Лекция 12. Тема: Методы и средства обеспечения электробезопасности.

Лекция. Тема: Электробезопасность

Поражение человека электрическим током возможно только при замыкании электрической цепи через тело человека. Это может произойти при:

• двухфазном включении в цепь (рис. 2.29);

• при однофазном включении в цепь — провода, клеммы, шины и т. д. (рис. 2.30, 2.31);

• при контакте человека с нетоковедущими частями обору­дования (корпус станка, прибора), конструктивными эле­ментами здания, оказавшимися под напряжением в ре­зультате нарушения изоляции проводки и токоведущих частей.

Снизить ток, протекающий через тело человека в этом случае, можно либо за счет увеличения электрического сопротивления цепи (например, за счет применения СИЗ), либо за счет умень­шения потенциала корпуса ср_к и увеличения потенциала земли <р₃, т. к. напряжение прикосновения при однофазном включении в цепь равно

Для зашиты от поражения электрическим током применяют­ся следующие технические меры защиты: применение малых напряжений;

· электрическое разделение сетей;

· электрическая изоляция;

· защита от опасности при переходе с высшей стороны на низшую;

· контроль и профилактика повреждения изоляции;

· зашита от случайного прикосновения к токоведущим частям;

· защитное заземление, зануление, защитное отключение;

· • применение индивидуальных защитных средств.

Применение защитных мероприятий и средств регламенти­руется «Межотраслевыми правилами по охране труда (технике безопасности) при эксплуатации электроустановок» и зависит от категории помещения по степени электрической опасности (см. 2.2.4 раздела 2).

Применение малых напряжений. Малое напряжение — это на­пряжение не более 42 В, применяемое в целях уменьшения опасности поражения электрическим током. Наибольшая сте­пень безопасности достигается при напряжениях до 10 В. При таком напряжении ток, как правило не превышает 1...1,5 мА. Од­нако в помещениях повышенной опасности и особо опасных ток может значительно превысить эту величину, что представляет опасность поражения человека.

На практике применение очень малых напряжений ограни­чено шахтерскими лампами (2,5 В) и некоторыми бытовыми приборами (карманными фонарями, игрушками и т. п.). На про­изводстве для повышения безопасности применяют напряжения 12 В и 36 В. В помещениях с повышенной опасностью для пере­носных электрических устройств рекомендуется применять на­пряжение 36 В. В особо опасных помещениях ручной электро­инструмент питается напряжением 36 В, а ручные электролам­пы — 12 В. Однако в таких помещениях эти напряжения не обеспечивают полной безопасности, а лишь существенно снижа­ют опасность поражения электрическим током.

Источником малого напряжения может быть батарея гальва­нических элементов, аккумулятор, трансформатор. Наиболее часто применяют понижающие трансформаторы, они просты и надежны в работе. Однако при их работе не исключается воз­можность перехода высокого напряжения первичной обмотки на вторичную обмотку малого напряжения. В этом случае опас­ность поражения становится равноценной опасности прикосно­вения к токоведущим частям высокого напряжения. Для умень­шения опасности вторичная обмотка трансформатора заземляет­ся или зануляется (см. далее). Применение в качестве источника малого напряжения автотрансформатора запрещено, т. к. при этом сеть малого напряжения постоянно электрически связана с сетью высокого напряжения.

Применение малых напряжений 12, 36 и 42 В ограничивает­ся ручным электрофицированным инструментом, ручными пе­реносными лампами и лампами местного освещения в помеще­ниях с повышенной опасностью и особо опасных.

Электрическое разделение сетей. Разветвленная электриче­ская сеть большой протяженности имеет значительную емкость и небольшое сопротивление изоляции фаз относительно земли. В этом случае даже прикосновение к одной фазе является очень опасным. Если единую, сильно разветвленную сеть разделить на ряд небольших сетей такого же напряжения, которые будут об­ладать небольшой емкостью и высоким сопротивлением изоля­ции, то опасность поражения резко снижается.

Обычно электрическое разделение сетей осуществляется пу­тем подключения отдельных электроустановок через раздели­тельные трансформаторы. Защитное разделение сетей применя­ется в электроустановках напряжением до 1000 В, эксплуатация которых связана с повышенной степенью опасности, например в передвижных установках, ручном электрофицированном инстру­менте и т. п.

Электрическая изоляция — это слой диэлектрика, которым покрывают поверхность токоведущих элементов, или конструк­ция из непроводящего материала, с помощью которой токоведу-щие элементы отделяют от других частей электроустановки.

В электроустановках применяют следующие виды изоляции:

• рабочая изоляция — электрическая изоляция токоведущих частей электроустановки, обеспечивающая ее нормальную работу изащиту от поражения электрическим током;

• дополнительная изоляция — электрическая изоляция, пред­усмотренная дополнительно к рабочей изоляции для за­шиты от поражения электрическим током в случае повре­ждения рабочей изоляции;

• двойная изоляция — это изоляция, состоящая из рабочей и дополнительной изоляции;

• усиленная изоляция — улучшенная рабочая изоляция, кото­рая обеспечивает такую же степень защиты от поражения электрическим током, как и двойная изоляция.

Контроль и профилактика поврежденной изоляции — важней­ший элемент обеспечения электробезопасности. При вводе в эксплуатацию новых или прошедших ремонт электроустановок проводятся приемо-сдаточные испытания с контролем сопро­тивления изоляции. На работающем оборудовании проводится эксплуатационный контроль изоляции в сроки, установленные нормативами. Контроль сопротивления изоляции осуществляет электротехнический персонал с помощью мегоомметров.

Защита от прикосновения к токоведущим частям установок. Прикосновение к токоведущим частям всегда может быть опас­ным даже в сетях до 1000 Вис хорошей изоляцией фаз. При напряжениях свыше 1000 В опасно даже приближение к токове­дущим частям. В электроустановках напряжением до 1000 В при­менение изолированных проводов уже обеспечивает достаточную защиту от напряжения при прикосновении. Изолированные про­вода, находящиеся под напряжением свыше 1000 В, опасны. Для исключения опасности прикосновения к токоведущим частям не­обходимо обеспечить их недоступность. Это достигается посред­ством ограждения и расположения токоведущих частей на недос­тупной высоте или в недоступном месте.

Ограждения применяют сплошные и сетчатые с размером ячейки сетки 25x25 мм. Сплошные ограждения в виде кожухов и крышек применяют в электроустановках до 1000 В.

Съемные крышки, закрепленные болтами, не обеспечивают надежной защиты, т. к. их часто снимают, теряют. Более надеж­но применение откидывающихся крышек, закрепленных на шарнирах изапирающихся на замок. Сетчатые ограждения при­меняют в установках напряжением до ивыше 1000 В. Входные двери ограждений, защитные кожухи могут снабжаться блоки­ровками различного вида, которые рассмотрены в гл. 3.

Защитным заземлением называется преднамеренное электри­ческое соединение с землей металлических нетоковедущих час­тей электроустановок, которые могут оказаться под напряжени­ем. На рис. 3.45 показаны принципиальные схемы защитного за­земления для сетей с изолированной и заземленной нейтралями.

Принцип действия защитного заземления — уменьшение на­пряжения прикосновения при замыкании на корпус за счет уменьшения потенциала корпуса электроустановки и подъема потенциала основания, на котором стоит человек, до потенциа­ла, близкого по значению к потенциалу заземленной установки.

Заземление может быть эффективным только в том случае, если ток замыкания на землю не увеличивается с уменьшением сопротив­ления заземления. В сетях с глухозаземленной нейтралью напряжени­ем до 1000 В заземление неэффективно, т. к. ток замыкания на зем­лю зависит от сопротивления заземления и при его уменьшении ток возрастает.

Поэтому защитное заземление применяется в сетях напряже­нием до 1000 В с изолированной нейтралью и в сетях напряжением выше 1000 В как с изолированной, так и с заземленной нейтралью.

Поясним на упрощенных примерах эти основные положе­ния применения заземления. В сети с изолированной нейтра­лью ток замыкания на землю (7₃) в соответствии с законом Ома будет равен /₃ = £//(г₃ + г_ф) (см. схему рис. 3.45, а). При хорошей изоляции r^ равно десяткам килоом, поэтому ток /₃ будет не­большим. Так, при фазном напряжении 220 В г_ъ = 4 Ом, г_ф = 40 000 Ом, /₃ = 220/(4 + 40 000) = 0,0055 А. Падение потен­циалов распределится следующим образом: на заземлении — между корпусом и основанием £/₃ = /₃ г₃ = 0,0055 • 4 = 0,022 В, ме­жду основанием и фазами (падение потенциалов на изоляции фаз) — Щ = /₃ г_ф = 0,0055 • 40 000 = 220 В. Таким образом, напря­жение прикосновения, равное U₃, очень незначительное и безо­пасное для человека, т. е. обеспечивается надежная защита че­ловека от поражения электрическим током. Это положение бу­дет выполняться только при хорошей изоляции фаз, при нарушении изоляции фаз или значительном уменьшении г_ф за­щитные свойства заземления резко снижаются.

В сети с заземленной нейтралью (рис. 3.45, б) ___₃ = С//(г₃ + г₀) = = 220/(4 + 10) = 15,7 А, а напряжение прикосновения U_np= U_z = = 15,7 • 4 = 62,8 В, что представляет опасность для человека. Как видно, в этом случае /₃ существенно возрастает при снижении г₃, и эффетивность заземления невысока. Чем меньше будет электрическое сопротивление заземления корпуса установки по сравнению с сопротивлением заземления нейтрали, тем выше будут защитные свойства заземления.

Заземляющее устройство — это совокупность заземлителя — металлических проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей, и заземляющих проводников, соеди­няющих заземленные части электроустановки с заземлителем. Заземляющие устройства бывают двух типов: выносные, или со­средоточенные, и контурные или распределенные.

Выносное заземляющее устройство (рис. 3.46) характеризуется тем, что заземлитель вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование, или сосредоточен на не­которой части этой площадки. При работе выносного заземле­ния потенциал основания, на котором находится человек, равен или близок к нулю (в зависимости от удаленности человека от заземлителя). Защита человека осуществляется лишь за счет ма­лого электрического сопротивления заземления, т. к. в соответ­ствии с законом Ома больший ток будет протекать по той ветви разветвленной цепи, которая имеет меньшее электрическое со­противление. Такой тип заземляющего устройства обеспечивает в ряде случаев недостаточно высокую степень защиты человека, а лишь уменьшает опасность или тяжесть поражения электриче­ским током. Поэтому его применяют лишь при малых значениях тока замыкания на землю и, в частности, в установках напряже­нием до 1000 В. Достоинством такого типа заземляющего уст­ройства является возможность выбора места размещения зазем­лителя с наименьшим сопротивлением грунта (сырое, глини­стое, в низинах и т. п.).

Контурное заземляющее устройство характеризуется тем, что его одиночные заземлители размещают по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, или распределяют на всей площадке (зоне обслуживания оборудования) равномерно. Безопасность при контурном заземлении обеспечивается выравниванием потенциала основания и его повышением до значений, близких к потенциалу корпуса оборудования. В результате обеспечивается высокая степень защиты от прикосновения к корпусу оборудования, оказавшегося под напряжением, и от шагового напряжения. Поэтому контурное заземление применяют при высокой степени электроопасности и при напряжениях свыше 1000 В. На рис. 3.47, 3.48 представлены схемы контурного заземления и заземления с выравниванием потенциала внутри контура (кривые показывают распределение электрического потенциала внутри и за пределами контура). Как видно из показанных кривых, за пределами контура потенциал основания быстро снижается с увеличением расстояния, что может явиться причиной появления больших значений шагового напряжения в этих зонах. Чтобы уменьшить шаговые напряжения за пределами контура вдоль проходов и проездов, в грунт закладывают специальные шины, как показано на рис. 3.49. Внутри помещений выравнивание потенциала происходит естественным путем через металлические конструкции, трубопроводы, кабели и другие проводящие предметы, связанные с разветвленной сетью заземления.

Распределение потенциала

Рис. 3.49. Кривые изменения потенциала за пределами контура: — без выравнивания; — с выравниванием

Выполнение заземляющих устройств. Различают заземлители искусственные, предназначенные исключительно для целей за­земления, и естественные — находящиеся в земле предметы, ис­пользуемые для других целей.

Для искусственных заземлителей применяют вертикальные либо горизонтальные электроды. В качестве вертикальных элек­тродов применяют обычно стальные трубы диаметром 3...5 см, уголки размером от 40x40 до 60x60 мм длиной 2,5...3,5 м, прутки диаметром 10...12 мм и длиной до 10 м.

Для связи вертикальных электродов и в качестве самостоятельного горизонтального электрода используют стальные полосы сечением не менее 4x12 мм или стальные прутки диамет­ром не менее 6 мм. Для установки верти­кальных заземлителей предварительно роют траншею глубиной 0,7...0,8 м, после чего за­бивают электроды (рис. 3.50).

В качестве естественных заземлителей можно использовать проложенные в земле водопроводные и другие трубы, за исклю­чением трубопроводов горючих жидкостей, горючих и взрывоопасных газов, а также трубопроводов, покрытых изоляцией; ме­таллические конструкции и арматуру желе­зобетонных конструкций зданий; свинцо­вые оболочки кабелей, проложенных в зем­ле, и т. п.

Согласно Правилам по охране труда при эксплуатации электроустановок, электрическое сопротивление защитного заземления в любое время года не должно превы­шать:

• 4 Ом в установках напряжением до 1000 В с изолирован­ной нейтралью (при мощности источника тока — генера­тора или трансформатора менее 100 кВт допускается не более 10 Ом);

• 0,5 Ом в установках напряжением свыше 1000 В с изоли­рованной нейтралью;

• в установках с заземленной нейтралью сопротивление за­земления определяют расчетом исходя из требований по допустимому напряжению прикосновения.

Защитному заземлению подлежат металлические нетоковедущие части оборудования, которые из-за неисправности изоляции могут оказаться под напряжением и к которым возможно при­косновение людей и животных. В помещениях с повышенной опасностью и особо опасных, а также наружных установках за­земление является обязательным при напряжении электроуста­новки свыше 42 В переменного и свыше 110 В постоянного тока.

В помещениях без повышенной опасности заземление элек­троустановок необходимо при напряжениях свыше 380 В переменного и 440 В постоянного тока. Во взрывоопасных помеще­ниях заземление выполняют в любом случае независимо от на­пряжения установок.

Занулением называется преднамеренное электрическое со­единение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей установок, которые могут оказаться под на­пряжением. Зануление применяют в четырехпроводных сетях с напряжением до 1000 Вис глухозаземленной нейтралью.

Нулевым защитным проводником называется проводник, со­единяющий зануляемые части установки с заземленной нейтра­лью источника тока (генератора, трансформатора) или с нуле­вым рабочим проводником, который в свою очередь соединен с нейтралью источника тока.

Принципиальная схема зануления показана на рис. 3.51. Принцип действия зануления заключается в том, что при замы­кании фазы на корпус __между фазой и нулевым рабочим прово­дом создается большой ток (ток короткого замыкания), обеспе­чивающий срабатывание защиты и автоматическое отключение поврежденной фазы от установки. Такой защитой могут являть­ся плавкие предохранители или автоматические выключатели 2, устанавливаемые перед электроустановкой для защиты от токов короткого замыкания. Кроме того, поскольку корпус / установ­ки заземлен через нулевой защитный проводник 3 и заземление нейтрали, до срабатывания защиты проявляется защитное свой­ство заземления. При занулении предусматривается повторное заземление 4 нулевого рабочего провода на случай обрыва по­следнего на участке между точкой зануления установки и ней­тралью сети.

В этом случае ток короткого замыкания стекает по повторному заземлению в землю и через заземление нейтрали на нулевую точку источника питания, т. е. обеспечивается работа зануления. Хотя в этом случае время срабатывания зашиты мо­жет возрасти за счет увеличения электрического сопротивления цепи замыкания и уменьшения при этом величины тока корот­кого замыкания.

Устройства защитного отключения (УЗО) — это быстродей­ствующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении опасности поражения че­ловека электрическим током. Опасность может возникнуть при замыкании фазы на корпус, при снижении электрического со­противления фаз относительно земли ниже определенного пре­дела и по ряду других причин. В этих случаях происходит изме­нение определенных параметров электрической сети. При выхо­де контролируемого параметра за допустимые пределы подается сигнал на защитно-отключающее устройство, которое обесточи­вает установку или электросеть. УЗО должны обеспечивать от­ключение неисправной электроустановки за время не более 0,2 с. Типы применяемых УЗО разнообразны в зависимости от того, какой параметр электрической сети они контролируют.

Основными элементами всех типов УЗО являются: прибор за­щитного отключения — совокупность элементов, реагирующих на изменение контролируемого параметра сети (как правило, ос­новным элементом является реле соответствующего типа, на­пример реле напряжения или тока), и автоматический выключа­тель — устройство, служащее для соединения и разрыва цепей, он автоматически разрывает цепь питания электроустановки при поступлении сигнала от прибора защитного отключения.

На рис. 3.52 и 3.53 показаны принципиальные схемы наибо­лее распространенных типов УЗО, первое из которых контроли­рует потенциал корпуса электроустановки, а второе — электри­ческое сопротивление изоляции фаз.

Основным элементом прибора защитного отключения УЗО, контролирующего потенциал корпуса 7, является реле напряже­ния 3, один контакт которого соединен с корпусом 7, а второй заземлен. При замыкании фазы на корпус на реле 3 подается на­пряжение, равное потенциалу корпуса относительно земли, т. к. заземленный контакт реле находится под нулевым потенциалом земли. При превышении напряжения на реле более того, на ко­торое оно настроено, реле срабатывает, замыкая контакты об­мотки катушки автоматического выключателя 2, разрывающего электрическую цепь и обесточивающего установку. Необходимо, чтобы заземлитель контакта реле находился под нулевым потен­циалом.

Для этого он должен быть удален от заземлителя корпу­са электроустановки на расстояние не меньше 15...20 м.

УЗО, контролирующее сопротивление изоляции фаз, имеет источник / постоянного оперативного тока и реле тока 2. Опера­тивный постоянный и очень небольшой (безопасный) ток проте­кает через землю, изоляцию фаз 3, трехфазный дроссель 4, пред­назначенный для получения нулевой точки сети, однофазный дроссель 5 и реле тока 2. Дроссель 5 предназначен для ограниче­ния утечки переменного тока в землю, так как обладает большим сопротивлением для переменного тока и малым для постоянного.

При замыкании какой-либо из фаз на землю или уменьше­нии сопротивления изоляции фаз 3 меньше допустимого преде­ла (например, за счет старения изоляции или воздействия на нее агрессивных паров и газов) сопротивление цепи протекания по­стоянного тока снижается, и по закону Ома возрастет величина оперативного тока. При превышении величины тока, на кото­рую настроено реле 2, оно срабатывает, замыкая контакты об­мотки катушки автоматического выключателя 6, разрывающего цепь питания электроустановки.

Средства индивидуальной защиты — электрозащитные сред­ства (ЭЗС) (рис. 3.54). К СИЗ от поражения электрическим то­ком относятся изолирующие средства, которые делятся на ос­новные и дополнительные.

Основные ЭЗС — это средства защиты, изоляция которых длительно выдерживает рабочее напряжение электроустановок, что позволяет с помощью их прикасаться к токоведущим частям, находящимся под напряжением. Для работы на электроустанов­ках до 1000 В к ним относятся: изолирующие штанги, изолирую­щие и электроизмерительные клещи, диэлектрические перчатки, слесарно-монтажный инструмент с изолированными рукоятка­ми, указатели напряжения. При напряжении электроустановки свыше 1000 В основные средства включают изолирующие штан­ги, изолирующие и электроизмерительные клещи, указатели на­пряжения.

Дополнительные ЭЗС — это средства защиты, изоляция ко­торых не может длительно выдерживать рабочее напряжение электроустановок. Они применяются для защиты от напряжения прикосновения и шага, а при работе под напряжением исключи­тельно с основными ЭЗС. К ним относятся: при напряжении до 1000 В — диэлектрические галоши, коврики, изолирующие под ставки; свыше 1000 В — диэлектрические перчатки, боты, ков­рики, изолирующие подставки.

ЭЗС (СИЗ) должны иметь маркировку с указанием напряже­ния, на которое они рассчитаны, их изолирующие свойства под­лежат периодической проверке в установленные нормативами сроки.