Обеспечение электробезопасности
Электрические сети бывают постоянного и переменного тока. Сети переменного тока бывают однофазные и трехфазные. Наиболее распространены трехфазные сети. По режиму нейтрали трансформатора или генератора трехфазные сети могут быть с изолированной или глухозаземленной нейтралью. Изолированной называют нейтраль, изолированную от заземляющего устройства или присоединенную к нему через аппараты с большим сопротивлением (трансформаторы напряжения, компенсационные катушки и др.). Глухозаземленной называют нейтраль, присоединенную к заземляющему устройству непосредственно или через аппараты с малым сопротивлением (трансформаторы тока и др.).
Анализ различных случаев прикосновения человека к проводам трехфазных электрических сетей показывает:
- наименее опасным является однофазное прикосновение к проводу исправной сети с изолированной нейтралью;
- при замыкании одной из фаз на землю опасность однофазного прикосновения к исправной фазе больше, чем в исправной сети, при любом режиме нейтрали;
- наиболее опасным является двухфазное прикосновение при любом режиме нейтрали.
Существенное влияние на исход электротравм оказывают факторы окружающей среды. Повышенная температура и повышенная влажность увеличивают электроопасность. Повышение температуры и влажности обусловливает не только уменьшение электрического сопротивления тела, но и снижает общую сопротивляемость организма электрическому току.
По характеру среды различают следующие производственные помещения:
- нормальные - сухие помещения, в которых отсутствуют признаки жарких и пыльных помещений и помещений с химически активной средой;
- сухие - относительная влажность воздуха не более 60%;
- влажные - относительная влажность воздуха более 60%, но не превышает 75%;
- сырые - относительная влажность воздуха длительно превышает 75%, но не достигает 100%;
- особо сырые - относительная влажность воздуха близка к 100%, стены, пол, потолок и предметы покрыта влагой;
- жаркие - температура воздуха длительно превышает +30 0С;
- пыльные - выделяющаяся пыль оседает на проводах и проникает внутрь машин, аппаратов и т.д.; помещения могут быть с токопроводящей и нетокопроводящей пылью;
- с химически активной средой - постоянно или длительно содержатся пары и образуются отложения, действующие разрушающе на изоляцию и токоведущие части оборудования;
- в которых имеется возможность одновременного касания человека к токоведущей части и части, имеющей соединение с землей.
По степени опасности поражения людей электрическим током помещения подразделяются на помещения с повышенной опасностью, характеризующиеся признаками 4, 6, 7, 9; особо опасные с признаками 5, 8 или любыми двумя из предыдущей группы и без повышенной опасности.
Классификация необходима для опитимизации выбора защитных мер в электроустановках.
Применяемые в электроустановках защитные меры зависят от классификации помещений по опасности поражения электрическим током и разделяются на две группы: защитные меры, обеспечивающие безопасность при нормальном режиме работы электроустановки, и защитные меры, обеспечивающие безопасность при аварийном режиме.
К защитным мерам, обеспечивающим безопасность при нормальном режиме работы, относятся малые напряжения, электрическое разделение сетей, компенсация емкостной составляющей тока замыкания на землю, недоступность токоведущих частей и выравнивание потенциалов.
К защитным мерам, обеспечивающим безопасность при аварийном режиме работы электроустановки (в случае повреждения изоляции и переходе напряжения на нетоковедущие части), относятся контроль и профилактика повреждений изоляции (отнесено условно), двойная изоляция, защитное заземление, зануление, защитное отключение.
Малое (пониженное) напряжение - это номинальное напряжение не более 42 В, применяемое в целях уменьшения опасности поражения электрическим током.
Ток, протекающий через человека, определяется напряжением и сопротивлением тела человека. При меньшем напряжении через сопротивление протекает соответственно меньший ток.
Правила устройства электроустановок (ПУЭ) предусматривают применение двух малых напряжений -12 и 36 В. Для питания переносного электрооборудования в помещениях с повышенной опасностью применяется напряжение 36 В, а для ручных светильников – 12 В.
Защитное заземление - это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.
Защитное действие заземления основано на снижении напряжения прикосновения при переходе напряжения на нетоковедущие части и достигается уменьшением потенциала корпуса относительно земли как за счет малого сопротивления заземления, так и за счет повышения потенциала примыкающей к оборудованию поверхности земли.
Заземлению подлежат корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, светильников, каркасы распределительных щитов, шкафов, металлические кабельные конструкции, соединительные муфты, металлические трубы электропроводки и другие токопроводящие нетоковедущие части, которые могут оказаться под напряжением в результате нарушения изоляции токоведущих частей.
Согласно Правил устройства электроустановок (ПУЭ) заземление электрооборудования необходимо выполнять:
- при напряжениях 500 В и выше переменного и постоянного тока во всех случаях;
- при напряжении выше 36 В переменного тока и 110 В постоянного тока в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных электроустановках;
- при всех напряжениях переменного и постоянного тока - во взрывоопасных помещениях.
Защитное заземление является эффективной мерой защиты при питании оборудования от трехфазных сетей напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и трехфазных сетей выше 1000 В с любым режимом нейтрали.
Заземляемые объекты к заземляющей магистрали должны присоединяться параллельно. Последовательное соединение заземляемых корпусов оборудования запрещено, так как отключение одного из них (например, при ремонте или демонтаже) автоматически обуславливает отключение от цепи заземления и всех последующих корпусов оборудования.
Заземляющие устройства представляют собой совокупность заземлителей - металлического проводника или группы проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с грунтом, и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем.
В зависимости от расположения заземлителей по отношению к заземляемому оборудованию заземляющие устройства бывают выносные и контурные.
Заземлители выносных заземляющих устройств располагаются сосредоточенно на некотором расстоянии от заземляемого оборудования и соединяются с оборудованием заземляющими проводниками.
В контурном заземляющем устройстве заземлители располагаются по периметру и внутри площадки, на которой установлено заземляемое оборудование.
Оно обеспечивает безопасность за счет соответствующего повышения потенциала поверхности грунта у оборудования и снижения разности потенциалов, определяющей напряжения прикосновения и шага.
Заземлители бывают естественные и искусственные. К естественным заземлителям относятся металлоконструкции, имеющие хороший контакт в землей: арматура железобетонных конструкций, трубопроводы (кроме трубопроводов, используемых для транспортировки горючих и взрывчатых жидкостей и газов), металлические оболочки кабелей (за исключением алюминиевых), обсадные трубы и т.п.
Искусственные заземлители - это специально устраиваемые для заземления металлоконструкции, которые для других целей не используются. Для заземления в первую очередь должны использоваться имеющиеся естественные заземлители. Материалом для искусственных заземлителей служит сталь. Чаще всего искусственные заземлители выполняются в виде вертикальных электродов, связанных горизонтальными электродами. В качестве вертикальных электродов применяются стержни диаметром 10-14 мм, длиной 5 м и более, реже - уголки размером от 40х40 мм и до 60х60 мм, длиной 2,5-3м. В качестве горизонтальных электродов для связи вертикальных электродов в заземляемым оборудованием применяются полосовая сталь сечением не менее 4х12 мм и стальные прутики диаметром не менее 6 мм.
В качестве временных заземлителей используются специальные переносные инвентарные заземлители, которые ввинчиваются в грунт и имеют специальный зажим для подсоединения заземляющих проводников.
Заземляющие проводники между собой и с заземлителями соединяются сваркой, а с корпусами заземляемого оборудования - сваркой или с помощью болтов. Присоединение заземляющей магистрали к заземлителям выполняется в двух местах.
Вертикальные заземлители обычно заглубляют ниже слоя промерзания грунта в траншеях глубиной 0,7-0,8 м.
Зануление - это преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.
Защитное заземление в сетях напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью трансформатора не обеспечивает безопасности при переходе фазного напряжения на корпус.
Если металлические нетоковедущие части электрооборудования присоединить к нулевому проводу, то переход фазного напряжения на такой корпус равнозначен однофазному короткому замыканию. При этом срабатывает максимальная токовая защита и отключает поврежденное оборудование. Такой защитой являются плавкие предохранители, отключающие поврежденный участок сети за 5-7 с, и автоматические выключатели, отключающие поврежденный участок за 1-2 с.
Область применения зануления - трехфазные четырехпроводные сети напряжением 380/220 и 220/127 В (последние встречаются очень редко), т.е. сети, наиболее широко применяемые в промышленности.
Согласно ПУЭ проводники зануления должны быть выбраны так, чтобы при замыкании на корпус или нулевой провод возникал ток короткого замыкания, превышающий не менее чем в 3 раза номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя или номинальный ток расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратнозависимую от тока характеристику. При защите сети автоматическими выключателями с электромагнитными расцепителями кратность тока для автоматов с номинальным током до 100 А принимается 1,4, а для прочих - 1,25. Полная проводимость нулевого провода во всех случаях должна быть не менее 50 % проводимости фазного провода.
Защитное отключение - это быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения током.
Устройства защитного отключения (ЗО) должны осуществлять защиту при глухих и неполных замыканиях на землю, автоматический контроль изоляции, цепей заземления или зануления, самоконтроль.
Устройства защитного отключения должны применяться в первую очередь в передвижных электроустановках и для ручного электрифицированного инструмента.
Защитное отключение может применяться как единственная мера защиты (взамен защитного заземления или зануления), как основная мера защиты (совместно с защитным заземлением или занулением), в дополнение к защитному заземлению или занулению.
Если защитное отключение применяется как единственная мера защиты, то схема должна также обладать самоконтролем, а если в дополнение к заземлению или занулению, - обеспечивать безопасность при прикосновении к заземленным или зануленным частям оборудования.
В сетях напряжением до 1000 В для защиты от опасности при переходе высшего напряжения на сторону низшего (как правило, малого напряжения) один из выводов или среднюю точку обмотки низшего напряжения заземляют или зануляют, или применяют заземленный экран, или экранную обмотку между обмотками высшего и низшего напряжений. При наличии заземленного экрана или экранной обмотки невозможен переход высшего напряжения на сеть низшего напряжения.
Пожарная безопасность электрической сети и электроприводов, их надежность в значительной мере определяются правильным выбором мощности электродвигателя. Электродвигатель должен быть выбран в соответствии с заданной нагрузочной диаграммой с учетом возможных мгновенных перегрузок и обязательным учетом допустимого нагрева.
Мощность электродвигателя но условиям нагрева считается выбранной правильно, если при любом режиме его работы температура изоляции не превысит допустимую температуру для данного класса изоляции.
В зависимости от теплостойкости изоляционные конструкции, применяемые в современных электрических машинах, делятся на три класса - B, F и H - с предельно допускаемыми для изоляции температурами соответственно 130, 155 и 180 0С. При этом температура охлаждающей среды принимается равной 40 0С. Выбор мощности электродвигателя и теплозащиты по нагреву определяют с учетом режима его работы. Принята классификация номинальных режимов работы электродвигателей в зависимости от продолжительности и характера нагрузки. Установлены восемь типовых номинальных режимов работы, которым присвоены обозначения, состоящие из буквы S и следующей за ней порядковой цифры (от 1 до 8). Наиболее часто электродвигатели общего назначения применяются для продолжительного режима работы (S1). Для защиты от коротких замыканий и чрезмерных перегрузок применяются плавкие предохранители и электромагнитные токовые реле без выдержки времени. Защита от длительных небольших перегрузок осуществляется тепловыми реле, токовыми реле с выдержкой времени и автоматическими выключателями (автоматами).
Наиболее простая защита от токов короткого замыкания - при помощи плавких предохранителей, которые выполняются пробочными и трубчатыми. Пробочные предохранители рассчитаны для защиты потребителей с номинальными токами от 4 до 60 А. Более совершенными являются предохранители с закрытыми трубками из твердого газогенерирующего материала, например фибры типа ПР. Они выпускаются на напряжения 380 и 500 В и на токи от 6 до 1000 А. Еще более совершенными являются предохранители с кварцевым заполнителем типов ПН, ПД, ПДС, НПБ. Их отключающая способность в 1,5-2 раза больше, чем у предохранителей типа IIP.
Ток, расплавляющий предохранитель, является величиной крайне неопределенной, зависящей от условий охлаждения, длительности протекания и от металла, из которого изготовлена плавкая вставка. Плавкая вставка при перегрузке, например в 25 % и выше, может длительно работать, подвергая опасности целость изоляции электродвигателей, и вызвать повышение температуры до недопустимой величины. В этом заключается основной недостаток защиты при помощи плавких предохранителей.
Электромагнитные реле максимального тока мгновенного действия (типов ЭТ, РЭ, РЭМ и др.) применяются для защиты электродвигателей от чрезмерных перегрузок и коротких замыканий. Воспринимающий орган этих реле - электромагнит, который вызывает замыкание электрических контактов при достижении током в обмотке реле величины тока срабатывания реле.
Тепловые реле (типов РТ, ТРА) состоят из нагревательного элемента с биметаллической пластиной, изготовленной из двух металлов с различными коэффициентами линейного расширения (например, латунь - инвар). Если ток в защищаемой установке превышает величину тока срабатывания реле, то биметаллическая пластина выгибается и освобождает рычаг механизма, размыкающего контакты, включенные в цепь катушки контактора, что и приводит к отключению установки.
Автоматические выключатели (типов А, АП, ВАБ и др.) так же, как и реле, применяются для защиты электродвигателей и других установок от коротких замыканий, перегрузок, понижения напряжения и т.д. В неответственных электроприводах небольшой мощности наиболее распространены выключатели (или автоматы) максимального тока, которые совмещают в себе рубильник и предохранитель, т.е. аппараты управления и защиты. В электроприводах большей мощности применяются автоматы, рассчитанные на ток до 1500 А при напряжении до 500 В. В таких автоматах отключение производится так называемыми тепловыми или максимально-токовыми элементами типа реле, встроенными в сам автомат (расцепителями). Тепловой расцепитель, как и тепловое реле. представляет собой биметаллический элемент, имеющий выдержку времени, обратно зависимую от тока, и осуществляющий защиту от перегрузки при длительной часовой перегрузке и при токе не менее 120 % от номинального. Максимально-токовый расцепитель - это электромагнит, срабатывающий мгновенно и осуществляющий защиту от коротких замыкании или от токов, значение которых в шесть раз и более превышает номинальное. Такие выключатели рассчитаны на отключение токов короткого замыкания от 1000 до 30000 А.
Плавкая вставка предохранителя, с одной стороны, должна обеспечить защиту потребителя от перегрузки, а с другой - не перегореть, когда по ней длительно проходит расчетный ток.
Ток уставки теплового реле выбирают из расчета, что оно должно осуществить защиту двигателей от перегрузки свыше 10-20 % номинального тока. Его уставку можно изменить подбором соответствующего номера нагревательного элемента. При выборе плавкой вставки и уставки реле максимального тока необходимо учитывать пусковые токи двигателей, которые обычно превышают номинальные токи в 4-7 раз. Время пуска двигателей наиболее часто встречающихся производственных механизмов составляет 0,5-10 с.
В связи с получением и использованием в больших количествах веществ с диэлектрическими свойствами (полимерные материалы, резины, нефтепродукты и др.) разряды статического электричества нередко являлись причинами пожаров и взрывов.
Возникновение зарядов статического электричества происходит при деформации, дроблении (разбрызгивании) веществ, перемещении сплошных тел или слоев жидких и сыпучих материалов, находящихся и контакте друг с другом при движении воздуха (или других газов), по трубопроводам, а также при интенсивном перемешивании и дроблении веществ. На практике значительную опасность электризации представляют процессы слива из цистерн и других емкостей и налива в них нефтепродуктов, пневмотранспортирование и сушка сыпучих материалов, изготовление и эксплуатация полимерных материалов и изделий из них. Если напряженность электростатического ноля достигает 3×106 В/м, то происходит пробои воздуха.
По характеру и условиям возникновения разрядов статического электричества и по характеристикам огнеопасных веществ или изделии объекты подразделяются на три класса электростатической искробезопасности (ЭСИБ): безискровой электризации, слабой электризации, сильной электризации.
В ГОСТ 12.1.018-79 приведены предельно допустимые параметры для классов ЭСИБ и условия отнесения объектов к тому или иному классу. Например, одним из условии отнесения объекта к классу ЭСИБ безискровой электризации является наличие заземленного электропроводящего оборудования, в котором исключено применение веществ и материалов с удельным объемным электрическим сопротивлением  более 105 Ом×м и отсутствуют процессы разбрызгивания, распыления, измельчения и диспергирования. К классу ЭСИБ слабой электризации относятся объекты с заземленным электропроводящим оборудованием, в котором применяются вещества и материалы с не более 108 Ом×м и отсутствуют процессы разбрызгивания, измельчения диспергирования.
Все способы защиты от статического электричества могут быть условно разделены на две группы. К первой относятся способы, использование которых снижает или исключает накопление зарядов статического электричества на взаимодействующих телах. Сюда входят заземление металлических и электропроводных неметаллических элементов оборудования, увеличение поверхностной и объемной проводимости диэлектриков, а также другие способы, в том числе подбор контактных пар. Вторая группа способов, не исключая возможности накопления зарядов, предотвращает нежелательное или опасное их проявление. В этом случае устанавливают на технологическом оборудовании нейтрализаторы, а также проводят технологические процессы при концентрациях горючих смесей, находящихся вне пределов воспламенения, разбавляют горючие смеси инертными газами и др.
Заземление оборудования устраняет возможность накопления зарядов на проводниках и в некоторых случаях способствует процессу релаксации заряда с поверхности диэлектрика в землю. Каждую систему оборудования и коммуникаций заземляют не менее чем в двух местах (аппараты, резервуары, трубопроводы, транспортеры, сливно-наливные устройства и т.п.). Величина сопротивления заземляющего устройства, предназначенного только для защиты от статического электричества, не должна превышать 100 Ом.
Большое внимание следует уделять заземлению различных передвижных объектов или вращающихся элементов оборудования, которые не могут иметь постоянного контакта с землей, а также рукавов и шлангов, используемых для слива и налива горючих жидкостей. Автоцистерны, а также наливные суда, заполняемые сжиженными горючими газами и пожароопасными жидкостями, на время налива присоединяют к заземлителю.
Заземление диэлектрического оборудования может быть осуществлено нанесением на его поверхность проводящих покрытий (пленок), удельное электрическое сопротивление которых составляет 1-10 МОм×м.
Для отвода в землю зарядов статического электричества с человека применяются антиэлектростатичсская обувь с электропроводящей подошвой, антиэлектростатичсская спецодежда (для ее изготовления должны применяться материaлы с удельным поверхностным сопротивлением не более 107 0м), предусматривается устройство электропроводящих полов (специальный бетон и пенобетон, настил из электропроводящей резины, наливные полы и др.).
Уменьшение скоростей переработки и транспортирования веществ, исключение разбрызгивания, бурного перемешивания, дробления и распыления веществ, очистка горючих газов и жидкостей от примесей являются реальными способами снижения уровня электризации материалов.
Для жидкостей с не более 105 Ом×м (анетонитрил, бензальдегид, бромистый ацетил, диметилсульфат, кротоновыи альдегид, метиламин, метилэтилкетон, нитротолуол, формамид, циклогексанол и др.) установлена допустимая скорость м/с; при не более 109 Ом×м (анилин, апетофенон, бромбензол, бутилацетат, дибутилфталат, диэтиламин, изобутанол, масляная кислота, нитробензол, сероуглерод, скипидар, уксусная кислота, этанол и др.) установлена допустимая скорость до 5 м/с, а при более 109 Ом×м (бензины, бензол, толуол, керосин, пентан, уайт-спирит, топлива углеводородные для реактивных двигателей и др.) допустимые скорости устанавливаются для каждой жидкости отдельно. При заполнении порожнего резервуара подавать жидкость свободно - падающей струей не допускается. Расстояние от конца загрузочной трубы до дна резервуара не должно превышать 200 мм. До затопления конца загрузочной трубы подача жидкости должна быть замедленной - со скоростью не более 1 м/с.
Эффективным способом устранения опасной электризации является антиэлектростатическая обработка, вызывающая увеличение объемной и поверхностной проводимостей вещества. Наиболее просто это достигается увлажнением поверхности гидрофильных материалов, адсорбирующих влагу при увеличении относительной влажности воздуха до 65-70 %. В гидрофобные полимерные материалы вводят внутрь или наносят на их поверхность различные антиэлектростатические вещества, способствующие адсорбции влаги и повышению поверхностной и объемной проводимостей.
Введение в диэлектрические жидкости антистатических присадок значительно повышает их удельную проводимость, что позволяет увеличить допустимые скорости истечения.
Широко применяются нейтрализаторы статического электричества, способствующие увеличению электропроводности воздуха путем его ионизации. Наиболее распространены индукционные (ИНСЭ), высоковольтные (ВНСЭ) и радиоактивные (РНСЭ) нейтрализаторы. Практический интерес представляют также аэродинамические нейтрализаторы (АНСЭ).
Электрозащитные средства - это переносимые и перевозимые изделия, служащие для защиты людей, работающих с электроустановками, от поражения электрическим током, от воздействия электрической дуги и электромагнитного поля.
По назначению электрозащитные средства (ЭЗС) условно разделяются на изолирующие, ограждающие и вспомогательные.
Изолирующие ЭЗС служат для изоляции человека от частей электрооборудования под напряжением, а также от земли.
Ограждающие ЭЗС предназначены для временного ограждения токоведущих частей электроустановок под напряжением. К ним относятся переносные ограждения (ширмы, барьеры, щиты и клетки), а также временные переносные заземления. Условно к ним могут быть отнесены и предупредительные плакаты.
Вспомогательные защитные средства служат для защиты персонала от падения с высоты (предохранительные пояса и страхующие канаты), для безопасного подъема на высоту (лестницы, когти), а также для защиты от световых, тепловых, механических и химических воздействий (защитные очки, противогазы, рукавицы, спецодежда и др.).
Изолирующие ЭЗС разделяются на основные и дополнительные. Основными называют такие изолирующие ЭЗС, изоляция которых надежно выдерживает рабочее напряжение электроустановки и с помощью которых разрешается касаться токоведущих частей, находящихся под напряжением. К ним относятся изолирующие и измерительные штанги; штанги для наложения временных переносных заземлений; изолирующие клещи; изолирующая часть указателей напряжения и токоизмерительных клещей; изолирующих ручки монтерского инструмента; диэлектрические перчатки. Дополнительными называют такие ЭЗС, которые сами не могут обеспечить безопасность персоналу при данном напряжении электроустановки и являются дополнительной мерой защиты к основным изолирующим ЭЗС: боты и галоши; резиновые коврики, дорожки; подставки; изолирующие колпаки и накладки; изолирующие лестницы; изоляционные подставки.
| 
