Опасность электрического тока

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Характерной особенностью развития электроснабжения и, соответственно, энергопотребления является опережающий рост их в сельском хозяйстве, в том числе и зерноперерабатывающей промышленности [1]. Предприятия зерноперерабатывающей промышленности оснащены высокомеханизированным и автоматизированным оборудованием. В связи с этим увеличивается потенциальная опасность возникновения травмоопасных ситуаций, в том числе и поражение электрическим током [2]. Поэтому соблюдение всех требований электробезопасности ведет к снижению трамвоопасности. Применение средств индивидуальной и коллективной защиты приводит к максимальному снижению риска поражения электрическим током на производстве.

1. Опасность электрического тока

Широкое применение электрических установок на предприятиях зерноперерабатывающей промышленности создает опасность поражения человека электрическим током. Такую опасность создает разнообразное оборудование, электрический привод машин и механизмов, электрооборудование подъемно-транспортных устройств, осветительные участки, электрифицированные инструменты. Причинами электротравм нередко бывают недостатки в конструкции и монтаже оборудования, недочеты эксплуатации, неудовлетворительная организация рабочих мест, недостаточные инструктажи [3]. Когда человек находится в сфере действия интенсивного электромагнитного поля или непосредственно соприкасается с находящимися под напряжением проводниками электрического тока, по его телу проходит электрический ток. В результате воздействия тока на организм может возникнуть электротравма [4]. Причем поражение электрическим током возникает при прикосновении человека не менее чем к двум участкам электрической цепи, между которыми существует напряжение [2]. Поэтому на предприятиях необходимо соблюдать все правила электробезопасности. Под электробезопасностью понимают систему организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества. Травма, вызванная воздействием электрического тока и электрической дуги, называется электротравмой, а явление, характеризующее совокупность электротрамв, электротравматизмом [3]. Электротравмы составляют около 10 % от общего числа травм на производстве и от 20 % до 30 % от числа смертельных несчастных случаев. При этом большинство, до 80 % смертельных несчастных случаев происходит на электроустановках до 1000 В, которые в основном и применяются на производстве. Опасность электроустановок определяется тем, что токоведущие проводники или корпуса машин, оказавшиеся под напряжением в результате повреждения изоляции, не подают сигналов опасности, на которые реагирует человек. Реакция на электрический ток возникает лишь после его прохождения через ткани человека. В этих случаях возникают судороги мышц или остановка дыхания или сердца, что не позволяет человеку самостоятельно освободиться от контакта с установкой или проводами, находящимися под напряжением. Как показывает практика, спасение человека возможно, если время, в течение которого человек находится под действием электрического тока, не превышает пяти минут. Характер и интенсивность нарушений в организме, вызванных электрическим током, в основном определяются видом и величиной тока, длительностью его воздействия. Поражение организма в большей степени зависит от величины тока, проходящего через жизненно важные органы человека, мозг, центральную нервную систему, органы дыхания. Сила тока, проходящего через организм, определяется величиной приложенного напряжения и сопротивлением тела человека. Сопротивление тела человека не стабильно, может изменяться в широких пределах и зависит от многих факторов. Однако на величину этого сопротивления влияет главным образом степень влажности кожи. При влажной коже сопротивление резко снижается, а сила тока соответственно увеличивается. При сухой коже ток может проходить в организм человека через роговой слой, который обладает относительно большим сопротивлением. Приложенное к человеку напряжение зависит от способа контактирования с токоведущими частями. При двухполюсном прикосновении, то есть при прикосновении к двум фазам или полюсам, приложенное к человеку напряжение будет равно напряжению сети. При однополюсном прикосновении, то есть при прикосновении к одной фазе или полюсу, приложенное к человеку напряжение будет зависеть от последовательно включенных с ним сопротивлений в цепи. В подавляющем большинстве случаев происходит однополюсное прикосновение, при котором приложенное к человеку напряжение определяется главным образом сопротивлением обуви, пола и земли. Влажная обувь, влажный или токопроводящий пол обладают большой проводимостью, и поэтому приложенное к человеку напряжение может достигнуть фазного напряжения, в сети с заземленной нейтрально. Следовательно, в помещении с токопроводящими полами, и к тому же сырых и жарких, прикосновение человека к частям, находящимся под напряжением, опасно для жизни [4].

2. Воздействие электрического тока на организм человека. Характеристика электротравм

Тело человека обладает сопротивлением, которое складывается из сопротивления кожи и сопротивления внутренних органов. Наибольшим сопротивлением обладает верхний слой кожи, имеющий толщину до 0,2 мм, внутренние органы обладают небольшим сопротивлением от 300 до 500 Ом. При наличии сухой неповрежденной кожи сопротивление тела человека может колебаться в зависимости от индивидуальных особенностей в пределах от 1000 до 400000 Ом. Большое влияние на снижение сопротивления тела оказывает состояние кожи, наличие пота, общее ослабление организма, состояние опьянения. При сочетании некоторых неблагоприятных факторов и при состоянии опьянения сопротивление тела человека снижается до 300 Ом. В расчетах, связанных с определением тока, проходящего через тело человека, сопротивление тела человека принимается равным 1000 Ом. Величина тока, проходящего через человека, является фактором, определяющим тяжесть поражения электрическим током. Электрический ток, проходя через человека, оказывает сложное физико-биологическое воздействие на основные системы организма, которое выражается в воздействии на мышечные и нервные ткани, приводит к ожогам внутренних и внешних органов, электролизе крови. Основной причиной электротравм является то, что человек не может дистанционно определить находится ли установка под напряжением или нет. Ток, протекающий через тело человека, действует на организм не только в местах контакта и по пути протекания тока, но и на кровеносную, дыхательную и сердечно-сосудистую системы. Электрический ток, проходя через тело человека, оказывает следующие виды воздействия:

а) термическое, которое вызывает ожоги отдельных участков тела, нагревание кровеносных сосудов и нервных волокон. Внешнее проявление ожогов начинается с покраснения кожи и образования пузырей с жидкостью до почернения и обугливания кожи и мягких тканей;

б) электролитическое или химическое вызывает разложение крови и других органических жидкостей организма, а также значительные нарушения их физико-химического состава;

в) биологическое, которое проявляется как раздражение и возбуждение живых тканей организма, что сопровождается непроизвольными судорожными сокращениями мышц, в том числе легких и сердца, и может привести к разрыву тканей и мышц;

г) механическое воздействие связано с сильным сокращением мышц, вплоть до их разрыва, вывихов суставов и даже повреждение костей.

Это многообразие действий электрического тока может привести к электрическим травмам и электрическим ударам. Электрические травмы представляют собой четко выраженные местные повреждения тканей организма, вызванные воздействием электрического тока или электрической дуги. Различают:

а) электрические ожоги. Они возможны при прохождении значительного электрического тока, более 1 А. Самая распространенная травма - следствие преобразования электрической энергии в тепловую. Различают четыре степени ожога: покраснение кожи, образование пузырей, омертвление всей толщи кожи, обугливание тканей;

б) электрические знаки. Они возникают при хорошем контакте с токоведущими частями, представляют собой припухлость с затвердевшей в виде мозолей кожей серого или желтовато-белого цвета круглой или овальной формы, края резко очерчены белой или серой каймой;

в) металлизация поверхности кожи. Представляет собой попадание расплавленных частиц металла электрической дуги на кожу при коротких замыканиях, отключениях рубильников под нагрузкой;

г) электроофтальмия. Это ожог слизистой оболочки глаз, вызванный интенсивным излучением электрической дуги, спектр которой содержит вредные для глаз ультрафиолетовые и инфракрасные лучи;

д) механические повреждения, обусловленные возбуждением и судорожным сокращением мышц тела, что может вызвать их разрыв или повреждение кожных покровов, кровеносных сосудов, нервных тканей, вывих суставов и даже перелом костей.

Электрический удар представляет собой возбуждение живых тканей организма проходящим через него электрическим током, сопровождающееся непроизвольными судорожными сокращениями мышц. Условно можно разделить на четыре степени:

- первая степень - без потери сознания;

- вторая степень - с потерей сознания, но с сохранением дыхания;

- третья степень - без дыхания и без поражения работы сердца;

- четвертая степень - с поражением работы сердца и органов дыхания.

Ток, величиной несколько десятков миллиампер, при длительном воздействии, более 20 секунд, приводит к остановке дыхания, но наиболее опасны остановка сердца и фибрилляция сердца. Остановка сердца вызывается током в несколько сотен миллиампер при сравнительно малой длительности воздействия, доли секунд, при чем мышцы сердца расслабляются и остаются в этом состоянии. Фибрилляция сердца заключается в беспорядочном сокращении и расслаблении мышечных волокон сердца. На основании исследований воздействия электрического тока на организм человека определены следующие величины:

1) порог ощущения - наименьшее ощутимое ощущение тока. Его величина составляет от 0,5 до 1,5 мА;

2) порог неотпускающего тока - наименьшее ощущение тока, при котором человек уже не может самостоятельно освободиться от действия тока. Его величина составляет 10 мА;

3) ток 100 мА и более принято считать смертельным током.

Поражение человека электрическим током может произойти в случаях:

- прикосновения неизолированного от земли человека к токоведущим частям электроустановок, находящихся под напряжением;

- приближение человека, неизолированного от земли, на опасное расстояние к токоведущим незащищенным изоляцией частям электроустановок, находящихся под напряжением;

- прикосновения неизолированного от земли человека к нетоковедущим металлическим частям, корпусам электроустановок, оказавшихся под напряжением из-за замыкания на корпус;

- соприкосновения человека с двумя точками земли, пола, находящимися под разными потенциалами в поле растекания тока, называемые шаговым напряжением. Напряжением шага называют напряжение между двумя точками, на которых одновременно стоит человек. Схема напряжения шага изображена на рисунке 1.

- удара молнии;

- действия электрической дуги;

- освобождения другого человека, находящегося под напряжением.

Рисунок 1 - Напряжение шага.

3. Факторы, определяющие тяжесть поражения человека электрическим током

Тяжесть поражения электрическим током зависит от силы тока, электрического сопротивления тела человека, длительности протекания тока через тело, рода и частоты тока, индивидуальных свойств человека, условий окружающей среды. Сила тока зависит от напряжения, под которым оказался пострадавший, и суммарного электрического сопротивления, в которое входит и сопротивление тела человека. При больших напряжениях, а также значительном времени прохождения тока через тело человека сопротивление его кожи падает, что ведет к увеличению тока и более тяжелому исходу поражения им. На величину сопротивления тела человека оказывает также влияние физическое и психическое состояние человека. Нездоровье, утомление, голод, опьянение, эмоциональное возбуждение приводят к снижению его величины. Характер воздействия электрического тока на человека в зависимости от силы и рода тока приведен в таблице 1. Допустимым следует считать ток, при котором человек может самостоятельно освободиться от электрической цепи. Его величина зависит от времени прохождения тока через тело человека.

Таблица 1 - Характер воздействия электрического тока на человека в зависимости отсилы и рода тока

Сила тока, мА	Характер воздействия
	Переменный ток с частотой 50 Гц	Постоянный ток
1	2	3
0,6-1,5	Начало ощущений, легкое дрожание пальцев	Ощущений нет
2-2,5	Начало болевых ощущений	Ощущений нет
5-7	Начало судорог в руках	Зуд, ощущение нагрева электродов
8-10	Судороги в руках, трудно, но еще можно оторваться от электродов	Усиление ощущения
20-25	Сильные судороги рук и боли, оторваться от электродов нельзя, дыхание затруднено	Судороги рук, затруднение дыхания
50-80	Паралич дыхания, при длительном протекании тока - фибрилляция сердца	Судороги рук, затруднение дыхания
90-100	Фибрилляция сердца, при длительности тока от 2 до 3 секунд с параличом дыхания еще через несколько секунд	Паралич дыхания при длительном протекании тока
300	То же за меньшее время	Фибрилляция сердца через 3 секунды, еще через 3 секунды - паралич дыхания

Анализ данных показывает, что при напряжении 220 В переменный ток по сравнению с постоянным более опасен. При высоких напряжениях, более 500 В, опаснее постоянный ток. Наиболее опасным является переменный ток с частотой от 20 до 100 Гц, этому диапазону соответствует ток промышленной частоты. Из всех возможных путей прохождения тока через тело человека наиболее опасными являются те, при которых поражается головной или спинной мозг, такими являются голова-руки, голова-ноги. Весьма опасен случай прохождения тока через сердце и легкие, таким путем является путь руки- ноги. Характеристика путей тока в теле человека приведена в таблице 2. На сопротивление тела человека, а следовательно, и на исход поражения электрическим током влияют параметры микроклимата в помещении. Увеличение температуры, влажности, снижение подвижности воздуха приводят к увеличению опасности поражения электрическим током, поскольку влаговыделение, в том числе выделение пота, обуславливает снижение сопротивления кожных покровов. На исход поражения током также влияет квалификация работников, так как пострадавший работник, хорошо знающий требования электробезопасности, может быстрее оценить ситуацию и принять наиболее эффективные меры для прекращения действия тока.

Таблица 2 - Характеристика путей тока в теле человека

Путь тока	Частота возникновения пути тока, %	Доля терявших сознание при прохождении тока,%
Рука - рука	40	83
Правая рука - ноги	20	87
Левая рука - ноги	17	80
Нога - нога	6	15
Голова - ноги	5	88
Голова - руки	4	92
Прочие	8	65

Поражение человека электрическим током возможно лишь в том случае, когда он оказывается включенным в электрическую цепь, а степень поражения определяется тем, каким образом человек оказался под напряжением. Существует два вида включения человека в электрическую сеть, однополюсное и двухполюсное. При однополюсном или однофазном включении, которое является наиболее распространенным, человек прикасается к одному полюсу или одной фазе соответственно. Такое включение может быть при ремонтных работах, замене аппаратов защиты, плавких предохранителей, электроламп, прикосновении к оголенному проводнику или корпусу оборудования, находящемуся под напряжением, вследствие пробоя изоляции или отсутствии заземления. При однополюсном включении опасность поражения током несколько уменьшается благодаря защитному действию изоляции пола и обуви. Двухполюсное или двухфазное включение происходит в тех случаях, когда человек прикасается к двум полюсам или фазам токоведущих частей электроустановки, находящейся под напряжением. Двухполюсное включение наиболее опасно для жизни, поскольку человек оказывается под действием межфазного, линейного, напряжения. Опаснее еще и потому, что человек прикасается к фазам двумя руками и ток проходит через его внутренние органы. В этом случае изоляция пола, обуви защитной роли для человека не играет.

4. Классификация помещений по опасности поражения электрическим током

В зависимости от наличия перечисленных условий, повышающих опасность воздействия тока на человека Правила устройства электроустановок делят все помещения по опасности поражения людей электрическим током на следующие классы: без повышенной опасности, с повышенной опасностью, особо опасные. Помещения без повышенной опасности характеризуются отсутствием условий, создающих повышенную и особую опасность. Это сухие, беспыльные помещения с нормальной температурой воздуха и с изолирующими полами, в которых отсутствуют условия, свойственные помещениям с повышенной опасностью и особо опасным. Такими помещениями могут быть обычные конторские помещения, инструментальные кладовые, лаборатории, а также некоторые производственные помещения, в том числе цехи приборных заводов, размещенных в сухих, беспыльных помещениях с изолирующими полами и нормальной температурой. Помещения с повышенной опасностью характеризуются наличием одного из следующих признаков: токопроводящих полов, повышенной, более +35°С, температуры воздуха, повышенной, более 75%, относительной влажности воздуха, токопроводящей пыли на оборудовании и проводке, возможности прикосновения работающих одновременно к электрооборудованию и металлоконструкциям зданий или инженерному оборудованию, имеющим связь с землей. К этому классу помещений относятся складские неотапливаемые помещения, мучные отделения и участки с нормальной температурой и влажностью без выделения пыли, но с токопроводящими полами. Помещения особо опасные характеризуются сочетанием двух и более признаков помещений с повышенной опасностью, наличием особой сырости, относительная влажность воздуха порядка 100%, наличием химически активной или органической пыли, плесени, разрушающе действующей на изоляцию. К таким помещениям относятся и участки работ на земле под открытым небом или под навесом. Класс помещения по опасности поражения током учитывается при выборе допустимого напряжения переносных светильников, которое в помещениях без повышенной опасности составляет 42 В, с повышенной опасностью - 24 В, особо опасных - 12 В. Работы по степени электробезопасности делятся по тем же признакам на работы без повышенной опасности, повышенной опасности и особо опасные.

5. Технические способы и средства защиты от поражения электрическим током

Защитить людей от поражения электрическим током можно при условии знания и соблюдения ими правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок. К техническим способам и средствам защиты от поражения электрическим током относятся:

- электрическая изоляция токоведущих частей;

- защитное заземление, зануление;

- защитное отключение;

- ограждение неизолированных токоведущих частей и расположение их на недоступной высоте;

- малое напряжение;

- блокировочные устройства;

- электрическое разделение сетей;

- увеличение сопротивления изоляции токоведущих частей;

- применение устройств защитного отключения и средств коллективной защиты, а также изолирующих средств защиты.

Защитному заземлению или занулению подлежат металлические части электроустановок, доступные для прикосновения человека и не имеющие других видов защиты, обеспечивающих электробезопасность.

Надежная электрическая изоляция различных токоведущих проводов является основой обеспечения электробезопасности. Теоретически надежная и качественная электрическая изоляция может обеспечить стопроцентную электробезопасность для защищенных частей и сетей, находящихся под напряжением. Однако на практике электрическая изоляция может быть разрушена от механических повреждений, действия механически активной среды, повышенной температуры, неправильной эксплуатации электроустановок. При этом может появиться напряжение на корпусе машин и оборудования, которые обычно не находятся под напряжением. Различают рабочую, дополнительную, двойную и усиленную изоляцию. Рабочей является электрическая изоляция токоведущих частей электроустановки, обеспечивающая ее нормальную работу в заданных условиях эксплуатации. Дополнительной называют изоляцию, предусмотренную дополнительно к рабочей для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения рабочей изоляции. Двойная изоляция представляет собой электрическую изоляцию, состоящую из рабочей и дополнительной изоляций. Усиленная изоляция представляет собой улучшенную рабочую изоляцию, обеспечивающую такую степень защиты от поражения током, как и двойная изоляция.

Защитное заземление представляет собой преднамеренное электрическое соединение металлических частей электроустановок с землей или ее эквивалентом и обеспечивает защиту людей от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям оборудования, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения электрической изоляции. Принципиальная схема защитного заземления изображена на рисунке 2. При пробое изоляции токоведущих частей корпус, изолированный от земли, оказывается под фазовым напряжением. Такую же величину составляет и напряжение прикосновения. Потенциал рук соответствует потенциалу корпуса, а потенциал ног или земли будет равен нулю. Ток, проходящий через тело человека, будет равен:

I = U/ (R + r), А;

где R - внешнее сопротивление тока, протекающего тело человека;

r - внутреннее сопротивление тела человека.



Рисунок 2 - Принципиальная схема защитного заземления.

а - в сети с изолированной нейтралью; б - в сети с заземленной нейтралью;1 - заземляемое оборудование; 2 - заземлитель защитного заземления; 3 - заземлитель рабочего заземления; R_з - сопротивление защитного заземления; R_о - сопротивление рабочего заземления.

При наличии заземления, вследствие отекания тока на землю, потенциал ног при касании работающим корпуса не равен нулю. Следовательно, напряжение прикосновения и ток, проходящий через человека, оказывается меньше, чем в незаземленной установке. Для того, чтобы падение напряжения на заземлении было минимальным, величину у его сопротивления ограничивают. Она должна быть в установке с напряжением 380/220 В не более 4 Ом, а в установках с напряжением 220/127 В - не более 8 Ом. Если мощность источника питания не превышает 100кВ•А, сопротивление заземления может быть в пределах 10 Ом. В качестве заземляющих устройств электроустановок прежде всего должны быть использованы естественные заземлители. Возможно использование железобетонных фундаментов промышленных зданий и сооружений. При отсутствии естественных заземлителей допускается применение переносных заземлителей, ввинчиваемых в землю. Возможно устройство искусственных заземлителей в виде очагов из трех стержней, расположенных по прямой линии или по треугольнику. В качестве стержней можно использовать нестационарные стальные трубы диаметром от 50 до 75 мм, угловую сталь с размерами полос 50•50 мм и 60•60 мм, стальные стержни диаметром от 10 до 20 мм и длиной 3 м. Стержни, к которым привариваются соединительные проводники, после заглубления в землю должны иметь концы длиной от 100 до 200мм над поверхностью земли. Категорически запрещается использовать в качестве заземлителей трубопроводы с горючими жидкостями и газами. Техническое освидетельствование защитного заземления проводится после каждого ремонта оборудования, но не реже одного раза в год и сводится проверке наличия электрической цепи между заземляющим устройством и электроустановкой и наличия сопротивления заземления. Как правило, оно проводится в холодный период года, когда электропроводность грунта минимальна. При этом используют специальные измерители защитного заземления.

Неизолированные токоведущие части, провода, закрепленные на изоляторах, располагают на определенной высоте, где они недоступны для случайного прикосновения, или их закрывают крышками, кожухами. Если ограждения изготавливают из диэлектриков или металла, то их располагают на определенном расстоянии от неизолированных токоведущих частей, величина которого зависит от напряжения установки.

Для уменьшения опасности поражения электрическим током применяют малое напряжение, 12 и 42 В. В особо неблагоприятных условиях, колодцах, траншеях, подвалах, сырых помещениях, для питания переносных электросветильников используют напряжение 12 В. В помещениях с повышенной опасностью поражения электрическим током, в аккумуляторных, котельных и других помещениях с повышенной влажностью и токопроводящими полами необходимо применять ручной электрифицированный инструмент, переносные лампы, работающие при напряжении 42 В. Для получения малого напряжения используют специальные понижающие трансформаторы. При этом один конец вторичной обмотки трансформатора и его корпус следует заземлять на случай пробоя изоляции между первичной и вторичной обмотками.

Неоценимую роль в защите работников от электротравматизма играют блокировочные устройства, которые не допускают ошибок персонала при работе на электроустановках. Как правило, блокировки представляют собой устройства, которые допускают только определенный порядок включения механизма, исключая тем самым попадание человека в зону, где возможно прикосновение к токоведущим частям.

Электрическое разделение сетей осуществляется с помощью специальных разделительных трансформаторов. Сеть делят на отдельные короткие участки, от 2 до 6 м, с помощью трансформатора с коэффициентом трансформации 1:1. Этим достигается общий высокий уровень изоляции проводов за разделительным трансформатором независимо от активного сопротивления изоляции. При пробое изоляции в токоприемнике и прикосновении человека к корпусу через него пройдет ток, который будет мал и не вызовет никаких ощущений.

Защитное отключение представляет собой систему быстродействующей защиты, автоматически отключающую электроустановку при возникновении в ней опасности поражения человека электрическим током. Защитное отключение применяется в тех случаях, когда невозможно или трудно осуществить защитное заземление или зануление, либо когда высока вероятность прикосновения людей к неизолированным токоведущим частям электроустановки. Поэтому защитное отключение целесообразно в ручном электроинструменте, в передвижных электроустановках. Опасность поражения электрическим током возникает при замыкании фазы на корпус, при снижении сопротивления изоляции фаз относительно земли ниже определенного предела, при прикосновении человека к токоведущей части, находящейся под напряжением. В этих случаях происходит изменение электрических параметров сети, в частности, напряжения корпуса электроустановки относительно земли. Изменение любого из указанных параметров до определенной величины, при которой может возникнуть опасность поражения электрическим током, служит импульсом для срабатывания системы автоматического отключения. Основными частями защитного отключения является прибор защитного отключения и автоматический выключатель. Прибор защитного отключения реагирует на изменение каких-либо параметров электрической сети и подает сигнал на отключение автоматического выключателя. Прибор состоит из датчика, воспринимающего изменения каких-либо параметров электрической сети, усилителя, предназначенного для усиления сигнала от датчика, сети контроля, служащей для периодической проверки исправности системы защитного отключения, вспомогательных элементов, сигнальных и измерительных приборов. Автоматический выключатель служит для отключения электрической сети при коротких замыканиях и других изменениях электрической цепи. Автоматический выключатель отключает сеть при поступлении сигнала от прибора защитного отключения.

Изолирующие средства защиты предназначены для изоляции человека от частей электроустановок, находящихся под напряжением. Основными изолирующими средствами для обслуживания электроустановок напряжением до 1000 В служат изолирующие штанги, изолирующие и измерительные клещи, указатели напряжения, диэлектрические перчатки, слесарно-монтажный инструмент с изолирующими ручками, изолирующие лестницы, площадки. Дополнительными изолирующими средствами являются диэлектрические калоши, коврики, изолирующие подставки.

Рассмотрим зануление более подробно, чем другие способы и средства обеспечения электробезопасности. Зануление представляет собой превращение замыкания на корпус электроустановки в однофазное короткое замыкание. В результате возникает большой ток короткого замыкания, который вызывает срабатывание токовой защиты и отключение поврежденного участка. Зануление состоит в преднамеренном соединении металлических контактов ведущих частей оборудования, которые могут оказаться под напряжением вследствие пробоя изоляции, нулевым защитным проводником. При замыкании любой фазы корпуса образуется контур короткого замыкания, характеризуемый силой тока большой величины, достаточной для выбивания плавких предохранителей в фазных питающий проводах. Таким образом электроустановка обесточивается. На случай обрыва нулевого провода на участке, близком к нейтрали, предусматривается повторное заземление нулевого проводника. По этому заземлению ток стекает на землю, откуда попадает в заземление нейтрали, по нему во все фазные провода, включая провод, имеющий пробитую изоляцию, далее на корпус. Образуется контур короткого замыкания. Принципиальная схема зануления изображена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Принципиальная схема зануления.

1 - корпус однофазного приемника тока; 2 - корпус трехфазного приемника тока; 3 - предохранители; 4 - заземлители; I_k - ток однофазного короткого замыкания; Ф - фазный провод; U_ф - фазное напряжение; НР - нулевой рабочий проводник;НЗ - нулевой защитный проводник; КЗ - короткое замыкание.

Занулением называется защитное мероприятие, применяемое только в сетях с заземленной нейтралью напряжением ниже 1000 В, предназначенное для защиты людей от напряжения, возникающего на металлических частях оборудования, нормально не находящихся, но могущих оказаться под напряжением при тех или иных повреждениях изоляции, и заключающееся в создании в поврежденной цепи значения тока, достаточного для надежной работы защиты[1]. Защитный эффект зануления состоит в уменьшении длительности замыкания на корпус и, следовательно, в снижении времени воздействия электрического тока на человека. При подключении корпусов электроустановок к нулевому проводу любое замыкание становится однофазным коротким. Ток короткого замыкания определяется фазным напряжением и полным сопротивлением цепи:

I_к.з.= U_ф /( r_т /3 + r_ф.пр.+ r_н) , А;

где r_т - сопротивление обмоток трансформатора, Ом;

r_ф.пр. - сопротивление фазного провода, Ом;

r_н - сопротивление нулевого провода, Ом.

При r_т /3+ r_ф.пр.= r_ф ток короткого замыкания будет равен

I_к.з. = U_ф / ( r_ф + r_н), А;

где r_ф - фазное сопротивление, Ом.

Если принять r_ф = r_н , то при замыкании на корпус напряжение на нем, равное падению напряжения на нулевом проводе, составит:

U_н = I_к.з. • r_н = U_ф • r_н / (2 r_н ) = U_ф / 2 = U_к.

При фазном напряжении, равном 220 В напряжение на корпусе будет равным 110 В. По условиям безопасности появление такого напряжения на корпусе допустимо в течение не более полусекунды. За это время в ряде случаев автоматическое отключение установки не произойдет. Поэтому для повышения безопасности нулевой провод повторно заземляют. В этом случае при замыкании на корпус ток замыкания на землю составит:

I_к.з. = U_н / ( R_о + R_п ), А;

где R_о - сопротивление заземления нейтрали, Ом;

R_п - сопротивление повторного заземления, Ом.

В случае применения повторного заземления срабатывает цепь повторного заземления, включенная параллельно вышеописанной. При условии соблюдения принятых допущений падение напряжения на сопротивлении повторного заземления составит:

U_з = I_к.з. • R_п = U_к / 2 = U_ф / 4, В.

Сравнивая формулы U_к = U_ф /2 и U_з = U_ф /4 получим, что повторное заземление при замыкании на корпус снижает его потенциал, таким образом повышает его безопасность. При фазном напряжении, равном 220 В, напряжение на корпусе будет не 110 В, а 55 В. Такое напряжение допускает увеличение времени срабатывания защиты до одной секунды. Применение повторного заземления нулевого провода дает аналогичное снижение потенциала на корпусе оборудования и при обрыве нулевого провода. В сети с глухозаземленной нейтралью нельзя соединять части корпусов электроустановок с нулевым проводом с частями, заземленными на отдельные заземлители, потому что при замыкании на одном из корпусов электроустановок, подсоединенных к отдельному заземлителю, напряжение на нем достигает опасной величины. В этом случае корпуса электроустановок, неправильно подсоединенных к нулевому проводу, окажутся под опасным напряжением относительно земли. Зануление должно быстро, в течении двух десятых секунды, отключить поврежденную электроустановку от сети, в то же время обеспечить безопасность прикосновения человека к зануленному корпусу в аварийный период. Контроль зануления производится после монтажа электроустановки, капитального ремонта, реконструкции и один раз в пять лет в процессе эксплуатации. Контроль включает в себя внешний осмотр цепи, измерение сопротивления петли фазы, нулевого провода, и измерения сопротивления рабочего и повторного заземлений. Не должно быть обрывов и неудовлетворительных контактов [2]. Некоторые требования, предъявляемые к занулению:

а) проводимость нулевого провода должна быть не менее 50 % проводимости фазного провода. На воздушных линиях через каждые 250 м, а также на концах линии и ответвлениях длиной более 200 м должны быть заземлители нулевого провода вне зависимости от материала опор. Сопротивление заземления каждого из этих повторных заземлителей должно быть не более 10 Ом, а в сетях, в которых сопротивление заземления нейтралей генераторов и трансформаторов принято равным 10 Ом, оно может составлять 30 Ом. Сопротивление заземляющего устройства из повторных заземлителей должно быть 10 Ом, основного - 4 Ом;

б) ток короткого замыкания, возникающий в сети, должен превышать номинальный ток предохранителя;

в) при защите сетей автоматическими выключателями, имеющими только магнитный расцепитель, проводник должен быть выбран таким образом, чтобы в петле фаза-нуль был обеспечен ток короткого замыкания, равный току вставки мгновенного срабатывания, умноженному на коэффициент, учитывающий разброс значений, и на коэффициент запаса [1].

6. Организационные и технические мероприятия по обеспечению электробезопасности

Устройство и эксплуатация электроустановок должно осуществляться с соблюдением Правил устройства электроустановок, Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей, Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей, а также отраслевых правил. На каждом предприятии приказом администрации из числа специально подготовленного инженерно-технического персонала должно быть назначено лицо, ответственное за электрохозяйство. Лица, ответственные за электрохозяйство, должны проходить обучение и проверку знаний вышеперечисленных Правил, а также иметь удостоверение установленной формы на право обслуживания электроустановок предприятия и соответствующую квалификационную группу по электробезопасности. К персоналу, обслуживающему электроустановки, правилами техники безопасности предъявляются определенные, довольно жесткие требования. К работе на электроустановках допускаются только лица не моложе 18 лет, прошедшие медицинское освидетельствование. Рабочие проходят обучение правилам техники безопасности и оказания доврачебной помощи. Квалификация рабочих подтверждается присвоением квалификационной группы. По условиям электробезопасности все электроустановки и сети разделяют по используемому напряжению до1000 В и свыше 1000 В. Такое разделение определяется тем, что обслуживание установок напряжением более 1000 В требует соблюдения дополнительных мер безопасности, и они должны обслуживаться высококвалифицированным персоналом. К организационным мероприятиям относят оформление наряда на работу, допуск к работе, надзор за выполнением работ, оформление перерыва в работе, перемену места выполнения работ, окончание работы. Оформление работы на электроустановках производится по наряду, по распоряжению. Наряд оформляется на специальном бланке. Нарядом определяются содержание, место работы, время ее начала и окончания, условия ее безопасного выполнения, состав бригады, а также лица, ответственные за безопасное выполнения работ. К техническим мероприятиям относят отключение напряжения, вывешивание предупредительных плакатов типа « Не включать - работают люди !», « Стой - высокое напряжение !», « Не влезай - убьет !», ограждение места работы, проверку отсутствия напряжения, наложение временных заземлителей, перемычек, а также защитные средства.

7. Оказание первой доврачебной помощи при поражении электрическим током

При поражении электрическим током важнейшее значение имеет быстрая и квалифицированная первая помощь пострадавшему. Необходимо помнить, что оживление эффективно, если оно начато не позднее четырех минут после остановки сердца. Если пострадавший сам не в состоянии освободиться от действия электричества, то ему необходимо оказать помощь, при этом необходимо принять меры безопасности, чтобы не пострадать тому, кто оказывает помощь. Правила освобождения пострадавшего показаны на рисунке 4. Подходить к пострадавшему следует короткими шагами, чтобы не попасть под шаговое напряжение. Необходимо отключить электроэнергию ближайшим выключателем или перерубить или замкнуть металлом провода, при этом пользоваться нетокопроводящим предметом для изоляции от металла.

Рисунок 4 - Освобождение от тока.

а - оттаскивание за одежду; б - снятие провода с тела; в - перерубывание проводов.

Если после отключения тока пострадавшему угрожает падение с высоты, нужно принять меры против падения и ушибов пострадавшего. После освобождения пострадавшего от воздействия электричества, ему необходимо оказать доврачебную помощь в соответствии с его состоянием, причем на месте его нахождения, если это не угрожает жизни пострадавшего или оказывающего помощь. Если пострадавший не потерял сознание и может самостоятельно передвигаться, отвести в помещение для отдыха, положить, дать выпить воды. При травме оказать помощь, направить в медпункт, вызвать врача. Если пострадавший находится в бессознательном состоянии, но нормально дышит и прослушивается пульс, необходимо вызвать врача и оказать помощь на месте, привести в сознание, дать понюхать нашатырный спирт, обеспечить поступление свежего воздуха. Если пострадавший находится в тяжелом состоянии, не дышит или дышит тяжело, прерывисто, то, вызвав врача, необходимо немедленно приступить к искусственному дыханию. Перед искусственным дыханием нужно раскрыть рот пострадавшего, освободить рот от посторонних предметов, вынуть зубные протезы и в процессе оказания помощи освободить пострадавшего от стесняющей одежды, расстегнуть ворот, освободить пояс. Эффективный метод искусственного дыхания - контактный метод вдувания воздуха изо рта спасающего в рот пострадавшего - изображен на рисунке 5. мостоятельно передвигаться, отвести в помещение для отдыха, положить, дать выпить воды.сте его нахождения, если это не угрожае

Рисунок 5 - Искусственное дыхание.

Этот способ позволяет в четыре раза больше подать воздуха в легкие пострадавшего при каждом вдохе, чем при других способах искусственного дыхания. Оказывающий помощь делает глубокий вдох, плотно прижимает свой рот через марлю, платок ко рту пострадавшего и с силой вдувает воздух, при этом закрывает пальцами нос пострадавшего. Можно вдувать воздух через нос, перекрыв рот. Необходимо следить, чтобы воздух не попал в желудок. Вдувание воздуха производится каждые пять секунд, около 12 раз в минуту. После каждого вдувания освобождают рот и нос пострадавшего для свободного выдоха воздуха из легких. При отсутствии пульса продолжают искусственное дыхание и одновременно приступают к проведению наружного массажа сердца. Наружный массаж сердца изображен на рисунке 6.

Рисунок 6 - Наружный массаж сердца.

Наружный, прямой, массаж сердца поддерживает кровообращение. Оказывающий помощь накладывает на нижнюю часть груди пострадавшего обе руки друг на друга ладонями вниз и ритмично от 60 до 80 раз в минуту надавливает вертикально вниз. После каждого надавливания отнимает руки, чтобы грудная клетка расширилась, а сердце наполнилось кровью. Целесообразнее помощь оказывать вдвоем поочередно, делая массаж сердца и искусственное дыхание, меняясь через 10 минут, причем производят одно вдувание и пять надавливаний. Если оказывает помощь один, то после двух глубоких вдуваний производят 15 надавливаний на грудную клетку. При этом способе лучше, если пострадавший лежит на спине, под лопатками - валик из одежды. Голову запрокидывают назад, но можно проводить искусственное дыхание и в положении пострадавшего сидя и стоя. При запрокидывании головы назад открывается рот пострадавшего и освобождается путь воздуха в легкие.

8. Расчетная часть

8.1 Исходные данные

Необходимо выбрать тип средств для обеспечения коллективной электробезопасности, рассчитать их необходимые параметры, обосновать их эффективность при следующих исходных данных:

- напряжение трансформатора 380 / 220 В;

- мощность трансформатора 50 кВ*А;

- мощность электродвигателя 20 кВт;

- расстояние от трансформатора до места установки электродвигателя 100 м;

- сеть трехфазная, четырехпроводная с глухозаземленной нейтралью;

- температура воздуха в помещении +25 °С.

Недостающими данными необходимо задаться самостоятельно.

8.2 Расчет зануления как средства обеспечения коллективной электробезопасности

Для обеспечения коллективной электробезопасности целесообразно выбрать зануление, так как это защитное мероприятие применяется в сетях с зеземленной нейтралью напряжением до 1000 В. Исходные данные подходят под эти параметры. Все недостающие данные, коэффициенты необходимо выбирать для взрывопожароопасных помещений, так как рассматриваемый объект, зерноочистительное отделение мельницы предприятияОАО «Краснодарзернопродукт», является опасным производственным объектом и относится по пожарной опасности к категории Б.

Выбранные параметры изоляции: кабель с резиновой изоляцией с медными жилами, проложенный в воздухе.

Расчет зануления следует начинать с расчета проводов по условиям нагрева. Выбор сечения проводов по экономической плотности тока производится по следующей формуле:

F_эк = I_нб / J_эк , мм² ;

где I_нб - наибольший рабочий ток линии, А;

J_эк - экономическая плотность тока, А/мм²; определяется по таблице А1 Приложения А.

В нормальном режиме работы сети наибольший ток в каждой цепи равен:

I_нб = P / v3 U_ном cos ц, А;

где P - активная мощность, передаваемая по линии, Вт;

cos ц - коэффициент мощности нагрузки, cos ц = 0,8;

U_ном - номинальное напряжение сети, В.

I_нб = 20000/ (v3 •220•0,8) = 66А;

F_эк = 66/3,5 = 18,85 мм².

Полученное значение округляют до стандартного сечения, следовательно, получаем F_эк = 25 мм².

Сечение линии, выбранное по экономической плотности тока, проверяется по нагреву. Выбранное сечение проводника проверяется по соответствию двум условиям. Первое условие связывает наибольший и допустимый по нагреву токи линии по следующей формуле:

I_доп ? I_нб ;

где I_доп - допустимый ток, при длительно протекании которого проводник нагревается до допустимой температуры.

Допустимый ток определяется по следующей формуле:

I_доп = I_{доп.таб} К_п К_? , А;

где К_п - поправочный коэффициент на количество кабелей в траншее, определяется по таблице А2 Приложения А;

К_? - поправочный коэффициент на температуру окружающей среды, определяется по таблице А3 Приложения А;

I_{доп.таб} - допустимый ток, при длительном протекании которого проводник нагревается до допустимой температуры, определяемый по таблице А4 Приложения А.

I _доп = 95•0,8•0,92 = 69,92 А;

69,92 А ? 66 А - условие выполняется.

В послеаварийных режимах кабельных линий перегрузка допускается до пяти суток и определяется следующим условием:

К_ав I_доп ? I_ав.нб;

где К_ав - коэффициент перегрузки в послеаварийном режиме, показывающий, на сколько можно превышать I_доп, в зависимости от условий прокладки кабеля, определяется по таблице А5 Приложения А;

I_ав.нб - наибольший из средних за получасовых токов в послеаварийном режиме, А; I_ав.нб = I_нб.

1,25•69,92 А ? 66 А;

87,4 А ? 66 А - условие выполняется.

Второе условие выбора сечения необходимо для правильной работы аппаратов, защищающих сеть от перегрева, состоит в следующем:

I_доп ? I_{ном.защ.ап.} /К;

где I_{ном.защ.ап.} - номинальный ток защищающего аппарата, А;

К - коэффициент, равный К=3 для промышленных предприятий.

69,92 А ? 143/3 А;

69,92 А ? 47,7 А - условие выполняется.

Расчет зануления сводится к подбору условий, при которых справедливо неравенство, обеспечивающее надежность отключения аварийного участка сети с помощью средств защиты:

I_к.з. ? k I^защ ;

где I_к.з. - величина тока короткого замыкания в петле фаза-нуль, А;

I^защ - номинальный ток срабатывания средств защиты, А;

k - коэффициент запаса, величина которого зависит от типа применяемых средств защиты и характеристики помещения по пожарной опасности, определяется по таблице.

Величина тока короткого замыкания определяется по формуле:

I_к.з. = U_ф / [ z_т + v ( R_ф + R_н )² + ( Х_ф + Х_н + Х_п )² ], А;

где U_ф - фазное напряжение в сети, В;

z_т - полное сопротивление трансформатора;

R_ф - активное сопротивление фазного провода на участке от трансформатора до потребителя, Ом;

R_н - активное сопротивление нулевого провода на том же участке, Ом;

Х_ф и Х_н - индуктивное сопротивление фазного и нулевого провода, обусловленное внешним магнитным полем, Ом; эти величины в обычных практических условиях настолько малы, что позволяют пренебречь ими при проверочных расчетах;

Х_п - внутреннее индуктивное сопротивление петли фаза-нуль, Ом.

Полное сопротивление трансформатора определяется по формуле:

z_т = 270 U² / ( P +10), Ом;

где U_ф - величина фазного напряжения в кВ;

P - мощность трансформатора, кВ*А.

Z_т = ( 270 • 0,22²)/ ( 50+10) = 0,2178 Ом.

Активное сопротивление фазного провода рассчитывается по формуле:

R_ф = с l_пр / S_ф, Ом;

где с - удельное сопротивление материала проводов, Ом•мм²/ м; для меди с=0,018 Ом•мм²/м;

l_пр - расстояние от источника питания до точки прикосновения, м;

S - сечение провода, мм²; S = F_эк.

R_ф = ( 0,018•100)/ 25 = 0,072 Ом.

Исходя из требований Правил устройства электроустановок, что полная проводимость нулевого провода должна быть не менее 50% от проводимости фазного, то есть R_н ? 2R_ф. Примем величину сечения нулевого провода на порядок ниже, S_н = 16 мм². Активное сопротивление нулевого провода будет вычисляться аналогично фазному:

R_н = ( 0,018•100)/ 16 = 0,113 Ом.

Внутреннее индуктивное сопротивление петли фаза-нуль определяется по следующей формуле:

Х_п = 0,126 ln ( D/r) ? l_пр, Ом/км;

где D - расстояние между проводами, м; D = 0,5 м;

r - радиус проводов, м.

Радиус проводов определяется, исходя из сечения проводов.

S = рr²;

Отсюда r = v(S/р).

r = v(25/3,14) = 2,82 мм;

Х_п = 0,126 ln(0,5/ 2,82•10^-3)•0,1 = 0,065 Ом.

I_к.з. = 220/ [ 0,2178 + v( 0,072 + 0,113)² + 0,065² ] = 532,3 А.

Номинальный ток срабатывания средств защиты определяется по следующей формуле:

I^защ = б I^потр / в, А;

где б - коэффициент соотношения между номинальным рабочим током и пусковым током потребителя, б = 6;

в - коэффициент режима работы, в = 1,8;

I^потр - номинальный рабочий ток потребителя.

Для электродвигателей, работающих на трехфазном переменном токе, номинальный рабочий ток рассчитывается по формуле:

I^дв = P • 1000 / ( v3 U_л з_дв cosц), А;

где P - мощность электродвигателя, кВ;

U_л - линейное напряжение в сети, В;

з_дв - к.п.д. электродвигателя; з_дв = 0,9.

I^дв = ( 20•1000)/ ( v3 • 380•0,9•0,8) = 43 А;

I^защ = 6•43/1,8 = 143 А.

Проверяем неравенство для плавких предохранителей во взрывопожароопасном помещении. Значения коэффициентов выбирают по таблице А6 Приложения А.

532,3 А ? 4•143 А;

532,3 А ? 572 А - неравенство неверное.

Условие безопасного отключения не выполняется для плавких предохранителей. Проверяем неравенство для автоматов с обратно зависимой от тока характеристикой во взрывопожароопасном помещении:

532,3 А ? 6•143 А;

532,2 А ? 858 А - неравенство неверное.

Условие безопасного отключения не выполняется для автоматов с обратно зависимой от тока характеристикой. Проверяем неравенство для безынерционных автоматических выключателей с электромагнитными расцепителями при номинальном токе свыше 100 А:

532,3 А ? 1,25•143 А;

532,3 А ? 178,75 А - неравенство верное.

...