Безопасность при эксплуатации электрооборудования на производстве.
ВВЕДЕНИЕ
Электробезопасность – система организационных и технических ме- роприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опас- ного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромаг- нитного поля и статического электричества.
Электрические установки, используемые на производстве, представ- ляют большую потенциальную опасность.
Электроустановка – совокупность машин, аппаратов, линий и вспо- могательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в ко- торых они установлены), предназначенных для производства, преобразо- вания, трансформации, передачи, распределения электрической энергии и преобразования её в другие виды энергии.
Кроме поражения людей электрическим током нарушение режима работы электроустановок может сопровождаться в отдельных случаях воз- никновением пожара или взрыва. Опасность поражения людей электриче- ским током специфична и усугубляется тем, что она не может быть обна- ружена органами чувств человека: зрением, слухом, обонянием.
Анализ статических данных показывает, что уровень электротравма- тизма на производстве среди всех травм не высок и составляет не более 1
%. Однако, по числу случаев со смертельным исходом электротравматизм занимает одно из первых мест, достигая в отдельных отраслях 40 %. При этом до 80 % случаев со смертельным исходом приходится на электро- установки напряжением 127... 380 В.
Практика показывает, что в большинстве случаев при применении электрической энергии опасность возникает из-за нарушения целостности изоляции токоведущих частей. На состояние изоляции существенное влия- ние оказывает температура и влажность окружающей среды производственных помещений, наличие химически активной среды и ряд других факторов.
Таким образом, при эксплуатации электрического оборудования, ап- паратуры и приборов большое значение приобретают вопросы защиты об- служивающего персонала и других лиц от опасности поражения электри- ческим током.
Учебное пособие «Основы электробезопасности» предназначено для подготовки к проверке знаний по электробезопасности.
Пособие составлено на основании правил:
1. «Правила устройства электроустановок» (ПУЭ, издание шестое и седьмое);
2. «Правила технической эксплуатации электроустановок потребите- лей» (ПТЭЭП, 2003 г.);
3. «Правила по охране труда при эксплуатации электроустановок (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок», (ПОТЭУ, 2014г.);
4. «Инструкция по применению и испытанию средств защиты, ис- пользуемых в электроустановках», (ИП и ИСЗ, 2003г.);
5. «Инструкция по оказанию первой помощи при несчастных случа- ях на производстве», 2007 г;
6. «Правила работы с персоналом в организациях электроэнергетики Российской Федерации», 2003 г.
Перечисленные правила и инструкции по охране труда являются обязательными для всех организаций, учреждений, предприятий РФ, пред- принимателей независимо от форм собственности. Техническая эксплуата- ция электроустановок может производиться по правилам, разработанным в отрасли. Отраслевые правила не должны противоречить основным дей- ствующим Правилам.
ВОЗДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА
Прикоснувшись к проводнику, находящемуся под напряжением, че- ловек «включает» себя в электрическую цепь, если он плохо изолирован от земли или одновременно касается объекта с другим значением потенциала. В этом случае через тело человека проходит электрический ток, который оказывает специфическое действие на организм: термическое, электроли- тическое, механическое и биологическое.
При термическом действии происходит перегрев и функциональное расстройство органов на пути прохождения тока.
Электролитическое действие тока выражается в электролизе жидко- сти в тканях организма, в том числе крови, и нарушении ее физико- химического состава.
Механическое действие приводит к разрыву тканей, расслоению, ударному действию испарения жидкости из тканей организма. Механиче- ское действие связано с сильным сокращением мышц, вплоть до их разры- ва.
Биологическое действие тока выражается в раздражении и перевоз- буждении нервной системы.
В «Правилах устройства электроустановок» пп.1.7.11 – 1.7.14 каса- ние человеком проводов и конструкций, находящихся под напряжением разделяют на прямое и косвенное прикосновение.
Прямое прикосновение - электрический контакт людей или живот- ных с токоведущими частями, находящимися под напряжением.
Косвенное прикосновение - это электрический контакт людей или животных с открытыми проводящими частями, оказавшимися под напря- жением при повреждении изоляции.
Человек, находящийся в зоне растекания тока и касающийся при этом корпуса оборудования, оказывается под напряжением прикосновения (ПУЭ п.1.7.24).
Напряжение прикосновения – это напряжение, возникающее между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землей при одновременном прикосновении к ним человека или животного.
Находясь в зоне растекания тока замыкания на землю, человек ока- зывается под напряжением шага (ПУЭ п.1.7.25).
Напряжение шага – это напряжение между двумя точками на по- верхности земли, на расстоянии 1 м одна от другой, которое принимается равным длине шага человека.
Несоблюдение персоналом, эксплуатирующим электроустановки, правил электробезопасности может привести к поражению электрическим током и различным электротравмам. Различают два вида электротравм: местные электротравмы и общие электротравмы (электрический удар).
Местная электротравма – это чётко выраженное местное поврежде- ние целостности тканей организма, в том числе костных тканей, вызванное действием электрического тока или электрической дугой. К местным элек- тротравмам относятся: электрические ожоги, электрические знаки, элек- трометаллизация кожи, механические повреждения, электроофтальмия.
Электрический удар – возбуждение живых тканей организма проте- кающим через него электрическим током, сопровождающееся непроиз- вольными судорожными сокращениями мышц.
В зависимости от исхода поражения электрические удары делятся на четыре степени:
- I – судорожное сокращение мышц без потери сознания;
- II – судорожное сокращение мышц с потерей сознания, но с сохране- нием дыхания и работой сердца;
- III - потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или ды- хания (или того и другого вместе);
- IV – клиническая смерть, то есть отсутствие дыхания и кровообра- щения – переходное состояние от жизни к смерти, наступающее с момента прекращения деятельности сердца и легких. У человека при этом отсут- ствуют все признаки жизни. Однако в первый момент во всех клетках про- должаются обменные процессы (клеточное дыхание) хотя и на очень низ- ком уровне, но воздействуя на сердце и легкие можно оживить организм. Длительность клинической смерти определяется временем с момента пре- кращения сердечной деятельности и дыхания до начала гибели клеток ко- ры головного мозга, в большинстве случаев 4-6 мин (редко 7-8 мин.).
Характер и последствия поражения обуславливаются рядом факто- ров, влияющих на исход поражения.
Главным и определяющим фактором воздействия электрического то- ка на тело человека является сила тока. Предельно допустимая неощути- мая величина переменного тока 0,3 мА. Эта величина считается условно безопасной.
Человек начинает ощущать воздействие проходящего через него тока при увеличении силы тока до 0,6 – 1,6 мА для переменного тока частотой 50 Гц и 5 – 7 мА для постоянного тока. Эти значения называются порого- выми ощутимыми токами. Для переменного тока характер ощущения про- является в виде пощипывания, легкого дрожания пальцев, для постоянного тока – в виде зуда, ощущения нагрева.
При увеличении силы тока до 10 мА для переменного тока и 50 мА постоянного тока возникает второе пороговое значение – неотпускающий или удерживающий ток. При этом происходит судорожное сокращение мышц и человек не в состоянии самостоятельно освободиться от действия тока (разжать пальцы и отпустить токопровод, за который он взялся).
При значениях переменного тока 100 мА, а постоянного 300 мА его воздействие передается непосредственно на мышцу сердца. При длитель- ности воздействия 0,5 сек может наступить остановка или фибрилляция сердца. Это третье пороговое значение токов – фибрилляционный ток.
Как следует из сравнения пороговых значений токов, одни и те же воздействия вызываются большими значениями постоянного тока, чем пе- ременного. Следовательно, переменный ток более опасен, чем постоянный ток. Однако, даже небольшой постоянный ток (ниже порога ощущения) при быстром разрыве цепи дает очень сильные удары, вплоть до судорог мышц рук. Так же установлено, что в электроустановках с уровнем напря- жения выше 500 В опаснее постоянный ток. Наибольшую опасность пред- ставляет переменный ток частотой от 20 до 1000 Гц. При частотах ниже 20 Гц и выше 1000 Гц опасность поражения уменьшается, так как величины предельно допустимых не отпускающих токов изменяются от значения 20 мА в большую сторону.
Большое значение имеет путь прохождения электрического тока че- рез тело человек, т.е. какими частями или участками тела человек касается токоведущей части. Основные «петли тока»: рука-рука, рука-нога, рука- голова, нога-нога, голова-нога. Наиболее опасны те пути, при которых электрический ток проходит через жизненно важные органы - головной или спинной мозг (голова-руки, голова-ноги), сердце и легкие (руки-ноги).
Степень опасности и исход поражения электрическим током зависят от схемы «включения» человека в электрическую цепь. Возможны два ва- рианта прикосновения человека к сети: между двумя фазами - двухфазное и между фазой и нулевой точкой – однофазное.
Наибольшую опасность представляет двухфазное прикосновение (рисунок 1).
Рисунок 1 - Схема двухфазного включения человека в электрическую сеть: а – сеть с изолированной нейтралью; б – сеть с глухозаземленной нейтралью.
При двухфазном прикосновении человек попадает под линейное (ра- бочее) напряжение сети и величина тока, проходящего через тело челове- ка, зависит только от напряжения сети и сопротивления тела человека:
𝐼ч
= 𝑈л
𝑅ч
где 𝑈л – линейное напряжение сети, В;
𝑅ч – условное сопротивление тела человека, 𝑅ч= 1000 Ом.
При однофазном включении в сеть с изолированной нейтралью (ри- сунок 2а), ток, проходящий через тело человека, возвращается к источнику через сопротивление изоляции фазных проводов, которое имеет большую величину. При этом величина тока, проходящего через человека, опреде- ляется по формуле:
 |
𝐼 = 𝑈ф
ч
𝑅ч
+ 𝑅об
+ 𝑅п
+ (𝑅из)
𝑅ч – сопротивление тела человека, Ом;
𝑅об – сопротивление обуви, Ом;
𝑅п – сопротивление пола, Ом;
𝑅из – сопротивление изоляции фаз, Ом.
Рисунок 2 - Схема однофазного включения в сеть с изолированной нейтралью: а – при хорошей изоляции; б – при аварийном режиме.
В аварийном режиме (рисунок 2б), когда одна из фаз замыкает на землю или корпус оборудования или сопротивление изоляции мало, чело- век может оказаться под полным линейным напряжением:
𝐼ч
= 𝑈л
𝑅ч + 𝑅об + 𝑅п
 |
При однофазном включении в сеть с заземленной нейтралью (рису- нок 3) человек попадает под фазное напряжение независимо от величины сопротивления изоляции фаз.
Рисунок 3 – Схема однофазного включения в сеть с заземленной нейтралью.
Величина тока, проходящего через человека, в этом случае опреде- ляется по формуле:
𝐼ч
= 𝑈ф
𝑅ч + 𝑅об + 𝑅п + 𝑅0
где 𝑅0 – сопротивление заземления нейтрали, Ом.
Электрическое сопротивление тела и приложенное напряжение так- же влияют на исход поражения, поскольку определяют величину тока че- рез организм. Сопротивление тела человека обусловлено не только физи- ческими свойствами, но психоэмоциональным состоянием.
 |
Сопротивление тела человека электрическому току складывается из трех составляющих: сопротивления кожи (в местах контактов), внутренних органов и емкости человеческого кожного покрова (рисунок 4).
Рисунок 4 – Эквивалентная подробная схема замещения сопротивления тела человека.
𝑅н, 𝑋н – моделируют сопротивление кожи;
𝑅вн – моделирует сопротивление внутренних тканей и органов тела чело- века.
Активное сопротивление наружного слоя можно рассчитать:
𝑅н
= 𝜌н𝑑
𝑆
где 𝜌н – удельное сопротивление наружного слоя кожи (104…105), Ом/м;
𝑑 – толщина кожи, м;
𝑆 – площадь электрода, м2.
Емкостное сопротивление 𝑋н обусловлено тем, что в месте сопри- косновения тела с токоведущей частью (электродом) образуется как бы конденсатор, обкладками которого являются электрод и хорошо проводя- щие внутренние ткани тела, а диэлектриком, разделяющий обкладки кон- денсатора – наружный слой кожи.
где 𝜔 – угловая частота,
𝑋н
= 1
𝜔𝐶н
𝜔 = 2𝜋𝑓
𝑓– частота, Гц
𝐶н – ёмкость плоского конденсатора, Ф
𝐶н
= 𝜀𝜀0𝑆
𝑑
𝜀 – диэлектрическая проницаемость;
𝜀0 – диэлектрическая постоянная, 𝜀0 = 8,85·10-12 Ф/м.
Таким образом, полное сопротивление тела человека:
 |
𝑍 = √4𝑅э(𝑅э + 𝑅вн + 𝑅2
ℎ 1 + 𝜔2С2𝑅2 вн
> э
Сопротивление тела у различных людей (мужчин, женщин, детей), измеренное в разное время и в различных условиях неодинаково. Расчет- ное сопротивление тела человека принято 1000 Ом.
Сопротивление тела человека зависит от многих факторов:
- места приложения электродов,
- площади касания - с увеличением площади касания сопротивление уменьшается.
- величины тока и времени его прохождения - сопротивление умень- шается при увеличении тока и времени его прохождения, что связано с
нарушением процессов терморегуляции в организме: за счет усиления местного нагрева кожи и внутренних органов сосуды расширяются, усили- вается снабжение этих участков кровью, что увеличивает потовыделение. Сопротивление влажной кожи уменьшается, ток еще более возрастает, усиливая нагрев и т.д.
- приложенного напряжения - повышение напряжения уменьшает сопротивление тела человека в десятки раз: во-первых, за счет нарушения процессов терморегуляции из-за увеличения тока; во-вторых, за счет раз- вития процессов пробоя кожи при величине приложенного напряжения выше 50 В. При этом величина сопротивления 𝑍ℎстремится к значению 𝑅вн
= (300 – 500) Ом.
На электробезопасность влияют многие факторы окружающей про- изводственной среды, состояние электропомещений.
Электропомещения – помещения или отгороженные (например, сет- ками) части помещения, в которых расположено электрооборудование, до- ступное только для квалифицированного обслуживающего персонала.
В ПУЭ (пп.1.1.5 – 1.1.12) приведена следующая классификация по- мещений:
1) Сухие помещения - помещения, в которых относительная влажность воздуха не превышает 60 %.
2) Влажные помещения - помещения, в которых относительная влажность воздуха более 60 %, но не превышает 75 %.
3) Сырые помещения - помещения, в которых относительная влажность воздуха превышает 75 %.
4) Особо сырые помещения - помещения, в которых относительная влаж- ность воздуха близка к 100 % (потолок, стены, пол и предметы, нахо- дящиеся в помещении, покрыты влагой).
5) Жаркие помещения - помещения, в которых под воздействием различ- ных тепловых излучений температура постоянно или периодически (более 1 суток) превышает +35 °С (например, помещения с сушилками, обжигательными печами, котельные).
6) Пыльные помещения - помещения, в которых по условиям производ- ства выделяется технологическая пыль, которая может оседать на токо- ведущих частях, проникать внутрь машин, аппаратов и т.п. Пыльные помещения разделяются на помещения с токопроводящей пылью и по- мещения с нетокопроводящей пылью.
7) Помещения с химически активной или органической средой - помеще- ния, в которых постоянно или в течение длительного времени содер- жатся агрессивные пары, газы, жидкости, образуются отложения или плесень, разрушающие изоляцию и токоведущие части электрообору- дования.
Согласно ПУЭ все производственные помещения по опасности по- ражения электрическим током подразделяются на три категории:
1) Помещения без повышенной опасности, в которых отсутствуют условия, создающие повышенную или особую опасность.
2) Помещения с повышенной опасностью, характеризуются наличи- ем одного из следующих условий, создающих повышенную опас- ность:
а) высокая температура; б) сырость;
в) токопроводящие полы (металлические, земляные, железобетон- ные, кирпичные и т.п.);
г) токопроводящая пыль;
д) возможность одновременного прикосновения человека к метал- локонструкциям зданий, имеющим соединение с землей, технологическим аппаратам, механизмам и т.п. с одной стороны и к металлическим корпу- сам электрооборудования (открытым проводящим частям), с другой.
3) Помещения особо опасные, характеризующиеся наличием одного из следующих условий, создающих особую опасность:
а) особая сырость;
б) химически активная или органическая среда;
в) одновременно два и более условий повышенной опасности.
4) Территории открытых электроустановок в отношении опасности поражения людей электрическим током приравнивается к особо опасным помещениям.
Вопросы для самостоятельной проработки:
1. Какие действия оказывает электрический ток, проходя через организм человека?
2. Виды поражения человека электрическим током, отличия электриче- ских травм от электрических ударов.
3. Что такое ощутимый, неотпускающий и фибрилляционный токи, их пороговые значения и их действия на человека.
4. Какое влияние оказывает постоянный и переменный ток различной ча- стоты на исход поражения.
5. Какие «петли тока» наиболее опасны для человека?
6. Почему двухфазное прикосновение представляет наибольшую опас- ность, чем однофазное?
7. От каких факторов зависит сопротивление тела человека?
8. Почему время прохождения тока влияет на опасность поражения?
9. Какие факторы окружающей среды влияют на электробезопасность? 10.Как классифицируются помещения в отношении опасности поражения
человека электрическим током?