Гармаза_Охрана труда. 2013

пус; при освобождении другого человека, находящегося под напряжением; при контакте с двумя точками в поле растекания тока, имеющими разные потенциалы (включение под напряжение шага); при двухфазном прикосновении (одновременное прикосновение к двум неизолированным частям электроустановки, находящимся под напряжением разных фаз).

Поражение человека при случайном прикосновении к токоведущим частям электрической сети зависит от схемы прикосновения человека, напряжения сети, схемы самой сети, режима нейтрали сети, качества изоляции токоведущих частей от земли, емкости токоведущих частей относительно земли и т. п.

Наибольшую опасность представляет двухфазное прикосновение.

При двухфазном (двухполюсном) прикосновении (рис. 7), независимо от вида сетей, человек попадает под полное линейное (рабочее) напряжение сети и величина тока, проходящего через тело человека, зависит только от напряжения сети и сопротивления тела человека:

Iчел = Uл / Rчел ,

(52)

где Uл – линейное напряжение сети, В; Rчел – условное сопротивление тела человека, 1000 Ом.

Рис. 7. Схема двухфазного включения человека в электрическую сеть

При однофазном включении в сеть с изолированной нейтралью (рис. 8, а)

величина тока, проходящего через человека, определяется по формуле

Iчел					Uл			,	(53)
			R		R /
		3		чел		3
					из

где Uл – линейное напряжение, В; Rчел – сопротивление тела человека, Ом; Rиз

– сопротивление изоляции фаз, Ом.

Условия безопасности в этом случае находятся в прямой зависимости от сопротивления изоляции фаз относительно земли: чем лучше изоляция, тем меньше ток, протекающий через человека.

201

а

б

Рис. 8. Схема однофазного включения в сеть с изолированной нейтралью: а – при хорошей изоляции; б – при аварийном режиме

Однако в аварийном режиме, когда одна из фаз замыкает на землю или корпус оборудования (рис. 8 б) или сопротивление изоляции мало, человек может оказаться под полным линейным напряжением:

Iчел		U	л		,	(54)
		Rчел Rоб
				Rп

где Uл – линейное напряжение, В; Rчел – сопротивление тела человека, Ом; Rоб – сопротивление обуви, Ом; Rп – сопротивление пола, Ом.

При однофазном включении в сеть с заземленной нейтралью (рис. 9) че-

ловек попадает под фазное напряжение независимо от величины сопротивления изоляции фаз.

Rо

Рис. 9. Схема однофазного включения в сеть с заземленной нейтралью

Величина тока, проходящего через человека, в этом случае определяется по формуле

	Iчел		U	ф	,	(55)
			Rчел Rоб	Rп Rо

где Uф – фазное напряжение, В; Rчел – сопротивление тела человека, Ом; Rоб – сопротивление обуви, Ом; Rп – сопротивление пола, Ом; Rо – сопротивление заземления нейтрали, Ом.

Условия электробезопасности зависят и от параметров окружающей среды (влажность, температура, наличие токопроводящей пыли, материал пола и др.).

202

Тяжесть поражения током зависит от плотности и площади контакта человека с частями, находящимися под напряжением. Наличие заземленных металлических конструкций и полов приводит к тому, что человек практически постоянно связан с одним полюсом (землей) электроустановки. В этом случае любое прикосновение человека к токоведущим частям сразу приводит к двухполюсному включению его в электрическую цепь. Токоведущая пыль и влага создают дополнительные условия для электрического контакта, как с токоведущими частями, так и с землей.

В процессе эксплуатации электроустановок может возникнуть замыкание на корпус установки. Под замыканием на корпус понимают случайное электрическое соединение токоведущей части с металлическими нетоковедущими частями электроустановки. Замыкание на корпус может быть результатом случайного касания токоведущей части корпуса машины, повреждения изоляции, падения провода, находящегося под напряжением, на нетоковедущие металлические части и т. п.

Если корпус электроустановки имеет связь с землей через специальное заземляющее устройство или фундамент, то в этом случае в сети с изолированной нейтралью в точке замыкания на землю протекает ток, обусловленный сопротивлением изоляции других исправных фаз. На земле (полу) возникает поле растекания тока.

На поверхности земли точки с одинаковым потенциалом будут иметь вид концентрических окружностей с центром в месте замыкания на землю. Потенциал точек, находящихся на расстоянии 20 м и более от места замыкания принимается равным нулю. Наибольший потенциал будет в точке замыкания на землю. Характер изменения потенциала в поле растекания тока имеет гиперболическую зависимость (рис. 10).

Напряжение на корпусе оборудования относительно точки с нулевым потенциалом будет равно напряжению на заземлителе:

Uк Uз Iз Rз ,

(56)

где Iз – ток замыкания на землю, А; Rз – сопротивление заземляющего устройства, Ом.

Человек, находящийся в зоне растекания тока и касающийся при этом корпуса оборудования, оказывается под напряжением прикосновения, величина которого зависит от разности потенциалов точки, на которой стоят ноги человека и точки замыкания на землю. С увеличением расстояния до точки замыкания сети на землю напряжение прикосновения увеличивается.

Находясь в зоне растекания тока замыкания на землю, человек оказывается под напряжением шага. Напряжением шага называется разность потенциалов двух точек в поле растекания тока, находящихся на расстоянии 0,8 м друг от друга (расстояние шага). Величина напряжения шага и напряжения прикосновения зависят от формы потенциальной кривой, расстояния до места замыкания, сопротивления обуви. Наибольшая величина напряжения шага будет вблизи заземлителя, особенно если человек одной ногой стоит над заземлителем (точка с максимальным потенциалом равным Uз), а вто-

203

рой – на расстоянии шага от заземлителя. Напряжение шага будет равно нулю, если обе ноги человека находятся на эквипотенциальной линии (на точках с одинаковым потенциалом). В электрических сетях напряжением до 1000 В на расстоянии более 5 м напряжение шага практически не ощущается.

А

Uш = А – Б

R	ш
	U
з
·
з
= I
з
U

А Б

xА

xБ

Б

= f (x)

Рис. 10. Характер изменения потенциала в поле растекания тока:

А – потенциал в точке А; Б – потенциал в точке Б; Uш – шаговое напряжение

3. Классификация помещений по опасности поражения электрическим током

Опасность поражения электрическим током в значительной степени зависит от условий окружающей среды, в которых будет эксплуатироваться электрооборудование.

Согласно ПУЭ помещения по характеру окружающей среды подразделяются на нормальные, сухие, влажные, сырые, особо сырые, жаркие, пыльные и с химически активной или органической средой.

Нормальные – сухие помещения, в которых отсутствуют признаки, свойственные помещениям жарким, пыльным, с химически активной или органической средой.

Сухие – помещения, относительная влажность воздуха в которых не превышает 60%.

Влажные – помещения, пары или конденсирующаяся влага в которых выделяются лишь временно и притом в небольших количествах. Относительная влажность воздуха в помещении более 60%, но не превышает 75%.

Сырые – относительная влажность воздуха в помещении длительно превышает 75%.

Особо сырые – относительная влажность воздуха в помещении близка к 100% (потолок, стены, пол и предметы, находящиеся в помещении, покрыты влагой).

Жаркие – температура воздуха в помещении длительно превышает 30°С. Пыльные – по условиям производства в помещении выделяется техноло-

204

гическая пыль в таком количестве, что она может оседать на проводах, проникать внутрь машин, аппаратов и т. п.

С химически активной или органической средой – по условиям произ-

водства в помещении могут содержаться постоянно или временно пары или образовываться отложения, разрушительно действующие на изоляцию и токоведущие части оборудования.

По степени опасности поражения людей электрическим током помещения подразделяются на три категории: помещения без повышенной опасности, помещения с повышенной опасностью и особо опасные помещения.

К помещениям без повышенной опасности относятся помещения, в кото-

рых отсутствуют условия, создающие повышенную или особую опасность.

Помещения с повышенной опасностью характеризуются наличием одно-

го из следующих условий, создающих повышенную опасность: сырости (относительная влажность воздуха длительно превышает 75%); токопроводящей пыли, оседающей на электрических проводах, электрооборудовании; токопроводящих полов; высокой температуры, длительно превышающей +35 С; возможности одновременного прикосновения к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий, механизмам с одной стороны и к металлическим корпусам электрооборудования с другой.

Особо опасные помещения характеризуются наличием одного из условий, создающих особую опасность: особой сырости (относительная влажность воздуха близка к 100%); химически активной или органической среды, разрушающей изоляцию и токоведущие части электрооборудования; наличием одновременно двух и более условий повышенной опасности.

Территории размещения наружных электроустановок по опасности поражения людей электрическим током приравниваются к особо опасным помещениям.

4. Меры электробезопасности при эксплуатации электроустановок

Электрическая изоляция различных токоведущих проводов, частей оборудования (внутренние электрические сети, статорные обмотки электродвигателей, обмотки трансформаторов и т. п.) является основой обеспечения электробезопасности. Надежная и качественная электрическая изоляция может обеспечить 100% электробезопасность. Однако на практике электрическая изоляция может быть разрушена от механических повреждений, действия химически активной среды, повышенной температуры, неправильной эксплуатации электроустановок. При этом может появиться напряжение на корпусах, которые обычно не находятся под напряжением.

Согласно действующим Правилам устройства электроустановок, сопротивление изоляции между любым проводом и землей, а также между любыми проводами на участке, между двумя соседними предохранителями в распределительной сети напряжением до 1000 В должно составлять не менее

0,5 МОм (500000 Ом).

Изоляцию электрических машин напряжением свыше 1000 В рассчитывают по формуле

205

R	U	(57)
	,

1000 P /100

где R – сопротивление изоляции, МОм; U – напряжение, В; P – номинальная мощность, кВт.

Различают рабочую, дополнительную, двойную и усиленную электрическую изоляцию.

Рабочей называется изоляция токоведущих частей электроустановок, обеспечивающая их нормальную работу и защиту от поражения электрическим током.

Дополнительной является изоляция, предусмотренная для защиты от пораженияэлектрическим током вслучаеповреждения рабочейизоляции.

Двойная изоляция состоит из рабочей и дополнительной изоляции. Такая изоляция достигается изготовлением корпусов электрооборудования из изолирующего материала.

Усиленная изоляция представляет собой улучшенную рабочую изоляцию, обеспечивающую такую же степень защиты от поражения электрическим током, как и двойная изоляция.

Измерение сопротивления изоляции электрических установок производят после их монтажа, ремонта и периодически в процессе эксплуатации не реже одного раза в год в помещениях с повышенной опасностью и не реже двух раз в год в особо опасных помещениях.

Корпуса электрических машин, трансформаторов, светильников и другие металлические нетоковедущие части оборудования могут оказаться под напряжением при замыкании одной из фаз на корпус. Если корпус при этом не имеет контакта с землей, то прикосновение к нему также опасно, как и прикосновение к фазе. В целях обеспечения электробезопасности используются следующие способы и средства: защитное заземление; зануление; защитное отключение; выравнивание потенциалов; малые напряжения; электрическое разделение сетей; изоляция токоведущих частей; оградительные устройства; предупредительная сигнализация; блокировки; знаки безопасности; электрозащитные средства и др.

Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение металлических токопроводящих нетоковедущих частей оборудования (корпусов) с землей через естественные или искусственные заземлители. Чаще всего это стержни из угловой стали, забитые в землю вертикально и соединенные между собой под землей приваренной к ним стальной полосой (рис. 11).

В качестве естественных заземлителей можно также использовать водопроводные трубы и любые другие металлические трубопроводы (за исключением трубопроводов горючих газов, жидкостей, а также трубопроводов, покрытых изоляцией).

Согласно ПУЭ, для электроустановок напряжением до 1000 В при изолированной нейтрали трансформатора (генератора) сопротивление защитного заземления должно быть не более 4 Ом.

206

l

2–3l

А

			500
t	700	100–200	200–300

Рис. 11. Схема заземляющего устройства:

А– расположение заземлителей в плане

Вслучае пробоя одной из фаз электросети на корпус электродвигателя благодаря защитному заземлению напряжение, под которое может попасть человек, прикоснувшись к корпусу, значительно снижается. На корпусе электрического двигателя появляется напряжение, равное произведению тока замыкания на землю Iз и сопротивления растеканию тока заземлителя Rз:

Uк Iз Rз.

(58)

Ток однофазного замыкания на землю в сети напряжением до 1000 В обычно не превышает 10 А. Следовательно, напряжение на корпусе заземленного оборудования при замыкании составит Uк 10 4 40 В.

Поэтому ток Iчел, проходящий через тело человека, тем меньше, чем меньше сопротивление заземлителя.

Каждое заземляющее устройство имеет паспорт, в котором указана его схема, основные расчетные данные, сведения о его ремонте и о замерах сопротивления: после монтажа, в первый год после включения в работу и затем не реже 1 раза в 6 лет в энергосистемах, 1 раза в 3 года на подстанциях потребителей и ежегодно в цеховых электроустановках. Одновременно с измерением сопротивления проверяют целостность внешних заземляющих проводников, надежность присоединений естественных заземлителей, вскрывают (выборочно) грунт для осмотра электродов: не изъедены ли они коррозией и блуждающими токами.

При обнаружении частей заземляющего устройства, пришедших в негодность и подверженных значительной коррозии, они должны быть заменены новыми.

В сетях с глухозаземленной нейтралью заземление как средство защиты не применяется. В этих сетях напряжение замкнувшей фазы распределяется между сопротивлениями заземления нейтрали и заземления оборудования. Поэтому напряжение на заземленном оборудовании относительно земли зависит только от соотношения этих сопротивлений:

207

U	Uф	Rз	,	(59)
	Rо
		Rз

где Rз – сопротивление заземления оборудования, Ом; Rо – сопротивление заземления нейтрали, Ом. Если Rз = Rо, то U = 0,5 Uф, В.

Следовательно, защитное заземление оборудования в сети с глухозаземленной нейтралью безопасность не обеспечивает.

Для защиты от поражения электрическим током в сетях с глухозаземленной нейтралью применяется зануление (рис. 12).

Занулением называется преднамеренное соединение металлических частей, корпусов оборудования, аппаратов, приборов, нормально не находящихся под напряжением, с нулевым проводом с помощью металлического проводника.

Ro

Рис. 12. Схема зануления оборудования

Основная задача зануления состоит в том, чтобы превратить замыкание фазы на корпус в однофазное короткое замыкание и вызвать тем самым отключение поврежденного оборудования от сети. В течение всего времени, пока не сгорел предохранитель или не сработал автомат защиты, замыкание на один зануленный корпус (рис. 13) вызывает на всем зануленном оборудовании напряжение относительно земли, опасное для человека, которое определяется по формуле

U Iк.з Rн	Uф		Rн	Uф		,	(60)
				1 R	/ R
	R	R
	н	ф		ф	н

где Iк.з – ток короткого замыкания, А; Rн – сопротивление нулевого провода, Ом; Rф – сопротивление фазного провода, Ом.

	Согласно ПУЭ отношение	Rф	0,5, тогда U =	220	= 146 В.
		Rн		1 0,5

208

Iк.з

Iк.з

U = 146 В

U = 146 В

Рис. 13. Схема замыкания фазы на корпус зануленного оборудования

Безопасность может быть достигнута лишь при весьма кратковременном действии тока, т. е. при быстром срабатывании защиты.

Допустимое время воздействия напряжения, приложенного к телу человека, в зависимости от его величины представлено в табл. 29.

Таблица 29

Зависимость допустимых значений напряжения электрического тока, приложенного к телу человека, от времени его воздействия

Время воздействия, с	0,05	0,1	0,2	0,5	1,0	2,0	3,0
Допустимые напряжения, В	160	120	110	90	80	60	50

Однако применяемые в настоящее время системы защиты от поражения электрическим током на основе зануления (системы TN-C, TN-S, TN-C-S) не обеспечивают электробезопасность при случайном прикосновении к токоведущим частям оборудования при однофазном включении человека в электрическую сеть.

Безопасное для человека сочетание величины тока и времени его прохождения обеспечивается применением устройств защитного отключения (УЗО). Защитное отключение – это быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения электрическим током.

Применение УЗО обеспечивает: защиту от косвенного прикосновения, когда человек касается корпуса электроустановки, оказавшегося под напряжением вследствие повреждения изоляции; защиту от прямого прикосновения, когда человек непосредственно касается фазного провода источника питания; защиту от пожара, который может возникнуть из-за чрезмерных токов утечки.

Применение УЗО является обязательным: для групповых линий, питающих розеточные сети, находящиеся вне помещений и в помещениях особо опасных и с повышенной опасностью поражения электрическим током; для групповых линий в мобильных зданиях из металла или с металлическим каркасом; для электроустановок, в которых устройства защиты не обеспечивают нормируемого времени их отключения; для

209

групповых линий, питающих электроприемники напряжением выше 25 В, монтируемые в ванных, душевых и парильных помещениях (кроме электроприемников, присоединенных к сети через разделительный трансформатор); для систем электрообогрева полов и др.

Устройства защитного отключения создаются на различных принципах действия. Существуют УЗО, реагирующие на ток нулевой последовательности; на напряжение нулевой последовательности; на токи и напряжения оперативных источников питания; на напряжение корпуса электроустановки относительно земли.

В электроустановках напряжением до 1000 В наиболее широко применяются УЗО, реагирующие на дифференциальный ток утечки. Схема такого однофазного УЗО приведена на рис. 14.

A

B

C

N

4 3

Тестер УЗО

1 I1 I2

5

Ф1 Ф2

2

Iут

6

Рис. 14. Схема устройства защитного отключения:

1 – трансформатор тока утечки; 2 – обмотка магнитоэлектрической защелки; 3 – механизм отключения; 4 – контакты; 5 – кнопка тестирования;

6 – электрооборудование

Датчиком устройства служит трансформатор тока утечки 1, кольцевой магнитопровод которого охватывает провода, питающие нагрузку 6 и играющие роль первичной обмотки. При отсутствии тока утечки рабочие токи в прямом и обратном направлениях равны по величине. Они наводят в магнитопроводе

210