Защитные меры от поражения электрическим током
Электробезопасность -это система организационных и технических мероприятий исредств, обеспечивающих защиту людей от вредного воздействия электрического тока.
К основным мерам, снижающим опасность поражения электрическим током,относятся:
технический контроль надежности изоляции токоведущих частей электрического оборудования и обеспечение их недоступности для случайного прикосновения;
использование малых напряжений тока (12, 24, 42 В переменного; 12, 24, 42 В постоянного) для питания переносных электроинструментов и светильников и применение непроводящих материалов для изготовления их корпусов;
защитное заземление, зануление и защитное автоматическоеотключение оборудования при возникновении опасности поражения током;
электрическое разделение цепи, ограждения, блокировка;
применение изолирующих средств индивидуальной защиты;
организация безопасной эксплуатации электротехнических устройств.
Пробой изоляции, замыкание тока на землю (корпус) представляют большую опасность для обслуживающего персонала. Изоляция с течением времени под воздействием неблагоприятных условий окружающей среды может прийти в негодность, потерять свои изолирующие свойства.
При снижении сопротивления изоляции и при однофазном замыкании на корпус применяемая на судах защита обычно не срабатывает и устройства продолжают работать. Дальнейшая эксплуатация электротехнических устройств в этом случае к еще большему разрушению изоляции. Для предотвращения опасности поражения людей электротоком, проводят испытания изоляции повышенным напряжением и осуществляют регулярный контроль сопротивления изоляции [ 23 ].
Правилами Регистра установлены допустимые нормы сопротивления изоляции электрических машин, распределительных устройств, приборов и кабелей (см. табл. 2 и 3).
Таблица 2
| Наименование цепи | Минимальное сопротивление изоляции, Мом, при напряжении В | ||
| До 125 | 125 – 500 | свыше 1000 | |
| Питание осветительных устройств | 0,3 | 1,0 | - |
| Питание силовых потребителей | 1,0 | 1,0 | 2000 Ом на каждый вольт номинального напряжения |
| Питание электрических устройств и приборов управления судном, внутренней связи, сигнализации, измерения и контроля неэлектрических величин (при отсутствии смежных требований) | 0,3 | 1,0 | - |
Талица 3
| Электрическое оборудование | Мощность, кВт (кВА) | Частота вращения | Минимальное сопротивление изоляции при температуре окружающей среды 20±5 о С и нормальной влажностью | |
| В холодном состоянии | В гоячем состоянии | |||
| Машины | До 100 | |||
| Машины | 100-1000 | |||
| Трансформаторы | - | - | ||
| Распределительные щиты | - | - | - | |
| Пускорегулирующая аппаратура | - | - | - |
Безопасность эксплуатации судового оборудования обеспечивается строгим выполнением требований Регистра относительно величины сопротивления изоляции.
Измерение сопротивления изоляции распределительных щитов, машин, аппаратуры и т.д. обычно производится после отключения их от цепи (при снятом напряжении), так как только в этом случае результаты полученных измерений можно сравнить с вышеуказанными нормами.
Проверка состояния изоляции производится с помощью штатных и переносных мегомметров (М-1101М, МС-06 и др.).
Однако, в связи с тем, что величина тока замыкания на Землю (корпус), определяется сопротивлением изоляции всей цепи относительно Земли, то показатели результатов измерений сопротивления изоляции отдельных участков цепи не могут характеризовать уровень безопасности персонала.
Поэтому, для получения полного представления об уровне сопротивления изоляции всей цепи (включая источники и потребители тока), измерение проводится под рабочим напряжением в течение всего времени работы электрооборудования при помощи специальных устройств (например, типа «Электрон» – 1), предназначенных для непрерывного автоматического контроля сопротивления изоляции электрических цепей.
Особого внимания и контроля требует изоляция электротехнического оборудования, расположенного в сырых помещениях с химически активной средой, снижающей качество изоляции. Измерение сопротивления изоляции судовых цепей щитовыми приборами должно проводиться не реже одного раза в сутки. Кроме того, не реже одного раза в месяц переносным мегомметром измеряют сопротивление изоляции всех фидеров, машин, приборов и переносного электрооборудования, и вносят результаты измерений в журнал. В случае обнаружения снижения величины сопротивления изоляции судовой цепи следует путем последовательного отключения отдельных ее участков найти повреждение и устранить неисправность. Включение в сеть электрооборудования с пониженным сопротивлением изоляции запрещается.
Недоступность токоведущих частей электрооборудования для случайного прикосновения обеспечивается надежной их изоляцией, продуманным, рациональным размещением кабельных и фидерных трасс, а также устройством автоматической блокировки ограждений и т.д.
Окружающая среда оказывает большое виляние на усиление или ослабление опасности поражения электротоком. С учетом этого Правилами техники безопасности на судах морского флота произведено разделение всех помещений по степени опасности поражения людей электротоком на три категории:
1.Помещения с повышенной опасностью, характеризующиеся наличием одного из следующих условий: сырости, когда относительная влажность длительное время превышает 75% (к группе сырых относят все жилые и общественные судовые помещения); высокой температуры (жаркими называют помещения, в которых температура воздуха длительное время превышает +35°С); токопроводящей пыли, когда по условиям технологического процесса выделяется пыль (угольная, металлическая и пр.), проводящая электроток; токопроводящих палуб (металлических, железобетонных и т.п.); возможности одновременного касания человеком металлических частей оборудования, имеющих непосредственный контакт с корпусом судна и металлических корпусов электрооборудования.
2.Особо опасные помещения, которые характеризуются наличием одного из трех условий, создающих особую опасность:
особой сырости, когда относительная влажность воздуха близка к 100% (борта, переборки, палубы, все находящиеся в помещении предметы покрыты влагой; к особо сырым судовым помещениям относят камбузы, прачечные и т.д.); химически активной среды,т.е. наличия в воздухе агрессивных паров или газов, разрушающие действующих на изоляцию и токоведущие части электрооборудования; одновременным наличием двух или более условий, свойственных помещениям с повышенной опасностью.
3.Помещения без повышенной опасности, в которых отсутствуют условия, свойственные помещениям рассмотренных выше двух категорий.
В целях снижения емкости относительно Земли разветвленной электрической цепи большой протяженности, а также для повышения защитной роли изоляции ее проводов, осуществляется защитное разделение цепи на небольшие, электрически не связанные между собой участки. Разделенные с помощью разделительных трансформаторов участки отличаются значительным сопротивлением изоляции и малой емкостью проводов относительно Земли. Благодаря защитному разделению цепей удается намного повысить их безопасность при обслуживании.
Защитное заземление
Согласно Правилам Регистра, в целях улучшения условий электробезопасности на морских судах предусматриваются обязательные защитные заземления стационарного, передвижного и переносного электрооборудования.
Защитным заземлением (рис.15) называют преднамеренное электрическое соединение металлическим проводником какого-либо электрического устройства с Землей или ее эквивалентом (металлическим корпусом судна).
Рис.15 Принципиальная схема защитного заземления
Заземлению подлежат все нетоковедущие металлические части судового электрооборудования, которые вследствие повреждения изоляции могут оказаться под напряжением. Прикосновение к металлическим частям оборудования, оказавшимся под напряжением и не имеющим непосредственного контакта с Землей, также опасно как и прикосновение к неизолированной токоведущей части цепи (фазе). Назначение заземления – снизить напряжение, обусловленное «замыканием на корпус», до безопасного уровня и предупредить поражение человека электротоком.
На судах заземляются корпуса электрических машин, их пускорегулирующая аппаратура, корпуса трансформаторов, металлорежущих станков, распределительных устройств, кожухи рубильников, коммутационная и защитная аппаратура, светильники, измерительная аппаратура и приборы управления судном, металлические оболочки кабелей, ручной электроинструмент, не снабженный двойной изоляцией, предназначенный для работы при напряжениях выше24В постоянного и 12В переменного тока. Заземляющим устройством называют совокупность металлического заземлителя, находящегося в непосредственном контакте с Землей илиее эквивалентом (корпусом судна), и заземляющих проводов, служащих для соединения заземлителей и металлических частей электрооборудования. Заземляющие соединения выполняются из меди или другого немагнитного эквивалентного ей металла.
Правилами Регистра определяются сечения заземляющих проводов в зависимости от мощности электрогенераторов. Минимальное сечение заземляющего провода от 2,5 мм2 (для мелких приборов) до 4 мм2. Сила тока, проходящего через тело человека, определяется сопротивлением защитного заземления: чем меньше сопротивление заземления, тем ниже эта величина, т.е. вероятность поражения электротоком снижается. Сопротивление защитного заземления нормируется. Так, для установок напряжением до 1000 В оно не должно превышать 4 Ом, в установках напряжением свыше 1000 В с малыми токами замыкания на Землю и без компенсации емкостных токов - не более 10 Ом и т.д. Расчет и нормирование сопротивлений заземляющих устройств производится исходя их условий безопасности при случайном прикосновении человека к оборудованию, оказавшемуся под напряжением.
В судовых цепях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью нормированное наибольшее напряжение прикосновения U пр = 40 В считается безопасным. Согласно Правилам устройства электроустановок в цепях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью наибольшая возможная сила тока замыкания на землю (I ут) не превышает 10 А. Тогда минимальное сопротивление заземления (Rз), обеспечивающее снижение напряжения прикосновения до безопасной величины, будет равно
Rз = U пр / Iут = 40 / 10 = 4 Ом .
Практически же сила токов утечки не превышает 4 - 6 А, поэтому при величине нормированного сопротивления заземления Rз = 4 Ом напряжение прикосновения еще больше снижается: U пр = Iут * Rз = 6 * 4 =24B
Таким образом, безопасность при случайном прикосновении к судовому оборудованию, оказавшемуся под напряжением, будет обеспечена надежным его заземлением.
Шаговое напряжение
В процессе заводских ремонтов (на судоремонтных заводах, верфях) электроснабжение судов иногда осуществляется с берега. В случае повреждения изоляции и замыкания питающих проводов на Землю на определенном расстоянии от места замыкания может возникнуть опасная для человека разность потенциалов. Кроме того, опасное для жизни человека растекание тока на поверхности грунта происходит также в месте контакта с Землей штатных заземлителей. Пространство вокруг заземлителя, где обнаруживается заметный электрический потенциал оттока, стекающего с заземлителя, называют зоной растекания. Проходя через заземлитель, ток равномерно распространяется от него в земле во всех направлениях (радиальных) по полусфере к поверхности Земли. Кривая изменения электрического потенциала на поверхности Земли имеет гиперболический характер. В слое грунта толщиной dl на расстоянии l от центра заземлителя падение напряжения может быть выражено уравнением потенциальной кривой заземлителя любой формы [ 9 ]:
dUl = Iз * * dl / (2 * * l2), (33)
где Iз – сила тока, проходящего через заземлитель, А;
– удельное сопротивление грунта, Ом*м.
Из этого выражения видно, что величина электрического потенциала изменяется обратно пропорционально расстояниюl.Человек, случайно оказавшийся в зоне растекания тока, подвергается опасности, если он сделает нормальный шаг (0,8 м) в направлении к заземлителю или от него (рис.16).
 |
Рис. 16
Практически максимальное расстояние растекания тока отодиночного сосредоточенного заземлителя не превышает 20 м, т.е. на расстоянии более 20 м от заземлителя падение напряжения в слоях Земли от тока уже практически не обнаруживается т.е. потенциал, условно, можно считать равным нулю.
Напряжение (В), возникающее на поверхности грунта между двумя точками цепи тока, которые находятся одна от другой на расстоянии шага (0,8 м) и на которых одновременно стоит человек, называют шаговым напряжением [ 1,9 ]
, (34)
где l1 и l2 - расстояния от центра заземлителя до точек грунта, которых коснулся человек, сделав шаг в направлении заземлителя или от него.
Из выражения видно, что напряжение шага будет больше в непосредственной близости от заземлителя и будет уменьшаться по мере удаления от него.
Максимальное шаговое напряжение будет в том случае, если одна точка лежит на заземлителе, а другая - на расстояниишага от него. Минимальное шаговое напряжение Uш = 0 будет при бесконечно большом удалении от заземлителя, т.е. за пределами поля растекания тока, а, практически, дальше 20 м, или в том случае, если человек окажется на точках грунта с одинаковыми электрическими потенциалами, т.е. с сомкнутыми ногами (когда ступни человека находятся рядом, на одной эквипотенциальной линии[10], а следовательно, на одном расстоянии от заземлителя).
В целях предотвращения поражений шаговым напряжением необходимо выполнить следующие рекомендации: без диэлектрической обуви (резиновые боты, галоши) нельзя подходить близко (8…10 м) к лежащим на грунте проводам, находящимся под напряжением; из опасной зоны растекания тока необходимо
выходить, не делая нормальных шагов, т.е. надо двигаться боком с сомкнутыми ступнями, переступая с носков на пятки.
Подключение судовой сети к береговой должно осуществляться в соответствии с Правилами по электробезопасности при электроснабжении ремонтируемых судов и специальными портовыми или заводскими инструкциями.
Защитное зануление
Защитное заземление в электрических цепях с заземленной нейтралью не всегда может обеспечить безопасность их эксплуатации, так как величина аварийного тока, перешедшего на корпус в случае пробоя изоляции, может не вызвать мгновенного срабатывания плавких предохранителей из-за сопротивления (хоть и незначительного) заземлителя. Таким образом, в течение некоторого времени, вполне достаточного для поражения током, корпус оборудования, к которому случайно прикоснулся человек, будет находиться под напряжением до тех пор, пока его не отключат вручную. Поэтому в таких установках вместо заземления применяется другой вид защиты-зануление(рис. 17).
Рис.17 Принципиальная схема зануления
Занулением называют присоединение корпусов и других металлических частей электрооборудования, обычно не находящихся под напряжением, к неоднократно заземленному нулевому проводу питающей сети. Введение в схему нулевого провода увеличивает ток, протекающий через защитное устройство и обеспечивающий его срабатывание.
Принцип действия зануления – превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание (т.е. зщамыкание между фазным и нулевым защитным проводником) с целью вызвать большой ток Iкз способный обеспечить срабатывание защиты и тем самым автоматически отключить поврежденную электроустановку от питающей сети. Такой защитой являются плавкие предохранители или автоматы максимального тока.
В случае замыкания на корпус при пробое изоляции между фазовым и нулевым защитным проводником пройдет ток короткого замыкания Iкз, под влиянием которого, безусловно, расплавятся предохранители и прекратится подача электроэнергии на поврежденный объект. В установках с заземленной нейтралью проводимость нулевого провода должна быть не меньше половины проводимости фазового.
Следует отметить однако, что, поскольку Правилами Регистра запрещено применение на судах систем переменного трехфазного тока с заземленной нейтралью, зануление нашло применение только на береговых предприятияхморского транспорта.