8.4. Защита человека от поражения электрическим током

Все электроустановки делят на работающие под U1000 В и U1000 В.

• Изоляция токопроводящих частей. Согласно ПУЭ сопротивление изоляции должно быть  0.5 МОм. Рабочая изоляция обеспечивает защиту от поражения электротоком. Двойная изоляция состоит из рабочей и дополнительной. Изолированные провода, находящиеся под напряжением выше 1000 В, опасны.

• Электрозащитные средства. Применяют для работы без отключенного напряжения:

• изолирующие штанги (для перемещения проводов); клещи (для вынимания из гнезд плавких предохранителей);

• диэлектрические перчатки, сапоги, коврики;

• переносные заземления;

• ограждения (сплошные металлические листы или сетки), кожухи.

• Предупредительная сигнализация и блокировка:

• звуковые, световые, цветовые сигнализаторы. Их устанавливают в зонах видимости и слышимости персонала.

• блокировки: механические (стопоры, защелки); электрические или электромагнитные. Они преграждают путь в опасную зону или предотвращают поражение электротоком;

• предупредительные плакаты. Красным цветом окрашивают кнопки и рычаги аварийного отключения электроустановок.

• Использование малых напряжений (U42 В). На производстве применяют U=12 и 36 В для ламп местного освещения, ручного электроинструмента. Эти напряжения не обеспечивают полной безопасности. Безопасным напряжением считают U=10 В.

• Электрическое разделение сетей. Проводят электрическое разделение сетей на короткие электрически не связанные между собой участки с помощью разделяющих трансформаторов. Эти сети обладают высоким сопротивлением изоляции.

• Защитное заземление - это преднамеренное соединение с землей или ее эквивалентом (соприкасающиеся с землей металлоконструкции, водопроводные трубы и т.п.) металлических нетоковедущих частей оборудования.

Цель защитного заземления – уменьшение напряжения прикосновения и шага до безопасных значений при замыкании фазы на корпус.

Применяется в сетях с U < 1000 В с изолированной нейтралью¹; в сетях U > 1000 В с изолированной и заземленной нейтралью.

Если пробой произошел на изолированный корпус (не заземленный), то ток, проходящий через человека, определяется по формуле:

I_Ч =U_Ф / (R_Ч + R_СИЗ)

где: U_Ф – фазное напряжение пробоя на корпус;

R_Ч – собственное сопротивление человека;

R_СИЗ – сопротивление средств индивидуальной защиты.

Схема защитного заземления трехфазной цепи

С изолированной нейтралью

1

Ф

Ф

Ф

U_пр

2

U_З

4

3

Пробой изоляции

U_Г

U₁

U₂

0.8 – 1 м R_З

5

где: 1 - источник электроэнергии (трансформатор); 2 – эпюра стекания напряжения через заземлитель; 3 – корпус электроустановки; 4 – обмотка электродвигателя; 5 – заземлитель.

U_З - потенциал заземленного корпуса;

U_Г - потенциал грунта;

U_пр – напряжение прикосновения;

U₁ - напряжение на ноге, ближней к заземлителю;

U₂ - напряжение на ноге, дальней к заземлителю;

U_Ш – шаговое напряжение;

R_З – сопротивление заземления (показано условно):

• не более 4 Ом в установках, работающих под U  1000 В;

• не более 0.5 Ом в установках, работающих под U  1000 В.

При наличии заземления ток пробоя стекает на землю радиально во все стороны. Потенциал заземленного корпуса снижается до значения U_З=I_ЗR_З. При прикосновении к оборудованию человек окажется под напряжением прикосновения, равным U_пр=U_З–U_Г. Чем ближе человек находится к месту замыкания, тем меньше U_пр.

При стекании тока на землю от неисправного оборудования человек находится в зоне растекания тока. Шаговое напряжение – это напряжение между 2 точками цепи тока и равно U_ш = U₁ – U₂. Чем ближе человек находится к месту замыкания, тем больше U_ш и на расстоянии 20 м U_ш=0. Если человек касается земли только в одной точке (стоит на одной ноге), то U_ш=0, поэтому выходить из зоны поражения надо мелкими шагами.

Заземляющее устройство – это совокупность заземлителя и проводников, соединяющих корпус электроустановки с заземлителем. Заземлитель - металлические проводники, соприкасающиеся с землей.

Различают заземлители:

• искусственные (стальные трубы, уголки, прутки);

• естественные (проложенные в земле: водопроводные трубы, металлические конструкции зданий и т.п.).

Вертикальные электроды связывают горизонтальными электродами - стальными полосами или прутками для исключения шагового напряжения.

Типы заземляющих устройств:

выносное или сосредоточенное контурное или распределенное

производственное

здание

Выносное заземляющее устройство. Заземлитель вынесен за пределы площадки, на которой размещено оборудование. Потенциал основания, на котором находится человек, равен или близок к нулю в зависимости от удаленности человека от заземлителя. Применяют в установках U<1000 В. Выносное заземление уменьшает опасность поражения электрическим током. Достоинство: возможность выбора места размещения заземлителей там, где наименьшее сопротивление грунта (сырые, глинистые грунты).

Контурное заземляющее устройство. Одиночные заземлители размещают по контуру площадки, на которой находится оборудование. Безопасность обеспечивается выравниванием потенциала основания, т.е. уменьшением U_пр и U_ш. Применяют в установках U>1000 В и высокой степени электроопасности.

• Защитное зануление - это преднамеренное соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей оборудования.

Нулевой защитный проводник соединяет электроустановку с заземленной нейтралью источника тока (генератора, трансформатора).

Применяется в сетях до 1000 В и с глухозаземленной нейтралью².

Цель зануления – создание короткого замыкания между фазным и нулевым проводом. Ток короткого замыкания большой величины обеспечивает быстрое срабатывание защиты. В качестве защиты используют плавкие предохранители или автоматические выключатели, устанавливаемые перед электроустановкой. В результате разрыва цепи электроустановка обесточивается.

I_КЗ  k ^. I_НОМ

Согласно требованиям ПУЭ:

k = 1.2–3 - для помещений с нормальными условиями;

k = 1.4–6 - для взрывоопасных помещений.

Схема зануления трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью

I_К

I_К

Ф

Ф

Ф

I_К нулевой рабочий провод 0

нейтраль

3 1

I_К

2

Пробой

изоляции

5 4 R_П

6

R ₀

1 – обмотка электродвигателя;

2 – корпус электроустановки;

3 – предохранители;

4 – нулевой защитный проводник;

5 – заземление нейтрали;

6 – повторного заземление нулевого рабочего провода;

- место возможного обрыва нулевого провода.

Время срабатывания предохранителей составляет десятые доли сек., а электромагнитных автоматических выключателей – сотые доли сек.

В случае обрыва нулевого рабочего провода между точкой зануления и точкой нейтрали сети предусматривается повторное заземление нулевого рабочего провода (R_П) через каждые 250 м. В этом случае ток короткого замыкания стекает по повторному заземлению в землю и через заземление нейтрали попадает на нейтраль, т.о. обеспечивается зануление. Время срабатывания защиты увеличивается до 5-7 с для плавких предохранителей и до 1-2 с при защите автоматами.

• Защитное отключение. Это автоматическое отключение фаз аварийного участка сети. Основная характеристика – быстродействие (не более 0.2 с). Применяют: в передвижных установках напряжением до 1000 В; как дополнение к занулению; при невозможности выполнить заземление (в скальных и мерзлых грунтах).