Технические средства и мероприятия защиты от поражения электрическим током

К техническим средствам и мероприятиям защиты от поражения электрическим током относятся: пониженное напряжение; изоляция токоведущих частей; обеспечение недосягаемости неизолированных токоведущих частей; защитное заземление; зануление; защитное отключение; выравнивание потенциалов; электрическое разделение сетей; компенсация токов замыкания на землю; электроблокировки; знаки безопасности и др.

Пониженное напряжение – это номинальное напряжение, которое не привышает 42 В, используется для уменьшения опасности поражения электрическим током, питающего электрофицированый ручной инструмент и переносные осветительные приборы.

Шкала пониженных напряжений (12, 24, 36, 42 В) выбрана из условия обеспечения длительно допустимого напряжения прикосновения. «Правилами изготовления взрывозащещённого и рудничного электрооборудования» (ПИВРЭ) предписывается как предельно безопасная сила переменного длительного тока, равная 30 мА, а при автоматической компенсации емкостной составляющей тока утечки - 25 мА [5]. Исходя из указанных величин безопасного тока и расчётной величины сопротивления тела человека Rч = 1000 Ом, можно определить допустимую безопасную величину напряжения прикосновения:

U доп. = I дл. доп. * Rч = 0.03 * 1000 = 30 В. (6)

При этом «Правилами безопасности в угольных и сланцевых шахтах» (где наиболее тяжелые и опасные условия работы) предписывается автоматическая защита от утечек тока с временем срабатывания, не превышающим 0, 2 с. Если сопоставить полученный результат с данными табл.1, то безопасными при этих условиях будут ток I к.б. = 250 мА и напряжение прикосновения U пр. = 175 В.

Напряжение 42 В используется в помещениях без повышенной опасности, а напряжение 12 В – в особо опасных помещениях (котельные установки, трубопроводы и т.д.).

Пониженное напряжение для питания переносных осветительных приборов вырабатывается специальными понижающими трансформаторами, автономными источниками электроэнергии – аккумуляторами или гальваническими элементами. Понижение напряжения питания переносных осветительных приборов с лампами накаливания обеспечивает не только безопасность использования, но и повышает надёжность их работы, т.к. при снижении напряжения увеличивается толщина нити накала лампы, а следовательно, и ее механическая прочность.

Использование пониженного напряжения для питания электрофицированного инструмента также способствует достижению не только электробезопасности, но и снижению массы, их габаритных размеров, т.к. это напряжение вырабатывается специальными преобразовательными агрегатами с параметрами выходного напряжения не только пониженного до 36 В, но и повышенной частоты в 200 Гц.

Применение автотрансформаторов и реостатов для получения малых напряжений запрещается, т.к. в таких аппаратах имеет место гальваническая связь между высоким и низким напряжением, в результате чего на зажимах вторичной цепи возможно появление высокого потенциала.

Изоляция токоведущих частей – это слой диэлектрика или конструкция, выполненная из изоляционного материала, с помощью которой токоведущие части отделяются друг от друга и от окружающей среды. Основными характеристиками изоляционных материалов является: электрическая прочность, диэлектрические потери, и электрическое сопротивление, причём, чем выше сопротивление, тем меньше токи утечки через диэлектрик. В качестве диэлектрика применяются резина, полимерные материалы, пластмассы, трансформаторное масло, и др. Особенностью этих всех материалов является то, что их диэлектрические свойства со временем ухудшаются под действием различных причин (говорят: «изоляция стареет»). Именно поэтому необходимо контролировать сопротивление изоляции: в помещениях без повышенной опасности контроль производят один раз в два года, а в особо опасных – 2 раза в год. Существует такое правило: сопротивление изоляции должно составлять 1000 Ом на 1 В, и быть не менее определённого в ПУЭ значения - 500 кОм на фазу для установок напряжения до 1000 В.

Сопротивление изоляции измеряется на отключенных от питающего напряжения и обеспеченных электроустановках и устройствах приборами – мегаомметрами (М1101, МС-0, 5, М4100/5 и др.), которые выпускаются на напряжения от 500 до 2500 В. При снижении сопротивления изоляции более, чем на половину от начальных значений, установка подлежит выводу из эксплуатации. Кроме того, в электроустановке с повышенной опасностью осуществляется непрерывный контроль сопротивления изоляции под рабочим напряжением. Наиболее распространенными устройствами такого типа являются РУВ, УАКИ, МКН-380, Ф-419 и другие, в которых контроль сопротивления изоляции осуще- ствляется либо на постоянном оперативном токе, либо на оперативном токе частотой 2 кГц.

Недосягаемость неизолированных токоведущих частей обеспечивает их безопасность без использования каких-либо специальных средств. Так, например, высота расположения проводов линии электропередач (ЛЭП) зависит от ее номинального напряжения и местности, по которой она проходит (см. табл.2).

Таблица 2

Высота подвеса проводов ЛЭП

Если же невозможно расположить токоведущие части на недосягаемой высоте, безопасность обеспечивается установкой стационарных ограждений.

Защитное заземление – это преднамеренное электрическое соединение с землей или с ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей оборудования, которые в случае пробоя изоляции могут оказаться под напряжением. Защитное заземление предусматривает тем самым снижение до безопасного уровня напряжения прикосновения, определяемого разностью потенциалов корпуса (нетоковедущих металлических частей) оборудования и поверхности, на которой стоит человек.

Заземлители (металлические проводники или группа проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей) делятся на естественные и искусственные. Естественные заземлители – это проложенные в земле стальные водопроводные трубы, соединенные электро- или газосваркой, стальная броня и свинцовые оболочки силовых кабелей, металлические конструкции зданий и сооружений. Не допускается использование в качестве заземлителей трубопроводы горючих жидкостей, газопроводы, алюминиевые оболочки кабелей.

В качестве искусственных заземлителей обычно применяют вертикально забитые в землю отрезки угловой стали или труб длиной 2, 5-3м, круглой стали диаметром 12-14 мм, длиной до 5м, ввертываемого в грунт посредством специальных приспособлений, стальные полосы сечением не менее 4х12 мм, соединяющие отдельные электроды между собой и контуром заземления, выполняемым внутри производственного помещения. Для установки вертикальных заземляющих электродов роют траншею глубиной 0, 7 – 0, 8 м, в которую и забивают трубы или уголки. При этом расстояние между отдельными электродами не должно быть меньшим длины самих электродов. Такое требование обусловлено уменьшением влияния заземляющих электродов друг на друга, называемым взаимным экранированием, когда поле растеканию тока отдельного заземлителя ограничивается. В результате экранирования общее сопротивление заземляющего устройства возрастает и определяется выражением:

Где - сопротивление одиночного заземлителя;

n - количество одиночных заземлителей;

- коэффициент использования заземлителей, зависит от типа заземлителя, их числа и взаимного расположения ( = 0, 5…..0, 95).

Сопротивление растеканию отдельного заземлителя в основном зависит от удельного сопротивления грунта (Ом * м), которое в свою очередь определяется составом почвы, ее влажностью, температурой, плотностью, наличием растворимых солей, временем года и некоторыми другими факторами. Расчет заземляющего устройства подробно изложен как в учебниках по охране труда [10], так и в специальной литературе [7, 8]

В соответствии с требованиями ПУЭ, ПТЭ, и ПТБ в электроустановках до и выше 1000В сооружаются заземляющие устройства, включающие в свой состав заземляющие электроды, соединяющие их проводники и контур заземления, располагаемый как внутри зданий и сооружений, так и за их пределами. Контур заземления выполняется стальным проводником сечением не менее 48 мм², крепится на высоте 40см от поверхности пола и окрашивается в фиолетовый цвет. Заземляемое оборудование присоединяется к контуру (магистрали) заземления при помощи отдельных проводников. При этом последовательное заземление оборудования не допускается.

Согласно требованиям ПУЭ сопротивление защитного заземления в любое время года не должно превышать:

4 Ом – в установках до 1000 В; если же мощность источника (питающего трансформатора) не превышает 100кВА, то сопротивление заземления допускается равным до 10 Ом;

0, 5 Ом – в установках напряжением выше 1000 В с заземленной нейтралью;

, но не более 10 Ом – в установках напряжением выше 1000 В с изолированной нейтралью, где I₃ – ток замыкания на землю.

Контроль защитного заземления осуществляется методом осмотра с измерением его сопротивления не реже 1 раза в год, а также после капитального ремонта оборудования и длительного его простоя. Измерения сопротивления заземлителя осуществляется сертифицированными электротехническими лабораториями с помощью приборов М461, М1103, МС-07 и др.

Занулением называется преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей электрооборудования, приборов и аппаратов, работающих в трехфазных четырехпроводных сетях е глухозаземленой нейтралью. Назначения зануления то же, что защитного заземления – устранить опасность поражением током людей при появлении высокого потенциала на нетоковедущих частях оборудования в результате пробоя фазной изоляции на корпус.

Кроме того, при пробое изоляции на корпус возникает однофазное короткое замыкание, которое вызывает значительное возрастания тока в поврежденной фазе, а следовательно, срабатывание защиты (плавких предохранителей, токовой отсечки вводного автоматического выключения) и отключение участка этой сети от питающего напряжения.

Шаговое напряжение – это разность потенциалов на поверхности земли между двумя точками, отстоящими друг от друга на расстоянии одного шага человека, принятого равным 0.8м.

Появление шагового напряжения обусловлено растеканием в земле электрического тока, возникающего вследствие замыкания на землю одной из фаз питающей сети или в случае падения на землю одного из проводов ЛЭП.

Ток, протекающий через заземлитель, растекается в земле во всех направлениях. Вблизи одиночного заземлителя плотность тока максимальна. По мере отдаления от заземлителя плотность тока уменьшается и на расстоянии 20м становиться равной нулю. Распределение потенциалов на поверхности земли при замыкании фазы через одиночный заземлитель приведено на рис. 4.

Рис. 4. Распределение потенциалов вокруг одиночного заземлителя.

Из приведенного рис. 4 видно, что величина шагового напряжения зависит от расстояния точки измерения до точки заземления. Опасным для человека следует считать шаговое напряжение, под действием которого возникают судороги ног, что приводит к падению человека, а следовательно, к повышению разности потенциалов, действующих на человека, и на изменение пути протекания тока, затрагивающие его жизненно важные органы.

При обнаружении упавших проводов ЛЭП или почувствовав шаговое напряжение необходимо соединить ступни ног и попытаться прыжками покинуть зону действия шагового напряжения и не приближаться на расстояние ближе 8м – на открытой местности и не ближе 4м – в закрытых помещениях к месту падения фазного провода.

Защитное отключение (УЗО) – это быстродействующая защита, выполненная на базе трансформатора тока нулевой последовательности или дифференциального трансформатора, которая реагирует на изменение параметров сети (повышение или понижение питающего напряжения относительно номинального уровня, пробой изоляции или просто снижение её сопротивления, что приводит к возникновению токов утечки). Аналогичные функции выполняет и устройство автоматического контроля изоляции (УАКИ) с той разницей, что УЗО отключает только контролируемую (отходящую) линию, а УАКИ – всю участковую сеть.

К устройствам защитного отключения предъявляются следующие требования: высокая чувствительность (номинальный отключающий дифференциальный ток на уровне 6- 10 мА), малое время отключения (не более 0.2с), селективность работы (способность отключать ближайший к месту повреждения участок цепи), самоконтроль (отключение оборудования при неисправности УЗО), надёжность работы.

Выравнивание потенциалов имеет место при работе на линиях электропередач, на проводах контактной сети горэлектротранспорта, осуществляется путём электрического соединения ремонтной изолированной платформы с фазой или контактным проводом. Подобное выравнивание потенциалов фазы (контактного провода) и ремонтной платформы исключает возможность протекания тока через тело человека, находящегося на ремонтной платформе и позволяет выполнять ремонтные работы без дополнительных электрозащитных средств.

Электрическое разделение сетей наиболее широкое применение находит в горнорудной промышленности, где питающие 3-х фазные сети выполняются с изолированной нейтралью, т.к. при такой системе энергоснабжения ток через тело человека в случае его касания к токоведущим частям будет минимальным. При этом величина такого тока будет в значительной степени зависеть от величины емкости участковой сети и ёмкостных токов утечки. Емкость участковой сети в свою очередь зависит от длины проводов (кабелей), расстояния между фазными проводами и качественных характеристик фазной изоляции. При значительной емкости участковой сети (более 1 мкФ/фазу) ток утечки может превышать значение неотпускающего тока. В этом случае участковая сеть делится на несколько фидеров, каждый из которых питается от соответствующих вторичных обмоток разделительного трансформатора, у которого одна или несколько вторичных обмоток и коэффициент трансформации равен 1. Из этого следует, что подобное разделение сетей связано с необходимостью применения разделительного трансформатора, а следовательно, с увеличением капитальных вложений в систему электроснабжения, но является необходимым для обеспечения электробезо- пасности в угольных и сланцевых шахтах.

Компенсация токов замыкания на землю. Как было показано выше, электрическая емкость сети повышает ток через человека в случае его прикосновения к токоведущим частям, находящимся под напряжением. Опасное влияние емкости может быть снижено компенсацией емкостной составляющей тока замыкания на землю. Для этой цели присоединяют между сетью и землей индуктивность в виде дросселя (Рис.5), величина индуктивности которого подбирается таким образом, чтобы компенсировать емкостную составляющую тока замыкания на землю и тем самым свести ее к минимуму. При правильно подобранной индуктивности сеть с компенсированной емкостью становится аналогичной сети без емкости.

Однако обеспечить постоянную и полную компенсацию емкости затрудни- тельно в силу того, что емкость сети не остается постоянной и существенно изменяется в зависимости от включения или отключения отдельных потребителей, изменения их количества, протяженности фидерных линий и т.п. Эту задачу решает лишь автоматическая компенсация, обеспечивающая непрерывное изменение индуктивности дросселя в соответствии с емкостью сети, сохраняя условие равенства емкостного и индуктивного сопротивлений.

а) б)

Рис. 5 - Способы присоединения к электрической сети компенсирующих дросселей с помощью естественной (а) и искусственной нейтрали (б).

Предупреждающая сигнализация преобразует информацию о контролиру- емом объекте (электрооборудовании) в сигнал. Выполняется с действием на световой и звуковой сигналы. Подразделяется на сигнализацию положения (состояние – включено, выключено) и аварийную (перегрузка трансформатора, срабатывание газовой защиты трансформатора, однофазное замыкание на землю и др). Предупреждает оперативный персонал об отклонениях режимов работы узлов и систем оборудования от номинальных.

Электроблокировки – совокупность методов и средств, обеспечивающих фиксацию рабочих органов аппаратов, машин или электрических схем в определенном положении (состоянии), предотвращающих аварийные ситуации или отклонения режимов работы оборудования от номинальных. Все блокировки подразделяются на механические, замковые, оптические, магнитные и электриче- ские.

В электроустановках, оборудованных выключателями и разъединителями, предусматриваются блокировки, исключающие возможность отключения разъединителя под нагрузкой, т. е. при включенном выключателе.

Примером механической блокировки является рычажный блокиратор включения реверсивных пускателей или контакторов. Кроме механической, в этих случаях используется и электрическая блокировка, осуществляемая с помощью соответствующих блок-контактов, предотвращающих одновременное включение реверсивных контакторов при поступлении управляющих сигналов.

В устройствах замковых блокировок для всех замков приводов выключателей и разъединителей применяется один ключ, с помощью которого, и только в определенной последовательности возможно производить оперативные переклю- чения.

Электромагнитной блокировкой снабжаются все приводы выключателей и разъединителей комплектных распределительных устройств (КРУ), а в качестве ключа используется электромагнитная катушка, с помощью которой из привода извлекается запорный стержень только в том случае, когда это не противоречит порядку и правилам выполнения оперативных переключений.

Электросигнализация, централизация и блокировки (СЦБ) весьма широко используются для обеспечения безопасности движения на железнодорожном транспорте.

Знаки безопасности подразделяются на запрещающие, предупреждающие, предписывающие и указательные: «Не включать! Работают люди!», «Внимание! Высокое напряжение!», «Работать здесь», «Вход (проход) запрещен».