Основы электробезопасности

Размещено на http://www.allbest.ru/

18

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Украины

Приазовский государственный технический университет

Кафедра Охраны труда и окружающей среды им. Н.С. Немцова

Лекция на тему: "Основы электробезопасности"

(Дисциплина: Основы охраны труда - для студентов всех специальностей и форм обучения)

Бухаров И.И.

Волошин В.С.

Андрусенко В.Г.

Мариуполь, ПГТУ, 2007 г.

1. Действия электрического тока на организм человека

О том, что электрический разряд действует на человека, стало очевидным в последней четверти XVIII века. Первым его описал Ж. Марат в докладе французскому правительству при расследовании дел по применению электростатического электричества в лечебных целях. Англичанин А. Уориш, итальянцы Л. Гальвани, А. Вольта и ряд других ученых установили, что на человека действует разряд, полученный не только от источника статического электричества, но и от электрохимического элемента.

Однако никто из исследователей не указал на опасность этого действия на человека. Впервые установил эту опасность профессор Петербургской медико - хирургической академии В.В. Петров: при сборке в физической лаборатории высоковольтной гальванической батареи (по современным представлениям V ? 1700 В) получил электрический удар с потерей сознания. Этот случай профессор В.В. Петров описал и опубликовал в журнале академии в 1803 г.

После этого случая как сам профессор В.В. Петров, так и ученые других стран приступили к систематическому изучению действия электрического тока на организм животного и человека.

Изучение механизма электропоражения показало, что электрический ток вызывает в организме общую рефлекторную реакцию со стороны центральной и периферической нервной системы, а также со стороны сердечно - сосудистой и дыхательной систем. Это приводит к нарушению нормальной работы сердца или к остановке дыхания. Другими словами, при воздействии тока нарушаются функции жизненно важных органов.

Ответная реакция организма на действие электрического тока закономерна и зависит от рода и величины тока, протекающего через тело человека, длительности воздействия, пути тока и т.п.

Различный характер реакций отдельных органов зависит не только от параметров тока, но главным образом - от электрического возбуждения, свойственного тканям организма.

Реакция нервно - мышечного аппарата и отдельных нервов на электрическое раздражение подчиняется определенной закономерности, которая выражается в последовательном сокращении мышц и раздражениями отдельных нервов.

Соответственно физиологическому закону электрического возбуждения биологической ткани возбужденная ткань реагирует на электрическое раздражение, т.е. на воздействие электрического тока, только в момент возрастания тока или его убывания, а также изменения его направления. Соответственно этому наиболее опасным является переменный ток, который во времени изменяется по величине и направлению.

Частота переменного тока 50 Гц воспринимается отдельными тканями и органами раздельно. Скелетные мышцы способны воспроизводить такую же частоту раздражения и отвечать на нее нормальным сокращением. Для мышц сердца, предел частоты раздражения не превышает 5-6 раз в 1 с, раздражение током 50 Гц является чрезмерным и нарушается нормальное функционирование этого органа.

Постоянный ток, как не изменяющийся во времени по величине и направлению, ощущается в моменты включения и отключения от источника тока. Обычно действие его тепловое, а при значительной величине - в организме происходит химическое разложение крови и клеток ткани.

Исследованиями установлено, что проходя через организм электрический ток производит термическое, электролитическое и биологическое действие.

Термическое действие проявляется в нагреве ткани (в соответствии с законом Джоуля - Ленца: Q ? I² • R_ор • t, где I - величина тока, R_ор - сопротивление организма, t - время прохождения тока) вплоть до ожогов отдельных участков тела, перегреве кровеносных сосудов, крови и т.п.

Электролитическое действие (в основном постоянный ток - см. физхимию) вызывает разложение крови и плазмы - значительно нарушает их физико - химический состав, а также состав клеток ткани.

Биологическое действие выражается в раздражении и возбуждении нервной и мышечной ткани организма (см. выше), что может сопровождаться непроизвольным судорожным сокращением мышц, в том числе мышц сердца и легких. Такое воздействие может привести к фибрилляции сердечной мышцы и остановке сердца или остановке дыхательной системы. Биологическое действие (электрический удар) вызывает переменный ток, а также постоянный ток в момент включения и выключения человека из электрической цепи, находящейся под напряжением.

Кроме общего действия электрический ток может привести к местным поражениям: местные ожоги, электрические знаки, металлизация кожи, электроофтальмия и др.

Местные электрические ожоги подразделяют на 4 степени:

I - покраснение кожи;

II - образование пузырей;

III - омертвление всей толщи кожи;

IV - обугливание тканей.

Электрические знаки: четко очерчены пятна серого или бледно - желтого цвета на поверхности кожи, подвергнувшейся действию тока (безболезненные - похожие на сухие мозоли, со временем исчезают).

Металлизация кожи - проникновение в верхние слои кожи мельчайших частичек металла, переносимых электрическим током с электрода, который прикасается к кожному покрову.

Электроофтальмия - воспаление наружных оболочек глаз, возникающего в результате поглощения ультрафиолетового спектра излучения электрической дуги.

Причинами смерти от электрического удара могут быть: прекращение работы сердца (~ 40 %); прекращение дыхания (~ 40 %) и одновременно прекращение работы сердца и остановка дыхания (~ 20 %).

На первом этапе при летальном исходе наступает клиническая смерть - переходный период от жизни к смерти, наступающей с момента прекращения работы сердца или легких. В состоянии клинической смерти у человека отсутствуют все признаки жизни: он не дышит, его сердце не работает, болевые раздражения не вызывают никаких реакций, зрачки глаз расширены и не реагируют на свет. Однако в этот период во всех тканях организма продолжаются обменные процессы, хотя и на очень низком уровне. При клинической смерти первыми начинают погибать очень чувствительные к кислородному голоданию клетки коры головного мозга (нейроны). Продолжительность клинической смерти у человека, пораженного электрическим током, составляет 4-6 минут, после этого она переходит в биологическую смерть. Поэтому при электрическом ударе человека, если у него отсутствуют признаки жизни (не работают сердце или легкие) необходимо немедленно оказывать первую доврачебную помощь: делать искусственное дыхание и косвенный массаж сердца вплоть до прибытия скорой помощи.

2. Факторы, влияющие на исход поражения электрическим током и нормирование их параметров

Как указано в П. 1. одним из основных факторов, воздействующих на человека, является величина и род тока, протекающего через тело человека. Значения приложенного напряжения и сопротивление тела человека сопутствующие факторы, т.к. они влияют на величину тока, протекающего через человека, т.е. Ih = U/Rh. Большое влияние оказывают также длительность воздействия тока, его частота (рис. 2.1.), путь прохождения тока через организм человека и другие факторы.

Установлено, наименьшая величина тока, которую начинает ощущать человек составляет 0,6 - 0,8 мА при частоте тока 50 Гц и 5 - 7 мА при постоянном токе. При величине тока около 8-10 мА частотой 50 Гц человеку трудно самостоятельно отключится от источника тока. Постоянный ток величиной более 20-25 мА вызывает сильнейшие боли. Фибрилляцию сердечной мышцы вызывает переменный ток частотой 50 Гц величиной около 700 мА при длительности воздействия 0,01 - 0,08 с, а при воздействии в течение 1с. фибрилляцию сердца уже вызывает ток величиной около 70 мА. Из последнего примера видно, что на исход поражения оказывает значительное влияние продолжительность действия тока. Это объясняется тем, что с увеличением времени действия тока сопротивление тела человека снижается, а следовательно величина тока, проходящего через человека, возрастает.

Сопротивление тела человека рассматривается состоящим из внешнего (кожный покров) и внутреннего (сопротивления внутренних тканей и органов). Сопротивление внутренних органов и тканей не превышает 800-1000 Ом.

Рис. 2.1. Зависимость тока неотпускающего от частоты

При сухой неповрежденной коже сопротивление достигает 100000 - 200000 Ом и изменяется в зависимости от влажности кожного покрова (снижается на 40-60 %), продолжительности действия тока (снижается в несколько раз), возраста человека, его здоровья (у больных - снижается на 20-30 %) и величины приложенного напряжения (см. рис. 2.2.)

Рис. 2.2. Зависимость электрического сопротивления тела человека от величины приложенного напряжения

При увеличении приложенного напряжения (рис. 2.2.) с 10 до 40 В сопротивление тела человека снизилось с 6 кОм до 2 кОм, т.е. в 3 раза.

Важное значение имеет на исход поражения путь прохождения тока через тело человека (см. рис. 2.3.)

Рис. 2.3 Зависимость тока, протекающего через тело человека, от напряжения и места приложения контакта

Как указывалось в П.1. наиболее чувствительные к электрическому току являются сердце и легкие. Ток в человеке проходит не обязательно по кратчайшему пути, что объясняется большой разницей в удельном сопротивлении различных тканей (костная, мышечная, жировая). Установлено, что при пути тока «рука - рука» через сердце проходит 3,3 % общего тока, «левая рука - ноги» - 3,7 %, а «правая рука - ноги» - 6,7 %, «голова - ноги» - 6,8 и «голова - руки» - 7%.

Предельно допустимое значение напряжения прикосновения Uпр. и токов Ih, протекающих через тело человека установлены ГОСТом 12.1.038-82 «ССБТ. Электробезопасность. Предельно допустимые уровни напряжения прикосновения и токов». Uпр и Ih соответствуют путям тока в теле человека от одной руки к другой и от руки к ногам.

Сопротивление тела человека при нормировании Uпр и Ih приняты:

Rh = 6 кОм при U ? 50 В и Rh = 1,0 кОм при U > 50 В. (Рекомендованы международной электротехнической комиссии МЭК : U = 25 В - Rh = 2500 Ом; U = 50 В - Rh = 2000 Ом; U = 250 В - Rh = 1000 Ом; U > 250 В - Rh = 650 Ом).

Напряжение прикосновения (Uпр) и ток (Ih), протекающий через тело человека при нормальном режиме работы (неаварийном) электроустановок, не должны превышать значений, указанных в табл. 1

Допустимые величины Uпр и Ih. Таблица 1*

Род и частота тока	Uпр, В	Ih, мА
	не более
Переменный 50 Гц	2,0	0,3
Переменный 400 Гц	3,0	0,4
Постоянный	8,0	1,0

* Примечание 1) Продолжительность воздействия не более 10 мин. в сутки.

2) При температуре воздуха t >25°С и его относительной влажности > 75 % Uпр и Ih должны быть уменьшены в 3 раза.

Такие значения Uпр и Ih (табл. 1) при нормальном режиме работы электроустановок должна обеспечивать соответствующая изоляция токоведущих частей.

При аварийном режиме производственных и бытовых электроустановок предельно допустимые уровни Uпр и Ih зависят от режима нейтрали, напряжения установки (до или выше 1000 В), продолжительности действия тока, назначения электроустановок, рода и частоты тока и т.п. Некоторые допустимые уровни Uпр и Ih приведены в табл. 2.

Таблица 2

Значения Uпр и Ih (фрагмент из норм).

Режим нейтрали, вид установки и напряжение	Род и частота тока	Нормируемая величина	Предельно допустимые уровни при продолжительности действия, с
			0,1	0,2	0,5	0,7	1,0	>1,0
С изолированной и глухозаземленной нейтралью до 1000 В, с изолир. > 1000 В	Переменный 50 Гц	Uпр., В Ih, мА	500	250	100	70	50	36 6
-	Постоянный	Uпр., В Ih, мА	500	400	300	230	200	40 15
Глухозаземленной нейтралью U > 1000 В	Переменный 50 Гц	Uпр., В	500	400	200	130	100	65
Бытовые электроустановки, U до 1000 В	Переменный 50 Гц	Uпр., В Ih, мА	200 200	100 100	50 50	35 35	25 25	12 2

При нормировании предельно допустимых значений Uпр и Ih в зависимости от продолжительности действия тока на человека предусматривается, что за это время должна сработать автоматика защитного отключения и основная защита отключить поврежденную электроустановку.

3. Причины поражения человека электрическим током

Применяемые в настоящее время организационные и технические мероприятия позволяют вероятность поражения электрическим током поддерживать на уровне Р ? 1/(1 • 10⁵….. 1 • 10⁶). Технические разработки средств защиты от поражения током позволяют довести вероятность поражения до величины Р ? 1/(1 • 10⁷….. 1 • 10⁸). Однако ни одна страна в мире из-за экономической целесообразности не применяет в настоящее время эти средства защиты.

Ежегодно в Украине от поражения электрическим током погибает почти 1500 человека (из них около 300 детей), а электротравмы получают около 9000 человек. Уровень электротравматизма в Украине в десятки раз превышает показатель электротравматизма для европейских стран, а также США и Японии (Ж. ОТ. № 10, 2005 г.)

Анализ статистических данных показывает, что электротравматизм в Украине происходит по следующим причинам:

- около 40-50 % электротравм объясняется неправильной эксплуатации оборудования, приводящей к снижению сопротивления изоляции и появлению напряжения на нетоковедущих частях (корпусах) оборудования;

- не менее 25-30 % электротравм происходит по причине плохой организации рабочего места и неудовлетворительного обучения работников вопросам электробезопасности;

- от 30 до 35 % поражений вызывают конструкционные недостатки электрооборудования и его неправильный монтаж, а также применения для большинства электрооборудования корпусов из электропроводящего материала (металла).

Приведенные данные свидетельствуют что 60-65 % всех электротравм происходит из-за неправильной эксплуатации электрооборудования, плохой организации рабочего места и неудовлетворительного обучения работников вопросам электробезопасности, т.е в основном из-за человеческого фактора. Из результатов анализа вытекает: электротравматизм в Украине можно снизить в 2-2,5 раза за небольшой промежуток времени без существенных материальных и финансовых затрат в основном соответствующими организационными мероприятиями.

Для создания необходимого уровня электробезопасности применяют комплекс организационных и технических мероприятий, т.к. одним каким - либо мероприятием создать требуемый уровень защиты от поражения электрическим током невозможно.

4. Организационные мероприятия по электробезопасности

К организационным мероприятиям по защите от поражения человека током относятся:

- обучение работников основам электробезопасности при поступлении на работу (инструктаж на рабочем месте) и проведение повторного инструктажа не реже 1 раза в год или 1 раз в 3 года в зависимости от профессии или должности со сдачей экзамена и получением квалификационной группы по технике безопасности ;

- выполнении работы в электроустановках по распоряжению или наряду - допуску;

- инструкции по безопасному обслуживанию оборудования с электрическими элементами;

- плакаты по электробезопасности и т.п.

В соответствии с ПТЭ и ПТБ для персонала, обслуживающего (работающего) электроустановки, установлено 5 квалификационных групп по технике безопасности.

I квалификационная группа присваивается неэлектротехническому производственному персоналу: обслуживающему электропечи, пердвижные машины и механизмы с электроприводом, работающим с ручными электрическими машинами и другими переносными электроприемниками и т.п.

II. квалификационная группа присваивается квалификационной комиссией неэлектротехническому персоналу, обслуживающему установки и оборудование с электроприводом, - электросварщики, термисты установок ТВЧ, машинисты грузоподъемных машин и т.д.

Элекротехническому персоналу: электромантером, начинающим инженером и техникам.

III. квалификационная группа присваивается только электротехническому персоналу. Эта группа дает право единоличного обслуживания, осмотра, подключения и отключения электроустановок от сети напряжения до 1000 В.

IV квалификационная группа присваивается только лицам электротехнического персонала. Лица с квалификационной группой не ниже IV имеют право на обслуживание электроустановок напряжением выше 1000 В.

V квалификационная группа присваивается лицам, ответственным за электрохозяйство, и другому инженерно-техническому персоналу в установках напряжением выше 1000 В.

Лица с V квалификационной группой имеют право отдавать распоряжения и руководить работами в электроустановках напряжением как до 1000 В, так и выше.

5. Технические мероприятия по предупреждению электротравматизма

К техническим мероприятиям по предупреждению электротравматизма относят:

- выбор типа сети электроснабжения;

- соответствующую изоляцию тоководящих частей электроустановок;

- ограждение неизолированных элементов электроустановок и его блокировку;

- применения малого напряжения;

- защитное заземление электрооборудования;

- зануление электрооборудования;

- защитное отключение электрооборудования при его неисправности;

- индивидуальные электротехнические защитные средства.

Выбор типа сети электроснабжения

Для снабжения электроэнергией промышленных, общественных и жилых зданий в основном применяют трехфазные сети переменного тока частотой 50 Гц. Наиболее широкое применение в промышленности нашли сети с изолированной нейтралью источника тока (рис. 5.1.) и с глухозаземленной нейтралью источника тока (рис. 5.2.)



Рис. 5.1. Трехфазная сеть с изолированной нейтралью

Рис. 5.2. Трехфазная сеть с глухозаземленной нейтралью и нулевым защитным проводником (Н.З.П)

Анализ этих сетей показывает, что при двухполюсном включении человека в сеть (рис. 5.1., а и рис. 5.2., а) независимо от режима нейтрали источника тока и сопротивления изоляции человек оказывается под линейным напряжением (Uл = • V_ф) и через него будет протекать ток величиной Ih^(II)=Vл/Rh = 380 / 1000 = 0,38 А = 380 мА, что, значительно выше (при ? 1с) тока фибрилляционного допустимого (см. табл. 2). Следовательно при двухполюсном включении человека в сеть обе сети одинаково опасны.

При однополюсном включении человека в сеть небольшой протяженностью (при С = 0) (рис. 5.1, б) величины тока, протекающего через человека, значительно уменьшается вследствие того, что в электрическую цепь последовательно включается сопротивление изоляции (rи) других фаз относительно земли, Ih = Uф / (Rh +) = 220 | (1000 +) = 0,00131 А = 1,31 мА. Такая величина тока значительно ниже тока неотпускающего допустимого (I н.д.= 6 мА) и находится на уровне тока ощутимого. В сетях с глухозаземленной нейтралью при однополюсном включении в сеть (рис. 5.2, а) величина тока, протекающего через человека, будет Ih^(I) = Uф / Rh = 220 / 1000 = 0,22 А = 220 мА, что выше допустимого значения тока фибрилляционного. Следовательно сети с изолированной нейтралью небольшой протяженностью, когда их емкостью можно принебречь (С = 0), при однополюсном включении в сеть человека менее опасны, чем сети с глухозаземленной нейтралью источника тока.

Величина тока, проходящего через человека, при однополюсном включении в сеть с изолированной нейтралью и значительной емкостью (рис. 5.1, в), т.е. С ? 0, равна Ih = Uф / (Rh + (z/3))= 220 / (1000 +(10000/3)) = 0,0507 А = 50,7 мА. Такая величина тока превышает длительно (> 1с) допустимый ток фибрилляционный (см. табл. 2).

где Z - полное сопротивление изоляции сети относительно земли составляет обычно коло 10 кОм.

При аварийном режиме (когда одна из фаз сети замкнута на землю или оборудование) в сетях с изолированной нейтралью (рис. 5.1, г) при однополюсном включении в сеть человек оказывается практически под линейным напряжением и через него протекает ток, такой же величины, что и при двухполюсном включении в такую же сеть. Величина этого тока равна Ih = • Vф / (Rh + rз) = • 220 / (1000 + (20…30)) ? 0,3699 А = 369,9 мА, что значительно превышает длительно ( ? 1с) допустимый ток фибрилляционный (табл. 2). где rз - сопротивление растеканию тока в месте замыкания фазы, обычно равно 20…30 Ом.

В сети с глухозаземленной нейтралью источника тока (рис. 5.2, б) при аварийном режиме и однополюсном включении человека в сеть он окажется под напряжением прикосновения (Uф < Uпр < Uл) больше фазного, но меньше линейного напряжения. При Uф = 220 В достигнет величины Uпр = 240 - 260 В, а ток, проходящий через человека, величины Ih = 260 / (1000 + )) = 0,2591 А = 259,1 мА, что также значительно больше длительно ( ? 1с) допустимого тока фибрилляционного (табл. 2). Где R₀ - сопротивление основного заземляющего устройства нейтрали источника тока, R₀ = 4 0м.

Анализ сетей по опасности поражения человека током показал, что менее опасны сети с изолированной нейтралью небольшой протяженностью при нормальном режиме. Во всех других случаях сети с изолированной и глухозаземленой нейтралью источники тока практически одинаково опасны как при однополюсном, так и двухполюсном включении в электрическую сеть в нормальном и аварийном режимах работы.

Сети с изолированной нейтралью применяют в тех случаях, когда можно поддерживать сопротивление изоляции на высоком уровне и когда емкость сети относительно земли незначительна (сети небольшой протяженности - до 1 - 1,5 км). Их применяют в опасных и особо опасных производствах по поражению электрическим током (шахты, рудники, взрывоопасные помещения), а также когда при аварийном режиме нельзя отключить потребителя( I категория).

Во всех других случаях предпочтение отдают сетям с глухозаземленной нейтралью, в которых можно применять оборудование на два напряжения (на 220 и 380 В) без дополнительных понижающих устройств, а защита осуществляется путем его селективного автоматического отключения при авариях или неисправностях.

Сети при напряжении выше 1000 В представляют повышенную опасность независимо от режима нейтрали, режима работы или вида включения в электрическую сеть (однополюсное или двухполюсное включение). Во всех случаях величина тока, протекающего через человека, будет значительно (в несколько раз, а иногда и на несколько порядков) превышает допустимые значения.

Сопротивление изоляции токоведущих частей

Состояние изоляции в значительной мере определяет степень безопасности эксплуатации электроустановок. Сопротивление изоляции в сетях с изолированной нейтралью определяет ток через человека (см. рис 5.1). В сетях с заземленной нейтралью ток через человека не зависит от сопротивления изоляции (рис. 5.2), но при плохом ее состоянии часто происходит ее повреждение, что приводит к коротким замыканиям на землю (корпус), а это представляет опасность поражения людей током, прикоснувшимся к корпусу оборудования или появлению шагового напряжения на территории электроустановки.

Сопротивление изоляции в установках напряжением до 1000 В регламентировано ПУЭ, ПТЭ и ПТБ электроустановок потребителей и должно быть не менее 0,5 МОм в условиях с нормальными параметрами окружающей среды. При повышенной влажности окружающей среды или при агрессивных газах и парах (пары кислот и щелочей), сопротивление изоляции проводов и кабелей должны быть не менее 1,0 МОм. Для электрических печей - ванн с расплавленными средами сопротивление изоляции этих объектов в холодном состоянии должно быть не ниже 0,5 МОм. Необходимое сопротивление изоляции электродвигателей, трансформаторов и другого электрооборудования рассчитывается по специальным формулам, приведенным в ПТЭ и ПТБ электроустановок потребителей.

Регламентируется сопротивление изоляции только отдельных участков сети, находящихся между двумя разъединителями (рис. 5.3.) или двумя предохранителями. Нормируется сопротивление между фазами, а также между каждой фазой и землей. В установках напряжением до 1000 В сопротивление изоляции измеряют не реже одного раза в год при помощи мегаомметра (МОм) на напряжение 1000 В. (см. рис. 5.3).

В электроустановках напряжением выше 1000 В сопротивление изоляции испытывают повышенным выпрямленным напряжением величиной Uис = (2 - 6) • Uн в течение 5…15 мин в зависимости от номинального напряжения (Uн) испытуемой сети. Если за время испытания не произошел пробой изоляции, то считается она выдержала испытание. После испытания повышенным напряжением обязательно нужно проверить целостность изоляции мегаомметром, т.к. в момент отключение от источника испытания мог произойти пробой и приборы его не зарегистрировали.

На подстанциях напряжением выше 1000 В часто проводят постоянный контроль за сопротивлением изоляции при помощи специальных устройств и приборов.

Рис. 5.3. Схема измерения сопротивления изоляции мегаомметром

электрический ток ожог

Ограждение и блокировка электрооборудования

Многие элементы электроустановок (контакты включателей, ножи рубильников, металлические нагреватели электропечей, металлические электроды печей-ванн с расплавленными средами, электроды ионного нагрева и электролитического травления, индукторы установок ТВЧ, троллеи для мостовых кранов и кранбалок и т.п.) по условиям работы не изолируются. Кроме того, часть элементов электроустановок находятся под высоким напряжением (повысительный трансформатор, колебательный контур анодного напряжения, высокочастотный закалочный трансформатор установок ТВЧ и др.), к которым приближаться на расстояние менее допустимого опасно.

Чтобы исключить возможность прикосновения к неизолированным элементам или опасного приближения к изолированным токоведущим частям высокого напряжения их ограждают или располагают на недоступной высоте либо в недоступном месте. При повышенной опасности ограждения блокируют с включателями электроустановок.

В установках напряжением до 1000 В ограждения могут быть как сплошными, так и сетчатыми. Размер ячейки сетки не более 25 х 25 мм. Высота ограждений в помещениях должна быть не менее 1,8 м; расстояние от токоведущих частей до ограждений (в установках U ? 1000 В): при сплошном - не менее 95 мм, при сетчатом - не менее 165 мм.

Применяют в цехах два вида блокировок: механические и электрические. Механические блокировки применяют для блокирования кожухов рубильников, пускателей, выключателей с их включающим устройством (рис. 5.4). При включенном рубильнике (пускателе) механическое устройство не позволяет снять ограждающий кожух, а при снятом ограждающем кожухе механизм не позволяет включить рубильник (пускатель).

Рис. 5.4. Механическая блокировка рубильника

1 - рубильник; 2, 3 - выступы; препятствующие включению рубильника при снятом кожухе или снятию кожуха при включенном рубильнике

Электрические блокировки в цехах применяют для блокирования с электромагнитными пускателями (контакторами) заслонок и крышек электрических нагревательных камерных и шахтных печей, ограждающие кожухи конденсаторных батарей машинных генераторов, дверцы металлических шкафов ламповых генераторов ТВЧ (анодный трансформатор, анодный выпрямитель, колебательный контур, высококачественный закалочный трансформатор и др.). При расположении машинных и ламповых генераторов ТВЧ в отдельных помещениях двери в них блокируют с пускателями установок.

Принципиальная схема электрической блокировки двери с электромагнитным пускателем приведена на рисунке 5.5.

Рис. 5.5. Схема электрической блокировки дверей

Принцип действия электрической блокировки состоит в том (рис. 5.5), что в цепь управления магнитного пускателя или контактора установлены специальные контакты БК, механически связанные с открывающимися устройствами в ограждениях. При открывании дверей блокировочные контакты БК размыкают цепь катушки МП пускателя, что приводит к отключению электроустановки от электрической сети. При обрыве этой цепи электроустановка отключается так же, как и при открывании дверей. Это предотвращает возможность несчастного случая при неисправной цепи блокировки. Электроустановка не может быть включена при закрывании дверей, так как замыкание блокировочных контактов БК еще недостаточно: для включения электроустановки требуется обязательно нажать кнопку «Пуск».

Для обеспечения безопасности необходимо, чтобы блокировочные контакты размыкались уже при незначительном растворе дверей (100 - 150 мм), чтобы человек не мог проникнуть за ограждение при неразомкнувшихся контактах.

Электрические блокировки люков и дверей в ограждении грузоподъемных кранов должны автоматически отключать неизолированные троллейные шины при выходе персонала на галерею крана.

В производствах особо опасных по поражению электрическим током при напряжении переменного тока свыше 12 В, постоянного свыше 15 В; в производствах повышенной опасности - при напряжении переменного тока свыше 36 В и постоянного тока свыше 40 В при работе на электрооборудовании электрические блокировки должны исключать прикосновение рабочего инструментом к токоведущим элементам и токопроводящим средам ванн. Для этого двери и другие открывающие устройства в ограждениях необходимо блокировать с магнитным пускателем установки.

Применение малого напряжения

В промышленности широкое применение нашел ручной переносной электрифицированный инструмент, а также стационарные электроустановки, при эксплуатации которых человек может прикоснуться к токоведущим частям, находящимся под напряжением (электрические печи сопротивления, гальванические ванны, электрические ванны с расплавленными средами, индукторы установок ТВЧ и т.п.). Для создания необходимого уровня электробезопасности при эксплуатации таких электроустановок применяют малое напряжение, такой величины, что при прикосновении к элементам, находящимся под напряжением, напряжение прикосновения не превышает длительно допустимого значения.

Длительно допустимое напряжение прикосновения зависит от параметров помещений и окружающей среды в них.

По степени опасности поражения людей электрическим током ПУЭ делит помещения на три категории:

I - с повышенной опасностью, к которым относятся помещения сырые (относительная влажность воздуха длительно превышает 75 %); жаркие (температура длительно превышает 30°С); с токопроводящими полами; а также помещения, в которых возможно одновременное прикосновение человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям здания, технологическим аппаратом (механизмом и т.п.), с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования - с другой.

II. Особо опасные, к которым относятся помещения: особо сырые (относительная влажность близка к 100%); с химически активной средой; имеющие два или более признака помещений с повышенной опасностью.

III. Без повышенной опасности, в которых отсутствуют признаки помещений I и II категорий.

К работам в особо опасных условиях (II категория) относятся также работы с электрооборудованием вне помещений (выполняемые на открытом воздухе, в том числе под навесами).

В помещениях повышенной опасности поражения электрическим током для ручного электрифицированного инструмента и установок, в которых человек может прикоснуться к токоведущим элементам, находящимся под напряжением, допускается напряжение переменного тока не выше 36 В, а постоянного тока - не выше 40 В. В помещениях особо опасных по поражению электрическим током соответственно не выше 12 и 15 В.

Для понижения напряжения применяют только понижающие трансформаторы (рис.5.6, 5.7). С целью уменьшения опасности при переходе высшего напряжения на сторону вторичного малого напряжения вторичная обмотка трансформатора заземляется или зануляется.

Рис. 5.6. Заземление понижающих трансформаторов в сети с изолированной нейтралью

Рис. 5.7. Заземление понижающих трансформаторов в сети с заземленной нейтралью

Для III категории (без повышенной опасности) допускается напряжение U ? 220 В, но с обязательным заземлением или зануления корпуса оборудования или двойная изоляция, корпус электроприемника изготовляется из нетокопроводящего материала (пластмассы).

Защитное заземление электроустановок.

Защитное заземление (рис.5.8) - это преднамеренное соединение при помощи проводников 2 металлических нетоковедущих частей оборудования 1 с токопроводящими элементами 3, находящимися в земле и имеющими хороший контакт с грунтом.

Рис. 5.8. Схема заземляющего устройства.

1 - корпус оборудования; 2 - заземляющая шина (проводник);

3 - заземлитель; ( 2 + 3 ) - заземляющее устройство или защитное заземление.

Защитное заземление применяют в трехфазных трехпроводных сетях с изолированной нейтралью в установках напряжением до и выше 1000 В, а также в установках напряжением 110 кВ и выше с глухозаземленной нейтралью источника тока.

В соответствии с требованием ПУЭ защитное заземление (зануление) электроустановок необходимо выполнить:

- при напряжении 380 В и выше переменного тока и 440 В и выше постоянного тока - во всех электроустановках;

- при номинальных напряжениях выше 42 В, но ниже 380 В переменного тока и выше 110 В, но ниже 440 В постоянного тока - только в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках;

- в электросварочных установках независимо от величины напряжения, кроме заземления (зануления) корпусов и других нетоковедущих частей оборудования должно быть осуществлено заземление одного из зажимов (выводов) вторичной цепи источника сварочного тока.

Защитное заземление защищает человека от поражения током при замыкании фазы на корпус оборудования или на землю путем снижения величины напряжения прикосновения (U_пр) и напряжения шага (U_ш) до допустимых значений (табл. 2).

Напряжение прикосновения - это напряжение между двумя точками (А и В, рис. 5.9.) цепи тока, которых одновременно касается человек. Одной точкой (А) является корпус оборудования, на который замкнула фаза, другой - (В) основание. При растекании тока в земле на ее поверхности появляется напряжение, которое уменьшается в зависимости от увеличения расстояния (х) до места стекания тока в землю.

Напряжение прикосновения

Uпр = U_A - U_B = U_{3 1} •₂ (5.1)

где Uз = I₃ R₃ - напряжение на заземлителе (то же самое и на корпусе оборудования);

₁ - коэффициент напряжения прикосновения, для полушаровых заземлителей ₁ = (Х - Х₃) / Х (Х₃ - размер заземлителя,

Х - расстояние от заземлителя).

При Х = Х₃ коэффициент ₁ = 0, т.е. U_пр = 0; при Х Х₃ коэффициент ₁1, следовательно Uпр U₃. Другими словами: чем ближе человек находится к заземлителю, тем меньше будет напряжение прикосновение, чем дальше - тем больше. Это хорошо видно из схемы на рис. 5.9 и из формулы 5.1: напряжение в точке А остается постоянным, а в точке В изменяется от максимального значения до нуля.

Коэффициент ₂ зависит от сопротивления человека (R_h), обуви (R_o) и пола (R_п), то есть ₂ = R_h / (R_h + R_o + R_п ), следовательно, чем больше будет сопротивление обуви и основания, на котором стоит человек, тем меньше будет ₂ и напряжение прикосновения (U_пр).

Напряжение шага - это напряжение между двумя точками (С и Д, рис. 5.9) электрической цепи тока, находящимся одна от другой на расстоянии шага (а = 0,8 м, рис.5.9), на которых одновременно стоит человек.

С Д

Рис. 5.9. Напряжение прикосновения и шага

Uш = U_c - U_д = U_{3 1 2} (5.2)

где ₁ - коэффициент напряжения шага, зависит от заземлителя.

(5.3)

Анализ уравнения (5.3) и схемы на рис. 5.9 показывает, что чем ближе к месту стекания тока в землю, тем больше коэффициент ₁ и, следовательно, больше напряжение шага. С увеличением расстояния от места стекания тока коэффициент ₁ уменьшается и снижается напряжение шага. Коэффициент ₂ равен коэффициенту ₂ , т.е. ₂ = ₂ = R_h / (R_h + R_o + R_п ). Для снижения напряжений прикосновения и шага (соответственно величины тока, протекающего через человека) необходимо уменьшить напряжение (U₃) на заземляющем устройстве (формулы 5.1, 5.2) при замыкании на него фазы. Напряжение на корпус при замыкании на него фазы U_к=U_з= I_зR_з зависит от тока замыкания (I₃) и сопротивления заземляющего устройства (R₃). Величина тока замыкания зависит в основном от полного сопротивления изоляции фаз относительно земли = U_ф / (Z / З). Для ограничения тока замыкания () в первую очередь необходимо поддерживать сопротивление изоляции фаз сети на нормированном уровне. Сопротивление заземляющего устройства (R₃) также не должно превышать допустимых нормируемых значений. Кроме того, необходимо уменьшать расстояние между элементами заземлителя для выравнивания потенциалов на поверхности основания, увеличивать удельное электрическое сопротивление обуви (R_o) и основания (R_п). Данные мероприятия позволяют снизить напряжение прикосновения и шага до допустимых величин.

Заземлители подразделяются на естественные, искусственные и комбинированные (естественные + искусственные).

В качестве естественных заземлителей разрешается использовать токопроводящие элементы, находящиеся в земле и имеющие хороший контакт с грунтом, кроме трубопроводов с горючими жидкостями, газами и парами. Когда сопротивление естественных заземлителей превышает нормируемое значение, то к ним дополнительно размещают искусственные. Искусственные заземлители могут быть в виде горизонтальных металлических полос толщиной не менее 4 мм и вертикальных стержней из круглой стали диаметром не менее 10 мм, металлических уголков с толщиной полки не менее 3,5 мм, металлических труб с толщиной стенки не менее 3,5 мм и т.п. Все элементы заземляющего устройства между собой соединяются при помощи сварки (рис. 5.10), только к корпусам оборудования разрешено болтовое присоединение.

Рис. 5.10. Схемы присоединения элементов заземляющих шин

В качестве заземляющих проводников в цехах используют все металлические конструкции здания, а также подкрановые пути мостовых кранов и кранбалок, кроме трубопроводов с горючими жидкостями, газами, парами и свинцовых оболочек кабелей. Если металлические конструкции имеют болтовое или заклепочное соединение, то их между собой соединяют стальными перемычками сечением не менее 100 мм² при помощи сварки.

Кроме того, в цехах прокладывают магистральные заземляющие шины по стенам здания на высоте 400 - 600 мм от пола. В сухих помещениях шины крепят к стене, (рис. 5.11, а), а в сырых помещениях и с агрессивной средой - на кронштейнах (рис.5.11, б)_. Минимальные размеры заземляющих шин, проложенных в помещении цеха: круглые из оцинкованной проволоки - диаметр не менее 5 мм, прямоугольные сечением 4 х 6 мм площадью не менее 24 мм², металлический уголок с толщиной полки не менее 2,5 мм, металлические трубы с толщиной стенки не менее 2,5 мм. Соединяют элементы заземляющих шин при помощи сварки в нахлестку (рис. 5.10). Внутри цеха заземляющие шины образуют контур, который не менее чем в двух местах соединяется при помощи сварки с заземлителем, расположенным снаружи цеха. Внутри цеха заземляющие шины окрашивают в черный цвет. Внутренние заземляющие шины дверные проемы обходят по верху. В исключительных случаях заземляющие шины прокладывают в металлических трубах в полу при обходе дверных проемов.

Корпуса оборудования к магистральным заземляющим шинам присоединяют при помощи специальных заземляющих шин или используют для этого металлические трубы, в которых прокладывают провода или кабели для подвода электроэнергии к электроприемнику.

Корпуса оборудования к магистральным заземляющим шинам разрешается присоединять только параллельно (рис. 5.12).

Искусственные заземлители подразделяются на контурные и выносные (рис.5.12).

Контурные искусственные заземлители (рис. 5.12) располагают снаружи по периметру здания на расстоянии 1 - 1,5 м от отмостки стены здания. Для этого роют траншею глубиной 0,5 - 1,0 м, в которую забивают вертикальные стержни длиной 1,5 - 3 м и соединяют их металлической полосой при помощи сварки. Затем эту полосу соединяют проводником не менее чем в двух местах с магистральной заземляющей шиной цеха с помощью сварки. Измеряют сопротивление заземлителя и заземляющего устройства и засыпают траншею землей.



1 - прямоугольного сечения;

2 - круглого сечения

Рис. 5.11. Крепление заземляющих шин к стене здания:

а - в сухих помещениях; б - в сырых помещениях и в помещениях с агрессивной средой

Когда удельное электрическое сопротивление грунта вокруг здания высокое ( 1000 Омм) или разместить заземлитель по техническим причинам невозможно, то заземлитель располагают вдали от здания (рис. 5.12).

Рис. 5.12. Схемы искусственных заземляющих устройств.

При одинаковых условиях уровень электробезопасности при контурном заземляющем устройстве выше, чем при выносном. При контурном заземлителе напряжение прикосновения внутри контура U_пр = I₃ Rз _{1 2} = , где ₁ 0,15…0,4, а при выносном - внутри помещения U_пр = I₃ R_{3 1 2} где ₁ 1, т.е. при выносном заземлителе создавать необходимый уровень электробезопасности в основном можно только за счет снижения сопротивления заземлителя (R₃).

Сопротивление заземляющих устройств регламентировано ПУЭ и ПТБ электроустановок потребителей. В установках U до 1000 В с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 4 Ом. При мощности трансформаторов или генераторов 100 кВА и менее допускается сопротивление заземляющего устройства не более 10 Ом.

В установках U 1000 В с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства должно быть не более:

- при использовании заземляющего устройства одновременно и для установок до 1000 В

R₃ = 125 / I₃ 10 Ом

где I₃ - расчетный ток замыкания на землю, А;

- при использовании заземляющего устройства только для электроустановок выше 1000 В

R₃ = 250 / I₃ 10 Ом;

- если I₃ 500 А, то R₃ 0,5 Ом.

Сопротивление заземлителей как естественных, так и искусственных рассчитывают. При совместном использовании естественных и искусственных заземлителей сначала рассчитывают сопротивление естественных заземлителей, а затем определяют какую величину сопротивления должен иметь искусственный заземлитель (R_и).

, Ом

где R_н - нормируемое сопротивление заземлителя, Ом;

R_е - сопротивление естественных заземлителей, Ом.

Методика расчета искусственных заземлителей.

1) Рассчитывают сопротивление стекания тока с вертикального стержня

2) Определяют необходимое количество вертикальных стержней

N = R_е (R_{н c}), шт.

3)Рассчитывают сопротивление стеканию тока с соединительной полосы

, Ом

4) Определяют общее сопротивление заземлителя

, Ом

5) Сравнивают с нормируемым

R_к R_н

6) Если R_к R_н - увеличивают количество элементов искусственного заемлителя и расчет проводят до тех пор, пока R_к R_н

где - удельное сопротивление грунта, Омм;

? - длина стержня, м;

d - диаметр стержня, м;

H - расстояние от поверхности земли до середины стержня, м;

L - длина соединительной полосы, м;

В - ширина соединительной полосы, м;

h - расстояние от поверхности земли до соединительной полосы;

_с, _п - коэффициенты экранирования (значения табличные).

Сопротивление цеховых заземлителей необходимо измерять не реже 1-го раза в год. Измеряют сопротивление заземлителей прибором ЭКО - 200 или мостом МС - 08. затем сравнивают с допустимым, т.е. R_изR_н

Выборочное вскрытие грунта для осмотра заземлителей в наиболее опасных местах проводят не реже 1 раза в 10 лет.

Зануление электрооборудования

Зануление применяется для защиты людей от поражения электрическим током при замыкании фазы на корпус в 3-х фазных 4-х проводных сетях с глухозаземленной нейтралью источника тока напряжением до 1000 В.

При занулении оборудования (рис. 5.13) корпус оборудования 1 при помощи токопровода 2 соединяют с нулевым защитным проводником 3 (Н.3.П)

Рис. 5.13. Зануление электрооборудования

Защита от поражения током при занулении оборудования осуществляется в момент замыкания фазы на корпус одновременно двумя защитными действиями:

- снижением напряжения на корпусе относительно земли (U_к.з.) в 4 раза, то есть напряжение прикосновения снижается в четыре раза, так как U_пр = U_к-з = U_ф / 4;

- превращением тока однофазного замыкания () вследствие малого сопротивления нулевого защитного проводника (обычно Z_H ? 0,1 - 0,2 Ом) в ток однофазного короткого замыкания (), который возрастает в несколько раз или на несколько порядков, что приводит к надежному срабатыванию максимальной токовой защиты (МТЗ) и отключению поврежденной установки за допустимое время (?) в зависимости от величины напряжения прикосновения (см. табл. 2).

Кроме заземления нулевой точки источника питания нулевой защитный проводник заземляют повторно (R_п) через каждые 500 м (рис. 5.13), а также при вводе в производственные и общественные здания.

Корпуса оборудования соединяют с нулевым защитным проводником, расположенным в распределительных электрических щитах, при помощи специальных проводов (изолированных или голых), заземляющих жил кабелей или металлических труб, в которых находятся провода или кабеля для подвода энергии к электроустановке. Иногда в цехе прокладывают заземляющую магистральную шину (как при защитном заземление), которую в распределительном пункте присоединяют к нулевой точке источника и ее заземлителю. Корпуса оборудования к заземляющей шине присоединяют точно также, как при защитном заземлении.

При занулении оборудования с помощью проводников на их концы надевают (запрессовывают) наконечники из латунных гильз.

Наконечники проводников при помощи болтов с гайками и пружинными шайбами присоединяют к корпусу оборудования и нулевому проводнику (нулевой точке источника), находящемуся в электрическом распределительном пункте (РП) или щите (РЩ).

Минимальные размеры медных и алюминиевых проводников по механической прочности для зануления оборудования приведены в таблице 3.

Таблица 3

Минимальные размеры проводников для зануления оборудования

№	Виды проводника	Медные, мм2	Алюминиевые, мм2
1	Голые проводники при открытой прокладке	4,0	6,0
2	Изолированные проводники	1,5	2,5
3	Заземляющие жилы кабелей или многожильные проводники в общей защитной оболочке с фазными жилами	1,0	1,5

Заземляющие проводники для присоединения повторных заземлителей к нулевому защитному проводнику нужно выбирать по условию длительного допустимого тока, но не менее чем для 25 А.

Проводимость нулевого защитного проводника должна быть не менее 0,5 проводимости фазного проводника. В нулевой защитный проводник запрещено устанавливать всякого рода предохранители, разъединители и тому подобное.

Сопротивление заземляющих устройств, к которым присоединены нейтрали трансформаторов или генераторов или выводы источников однофазного тока, в любое время года должно быть не более 2,4 и 8 Ом соответственно при U_л 660, 380 и 220 В источников 3-х фазного тока или 380, 220 и 127 В источников однофазного тока. Это сопротивление должно быть обеспечено с учетом использования естественных заземлителей. При этом сопротивление заземлителя, расположенного в непосредственной близости от нейтрали трансформатора или генератора или вывода источника однофазного тока, должно быть не более 15, 30 и 60 Ом соответственно при U_л 660, 380 и 220 В источника 3-х фазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока.

Методика расчета зануления

1) Номинальный ток электроустановки , А;

2) Пусковой ток электроустановки , А;

3) Расчетный ток защиты , А;

4) По I_з.р выбирают токовую защиту для электроустановки I_МТЗ;

5) Проверяют надежность срабатывания максимально токовой защиты ;

6) Рассчитывают ток однофазного короткого замыкания , А;

7) Если не выполняется условие - уменьшают сопротивление Z_ф и Z_н за счет увеличения площади поперечного сечения фазного и нулевого проводов, и снова производят расчет

...