Электробезопасность

5. Электробезопасность

По определению ГОСТ 12.1.009-76: "Электробезопасность − система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опас­ного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества".

Из всей совокупности ОВПФ наиболее травмирующим фактором является электрический ток.

В Российской Федерации ежегодно от электрического тока погибает ~ 2500 человек, откуда риск индиви­дуальной смерти от тока получается равным: 2500/145∙10⁶ ≈ 16∙10^-6, что втрое больше, чем в среднем на Земле (5∙10^-6). Доля электротравм среди всей совокупности несчастных слу­чаев на производстве составляла в России в 80-ые годы прошлого века 11.8% (каждая десятая травма на производстве свя­зана с электрическим током).

С момента промышленного использования электри­ческой энергии пристальное внимание было направлено на специфику проявления электри­ческого тока, не обнаруживаемого без непосредственного кон­такта с токоведущей частью, находящейся под напряжением, и тяжесть его воздействия на человека. Многочисленные исследования и инженерно-технические разработки привели в настоящее время к созданию надеж­ной системы защитных мер от поражения током.

5.1. Электрический ток

Действие тока на человека.

Ток оказывает термическое, электролитическое и биоло­гическое действие.

По видам поражения воздействие подраз­деляется на:

Рекомендуемые материалы

- электротравмы - местное поражение тканей (ожоги, элек­трические знаки, металлизация кожи);

-электроудары - воздействие тока на весь организм.

По степени воздействия различают:

I степень - судорожные сокращения мышц без потери соз­нания;

II степень - судорожные сокращения мышц, потеря созна­ния;

III степень - потеря сознания, нарушение сердечной и/или дыхательной деятельности;

IV степень - клиническая смерть, т.е. отсутствие дыхания и кровообращения.

Факторы, определяющие исход поражения электрическим током:

1.Значение тока I (основной поражающий фактор). Смер­тельным для человека значением тока промышленной часто­ты 50 Гц считается ток

I = 100 мА.

При этом токе вероятность смертельного исхода наступа­ет для 5% людей.

Выделяют три характерных значения тока промышленной частоты при его протекании через человека:

- пороговый ощутимый 0,6-1,5 мА, при котором появля­ются первые ощущения;

- пороговый неотпускающий 10-15 мА, при котором че­ловек не может оторваться от токоведущей части под напря­жением (из-за судорог мышц);

- пороговый фибрилляционный 100 мА, при котором воз­никают хаотические сокращения волокон сердечной мышцы (фибрилл), в результате чего наступает смерть.

При постоянном токе ощутимый пороговый ток составля­ет 5-7 мА. пороговый неотпускающий 50-70 мА, а пороговый фибрилляционный - 300 мА.

2. Напряжение прикосновения U_пр, которое, согласно ГОСТ 12.1.009-76, представляет напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек.

Напряжение прикосновения, а также электрическое сопро­тивление тела человека существенно влияют на исход пора­жения, так как определяют значение тока, проходящего че­рез тело человека, согласно закону Ома:

U_пр = I_h∙R_h

В аварийном режиме предельно допустимым напряжени­ем является 20В (при длительности воздействия более 1 с.).

3. Сопротивление тела человека R_h. Оно определяется в основном сопротивлением кожи. Сопротивление R_h, колеблет­ся у разных людей от 3 кОм до 100 кОм. Согласно ГОСТ 12.1.038-82, в нормальном режиме R_h принимается равным 6,7 кОм. В аварийном режиме при расчетах принимается обычно равным 1000 Ом.

4. Длительность воздействия t. Предельно допустимый ток, который может воздейство­вать на человека без особых последствий в интервале време­ни t = 0,2 − 1с, определяется согласно ГОСТ 12.1.038-82 из вы­ражения: I ≈ 50/t, мА. Вероятность тяжелого исхода возрастает при I менее 0,2с, что связано с особенностями кардиоцикла. Поэтому время срабатывания быстродействующей защиты ориентируется на этот промежуток времени.

5. Путь тока через тело человека (петля тока). Наиболее опасна петля тока по пути рука-рука, так как проходит через жизненно важные органы, наименее - нога-нога.

6. Род тока. Постоянный ток менее опасен, чем переменный, что вид­но по значениям пороговых токов, но это справедливо для напряжений менее 250-ЗООВ. Выпрямленный ток из-за нали­чия гармоник опаснее постоянного тока от аккумулятора.

7. Частота тока f. Наиболее опасным является ток с частотой 20-100 Гц. При частотах меньше 20 или больше 100 Гц опасность поражения несколько уменьшается. Ток частотой более 500 кГц являет­ся неопасным с точки зрения электрического удара, но мо­жет вызвать ожоги. В принципе, можно считать, что опас­ность электрического тока в зависимости от частоты умень­шается обратно пропорционально .

8. Контакт в точках акупунктуры. На теле имеются особые точки (точки акупунктуры), куда подходят нервные окончания, в результате чего сопротивле­ние в этих местах резко (на два порядка) снижается по срав­нению с соседними участками. Поэтому подвод тока к точкам акупунктуры резко увеличивает вероятность неблагопри­ятного исхода.

9. Фактор внимания. Известно, что кровообращение центральной нервной системы под влиянием напряженного внимания уси­ливается. Это вызывает повышенное потребление кисло­рода, что, в свою очередь, приводит к увеличению числа элек­тронов в процессах биохимических реакций обмена веществ. Усиленный поток электронов сложнее нарушить импульсом тока. Значит, биосистему автоматического регулирования при усиленном кровообращении нервной системы расстроить сложнее. Сосредоточенный, внимательный к опасности че­ловек менее подвержен воздействию тока.

10. Индивидуальные свойства человека (состояние здоро­вья, масса и пол человека и др.).

11. Условия внешней среды. По Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) выде­ляют 3 класса помещений по опасности поражения электри­ческим током:

1 − без повышенной опасности (без признаков повышен­ной и особой опасности);

2 − повышенной опасностью (температура воздуха бо­лее 35"С, относительная влажность более 75%, наличие в воз­духе токопроводящей пыли, токопроводящий пол, возмож­ность одновременного прикосновения к заземленному объек­ту и к корпусу электроустановки);

3 − особо опасные (влажность около 100%, химически ак­тивная среда в воздухе помещения, наличие двух и более при­знаков повышенной опасности).

12. Схема включения человека в цепь тока. Наиболее опасно двухфазное прикосновение, при котором человек касается проводов двух разных фаз (в трехфазной сети), и исход поражения (часто смертельный при напряже­нии 380В) не зависит от режима нейтрали сети.

Наименее опасно однофазное прикосновение к сети с изо­лированной нейтралью. Даже при токопроводящем основа­нии человек теоретически избежит неблагоприятного исхода.

Причины поражения электрическим током:

− случайное прикосновение;

− появление напряжения на корпусе электрооборудования;

− появление напряжения на отключенных токоведущих частях;

− напряжение шага.

Основные нормативные документы:

Правила устройства электроустановок (ПУЭ);

Правила эксплуатации (ПЭ) электроустановок потребите­лей и Правила техники безопасности (ПТБ) при эксплуата­ции электроустановок потребителей;

ГОСТ 12.1.009-76 ССБТ. Электробезопасность. Термины и оп­ределения;

ГОСТ 12.1.019-79 (СТ СЭВ 4830-84) ССБТ. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты.

ГОСТ 12.1.030-81 ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление.

ГОСТ 12.1.038-82 ССБТ. Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов.

ГОСТ 12.2.007.0-14-75 ССБТ. Изделия электротехнические. Об­щие требования безопасности;

ГОСТ 12.3.019-80 ССБТ. Испытания и измерения электриче­ские;

ГОСТ 12.3.032-84 ССБТ. Работы электромонтажные;

ГОСТ 12.1.038-82 ССБТ. Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов.

ГОСТ 12.4.124-83 ССБТ. Средства защиты от статического электричества. Общие технические требования.

Средства защиты.

При разработке средств защиты от опасности поражения электрическим током реализованы следующие принципы обеспечения безопасности:

− снижения опасности (изоляция; применение малых на­пряжений);

− ликвидации опасности (защитное отключение);

− блокировки (оградительные устройства);

− информации (сигнализация, знаки безопасности, пла­каты);

− слабого звена (защитное заземление).

Средства коллективной защиты от электрического тока:

1. Защитное заземление.

2. Зануление.

3. Защитное отключение.

4. Применение малых напряжений.

5. Изоляция.

6. Оградительные устройства.

7. Сигнализация, блокировка, знаки безопасности, плака­ты.

Кроме перечисленных СКЗ, применяются СИЗ (инструмен­ты с изолированными рукоятками, коврики, токоизмерительные клещи и т.п.).

Защитное заземление − преднамеренное соединение с зем­лей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих час­тей оборудования, не находящихся под напряжением в обыч­ных условиях, но которые могут оказаться над напряжением в результате повреждения изоляции электроустановки.

Принцип действия защитного заземления − снижение до безо­пасных значений напряжений прикосновения и шага, обуслов­ленных "замыканием на корпус".

Область применения − трехфазные трехпроводные сети на­пряжением до 1000В с изолированной нейтралью и выше 1000В с любым режимом нейтрали. Принципиальная схема защит­ного заземления приведена на рис. 1.

а) б)

Рис. 1. Принципиальная схема защитного заземления.

а) защитное заземление в сети с изолированной нейтралью до 1000В;

б) защитное заземление в сети с заземленной нейтралью выше 1000В.

1 - заземленное оборудование; 2 - заземлитель защитного заземления; 3 - заземлитель рабочего заземления;

r_з, r_о, - сопротивления соответственно защитного и рабо­чего заземлений.

Заземление или зануление электроустановок является обя­зательным в помещениях без повышенной опасности пора­жения током при переменном напряжении 380В и выше, по­стоянном напряжении − 440В и выше. В помещениях с повы­шенной опасностью и особо опасных необходимо заземлять или занулять установки, начиная с 42В переменного и 110В постоянного напряжения.

Во взрывоопасных помещениях заземление или зануление установок обязательно независимо от напряжения сети.

Сопротивление заземления электроустановок должно быть не более 8; 4; 2 Ом для трехфазной сети с заземленной нейтралью напряжением 220; 380; 660В соответственно. В ста­ционарных сетях до 1000В с изолированной нейтралью со­противление заземления должно быть не более 10 Ом (в со­четании с контролем сопротивления изоляции).

Занулением называется присоединение к неоднократно за­земленному нулевому проводу питающей сети корпусов и дру­гих конструктивных металлических частей электрооборудо­вания, которые нормально не находятся под напряжением, но вследствие повреждения изоляции могут оказаться под напряжением.

Принципиальная схема зануления приведена на рис. 2.

Рис. 2. Принципиальная схема защитного зануления.

1 – корпус; 2 − аппараты для защиты от токов короткого замыкания (предохра­нители);

Ro − сопротивление зазем­ления нейтрали сети; Rn − сопротивление пов­торного заземления нулевого провода; I − ток короткого замы­кания.

Принцип действия зануления − превращение пробоя на кор­пус в короткое однофазное замыкание (т.е. замыкание между фазным и нулевым проводами) с целью создания большого тока, способного обеспечить срабатывание защиты и тем самым отключить автоматически поврежденную установку из сети.

Область применения − трехфазные четырехпроводные сети напряжением до 1000В с глухозаземленной нейтралью.

Первая помощь при поражении электрическим током долж­на оказываться немедленно (в течение первой минуты). Не­обходимо определить, что произошло, освободить (при необ­ходимости) пострадавшего от поражающего действия элек­трического тока; установить наличие дыхания, пульса, шока; организовать вызов скорой помощи; при необходимости, про­водить реанимационные мероприятия: искусственное дыха­ние, непрямой массаж сердца.

5.2. Статическое электричество

Статическое электричество − совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией (ослаблением) свободного электрического заряда на поверхности и в объеме диэлектрических веществ, материалов, изделий или на изолированных проводниках. Протекание различных технологических процессов, таких, как измельчение, распыление, фильтрование и другие, сопровождается электризацией материалов и оборудования, причем возникающий на них электрический потенциал достигает значений тысяч и десятка тысяч вольт.

Опасность воздействия статического электричества проявляется в искровых разря­дах, которые могут явиться причиной воспламенения горю­чих веществ и взрывов, а также отрицательного воздействия на организм человека (слабые толчки, умеренный или силь­ный укол).

Статическое электричество может нарушать технологические процессы, создавать помехи в электронных приборах автоматики.

В производственных условиях накопление зарядов стати­ческого электричества происходит в следующих случаях:

1. При наливе электризующихся жидкостей (этилового эфира, бензола, бензина, спирта) в незаземленные резервуа­ры.

2. Во время протекания жидкостей по трубам, изолиро­ванным от земли.

3. При выходе из сопел сжиженных или сжатых газов.

4. Во время перевозки жидкостей в незаземленных цистер­нах и бочках,

5. При фильтрации через пористые перегородки или сет­ки.

6. При движении пылевоздушных смесей в незаземленных трубах и аппаратах.

7. В процессе перемешивания веществ в смесителях.

8. При механической обработке пластмасс (диэлектриков) на станках и вручную.

9. В ременных передачах во время трения ремней о шки­вы.

Основные методы защиты от статического электричества реализуют принцип слабого звена. Для предотвращения на­копления зарядов предусматривают:

- защитное заземление;

- добавки к обрабатываемым материалам антистатиков;

- увеличение относительной влажности воздуха до 70%;

- для людей - применение СИЗ (токопроводящей обуви, перил, поручней).

5.3. Молниезащита

Опасность поражения молнией заключается в прямом уда­ре и во вторичном проявлении молнии вследствие электро­статической и электромагнитной индукции. Сила тока в мол­нии − до 200000 А; температура канала − 6000 − 10000 ^оС. Наи­более подвержены поражению высокие объекты (трубы, мачты, ЛЭП).

Нормативный документ, в соответствии, с которым опре­деляются мероприятия по защите от молний, − СН 305-77, а также "Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений" РД 34.21 122-87.

Молниезащитой называется комплекс защитных устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, со­хранности зданий и сооружений, оборудования и материалов от возможных взрывов, загорании и разрушений, вызванных электрическим, тепловым или механическим воздействием молнии.

Физическая сущность молниезащиты заключается в на­правлении потока электричества по специальному провод­нику − молниеотводу от защищаемого объекта в землю для дальнейшего растекания тока.

Категория молниезащиты и тип зоны защиты зависят от назначения здания и сооружения; интенсивности грозовой деятельности в районе; ожидаемого количества поражений молний в год.

Зона защиты молниеотвода − это часть пространства, внут­ри которого здание или сооружение защищено от прямых уда­ров молнии с определенной степенью надежности (зона за­щиты А − 99,5%; Б − 95% и выше).

Зона защиты одиночного молниеотвода представлена на рис.3.

Рис. 3. Зона защиты единичного стержневого молниеотвода:

1 — граница зоны защиты на уровне высоты объекта; 2 — то же, на уровне земли; h — высота молниеотвода; h₀ — высота конуса защиты; h_x — высота защищаемого объекта; r_x — радиус зоны защиты на уровне высоты объекта; r₀ — радиус зоны зашиты объекта на уровне земли. Зона защиты для данного молниеотвода представляет собой конус высотой h₀ с радиусом основания на земле r₀.

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода вы­сотой h≤150 м представляет со­бой круговой конус с вершиной на высоте ho = 0,85h и с радиу­сом у основания r_o ≈ 1,5h.

Радиус круга защиты r_x на высоте защищаемого сооруже­ния:

"4.1 Постановка задачи синтеза самонастраивающихся систем" - тут тоже много полезного для Вас.

r_x = (1,1 − 0,002h)(h − h_x/0,85).

Существуют также зависимости, позволяющие, задаваясь размерами защищаемого объекта (h_x и r_x), определить величину h. Эта зависимость для зоны Б имеет вид:

h =( r_x +1,63 h_x )/1,5.

Для молниеотводов других типов зависимости иные.

Кроме одиночного молниеотвода, существуют двойные и многократные стержневые молниеотводы, а также одиночные и двойные тросовые молниеотводы, которые применяются для протяжен­ных защищаемых объектов.