Защита от поражения электрическим током

Электроустановки — это совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооруже­ниями и помещениями, в которых они установлены), пред­назначенных для производства, трансформации, передачи, распределения электрической энергии и преобразования ее в другой вид энергии.

Конструкция электроустановок должна удовлетворять требова­ниям ПУЭ в соответствии с ее назначением.

Для обеспечения безопасности неэлектротехнического и тех­нического персонала, обслуживающего электроустановки, исполь­зуются как отдельные защитные средства и способы, так и их со­четания, т.е. система защиты.

При выборе и расчете соответствующих средств и мер защиты применительно к своему объекту следует исходить из требований стандартов (ГОСТ 12.1.009-78: ССБТ. «Электробезопасность. Тер­мины и определения»; ГОСТ 12.1.019-79. ССБТ. «Электробезопас­ность. Общие требования и номенклатура видов защиты»; ГОСТ 12.1.013—78. ССБТ. «Строительство. Электробезопасность» и др.), а также соответствующих глав Правил устройств электроустано­вок (ПУЭ), Правил эксплуатации электроустановок (ПЭЭ), Пра­вил по технике безопасности (ПТБ).

Защитой от прикосновений ктоковедущим частям электроус­тановок является изоляция проводов, ограждения, блокировки и другие защитные средства.

Высокое сопротивление изоляции проводов относительно зем­ли и корпусов электроустановок создает безопасные условия для обслуживающего персонала.

Во время работы электроустановок состояние электрической изоляции ухудшается за счет нагревания, механических повреж­дений, влияния климатических условий и окружающей производ­ственной среды (химически активных веществ и кислот, темпе­ратуры, давления и большой влажности или чрезмерной сухости).

Нормируемые значения сопротивления изоляции в зависимо­сти от назначения электроустановок приведены в ПУЭ, а также в ПЭЭ и ПТБ. Контроль изоляции проводится периодически и по­стоянно с применением специальных устройств.

Ограждения, которые бывают сплошными и сетчатыми, долж­ны быть огнестойкими.

В установках напряжением свыше 1000 В должны строго со­блюдаться допустимые расстояния от токоведущих частей до ог­раждений, которые нормируются ПУЭ.

Блокировка применяется в электроустановках, в которых про­изводятся работы на ограждаемых токоведущих частях. Она авто­матически обеспечивает снятие напряжения с токоведущих час­тей электроустановок при проникновении к ним без санкциони­рованного доступа.

Защитой от напряжения, появившегося на корпусах электро­установок в результате нарушения изоляции, являются защитное заземление, зануление и защитное отключение.

Для практических работников по ОТ, безусловно, представля­ет интерес методика расчета заземляющих устройств, как одного из множества средств электробезопасности для промышленных предприятий, разработанная Санкт-Петербургским Балтийским государственным техническим университетом, содержание кото­рой приводится ниже.

Защитное заземление применяется в сетях переменного тока с изолированной нейтралью с напряжением до 1000 В и заключает­ся в соединении нетоковедущих металлических частей электроус­тановок с землей. Заземление подключают к электроприемнику посредством заземляющего проводника, поэтому при конструи­ровании оборудования и приборов, питающихся от сетей перемен­ного тока, должны предусматриваться болты, клеммы или винты для заземления. Основным элементом защитного заземления яв­ляется заземляющее устройство. Работники различных специаль­ностей должны знать расчет заземляющих устройств, например, установка различного типа ЭВМ требует индивидуального зазем­ляющего устройства и т.д.

Методика расчета заземляющих устройств. Для расчета зазем­ляющего устройства необходимы следующие данные:

• сопротивление заземляющего устройства (R_;i), требуемого по правилам устройства электроустановок (ПУЭ);

• удельное сопротивление грунта (г);

• длина, диаметр и глубина расположения в грунте искусствен­ных заземлителей;

• повышающий коэффициент (к_п).

В соответствии с ПУЭ R₃ должно быть не более 4 Ом. Для мощ­ности источников электроэнергии до 100 кВА R₃ < 10 Ом, а при токах замыкания на землю более 500 A R₃ < 0,5 Ом.

Удельное сопротивление грунта (г) зависит от характера грун­та и его влажности. Данные об удельном сопротивлении для не­которых видов грунта и их влажности приведены в табл. 16.

На практике опытным путем замеряют заземление одиночного заземлителя, а по нему рассчитывают удельное сопротивление грунта.

Таблица 16 Удельное сопротивление грунта для заземляющего устройства

Вид грунта	Удельное сопротивление грунта (г), см.Ю-4	Удельное сопротивление грунта при влажности 10- 20% к массе грунта (г), см.Ю-4
Песок	4-7
Каменистый грунт	1,5-4
Суглинок	0,4-1,5	1,0
Садовая земля	0,2-0,6	0,4
Глина	0,08-0,7	0,4
Чернозем	0,09-5,3	2,0
Торф	0,0-0,3	0,2

Для постоянных заземляющих устройств в качестве искусствен­ных заземлителей используют стальные (газопроводные) трубы диаметром 40—60 мм или стержни из уголковой стали, забиваемые вертикально в грунт.

Наиболее часто при устройстве искусственного заземления применяют вертикальные заземлители, которые забивают на рас­стоянии (h) = 0,5—0,8 м от поверхности земли (рис. 4). При та­ком расположении заземлителей удается в течение всего года иметь более устойчивое значение сопротивления заземляющего устройства, чем, например, при расположении заземлителей в го­ризонтальном направлении.

Диаметр трубы и глубину ее забивки выбирают в зависимос­ти от характера грунта, руководствуясь экономическими сообра­жениями.

Опытным путем установлено, что влияние диаметра заземлителя на сопротивление растеканию тока меньше, чем влияние, оказываемое глубиной забивки.

Повышающий коэффициент (к„) учитывает глубину забивки одиночных заземлителей и влажность грунта, в среднем он может быть принят как к_п = 1,5.

По удельному сопротивлению грунта (г) и повышающему ко­эффициенту (к_п) находят расчетное удельное сопротивление грун­та rрасч ⁼ kпr Ом*см..

Сопротивление растеканию одиночного заземлителя можно вычислить по формуле:

где г_расч — расчетное удельное сопротивление грунта, Ом *см; 1, d — длина и диаметр трубы одиночного заземлителя, см; t = 1/2 + h, см (см. рис. 4); h — глубина заложения трубы.

Приближенное число заземлителей n = R1/R_доп, где R_доп — нормируемое значение заземляющего устройства.

При определении фактического сопротивления растеканию тока для соединительной полосы между одиночными заземли ге­лями необходимо учитывать коэффициент использования поло­сы г|_11с, так как между соединительной полосой и трубами проис­ходит взаимное экранирование.

Одиночные заземлители в групповом заземлителе могут быть расположены в ряд (рис. 5а) или по контуру (рис. 56).

Коэффициенты использования (nтр) вертикальных стержневых заземлителей, расположенных в ряд или по контуру, можно оп­ределить из табл. 17.

В табл. 18 приведены значения коэффициентов использования nп полос связи горизонтального полосового заземлителя, соеди­няющего вертикальные стержневые заземлители.

б)

Ггрсвгр

Рис.5. Групповое расположение заземлителей

Таблица 17 Коэффициенты использования стержневых заземлителей

Число заземлите­лей, шт.	Отношение расстояний между	заземлителями к их длине (а/l)
	Размещение	заземлителей
	в ряд	по контуру
	0,85	0,91	0,94
	0,73	0,83	0,89	0,69	0,78	0,85
	0,65	0,77	0,85	0,61	0,73	0,80
	0,59	0,74	0,81	0,55	0,68	0,76
	0,48	0,67	0,76	0,42	0,63	0,71
				0,41	0,58	0,66
				0,35	0,55	0,64
				0,30	0,52	0,62

Таблица 1 Коэффициенты использования полосовых заземлителей

Отношение расстояний между зазем­лителями к их длине	Число стержневых заземлителей n, шт.
Заземлители размещены в ряд
	0,85 0,94 0,96	0,77 0,89 0,92	0,72 0,84 0,88	0,62 0,75 0,82	0,42 0,56 0,68	— - -	— - -	- - -
	Заземлители размещены по контору
	- - -	0,45 0,55 0,70	0,40 0,48 0,64	0,34 0,40 0,56	0,27 0,32 0,45	0,22 0,29 0,39	0,20 0,27 0,36	0,19 0,23 0,33

Для нахождения коэффициентов использования труб предва­рительно определяют расположение труб в групповом заземлителе (в ряд или по контуру), а затем учитывают расстояние между трубами. При небольшом количестве труб (менее пяти) они рас­полагаются в ряд, при большом — по контуру. Расстояние между трубами выбирают из соотношения 1 < а < 3.

По приближенному числу заземлителей (п) по табл. 17 опре­деляют коэффициент использования труб. После этого находят число труб п = п /n_тр с учетом найденного коэффициента исполь­зования п = n/nтр. Затем уточняют коэффициент использования труб с учетом найденного количества труб (n) и определяют со­противление растеканию тока труб группового заземлителя: R_тр = R1/nn_rp, где а — расстояние между заземлителями.

Сопротивление растеканию тока одиночной полосы связи (рис. 6) Rо.п., (в омах) определяют по формуле

Rоп = 0.366r_расч lg 21_п

lп bh

где lп — длина полосы связи, см; 1_п = 1,05 • а • n;

h — расстояние от поверхности земли до полосы связи, см

b — ширина полосы связи, см.

из

Сечение полосы связи должно быть не менее 100—120 мм² этих соображений выбирают ее толщину и ширину.

С помощью табл. 18 определяют коэффициент использования полосы связи n_п и вычисляют сопротивление растеканию тока по­лосы связи Rп с учетом найденного коэффициента использования Rп= Ro.п /nп , Ом.

Рис. 6. Полоса связи зазсмлитслсй

Общее сопротивление растеканию тока заземляющего устрой­ства R3 = l/(l/Rтр + l/Rп) должно быть не более установленной нормы, в противном случае увеличивается число заземлителеи и расчет повторяется.

Пример расчета

Исходные данные: заземлители размещены по контуру в три ряда; сопротивление заземляющего устройства R3=J4 Ом; разме­ры одиночного заземлителя (трубы) l= 2,5м; d_Hap = 50см; рассто­яние между трубами а = 2,5м; глубина заложения труб h = 0,8м; размер соединительной полосы связи 25x4 мм; грунт — чернозем; повышающий коэффициенте kп = 1,5.

Расчет 1 . Определяют расчетное сопротивление грунта: для чернозема r_расч = 2х 10⁴ Ом •см,

rрасч ⁼ 2х 10⁴ = v х k_n = 1,5х2х 10⁴ Ом•см.

2. Определяют сопротивление растеканию тока одиночного трубчатого вертикального заземлителя:

0,366 rрасч

R1= l (lg 2l/d+1/2lg(4t+1)/(4t-1))=(0,366*3*10(4))/250x(lg(2*250)/5+1/2lg (4*205+250)/(4*205-250)=93,846 Ом

3. Ориентировочное число заземлителеи (труб) без учета коэф­фициента использования

n=R1/R3= 93,846/4=23,46=24

4. По табл. 17 определяют коэффициент использования для трубы nтр = 0,42.

5. Число труб в грунтовом заземлителе с учетом коэффициен­та использования

n=n/nтр=24/0,42=57,12=58

6. Уточняют коэффициент использования n_Тр(см. табл. 17) для 58 труб: n_Тр == 0,35.

7. Сопротивление растеканию всех труб

Rтр = R1/nnтр = 93,846/(58*0,35) = 4,62 Ом

8. Длина полосы связи, объединяющей трубы в один группо­вой заземлитель, lп = 1,05 an = 1,05•250•58 = 15225 см, где а = l = 250 см (по условию).

9. Определяют сопротивление растеканию тока одиночной по­лосы связи:

Rо.п.=(0,366rрас/ln)lg(2lп/bh) , Ом

где b = 2,5 см,, h = 80 см — расстояние от поверхности земли до полосы связи;

0,366x3 х10⁴ 2х15225²

Rо.п. = —---------- lg------- = 4,588 Ом

15225 2,5x80

10.По табл. 18 находят коэффициент использования полосы связи (заземлители расположены по контуру, а/1= 1 и n = 60): n_п = 0,2.

11.Сопротивление растеканию тока полосы связи, объединя­ющей все трубы, с учетом коэффициента использования полосы связи

Rп = Rо.п./nп = 4,588/0,22 = 22,94 Ом

12. Общее сопротивление заземляющего устройства

Rз= 1/ (1/R_тр+1/R_п) = 1/ (1/4,62+1/22,94) = 3,84 Ом,

что удовлетворяет поставленному условию: 3,84<4 Ом.

Зануление, т.е. преднамеренное соединение корпусов электро­установок с нулевым проводом от заземленной нейтрали источ­ника тока, устанавливается в сетях с заземленной нейтралью на­пряжения до 1000 В, так как одно защитное заземление не обес­печивает достаточно надежной и полноценной защиты.

Принцип действия зануления — превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание, при котором срабаты­вает защита (плавкие предохранители, автоматы) и электроуста­новка отключается. Схема зануления включает в себя и заземля­ющие устройства нейтралей источников тока. Занулению практи­чески подлежат все станки, электрические двигатели, цеховые металлические светильники и др.

Малые напряжения (не более 42 В) рекомендуется применять в условиях повышенной и особой опасности для питания перенос­ных светильников, инструментов и др. При этом заземления или зануления электроустановок не требуется,,в том числе и до 110 В постоянного тока. Для подключения этих устройств предусматри­ваются розетки.

Для получения малых напряжений применяются разделитель­ные и понижающие трансформаторы с высокой электрической изоляцией.

Защитное отключение — это быстродействующая защита, обес­печивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения человека током (при замыкании на корпус, снижении сопротивления изоляции сети, а также в случае прикосновения человека непосредственно кто-коведущей части). Защитное отключение рекомендуется приме­нять в качестве основной или дополнительной меры защиты, если безопасность не может быть обеспечена с помощью заземления или зануления, либо если эти устройства вызывают трудности с точки зрения применения или экономических соображений.

Электрозащитные средства предназначены для защиты людей, работающих с электроустановками, от поражения электрическим током и воздействия электрической дуги и электромагнитного поля.

К ним относятся: изолирующие штанги (оперативная, для на­ложения заземления, измерительные), изолирующие (для опера­ций с предохранителями) и электроизмерительные клещи, указа­тели напряжения; диэлектрические перчатки, боты, галоши, ков­рики, изолирующие накладки и подставки, переносные заземления, плакаты и знаки безопасности.

В электроустановках при необходимости следует также приме­нять средства индивидуальной защиты (очки, каски, противога­зы, страховочные канаты и др.).

Электрозащитные средства делятся на основные и дополни­тельные.

Основными называются такие средства, изоляция которых на­дежно выдерживает рабочее напряжение электроустановки. При использовании этих средств допускается прикосновение к токоведущим частям, находящимся под напряжением.

Дополнительными называются такие изолирующие средства, которые сами по себе не могут обеспечить безопасности от пора­жения током, а лишь дополняют основные защитные средства;

К дополнительным средствам защиты относятся в электроус­тановках:

• напряжением выше 1000 В — диэлектрические перчатки, ру­кавицы, галоши, боты, коврики и изолирующие подставки;

• до 1000 В —диэлектрические галоши, коврики и подставки.

Ограждающие средства служат для временного ограждения токоведущих частей (переносные ограждения, щиты, ограждения-клетки, ширмы, накладки, изолирующие колпаки).

Исправность средств защиты должна проверяться перед каж­дым их применением, а также периодически каждые 6—12 меся­цев. Изолирующие электрозащитные средства периодически под­вергаются электрическим испытаниям.

Для предупреждения ошибочных действий используют предуп­редительные плакаты; для временного заземления отключенных токоведущих частей с целью предупреждения опасности на слу­чай ошибочного включения применяют временные заземления.