7.4. Меры защиты от поражения электрическим током
Электробезопасность обеспечивается конструкцией электроустановок, техническими способами и средствами защиты, организационными и техническими мероприятиями.
Конструкция электроустановок должна соответствовать условиям их эксплуатации и обеспечивать защиту персонала от соприкосновения с токоведущими и движущимися частями, а оборудования – от попадания внутрь посторонних твердых тел и воды.
Для обеспечения электробезопасности применяют следующие технические способы и средства защиты: защитное заземление, зануление, защитное отключение, выравнивание потенциалов, малое напряжение, изоляция токоведущих частей, электрическое разделение сетей, оградительные устройства, блокировки, предупредительная сигнализация, знаки безопасности, предупредительные плакаты, электрозащитные средства.
Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляция электроустановки.
Принцип действия защитного заземления состоит в снижении до безопасных значений напряжения прикосновения и силы тока, проходящего через человека, обусловленных замыканием на корпус. При заземлении корпуса происходит замыкание на землю и прикосновение к заземленному корпусу вызывает появление параллельной ветви, по которой часть тока замыкания проходит в землю через тело человека (рис.1.5). Сила тока в параллельных цепях обратно пропорциональна сопротивлениям цепей, поэтому ток через человека (Ih) не опасен.
Рис. 1.5. Принцип действия защитного заземления
Область применения защитного заземления – трехфазные сети напряжением до 1 кВ с изолированной нейтралью и сети напряжением выше 1 кВ с любым режимом нейтрали. Сопротивление заземляющего устройства, используемого для заземления электрооборудования в электроустановках напряжением до 1 кВ с изолированной нейтралью должно быть не более 4 Ом. При мощности генераторов и трансформаторов 100 кВ и менее заземляющие устройства могут иметь сопротивление не более 10 Ом. Заземляющее устройство в электроустановках напряжением выше 1 кВ с глухозаземленной нейтралью должно иметь сопротивление не более 0,5 Ом, а в электроустановках с изолированной нейтралью – не более 10 Ом.
Расчет защитного заземления заключается в определении параметров вертикальных и горизонтальных элементов заземления при условии непревышения допустимого значения сопротивления заземляющего устройства. Заземляющее устройство состоит из заземлителя (одного или нескольких металлических элементов, погруженных на определенную глубину в грунт) и проводников, соединяющих заземляемое оборудование с заземлителем.
Занулением называется, преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Задача зануления заключается в устранении опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу и другим нетоковедущим металлическим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус. Решается задача быстрым отключением поврежденной электроустановки от сети (рис. 1.6).
Поскольку корпус заземлен через нулевой защитный провод, то в аварийный период (с момента возникновения замыкания на корпус и до отключения установки от сети) проявляется защитное свойство заземления подобно тому, как это происходит при защитном заземлении.
Рис. 1.6. Принципиальная схема зануления: 1 – корпус потребителя электроэнергии; 2 – аппараты защиты потребителя от тока короткого замыкания (плавкие предохранители, автоматы и т.п.); ф – фазный провод; Оз – нулевой защитный провод; Rо – сопротивление заземления нейтрали источника тока; Rn – сопротивление заземления нейтрали источника тока; Rn – сопротивление повторного заземления нулевого защитного провода; Iк – ток однофазного
короткого замыкания
Принцип действия зануления заключается в превращении замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание (между фазным и нулевым проводами) с целью вызвать большой ток, обеспечивающий срабатывание защиты, и тем самым автоматически отключить поврежденную установку от питающей сети.
Расчет зануления заключается в определении сечения нулевого провода, удовлетворяющего условию срабатывания максимальной токовой защиты. Такой защитой могут быть плавкие предохранители, магнитные пускатели со встроенной тепловой защитой, контакторы в сочетании с тепловым реле, автоматы, осуществляющие защиту одновременно от токов короткого замыкания и от перегрузки. Зануление применяют в трехфазных четырехпроводных сетях напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью.
Защитное заземление или зануление электроустановок является обязательным в помещениях без повышенной опасности поражения током при номинальном напряжении 380 В и выше переменного тока, а также 440 В и выше постоянного тока. В помещениях с повышенной опасностью и особо опасных необходимо заземлять или занулять установки при номинальном напряжении 42 В и выше переменного тока, а также 1105 и выше постоянного тока. Во взрывоопасных помещениях заземление или зануление установок обязательно независимо от напряжения сети.
Защитным отключением называется быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения током. При применении этого вида защиты безопасность обеспечивается быстродействующим (не более 0,2 с) отключением аварийного участка или всей сети при однофазном замыкании на землю или на элементы электрооборудования, нормально изолированные от земли, а также при прикосновении человека к частям, находящимся под напряжением.
Схемы и конструкции устройств защитного отключения основаны на различных принципах действия. На рис.5.7 представлена схема защитного отключения, срабатывающего при появлении напряжения на корпусе относительно земли. В схемах этого типа датчиком служит реле напряжения, включенное между корпусом и вспомогательным заземлителем.
Выравниванием потенциала является метод снижения напряжения прикосновения и шага между точками электрической цепи, к которым возможно одновременное прикосновение или на которых может одновременно стоять человек.
Для выравнивания потенциала в землю укладывают стальные полосы в виде сетки по всей площади, занятой оборудованием. В производственном помещении
Рис. 1.7. Схема защитного отключения, срабатывающего при появлении напряжения на корпусе относительно земли: Рз - защитное реле; Kз - замыкающие контакты Рз; АВ – автоматический выключатель; Кз - контрольная кнопка; Rз - защитное заземление; Rв - вспомогательное заземление корпуса электрооборудования и производственного оборудования в той или иной степени связаны между собой.
При замыкании на корпус в каком – либо из электроприемников все металлические части получают близкое по величине напряжение относительно земли. В результате напряжение между корпусом электроприемника и полом уменьшается, происходит выравнивание потенциала по всей площади помещения и человек, находящийся в этой цепи замыкания, оказывается под сравнительно малым напряжением.
Малым напряжением считается номинальное напряжение не более 42 В, которое используют для питания электроинструмента, светильников стационарного освещения, переносных ламп в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и на наружных установках. Источниками малого напряжения могут быть специальные понижающие трансформаторы с вторичным напряжением 12 – 42 В.
Основным условием, обеспечивающим безопасность эксплуатации и надежность электроснабжения электроустановок, является исправность изоляции. Для изоляции токоведущих частей электроустановок применяют рабочую и дополнительную изоляцию. Рабочей изоляцией является эмаль и оплетка обмоточных проводов, пропиточные лаки и компаунды и т.д. Дополнительной изоляцией могут быть пластмассовый корпус машины, изолирующая втулка и т.д.
Электрическая изоляция, состоящая из рабочей и дополнительной, называется двойной. Она считается достаточной для обеспечения электробезопасности, поэтому устройствами с двойной изоляцией разрешается пользоваться без применения других защитных средств. Контроль сопротивления изоляции может быть периодическим и непрерывным. Сопротивление изоляции силовых и осветительных электропроводов должно быть не менее 0,5 МОм.
Под электрическим разделением сетей понимается разделение сети на отдельные электрически не связанные между собой участки с помощью разделяющего трансформатора, который изолирует электроприемник от первичной сети и сети заземления (рис.1.8)
Рис. 1.8. Схема включения разделяющего трансформатора
От разделяющего трансформатора может питаться только один электроприемник с защитной плавкой вставкой (сила тока вставки автомата на первичной стороне не должна превышать 15 A), вторичное напряжение трансформатора должно быть не выше 380 В. Вторичная обмотка трансформатора и корпус злектроприемника не должны иметь заземления или связи с сетью занулекия. В таком случае при прикосновении к частям, находящимся под напряжением или к корпусу с поврежденной изоляцией не создается опасность, поскольку вторичная цепь коротка и сила токов утечки в ней и емкостных токов мала.
Защитное разделение сетей используют в электроустановках напряжением до 1000 В, эксплуатация которых связана с особой и повышенной опасностью (передвижные электроустановки, ручной электрифицированный инструмент и т.п.).
Для исключения случайных прикосновений к токоведущим частям электроустановок применяют оградительные сплошные и сетчатые устройства.
Сплошные ограждения обязательны для электроустановок, размещаемых в производственных (неэлектрических) помещениях. Сетчатые ограждения применяют в электроустановках, доступных квалифицированному электротехническому персоналу.
В случаях, когда изоляция и ограждение токоведущих частей является нецелесообразным (например, воздушные линии высокого напряжения), их размещают на недоступной для прикосновения высоте. Внутри производственных помещений неогражденные неизолированные токоведущие части прокладывают на высоте не менее 3,5 м от пола.
Блокировка является надежной защитой от проникновения в опасную зону, где находится установка. Она позволяет автоматически снимать напряжение со всех элементов установки, приближение к которым угрожает жизни человека. Блокировку применяют в электрических аппаратах, при обслуживании которых должны соблюдаться повышенные меры безопасности, в электрооборудовании, расположенном в доступных для неэлектротехнического персонала помещениях.
Предупредительную сигнализацию выполняют звуковой и световой. Для световых сигналов применяют цвета в соответствии с ГОСТ Р 12.4.026-2001 [117]. Сигнальные лампы и другие светосигнальные аппараты должны иметь знаки или надписи, указывающие значение сигналов (например, «Включено», «Отключено», «Нагрев»).
Знаки безопасности и предупредительные плакаты предназначаются для: предупреждения опасности при приближении к частям, находящимся под напряжением; запрещения оперировать аппаратами, которые могут подать напряжение на отведенное для работы место: указания места, подготовленного к работе; напоминания о принятых мерах безопасности.
Электрозащитными средствами являются переносимые и перевозимые изделия, предназначенные для защиты обслуживающих электроустановки людей от поражения электрическим током, воздействия электрической дуги и электромагнитного поля. По назначению они делятся на изолирующие, ограждающие и вспомогательные.
Изолирующие защитные средства, служащие для изоляции человека от токоведущих частей и от земли, подразделяются на основные и дополнительные.
Основными являются средства, способные выдерживать рабочее напряжение электроустановки и допускающие касание токоведущих частей, находящихся под напряжением. В электроустановках напряжением до 1000 В к ним относятся диэлектрические резиновые перчатки, инструмент с изолирующими рукоятками и указатели напряжения до 1000 В; в электроустановках выше 1000 В – изолирующие штанги, изолирующие и электроизмерительные клещи, указатели напряжения выше 1000 В.
Дополнительными являются средства, не рассчитанные на напряжение электроустановки и самостоятельно не обеспечивающие безопасность персонала. Их назначение состоит в усилении защитного действия основных изолирующих средств, вместе с которыми они применяются. В электроустановках до 1000 В к ним относятся диэлектрические галоши, коврики и изолирующие подставки; в электроустановках напряжением выше 1000 В – диэлектрические перчатки, боты, коврики, изолирующие подставки.
Изолирующие штанги предназначены для отключения и включения однополюсных разъединителей, для наложения переносных заземлений, для производства измерений на токоведущих частях, находящихся под напряжением. Изолирующие клещи применяют при обслуживании находящихся под напряжением трубчатых предохранителей.
Электроизмерительные клещи являются переносными приборами, служащими для измерении силы тока и других электрических величин в работающей установке. Указатели напряжения до 1000 В и выше используют для проверки наличия или отсутствия напряжения на токоведущих частях электроустановок. Изолирующие подставки применяют в качестве изолирующего основания, а галоши и боты – в качестве средства защиты от шаговых напряжений.
Ограждающие защитные средства предназначены для: временного ограждения токоведущих частей (ограждения – щиты); предупреждения ошибочных операций (плакаты); временного заземления отключенных токоведущих частей с целью устранения опасности поражения работающих током при случайном появлении напряжения (временные заземления).
Вспомогательными защитными средствами считаются инструмент, приспособления и устройства, предназначенные для защиты персонала от падения с высоты (предохранительные пояса, страхующие канаты); для безопасного подъема на опоры (монтерские копи, лазы для подъема на бетонные опоры); для защиты от световых, тепловых, химических воздействий (защитные очки, респираторы, противогазы, рукавицы); для защиты от шума (наушники, шлемы).
Все приборы, аппараты и приспособления, применяемые в качестве защитных средств, должны быть заводского изготовления, выполненные и испытанные в соответствие с действующими нормативно – техническими документами.
К организационным мероприятиям относятся:
медицинское освидетельствование, обучение, инструктаж, проверка знаний правил безопасности и инструкций:
допуск к проведению работ с электроустановками с оформлением наряда – допуска, распоряжения или перечня работ в порядке текущей эксплуатации;
- проведение работ под контролем ответственного лица.
Технические мероприятия при проведении работ с отключением напряжения в действующих электроустановках или вблизи них заключаются в запирании приводов, снятии предохранителей, отсоединении концов питающих линий, установке ограждений и знаков безопасности, наложении заземлений. При работах на токоведущих частях, находящихся под напряжением, или вблизи них технические мероприятия включают в себя выполнение работ не менее чем двумя лицами, ограждение опасных зон (для установок напряжением до 1000 В расстояние, ограничивающее опасную зону, составляет не менее 1,5 м от электроустановки), применение электрозащитных средств, знаков безопасности и предупредительных плакатов.