изолированной нейтралью.
Принцип действия защитного заземления — снижение напряжения между корпусом, оказавшимся под напряжением, и землей до безопасного значения.
Если корпус электрооборудования не заземлен, и он оказался в контакте с фазой, то прикосновение к такому корпусу равносильно прикосновению к фазе (см. рис. 15.3). В этом случае ток, проходящий через человека (при малом сопротивлении обуви, пола и изоляции проводов относительно земли), может достигать опасных значений.
Если же корпус заземлен (рис. 15,5), то ток, проходящий через человека при /?об=^л = 0, можно определить из уравнения
,
(R - сопротивление заземления. В соответствии с ПУЭ оно не должно превышать 4 Ом). R = 4500 Ом; Rh =1000 Ом.
При весьма малом значении R3 по сравнению с Rh и R, что обычно в практике, это выражение упростится Ih = (3Uф /Rh Rиз) Rз
Тогда ток, проходящий через человека, будет
Ih = (3 380) / (1000 4500) 4 = 0,001 А= 1,0 мА.
Эта величина безопасна для человека. В этом назначение заземления и поэтому оно называется защитным.
Напряжение прикосновения также будет незначительным: Uпр=1,0 В.
В качестве заземляющих проводников допускается использовать различные металлические конструкции: фермы, шахты лифтов, подъемников, стальные трубы электропроводок, открыто проложенные стационарные трубопроводы различного назначения (кроме трубопроводов горючих и взрывоопасных газов, канализации и центрального отопления).
Занулением называется преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам.
Задача зануления - устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу и другим нетоковедущим металлическим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус. Решается эта задача быстрым отключением поврежденной электроустановки от сети (рис. 15.6).
Принцип действия зануления — превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание (т. е. замыкание между фазным и нулевым проводами) с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты и тем самым автоматически отключить поврежденную установку от питающей сети. Такой защитой могут быть плавкие предохранители, магнитные пускатели со встроенной тепловой защитой, контакторы в сочетании с тепловыми реле, автоматы, осуществляющие защиту одновременно от токов короткого замыкания и от перегрузки.
Зануление применяют в трехфазных четырехпроводных сетях с глухозаземленной нейтралью.
Занулению подлежат те же металлические конструктивные нетоковедущие части электрооборудования, которые должны быть заземлены: корпуса машин, аппаратов и др. В сети с занулением корпус приемника нельзя заземлять, не присоединив его к нулевому защитному проводу.
Одновременное зануление и заземление одного и того же корпуса, а точнее - заземление зануленного корпуса не только не опасно, а напротив, улучшает условия безопасности, так как создает дополнительное заземление нулевого защитного провода.
Вместе с тем зануление (как и заземление) не защищает человека от поражения электрическим током при прямом прикосновении к токоведущим частям. Поэтому возникает необходимость (в помещениях особо опасных в отношении поражения электрическим током) в использовании помимо зануления и других защитных мер, в частности, защитного отключения и выравнивания потенциала.
Защитное отключение — быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения током.
При применении этого вида защиты безопасность обеспечивается быстродействующим (0,1—0,2 с) отключением аварийного участка или всей сети при однофазном замыкании на землю или на элементы электрооборудования, нормально изолированные от земли, а также при прикосновении человека к частям, находящимся под напряжением.
Защитное отключение может служить дополнением к системам заземления и зануления, а также в качестве единственной и основной мере защиты.
Функции защитного отключения могут выполнять также устройства контроля изоляции, если они обеспечивают отключение как при снижении сопротивления изоляции, так и при касании человека частей, находящихся под напряжением.
Защитное отключение весьма перспективная мера защиты на предприятиях химической промышленности, особенно в помещениях особо опасных в отношении поражения электрическим током, а также во взрывоопасных зонах.
Выравнивание потенциала — это метод снижения напряжения прикосновения и шага между точками электрической цепи, к которым возможно одновременное прикосновение или на которых может одновременно стоять человек.
Для выравнивания потенциала в землю укладывают стальные полосы в виде сетки по всей площади, занятой оборудованием.
В производственном помещении корпуса электрооборудования и производственного оборудования в той или иной степени связаны между собой. При замыкании на корпус в каком-либо из электроприемников все металлические части получают близкое по величине напряжение относительно земли. В результате напряжение между корпусом электроприемника и полом существенно уменьшается, происходит выравнивание потенциала по всей площади помещения. При выравнивании потенциала человек, находящийся в этой цепи замыкания, оказывается под сравнительно малым напряжением.
В соответствии со СНиП для выравнивания потенциала во всех помещениях и наружных установках, где применяется заземление или зануление, строительные металлические конструкции, трубопроводы всех назначений, корпуса технологического оборудования должны быть присоединены к сети заземления или зануления.
Фактор выравнивания потенциала имеет большое значение для обеспечения безопасности и является эффективной защитной мерой, но как самостоятельную меру защиты не применяют.
Малое напряжение — это номинальное напряжение не более 42 В, применяемое в цепях для уменьшения опасности поражения электрическим током.
Применение малых напряжений способствует резкому снижению опасности поражения, особенно при работах в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и на наружных установках. Однако электроустановки и с таким напряжением представляют опасность при двухфазном прикосновении.
Малые напряжения используют для питания электроинструмента, светильников стационарного освещения, переносных ламп в помещениях с повышенной опасностью или особо опасных и других случаях.
Источниками малого напряжения могут быть специальные понижающие трансформаторы с вторичным напряжением 12 - 42 В.
Использование малых напряжений - эффективная мера защиты, однако область ее применения невелика, что обусловлено трудностями создания протяженных сетей и мощных электроприемников малого напряжения.
Изоляция токоведущих частей. Исправность изоляции — основное условие, обеспечивающее безопасность эксплуатации и надежность электроснабжения электроустановок.
Для изоляции токоведущих частей электроустановок применяют несколько видов изоляции: рабочую, дополнительную, двойную и усиленную.
Рабочая изоляция — это электрическая изоляция токоведущих частей электроустановки, обеспечивающая ее нормальную работу и защиту от поражения электрическим током. Рабочей изоляцией являются эмаль и оплетка обмоточных проводов, пропиточные лаки и компаунды, изоляция поля кабеля и проводов и др.
Дополнительная изоляция •— предусматривается дополнительно к рабочей в случае ее повреждения. Дополнительной изоляцией могут быть пластмассовый корпус машины, изолирующая втулка и др.
Двойная изоляция — электрическая изоляция, состоящая из рабочей и дополнительной.
Двойная изоляция считается вполне достаточной для обеспечения электробезопасности. Поэтому электроинструментом и другими устройствами с двойной изоляцией разрешается пользоваться без применения других защитных средств.
Усиленная изоляция — улучшенная рабочая изоляция, обеспечивающая такую же степень защиты от поражения электрическим током, как и двойная изоляция.
Свойства пластмассы (невысокая механическая прочность, ненадежность соединений с металлом и др.) ограничивают область применения двойной изоляции: ее используют в электрооборудовании небольшой мощности (электрифицированный ручной инструмент, переносные приборы).
По способу защиты человека от поражения электрическим током все электротехнические изделия в соответствии с ГОСТ 12.2.007.0—75* делятся на пять классов защиты: 0; 01; I; II: III.
Класс 0 — изделия имеют по крайней мере рабочую изоляцию и не имеют элементов для заземления (если эти изделия не отнесены к классу II или III).
Класс 01 — изделия имеют по крайней мере рабочую изоляцию, элемент для заземления и провод без заземляющей жилы для присоединения к источнику питания.
Класс I — изделия имеют по крайней мере рабочую изоляцию и элемент для заземления. Если эти изделия имеют провод для присоединения к источнику питания, он должен иметь заземляющую жилу и вилку с заземляющим контактом.
Класс II — изделия имеют двойную или усиленную изоляцию и не имеют элементов для заземления.
Класс III — изделия не имеют ни внутренних, ни внешних электрических цепей с напряжением свыше 42 В.
Регулярное наблюдение за состоянием изоляции электрических сетей - одна из основных мер, предотвращающих поражение человека электрическим током. Контроль сопротивления изоляции может быть периодическим и непрерывным. Сопротивление изоляции силовых и осветительных электропроводов должно быть не ниже 0,5 МОм.
Электрическое разделение сетей - разделение сети на отдельные электрически не связанные между собой участки с помощью разделяющего трансформатора.
Разделяющие трансформаторы изолируют электроприемники от первичной сети и сети заземления. От разделяющего трансформатора может питаться только один электроприемник с защитной плавкой вставкой (сила тока вставки автомата на первичной стороне не должна превышать 15 А). Вторичное напряжение разделяющих трансформаторов должны быть не выше 380 В. Вторичная обмотка трансформатора и корпус электроприемника не должны иметь ни заземления, ни связи с сетью зануления. Тогда при прикосновении к частям, находящимся под напряжением, или к корпусу с поврежденной изоляцией не создается опасность, поскольку вторичная цепь коротка и сила токов утечки в ней и емкостных токов ничтожно мала.
Применение разделяющих трансформаторов лучше, чем понижающих с заземлением вторичных обмоток.
Защитное разделение сетей обычно используют в электроустановках, эксплуатация которых связана с особой и повышенной опасностью.
Оградительные устройства применяют для того, чтобы исключить даже случайные прикосновения к токоведущим частям электроустановок. Ограждение токоведущих частей должно предусматриваться конструкцией электрооборудования.
Оголенные провода и шины, а также приборы, аппараты, распределительные щиты, имеющие незащищенные и доступные для прикосновения токоведущие части, помещают в специальные ящики, шкафы, камеры и другие устройства, закрывающиеся сплошными или сетчатыми ограждениями.
Сплошные ограждения обязательны для электроустановок, размещаемых в производственных (неэлектрических) помещениях.
Сетчатые ограждения применяют в электроустановках, доступных лишь квалифицированному электротехническому персоналу.
В тех случаях, когда изоляция и ограждение токоведущих частей оказываются невозможными или нецелесообразными (например, воздушные линии высокого напряжения), их размещают на недоступной для прикосновения высоте.
Внутри производственных помещений неогражденные голые токоведущие части (троллейные провода, контактные сети и т. п.) прокладывают на высоте не менее 3,5 м от пола.
Предупредительная сигнализация, блокировка, знаки безопасности. Блокировочные устройства надежно исключают возможность случайного прикосновения к находящимся под напряжением частям, расположенным в специальных закрытых помещениях.
Применение блокировки обеспечивает автоматическое снятие напряжения со всех элементов установки, приближение к которым угрожает жизни человека. Блокировки применяют в электрических аппаратах, при обслуживании которых должны соблюдаться повышенные меры безопасности, в электрооборудовании, расположенном в доступных для неэлектротехнического персонала помещениях.
Предупредительную сигнализацию широко используют в сочетании с другими мерами защиты. Сигнализацию выполняют световой или звуковой. Для световых сигналов применяют следующие цвета:
красный — для запрещающих и аварийных сигналов, а также для предупреждения о перегрузках, неправильных действий, опасности и т. п.;
желтый — для привлечения внимания (о достижении предельных значений, о переходе на автоматическую работу и т. п.);
зеленый — для сигнализации безопасности (нормальный режим работы, разрешение на начало действия и т. п.);
белый — для обозначения включенного состояния выключателя (когда нерационально применение красного, желтого и зеленого цветов);
синий — в специальных случаях, когда не могут быть применены остальные цвета.
Сигнальные лампы и другие светосигнальные аппараты должны иметь знаки или надписи, указывающие значение сигналов (например, «Включено», «Отключено», «Нагрев»).
Для профилактики электротравматизма применяют знаки безопасности, а также предупредительные плакаты. Плакаты и надписи - одно из действенных средств не только предупреждения случайных прикосновений к токоведущим частям, находящимся под напряжением, но и предотвращения ошибочных действий персонала.
Их основное назначение: предупреждение опасности при приближении к частям, находящимся под напряжением; запрещение оперировать аппаратами, которые могут подать напряжение на место, отведенное для работы; указание места, подготовленного к работе; напоминание о принятых мерах безопасности.
В соответствии с «Правилами применения и испытания средств защиты, используемых в электроустановках», знаки и плакаты делятся на четыре группы: предупреждающие знаки и плакаты, а также плакаты запрещающие, предписывающие и указательные.
Электрозащитные средства - переносимые и перевозимые изделия, служащие для защиты людей, обслуживающих электроустановки, от поражения электрическим током, воздействия электрической дуги и электромагнитного поля.
По назначению защитные средства условно делят на изолирующие, ограждающие и вспомогательные.
Изолирующие защитные средства служат для изоляции человека от токоведущих частей и от земли и делятся на основные и дополнительные.
Основные изолирующие защитные средства, способны надежно выдерживать рабочее напряжение электроустановки и допускают касание токоведущих частей, находящихся под напряжением. В электроустановках напряжением до 1000В к основным изолирующим защитным средствам относятся оперативные штанги и токоизмерительные клещи, диэлектрические перчатки, инструмент с изолирующими ручками и указатели напряжения.
Дополнительные изолирующие защитные средства, не рассчитаны на напряжение электроустановки и самостоятельно не обеспечивают безопасность персонала. Поэтому эти средства применяют вместе с основными в виде дополнительной меры защиты. К ним относятся диэлектрические галоши, коврики, а также изолирующие подставки.
Ограждающие защитные средства - различные переносные ограждения, служащие для временного ограждения токоведущих частей и таким образом предотвращающие возможность прикосновения к ним.
Вспомогательные защитные средства - это инструменты, приспособления и устройства, предназначенные: для защиты электротехнического персонала от падения с высоты (предохранительные пояса, страхующие канаты); для безопасного подъема на опоры (монтерские когти, лазы для подъема на бетонные опоры); для защиты от световых, тепловых или химических воздействий (защитные очки, респираторы, противогазы, брезентовые рукавицы); для защиты от шума (противошумные наушники, шлемы).
Все приборы, аппараты и приспособления, применяемые в качестве защитных средств, должны быть только заводского изготовления, выполненные и испытанные в соответствии с действующими нормативно-техническими документами.