Способы и методы обеспечения электробезопасности

Содержание

Введение

Электробезопасностью  на рабочем месте называют систему  сохранения жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, связанной с влиянием электрического тока и электромагнитных полей. Электробезопасность включает в себя правовые, социально-экономические, организационно-технические, санитарно-гигиенические, лечебно-профилактические, реабилитационные и иные мероприятия. Правила электробезопасности регламентируются правовыми и техническими документами, нормативно-технической базой. Знание основ электробезопасности обязательно для персонала, обслуживающего электроустановки и электрооборудование.

    Большинство опасных и вредных производственных факторов воспринимаются органами чувств человека, поэтому их легко обнаружить и принять меры, чтобы предупредить последствия воздействия на организм. Некоторые из них (электрический ток, излучения и др.) не могут быть обнаружены органами чувств, это увеличивает опасность поражение.

Ситуация  в сфере  охраны труда и травматизма  остается острой. Расследование несчастных случаев  свидетельствует о том, что большинство  несчастных случаев и электротравм происходит из-за нарушений требования мер электробезопасности и охраны труда и не обеспечение со стороны работодателей своих функциональных обязанностей в организации производства работ, а также по соблюдению норм и правил охраны труда.

Способы и методы электробезопасности

Электробезопасность персонала  обеспечивается конструкцией электроустановок, организационными и техническими мероприятиями, а также техническими способами, средствами и приспособлениями.

Организационные мероприятия  включают в себя: требования к персоналу (возраст, медицинское освидетельствование, обучение, проверка знаний и др.); назначение лиц, ответственных за организацию и производство работ; оформление наряда (распоряжения) на производство работ; осуществление допуска к проведению работ; организацию надзора за проведением работ и др.

Технические мероприятия  в действующих установках со снятым напряжением при работах в электроустановках или вблизи их – это отключение установки (или ее части) от источника; механическое запирание приводов отключающих коммутационных аппаратов; снятие предохранителей; отсоединение концов питающих линий; установка знаков безопасности и ограждений; применение заземления и др.

Технические мероприятия  при выполнении работ под напряжением включают в себя применение изолирующих, ограждающих и вспомогательных защитных средств.

Изолирующие защитные средства служат для изоляции персонала от частей электрооборудования или  проводов сети, находящихся под напряжением, а также для изоляции человека от земли (рис. 1).

Изолирующие средства делятся на основные и дополнительные.

К основным средствам  относятся такие средства, изоляция которых надежно выдерживает  рабочее напряжение электроустановок и при помощи которых допускаются работы в электроустановках под напряжением и изолируют главным образом руки работающих от токоведущих частей или частей, оказавшихся под напряжением (рис. 2).

К ним относятся (в  электроустановках напряжением до 1000В) электрические перчатки, инструмент с изолированными рукоятками, указатели напряжения (токоискатели) и др.

К дополнительным защитным изолирующим средствам относятся  средства, которые сами по себе не могут  обеспечить электробезопасность и  лишь дополняют защитную роль основных изолирующих средств, изолируя ноги работающих от земли (рис. 1). К дополнительным защитным изолирующим средствам относятся диэлектрические галоши, диэлектрические резиновые коврики, изолирующие подставки и т.п.

Рис. 1. Основные и дополнительные защитные средства, применяемые для  работы в электроустановках (1 –  изолирующие клещи, 2 – изолирующая штанга, 3 – указатель напряжения, 4 – токоизмерительные клещи, 5 – диэлектрические галоши, 6 – диэлектрические боты, 7 – диэлектрические коврики, 8 – изолирующая поставка, 9 – слесарно-монтажный инструмент с изолирующими ручками, 10 - диэлектрические перчатки).

Основные изолирующие  средства должны применяться совместно с дополнительными. В этом случае сопротивление в цепи тела человека резко увеличивается, снижая опасность электропоражения.

Рис. 2. Использование основных (I) и дополнительных (II) изолирующих средств.

Ограждающие защитные средства предназначены для временного ограждения токоведущих частей и защиты персонала от прикосновения к токоведущим частям оборудования. К ним относятся временные переносные ограждения (щиты, ограждения–клетки и т.п.), изолирующие накладки, кожухи, предупредительные плакаты и др.

При работах на отключенном  оборудовании во избежание электропоражения при ошибочной подаче на него напряжения или появлении наведенного напряжения применяются временные переносные заземления и закоротки.

Предупредительные плакаты  служат для предупреждения персонала  об опасности, напоминания о принятых мерах безопасности, запрещения подачи напряжения и т.п.

Вспомогательные защитные средства служат для защиты персонала от сопутствующих опасностей и вредностей при работе в электроустановках. К ним относятся: приспособления, предохраняющие от падения с высоты (предохранительные пояса, страхующие канаты и т.п.); приспособления для безопасного подъема на высоту (стремянки, лестницы, монтерские когти и т.п.); устройства, защищающие работающих от световых, тепловых, электромагнитных, механических и химических воздействий (защитные очки, респираторы, противогазы, рукавицы и др.).

Для защиты от поражения  электрическим током при эксплуатации различного технологического оборудования, использующего электрическую энергию, применяется ряд технических методов (способов), основными из которых являются: применение малых напряжений для электропитания технических установок, оборудования и ручного инструмента; электрическое разделение сетей; защитное заземление; зануление; устройства защитного отклонения (УЗО) и др.

Применение малых напряжений в пределах наибольших допустимых значений для электропитания приборов, электрифицированного ручного инструмента и установок является наиболее эффективным способом обеспечения электробезопасности. Поэтому в тех случаях, где это возможно, необходимо использовать более низкие напряжения, не превышающие.

К признакам повышенной опасности поражения электрическим током в производственных помещениях относятся: наличие в помещении токопроводящих полов (земляные, металлические, железобетонные, кирпичные и т.п.); поддержание в помещении длительное время (более 2 часов) температуры воздуха равной или более 25°С и относительной влажности равной или более 75%; наличие в воздухе токопроводящей пыли; наличие возможности одновременного прикосновения к корпусам и другим частям оборудования, на которых может оказаться напряжение, с одной стороны, и к каким–либо заземленным конструкциям здания, другого оборудования, с другой.

К признакам особой опасности  помещений относятся: наличие в  помещении двух или более признаков  повышенной опасности; наличие в  воздухе помещения химически  агрессивной среды; поддержание  в помещении высокой относительной  влажности, близкой к 100%.

В качестве источников малого (низкого) напряжения применяются гальванические элементы, выпрямители, преобразователи частоты (для уменьшения массы ручного инструмента на частоте 200 или 400 Гц), понижающие трансформаторы и др. Использование с этой целью автотрансформаторов не допускается, т.к. в этом случае сохраняется гальваническая связь автотрансформатора с электрической сетью, а значит и опасность электропоражения при замыкании («пробое») напряжения электропитания на корпуса или другие части таких устройств.

Электрическое разделение сетей заключается в использовании разделительных трансформаторов с помощью которых сети большой протяженности или сети, имеющие большое количество ответвлений разделяются на отдельные небольшие сети того же напряжения (рис. 3.). Электрическое разделение сетей позволяет обеспечить сопротивление фазных проводов по отношению к земле достаточно большим (500 кОм в сетях до 1000 В) и тем самым обеспечить их безопасность при однофазном прикосновении.

Для разделения сетей могут применяться также преобразователи частоты и выпрямительные установки.

Рис. 3. Электрическое  разделение сетей

Защитное заземление представляет собой преднамеренное электрическое соединение металлических  частей оборудования (например, корпусов), которые могут оказаться под напряжением в результате нарушения изоляции токоведущих частей оборудования (и по другим причинам), с землей посредством заземляющего устройства.

Принцип действия защитного заземления заключается в уменьшении опасности электропоражения за счет снижения напряжения на заземленном корпусе (или других частях) при замыкании на него (или другие части оборудования) питающего напряжения) до значения (где – ток, протекающий через заземлитель; – сопротивление защитного заземления) и выравнивания или снижения разности потенциалов между корпусом установки и землей за счет подъема потенциала земли (основания, на котором стоит человек), возникшего в результате растекания в нем тока.

В связи с тем, что потенциал  на поверхности грунта уменьшается в зависимости от расстояния до заземлителя (места стекания тока в землю) по гиперболическому закону, то по мере удаления от места заземления разность потенциалов между корпусом и основанием будет увеличиваться и в зоне электротехнической земли (расстояние равно около 15–20 м), где потенциал на основании (поверхности грунта) приблизительно равен нулю, она станет равной напряжению на корпусе. В этом случае коэффициент напряжения прикосновения =1, а напряжение прикосновения равно:

Зона, в пределах которой потенциалы на поверхности грунта не равны нулю, называется зоной растекания тока.

Для того, чтобы обеспечить достаточно безопасное значение напряжения прикосновения, т.е. не более 42 В, при длительности воздействия t≥1с, необходимо, как видно из выражения , уменьшать значение сопротивления заземляющего устройства . Так как ток, протекающий через заземлитель , не может быть более 10 А в сетях напряжением до 1000 В, то должно быть не более 4 Ом. Допускается 10 Ом при суммарной мощности источников напряжения сети до 100 кВ·А.

Чтобы получить заземление, обеспечивающее безопасность, т.е. напряжение прикосновения  не более 42 В, применяют сложные групповые  заземлители.

Если расстояние между отдельными электродами (одиночными заземлителями) меньше 20 м, то их поля растекания накладываются, то есть они экранируют друг друга, что выражается величиной коэффициента экранирования  .

Общее сопротивление группового заземлителя  определяется как сопротивление  всех параллельно соединенных одиночных  заземлителей с учетом коэффициента экранирования по формуле:

где – сопротивление одиночного заземлителя;

n – количество одиночных заземлителей.

Заземляющие устройства (заземления) бывают двух типов – выносные и  контурные (распределенные) или выполненные  в ряд.

Выносные заземления устраиваются при отсутствии возможности разместить заземлитель в пределах защищаемой площадки, высоком сопротивлении грунта на этой территории и наличии сравнительно на небольшом удалении мест с повышенной проводимостью, а также при рассредоточенном размещении заземляемого оборудования.

К достоинству выносных заземлений можно отнести возможность  выбора места размещения электродов с наименьшим сопротивлением грунта.

Контурное (распределенное) заземляющее устройство применяется в случаях, когда необходимо выровнять потенциал на защищаемой площадке с возможными потенциалами заземленных частей оборудования и тем самым уменьшить напряжение прикосновения (и напряжение шага) до безопасных значений.

Для заземления электроустановок в первую очередь должны использоваться естественные заземлители –– водопроводные и другие трубопроводы, проложенные в земле (за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов и смесей), металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в соприкосновении с землей, свинцовые оболочки кабелей, проложенные в земле, нулевые (нейтральные) провода воздушных линий напряжением до 1000 В, рельсовые пути магистральных неэлектрифицированных железных дорог и др.

Защитное заземление применяется в сетях, изолированных от земли (трехфазные трехпроводные сети с изолированной от земли нейтралью, двухпроводные сети переменного и постоянного тока с изолированными от земли проводами или полюсами).

Заземлению подлежат корпуса и другие части электрооборудования, на которых может оказаться напряжение, во всех случаях при величине номинального напряжения электропитания 380 В переменного тока и 440 В постоянного тока и выше; при номинальных напряжениях равных и выше 42 В (50 Гц) и 110 В помещених с признаками повышенной и особой опасности и в наружных условиях; во взрывоопасных помещениях при любых значениях постоянного и переменного напряжения.

Конструктивно заземляющее  устройство состоит из вертикальных электродов, которые соединяются между собой горизонтальным электродом (полосой).

В качестве вертикальных электродов обычно используют стальные стержни диаметром 10–16 мм и длиной до 10 м, угловую сталь от 40x40 до 60x60 мм и, как исключение, стальные трубы диаметром 50–60 мм с толщиной стенок не менее 3,5 мм длиной 2,5–3,0 м. Для электрического соединения вертикальных электродов применяют полосовую сталь шириной 20–40 мм и толщиной 4 мм, а также сталь круглого сечения диаметром 10–12 мм.

Для установки вертикальных заземлителей предварительно роют траншеи глубиной 0,7 – 0,8 м, после чего их заглубляют специальными механизмами (копры, гидропрессы, вибраторы и т.п.). Расстояние между соседними вертикальными электродами (если позволяют размеры, отведенные под заземление площадки) берут не менее 2,5 м. Для заземлителей, расположенных в ряд, отношение этого расстояния к длине электрода предпочтительно выбирать равным 2–3, а при расположении электродов по контуру – равным 3.

Расчет защитного заземления в установках до 1000 В выполняется по допустимому сопротивлению заземляющего устройства растеканию тока (4 или 10 Ом). При расчете определяют количество, размеры и схему размещения электродов в земле.

Если на территории проектируемого заземляющего устройства имеются естественные зеземлители, которые можно использовать, то общее сопротивление заземляющего устройства будет складываться из сопротивления естественных и искусственных заземлителей:

где – требуемое (допустимое) значение сопротивления заземляющего устройства.

Зануление представляет собой преднамеренное электрическое соединение к неоднократно заземленному защитному проводнику сети нетокопроводящих частей оборудования (например, металлического корпуса), которые могут оказаться под напряжением в результате замыкания электропитания на эти части или корпус.

При наличии зануления  опасность электропоражения при  прикосновении к зануленным частям (корпусу) оборудования и при замыкании на них питающего напряжения сети устраняется отключением оборудования от сети в результате срабатывания отключающего устройства (например, перегорания плавкой вставки предохранителя), вызванного большим током короткого замыкания.

Так как плавкие предохранители и автоматические выключатели с  тепловой защитой срабатывают в  течение нескольких секунд, то для  снижения напряжения, действующего на человека в течение этого времени, обязательно применение повторного заземления защитного проводника . При этом напряжение прикосновения уменьшится до значения:

где – ток, протекающий через повторное заземление; – коэффициент напряжения прикосновения.

Для надежной работы зануления  необходимо обеспечить следующие требования:

а) Ток короткого замыкания  должен в несколько раз превышать номинальный ток срабатывания защиты, т.е.

где – коэффициент кратности.

б) Полная проводимость защитного проводника должна составлять не менее 50% проводимости фазных проводов.

в) Чтобы обеспечить непрерывность  цепи зануления, запрещается установка  в зануляемый проводник предохранителей  и выключателей.

г) Для уменьшения опасности  поражения персонала током, возникающей при обрыве защитного проводника, обязательно применение повторного его заземления.

Сопротивление току растекания повторных заземлений не должно превышать 5, 10 или 20 Ом при напряжениях в сети соответственно 660/380, 380/220 и 220/127 В.

д) Зануление однофазных потребителей должно осуществляться специальным проводником (или жилой кабеля), который не может одновременно служить проводником для рабочего тока. Его сопротивление, как и заземляющего проводника при защитном заземлении не должно превышать 0,1 Ома.

Зануление применяется  только в сетях с заземленной  нейтралью (или заземленным полюсом и проводом в двухпроводных сетях), т.к. в противном случае при аварийном режиме работы сети, когда одна из фаз сети замыкает на землю через незначительное сопротивление , человек, касающийся корпуса зануленной установки окажется под фазным (в трехфазных сетях), а при пробое питающего напряжения (одной фазы) на корпус (до срабатывания защиты) – под линейным напряжением

Применение защитного  заземления в сетях с заземленной нейтралью (заземленным полюсом или проводом в двухпроводных сетях) малоэффективно, так как при замыкании питающего напряжения (одной фазы в трехфазных сетях) на корпус напряжение на нем по отношению к земле достигнет значения превышающего или равного половине фазного (в трехфазных сетях при ):

Для определения условия  надежной работы зануления производится расчет его на отключающую способность  и на безопасность прикосновения  к корпусу при замыкании фазы на землю (в этом случае производится расчет заземления нейтрали) и замыкании на корпус (в этом случае производится расчет повторного заземления нулевого провода – защитного проводника).

Расчет заземлений осуществляется по методике, аналогичной расчету защитного заземления.

Расчет на отключающую способность заключается в проверке правильного выбора проводимости защитного проводника (нейтрали) и всей петли «фаза-ноль», то есть соблюдения условия надежности срабатывания защиты:

Значение зависит от и сопротивления цепи «фаза-ноль» и определяется следующим выражением:

где – полное сопротивление трансформатора; – полное сопротивление фазного проводника; – полное сопротивление нулевого защитного проводника (нейтрали); – внешнее индуктивное сопротивление петли (контура) «фаза-ноль».

Комплексное значение полного сопротивления петли «фаза-ноль» равно:

Модульное значение этого  сопротивления определяется по формуле:

где R и X – соответственно активные и индуктивные значения сопротивлений фазного и нулевого проводников.

Теперь ток короткого замыкания можно рассчитать по формуле:

Сопротивление трансформатора зависит от его мощности, напряжения в сети и схемы соединения его обмоток, а также конструктивного его исполнения (выбирается из технических характеристик трансформатора).

Сопротивление и определяется по сечению S, длине l и материалу проводников. Для цветных металлов по формуле , а для стальных проводников – по справочнику (где – удельное сопротивление металла). Значения и для медных и алюминиевых проводников сравнительно малы (около 0,0156 Ом/км) и ими можно пренебречь.

Для стальных проводников и можно определить по справочникам.

Значение можно рассчитать по известной в электротехнике формуле:

Где – угловая частота ( ), рад/с; L – индуктивность линии, Г; – относительная магнитная проницаемость среды; – магнитная постоянная ( г/м); l – длина линии, м; D – расстояние между проводами линии, м; – диаметр проводника, м.

Для воздушной линии  длиной 1 км ( =1) при частоте =50 Гц ( =314 рад/с):

Из этого выражения следует, что в основном зависит от D (расстояния между проводами сети). Поэтому защитные проводники прокладываются совместно или в непосредственной близости от фазных проводников.

При малых значениях D, соизмеримых с d, сопротивлением можно пренебречь, так как оно в этом случае не превышает 0,1 Ом/км.

Защитное отключение представляет собой устройство, автоматически отключающее установку или участок электрической сети при возникновении в них опасности поражения человека электрическим током.

Такая опасность может возникнуть при замыкании электропитания установки на ее корпус, снижении сопротивления изоляции проводов электрической сети относительно земли ниже допустимого значения, появления в сети более высокого напряжения, при прикосновении человека к токоведущим частям при выполнении работ под напряжением и т.п. При этом происходит изменение некоторых электрических параметров сети или электроустановки. Например, могут измениться напряжение корпуса установки относительно земли, ток замыкания с корпуса на землю, напряжение фаз относительно земли и т.п.

Заключение

Электробезопасность —  система организационных и технических  мероприятий и средств, которые  обеспечивают защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества.

Характерными  причинами  несчастных случаев, вызванных  поражением электрическим током, являются:

- случайные прикосновения  людей  к оголенным проводам  и оборванным  концам воздушной  сети, находящейся  под напряжением;

- появление напряжения  там, где его в нормальных  условиях не должно быть;

- выполнение работ  на распределительных  устройствах  и транспортных подстанциях   без отключения напряжения и   без соблюдения необходимых мер   безопасности;

- неудовлетворительное ограждение  токоведущих частей установок от случайного прикосновения;

- устройство электропроводки  и  осуществление ремонтных  работ  на воздушных сетях,  находящихся  под напряжением; 

- неудовлетворительное  заземление  электропроводок при  их эксплуатации;

- производство электросварочных  работ без соблюдения правил  безопасности;

- несогласование и  ошибочное действие  обслуживающего  персонала, например, подача напряжения, где работают  люди;

- оставление электроустановок  без  надзора; 

- несоблюдение элементарных требований  безопасности;

- шаговом напряжении;

- освобождении человека, находящегося  под напряжением;

- действии электрической дуги.

Список использованной литературы

1. ГОСТ 12.1.019-79* 2001 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ  СТАНДАРТ - Система стандартов безопасности труда – ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ - Общие требования и номенклатура видов защиты;
2. Медведев В.Т. «Электробезопасность. Теория и практика: учеб пособие для вузов», 2009 г.;
3. Ситникова Е. Безопасность жизнедеятельности // Кадровое дело. – 2011. – № 2;
4. Соловьев А., Фролов О. Принципы  управления охраной труда // Охрана  труда и социальное страхование.  – 2008. – № 4 – 5;
5. Смирнов О.С. Безопасность жизнедеятельности. Учебник. Издание 4-ое. – М., «Проспект», 2010 г.