Электробезопасность
Статистика показывает, что число травм, вызванных электрическим током, составляет 2% от их общего числа. Но из всех случаев со смертельным исходом наибольшее количество происходит в результате поражения электрическим током. Причем до 80% всех случаев электротравматизма со смертельным исходом приходится на электроустановки напряжением до 1000 В и в первую очередь 127 и 220 В.
Значительный уровень электротравматизма в строительстве связан с большой насыщенностью заводов и строек передвижными электрифицированными машинами и механизмами и быстрорастущей энергоемкостью оборудования.
Поражение электрическим током организма человека называется электротравмой. При электротравме может поражаться весь организм в целом с поражением нервной системы, параличом дыхания и сердца, но могут быть только частичные поражения отдельных участков тела.
Рис. 1. Монтажные пояса.
а — с амортизатором; б - марки BP; 1 — спинка; 2 — карабин; 3 — страховой фал; 4 — нагрудный ремень; 5 — наплечные лямки; 6 - ремень
Электротравма чаще всего возникает при следующих обстоятельствах: однофазное (однополюсное) прикосновение человека, не изолированного от земли (основания), к неизолированным частям электроустановки, находящимся под напряжением; двухфазное прикосновение к токоведущим неизолированным частям электроустановок; приближение на опасное расстояние к токоведущим частям человека, не изолированного от земли (основания), не защищенного изоляцией; нахождение человека в зоне растекания тока замыкания на землю (напряжение шага); действие атмосферного электричества при грозовых разрядах; действие статического электричества; освобождение человека, находящегося под напряжением.
Причины, по которым происходят электротравмы, следующие: намеренная работа под напряжением; ошибочное попадание под напряжение; применение несоответствующего напряжения; сближение или схлестывание проводов; неисправность электрооборудования; нарушение охранной зоны высоковольтной линии и транспортировка негабаритных грузов; отсутствие или нерегулярность инструктажа; отсутствие защитных средств; незаконное совмещение профессий и др.
Внешними проявлениями электротравмы могут быть ожоги, электрические знаки на коже, металлизация поверхности кожи тела человека.
Опасность действия тока на организм человека зависит от таких факторов, как: величина тока (основной фактор); длительность действия тока; путь тока в теле человека; вид и частота тока; индивидуальные качества человека. Характер действия тока в зависимости от его величины приведен в табл. 1.
Таблица 1. Воздействие тока на организм человека
Наиболее опасным является переменный ток с частотой 50...500 Гц. Человек может самостоятельно освободиться от токов такой частоты при величинах 10... 15 мА. Постоянный ток также опасен, но самостоятельно освободиться от него можно при значениях 20... 25 мА.
Величина тока, проходящего через тело человека, зависит от напряжения электроустановки, сопротивления тела человека и характера прикосновения. Сопротивление тела — величина нелинейная. Оно резко уменьшается при повышении приложенного к телу напряжения, увеличении времени воздействия при плотном контакте поверхности тела с токоведущей частью. На рис. 2 показана зависимость сопротивления тела человека — 1 и тока, протекающего через него — 2, от величины приложенного напряжения. Из этих зависимостей видно, что с повышением приложенного напряжения величина тока через тело резко возрастает в связи с тем, что сопротивление тела при этом уменьшается. Сопротивление тела человека приближенно определяют по закону Ома:
где Uпр — приложенное напряжение, В; Iч — ток, проходящий через тело, А.
Рис. 2. Зависимость cопротивления тела человека и токa, протекающего через него, от приложенного напряжения
Для расчетов принимают Rr=1000 Ом.
Если на пути тока оказываются сердце, легкие, мозг, опасность поражения сильно увеличивается. Сопротивление кожного покрова человека различно на разных участках тела и поэтому очень важным для исхода поражения является место прикосновения к токоведущим частям. Чаще всего встречаются такие пути тока: рука — ноги, рука — рука и нога — нога.
Длительность воздействия — один из основных факторов, влияющих на исход поражения: чем больше длительность, тем тяжелее исход. При меньшей длительности действия тока допустимы большие величины токов, проходящие через тело человека: при t>30 с Iдоп≤2 мА; при 1доп9 мА.
Относительно безопасным для человека считается напряжение 12 ... 36 В.
Многие производственные процессы в строительной технологии и производстве строительных материалов сопровождаются явлением статической электризации, которая приводит к образованию зарядов статического электричества. Напряжение относительно земли при этом достигает десятков киловольт. Так, при размоле и тонком дроблении материалов U=10... 50 кВ, при разбрызгивании красок U=10 кВ, при движении резиновой ленты транспортера U≥45 кВ. Заряды статического электричества могут накапливаться и на людях, при этом потенциал изолированного от земли человеческого тела может достигать 7 кВ. Среда, окружающая человека (сырость, токопроводящая пыль, едкие пары и газы и др.), может усиливать или уменьшать опасность поражения током.
В зависимости от условий, в которых находится работающий, производственные помещения делят по степени опасности поражения током на три категории: помещения без повышенной опасности; с повышенной опасностью; особо опасные.
Помещения без повышенной опасности — сухие, беспыльные, с нормальной температурой воздуха и с изолирующими (деревянными) полами. Сюда относятся жилой фонд и такие производственные помещения, как сборочные цехи приборных предприятий, заводоуправление, конструкторские бюро и др.
Помещения с повышенной опасностью характеризуются наличием одного из следующих определяющих факторов: влажности (относительная влажность более 75%); длительного превышения температуры 30°С, кратковременного 40°С; токопроводящей пыли (угольной, металлической и др.); возможности одновременного прикосновения к металлическим корпусам электрооборудования и заземленным металлоконструкциям; токопроводящих полов (металлических, земляных, железобетонных, кирпичных), например на лестничных клетках, в цехах механической обработки, местах приготовления бетонной смеси и др.
К особо опасным относятся помещения со значительной сыростью (относительная влажность воздуха около 100%) или наличием химически активной среды, которая разрушающе действует на электроизоляцию и токоведущие части — моечные отделения, гальванические цехи, участки работ под открытым небом или навесом, работы в замкнутых металлических емкостях.
Электроустановки подразделяются по напряжению на установки с номинальным напряжением до 1000 В и выше 1000 В. По режиму нейтрали источника питания электрические сети делят на сети с глухозаземленной и изолированной нейтралью.
Электроустановки напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью источника питания — это обычные внутренние электроустановки с номинальным напряжением 380/220 В, питающие основную массу электроприемников (электродвигатели, осветительные и нагревательные приборы и др.). Заземление нейтрали вторичных обмоток трехфазных понижающих трансформаторов R3 называется рабочим. Эта сети имеют нулевой провод, который служит для подсоединения потребителей на фазную нагрузку.
Рис. 3. Схема двухфазного включения человека в четырехпроводную сеть с глухозаземленной нейтралью
Рис. 4. Схема двухфазного включения человека в трехпроводную сеть с изолированной нейтралью
Электросети с изолированной от земли нейтралью применяют в условиях повышенной опасности поражения электрическим током при условии постоянного контроля сопротивления изоляции проводов R1и, R2и и R3и относительно земли.
Рис. 5. Схема однофазного включения человека в сеть с глухозаземленной нейтралью
Рис. 6. Схема однофазного включения человека в сеть с изолированной нейтралью
В процессе эксплуатации электроустановок возможно прикосновение челонека к токоведушим частям. Схемы прикосновения человека к токоведущим частям, находящимся под напряжением, могут быть разными. Наиболее характерны два вида прикосновения — двухфазное (присоединение человека к двум проводам) и однофазное (включение человека между проводом и землей) (рис. 5.27 и 5.28).
Ток, проходящий через тело человека при двухфазном включении, независимо от режима нейтрали, А:
где Uл — линейное напряжение сети, В; Rч — сопротивление тела человека, Ом.
Для сети с линейным напряжением 380 В при принятом сопротивлении человека Rч=1000 Ом ток через тело Iч=380/1000 = 0,38 А. Этот ток смертелен для человека.
При двухфазном включении изоляция человека от земли, например, при наличии диэлектрических галош опасности не уменьшает, так как ток идет через тело по пути рука — рука. На практике случаи двухфазного включения человека в сеть достаточно редки.по сравнению с однофазным. Такие прикосновения могут происходить при замене плавких предохранителей, в случае прикосновения к проводникам с поврежденной изоляцией и др. При однофазном включении величина тока через тело человека зависит от наличия или отсутствия заземления нейтрали источника тока.
В сети с заземленной нейтралью в цепь тока, проходящего через человека, включаются сопротивления обуви, пола и заземления нейтрали источника тока (генератора или трансформатора).
Величина тока при этом
где Rоб — сопротивление обуви, Rп — то же, пола, R3 — то же, рабочего заземления, Ом.
При большом сопротивлении участка «обувь — пол» (Roб+Rп ≈ 10 000 Ом) ток, проходящий через человека, может стать менее опасным, но человек все-таки не может самостоятельно освободиться от воздействия тока.
Другая возможная схема однофазного включения — в сеть с изолированной нейтралью. При этом ток, проходящий через тело человека, возвращается к источнику тока через сопротивление изоляции фазных проводов, которое имеет большую величину.
При таком включении
где Rи — сопротивление изоляции одной фазы сети относительно земли, Ом.
Таким образом, ток через тело человека Iч в случае включения с сеть с изолированной нейтралью зависит от сопротивления изоляции проводов относительно земли. Чем надежнее изоляция, тем меньше ток, протекающий через человека. Для нормальных условий работы сети (большое сопротивление изоляции) включение человека в сеть с изолированной нейтралью менее опасно, чем включение в сеть с заземленной, нейтралью.
Для безопасной работы с электроустановками осуществляются технические и организационные меры.
Организационные мероприятия, обеспечивающие безопасность работ, заключаются в следующем: оформление работы нарядом или распоряжением, допуск к работе; надзор во время работы, соблюдение режима работы и отдыха, переходов на другие работы, окончания работ. Очень важным организационным мероприятием является присвоение работникам, обслуживающим электроустановки, квалификационной группы.
Право выдачи нарядов на работы предоставлено лицам, имеющим V квалификационную группу, а в установках напряжением до 1000 В — не ниже IV группы. Лицо, оформляющее допуск к работам, должно иметь квалификационную группу не ниже IV, для установок напряжением до 1000 В — не ниже III.
К техническим мерам, обеспечивающим электробезопасность, относятся: надежная изоляция токоведущих частей и проводов; ограждение токоведущих частей; применение пониженного напряжения; устройство защитного заземления; устройство зануления; защитные отключения (блокирующие устройства); индивидуальные средства защиты.
Сопротивление изоляции фазных проводов, на участке между отключающими аппаратами для сетей с изолированной нейтралью в соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) должно обеспечивать условие Rи≥500 000 Ом. Материал изоляции должен соответствовать условиям окружающей среды и особенностям эксплуатации электрооборудования. Он должен быть устойчив к действию агрессивной среды, влаги; нагреву и механическим воздействиям. Изоляцию испытывают повышенным напряжением, значение которого зависит от номинального напряжения, материала и нормируется ПУЭ. Все неизолированные токоведущие части электроустановок — находящиеся под напряжением части электродвигателей, пусковые устройства, открытые плавкие вставки — должны ограждаться кожухом и сетками, если они расположены на высоте до 2,5 м от пола.
Таблица 2. Квалификационные группы персонала, обслуживающего электроустановки
Ручной электроинструмент и переносные светильники эксплуатируются в более тяжелых условиях, чем большинство других электроустановок. Стационарные электроустановки (станки, машины, печи и др.) надежно закреплены, питающие их провода проложены в трубах, каналах или защищены защитной оболочкой. Ручные же электрические машины — светильники и переносные устройства — могут подвергаться перегрузке, ударам, воздействию влаги, солнечной радиации, резким перепадам температуры, поэтому они должны быть полностью безопасны. Питающее их напряжение должно соответствовать классу электрической опасности помещения.
Таблица 3. Допускаемое напряжение переносного электрооборудования
Временная электропроводка на строительной площадке выполняется изолированным проводом и подвешивается на тросе на опорах на высоте 2,5 м над рабочим местом, 3,5 м над проходами и 6,0 м над проездами. Переносные светильники в условиях стройки питаются напряжением не выше 42 В, а на сырых участках, в колодцах, металлических резервуарах, котлах и других — не выше 12 В. Использовать провода с поврежденной изоляцией запрещается.
Для получения пониженного напряжения служат понижающие трансформаторы. Для защиты от перехода высокого напряжения в сеть низкого напряжения вторичную обмотку такого трансформатора присоединяют к нулевому проводу или заземляют.
Для исключения опасности, возникающей при замыкании неисправных или плохо изолированных токоведущих частей электрооборудования на землю, применяют защитное заземление, выполняемое для электробезопасности людей. Защитное заземление — это преднамеренное соединение с землей металлических нетоковедущих частей электрооборудования, которые нормально не находятся под напряжением, но могут оказаться под ним при случайном соединении их с токоведущими частями.
Рис. 7. Схема понижающего трансформатора
Рис. 8. Схема защитного заземления электрооборудования
Принцип защиты с помощью заземления состоит в том, чтобы уменьшить напряжение на корпусе электроприемника при замыкании на него тока. Когда заземление отсутствует, корпус, на который произошло замыкание, имеет фазное напряжение относительно земли. Прикосновение к нему так же опасно, как и к токоведущей части. Присоединение корпуса к земле вызывает перераспределение напряжений.
Корпус электрооборудования, соединенный с заземлителем, будет иметь напряжение
где I3 — ток замыкания на землю, A; R3 — сопротивление заземления, Ом.
Сопротивление тела человека и сопротивление заземления оказываются при этом включенными параллельно, и чтобы уменьшить ток, проходящий через тело человека, Iч = I3R3/R4, необходимо иметь малое сопротивление заземлителя. Ток замыкания на корпус отвердится в землю через заземлитель.
Заземляют металлические части электроустановок и оборудования, корпуса электрических машин, трансформаторов, светильников, вторичные обмотки измерительных трансформаторов, каркасы распределительных щитов, металлические трубы и оболочки электропроводок, металлические корпуса переносных электроприемников. При напряжении 500 В и выше переменного и постоянного тока электроустановки заземляют во всех случаях. Электроустановки при напряжении ниже 500 В в помещениях без повышенной опасности (сухие помещения с изолирующими полами) не заземляют. В помещениях повышенной и особой опасности заземляют установки с напряжением выше 36 В переменного тока и 100 В постоянного.
Рис. 9. Схема расположения заземлителей:
а — контурное заземление; б — соединение заземлителей; 1 — заземлители; 2 — заземляемое оборудование; 3 — соединительная полоса
Рис. 10. Картина растекания тока в земле:
а — для полусферического электрода; б — для вертикального электрода; 1 — полусферический электрод; 2 — кривая распределения потенциала на поверхности земли: 3 — вертикальней заземлитель
Конструктивно заземляющие устройства состоят из заземлителей, расположенных в земле и соединенных проводниками с заземляемым оборудованием. Ток, стекающий с заземлителя в землю, создает в земле электрическое поле, а на поверхности земли образуется зона растекания тока. Если представить заземлитель в виде полусферы с радиусом r, то картина растекания тока в земле и кривая распределения, потенциала на поверхности земли будет выглядеть так. Линии тока, стекающего с такого заземлителя, направлены по радиусам, а эквипотенциальные поверхности перпендикулярны линиям тока и образуют концентрические полусферы.
Потенциал в зоне растекания равен интегралу напряженности электрического поля:
где ρ — удельное электрическое сопротивление земли, Ом·м; r — радиус полусферы, м; Ех — напряженность электрического поля на расстоянии х от заземлителя, В/м; I — ток замыкания на землю, А.
Теоретическая зона, в которой отсутствует потенциал, находится в бесконечности, так как при х→∞,
Заземлители выполняют из стальных труб, уголков, прута, забиваемых в землю вертикально.
Потенциал на заземлителе будет максимальным (Ux = U3). Этот потенциал называют напряжением заземлителя. Сопротивление, которое оказывает току земля, называется сопротивлением заземлителя. Его не следует смешивать с собственным сопротивлением электрода, которое очень мало по сравнению с сопротивлением массы земли, окружающей электрод. Сопротивление заземлителя зависит от удельного электрического сопротивления грунта ρ, от формы одиночного заземлителя и его геометрических параметров. Так, для полусферического электрода
для вертикального электрода-стержня
где l — длина стержня, м; d — диаметр стержня, м.
В соответствии с правилами устройства электроустановок (ПУЭ) в сетях с изолированными от земли нейтралями заземление, используемое одновременно для установок напряжением до 1000 В и выше, определяется по уравнению
где Iзам — расчетный ток однофазного замыкания на землю, А. Значение R3 не должно превышать 4 Ом.
Сопротивление одиночного заземлителя растеканию тока с него зависит от формы выбранного заземлителя, его длины и диаметра d. Так, для трубчатого стержня
где h — глубина заложения заземлителя от поверхности земли до его середины, м.
Сопротивление одиночного заземлителя может при расчете оказаться больше нормативнрй величины. В этом случае следует применить несколько параллельно погруженных в землю заземлителей, соединенных полосой. Количество необходимых заземлителей
где Rод — сопротивление одиночного заземлителя, Ом; Rн — нормативное сопротивление заземления, Ом; η — коэффициент использования заземлителей.
Полоса, соединяющая заземлители, также способствует растеканию тока, причем ее сопротивление
где L — длина полосы, зависящая от количества электродов, м; b, t — ширина и заглубление полосы, м.
Рассчитанное количество заземлителей располагают по контуру здания или площадки, где размещено оборудование (контурное заземление), или сосредоточивают их группой в том месте, где наименьшее удельное сопротивление грунта (выносное заземление).
Присоединение заземляющих проводников к заземленным элементам электрооборудования выполняется сваркой или надежным болтовым соединением. Каждый заземляемый элемент приcоединяется к заземляющему устройству отдельным ответвлением — параллельно, во избежание обрыва заземляющих проводов. Заземление оборудования, коммуникаций и емкостей является одним из основных способов устранения, опасности статического электричества. Кроме заземления уменьшить опасность статического электричества, можно путем применения антистатических примесей или ионизацией воздуха или среды внутри емкостей.
В трехфазных четырехпроводных сетях глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В устраивают защитное зануление. Однако оно не обеспечивает надежной защиты. Это объясняется тем, что при замыкании на корпус ток замыкания на землю зависит от величин сопротивлений заземлителя нейтрали и заземлителя оборудования. Ток этот оказывается недостаточным для того, чтобы сгорели плавкие предохранители, и корпуса электрооборудования могут длительное время находиться под напряжением. Для предотвращения этого устраивают зануление, т. е. соединение всех нетоковедущих металлических частей электроустановок с заземленным нулевым проводом.
Рис. 11. Схема зануления электрооборудования
Рис. 12. Зануление светильника:
1 — заземляющий винт; 2 — нулевой провод; 3 — труба электропроводки
При пробое фазы на корпус и наличии зануленйя по цепи фазный — нулевой провод протекает ток короткого замыкания. Величина этого тока достаточна для сгорания плавких вставок и отключения электрооборудования. Для устранения опасности обрыва нулевого провода устраивают повторное многократное рабочее заземление нулевого провода через каждые 250 м.
Светильники, устанавливаемые в сетях с глухозаземленной нейтралью, зануляют присоединением нулевого провода сети к заземляющему винту на корпусе светильника.
Если заземление электроустановок невозможно выполнить в соответствии с нормами, то в мерзлых и скальных грунтах, в грунтах с плохой проводимостью в дополнение к защитному занулению применяют защитное отключение.
Защитное отключение — система защиты, обеспечивающая быстрое автоматическое отключение поврежденного участка электрической сети при однофазном замыкании токоведущих частей на корпуса, доступные для прикосновения. Особенно широко защитное отключение используется для электрифицированного инструмента. Выполняется защитное отключение в виде различных реле (реле максимального тока, реле напряжения и др.). При замыкании одной из фаз на корпус на нем появляется напряжение около 40 В, реле с нормально замкнутыми контактами и большим сопротивлением размыкает цепь катушки управления КУ, удерживающей пускатель, сердечник катушки освобождается и отключает пускатель.
Рис. 13. Схема ващитиего отключения
Рис. 14. Схема шагового напряжения
На строительной площадке возможны случаи обрыва электрических проводов и падения их на землю. В этом случае на поверхности земли появляется поле напряжений. Наибольший потенциал возникает в точке падения провода. По мере удаления от точки падения потенциал убывает. Если человек стоит на поверхности земли, имеющей разные потенциалы в местах расположения ступеней, то на расстоянии шага возникает напряжение
и через его тело течет ток
где Rш — сопротивление растеканию тока в земле от одной ноги до другой;
Из этого выражения видно, что напряжение шага зависит от длины шага и расстояния от места замыкания тока на землю. Вблизи места заземления напряжение шага максимально, поэтому при обнаружении соединения с землей токоведущих частей запрещено приближаться к месту повреждения ближе чем на 10 м. Выходить из зоны поражения током следует мелкими шагами.
При обслуживании электроустановок персоналом применяются индивидуальные защитные средства. Они предназначены выдерживать напряжение при необходимости соприкосновения обслуживающего персонала с токоведущими частями оборудования во время работы. При работе под напряжением в установках до 1000 В используют такие защитные средства, как штанги, клещи, монтерский электроинструмент с изолированными ручками, диэлектрические перчатки, рукавицы, боты, маты (коврики, дорожки), изолирующие подставки. Кроме того, к средствам индивидуальной защиты относятся указатели напряжения и тока, переносные заземления и ограждения, средства защиты от ожогов (очки, рукавицы, невоспламеняющиеся костюмы).
Полезная информация:
Значительный уровень электротравматизма в строительстве связан с большой насыщенностью заводов и строек передвижными электрифицированными машинами и механизмами и быстрорастущей энергоемкостью оборудования.
Поражение электрическим током организма человека называется электротравмой. При электротравме может поражаться весь организм в целом с поражением нервной системы, параличом дыхания и сердца, но могут быть только частичные поражения отдельных участков тела.
а — с амортизатором; б - марки BP; 1 — спинка; 2 — карабин; 3 — страховой фал; 4 — нагрудный ремень; 5 — наплечные лямки; 6 - ремень
Электротравма чаще всего возникает при следующих обстоятельствах: однофазное (однополюсное) прикосновение человека, не изолированного от земли (основания), к неизолированным частям электроустановки, находящимся под напряжением; двухфазное прикосновение к токоведущим неизолированным частям электроустановок; приближение на опасное расстояние к токоведущим частям человека, не изолированного от земли (основания), не защищенного изоляцией; нахождение человека в зоне растекания тока замыкания на землю (напряжение шага); действие атмосферного электричества при грозовых разрядах; действие статического электричества; освобождение человека, находящегося под напряжением.
Причины, по которым происходят электротравмы, следующие: намеренная работа под напряжением; ошибочное попадание под напряжение; применение несоответствующего напряжения; сближение или схлестывание проводов; неисправность электрооборудования; нарушение охранной зоны высоковольтной линии и транспортировка негабаритных грузов; отсутствие или нерегулярность инструктажа; отсутствие защитных средств; незаконное совмещение профессий и др.
Внешними проявлениями электротравмы могут быть ожоги, электрические знаки на коже, металлизация поверхности кожи тела человека.
Опасность действия тока на организм человека зависит от таких факторов, как: величина тока (основной фактор); длительность действия тока; путь тока в теле человека; вид и частота тока; индивидуальные качества человека. Характер действия тока в зависимости от его величины приведен в табл. 1.
| Ток, мА | Переменный ток f=50 Гц | Постоянный ток |
| До 1 | Не ощущается | Не ощущается |
| 1...8 | Легкое дрожание рук, болевые ощущения | Легкий зуд |
| 8... 15 | Можно с трудом разжать руки и отделиться от электрода | Ощущение тепла |
| 15...20 | Паралич рук, оторваться невозможно | Сокращение мышц рук |
| 50...100 | Паралич дыхания, фибрилляция сердца | Паралич дыхания |
Наиболее опасным является переменный ток с частотой 50...500 Гц. Человек может самостоятельно освободиться от токов такой частоты при величинах 10... 15 мА. Постоянный ток также опасен, но самостоятельно освободиться от него можно при значениях 20... 25 мА.
Величина тока, проходящего через тело человека, зависит от напряжения электроустановки, сопротивления тела человека и характера прикосновения. Сопротивление тела — величина нелинейная. Оно резко уменьшается при повышении приложенного к телу напряжения, увеличении времени воздействия при плотном контакте поверхности тела с токоведущей частью. На рис. 2 показана зависимость сопротивления тела человека — 1 и тока, протекающего через него — 2, от величины приложенного напряжения. Из этих зависимостей видно, что с повышением приложенного напряжения величина тока через тело резко возрастает в связи с тем, что сопротивление тела при этом уменьшается. Сопротивление тела человека приближенно определяют по закону Ома:
где Uпр — приложенное напряжение, В; Iч — ток, проходящий через тело, А.
Для расчетов принимают Rr=1000 Ом.
Если на пути тока оказываются сердце, легкие, мозг, опасность поражения сильно увеличивается. Сопротивление кожного покрова человека различно на разных участках тела и поэтому очень важным для исхода поражения является место прикосновения к токоведущим частям. Чаще всего встречаются такие пути тока: рука — ноги, рука — рука и нога — нога.
Длительность воздействия — один из основных факторов, влияющих на исход поражения: чем больше длительность, тем тяжелее исход. При меньшей длительности действия тока допустимы большие величины токов, проходящие через тело человека: при t>30 с Iдоп≤2 мА; при 1
Относительно безопасным для человека считается напряжение 12 ... 36 В.
Многие производственные процессы в строительной технологии и производстве строительных материалов сопровождаются явлением статической электризации, которая приводит к образованию зарядов статического электричества. Напряжение относительно земли при этом достигает десятков киловольт. Так, при размоле и тонком дроблении материалов U=10... 50 кВ, при разбрызгивании красок U=10 кВ, при движении резиновой ленты транспортера U≥45 кВ. Заряды статического электричества могут накапливаться и на людях, при этом потенциал изолированного от земли человеческого тела может достигать 7 кВ. Среда, окружающая человека (сырость, токопроводящая пыль, едкие пары и газы и др.), может усиливать или уменьшать опасность поражения током.
В зависимости от условий, в которых находится работающий, производственные помещения делят по степени опасности поражения током на три категории: помещения без повышенной опасности; с повышенной опасностью; особо опасные.
Помещения без повышенной опасности — сухие, беспыльные, с нормальной температурой воздуха и с изолирующими (деревянными) полами. Сюда относятся жилой фонд и такие производственные помещения, как сборочные цехи приборных предприятий, заводоуправление, конструкторские бюро и др.
Помещения с повышенной опасностью характеризуются наличием одного из следующих определяющих факторов: влажности (относительная влажность более 75%); длительного превышения температуры 30°С, кратковременного 40°С; токопроводящей пыли (угольной, металлической и др.); возможности одновременного прикосновения к металлическим корпусам электрооборудования и заземленным металлоконструкциям; токопроводящих полов (металлических, земляных, железобетонных, кирпичных), например на лестничных клетках, в цехах механической обработки, местах приготовления бетонной смеси и др.
К особо опасным относятся помещения со значительной сыростью (относительная влажность воздуха около 100%) или наличием химически активной среды, которая разрушающе действует на электроизоляцию и токоведущие части — моечные отделения, гальванические цехи, участки работ под открытым небом или навесом, работы в замкнутых металлических емкостях.
Электроустановки подразделяются по напряжению на установки с номинальным напряжением до 1000 В и выше 1000 В. По режиму нейтрали источника питания электрические сети делят на сети с глухозаземленной и изолированной нейтралью.
Электроустановки напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью источника питания — это обычные внутренние электроустановки с номинальным напряжением 380/220 В, питающие основную массу электроприемников (электродвигатели, осветительные и нагревательные приборы и др.). Заземление нейтрали вторичных обмоток трехфазных понижающих трансформаторов R3 называется рабочим. Эта сети имеют нулевой провод, который служит для подсоединения потребителей на фазную нагрузку.
Электросети с изолированной от земли нейтралью применяют в условиях повышенной опасности поражения электрическим током при условии постоянного контроля сопротивления изоляции проводов R1и, R2и и R3и относительно земли.
В процессе эксплуатации электроустановок возможно прикосновение челонека к токоведушим частям. Схемы прикосновения человека к токоведущим частям, находящимся под напряжением, могут быть разными. Наиболее характерны два вида прикосновения — двухфазное (присоединение человека к двум проводам) и однофазное (включение человека между проводом и землей) (рис. 5.27 и 5.28).
Ток, проходящий через тело человека при двухфазном включении, независимо от режима нейтрали, А:
где Uл — линейное напряжение сети, В; Rч — сопротивление тела человека, Ом.
Для сети с линейным напряжением 380 В при принятом сопротивлении человека Rч=1000 Ом ток через тело Iч=380/1000 = 0,38 А. Этот ток смертелен для человека.
При двухфазном включении изоляция человека от земли, например, при наличии диэлектрических галош опасности не уменьшает, так как ток идет через тело по пути рука — рука. На практике случаи двухфазного включения человека в сеть достаточно редки.по сравнению с однофазным. Такие прикосновения могут происходить при замене плавких предохранителей, в случае прикосновения к проводникам с поврежденной изоляцией и др. При однофазном включении величина тока через тело человека зависит от наличия или отсутствия заземления нейтрали источника тока.
В сети с заземленной нейтралью в цепь тока, проходящего через человека, включаются сопротивления обуви, пола и заземления нейтрали источника тока (генератора или трансформатора).
Величина тока при этом
где Rоб — сопротивление обуви, Rп — то же, пола, R3 — то же, рабочего заземления, Ом.
При большом сопротивлении участка «обувь — пол» (Roб+Rп ≈ 10 000 Ом) ток, проходящий через человека, может стать менее опасным, но человек все-таки не может самостоятельно освободиться от воздействия тока.
Другая возможная схема однофазного включения — в сеть с изолированной нейтралью. При этом ток, проходящий через тело человека, возвращается к источнику тока через сопротивление изоляции фазных проводов, которое имеет большую величину.
При таком включении
где Rи — сопротивление изоляции одной фазы сети относительно земли, Ом.
Таким образом, ток через тело человека Iч в случае включения с сеть с изолированной нейтралью зависит от сопротивления изоляции проводов относительно земли. Чем надежнее изоляция, тем меньше ток, протекающий через человека. Для нормальных условий работы сети (большое сопротивление изоляции) включение человека в сеть с изолированной нейтралью менее опасно, чем включение в сеть с заземленной, нейтралью.
Для безопасной работы с электроустановками осуществляются технические и организационные меры.
Организационные мероприятия, обеспечивающие безопасность работ, заключаются в следующем: оформление работы нарядом или распоряжением, допуск к работе; надзор во время работы, соблюдение режима работы и отдыха, переходов на другие работы, окончания работ. Очень важным организационным мероприятием является присвоение работникам, обслуживающим электроустановки, квалификационной группы.
Право выдачи нарядов на работы предоставлено лицам, имеющим V квалификационную группу, а в установках напряжением до 1000 В — не ниже IV группы. Лицо, оформляющее допуск к работам, должно иметь квалификационную группу не ниже IV, для установок напряжением до 1000 В — не ниже III.
К техническим мерам, обеспечивающим электробезопасность, относятся: надежная изоляция токоведущих частей и проводов; ограждение токоведущих частей; применение пониженного напряжения; устройство защитного заземления; устройство зануления; защитные отключения (блокирующие устройства); индивидуальные средства защиты.
Сопротивление изоляции фазных проводов, на участке между отключающими аппаратами для сетей с изолированной нейтралью в соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) должно обеспечивать условие Rи≥500 000 Ом. Материал изоляции должен соответствовать условиям окружающей среды и особенностям эксплуатации электрооборудования. Он должен быть устойчив к действию агрессивной среды, влаги; нагреву и механическим воздействиям. Изоляцию испытывают повышенным напряжением, значение которого зависит от номинального напряжения, материала и нормируется ПУЭ. Все неизолированные токоведущие части электроустановок — находящиеся под напряжением части электродвигателей, пусковые устройства, открытые плавкие вставки — должны ограждаться кожухом и сетками, если они расположены на высоте до 2,5 м от пола.
| Группа | Специальность, профессия | Стаж работы в электроустановках | Необходимые знания |
| V | Мастер, техник, инженер со специальным образованием, электромонтер, электрослесарь | Не менее полугода | Схемы и устройство оборудования, правила помощи пострадавшему от электрического тока, обучение персонала |
| IV | Начинающий инженер, техник, оперативно- ремонтный персонал | Не менее года | Электротехника, правила первой помощи, правила безопасности, умение свободно производить переключения |
| III | То же | Не менее полугода | Элементарные знания электротехники, правил безопасности |
| II | Монтер, электрик | Один месяц | Элементарное знакомство с электроустановкой, представление об опасности, основные меры предосторожности |
| I | - | - | Отсутствие электротехнических знаний и представления об опасности |
Ручной электроинструмент и переносные светильники эксплуатируются в более тяжелых условиях, чем большинство других электроустановок. Стационарные электроустановки (станки, машины, печи и др.) надежно закреплены, питающие их провода проложены в трубах, каналах или защищены защитной оболочкой. Ручные же электрические машины — светильники и переносные устройства — могут подвергаться перегрузке, ударам, воздействию влаги, солнечной радиации, резким перепадам температуры, поэтому они должны быть полностью безопасны. Питающее их напряжение должно соответствовать классу электрической опасности помещения.
| Условия работ | Напряжение не выше, В | ||
| Местное стационарное освещение | Ручные светильники | Электро- инструмент |
|
| Без повышенной опасности | 220 | 220 | 220 |
| С повышенной опасностью | 42 | 42 | 42 |
| Особо опасные | 42 | 12 | 42 |
Временная электропроводка на строительной площадке выполняется изолированным проводом и подвешивается на тросе на опорах на высоте 2,5 м над рабочим местом, 3,5 м над проходами и 6,0 м над проездами. Переносные светильники в условиях стройки питаются напряжением не выше 42 В, а на сырых участках, в колодцах, металлических резервуарах, котлах и других — не выше 12 В. Использовать провода с поврежденной изоляцией запрещается.
Для получения пониженного напряжения служат понижающие трансформаторы. Для защиты от перехода высокого напряжения в сеть низкого напряжения вторичную обмотку такого трансформатора присоединяют к нулевому проводу или заземляют.
Для исключения опасности, возникающей при замыкании неисправных или плохо изолированных токоведущих частей электрооборудования на землю, применяют защитное заземление, выполняемое для электробезопасности людей. Защитное заземление — это преднамеренное соединение с землей металлических нетоковедущих частей электрооборудования, которые нормально не находятся под напряжением, но могут оказаться под ним при случайном соединении их с токоведущими частями.
Принцип защиты с помощью заземления состоит в том, чтобы уменьшить напряжение на корпусе электроприемника при замыкании на него тока. Когда заземление отсутствует, корпус, на который произошло замыкание, имеет фазное напряжение относительно земли. Прикосновение к нему так же опасно, как и к токоведущей части. Присоединение корпуса к земле вызывает перераспределение напряжений.
Корпус электрооборудования, соединенный с заземлителем, будет иметь напряжение
где I3 — ток замыкания на землю, A; R3 — сопротивление заземления, Ом.
Сопротивление тела человека и сопротивление заземления оказываются при этом включенными параллельно, и чтобы уменьшить ток, проходящий через тело человека, Iч = I3R3/R4, необходимо иметь малое сопротивление заземлителя. Ток замыкания на корпус отвердится в землю через заземлитель.
Заземляют металлические части электроустановок и оборудования, корпуса электрических машин, трансформаторов, светильников, вторичные обмотки измерительных трансформаторов, каркасы распределительных щитов, металлические трубы и оболочки электропроводок, металлические корпуса переносных электроприемников. При напряжении 500 В и выше переменного и постоянного тока электроустановки заземляют во всех случаях. Электроустановки при напряжении ниже 500 В в помещениях без повышенной опасности (сухие помещения с изолирующими полами) не заземляют. В помещениях повышенной и особой опасности заземляют установки с напряжением выше 36 В переменного тока и 100 В постоянного.
а — контурное заземление; б — соединение заземлителей; 1 — заземлители; 2 — заземляемое оборудование; 3 — соединительная полоса
а — для полусферического электрода; б — для вертикального электрода; 1 — полусферический электрод; 2 — кривая распределения потенциала на поверхности земли: 3 — вертикальней заземлитель
Конструктивно заземляющие устройства состоят из заземлителей, расположенных в земле и соединенных проводниками с заземляемым оборудованием. Ток, стекающий с заземлителя в землю, создает в земле электрическое поле, а на поверхности земли образуется зона растекания тока. Если представить заземлитель в виде полусферы с радиусом r, то картина растекания тока в земле и кривая распределения, потенциала на поверхности земли будет выглядеть так. Линии тока, стекающего с такого заземлителя, направлены по радиусам, а эквипотенциальные поверхности перпендикулярны линиям тока и образуют концентрические полусферы.
Потенциал в зоне растекания равен интегралу напряженности электрического поля:
где ρ — удельное электрическое сопротивление земли, Ом·м; r — радиус полусферы, м; Ех — напряженность электрического поля на расстоянии х от заземлителя, В/м; I — ток замыкания на землю, А.
Теоретическая зона, в которой отсутствует потенциал, находится в бесконечности, так как при х→∞,
Заземлители выполняют из стальных труб, уголков, прута, забиваемых в землю вертикально.
Потенциал на заземлителе будет максимальным (Ux = U3). Этот потенциал называют напряжением заземлителя. Сопротивление, которое оказывает току земля, называется сопротивлением заземлителя. Его не следует смешивать с собственным сопротивлением электрода, которое очень мало по сравнению с сопротивлением массы земли, окружающей электрод. Сопротивление заземлителя зависит от удельного электрического сопротивления грунта ρ, от формы одиночного заземлителя и его геометрических параметров. Так, для полусферического электрода
для вертикального электрода-стержня
где l — длина стержня, м; d — диаметр стержня, м.
В соответствии с правилами устройства электроустановок (ПУЭ) в сетях с изолированными от земли нейтралями заземление, используемое одновременно для установок напряжением до 1000 В и выше, определяется по уравнению
где Iзам — расчетный ток однофазного замыкания на землю, А. Значение R3 не должно превышать 4 Ом.
Сопротивление одиночного заземлителя растеканию тока с него зависит от формы выбранного заземлителя, его длины и диаметра d. Так, для трубчатого стержня
где h — глубина заложения заземлителя от поверхности земли до его середины, м.
Сопротивление одиночного заземлителя может при расчете оказаться больше нормативнрй величины. В этом случае следует применить несколько параллельно погруженных в землю заземлителей, соединенных полосой. Количество необходимых заземлителей
где Rод — сопротивление одиночного заземлителя, Ом; Rн — нормативное сопротивление заземления, Ом; η — коэффициент использования заземлителей.
Полоса, соединяющая заземлители, также способствует растеканию тока, причем ее сопротивление
где L — длина полосы, зависящая от количества электродов, м; b, t — ширина и заглубление полосы, м.
Рассчитанное количество заземлителей располагают по контуру здания или площадки, где размещено оборудование (контурное заземление), или сосредоточивают их группой в том месте, где наименьшее удельное сопротивление грунта (выносное заземление).
Присоединение заземляющих проводников к заземленным элементам электрооборудования выполняется сваркой или надежным болтовым соединением. Каждый заземляемый элемент приcоединяется к заземляющему устройству отдельным ответвлением — параллельно, во избежание обрыва заземляющих проводов. Заземление оборудования, коммуникаций и емкостей является одним из основных способов устранения, опасности статического электричества. Кроме заземления уменьшить опасность статического электричества, можно путем применения антистатических примесей или ионизацией воздуха или среды внутри емкостей.
В трехфазных четырехпроводных сетях глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В устраивают защитное зануление. Однако оно не обеспечивает надежной защиты. Это объясняется тем, что при замыкании на корпус ток замыкания на землю зависит от величин сопротивлений заземлителя нейтрали и заземлителя оборудования. Ток этот оказывается недостаточным для того, чтобы сгорели плавкие предохранители, и корпуса электрооборудования могут длительное время находиться под напряжением. Для предотвращения этого устраивают зануление, т. е. соединение всех нетоковедущих металлических частей электроустановок с заземленным нулевым проводом.
1 — заземляющий винт; 2 — нулевой провод; 3 — труба электропроводки
При пробое фазы на корпус и наличии зануленйя по цепи фазный — нулевой провод протекает ток короткого замыкания. Величина этого тока достаточна для сгорания плавких вставок и отключения электрооборудования. Для устранения опасности обрыва нулевого провода устраивают повторное многократное рабочее заземление нулевого провода через каждые 250 м.
Светильники, устанавливаемые в сетях с глухозаземленной нейтралью, зануляют присоединением нулевого провода сети к заземляющему винту на корпусе светильника.
Если заземление электроустановок невозможно выполнить в соответствии с нормами, то в мерзлых и скальных грунтах, в грунтах с плохой проводимостью в дополнение к защитному занулению применяют защитное отключение.
Защитное отключение — система защиты, обеспечивающая быстрое автоматическое отключение поврежденного участка электрической сети при однофазном замыкании токоведущих частей на корпуса, доступные для прикосновения. Особенно широко защитное отключение используется для электрифицированного инструмента. Выполняется защитное отключение в виде различных реле (реле максимального тока, реле напряжения и др.). При замыкании одной из фаз на корпус на нем появляется напряжение около 40 В, реле с нормально замкнутыми контактами и большим сопротивлением размыкает цепь катушки управления КУ, удерживающей пускатель, сердечник катушки освобождается и отключает пускатель.
На строительной площадке возможны случаи обрыва электрических проводов и падения их на землю. В этом случае на поверхности земли появляется поле напряжений. Наибольший потенциал возникает в точке падения провода. По мере удаления от точки падения потенциал убывает. Если человек стоит на поверхности земли, имеющей разные потенциалы в местах расположения ступеней, то на расстоянии шага возникает напряжение
и через его тело течет ток
где Rш — сопротивление растеканию тока в земле от одной ноги до другой;
Из этого выражения видно, что напряжение шага зависит от длины шага и расстояния от места замыкания тока на землю. Вблизи места заземления напряжение шага максимально, поэтому при обнаружении соединения с землей токоведущих частей запрещено приближаться к месту повреждения ближе чем на 10 м. Выходить из зоны поражения током следует мелкими шагами.
При обслуживании электроустановок персоналом применяются индивидуальные защитные средства. Они предназначены выдерживать напряжение при необходимости соприкосновения обслуживающего персонала с токоведущими частями оборудования во время работы. При работе под напряжением в установках до 1000 В используют такие защитные средства, как штанги, клещи, монтерский электроинструмент с изолированными ручками, диэлектрические перчатки, рукавицы, боты, маты (коврики, дорожки), изолирующие подставки. Кроме того, к средствам индивидуальной защиты относятся указатели напряжения и тока, переносные заземления и ограждения, средства защиты от ожогов (очки, рукавицы, невоспламеняющиеся костюмы).
Полезная информация: