Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Тема 3.5. Методы и средства обеспечения электробезопасности
Поражение человека электрическим током возможно только при замыкании электрической цепи через тело человека. Это может произойти при:
двухфазном включении в цепь (рис. 2.29);
при однофазном включении в цепь — провода, клеммы, шины и т. д. (рис. 2.30, 2.31);
при контакте человека с нетоковедущими частями оборудова ния (корпус станка, прибора), конструктивными элементами здания, оказавшимися под напряжением в результате наруше ния изоляции проводки и токоведущих частей.
Снизить ток, протекающий через тело человека в этом случае, можно либо за счет увеличения электрического сопротивления цепи (например, за счет применения СИЗ), либо за счет уменьшения потенциала корпуса фк и потенциала земли ф„ т. к. напряжение при косновения при однофазном включении в цепь равно
Для защиты от поражения электрическим током применяются следующие технические меры защиты:
применение малых напряжений;
электрическое разделение сетей;
электрическая изоляция;
защита от опасности при переходе с высшей стороны на низ шую;
контроль и профилактика повреждения изоляции;
защита от случайного прикосновения к токоведущим частям;
защитное заземление, зануление, защитное отключение;
• применение индивидуальных защитных средств.
Применение защитных мероприятий и средств регламентирует ся «Межотраслевыми правилами по охране труда (технике безопас ности) при эксплуатации электроустановок» и зависит от катего рии помещения по степени электрической опасности (см. 2.2.4 раздела 2).
Применение малых напряжений. Малое напряжение — это на пряжение не более 42 В, применяемое в целях уменьшения опасно сти поражения электрическим током. Наибольшая степень безопас ности достигается при напряжениях до 10 В. При таком напряже нии ток, как правило не превышает 1 ...1,5 мА. Однако в помещениях повышенной опасности и особо опасных ток может значительно превысить эту величину, что представляет опасность поражения че ловека.
На практике применение очень малых напряжений ограничено шахтерскими лампами (2,5 В) и некоторыми бытовыми приборами (карманными фонарями, игрушками и т. п.). На производстве для повышения безопасности применяют напряжения 12 В и 36 В. В помещениях с повышенной опасностью для переносных электри ческих устройств рекомендуется применять напряжение 36 В. В особо опасных помещениях ручной электроинструмент питается напряжением 36 В, а ручные электролампы — 12 В. Однако в таких помещениях эти напряжения не обеспечивают полной безопасно сти, а лишь существенно снижают опасность поражения электриче ским током.
Источником малого напряжения может быть батарея гальвани ческих элементов, аккумулятор, трансформатор. Наиболее часто применяют понижающие трансформаторы, они просты и надежны в работе. Однако при их работе не исключается возможность перехода высокого напряжения первичной обмотки на вторичную обмотку малого напряжения. В этом случае опасность поражения становится равноценной опасности прикосновения к токоведущим частям вы сокого напряжения. Для уменьшения опасности вторичная обмотка трансформатора заземляется или зануляется (см. далее). Примене ние в качестве источника малого напряжения автотрансформатора запрещено, т. к. при этом сеть малого напряжения постоянно элект рически связана с сетью высокого напряжения.
Применение малых напряжений 12, 36 и 42 В ограничивается ручным электрифицированным инструментом, ручными перенос ными лампами и лампами местного освещения в помещениях с по вышенной опасностью и особо опасных.
Электрическое разделение сетей. Разветвленная электрическая сеть большой протяженности имеет значительную емкость и небо льшое сопротивление изоляции фаз относительно земли. В этом случае даже прикосновение к одной фазе является очень опасным. Если единую, сильно разветвленную сеть разделить на ряд неболь ших сетей такого же напряжения, которые будут обладать неболь шой емкостью и высоким сопротивлением изоляции, то опасность поражения резко снижается.
Обычно электрическое разделение сетей осуществляется путем подключения отдельных электроустановок через разделительные трансформаторы. Защитное разделение сетей применяется в элект роустановках напряжением до 1000 В, эксплуатация которых связа на с повышенной степенью опасности, например в передвижных установках, ручном электрофицированном инструменте и т. п.
Электрическая изоляция — это слой диэлектрика, которым по крывают поверхность токоведуших элементов, или конструкция из непроводящего материала, с помощью которой токоведущие эле менты отделяют от других частей электроустановки.
В электроустановках применяют следующие виды изоляции:
рабочая изоляция — электрическая изоляция токоведуших час тей электроустановки, обеспечивающая ее нормальную рабо ту и защиту от поражения электрическим током;
дополнительная изоляция — электрическая изоляция, пред усмотренная дополнительно к рабочей изоляции для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения ра бочей изоляции;
двойная изоляция — это изоляция, состоящая из рабочей и до полнительной изоляции;
• усиленная изоляция — улучшенная рабочая изоляция, которая обеспечивает такую же степень защиты от поражения элект рическим током, как и двойная изоляция.
Контроль и профилактика поврежденной изоляции — важнейший элемент обеспечения электробезопасности. При вводе в эксплуата цию новых или прошедших ремонт электроустановок проводятся приемо-сдаточные испытания с контролем сопротивления изоля ции. На работающем оборудовании проводится эксплуатационный контроль изоляции в сроки, установленные нормативами. Контроль сопротивления изоляции осуществляет электротехнический персо нал с помощью мегоомметров.
Защита от прикосновения к токоведущим частям установок. При косновение к токоведущим частям всегда может быть опасным даже в сетях до 1000 Вис хорошей изоляцией фаз. При напряжениях свыше 1000 В опасно даже приближение к токоведущим частям. В электроус тановках напряжением до 1000 В применение изолированных прово дов уже обеспечивает достаточную защиту от напряжения при прикос новении. Изолированные провода, находящиеся под напряжением свыше 1000 В, опасны. Для исключения опасности прикосновения к токоведущим частям необходимо обеспечить их недоступность. Это достигается посредством ограждения и расположения токоведущих ча стей на недоступной высоте или в недоступном месте.
Ограждения применяют сплошные и сетчатые с размером ячей ки сетки 25x25 мм. Сплошные ограждения в виде кожухов и кры шек применяют в электроустановках до 1000 В.
Съемные крышки, закрепленные болтами, не обеспечивают на дежной защиты, т. к. их часто снимают, теряют. Более надежно применение откидывающихся крышек, закрепленных на шарнирах и запирающихся на замок. Сетчатые ограждения применяют в уста новках напряжением до и выше 1000 В. Входные двери ограждений, защитные кожухи могут снабжаться блокировками различного вида, которые рассмотрены в гл. 3.
Защитным заземлением называется преднамеренное электриче ское соединение с землей металлических нетоковедущих частей электроустановок, которые могут оказаться под напряжением. На рис. 3.45 показаны принципиальные схемы защитного заземления для сетей с изолированной и заземленной нейтралями.
Принцип действия защитного заземления — уменьшение на пряжения прикосновения при замыкании на корпус за счет умень шения потенциала корпуса электроустановки и подъема потенциала основания, на котором стоит человек, до потенциала, близкого по значению к потенциалу заземленной установки.
Рис. 3.45. Принципиальные схемы защитного заземления; а — в сети с изолиро ванной нейтралью ло 1000 В и выше; б — в сети с заземленной нейтралью выше 1000 В; 1 — заземленное оборудование; 2 — заземлитель защитного заземления; 3 — заземлитель рабочего заземления; 4 — сопротивления соответственно защитного, рабочего заземлений, изоляции фаз; 5 — ток за\шкания на землю
Заземление может быть эффективным только в том случае, если ток замыкания на землю не увеличивается с уменьшением сопротивления заземления, В сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В заземление неэффективно, т. к. ток замыкания на землю зависит от сопротивления заземления и при его уменьшении ток возрастает.
Поэтому защитное заземление применяется в сетях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и в сетях напряжением выше 1000 В как с изолированной, так и с заземленной нейтралью.
Поясним на упрощенных примерах эти основные положения применения заземления. В сети с изолированной нейтралью ток за мыкания на землю (/3) в соответствии с законом Ома будет равен /3 = и/(гъ + гф) (см. схему рис. 3.45, а). При хорошей изоляции гф рав но десяткам килоом, поэтому ток 13 будет небольшим. Так, при фаз ном напряжений 220 Б г3 = 4 Ом, /-ф = 40 000 Ом, /, = 220/(4 + + 40 000) = 0,0055 А. Падение потенциалов распределится следую щим образом: на заземлении — между корпусом и основанием U3 = /3 г3 = 0,0055 * 4 = 0,022 В, между основанием и фазами (падение потенциалов на изоляции фаз) — Щ = 1, гф = 0,0055 * 40 000 = 220 В. Таким образом, напряжение прикосновения, равное U3, очень не значительное и безопасное для человека, т. е. обеспечивается на дежная зашита человека от поражения электрическим током. Это положение будет выполняться только при хорошей изоляции фаз, при нарушении изоляции фаз или значительном уменьшении гф за щитные свойства заземления резко снижаются.
Заземляющее устройство — это совокупность заземлителя — ме таллических проводников, находящихся в непосредственном сопри косновении с землей, и заземляющих проводников, соединяющих заземленные части электроустановки с заземлителем. Заземляющие устройства бывают двух типов: выносные, или сосредоточенные, и контурные или распределенные.
Выносное заземляющее устройство (рис. 3.46) характеризуется тем, что заземлитель вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование, или сосредоточен на некото рой части этой площадки. При работе выносного заземления по тенциал основания, на котором находится человек, равен или бли зок к нулю (в зависимости от удаленности человека от заземлите ля). Защита человека осуществляется лишь за счет малого электрического сопротивления заземления, т. к. в соответствии с законом Ома больший ток будет протекать по той ветви разветв ленной цепи, которая имеет меньшее электрическое сопротивле ние. Такой тип заземляющего устройства обеспечивает в ряде слу чаев недостаточно высокую степень защиты человека, а лишь уме ньшает опасность или тяжесть поражения электрическим током. Поэтому его применяют лишь при малых значениях тока замыка ния на землю и, в частности, в установках напряжением до 1000 В. Достоинством такого типа заземляющего устройства является воз можность выбора места размещения заземлителя с наименьшим со противлением грунта (сырое, глинистое, в низинах и т. п.).
Контурное заземляющее устройство характеризуется тем, что его одиночные заземлители размещают по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, или распределяют на есей площадке (зоне обслуживания оборудования) равномерно. Безопас ность при контурном заземлении обеспечивается выравниванием по тенциала основания и его повыше нием до значений, близких к потен циалу корпуса оборудования. В результате обеспечивается высокая степень зашиты от прикосновения к корпусу оборудования, оказавшегося под напряжением, и от ша гового напряжения. Поэтому контурное заземление применяют при высокой степени электроопасности и при напряжениях свыше 1000 В. На рис. 3.47, 3.48 представлены схемы контурного заземле ния и заземления с выравниванием потенциала внутри контура (кривые показывают распределение электрического потенциала внутри и за пределами контура). Как видно из показанных кривых, за пределами контура потенциал основания быст ро снижается с увеличением рассто яния, что может явиться причиной появления больших значений шаго вого напряжения в этих зонах. Что бы уменьшить шаговые напряжения за пределами контура вдоль прохо дов и проездов, в грунт закладывают специальные шины, как показано на рис. 3.49. Внутри помещений вырав нивание потенциала происходит естественным путем через металлические конструкции, трубопрово ды, кабели и другие проводящие предметы, связанные с разветвлен ной сетью заземления.
Выполнение заземляющих устройств. Разли чают заземлители искусственные, предназна ченные исключительно для целей заземления, и естественные — находящиеся в земле предме ты, используемые для других целей.
Для искусственных заземлителей применя ют вертикальные либо горизонтальные элект роды. В качестве вертикальных электродов применяют обычно стальные трубы диаметром 3...5 см, уголки размером от 40x40 до 60x60 мм длиной 2,5...3,5 м, прутки диаметром 10...12 мм и длиной до 10 м. Для связи вертикальных электродов и в качестве самостоятельного го ризонтального электрода используют стальные полосы сечением не менее 4x12 мм или сталь ные прутки диаметром не менее 6 мм. Для
установки вертикальных заземлителей предварительно роют Траншею глубиной 0,7...0,а м, после чего забивают электроды (рис. 3.50).
В качестве естественных заземлителей можно использовать про ложенные в земле водопроволные и другие трубы, за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих и взрывоопасных га зов, а также трубопроводов, покрытых изоляцией; металлические конструкции и арматуру железобетонных конструкций зданий; свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле, и т. п.
Согласно Правилам по охране труда при эксплуатации электро установок, электрическое сопротивление защитного заземления в любое время года не должно превышать:
4 Ом в установках напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью (при мощности источника тока — генератора или трансформатора менее 100 кВт допускается не более 10 Ом);
0,5 Ом в установках напряжением свыше 1000 В с изолиро ванной нейтралью;
в установках с заземленной нейтралью сопротивление зазем ления определяют расчетом исходя из требований по допус тимому напряжению прикосновения.
Защитному заземлению подлежат металлические нетоковедущие части оборудования, которые из-за неисправности изоляции могут оказаться под напряжением и к которым возможно прикосновение людей и животных. В помещениях с повышенной опасностью и особо опасных, а также наружных установках заземление является обязательным при напряжении электроустановки свыше 42 В пере менного и свыше ПО В постоянного тока.
В помещениях без повышенной опасности заземление электро установок необходимо при напряжениях свыше 380 В переменного и 440 В постоянного тока. Во взрывоопасных помещениях заземление выполняют в любом случае независимо от напряжения установок.
Занулетем называется преднамеренное электрическое соедине ние с нулевым защитным проводником металлических нетоковеду-щих частей установок, которые могут оказаться под напряжением. Зануление применяют в четырехпроводных сетях с напряжением до 1000 Вис глухозаземленной нейтралью.
Нулевым защитным проводником называется проводник, соеди няющий зануляемые части установки с заземленной нейтралью ис точника тока (генератора, трансформатора) или с нулевым рабочим проводником, который в свою очередь соединен с нейтралью источ ника тока.
Принципиальная схема зануления показана на рис. 3.51. Прин цип действия зануления заключается в том, что при замыкании фазы на корпус 1 между фазой и нулевым рабочим проводом создается бо льшой ток (ток короткого замыкания), обеспечивающий срабатывание защиты и автоматическое отключение поврежденной фазы от установки. Такой за щитой могут являться плавкие предохранители или автома тические выключатели 2, устанавливаемые перед элект роустановкой для защиты от токов короткого замыкания. Кроме того, поскольку корпус / установки заземлен через нулевой защитный проводник 3 и заземление нейтрали, до срабатывания защиты прояв ляется защитное свойство за земления. При занулении предусматривается повторное заземление 4 нулевого рабоче го провода на случай обрыва последнего на участке между точкой зануления установки и нейтралью сети. В этом случае
ток короткого замыкания стекает по повторному заземлению в зем лю и через заземление нейтрали на нулевую точку источника пита ния, т. е. обеспечивается работа зануления. Хотя в этом случае время срабатывания защиты может возрасти за счет увеличения электриче ского сопротивления цепи замыкания и уменьшения при этом вели чины тока короткого замыкания.
Устройства защитного отключения (УЗО) — это быстродейст вующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение элек троустановки при возникновении опасности поражения человека электрическим током. Опасность может возникнуть при замыкании фазы на корпус, при снижении электрического сопротивления фаз относительно земли ниже определенного предела и по ряду других причин. В этих случаях происходит изменение определенных пара метров электрической сети. При выходе контролируемого парамет ра за допустимые пределы подается сигнал на защитно -отключаю щее устройство, которое обесточивает установку или электросеть. УЗО должны обеспечивать отключение неисправной электроуста новки за время не более 0,2 с. Типы применяемых УЗО разнооб разны в зависимости от того, какой параметр электрической сети они контролируют.
Основными элементами всех типов УЗО являются: прибор за щитного отключения — совокупность элементов, реагирующих на изменение контролируемого параметра сети (как правило, основ ным элементом является реле соответствующего типа, например реле напряжения или тока), и автоматический выключатель — устройство, служащее для соединения и разрыва цепей, он автома тически разрывает цепь питания электроустановки при поступлении сигнала от прибора защитного отключения.
На рис. 3.52 и 3.53 показаны принципиальные схемы наиболее распространенных типов УЗО, первое из которых контролирует по тенциал корпуса электроустановки, а второе — электрическое со противление изоляции фаз.
Основным элементом прибора защитного отключения УЗО, контролирующего потенциал корпуса 1, является реле напряжения 3, один контакт которого соединен с корпусом /, а второй заземлен.
При замыкании фазы на корпус на реле 3 подается напряжение, равное потенциалу корпуса относительно земли, т. к. заземленный контакт реле находится под нулевым потен циалом земли. При превышении на пряжения на реле более того, на ко торое оно настроено, реле срабаты вает, замыкая контакты обмотки катушки автоматического выключа теля 2, разрывающего электриче скую цепь и обесточивающего уста новку. Необходимо, чтобы заземлитель контакта реле находился под нулевым потенциалом. Для этого он должен быть удален от заземлителя корпуса электроустановки на рас стояние не меньше 15...20 м.
УЗО, контролирующее сопро тивление изоляции фаз, имеет ис точник ] постоянного оперативного тока и реле тока 2. Оперативный по стоянный и очень небольшой (безо пасный) ток протекает через землю, изоляцию фаз 3, трехфазный дрос сель 4, предназначенный для полу чения нулевой точки сети, однофазный дроссель 5 и реле тока 2 Дроссель 5 предназначен для ограни чения утечки переменного тока в землю, так как обладает большим сопротивлением для переменного тока и малым для постоянного.
При замыкании какой-либо из фаз на землю или уменьшении сопротивления изоляции фаз 3 меньше допустимого предела (напри мер, за счет старения изоляции или воздействия на нее агрессивных паров и газов) сопротивление цепи протекания постоянного тока снижается, и по закону Ома возрастет величина оперативного тока. При превышении величины тока, на которую настроено реле 2, оно срабатывает, замыкая контакты обмотки катушки автоматического выключателя 6, разрывающего цепь питания электроустановки.
Средства индивидуальной защиты — электрозащитные средства (ЭЗС) {рис. 3.54). К СИЗ от поражения электрическим током отно сятся изолирующие средства, которые делятся на основные и до полнительные.
Основные ЭЗС — это средства защиты, изоляция которых дли тельно выдерживает рабочее напряжение электроустановок, что по зволяет с помощью их прикасаться к токоведущим частям, находя щимся под напряжением. Для работы на электроустановках до 1000 В к ним относятся: изолирующие штанги, изолирующие и электроизмерительные клещи, диэлектрические перчатки, слесар-но-монтажный инструмент с изолированными рукоятками, указате ли напряжения. При напряжении электроустановки свыше 1000 В основные средства включают изолирующие штанги, изолирующие и электроизмерительные клеши, указатели напряжения.
Рис. 3.54, Электрозащитные средства для работы на электроустановках: основ ные: / — клещи для вставки предохранителей; 2 — гаечный ключ; 3 — отвертка; 4, 6, 10 — указатель напряжения; 5 — пассатижи; 7 — резиновый коврик и до рожка; S— изолирующая подставка; 9 — токоизмерителыше клеши; дополните льные: I — перчатки резиновые диэлектрические; 2, 3 — галоши и боты диэлект рические; 4 — туфли антистатические; 5 — салоги диэлектрические
Дополнительные ЭЗС — это средства защиты, изоляция кото рых не может длительно выдерживать рабочее напряжение электро установок. Они применяются для защиты от напряжения прикосно вения и шага, а при работе под напряжением исключительно с основными ЭЗС. К ним относятся: при напряжении до 1000 В — диэлектрические галоши, коврики, изолирующие подставки; свыше1000 В — диэлектрические перчатки, боты, коврики, изолирующие подставки.
ЭЗС (СИЗ) должны иметь маркировку с указанием напряжения, на которое они рассчитаны, их изолирующие свойства подлежат пе риодической проверке в установленные нормативами сроки.
Вопросы для самоконтроля