УМОВИ УРАЖЕННЯ ЛЮДИНИ ЕЛЕКТРИЧНИМ СТРУМОМ

Аналіз небезпеки електроустановок зводиться до визначення значення струму, котрий протікає через тіло людини при різних можливих варіантах по­трапляння її під напругу внаслідок дотику до струмоведучих частин електрич­них мереж, неструмоведучих частин електроустановок, котрі опинились під на­пругою при пошкодженні ізоляції, або внаслідок опинення під напругою кроку, а також до оцінки впливу різних чинників та параметрів мережі на небезпеку ураження.

Електричні мережі бувають постійного та змінного струмів. Мережі змін­ного струму бувають однофазові та багатофазові. Найбільш поширені — три­фазові мережі змінного струму. За режимом нейтралі трансформатора або гене­ратора трифазові мережі можуть бути.

5.7 СИСТЕМИ ЗАСОБІВ І ЗАХОДІВ БЕЗПЕЧНОЇ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ЕЛЕКТРОУСТАНОВОК

Застосовувані в електроустановках захисні заходи умовно можна поділити на дві групи: ті, що забезпечують безпеку при нормальному режимі роботи еле­ктроустановок і ті, що забезпечують безпеку при аварійному режимі роботи.

Технічні засоби безпечної експлуатації електроустановок за нормальних режимів роботи

Електрична ізоляція — це шар діелектрика або конструкція, виконана з ді­електрика, котрим вкривається поверхня струмоведучих частин, або котрим струмоведучі частини відділяються одна від одної. Стан ізоляції характеризу­ється її електричною міцністю, діелектричними втратами та електричним опо­ром. Ізоляція запобігає протіканню струмів через неї завдяки великому опору.

З метою забезпечення надійної роботи ізоляції здійснюються профілактич­ні заходи. Перш за все слід виключити механічні пошкодження, зволоження, хімічний вплив, запилення. Але навіть за нормальних умов ізоляція постійно втрачає свої початкові властивості, старіє. З плином часу виникають місцеві дефекти, в зв'язку з чим опір ізоляції починає різко знижуватись, а струм втрат — зростати. В місці дефекта з'являються часткові розряди, ізоляція виго­рає. Відбувається так званий пробій ізоляції, внаслідок чого виникає коротке замикання, котре може призвести до пожежі або до ураження струмом. З метою запобігання цього здійснюється періодичний і безперервний контроль ізоляції. Періодичний контроль ізоляції передбачає вимірювання активного опору ізоля­ції у встановлені правилами терміни (1 раз на 3 роки), а також при виявленні дефектів. Вимірювання опору ізоляції здійснюється на вимкненій електроуста­новці за допомогою мегомметра.

Встановлено норми опору ізоляції різних електроустановок. Наприклад, опір ізоляції силових та освітлювальних електропроводів повинен бути не ме­нше 0,5 МОм. Дієвим захисним засобом є використання подвійної ізоляції. В цьому випадку, крім робочої основної ізоляції, застосовується додаткова ізоля­ція. Вона призначена для захисту від ураження струмом у випадку пошкоджен­ня робочої ізоляції. Захисна подвійна ізоляція може забезпечити безпеку при експлуатації будь-якої електроустановки. Прикладом може бути електрична дриль з пластмасовим корпусом. Однак пластмаса має невисоку механічну міц­ність, ненадійне з'єднання з металом. Область застосування подвійної ізоляції — електроустановки невеликої потужності. При пошкодженні робочої ізоляції перехід напруги на корпус та потрапляння людей під напругу дотику неможли­ві. Однак подвійна ізоляція не виключає небезпеки ураження при дотику до струмоведучих частин внаслідок часткового пошкодження корпуса або при ре­монтах. З подвійною ізоляцією виготовляють апаратуру електропроводок (роз­подільчі коробки, вимикачі, розетки, вилки, патрони ламп розжарення), перено­сні світильники, електровимірювальні прилади, електрифіковані ручні інстру­менти (дриль, дискова пилка, рубанок тощо) та деякі побутові прилади.

Дотик до струмоведучих частин завжди небезпечний, навіть в мережі на­пругою до 1000 В з ізольованою нейтраллю, з доброю ізоляцією та малою ємні­стю, не кажучи вже про мережі з заземленою нейтраллю та мережі з напругою понад 1000В. В останньому випадку небезпечне навіть наближення до струмо­ведучих частин. В електроустановках напругою до 1000 В застосування ізольо­ваних проводів забезпечує достатній захист від ураження при дотику до них. Однак ізольовані дроти, котрі знаходяться під напругою понад 1000 В, не менш небезпечні, ніж оголені. В цих випадках одним із засобів забезпечення безпеки є стаціонарні огороджувальні пристрої. Вони поділяються на суцільні та сітчас­ті. Суцільні огородження у вигляді кожухів та кришок застосовуються в елект­роустановках напругою до 1000 В. Сітчасті огородження мають двері, котрі за­криваються на замок. До огороджувальних пристроїв відносять також тимчасо­ві переносні огородження (щити, ізолюючі накладки, ізолюючі ковпаки, тимча­сові переносні заземлення). Огородження обладнуються кришками або двери­ма, що закриваються на замок або обладнаними блокуваннями.

Блокуванням називається автоматичний пристрій, за допомогою котрого запобігають неправильним, небезпечним для людини діям. Робочими елемен­тами блокування можуть бути механічні пристрої,

защіпки, фігурні вирізи (механічне блокування), блок-контакти, котрі діють на розрив електричної ланки (електричне блокування), а також електромагнітне блокування.

Електричне блокування дозволяє вимикати напругу при відкриванні две­рей огороджень, дверей корпусів та кожухів або при знятті кришок. При елект­ричному блокуванні блокувальні контакти, зблоковані з дверима або кришкою, при відкриванні дверей або знятті кришки розмикають ланку живлення котуш­ки магнітного пускача. За такої схеми обрив ланки управління та випадкове відкривання дверей не являє небезпеки, оскільки електроустановка буде знеструмленою.

Розташування струмоведучих частин на недосяжній висоті або в недоступ­ному місці забезпечує безпеку без огороджень та блокувань. Вибираючи висоту підвішування, слід враховувати можливість ненавмисного дотику до частин, що перебувають під напругою, довгими металевими предметами. Висота підвішу­вання проводів повітряних ліній електропередачі залежить від напруги та місця проходження лінії.

Малі напруги. При роботі з переносними електроінструментами, а також з ручною переносною лампою при пошкодженні ізоляції та при появі напруги на корпусі підвищується небезпека ураження струмом. В таких випадках застосо­вуються малі напруги не вище 42 В. При напрузі до 42 В струм, котрий прохо­дить через тіло людини, безпечний. Малі напруги застосовуються для живлення місцевого освітлення на верстатах, переносних лампах, електроінструментах. Під час роботи в приміщеннях з підвищеною небезпекою електроустановки можна використовувати не лише без заземлення або занулення, але й без ізо­люючих засобів. Під час роботи в особливо небезпечних приміщеннях для жив­лення переносних електричних світильників використовують напругу не вище 12 В.

Джерелами малої напруги є знижувальні трансформатори, акумулятори, випрямні установки, перетворювачі частот, батареї гальванічних елементів. Застосування автотрансформаторів або реостатів для отримання малої напруги забороняється, оскільки в цьому випадку мережа малої напруги електрично пов'язана з мережею вищої напруги. Найчастіше використовують знижувальні трансформатори. '

Інші джерела малих напруг використовують рідко. Єдина небезпека засто­сування знижувальних трансформаторів — це можливість переходу вищої на­пруги на сторону малої напруги. Для зниження цієї небезпеки вторинну обмот­ку та корпус трансформатора заземлюють або замулюють (один з виводів або середню точку обмотки малої напруги) або між обмотками розташовують зазе­млений статичний екран.

Вирівнювання потенціалів — це зниження напруг дотику та кроку між точками електричної ланки, до яких можливий одночасний дотик або на котрих може одночасно стояти людина. Вирівнювання потенціалів досягається шляхом штучного підвищення потенціалу опорної поверхні ніг до рівня потенціалу
струмоведучої частини, а також при контурному заземленні.

Вирівнювання потенціалів застосовується при пофазовому ремонті високовольтних ліній електропередач під напругою. Для виконання ро­біт людина піднімається за допомогою телескопічної ізоляційної вишки до рів­ня проводу. Потім за допомогою ізолюючої штанги накладають перемичку між металевою люлькою, ізольованою від землі, та фазовим проводом лінії. Після цього роботи виконуються без елктрозахисних засобів.

Струм втрат протікає через перемичку та ізоляцію вишки в землю. Людина не потрапляє під напругу, оскільки різниця потенціалів проводу, до котрого він торкається, та опорної поверхні ніг рівна нулю.

Захисне розділення мереж. Кожний провідник мережі та землю можна роз­глядати як дві обкладки конденсатора, а повітря між ними — як діелектрик. Конденсатор в протяжній, сильно розгалуженій мережі ємність проводів відно­сно землі більша, а ємнісний опір невеликий.

Чим більша довжина мережі, тим більшу величину мають струми втрат, тобто струми, котрі визначають ураження людини при її дотику до фази. Якщо таку мережу розділити на ряд невеликих ділянок мереж з такою ж напругою, то така мережа буде мати незначну ємність та високий ємнісний опір ізоляції і не­великий струм втрат (струми ураження). Така мережа буде безпечною. Елект­ричне розділення мереж досягається за допомогою роздільного трансформато­ра. Роздільний трансформатор має коефіцієнт трансформатора 1:1, у нього від­сутній електричний зв'язок між первинною та вторинною обмотками. Роздільні трансформатори відділяють електроприймачі та їх проводи від загальної мережі і завдяки цьому — від можливих в цій мережі активних та ємнісних струмів втрат, можливих місць замикання на землю, тобто виключають умови, котрі створюють підвищену небезпеку для людей. Область застосування електрично­го розділення мереж — електроустановки напругою до 1000 В, експлуатація котрих пов'язана з підвищеними вимогами щодо електробезпеки (пересувні електроустановки, ручний електроінструмент).

Технічні засоби безпечної експлуатації електроустановок при переході напруги на нормально неструмоведучі частини

Захисне заземлення— це навмисне електричне з'єднання з землею або з її еквівалентом металевих неструмоведучих частин, котрі можуть опинитись під напругою. Призначення захисного заземлення — усунення небезпеки уражен­ня людей електричним струмом при появі напруги на конструктивних частинах електрообладнання, тобто при замиканні на корпус. Принцип дії захисного за­землення — зниження до безпечних значень напруг дотику та кроку, зумовле­них замиканням на корпус. Це досягається зниженням потенціалу заземленого обладнання, а також вирівнюванням потенціалів за рахунок підіймання потен­ціалу основи, но котрій стоїть людина, до потенціалу, близького за значенням до потенціалу заземленого обладнання.

Область застосування захисного заземлення — трифазові мережі напру­гою до і більше 1000 В з будь-яким режимом нейтралі.

Заземлювальний пристрій — це сукупність конструктивно об'єднаних за-землювальних провідників та заземлювача.

Заземлювальний провідник — це провідник, котрий з'єднує

заземлювальні об'єкти з заземлювачем. Якщо заземлювальний провідник має два або більше відгалужень, то він називається магістраллю заземлення.

Заземлювач — це сукупність з'єднаних провідників, котрі перебувають в контакті з землею або з її еквівалентом. Розрізняють заземлювачі штучні, при­значені виключно для заземлення, і природні— металеві предмети, котрі знахо­дяться в землі.

Для штучних заземлювачів застосовують вертикальні та горизонтальні електроди. В якості вертикальних електродів використовують сталеві труби ді­аметром 3—5 см та сталеві кутники розміром від 40x40 до 60x60 мм довжиною 2,5—3 м. Можна також використовувати сталеві прути діаметром 10—12 мм. Для зв'язування вертикальних електродів використовують стрічкову сталь пе­ретином не менше 4x12 мм та сталь круглого перетину діаметром не менше 6 мм. Для встановлення вертикальних заземлювачів попередньо риють траншею глибиною 0,7—0,8 м, потім за допомогою механізмів забивають труби або кут­ники.

більше 10 Ом (або 4 Ом, якщо це вимагається для установок до 1000 В). Тут Із — струм замикання на землю, А.

Захисному заземленню підлягають металеві неструмоведучі частини обла­днання, котрі через несправність ізоляції можуть опинитись під напругою і до котрих можливий дотик людей або тварин. При цьому в приміщеннях з підви­щеною небезпекою та в особливо небезпечних за умовами ураження струмом, а також в зовнішніх установках заземлення обов'язкове при номінальній напрузі електроустановки понад 42 В змінного і понад 110 В постійного струму, а в приміщеннях без підвищеної небезпеки — при напрузі 380 В та вище змінного струму; 440 В і вище — постійного струму. Лише у вибухонебезпечних примі­щеннях заземлення виконується незалежно від значення напруги установки.

Заземленню не підлягають корпуси електрообладнання, апаратів та елект­ромонтажних конструкцій, встановлені на заземлених металевих конструкціях, розподільних пристроях, в щитах, шафах, на станинах верстатів, машин і меха­нізмів, за умови надійного електричного контакту з заземленою основою, арма­тура ізоляторів всіх типів, відтяжки, кронштейни та освітлювальна арматура при встановленні їх на дерев'яних опорах повітряних ліній електропередач або на дерев'яних конструкціях відкритих підстанцій.

Занулення — це навмисне електричне з'єднання з нульовим захисним про­відником металевих неструмоведучих частин, котрі можуть опинитися під на­пругою. Це основний засіб захисту від ураження людей струмом у випадку до­тику до корпуса електрообладнання та до металевих конструкцій, котрі опини­лись під напругою внаслідок пошкодження ізоляції або однофазового коротко­го замикання в електроустановках напругою до 1000 В в мережі з заземленою нейтраллю. Призначення занулення таке ж, як і заземлення: усунути небезпеку ураження людей струмом при пробиванні фази на корпус.

Це досягається автоматичним вимкненням пошкодженої установки від електричної мережі. Принцип дії занулення — перетворення пробивання на ко­рпус в однофазове коротке замикання з метою викликати струм великої сили, здатний забезпечити спрацювання захисту і завдяки цьому автоматично від­ключити пошкоджену установку від електричної мережі. При пробиванні фази на корпус струм йде через трансформатор, фазовий провід, запобіжник, корпус електроустановки, нульовий провід. З огляду на те, що опір при корот­кому замиканні малий, струм досягає значних величин і захисний пристрій спрацьовує. Для того, щоб відбулося швидке та надійне вимкнення, необхідно, щоб струм короткого замикання перевищував струм установки вимкненого апарата:

де І_кз — струм короткого замикання, А;

І_ном — номінальний струм плавкої вставки або струм уставки автомата, А; к — коефіцієнт кратності струму короткого замикання відносно струму уставки.

Однак занулення як захисний засіб не забезпечує в повній мірі безпеки. Під час короткого замикання в нульовому проводі виникає небезпека ураження, котра буде існувати доти, доки не відбудеться вимкнення пошкодженого обладнання завдяки згорянню запобіжника або вимкнення апарата. Занулення вико­ристовується в трифазових електричних мережах напругою до 1000 В з глухо-заземленою нейтраллю.

Захисне вимкнення — це швидкодіючий захист, котрий забезпечує автома­тичне вимкнення електроустановки при виникненні небезпеки ураження стру­мом. Небезпека ураження може виникнути і при замиканні

фази на корпус електрообладнання при зниженні опору ізоляції фаз відно­сно землі нижче певної межі внаслідок пошкодження ізоляції, замикання фаз на землю, при появі в мережі більш високої напруги, внаслідок замикання в трансформаторі між обмотками вищої і нижчої напруги, при випадковому до­тику людини до струмоведучих частин, котрі знаходяться під напругою. В цих випадках відбувається зміна електричних параметрів електроустановки та ме­режі. Зміна цих параметрів до певної межі, при котрій виникає небезпека ура­ження людини електричним струмом, може стати сигналом, котрий викликає спрацювання пристрою захисного вимкнення (ПЗВ), тобто автоматичне вимк­нення пошкодженої установки. Основними частинами ПЗВ є прилад захисного вимкнення та автоматичний вимикач.

Прилад захисного вимкнення — сукупність окремих елементів, котрі реа­гують на зміну будь-якого параметра електричної мережі і дають сигнал на ви­мкнення автоматичного вимикача. До цих елементів відноситься давач. Це при­стрій, котрий сприймає зміни електричних параметрів і перетворює їх у відпо­відний сигнал. В якості давача використовують реле відповідного типу.

Автоматичний вимикач використовується для ввімкнення та вимкнення ланок під навантаженням та при короткому замиканні. Він вимикає захищувану електроустановку при надходженні сигналу від приладу захисного вимкнення. В мережах напругою до 1 кВ в якості таких вимикачів в пристроях захисного вимкнення застосовуються контактори, обладнані електромагнітним керуван­ням у вигляді утримуючої котушки, магнітні пускачі — трифазові контактори змінного струму, обладнані тепловим реле для автоматичного вимкнення при перевантаженні споживачів. Тип захисно-вимикального пристрою залежить від параметра електричної мережі, на котрий він реагує: напруга корпуса відносно землі, струм замикання на землю, напруга фази відносно землі, напруга нульової послідовності, струм нульової послідовності та оперативний струм. До пристроїв захисного вимкнення ставляться наступні вимоги: висока чутливість (здатність реагувати на малі зміни вхідної величини сигналу, малий час вимк­нення (не більше 0,2 с), селективність роботи (здатність вимикати напругу ли­ше від пошкодженого обладнання), самоконтроль (здатність вимикати облад­нання при несправності пристрою захисного вимкнення), надійність.

Захисне вимкнення рекомендується застосовувати в якості основного^або допоміжного захисного засобу, якщо безпека не може бути забезпечена шляхом влаштування заземлення або з економічних міркувань.

Захисне вимкнення використовується в електроустановках напругою до 1000 В в наступних випадках:

- в пересувних електроустановках з ізольованою нейтраллю, коли спору­дження заземлювального пристрою утруднене;

- в стаціонарних установках при використанні електрифікованого інструме­нту;

- в умовах підвищеної небезпеки ураження електричним струмом та вибухонебезпеки.

Широко використовуються захисно-вимикальні пристрої в побутових еле­ктроустановках.