ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ. - Производственная безопасность. Опасный фактор трудового процесса.

Воздействие электрического тока на человека.

Электрический ток, проходя через тело человека, оказывает на него комбинированное воздействие:

- термическое

- электролитическое

- биологическое

вызывая при этом как местные, так и общие электротравмы.

Термическое – выражается в ожогах отдельных участках тела, нагреве кровеносных сосудов, нервов и других тканей.

Электролитическое – разложение крови и других органических жидкостей, что вызывает значительное нарушение в их физико-химическом составе.

Биологическое – выражается в раздражении и возбуждении живых тканей организма, а также в нарушении внутренних биологических процессов, протекающих в нормально действующем организме и нарушающий его функции.

Классификация электротравм:

1) местные эл.травмы

- эл.ожоги

- эл.знаки

- металлизация кожи

- механические повреждения

- электро-офтальмия

Ожоги(бывают токовые и дуговые) – есть результат преобразования электрической энергии в тепловую.

Эл.знаки – метки тока, возникающие в месте входа тока в человека или прохождении(темные пятна серого или бледно желтого цвета).

Металлизация кожи – проникновение брызг расплавленного металла от эл.дуги в верхние слои кожи.

Механические повреждения связаны с судорожными непроизвольными сокращениями мышц.

Офтальмия – повреждение роговицы глаз от эл.дуги.

2) общие эл.травмы по тяжести делятся на 4 группы

1 – сокращение мышц без потери сознания.

2 – сокращение мышц с потерей сознания, но при сохранении нормального дыхания и работы сердца.

3 – потеря сознания и нарушение либо сердечной деятельности или дыхания.

4 – клиническая смерть без дыхания и биения сердца.

Эл.удар происходит при «включении» человека в эл.цепь поражения, ток определяется: Jh = Uпр/Rh, А

Jh – ток, проходящий через тело человека.

Эл.удары имеют разное последствие.

Если человек может самостоятельно оторваться от проводника, то жизнедеятельность сохраняется, но в дальнейшем сохраняются проблемы со здоровьем. В более тяжелом случае, когда человек не может самостоятельно оторваться от проводника, он может попасть в шоковое состояние, может возникнуть паралич органов дыхания и фибрилляция сердца (изменяется частота биения сердца).

Факторы, влияющие на опасность поражения эл.током.

Исход воздействия тока на человека зависит от следующих факторов:

1) величина значения тока

2) род тока (постоянный или переменный)

3) длительность протекания тока

4) частота тока

5) индивидуальные качества человека (10 Ом <Rh< 10000 Ом)

Эл.сопротивление тела человека складывается из сопротивления кожи, ткани и внутренних органов. При увлажнении, повреждении кожи до Rh = 500 Ом. При чистой, сухой, не поврежденной кожи до Rh = 10 кОм. В расчет всегда принимается Rh=1000 Ом.

Пороговые значения силы тока.

Переменный ток (f=50Гц)	Постоянный ток
ощутимый ток ≈ 0,6…1,5 мА	ощутимый ток ≈ 6…7 мА
не отпускающий ≈ 10…15 мА	не отпускающий ≈ 50…70 мА
вызывающий паралич дыхательных мышц ≈ 25…50 мА
фибрилляция сердца за 0,5 с ≈ 100 мА	фибрилляция сердца ≈ 300 мА

Длительность протекания тока: через тело человека с течением времени протекающий ток увеличивается, так как Rh уменьшается со временем.

Род и частота тока.

Наиболее опасная частота тока f = 20…100 Гц.

Токи частотой свыше f >= 500 кГц не вызывают вообще эл.ударов, вызывают термические ожоги.

Вид эл.сети.

Различаются сети ЗНТ и сети ИНТ.

Сети ЗНТ (заземленной нейтрали) более опасны, чем сети с ИНТ (изолированной нейтрали).

Условия внешней среды: сырость, повышенная влажность, токопроводящая пыль, едкие пары, газы.

Существует классификация помещений по опасности поражения людей (ПЭУ):

1. помещения с повышенной опасностью (влажность > 75%, температура воздуха > 350С, токопроводящая пыль).

2. особенно опасные помещения характеризуются наличием одного из следующих условий – влажность 100%, химически активная среда.

3. помещения без повышенной опасности (влажность < 75%, температура воздуха < 350С).

Анализ условий поражения эл.током.

Линейное напряжение – напряжение между фазами.

Фазное напряжение – напряжение между фазой и нулем.

Все случаи поражения человека  током в результате эл.удара, возможны лишь при замыкании цепи через тело человека.

Напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек называется напряжение прикосновения (Ипр).

Опасность такого прикосновения зависит от ряда факторов:

- схемы замыкания цепи тока через тело человека

- напряжение сети

- схемы самой сети и режимы её нейтральной точки

в промышленности используют два вида эл.цепи: четырех проводной ЗНТ и трехпроводной ИНТ.

Все многообразие случаев поражения человека электротоков является следствием одного из следующих условий:

1)      Случайное двухфазное или однофазное прикосновение в результате ошибочных действий при проведении работ или неисправных защитных средств.

2)      Приближение человека на опасное расстояние к линиям высокого напряжения (0,7 метра).

3)      Прикосновение к металлическим не токоведущим частям оборудования, которые могут оказаться под напряжением из – за повреждения изоляции.

4)      Попадание под шаговое напряжение при передвижении человека по зоне растекания тока от упавшего на землю провода или при замыкании токоведущих частей на землю.

Двухфазное прикосновение.

Рассматриваются два случая:

1.      прикосновение к двухфазным  проводам

Jh=Uл/Rh , Uпр=Jh*Rh=Uл=380 В

2.      прикосновение к двухфазному и нулевому проводам

Jh=Uф/Rh , Uпр=Jh*Rh=Uф=220 В

 Однофазное прикосновение к сети (ЗНТ).

Однофазное прикосновение менее опасное, чем двухфазное, так как в цепь поражения включается Rобуви, Rпола (путь «рука – нога»).

Jh=Uф/(Rh+Rоб+Rпола)=Uф/ Σ R

Uпр=Uф*Rh / Σ R

Однофазное прикосновение в сети (ИНТ).

Менее опасно, чем ЗНТ при нормальном R изоляции, но опасность поражения Эл.током для сети большой протяженности может возрасти из – за наличия емкостного тока.

При одинаковом сопротивлении изоляции каждой фазы Σ определяется по формуле:

1/Rиз = 1/R1+1/R2+1/R3 = 3/R

если R1=R2=R3

ΣRиз=Rиз/3

Jh=Uф/(Rh+Rиз/3)

Процесс растекания тока в земле.

При замыкании фазы на землю или выносе потенциала, протяженным токопроводящим предметом, неисправности в устройствах защитного заземления появляется значительный Эл.потенциал.

Процесс растекания тока на землю наблюдается при падении на землю оборванного провода, замыкании фазы на землю, повреждении изоляции.

Считаем, что земля во всем объеме однородна и обладает одинаковыми удельными сопротивлениями p (Ом*м)

Удельное сопротивление грунта – сопротивление 1 куб.метра грунта к противоположным граням которого приложены электроды измерительные.

Наибольшую величину p имеет зимой в северных районах при промерзании почвы и летом в южных районах при сухом грунте p = 50…400 Ом*м.

Плотность тока при его распространении: i=Jз/2 πх2

Jз – сила тока замыкания на землю

х – расстояние до расчетной точки

с другой стороны i по закону Ома равна: i=E/p

падение напряжения в слое:

dUx=E dx=i*p dx= Jз*p/2 π*r2dx

φ=∫ dUx=∫ Jз*p/2 πх2=Jз*p/2 π*r

Поражение шаговым напряжением.

Напряжение между двумя точками на поверхности земли U1-2= φr1- φr2

Uш=Jз*p/2 π*r1 - Jз*p/2 π*(r1-r2/r1*r2)

Из-за характера кривой спада потенциала видно, что шаговое напряжение убывает по мере удаления и увеличивается по мере приближения.

При действии тока в ногах возникает судорога, в результате цепь тока замыкается (путь тока «нога-нога»).

Выходить из зоны замыкания нужно прыжками на одной ноге либо переставляя соединенные ступни с носков на пятки.

Напряжение прикосновения.

- это есть напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек или иначе говоря падение напряжения в сопротивлении тела человека.

В устройствах защитного заземления и зануления:

Uпр=φз-φос

Uпр=φз*(1-φос/φз)= φз*&

&- коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий форму потенциальной прямой.

&=1, r>=20-40 м.

Основными причинами воздействия эл.тока на человека является:

- случайное прикосновение или приближение на опасное расстояние к токоведущим частям электрооборудования

- появление напряжения на металлических частях оборудования в результате повреждения изоляции или ошибочных действий персонала

- шаговое напряжение на поверхности производственной площадки, пола, земли в результате замыкания провода.

Основные меры защиты от поражения эл.током:

1.      изоляция

2.      недоступность токоведущих частей

3.      эл.разделение сети с помощью специальных разделяющих трансформаторов

4.      применение малого напряжения (не выше 42 В)

5.      использование двойной изоляции (рабочей и дополнительной)

6.      выравнивание потенциала по поверхности

7.      защитное заземление

8.      защитное зануление

9.      защитное отключение

10.  применение специальных электрозащитных средств

11.  организация безопасной эксплуатации электроустановок

Защитное заземление.

- это преднамеренное эл.соединение с землей или её эквивалентом металлических не токоведущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Назначение: устранение опасности поражения людей эл.током при появлении напряжения на конструктивных частях электрооборудования, то есть при замыкании их на корпус.

    

Принцип действия защитного заземлителя:

Снижение до безопасных значений напряжения прикосновения и напряжения и напряжения шага, обусловленных замыканием на корпус, за счет уменьшения потенциала заземленного оборудования, а так же выравнивание потенциалов основания и оборудования. В основном защитное заземление применяется в сетях ИНТ с напряжением до 1000 В.

Область применения защитного заземления:

1.      трехфазные трехпроводные сети U=1000 В с изолированной нейтралью (ИНТ)

2.      для сетей U>1000 В с любым режимом нейтрала (ИНТ и ЗНТ)

Заземляющее устройство представляет собой конструкцию куда входят: металлический проводник, находящийся в контакте с землей; заземляющие проводники соединяющие части электроустановки с заземлителями;  металлические полосы, связывающие сами заземлители.

Различают два типа заземляющих устройств:

- выносное (сосредоточенное)

- контурное (распределенное)

Выносное заземляющее устройство характеризуется тем, что заземлитель выносится за пределы производственной площадки на которой размещено заземляющее оборудование, или сосредоточен на некоторой части этой площади.

Применяется лишь при малых значениях тока замыкания на землю, в частности установках U=1000 В.

Контурное заземляющее устройство характеризуется тем, что одиночные заземлители размещаются равномерно по периметру на котором находится заземляющее оборудование, или распределены по всей площадке по возможности равномерно.

Если выносное заземление защищает только за счет своего малого сопротивления, так как используется большое количество одиночных заземлителей, то при контурном заземлители поля растекания тока от заземлителей накладываются друг на друга и любая точка поверхности грунта внутри тока имеет значительный потенциал.

При этом разность потенциалов между точками внутри контура будет снижена и в этом случае, ток проходящий через человека при его прикосновении к корпусу эл.установки будет меньше, чем при выносном заземлении.

Защитное зануление.

Назначение зануления: устранение опасности поражения эл.током при прикосновении к корпусу электроустановки или других нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением, при замыкании фазы на корпус или землю.

Принципиальная электрическая схема зануления:

Схема зануления предусматривает глухое заземление нейтрали или вывода источника однофазного тока, нулевой защитный проводник и повторное заземление нулевого защитного проводника.

Нулевой защитный проводник в схеме предназначен для обеспечения необходимого для отключения эл.установки тока, короткого однофазного замыкания  на корпус, путем создания тока цепи с малым сопротивлением.

Функции замыкания нейтрали.

Заземленные нейтрали источника тока имеет цели снижения напряжения зануленных корпусов и нулевого защитного проводника относительно земли до безопасного значения.

Назначение повторного заземления имеет целью:

Снижение напряжения зануленных корпусов эл.установок относительно земли в период замыкания фазы на корпус. (как в случае неисправной работы и обрыва)

Принцип действия зануления заключается в превращении замыкания фазного проводника на проводе в однофазное короткое замыкание. Для того, чтобы вызвать большой ток, способный обеспечить быстрое срабатывание защиты и отключение её питания. В аварийный период , т.е с момента возникновения замыкания на корпус  и до автоматического отключения аварийной установки, заземление электроустановок  через нулевой защитный проводник снижает напряжение между корпусом и землей.

Область применения:

Трехфазные четырехпроводные сети U ~1000 В с глухо заземленной нейтралью, а так же с глухо заземленным выводом источника однофазного тока. Зануление ЭУ следует выполнять в тех же случаях, что и заземление защитное. Выполнение зануления сводится к заземлению нейтрали и повторному заземлению, а так же соединения нейтрали с зануляемой частью оборудования.

Требования к нулевым защитным проводникам.

Нейтраль трансформатора U<100 В присоединена к заземлителю определенного сечения, который обычно нужно рассчитать. Существуют нормативные значения заземления.

Расчет защитного зануления:

1.      Заключается в определении площади сечения защитного нулевого проводника.

2.      Определяем ток каждого замыкания, который сравнивается с номинальным током, который дан в паспорте на плавкую вставку предохранителя Jкз>Jном.

3.      Определяем соответствие зануления  требования ПУЭ.

Дополнительно рассчитываем значение нейтрали.

Защитное отключение.

Это быстро действующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение при возникновении в ней опасности поражения эл.током. Устройство защитного отключения реагирует либо на замыкание фазы на прикосновение человека.

Характеристики: время срабатывания устройств защитного отключения 0,05-0,2 сек.

Схема УЗО реагирует на изменение напряжения корпуса относительно земли.

  

РН – реле напряжения,

ОК – отключающая катушка.

При пробое одной из фаз на корпус эл.установки срабатывает РН, настроенное на определенную установленную величину, и тогда катушка отключает установку от сети.

Существуют УЗО, срабатывающие на токи.

Прибор защитного отключения представляет собой совокупность отдельных элементов, которые реагируют на изменение какого либо характера, которые дают сигнал на автоматическое отключение.

Автоматический выключатель – устройство, для отключения и включения цепей, находящихся под напряжением и при к.з.

Типы УЗО:

1.      УЗО, реагирующее на напряжение корпуса, относительно земли.

2.      УЗО, реагирующее на оперативный постоянный ток.

Область применения защитного отключения: ЭУ до 1000 В с изолированной или заземленной нейтралью.

Основные требования УЗО:

1.      высокая чувствительность

2.      малое время срабатывания

3.      способность осуществлять самоконтроль исправности

4.       высокая надежность этих устройств

параметры на которые реагируют УЗО:

1.      потенциал корпуса, В

2.      ток замыкания на землю, мА

3.      напряжение нулевой последовательности, В

4.      оперативный постоянный ток, мА

5.      ток нулевой последовательности, мА

Эл.разделение сетей, использование малого напряжения.

Эл.разделение реализуется включением в схему сети разделительного трансформатора: от первичной сети с изолированной или плохо заземленной нейтралью, гальванически отделяется изолированный от земли участок электроприемника.

Такие трансформаторы разделяют эл.цепи со вторичным напряжением не выше 380 В, применяются на открытых площадках. Так же используются трансформаторы 42 – 24 В.

Выравнивание потенциалов: устранение опасностей поражения эл.током в случае прикосновения человека к корпусу, без заземления и зануления.

Принцип действия состоит в снижении напряжения.

Прикосновение – выравнивание потенциалов основания, на котором стоит человек и заземление или зануление путем подъема потенциала до уровня близкого к уровню потенциала заземленного или зануленного оборудования.

Область применения: применяется как дополнительный метод в сетях до 1000 В с изолированной или глухо заземленной нейтралью.

Электростатическое электричество на производстве. Защита от него. Молниезащита зданий и сооружений.

Электростатические заряды на производстве и их заряды.

В некоторых отраслях промышленности (текстильной, бумажной, нефтеперерабатывающей) наблюдаются явления электризации тел, то, что получило название статическое электричество (ГОСТ 12.1.018 – 79 «Статическое электричество. Искробезопасность.»).

Статическое электричество – совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного эл.заряда на поверхности и в объеме диэлектрических веществ и материалов на изолированных проводниках.

Электризация материалов препятствует нормальному ходу технологических процессов, создает дополнительную пожароопасность вследствие искрообразования.

Электростатическая искробезопасность – состояние технического объекта, при котором исключается возможность взрывов и пожаров статического электричества.

При соприкосновении двух разнородных тел из-за неуравновешенности сил происходит перераспределение электродов с образованием двойного электрического слоя с противоположными знаками заряда. При последующем разъединении этих тел, каждая из них сохраняет свой заряд, а с увеличением расстояния только возрастает.

Примеры на производстве: все технические процессы, связанные с трением, размельчением твердых частиц, пересыпанием сыпучих материалов, переливание нефтепродуктов. В металлических частях оборудования возникает напряжение (при движении транспортеров и на роликах транспортера). Аналогично происходит на аппаратах сматывания. При относительной влажности более 85% зарядов практически не возникает. Высокий уровень электростатики наблюдается при переливании масел (на различных автозаправках, базах хранения нефтепродуктов).

Меры подавления:

1.      Заземление металлических частей.

2.      Увеличение поверхностной и объемной проводимости диэлектриков.

3.      Предотвращение накопления значительных электрических зарядов, путем установления специальных нейтрализаторов.

Заземление не металлического оборудования при R<= 10-7Ом, влажность <= 60%.

Подавление проводится путем введения специальных присадок.

При переливании масел, нефтепродуктов избегают падения  и разбрызгивания струи, сливной шланг опускают до самого дна цистерны. Металлический наконечник шлангов необходимо заменить медными проводниками. Для снижения электропроводности не металлических частей оборудования применяют графит и сажу.

Нейтрализация осуществляется путем ионизации воздуха, разделяющего заряженные тела.

на практике применяют:

1.      Индукционный нейтрализатор – состоит из несущих металлических или не токопроводящих частей, на которые они укреплены, нейтрализаторы располагаются вблизи индукционного тела (движущихся лент, конвееров на расстоянии 5-10 мм). Электрическое поле у эл.стержней создается зарядами наэлектризованного материала. Вблизи острия образуется эл.поле высокого напряжения, под действием которого происходит ударная ионизация с образованием положительных и отрицательных ионов. При этом ионы противоположные заряду наэлектризованного тела. Для защиты обслуживающего персонала от случайного прикосновения, их снабжают кожухами.

2.      высоковольтные нейтрализаторы работают по принципу короткого разряда. Создается этот заряд иглообразными электродами. Положительные ионы, которые образуются вблизи иглообразного электрода, направляются на отрицательно заряженный диэлектрик, нейтрализуя его заряд.

3.      Радиоизотопные нейтрализаторы применяются в химической промышленности на взрывоопасных процессах, особенно на производстве пленки, бумаги и ткани. В радиоизотопном нейтрализаторе используют активный препарат с использованием Pu и металлический контейнер. В металлическом контейнере укреплены держатели активного материала, их можно вручную поворачивать на 1800, чтобы они могли излучать внутрь.

Молние защита.

Это заряд между облаками или облаком и землей.

В России 100 часов гроз в год. В пустынях не более 10 часов в год.

Помимо прямого удара молнии в здание, проявления могут быть в виде электростатической индукции, воспламенения. Опасности попадания молнии подвергаются различные промышленные объекты. Для приемы эл.разряда молнии и отвода её применяют молниеотводы.

Молниеотвод состоит из несущей части – опоры (иногда это само здание), молниеприемника, токоотвода и заземлителя. Молниеотвод бывает стержневой и тросовый.