Электробезопасность


1. Действие электрического тока на организм человека;

2. Факторы, влияющие на степень поражения человека электрическим током;

3. Причины поражения электрическим током. Основные средства защиты;

4. Расчет заземляющего устройства;

5. Расчет зануления.

Электрическая энергия нашла широкое применение во всех отраслях промышленности, строительстве, сельском хозяйстве, в быту, медицине и т.д. При этом нарушение правил электробезопасности при использовании технологического оборудования, электроустановок и непосредственное соприкосновение с токоведущими частями установок, находящимися под напряжением, создает опасность поражения электрическим током.

Анализ несчастных случаев показывает, что количество травм, вызванных электрическим током, в целом невелико – 0,5–1,0%. Однако из всех несчастных случаев со смертельным исходом на долю электрического тока приходится 20-40%. Наибольшее число поражения от электрического тока (около 85%) приходится на установки напряжением до 1000 В.

Поэтому для обеспечения безопасных условий труда при эксплуатации электроустановок необходимо знать действие электрического тока на организм человека, факторы, влияющие на степень поражения человека электрическим током, меры защиты от поражения током, оказание помощи человеку.

1 Действие электрического тока на организм человека

Проходя через организм, электрический ток оказывает три вида действия:

1. термическое – выражается в ожогах отдельных участков тела, нагреве кровеносных сосудов, нервов и других тканей;

2. электролитическое – выражается в разложении крови и других органических жидкостей, вызывая нарушения их физико-химических составов;

3. биологическое – выражается в раздражении и возбуждении живых тканей организма (что сопровождается непроизвольными судорожными сокращениями мышц), а также в нарушении внутренних биоэлектрических процессов. В результате могут возникнуть различные нарушения в организме, и даже полное прекращение деятельности органов дыхания и кровообращения.

         Указанное многообразие действий электрического тока нередко приводит к различным электропоражениям, которые условно можно свести к двум видам:

1.     местные электротравмы;

2.     общие электротравмы (электрические удары).

 Местные электротравмы – это четко выраженные местные повреждения тканей организма, вызванные воздействием электрического тока или электрической дуги.

Различают следующие местные электрические травмы:

1.     Электрические ожоги. Могут быть вызваны протеканием тока через тело человека, а также воздействием электрической дуги. В первом случае ожог возникает как следствие преобразования энергии электрического тока в тепловую и является сравнительно легким (покраснение кожи, образование пузырей). Во втором случае, ожоги носят, как правило, тяжелый характер (омертвление пораженного участка кожи, обугливание и сгорание тканей).

2.     Электрические знаки – это четко очерченные пятна серого или бледно-желтого цвета диаметром 1-5 мм на поверхности кожи человека. Электрические знаки безболезненны, и лечение их заканчивается, как правило, благополучно.

3.     Металлизация кожи  - это проникновение в верхние слои кожи мельчайших частичек металла, расплавившегося под действием электрической дуги. Обычно с течением времени больная кожа сходит, пораженный участок приобретает нормальный вид, исчезают болезненные ощущения.

4.     Механические повреждения – являются следствием резких непроизвольных судорожных сокращений мышц под действием тока, проходящего через тело человека. В результате могут произойти разрывы кожи, кровеносных сосудов и нервной ткани, вывихи суставов и даже переломы костей. Механические повреждения возникают очень редко.

5.     Электроофтальмия – это воспаление наружных оболочек глаз, возникающее в результате воздействия потока ультрафиолетовых лучей электрической дуги. Обычно болезнь продолжается несколько дней.

Электрический удар - это  возбуждение живых тканей организма в результате действия электрического тока, сопровождающееся непроизвольными судорожными сокращениями мышц.

Различают четыре степени электрических ударов:

I.          Судорожное сокращение мышц без потери сознания;

II.       Судорожное сокращение мышц с потерей сознания, но с сохранившимся дыханием и работой сердца;

III.             Потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или дыхания (либо того и другого вместе);

IV.            Клиническая смерть – то есть отсутствие дыхания и кровообращения.

Клиническая (мнимая) смерть – переходный процесс от жизни к смерти, наступающий с момента прекращения деятельности сердца и легких. У человека отсутствуют все признаки жизни: он не дышит, сердце его не работает, болевые раздражения не вызывают никаких реакций, зрачки глаз расширены и не реагируют на свет. Однако в этот период жизнь в организме еще полностью не угасла, так как продолжаются в тканях обменные процессы, хотя и на очень низком уровне. Поэтому при воздействии на более стойкие жизненные функции можно оживить умирающий организм. Первыми начинают погибать очень чувствительные к кислородному голоданию клетки коры головного мозга.

Поэтому длительность клинической смерти определяется  временем с момента прекращения сердечной деятельности и дыхания до начала гибели клеток коры головного мозга; в большинстве случаев она составляет 4-5 мин, а при электрическом ударе здорового человека 7-8 мин. После этого происходит множественный распад клеток коры головного мозга и других органов.

Биологическая (истинная) смерть – это необратимое явление, характеризующееся прекращением биологических процессов в клетках и тканях организма и распадом белковых структур; она наступает по истечении периода клинической смерти.

2 Факторы, влияющие на степень поражения
человека электрическим током

         К факторам, определяющим исход воздействия электрического тока на человека относятся:

1. Электрическое сопротивление тела человека – складывается из сопротивления кожного покрова (100000 Ом) и сопротивления внутренних органов (около 500 Ом).

         Кожа, а вернее ее верхний слой – эпидермис (толщина до 0,2 мм), обладает большим сопротивлением, которое и определяет общее сопротивление тела человека. При сухой, чистой и неповрежденной коже сопротивление тела человека колеблется в пределах от 2000 до 2000000 Ом. При увлажнении и загрязнении кожи, а также при повреждении сопротивление тела оказывается наименьшим – около 500 Ом. При расчетах сопротивление тела человека условно принимается равным 1000 Ом.

2. Сила тока. Величина тока, протекающего через тело человека, является главным фактором, от которого зависит исход поражения: чем больше ток, тем опаснее его действие (таблица 42).

Таблица 42      Характер воздействия постоянного и переменного токов

на организм человека

I, мА

Переменный (50 Гц)

Постоянный

0,5-1,5

Пороговый ток. Легкое дрожание пальцев.

Ощущений нет.

2-3

Сильное дрожание пальцев рук.

Ощущений нет.

5-7

Судороги и болевые ощущения в руках.

Ощутимый ток. Легкое дрожание пальцев.

8-10

Отпускающий ток. Сильная боль и судороги, но можно оторваться от источника тока

Усиление нагрева рук.

20-25

 Неотпускающий ток.
Паралич мышечной системы 

Незначительное сокращение мышц рук.

50-80

Паралич дыхания.

Неотпускающий ток.

90-100

Фибрилляция сердца – хаотическое сокращение волокон сердечной мышцы – фибрилл.

Паралич дыхания.

Остановка дыхания или сердца равноопасны, так как и в том и другом случае наступает кислородное голодание, приводящее к клинической смерти.

3. Длительность протекания тока через тело человека влияет на исход поражения.

         Чем больше время протекания тока через организм человека, тем меньше сопротивление тела, а согласно закона Ома величина тока при этом увеличивается.

Наиболее опасная продолжительность действия тока 1,0 с и более, то есть не менее периода сердечного цикла (кардиоцикла), равного для большинства людей 0,75 – 1,0 с.

4. Род и частота тока в значительной степени определяют исход поражения. Наиболее опасным является  переменный  ток с частотой 20 – 100 Гц. При частоте менее 20 Гц и больше 100 Гц опасность поражения током заметно снижается. Токи частотой свыше 500000 Гц не оказывают раздражающего действия на ткани, поэтому не вызывают электрического удара, однако могут привести к термическому ожогу.

5. Путь прохождения тока по телу человека (рис. 20). Наиболее опасны пути через жизненно важные органы (сердце, легкие, головной мозг) то есть: голова – руки; голова – ноги; рука – рука; руки – ноги.

6. Напряжение электрического тока. За величину безопасного напряжения для особо опасных условий производственных помещений (высокая влажность, температура, наличие пыли в большой концентрации) принято считать напряжение до 12 В. Относительно безопасным является напряжение 24 –36 В.

Тяжесть поражения человека электрическим током зависит от ряда указанных факторов и неодинакова в различных ситуациях. Так, например, известны случаи гибели людей от слабых токов при напряжении 12 В и благополучного исхода при ударе напряжением 1000 В и более.

Это связано с тем, что физически слабые, больные или утомленные люди, а также женщины хуже переносят действие электрического тока. Поэтому здесь немаловажную роль имеет следующий фактор.

7. Индивидуальные свойства человека – вес, физическое развитие, психофизиологическое состояние, состояние нервной системы, здоровье человека в целом.

8. Схемы включения человека в электрическую цепь (рис.20).

Однофазное (однополюсное) прикосновение – происходит наиболее часто при замене лампы, смене предохранителей, уходе за светильниками, обслуживании электроустановок и т.д. Если человек при этом надежно изолирован от земли (обут в диэлектрические калоши, пол сухой и нетокопроводящий), то однофазное прикосновение опасности не представляет.

Рис. 20. Схемы включения человека в электрическую цепь:

 а) двухфазное; б, в) однофазное; г) включение в цепь не происходит.

1 – нейтраль источника тока; 2 – заземлитель нейтрали; 3 – электроустановка;
4 – диэлектрические боты; 5 – резиновый  коврик; ф – фазные провода;
0 – нулевой провод.

 

Двухфазное (двухполюсное) прикосновение более опасно, потому что человек попадает под линейное напряжение. Двухфазные прикосновения происходят редко, обычно при выполнении работ под напряжением, которые строго запрещены.

9. Шаговое напряжение – это напряжение между двумя точками цепи тока, находящихся одна от другой на расстоянии шага (0,8 м) (рис. 21).

Рис. 21. Схема образования шагового напряжения.

         При падении на землю случайно оторванного электрического провода, при пробое изоляции на землю в электроустановке и др. поверхность земли может оказаться под электрическим напряжением. Образуется зона растекания токов замыкания в радиусе до 20 м. Возникает шаговое напряжение, под которым могут оказаться ноги человека.

         Шаговое напряжение зависит от силы тока, распределения потенциала на поверхности земли, длины шага, положения человека относительно заземлителя. Шаговое напряжение считается безопасным, если оно не превышает 40 В. Чем ближе будет находиться человек к месту соприкосновения провода с землей, тем  под большим шаговым напряжением он окажется.

         Чем шире шаг, тем большее напряжение испытывает человек.

Запрещается! Приближаться к проводу, лежащему на земле на расстоянии 4-5 м для электроустановок до 1000 В и на расстоянии 10 м для электроустановок напряжения свыше 1000 В. В случае попадания под опасное шаговое напряжение необходимо выходить из зоны растекания токов замыкания шагами в пределах 25-30 см или прыжками на одной ноге.

         На вероятность поражения электротоком и тяжесть исхода влияет окружающая среда, в которой эксплуатируют электроустановки. Агрессивные газы, пары, жидкости разрушают изоляцию электроустановок, снижают сопротивление изоляции, создают угрозу перехода напряжения на нетоковедующие части. Этому способствуют также высокая температура, влажность воздуха, запыленность, которые снижают сопротивление тела человека.

         В связи с этим, согласно ГОСТ 12.1.013-78, все помещения делят по степени поражения электротоком на три класса: без повышенной опасности; с повышенной опасностью; особо опасные.

         Помещения без  повышенной опасности – это сухие (влажность не выше 75%), беспыльные помещения, с невысокой температурой (меньше 30˚С) воздуха и с изолирующими полами.

         Помещения с повышенной опасностью характеризуются  наличием одного из следующих условий:

Сырость, когда относительная влажность воздуха длительно превышает 75%, такие помещения называют сырыми.

Высокая температура, длительно превышающая 30-35˚С, такие помещения называют жаркими.

Токопроводящая пыль (угольная, металлическая)

Токопроводящий пол (металлический, земляной, железобетонный, кирпичный)

Возможность одновременного прикосновения человека к металлическим корпусам электроустановок и к соединенным с землей металлоконструкций зданий, технологического оборудования и т. д.

Помещения особо опасные характеризуются наличием одного из следующих трех условий:

         Особая сырость (влажность близка к 100%), стены, пол покрыты влагой – такие помещения называют особо сырыми.

         Химически активная среда – содержание агрессивных газов, паров, жидкости, разрушающе действующих на изоляцию и токоведущие части электрооборудования. Такие помещения называют помещениями с химически активной средой.

         Одновременное наличие двух или более условий, свойственных помещениями с повышенной опасностью.

 

3 Причины поражения электротоком и основные средства защиты

Причины несчастных случаев от воздействия электротока следующие:

1. Случайное прикосновение к токоведущим частям, находящимся под напряжением;

2. Повреждение изоляции и появление напряжения на металлических частях оборудования

3. Ошибочные действия и низкая квалификация обслуживающего персонал.

4. Возникновение шагового напряжения на поверхности земли.

Основные средства защиты от электропоражений

1. Недоступность токоведущих частей – применение изоляции

Изоляционный материал: пластмассы, резины, лаки, краски, эмали и др. Сопротивление изоляции в электроустановках до 1000В должно быть не менее 0,5 МОм!

Состояние изоляции проверяют не реже:

- 1 раза в год в помещениях без  повышенной опасности;

- 2 раз в год в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных.

Измерение сопротивления и испытание изоляции осуществляют: мегомметром, вольтметром, повышенным напряжением.

2. Электрическое разделение сети – это разделение электросети на отдельные электрически не связанные между собой участки с помощью специальных разделяющих трансформаторов. В результате изолированные участки сети обладают большим сопротивлением изоляции и малой емкостью проводов относительно земли, что значительно улучшает условия безопасности.

3. Применение малого напряжения

При работе с переносным ручным электроинструментом (дрель и др.) а также ручной переносной лампой человек имеет длительный контакт с корпусами этого оборудования. В результате для него резко повышается опасность поражения током в случае повреждения изоляции и появления напряжения на корпусе.

         Для устранения этой опасности необходимо питать ручной инструмент и переносные лампы напряжением не более 42 В, а в помещениях особо опасных переносные лампы питать напряжением 12 В.

4       Защитное заземление (рис. 22).

Рис. 22. Схема защитного заземления: 1 – электроустановка; 2 – заземляющий проводник; 3 – заземлитель.

Заземление – преднамеренное соединение с землей металлических нетоковедущих частей электроустановок, которые могут оказаться под напряжением вследствие разрушения изоляции.

Область применения защитного заземления – трехфазные трехпроводные сети напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и выше 1000 В с любым режимом нейтрали.

Заземление состоит из заземлителя (находящегося в земле), заземляющего проводника, соединяющего корпус электроустановки с заземлителем. Для заземлителей применяют – стальные трубы диаметром 30-50 мм и длиной 2500-3000 мм. Заземляющие проводники делают из полосовой стали сечением 4*12 мм и прокладывают в земле, а в цехах – открыто по стенам.

         Для установки вертикальных заземлителей предварительно роют траншею глубиной 0,7 –0,8 м, после чего забивают заземлители (трубы).

 Согласно требованиям «Правил устройства электроустановок» (ПУЭ) сопротивление защитного заземления не должно превышать:

-  4 Ом в установках до 1000 В;

-  0,5 Ом в установках свыше 1000 В.

5. Защитное зануление

Зануление – это преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Принцип действия зануления – превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание, т. е. замыкание между фазным и нулевым проводами с целью создания большого тока, способного обеспечить срабатывание защиты и тем самым автоматически отключить поврежденную установку от
сети. Такой защитой являются плавкие предохранители или автоматические выключатели.

Скорость отключения поврежденной электроустановки составляет:

- 5-7 сек при защите ее плавкими предохранителями;

- 1-2 сек  при защите автоматами.

Область применения зануления – трехфазные четырехпроводные сети напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью. Обычно это сети напряжением 380/220 В, 220/127 В и 660/380 В.

6. Защитное отключение – это быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки (за 0,1-0,2 сек) при возникновении опасности поражения током.

Защитное  отключение используют как дополнительное средство к защитному заземлению и занулению. Отключение происходит при замыкании фазы на корпус электроустановки, снижении сопротивления изоляции, а также в случае прикосновения человека к токоведущим частям, находящимся под напряжением.

Основные части защитного отключения:

1. Прибор защитного отключения – совокупность отдельных элементов, реагирующих на изменения какого-либо параметра электросети и дающих сигнал на отключение автоматического выключателя.

Этими элементами являются:

Датчик – устройство, воспринимающее изменения параметра и преобразующее его в соответствующий сигнал.

Усилитель – для усиления сигнала датчика.

Цепь контроля – для периодической проверки исправности схемы защитно-отключающего устройства.

Вспомогательные элементы – сигнальные лампы, измерительные приборы (омметр) и другие.

2. Автоматический выключатель – устройство, служащее для включения и отключения цепей, находящихся под нагрузкой.

Проверка исправности защитного отключения проводится нажатием контрольной кнопки (К).

4 Расчет заземляющего устройства

Расчет заземляющего устройства сводится к определению вертикальных заземлителей и длины соединительной полосы с таким расчетом, чтобы общее сопротивление заземляющего устройства не превышало требований (ПУЭ). Для устройства защитного заземления используют в основном стальные трубы диаметром 40 - 80 мм и длиной 2 - 3 м, соединенные между собой полосовой сталью сечением не менее 4х12 мм.

Сопротивление  растеканию тока Rтр , Ом, от  одиночного вертикального заземлителя, погруженного на глубину H0, определяется по формуле:

,                          (44)

где rрас -расчетное удельное сопротивление грунта., Ом.м принимается по таблице 43 в зависимости от грунта;

l - длина вертикального заземлителя, м;

d - наружный диаметр заземлителя, м;

t - расстояние от поверхности земли до середины заземлителя, м;

t = h + l/2;

h - расстояние от поверхности грунта до соединительной полосы, м; 

h = 0,8 м.

 

Таблица 43                   Удельное сопротивление грунта

 

Вид грунта

Расчетное удельное сопротивление, Ом.м

Песок

700

Чернозём

200

Суглинок

100

Глина

40

Торф

20

Гравий, щебень

2000

Каменистые почвы

4000

Затем определяется приближенное число вертикальных заземлителей по формуле:

,                                               (45)

где Rдоп -допустимое сопротивление заземляющего устройства, Ом (принимается по ПУЭ).

По числу вертикальных заземлителей и расстояния между ними по графику на рис.23 определяется коэффициент использования вертикальных заземлителей hтр.

Отношение расстояния между заземлителями к их длине:

 

1. L/l = 1.

 

2. L/l = 2.

 

3. L/l = 3.

Рис.23 График для определения коэффициента использования вертикальных
заземлителей hтр.

Число вертикальных заземлителей n с учетом  hтр определяется по формуле:

,                                  (46)

Сопротивление соединительной полосы Rп , Ом, определяют по формуле:

,                              (47)

где Lп - длина полосы, м;     Lп = 1,05 × 2 × l × n;

b - ширина полосы, м.

По графику на рис. 24 определяем коэффициент использования соединительной полосы hп. Затем вычисляем общее сопротивление заземляющего устройства Rобщ , Ом, по формуле:

.                                (48)

Отношение расстояния между заземлителями к их длине:

 

1. L/l = 1.

 

2. L/l = 2.

 

3. L/l = 3.

Рис.24. График для определения коэффициента использования
соединительной полосы, hп

После расчета количества заземлителей и определения общего сопротивления растеканию тока выбрать схему заземляющего устройства (очаговое или контурное) и показать на чертеже в масштабе.

5 Расчёт зануления

Расчет зануления имеет целью определить условия, при которых оно быстро отключает поврежденную установку от сети. В соответствии с этим зануление рассчитывается на отключающую способность.

При замыкании фазы на зануленный корпус электроустановка автоматически отключается, если значение тока однофазного короткого замыкания Jк.з. удовлетворяет условию:

Jк.з  > K Jном ,                                           (49)

где Jном - номинальный ток плавкой вставки предохранителя;

К - коэффициент кратности тока.

При защите плавкими предохранителями коэффициент кратности тока принимается равным 3.

Расчет отключающей способности зануления производится по формуле:

,                           (50)

где Vф - фазовое напряжение, В (220 В);

Zтр - полное сопротивление трансформатора, Ом (таблица 44);

Rф, Rн.з. - соответственно активное сопротивление фазного и нулевого проводников, Ом;

Хn - внешнее индуктивное сопротивление петли фаза - нуль, Ом.

Значения Rф и Rн.з. определяются по известным формулам:

                                     Rф = r l/ Sф;                                                       (51)

         Rн.з. = rw lo,                                                (52)

где l0 - длина нулевого проводника, м;

rw - удельное активное сопротивление, Ом м;

r - удельное сопротивление проводника, Ом мм2/м, равное для меди 0,018; для алюминия – 0,028, сталь – 0,098;

l - длина проводника, м;

Sф - значение, мм2 сечение.

Удельное активное rw и индуктивное Xw сопротивления стальных проводников определяются по таблице 45 в зависимости от сечения проводника и ожидаемого тока короткого замыкания, который будет проходить по этому проводнику в аварийный период.

                                     ,                                                  (53)

где Sнул - площадь сечения нулевого проводника, мм2.

Значения Хф и Хн.з. для медных и алюминиевых проводников сравнительно малы (около 0,0156 Ом/км и поэтому ими можно пренебречь.

Значение Хn определяет по известной формуле для индуктивного сопротивления двухпроводной линии:

                  ,                               (54)

где w - угловая частота, 1/с;

L - индуктивность линии, Г;

m - относительная магнитная проницаемость среды (для воздуха m = 1)

m0 = 4п×10-7 Г/м -магнитная постоянная;

l - длина линии, м;

D - расстояние между проводами линии, м;

d - диаметр проводника, м.

Из уравнения (54) видно, что внешнее индуктивное сопротивление в основном зависит от расстояния между проводами. В практических расчетах  Хп = 0,6, Ом/км).

Порядок выполнения расчета

1. Определяют наименьшие допустимые значения тока короткого замыкания по формуле (49).

2. По таблице 44 находят полное сопротивление трансформатора.

3. Определяют сопротивление фазного проводника по формуле (51) и нулевого защитного проводника по таблице 45.

4. Находят действительные значения токов однофазного короткого замыкания по формуле (50).

5. Сделать вывод.

Таблица 44.        Полное сопротивление трансформатора

Мощность трансформатора, К.В.А

 Номинальное напряжение обмоток напряжения, КВ

При схеме соединения обмоток

У/Ун

Д/Ун

25

6 - 10

3,110

0,906

40

6 - 10

1,949

0,562

63

6 - 10

1,237

0,320

100

6 - 10

0,799

0,226

160

6 - 10

0,487

0,141

250

6 - 10

0,312

0,090

400

6 - 10

0,195

0,056

630

6 - 10

0,129

0,042

1000

6 - 10

0,091

0,027

1600

6 - 10

0,540

0,017

Таблица 45.      Удельное активное и индуктивное сопротивления проводников

Размеры сечения нулевого проводника, мм2

Площадь сечения нулевого проводника, мм2

Плотность тока, А/мм2

0,5

1,0

1,5

2,0

х10-3

х10-3

х10-3

х10-3

х10-3

х10-3

х10-3

х10-3

Полоса прямоугольного сечения

20х4

80

5,24

3,14

4,20

2,52

3,48

2,09

2,97

1,78

30х4

120

3,66

2,20

2,91

1,75

2,38

1,43

2,04

1,22

30х5

150

3,38

2,03

2,56

1,54

2,98

1,25

-

-

40х4

160

2,80

1,68

2,24

1,34

1,81

1,09

1,54

0,92

50х4

200

3,28

1,37

1,79

1,07

1,45

0,87

1,24

0,74

60х5

300

1,17

1,06

1,34

0,80

1,08

0,65

-

-

50х5

250

2,10

1,26

1,60

0,96

1,28

0,77

-

-