Технические способы и средства защиты от электрического тока

Размещено на http://www.allbest.ru

1.Условия возникновения электротравм

Система распределения и потребления электроэнергии на железнодорожном транспорте при соблюдении норм и правил охраны труда почти исключает возможность поражения электрическим током. Однако при нарушении их может создаться ситуация, опасная для жизни и здоровья работающих. Доля электротравматизма в общем количестве несчастных случаев с работающими на путях станций незначительна (0,1 - 5%), однако исход его, как правило, тяжелый. С работниками станций электротравматизм происходит чаще всего в электроустановках напряжением до 1000 В при случайном прикосновении к токоведущим частям с поврежденной изоляцией или к корпусам электрооборудования, не имеющим защитного заземления. Бывают случаи электротравматизма при обслуживании устройств электрического освещения путей и стрелочных указателей, электрообогрева стрелок, электрифицированного инструмента для ремонта станционного оборудования, электротехнического оборудования в производственных и вспомогательных помещениях. На станциях электрифицированных «дорог, особенно на однофазном переменном токе промышленной частоты напряжением 27,5 кВ, опасно всякое прикосновение человека к следующим предметам:

проводам и деталям контактной сети, находящимся под напряжением (непосредственно и через какие-либо предметы - прутья, проволоку, струю воды), с земли, подвижного состава, устройств или сооружений. Это может произойти во время работы на сооружениях, опорах и специальных конструкциях, расположенных на расстоянии менее 2 м от частей контактной сети, нормально находящихся под напряжением; на проводах в пролете линий, пересекающих контактную сеть; при осмотре и ремонте крыш у вагонов и локомотивов, снабжении водой пассажирских вагонов (сверху), экипировке льдом и осмотре люков ледников, проверке габарита приближения строений (верхней его части), устранении коммерческих неисправностей груза на платформах и в полувагонах, погрузке и выгрузке с открытого подвижного состава, а также во время тушения пожара вблизи контактной сети водой;

электрооборудованию электровозов, находящемуся под напряжением (без необходимых защитных средств);

посторонним предметам, находящимся на проводах контактной сети или наброшенным на них (отрезки проволоки, веревки, тросы и др.);

отключенным проводам и протяженным металлическим конструкциям, подверженным индуктивному влиянию контактной сети переменного тока;

оборванным проводам контактной сети независимо от того, касаются они земли или заземленных конструкций или нет [1].

2.Действие электрического тока на организм человека

Электрические установки, с которыми приходится иметь дело практически всем работающим на производстве, представляют для человека большую потенциальную опасность, которая усугубляется тем, что органы чувств человека не могут на расстоянии обнаружить наличия электрического напряжения на оборудовании. Статистика электротравм показывает, что их число невелико и составляет всего 0,5...1% от общего числа травм на производстве. Однако среди причин смертельных несчастных случаев на долю электротравм уже приходится 20…40%.

Проходя через тело человека, электрический ток оказывает на него сложное воздействие, являющееся совокупностью термического (нагрев тканей и биологических сред), электролитического (разложения крови и плазмы) и биологического (раздражение и возбуждение нервных волокон и других органов тканей организма) воздействий. Наиболее сложным является биологическое действие, свойственное только живым организмам. Любое из этих воздействий может привести к электрической травме, т. е. к повреждению организма, вызванному воздействием электрического тока или электрической дуги. Различают местные электротравмы и электрические удары (общие электротрвмы). Приблизительно в 55% случаев травмы носят смешанный характер.

К местным электротравмам относят электрический ожог (результат теплового воздействия электрического тока в месте контакта); электрический знак (специфическое поражение кожи, вызванное, главным образом, действием тока), металлизацию кожи (проникновение в кожу мельчайших частиц металла при его расплавлении под влиянием высокого тока или электрической дуги); электроофтальмию (воспаление наружных оболочек глаз из-за воздействия ультрафиолетовых лучей электрической дуги); механические повреждения (разрывы кожи, вывихи, переломы костей), вызванные непроизвольными сокращениями мышц под действием тока.

Электрический удар (общая электротравма) является очень серьезным поражением организма человека, вызванным возбуждением живых тканей тела электрическим током и сопровождающимся судорожным сокращением мышц. В зависимости от возникающих последствий электрические удары делят на четыре степени: I - судорожное сокращение мышц без потери сознания; II - судорожное сокращение мышц с потерей сознания, но с сохранившимися дыханием и работой сердца; III - потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или дыхания (или того и другого); IV - состояние клинической смерти.

Тяжесть поражения электрическим током зависит от целого ряда факторов: значения силы тока, электрического сопротивления тела человека и длительности протекания через него тока, рода и частоты тока, индивидуальных свойств человека и условий окружающей среды.

Оскозным фактором, обусловливающим ту или иную степень поражения человека, является сила тока. Для характеристики воздействия электрического тока на человека установлены три критерия: пороговый ощутимый ток (наименьшее значение силы электрического тока, вызывающего при прохождении через организм человека ощутимые раздражения): пороговый неотпускающий ток (наименьшее значение силы электрического тока, вызывающего судорожные сокращения мышц руки, в которой зажат проводник) и пороговый фибргиляционный ток (наименьшее значение силы электрического тока, вызывающего при прохождении через тело человека фибрилляцию сердца). Фибрилляцией называются хаотические и разновременные сокращения волокон сердечной мышцы, полностью нарушающие ее работу как насоса. При протекании тока по пути «рука - рука» или «рука - ноги» значения силы тока следующие (табл. 1):

Таблица 1

Значения силы тока

Следует иметь в виду, что приведенные выше данные до некоторой степени условны, так как ток, вызывающий у одного человека лишь слабые ощущения, для другого может оказаться неотпускающим. Это зависит от состояния нервной системы, физического развития человека. Для женщин, например, пороговые значения тока примерно в 1,5 раза ниже, чем для мужчин.

На исход поражения сильно влияет сопротивление тела человека, которое изменяется в очень больших пределах. Наибольшим сопротивлением обладает верхний слой кожи толщиной около 0,2 мм, состоящий из мертвых ороговевших клеток. Например, удельное электрическое сопротивление сухой кожи составляет 3*103...2*104 Ом·м, а спинномозговой жидкости - 0,5...0,6 Ом·м. Общее электрическое сопротивление тела человека при сухой, чистой и неповрежденной коже, измеренное при напряжении до 15...20 В, находится примерно в пределах 3...1000 кОм и больше; сопротивление внутренних тканей тела - 300...500 Ом. При различных расчетах, связанных с обеспечением электробезопасности и расследованием электротравм, сопротивление тела человека принимают равным 1 кОм.

Длительность протекания тока через тело человека очень сильно влияет на исход поражения в связи с тем, что с течением времени резко падает сопротивление кожи человека, более вероятным становится поражение сердца и накапливаются другие отрицательные последствия. Например, для переменного тока частотой 50 Гц предельно допустимый ток при продолжительности воздействия 0,1 с составляет 500 мА, а при воздействии в течение 1 с - уже 50 мА (ГОСТ 12.1.038 - 82).

Существенное значение имеет и путь тока через тело человека. Наибольшая опасность возникает при непосредственном прохождении тока через жизненно важные органы (сердце, легкие, головной мозг). Статистические данные, например, показывают, что число травм с потерей сознания при прохождении тока по пути «правая рука - ноги» составляют 87%; по пути «нога - нога» - 15%.

Степень поражения зависит также от рода и частоты тока. Наиболее опасным является переменный ток частотой от 20 до 1000 Гц. Переменный ток опаснее постоянного, но это характерно только для напряжений до 250...300 В; при больших напряжениях опаснее становится постоянный ток.

Индивидуальные свойства человека и состояние окружающей среды оказывают заметное влияние на тяжесть поражения. Некоторые заболевания человека (болезни кожи, сердечно-сосудистой системы, легких, нервные болезни и др.) делают его более восприимчивым к электрическому току. Поэтому к обслуживанию электроустановок допускаются лица, прошедшие специальный медицинский осмотр.

Влияние состояния окружающей среды учитывается классификацией помещений (ПУЭ) и условий труда (ГОСТ 12.1.013 - 78) по опасности поражения электрическим током.

Предельно допустимые уровни напряжения прикосновения и тока. Для правильного проектирования способов и средств защиты людей от поражения электрическим током необходимо знать допустимые уровни напряжений прикосновения и значений токов, протекающих через тело человека.

Напряжением прикосновения называется напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек (ГОСТ 12.1.009 - 76). Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения установлены ГОСТ 12.1.038 - 82 для путей тока от одной руки к другой и от руки к ногам.

Напряжения прикосновения Uпр и сила тока I, протекающего через тело человека при нормальном (неаварийном) режиме электроустановки, не должны превышать следующих значений (табл. 2).

Таблица 2

Напряжения прикосновения Uпр и сила тока I, протекающего через тело человека

Примечания к таблице 4:

Напряжения прикосновения и токи приведены при продолжительности воздействия не более 10 мин в сутки и установлены исходя из реакции ощущения.

Напряжения прикосновения и токи для лиц, выполняющих работу в условиях высоких температур (выше 25 °С) и влажности (относительная влажность более 75%), должны быть уменьшены в 3 раза.

В ГОСТ 12.1.038 - 82 приведены также предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов при аварийных режимах производственных электроустановок напряжением до 1000 В с глухозаземленной или изолированной нейтралью и выше 1000 В с изолированной нейтралью.

Аварийный режим означает, что электроустановка неисправна и могут возникнуть опасные ситуации, приводящие к электротравмам обслуживающего персонала. Установленные стандартом предельно допустимые уровни очень сильно зависят от продолжительности воздействия тока, как это видно из нижеприведенных данных, взятых в качестве примера из ГОСТ 12.1.038 - 82 (табл. 3).

Предельно допустимые уровни силы тока, протекающего через тело человека при продолжительности воздействия свыше 1 с, соответствуют отпускающим (переменным) и неболевым (постоянным) токам. Такие токи (6 мА для переменного с частотой 50 Гц и 15 мА для постоянного) позволяют человеку самостоятельно освободиться от токоведущих частей. Их можно считать длительно допустимыми, если отсутствуют дополнительные обстоятельства, усугубляющие опасность. Например, если человек работает на высоте или вблизи движущихся или вращающихся частей оборудования, то резкие, непроизвольные движения, вызванные воздействием длительно допустимого тока, могут привести к травме [2, 3, 4, 5].

Таблица 3

Установленные стандартом предельно допустимые уровни

3.Обеспечение электробезопасности

Электробезопасность на производстве обеспечивается соответствующей конструкцией электроустановок; применением технических способов и средств защиты; организационными и техническими мероприятиями (ГОСТ 12.1.009 - 76).

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.

Основными техническими способами и средствами защиты от поражения электрическим током, используемыми отдельно или в сочетании друг с другом, являются: защитное заземление; зануление; выравнивание потенциалов; малое напряжение; электрическое разделение сетей; защитное отключение; изоляция токоведущих частей (рабочая, дополнительная, усиленная, двойная); компенсация токов замыкания на землю; оградительные устройства; предупредительная сигнализация, блокировка, знаки безопасности; изолирующие защитные и предохранительные приспособления.

Наиболее распространенными техническими средствами защиты являются защитное заземление и зануление.

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением (ГОСТ 12.1.009 - 76). Защитному заземлению или занулению подлежат металлические части электроустановок, доступные для прикосновения человека и не имеющие других видов защиты, обеспечивающих электробезопасность. Защитное заземление или зануление выполняют: во всех случаях при переменном номинальном напряжении 380 В и выше и постоянном напряжении 440 В и выше; в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках при номинальном переменном напряжении от 42 до 380 В и постоянном - 110...440 В. Таким образом, электроустановки напряжением до 42 В переменного и до 110 В постоянного тока не требуют защитного заземления и зануления, за исключением некоторых случаев, специально оговариваемых ПУЭ.

Областью применения защитного заземления являются трехфазные трехпроводные сети напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и сети напряжением выше 1000 В с любым режимом нейтрали (рис. 1, а, б).

Заземляющее устройство состоит из заземлителя (одного или нескольких металлических элементов, погруженных на определенную глубину в грунт) и заземляющих проводников, соединяющих заземляемое оборудование с заземлителем. В зависимости от расположения заземлителей относительно заземляемого оборудования заземляющие устройства делятся на выносные и контурные. Заземлители выносного заземляющего устройства располагаются на некотором удалении от заземляемого оборудования. Контурное заземляющее устройство, заземлители которого располагают по контуру вокруг заземляемого оборудования на небольшом расстоянии друг от друга (несколько метров), обеспечивает лучшую степень защиты.

Рисунок 1 - Принципиальная схема защитного заземления:

а) - в сети с изолированной нейтралью до 1000 В и выше; б) - в сети с заземленной нейтралью выше 1000 В; 1 - заземляемое оборудование; 2 - заземлитель защитного заземления; 3 - заземлитель рабочего заземления (заземления нейтрали источника тока)

Основным элементом заземляющего устройства являются заземлители, которые бывают естественными и искусственными. Естественными заземлителями могут быть находящиеся в земле электропроводящие (металлические и железобетонные) части коммуникаций и других сооружений.

Чтобы защитить человека от поражения электрическим током, защитное заземление должно удовлетворять ряду требований, изложенных в ПУЭ и ГОСТ 12.1.030 - 81 «ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление». Эти требования зависят от напряжения электроустановок и мощности источника питания.

В электроустановках переменного тока напряжением до 1000 В в сети с изолированной нейтралью или изолированным выводом источника однофазного тока сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 4 Ом. Если мощность источника питания (трансформаторов, генераторов, тяговых асинхронных двигателей) составляет менее 100 кВА, то сопротивление заземляющего устройства может достигать 10 Ом, но не более.

Занулением называется преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением (ГОСТ 12.1.009 - 76).

Зануление является сейчас основным средством обеспечения электробезопасности. Зануление применяется в трехфазной сети с заземленной нейтралью напряжением до 1000 В. Обычно это сети 220/127, 380/220, 660/380 В. В таких сетях нейтраль источника тока (генератора, трансформатора, тягового асинхронного двигателя) присоединена к заземлителю с помощью заземляющего проводника. Этот заземлитель располагается вблизи источника питания.

В сети с занулением нужно различать нулевой защитный проводник (НЗ) и нулевой рабочий проводник (НР). Нулевым защитным проводником называется проводник, соединяющий зануляемые части с заземленной нейтральной точкой обмотки источника тока или ее эквивалентом. Нулевой рабочий проводник используют для питания током электроприемников и тоже соединяют с заземленной нейтралью трансформатора, генератора, тягового асинхронного двигателя (рис. 2).

Рисунок 2 - Принципиальная схема зануления в трехфазной сети с нулевым рабочим (НР) и нулевым защитным (НЗ) проводниками:

1 - корпус однофазного приемника тока; 2 - корпус трехфазного приемника тока; 3 - плавкий предохранитель; Iк - ток однофазного короткого замыкания; Ф - фазный провод; Uф - фазное напряжение

Защита человека от поражения электрическим током в сетях с занулением осуществляется тем, что при замыкании одной из фаз на зануленный корпус в цепи этой фазы возникает ток ко роткого замыкания, который воздействует на токовую защиту (плавкий предохранитель, автомат), в результате чего происходит отключение аварийного участка от цепи. Кроме того, еще до срабатывания защиты ток короткого замыкания вызывает перераспределение напряжений в сети, приводящее к снижению напряжения корпуса относительно земли. Таким образом, зануление уменьшает напряжение прикосновения и ограничивает время, в течение которого человек, прикоснувшийся к корпусу, может попасть под действие напряжения.

Для того чтобы обеспечить быстрое (в течение нескольких секунд) отключение аварийного участка, ток короткого замыкания должен быть достаточно большим. ^Согласно требованиям ПУЭ ток короткого замыкания должен не менее чем в 3 раза превышать номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя или номинальный ток нерегулируемого расцепителя автоматического выключателя. При применении автоматических выключателей, имеющих только электромагнитный расцепитель (отсечку), ток короткого замыкания должен превышать значение тока уставки мгновенного срабатывания в 1,25-1,4 раза в зависимости от номинального тока.

У однофазных электроприемников (светильников, ручного электроинструмента и др.), которые включаются между фазным и нулевым рабочим проводами, зануление корпусов надлежит выполнять с помощью отдельного (третьего) проводника, который должен соединять корпус электроприемника с нулевым защитным проводом (рис. 3, а, б). В таких случаях присоединять корпуса алектроприемников для обеспечения электробезопасности к нулевому рабочему проводу нельзя, так как при его разрыве (перегорании предохранителя) все подсоединенные к нему корпуса окажутся под фазным напряжением относительно земли.

Рисунок 3 - Зануление однофазного элктроприемника, включенного между фазным и нулевым рабочим проводами:

а) - правильно; б) - неправильно

электротравма электрический ток заземление

В сети с занулением нельзя применять заземление отдельных электроприемников, не присоединив их прежде к нулевому защитному проводнику. В противном случае при замыкании фазы на заземленный, но не присоединенный к нулевому защитному проводу корпус образуется цепь тока через заземление этого корпуса и заземление нейтрали источника тока. Такой случай представляет опасность, так как средства защиты не смогут отключить такой электроприемник из-за малого значения тока и поэтому опасное напряжение на всех корпусах может сохраняться длительное время, пока заземленный приемник не будет отключен вручную.

Важно отметить, что если зануленный корпус одновременно заземлен, то это только улучшает условия безопасности, так как обеспечивает дополнительное заземление нулевого защитного провода.

Защитным отключением называется быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения током (ГОСТ 12.1.009 - 76).

Принцип защиты человека в этом случае заключается в ограничении времени протекания через тело человека опасного тока. Устройство защитного отключения (УЗО) постоянно контролирует сеть и при изменении ее параметров, вызванном подключением человека в сеть, отключает сеть или ее участок. Все УЗО состоят из датчика, преобразователя и исполнительного органа. Существуют УЗО, реагирующие на ток нулевой последовательности (на несимметрию фазных токов утечки); на напряжение нулевой последовательности (на несимметрию напряжений фаз относительно земли); на токи и напряжения оперативных источников питания; на напряжение корпуса электроустановки относительно земли (рис. 4).

Рисунок 4 - Принципиальная схема устройств защитного отключения (УЗО), реагирующего на напряжение корпуса относительно земли:

1 - корпус; 2 - автоматический выключатель; КО - отключающая катушка; Н - реле напряжения максимальное; Rз - сопротивление защитного заземления; Rв - сопротивление вспомогательного заземления

Организационные и технические мероприятия по обеспечению электробезопасности (ГОСТ 12.1.019 - 79) заключаются в основном в соответствующем обучении, инструктаже и допуске к работе с электроустановками лиц, прошедших медицинское освидетельствование; выполнении ряда технических мер при проведении работ с отключением напряжения в действующих электроустановках или вблизи них (запирание приводов, снятие предохранителей, отсоединение концов питающих линий; установка ограждений и знаков безопасности; наложение заземлений и т. п.); соблюдении особых требований при работах на токоведущих частях, находящихся под напряжением, или вблизи них (выполнение работ по наряду не менее чем двумя лицами, организация надзора за проведением работ, применение электрозащитных средств и т. п.) [2].

4.Электрозащитные средства и предохранительные приспособления

Электрозащитными средствами называются переносимые и перевозимые изделия, служащие для защиты людей, работающих с электроустановками, от поражения электрическим током, от воздействия электрической дуги и электромагнитного поля (ГОСТ 12.1.009 - 76).

Электрозащитные средства дополняют такие защитные устройства электроустановок, как ограждения,блокировки, защитное заземление, зануление, отключение и др. Необходимость применения электрозащитных средств вызвано тем, что при эксплуатации электроустановок иногда возникают условия, когда самые совершенные защитные устройства самих электроустановок не гарантируют безопасность человека (например, операции с разъединителями и т. п.).

По своему назначению средства защиты условно разделяют на изолирующие, ограждающие и вспомогательные.

Изолирующие средства защиты предназначены для изоляции человека от частей электроустановок, находящихся под напряжением, и от земли, если человек одновременно касается земли или заземленных частей электроустановок и токоведущих частей или металлических оказавшихся под напряжением корпусов электрооборудования. Существуют основные и дополнительные изолирующие средства.

Основные изолирующие средства имеют изоляцию, предназначенную для того, чтобы длительно выдерживать рабочее напряжение электроустановки, поэтому с их помощью разрешено касаться токоведущих частей, находящихся под напряжением. Изолирующие свойства основных защитных средств бывают разными в зависимости от напряжения электроустановок, где они применяются.

Основными изолирующими защитными средствами для электроустановок напряжением до 1000 В служат: изолирующие штанги, изолирующие и электроизмерительные клещи, диэлектрические перчатки, слесарно-монтажный инструмент с изолирующими рукоятками, указатели напряжения.

В электроустановках свыше 1000 В ими являются: оперативные и измерительные штанги, изолирующие и электроизмерительные клещи, указатели напряжения, а также средства для ремонтных работ под напряжением (изолирующие лестницы, площадки и др.).

На рис. 5 а, б показан двухполюсный указатель напряжения до 1000 В.

Дополнительные изолирующие средства обладают недостаточными изолирующими свойствами и предназначены только для усиления защитного действия основных средств, вместе с которыми они должны применяться. К ним относятся: при работах с напряжением до 1000 В - диэлектрические галоши, коврики, изолирующие подставки; при работах с напряжением свыше 1000 В - диэлектрические перчатки, боты, коврики, изолирующие подставки.

Для проверки диэлектрических свойств все изолирующие средства защиты (кроме штанг, которые предназначены для наложения временных заземлений, ковриков и подставок) должны подвергаться электрическим испытаниям после изготовления и периодически в процессе эксплуатации.

Ограждающие защитные средства предназначены для временного ограждения токоведущих частей, находящихся под напряжением. К ним можно отнести щиты, барьеры, ограждения-клетки, а также временные «переносные заземления, которые делают невозможным появление напряжения на отключенном оборудовании.

Вспомогательные защитные средства служат для защиты персонала от случайного падения с высоты (предохранительные пояса и др.); для обеспечения безопасного подъема на высоту (когти, лестницы), для защиты от световые тепловых, механических и химических воздействий электрического тока (защитные очки, щитки, рукавицы и др.) [3].

Рисунок 5 - Токоискатель типа ТИ-2:

а) - общий вид; б) - схема соединений; 1 - основная рукоятка; 2 - отверстие для наблюдения светового сигнала; 3 - щуп; 4 - вспомогательная рукоятка; 5 - соединительный провод; б - неоновая лампочка; 7 - шунтирующее сопротивление; 8 - добавочное сопротивление

Литература

Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов / Под. ред. С. В. Белова. 3-е изд., испр. и доп. М., 2001. 485 с.

Безопасность жизнедеятельности в машиностроении (технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств): Учеб. пособие / Под ред. Ю. М. Соломенцева. М., 2002. 310с.

Денисенко Г. Ф. Охрана труда: Учеб. пособие для инж.-эконом, специальностей вузов / Г. Ф. Денисенко. М., 1985. 280 с.

Долин П. А. Основы техники безопасности в электроустановках / П. А. Долин. М., 1984. 448 с.

Долин П. А. Справочник по технике безопасности / П. А. Долин. М., 1985. 823 с.

Размещено на Allbest.ru