книги / Методы и средства защиты человека от опасных и вредных производственных факторов

татка кислорода и избытка углекислоты в организме. Прекращение дыхания возможно и в результате кратковременного (несколько секунд) воздействия большого тока (несколько сотен миллиампер и более), который может вызвать паралич дыхания.

Электрический шок – своеобразная тяжелая нервно-рефлекторная реакция организма в ответ на сильное раздражение электрическим током, сопровождающаяся опасными расстройствами кровообращения, дыхания, обмена веществ и т. п. Шоковое состояние длится от нескольких десятков минут до суток. После этого может наступить или гибель организма в результате полного угасания жизненно важных функций, или полное выздоровление как результат своевременного активного лечения.

7.4. ЗАЩИТА ОТ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ

Все существующие электрозащитные меры по принципу их выполнения можно разделить на три основные группы:

1)обеспечение недоступности для человека токоведущих частей электрооборудования: основная, усиленная и двойная изоляция токоведущих частей; ограждения и оболочки; барьеры; размещение вне зоны досягаемости;

2)снижение возможного значения тока через тело человека до безопасного значения: защитное заземление; сверхнизкие (малые) напряжения; выравнивание потенциалов; уравнивание потенциалов; изолирующие (непроводящие) помещения, зоны, площадки; защитное электрическое разделение цепей;

3)ограничение времени воздействия электрического тока на организм человека: автоматическое отключение питания (защитное зануление, защитное отключение).

7.4.1. ИЗОЛЯЦИЯ ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ

Электрическая изоляция – слой диэлектрика или конструкция, выполненная из диэлектрика, которым покрывается поверхность токоведущих элементов или которым токоведущие элементы отделяются от других частей.

Надежность работы электрического оборудования зависит прежде всего от состояния изоляции токоведущих частей. Повреждение ее является основной причиной многих несчастных случаев. Обеспечение надежности изоляции достигается: правильным выбором ее материала и геометрии (толщина, форма), обусловленной в первую очередь значением рабочего напряжения и конструкцией оборудования; правильной оценкой условий эксплуатации; надежной профилактикой в процессе работы.

Различают следующие виды изоляции: основную, дополнительную, двойную, усиленную.

Основная изоляция – изоляция токоведущих частей, обеспечивающая протекание тока по требуемому пути (т.е. нормальную работу электроустановки), в том числе и защиту от прямого прикосновения.

Основная изоляция токоведущих частей должна покрывать токоведущие части и выдерживать все возможные воздействия, которым она может подвергаться

101

в процессе ее эксплуатации: одновременное воздействие силовых электрических полей, нагрев, механические воздействия, действие окружающей среды и т.п. Под действием этих факторов электрические свойства диэлектриков изменяются, в связи с чем изменяются и технические характеристики изоляционных конструкций. Необратимое ухудшение свойств диэлектриков во времени получило название старения, а сам процесс ухудшения этих свойств в результате старения – износа.

Важнейшими задачами эксплуатационного персонала является определение интенсивности старения изоляционных конструкций и своевременное принятие мер по поддержанию свойств изоляционных материалов на установленном уровне.

Вслучаях, когда основная изоляция обеспечивается воздушным промежутком, защита от прямого прикосновения к токоведущим частям или приближения к ним на опасное расстояние, в том числе в электроустановках напряжением выше 1 кВ, должна быть выполнена посредством оболочек, ограждений, барьеров или размещением вне зоны досягаемости.

Поддержание сопротивления изоляции на высоком уровне уменьшает вероятность замыканий на землю, на корпус и поражений людей электрическим током. Контроль изоляции может быть приемосдаточным, периодическим или постоянным (непрерывным). В мало разветвленных сетях с изолированной нейтралью, где емкость фаз относительно земли невелика, сопротивление изоляции является основным фактором безопасности. Поэтому в сетях до и выше 1 кВ с изолированной нейтралью необходимо осуществлять постоянный контроль изоляции.

Всетях с большой емкостью и в сетях с заземленной нейтралью сопротивление изоляции не определяет безопасности, однако повреждение изоляции может стать причиной поражения при прикосновении к изолированной токоведущей части. Поэтому и в таких сетях должен проводиться контроль изоляции, правда, можно ограничиться периодическим контролем.

Опасность поражения электрическим током при косвенных прикосновениях может быть снижена применением двойной изоляции.

Двойная изоляция – изоляция в электроустановках напряжением до 1 кВ, состоящая из основной и дополнительной изоляции.

Дополнительная изоляция – независимая изоляция в электроустановках напряжением до 1 кВ, выполняемая дополнительно к основной изоляции для защиты при косвенном прикосновении.

Сдвойной изоляцией изготавливаются отдельные электротехнические изделия, например, ручные светильники, ручные электрические машины (электроинструмент), разделительные трансформаторы.

Сущность двойной изоляции заключается в том, что помимо основного наносится еще один слой изоляции токоведущих частей, который предохраняет человека от прикосновения к металлическим нетоковедущим частям, могущим случайно оказаться под напряжением. Для этого металлические корпуса электрооборудования покрывают слоем изоляционного материала и рукоятки изготовляют из диэлектрика. Недостатком такого покрытия является возможность его разрушения от механических воздействий, вследствие чего становятся доступными для прикосновения случайно оказавшиеся под напряжением металлические нетоковедущие части. При этом

102

разрушение второго слоя изоляции не влияет на работу электроустановки и поэтому при проверках не выявляется. Следовательно, такой способ не обеспечивает надежной защиты от прикосновения к токоведущим металлическим частям и может быть использован для электрооборудования, не подвергающегося механическим ударам.

Надежную защиту людей обеспечивает такой способ выполнения двойной изоляции, при котором корпуса электрооборудования изготовляются из изоляционного материала. Такой корпус защищает от поражения электрическим током не только при пробое изоляции внутри изделия, но и при случайном прикосновении рабочей части электрооборудования к токоведущей части. При разрушении корпуса нарушается взаимное расположение размещенных в нем частей, и электрооборудование не может продолжать работать. При этом сработает защита и отключит неисправное электроустройство от сети.

Если же корпус изделия металлический, то роль дополнительной изоляции играют изоляционные втулки, через которые питающий кабель проходит внутрь корпуса, и изолирующие прокладки, отделяющие электродвигатель от корпуса. Проводящие части оборудования с двойной изоляцией не должны быть присоединены к защитному РЕ-проводнику и к системе уравнивания потенциалов.

На паспортной табличке электротехнического изделия с двойной изоляцией помещается знак – квадрат внутри квадрата.

При эксплуатации электроинструмента с двойной изоляцией необходимо ежемесячное испытание изоляции мегаомметром, а при каждой выдаче для работы – проверка отсутствия замыкания на корпус при помощи специального прибора – нормометра.

В тех случаях, когда двойную изоляцию затруднительно применять по конструктивным причинам, например в выключателях, щеткодержателях и др., используют усиленную изоляцию.

Усиленная изоляция – изоляция в электроустановках напряжением до 1 кВ, обеспечивающая степень защиты от поражения электрическим током, равноценную двойной изоляции.

7.4.2. ОГРАЖДЕНИЯ И ОБОЛОЧКИ

Для защиты от случайного прикосновения к неизолированным токоведущим частям или приближения к ним на опасное расстояние они располагаются на недоступной высоте или в недоступном месте.

Если токоведущие части доступны для людей, то они могут закрываться ограждениями или заключаться в оболочки. Ограждения обычно закрывают токоведущие части не со всех сторон, т. е. обеспечивают частичную защиту от прикосновения. Ограждения могут быть временными или стационарными, сплошными или сетчатыми с размером сетки 25×25 мм. Сплошные ограждения в виде кожухов и крышек применяются в электроустановках напряжением до 1 кВ. Съемные крышки, закрепленные болтами, не обеспечивают надежной защиты, так как часто крышки снимаются, теряются или используются для других целей, вследствие чего токоведущие части остаются долгое время открытыми. Более надежны крышки, укрепленные на шарнирах, запирающихся на замок или запор, который открывается специальным ключом или инструментом.

103

Сетчатые ограждения применяются в установках напряжением до 1 кВ и выше. Сетчатые ограждения имеют двери, запирающиеся на замок.

Оболочки обеспечивают различную степень защиты вплоть до полной защиты от соприкосновения с токоведущими частями и попадания твердых тел; от проникновения воды внутрь оболочки.

Степени защиты оболочек и их маркировка установлены ГОСТ 14254–80 «Изделия электротехнические. Оболочки. Степени защиты» и ГОСТ 14255 «Аппараты электрические на напряжение до 1000 В. Оболочки. Степени защиты».

Ограждения и оболочки в электроустановках напряжением до 1 кВ должны иметь степень защиты не менее IP2X.

Вход за ограждения или вскрытие оболочки возможны только при помощи специального ключа или инструмента либо после снятия напряжения с токоведущих частей. При невозможности соблюдения этих условий должны быть установлены промежуточные ограждения со степенью защиты не менее 1Р2Х, удаление которых также должно быть возможно только при помощи специального ключа или инструмента.

При использовании указанных способов защиты должны быть соблюдены установленные правилами изоляционные расстояния от токоведущих частей до ограждений, оболочек, а также до работающего поблизости человека с учетом всех его возможных поз и используемых инструментов и приспособлений.

Блокировки безопасности – это устройства, предотвращающие попадание людей под напряжение в результате ошибочных действий. Блокировки применяются в электроустановках, в которых часто производятся работы на ограждаемых токоведущих частях (испытательные стенды, установки для испытания изоляции повышенным напряжением и т. п.). Блокировки также применяются в рубильниках. По принципу действия различают блокировки механические, электрические и электромагнитные.

Механическая блокировка применяется в пускателях, автоматических выключателях и других электрических аппаратах, работающих в условиях, в которых предъявляются повышенные требования безопасности (например, судовые, подземные и другие электроустановки). Блокировка выполняется с помощью самозапирающихся замков, стопоров, защелок и других механических приспособлений, которые стопорят поворотную часть в отключенном состоянии.

Электрические блокировки осуществляют разрыв цепи специальными контактами, которые устанавливаются на дверях ограждений, крышках и дверцах кожухов. Блокировочные контакты можно включать непосредственно в силовую цепь или в цепь управления пускового аппарата (магнитного пускателя или контактора), если управление электроустановкой дистанционное.

Электромагнитная блокировка (ЭМБ) выключателей, разъединителей и заземляющих ножей широко применяется на открытых распределительных устройствах (ОРУ) и закрытых распределительных устройствах (ЗРУ) при различных схемах соединения оборудования и обеспечивает определенную последовательность включения и отключения. Осуществляется ЭМБ с помощью электромагнитных замков и электромагнитного ключа.

104

7.4.3. УСТАНОВКА БАРЬЕРОВ

Барьеры предназначены для защиты от случайного прикосновения к токоведущим частям в электроустановках напряжением до 1 кВ или приближения к ним на опасное расстояние в электроустановках выше 1 кВ, но не исключают преднамеренного прикосновения и приближения к токоведущим частям при обходе барьера. Для удаления барьеров не требуется применения ключа и инструмента, однако они должны быть закреплены так, чтобы их нельзя было снять непреднамеренно. Барьеры должны быть из изолирующего материала.

7.4.4 . РАЗМЕЩЕНИЕ ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ ВНЕ ЗОНЫ ДОСЯГАЕМОСТИ

Установка барьеров и размещение вне зоны досягаемости допускается только в помещениях, доступных квалифицированному электротехническому персоналу.

Внутри зоны досягаемости не должно быть частей, имеющих разные потенциалы и доступных одновременному прикосновению.

В электроустановках до 1 кВ доступность прикосновению (зона досягаемости) определена расстояниями:

•2,5 м – в местах, где человек, находящийся на проводящем основании, имеющем потенциал земли, может одновременно коснуться двух проводящих частей, имеющих разные потенциалы, вытянутыми руками, например в проходе обслуживания с двусторонним расположением электрооборудования, а также при расположении токоведущих частей, например ошиновки, над проходом обслуживания;

•1,25 м – в местах, где до токоведущей части можно дотянуться только одной рукой;

•0,75 м – в местах, где доступность токоведущей части затруднена, и возможность дотянуться до нее рукой, вытянутой на всю длину, отсутствует.

Расположение токоведущих частей на недоступной высоте или в недоступном месте позволяет обеспечить безопасность без ограждений. При этом следует учитывать возможность случайного прикосновения к токоведущим частям посредством длинных предметов, которые человек может держать в руках. Если к токоведущим частям, расположенным на высоте, возможно прикосновение с мест, редко посещаемых людьми (крыш, площадок и т. п.), в этих местах должны быть установлены ограждения или приняты другие меры безопасности.

7.4.5. ЗАЩИТНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ

Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих (открытых проводящих) частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние соседних токоведущих частей, вынос потенциала, разряд молнии и т. п.). Эквивалентом земли может быть вода реки или моря, каменный уголь в карьерном залегании и т. п.

Назначение защитного заземления – защита людей от поражения электрическим поражающим током при косвенном прикосновении, т. е. при электрическом

105

контакте с открытыми проводящими частями электроустановки (металлические корпуса электрооборудования, металлические трубы электропроводок и т. п.), а также со сторонними проводящими частями, не являющимися частями электроустановки (например, металлоконструкции здания, металлические газовые сети, водопроводные трубы, трубы отопления и т. п. и неэлектрические аппараты, полы

истены из неизоляционного материала), которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции.

Под поражающим током понимается ток, проходящий через тело человека, характеристики которого могут обусловить патофизиологические воздействия или вызвать травму.

Принцип действия защитного заземления – снижение до допустимых значе-

ний напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус

идругими причинами. Это достигается уменьшением потенциала заземленного оборудования (сопротивления заземлителя), а также выравниванием потенциалов основания, на котором стоит человек, и заземленного оборудования (подъемом потенциала основания, на котором стоит человек, до значения, близкого к значению потенциала заземленного оборудования).

Рис. 7.18. Принципиальные схемы защитного заземления в сетях трехфазного тока: а – в сети с изолированной нейтралью до 1 кВ (система IT); б – в сети с заземленной нейтралью выше 1кВ; 1 – заземленное оборудование; 2 – заземлитель защитного заземления; 3 – заземлитель рабочего заземления; r0 (R0), rз (Rз) – сопротивления рабочего и защитного заземлений соответственно

Область применения защитного заземления. Заземление может быть эффективно только в том случае, если ток замыкания на землю не увеличивается с уменьшением сопротивления заземления. Это возможно в сетях с изолированной нейтралью (рис. 7.18, a), где при глухом замыкании на землю или на заземленный корпус, например проводника L3 ток не зависит от величины проводимости (сопротивления) заземления, а также в сетях напряжением выше 1 кВ с заземленной нейтралью (рис. 7.18, б). В последнем случае замыкание на землю является коротким замыканием, причем срабатывает максимальная токовая защита.

106

Всетях с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1 кВ заземление неэффективно, так как даже при глухом замыкании на землю ток зависит от сопротивления заземления и при его уменьшении ток возрастает. Поэтому защитное заземление применяется:

1) в сетях напряжением до 1 кВ переменного тока: трехфазных трехпроводных

сизолированной нейтралью (системы IT); однофазных двухпроводных, изолированных от земли; постоянного тока двух- и трехпроводных с изолированной средней точкой обмоток источника тока (системы IT);

2) в сетях напряжением выше 1 кВ переменного и постоянного тока с любым режимом нейтральной или средней точки обмоток источников тока (рис. 7.10).

Согласно ГОСТ Р 50571.3–94 и ПУЭ защитное заземление необходимо выполнять:

1) при номинальном напряжении более 50 В переменного тока и более 120 В постоянного (выпрямленного) тока – во всех электроустановках;

2) при номинальном напряжении выше 25 В переменного тока и выше 60 В постоянного (выпрямленного) тока – только в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных электроустановках;

3) при номинальном напряжении до 25 В переменного тока и до 60 В постоянного тока – только во взрывоопасных зонах и электросварочных установках.

Типы заземляющих устройств. Заземляющим устройством называется со-

вокупность заземлителя и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем.

Заземлитель – проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей (электродов), находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду.

Взависимости от места размещения заземлителя относительно заземляемого оборудования различают два типа заземляющих устройств: выносное и контурное.

Выносное заземляющее устройство (рис. 7.19) характеризуется тем, что его заземлитель вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование, или сосредоточен на некоторой части этой площадки. Поэтому выносное заземляющее устройство называют также сосредоточенным.

Существенный недостаток вы-

носного заземляющего устройства – отдаленность заземлителя от защищаемого оборудования, вследствие чего на всей или на части защищаемой территории коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий форму потенциальной кривой, α1 = 1. Поэтому заземляющие устройства этого типа применяются лишь при малых то-

допустимого напряжения прикосновения Uпр.доп (с учетом коэффициента напряжения прикосновения α2, учитывающего падение напряжения в сопротивлении растеканию тока основания, на котором стоит человек):

где Iз – расчетный ток замыкания на землю.

Кроме того, при большом расстоянии до заземлителя может значительно возрасти сопротивление заземляющего устройства в целом за счет сопротивления соединительного, т. е. заземляющего, проводника.

Достоинством выносного заземляющего устройства является возможность выбора места размещения заземлителя с наименьшим сопротивлением грунта (сырое, глинистое, в низинах и т. п.).

Необходимость в устройстве выносного заземления может возникнуть при невозможности по каким-либо причинам разместить заземлитель на защищаемой территории; при высоком сопротивлении земли на данной территории (например, песчаный или скалистый грунт) и наличии вне этой территории мест со значительно лучшей проводимостью земли; при рассредоточенном расположении заземляемого оборудования (например, в горных выработках) и т. п.

Контурное заземляющее устройство характеризуется тем, что электроды его заземлителя размещаются по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, а также внутри этой площадки. Часто электроды распределяются на площадке по возможности равномерно, поэтому контурное заземляющее устройство называется также распределенным.

Безопасность при распределенном заземляющем устройстве может быть обеспечена не только уменьшением потенциала заземлителя, но и выравниванием потенциала на защищаемой территории до такого значения, чтобы максимальные напряжения прикосновения и шага не превышали допустимых. Это достигается путем соответствующего размещения одиночных заземлителей на защищаемой территории.

На рис. 7.20 показано распределение потенциала в момент замыкания фазы на заземленный корпус на открытой подстанции, имеющей контурное заземляющее устройство. Как видно на рисунке, изменение потенциала в пределах площадки, на которой размещены электроды заземлителя, происходит плавно, т. е. происходит выравнивание потенциалов. При этом напряжения прикосновения Uпр и напряжения шага Uш имеют небольшие значения по сравнению с потенциалом заземлителя φЗ. Однако за пределами контура по его краям наблюдается крутой спад φ.

Согласно ПУЭ, «…выравнивание потенциалов – это снижение разности потенциалов (шагового напряжения) на поверхности земли или пола при помощи защитных проводников, проложенных в земле, в полу или на их поверхности и присоединенных к заземляющему устройству, или путем применения специальных покрытий земли».

108

Рис. 7.20. Контурное заземляющее устройство

Поэтому все заземляемое электрооборудование должно быть установлено внутри контура, в пределах пространства, ограниченного крайними электродами. По краям контура, за его пределами (особенно в местах проходов и проездов) укладываются в землю на различной глубине дополнительные стальные полосы, что уменьшает крутизну спадания потенциала, а значит, и величину напряжения шага и прикосновения (рис. 7.21).

Рис. 7.21. Выравнивание потенциала за пределами контура

ГОСТ 12.1.009–76 определяет выравнивание потенциала как метод снижения напряжения прикосновения и шага между точками электрической цепи, к которым возможно одновременное прикосновение или на которых может одновременно стоять человек.

109

Выравнивание потенциалов как самостоятельный способ защиты не применяется, оно является дополнением к защитному заземлению (защитному занулению).

Выполнение заземляющих устройств. Для заземления электроустановок могут быть использованы искусственные и естественные заземлители, причем для уменьшения затрат на устройство заземления в первую очередь используют естественные заземлители.

Искусственный заземлитель – заземлитель, специально выполняемый для целей заземления.

Естественный заземлитель – сторонняя проводящая часть, находящаяся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду, используемая для целей заземления. Если при использовании естественных заземлителей сопротивление заземляющих устройств, или напряжение прикосновения имеет допустимое значение, а также обеспечиваются нормированные значения напряжения на заземляющем устройстве допустимые плотности токов в естественных заземлителях, выполнение искусственных заземлителей

вэлектроустановках до 1 кВ не обязательно. Использование естественных заземлителей в качестве элементов заземляющих устройств не должно приводить к их повреждению при протекании по ним токов короткого замыкания или к нарушению работы устройств, с которыми они связаны.

Вкачестве естественных заземлителей могут использоваться: проложенные

вземле водопроводные трубы; обсадные трубы буровых скважин; металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, имеющие соединения с землей; металлические оболочки бронированных кабелей (кроме алюминиевых), проложенных в земле; рельсовые пути магистральных неэлектрифицированных железных дорог и подъездные пути при наличии преднамеренного устройства перемычек между рельсами; металлические шпунты гидротехнических сооружений и т. п.

Не допускается использовать в качестве естественных заземлителей трубопроводы горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов и смесей и трубопроводы канализации и центрального отопления. Но такие трубопроводы необходимо присоединять к заземляющему устройству с целью уравнивания потенциалов.

Вкачестве естественных заземлителей подстанций и распределительных устройств (РУ) рекомендуется использовать заземлители опор отходящих воздушных линий электропередачи, соединенные с помощью грозозащитных тросов линий с заземляющим устройством подстанции или РУ.

Искусственные заземлители могут быть из черной или оцинкованной стали или медными. Искусственные заземлители не должны иметь окраски.

Для искусственных заземлителей применяют обычно вертикальные и горизонтальные электроды. Горизонтальные электроды используют для связи вертикальных электродов и в качестве самостоятельных заземлителей. Наименьшие размеры заземлителей приведены в табл. 7.4.

Сечение горизонтальных заземлителей для электроустановок напряжением выше 1 кВ следует выбирать по условию термической стойкости при допустимой температуре нагрева 400 °С (кратковременный нагрев, соответствующий времени действия защиты и отключения выключателя).

110