1. Техника безопасности при работе в электроустановках

Организм человека весьма чувствителен к электрическому току, протекающему через него каким-либо путем при касании разных токоведущих частей электрооборудования. Вероятность поражения то­ком повышается, если части электрооборудования, а также корпусы электрических машин и аппаратов, нормально не находящиеся под напряжением, непредвиденно становятся токоведущими при повре­ждении изоляции. Опасность связана с тем, что наличие или появле­ние электрического напряжения не сопровождается какими-либо внешними предупреждающими признаками, воздействующими на органы чувств человека на расстоянии (на зрение, слух, обоняние и др.).

Электрические токи (постоянный или переменный промышленной частоты 50 Гц) от 0,025 до 0,1 А, протекающие через человека, опас­ны для жизни, токи более 0,1 А - смертельны. uУже ток силой 0,02- 0,025 А парализует руки (их нельзя оторвать от электродов), затруд­няет дыхание. Токи около 0,1 А и более вызывают паралич дыхания, фибриляцию и прекращение работы сердца, шок. Наиболее опасный путь тока через жизненно важные органы человека - сердце, мозг дыхательные органы. Токи, проходящие через отдельные части человека снаружи, вызывают травмы. Аналогичные явления наблюдаются и при поражении человек молнией сила тока, проходящего через человека, определяется по закону I_ч=U_пр/Rч и, следовательно, зависит от напряжения прикосновения U_пр и сопротивления человека R_ч. Допустимое напряжение прикосновения устанавливается нормами в зависимости от характеристик установок и продолжительности воздействия тока. Сопротивление человека в значительной мере зависит от пути прохождения тока, состояния организма и условий окружающей среды, в некоторой степени - от рода, значения и частоты тока, оно изменяется от нескольких сотен Ом до 3-100 кОм. Особенно снижают его влажная , мокрая кожа и наличие на ее поверхности царапин и повреждений, а также большая площадь соприкосновения. К основным защитным мерам техники электробезопасности отно­сят: ограничение значений применяемых в электроустановках рабочих напряжений; размещение токоведущих частей в недоступном месте, например на большой высоте; надежная изоляция токоведущих частейей и их защита от случайных прикосновений человека различного рода крышками, кожухами, коробами, сетками; использование защитного заземления или зануления; применение защитных средств (изолирующих подставок, резиновых перчаток, галош, бот, ковриков и др.) и приспособлений (изолирующих штанг, переносных индикаторов напряжения и др.); применение ограждений и блокировок, защитного отключения и разделяющих трансформаторов; выравнивание потенциалов чтобы обслуживающий персонал, если и касался частей оборудования (ремонт сети под напряжением), так с одинаковым их потенциалом. В соответствии с требованиями техники безопасности в электроустановках голые провода, концы кабелей и шины окрашивают в определенные цвета. При постоянном токе: положительные - красным цветом, отрицательные - синим. В трехфазных цепях: фазу A - желтым, B - зеленым, C - красным цветом; нейтральный провод заземленный - белым, заземленный - черным цветом. Провода шыны защитного заземления окрашивают черным цветом.

1.1 Классификация напряжений и помещений по степени опасности.

Производственные помещения по степени опасности поражения током делятся на три категории:

a) без повышенной опасности,

b) с повышенной опасностью

c) особо опасные.

К помещениям без повышенной опасности относятся сухие (с относительной влажностью до 75 %), без проводящей пыли, не жаркие, токонепроводящим полом, незначительно занятым металлическим оборудованием и конструкциями.

Помещения с повышенной опасностью характеризуются наличием какого-либо одного из признаков: большой влажности или сырости выше 75 %), электропроводящей пыли, токопроводящих полов (металических, земляных,железобетонных,кирпичных), высокой температуры (выше 30 °С), возможностью одновременного прикосновения человека к заземленному металлическому оборудованию и корпусу электрооборудования.

Особо опасными считаются помещения с очень большой сыростью или с химически активной средой, разрушающей изоляцию и токоведущие части электрооборудования, а также помещения с двумя и более признаками помещений повышенной опасности.

В помещениях в зависимости от категории допускаются рабочие напряжения нестационарного оборудования (напряжение стационар­ного оборудования от категории помещения не зависит): 12 В - для переносных ручных светильников в особо опасных помещениях и для работы внутри металлических котлов и резервуаров и на металлокон­струкциях; 36 В - для переносного электроинструмента небольшой мощности в помещениях особо опасных и с повышенной опасностью, а также для местного освещения и переносных светильников в поме­щениях с повышенной опасностью; 65 В - для электросварки и сва­рочных трансформаторов.

1.2 Возможные случаи попадания человека под напряжение.

Боль­шинство случаев поражения током людей происходит в сетях с напря­жением до 1000 В. Согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) трехфазные сети 0,5-35 кВ работают с изо­лированной нейтралью. В наиболее распространенных четырехпро­водных сетях 380/220 и 220/127 нейтраль заземляется, но они могут работать и с изолированной нейтралью. В системе с незаземленной нейтралью обязательно осуществляется контроль за состоянием изо­ляции для немедленного обнаружения ухудшения изоляции какой-ли­бо фазы или ее замыкания на землю. Это связано с тем, что линей­ные напряжения при этом не изменяются и приемники продолжают нормально работать, но установка становится опасной для обслужи­вающего персонала. Незамеченное однофазное замыкание на землю с незначительным током влечет за собой двухфазное замыкание на зем­лю (так как фазные напряжения исправных фаз увеличиваются до линейных).

Контроль изоляции обычно осуществляется посредством трех одинаковых вольтметров (неоновых или простых ламп), заземленных с помощью заземлителя (рис. 1.1а). В сетях с напряжением выше 220В они включаются через измерительные трансформаторы напря­жения. Как следует из рис. 1.1.а, активные составляющие сопротивления изоляции R_из проводов линии соединяются звездой, нейтральной точкой которой является земля. Как бы не была надежна изоляция установки, ее токоведущие части всегда имеют связь с землей токами утечки I_у. При напряжении ВЛ выше 1000 В (а КЛ - и до 1000 В) обходимо учитывать еще и емкостную связь с землей (Х_Cиз). Согласно правилам техники электробезопасности 1 В номиналь-ного напряжения ВЛ должна соответствовать изоляция с сопротивле­нием не менее 1000 Ом. Для изоляции приемников эти нормы не­сколько ниже. При исправной изоляции вольтметры (см. рис.1.1,а) оказывают фазные напряжения. С ухудшением изоляции какой-либо фазы ее напряжение уменьшается, а напряжения других двух фаз увеличиваются. При пробое изоляции, например фазы B (рис. 1.1б), ее вольтметр покажет нуль, а другие - линейные напряжения, так как в месте пробоя земля окажется под потенциалом заземленной фазы В и нейтраль смещается в точку N (рис. 1.1,б).

Характерным случаем в трехфазных цепях является попадание человека на фазное или линейное напряжение системы при незаземленной нейтрали. Человек, стоящий на земле и коснувшийся ру­чкой токоведущей части установки, например фазы А (рис. 1.2,а), попадает под несколько пониженное фазное напряжение и своим телом замыкает электрическую цепь через другие фазы и их сопротивления изоляции R_из. Сопротивление человека R_ч шунтирует сопротивление изоляции R_из фазы, которой он коснулся, нарушая симметрию со­противлений изоляции (рис. 1.2, б). В результате напряжение U_a фазы A уменьшается на напряжение смещения нейтрали (рис. 1.2, в), а фазные напряжения остальных двух фаз соответственно увеличиваются.Ток, протекающий через организм человека (см. рис. 1. 2,б и в),

где по формуле

если напряжения источника и проводимости цепи выразить в ком­плексной форме:

Наиболее тяжелым случаем является попадание человека под ли­нейное напряжение сети: при заземленной одной фазе (КЗ) и касании человеком какой-либо незаземленной фазы или при непосредственном касании человеком каких-либо двух фаз. Протекающий через тело человека ток в этом случае

I_ч=U/R_ч ( 1.1)

В сетях с заземленной нейтралью при касании любых двух фаз человек попадает под линейное напряжение и ток в нем определяется выражением (1.1). Если же человек, стоящий на земле, касается какой-либо фазы - попадает под фазное напряжение, то это тоже очень опасный случай:

I_ч=U_ф/ R_ч (1.2)

и не зависит от сопротивления изоляции.

В трехфазных сетях с заземленной нейтралью пробой изоляции в какой-либо фазе на землю (или на корпус) вызывает большой ток КЗ, от которого срабатывает защита (плавится вставка предохранителя, отключается автомат и др.). После этого неисправность должна быть устранена, так как дальнейшая работа приемников невозможна. Следовательно в таких цепях контроль изоляции не имеет смысла. Ли­нейные напряжения сети и фаза с ухудшенной изоляцией определя­ются обычно одним вольтметром с переключателем.

Таким образом, заземление нейтрали трехфазной цепи в условиях большой сырости (на торфоразработках, в шахтах и рудниках и др.) недопустимо, так как приводит к значительным утечкам тока из-за ухудшения изоляции и сильно увеличивает опасность поражения током.

1.3 Защитные заземления.

Чтобы уменьшить опасность прикосновения человека к нетоковедущим металлическим частям электрооборудова­ния, нормально не находящимся под напряжением, но попадающим под него при неисправности или пробое изоляции (например, с обмот­ки на корпус двигателя), в трехфазных сетях НН (до 1000 В) приме­няются защитные заземления. Кроме защитных, имеются и ра­бочие заземления, необходимые для нормальной работы установки (заземление нейтрали в трехфазных цепях, нулевого среднего провода в ЛЭП постоянного тока, разрядников и др.).

Защитное заземление это умышленное электриче­ское соединение с землей ме­таллических корпусов и ко­жухов электрооборудования. Оно состоит из заземлителей и заземляющих проводов с не­значительным сопротивлени­ем. Разновидностью защит­ного заземления является за­щитное зануление, т. е. сое­динение корпусов электрообо­рудования с нейтральным (нулевым) проводом трехфазной системы.

В качестве искусственных заземлителей обычно исполь­зуются стальные трубы (иногда уголки, стержни, полосы) длиной 2-3 м и диаметром 35-50 мм, забиваемые или ввертываемые вертикально в землю (на 0,7-0,8 м от уровня земли) друг от друга на расстоянии примерно их удвоенной длины для устранения взаимоэкранирующего влияния. Трубы-заземлители (число которых зависит от допустимого сопротивления и удельного сопротивления грунта) в земле надежно привариваются к стальным проводам диаметром не менее 6 мм, к прямоугольным полосам сечением около 50 мм² и более или к уголкам. Заземлители с их соединяющими проводами образуют внешний заземляющий контур установки, сооружаемый обычно вне здания. В качестве заземляющих устройств широко применяются также водо­проводные трубы и металлические конструкции, хорошо связанные с землей, за исключением отопительных и газовых сетей.

Внешний контур надежно соединяется сваркой с внутренней за­земляющей магистралью из толстого провода или полосового железа, протянутых по периметру или вдоль помещения с электрооборудова­нием. К последней непосредственно электрически присоединяются (болтовым соединением или сваркой) каждый в отдельности корпус и кожух оборудования, подлежащего заземлению.

Сопротивление заземления определяется в основном сопротивле­нием земли растеканию тока, т. е. сопротивлением, которое оказы­вает земля проходящему току. При протекании тока через заземлитель радиально от него во все стороны падение потенциала на по­верхности земли распределяется по гиперболическому закону, как показано на рис. 1.3, если принять за 100 % потенциал заземлен­ного или оборванного провода сети под напряжением, упавшего на землю.

Согласно правилам техники безопасности нельзя подходить к упав­шим на землю проводам, находящимся под напряжением: в сетях с на­пряжением до 1000 В - ближе чем за 5 м, в сетях с напряжением бо­лее 1000 В - ближе чем за 10 м (при шаговом напряжении (U_ш= 100 - 250В человек мгновенно падает на землю вследствие су­дороги ног, в расчетах длину шага берут 0,8 м).

Защитное заземление предназначено снизить опасность поражения током человека, точнее - уменьшить напряжение прикосновения и шаговое напряжение до безопасных значений (в установках до 1000 В - до напряжения 36 В). Следует помнить, что от опасности прикосновения человеком непосредственно токоведущих частей уста­новки, находящейся под напряжением, защитное заземление незащищает

В сети с изолированной нейтралью человек, коснувшийся, напри­мер, корпуса двигателя, находящегося под напряжением (рис.1.4,а), окажется под током, сила. Его напряжение прикосновения (рука - ноги)

U_пр =R_чI_ч = U_ф - R_изI_ч/3 1.3

весьма опасно даже в сети с хорошей изоляцией.

Опасность для человека резко снижается, если корпус двигателя заземлен (рис. 1.4,б) на небольшое сопротивление заземления R_з поскольку последнее шунтирует сопротивление человека R_ч. В этом случае общий ток в цепи (см. эквивалентную схему на рис. 1.4,б)

I _ч + I_з = U_ф / (R_ж+ R_из/3) 1.4

Где R_эк = R_чR_з /( R_ч+R_з)

Следовательно, напряжение прикосновения

U'_пр=R_зI_з = U_ф - R_из(I'_ч+I_з)/3 1.5

Сравнение выражений (1.1) и (1.5) показывает, что хотя общий ток при защитном заземлении значительно увеличивается I_ч+ I_з > I_ч), напряжение прикосновения U'_пр резко снижается и тем более, чем меньше сопротивление заземления.

В установках с незаземленной нейтралью и рабочим напряжением до 1000 В сопротивление заземления не должно превы­шать 4 Ом Профилактические осмотры заземляющего устройства с измерением его сопротивления проводятся не реже одного раза в год. Требуемое значение сопротивления заземления определя­ется расчетом по закону Ома с учетом того, что даже в разветвленных сетях с напряжением до 1000 В токи утечки (замыкания) на землю I_у не превышают 9-12 А, а допустимое напряжение прикосновения человека U_пр= 36 В:

Rз=U_пр/I_у= 36/9 = 4 Ом.

В сетях с напряжением выше 1000 В и расчетным током замыкания на землю I_у допускается R_з < 250/I_у Ом, но не более 10 Ом, или R_з < 125/ I_у Ом, если заземляющее устройство одновременно исполь­зуется и для заземления электроустановок напряжением до 1000 В.

Защитное зануление. В сетях с заземленной нейтралью безопас­ность прикосновения человека к корпусам электрических машин и аппаратов, к арматуре и другим устройствам достигается надежн

заземленным ней соединением их с наглухо тральным проводом, т. е. занулением (рис.1.5). Замыкание на корпус одной из фаз в такой сети превращается в КЗ с большим током. Поэтому аварийный участок автоматически отключается защитой, а пробой изоляции должен быть устранен.

Надежное зануление осуществляется дополнительным (повтор­ным) заземлением нейтрального провода через каждые 250 м, иначе при его обрыве и пробое изоляции на корпус в каком-либо двигателе другие зануленные корпусы, связанные с ним нейтральным проводом, окажутся почти под фазным напряжением сети. Зануление недопустимо в сетях с изолированной нейтралью, так как при замы­кании какой-либо фазы сети непосредственно на землю незаземленные, но зануленные корпусы оборудования также окажутся под фазным напряжением сети, а напряжения остальных двух фаз сети повысятся до линейных значений.

1.4 Защита от статического электричества.