"Новости Электротехники" ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ

	< Предыдущая ] [ Следующая >	Журнал №3(9) 2001


	ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ - ОСОЗНАННАЯ НЕОБХОДИМОСТЬ Евгений Иванов, сопредседатель проблемного комитета "Электробезопасность" Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности, д. т. н., профессор кафедры безопасности жизнедеятельности СПГЭТУ "ЛЭТИ" В прошлом номере нашего журнала мы начали разговор об основах электробезопасности в свете современных требований. Были рассмотрены виды действия электрического тока на организм человека и первые две возможные схемы включения человека в цепь тока: двухполюсное и однополюсное прикосновение. Сейчас речь пойдет о следующих типовых схемах поражения электрическим током. ОСТАТОЧНЫЙ ЗАРЯД Схема включения человека в цепь Под остаточным понимается заряд на конденсаторе, сохраняющийся некоторое время после отключения источника питания. Схема включения человека в электрическую цепь формируется при прикосновении его к одной из обмоток конденсатора. Условия формирования цепи Всякая сеть или устройство обладают емкостью относительно земли (корпуса) и между полюсами (фазами). Если сопротивление изоляции велико, то после снятия рабочего напряжения либо после измерений мегомметром потенциал на токо-ведущих частях, обусловленный остаточным зарядом емкости, может сохраняться длительное время. В случае прикосновения человека к токоведущей части при этом возникает переходный процесс разряда емкостей через его тело. Процессы, аналогичные указанным, происходят также при работе в цепях с индуктивностями. Так, согласно Правилам эксплуатации электроустановок, необходимо ежегодно отключать силовые трансформаторы и контролировать омическое сопротивление их обмоток. В переносных омметрах обычно применяют источники постоянного напряжения 4-6 В. При отключении омметра, например, от обмотки низкого напряжения в процессе разряда ее индуктивности импульс тока трансформируется в обмотку высокого напряжения. Если в этот момент человек касается полюса последней, то вторичная травма неизбежна. Возможные последствия действия остаточного заряда Рассмотрим эту схему травмирования током на примере однофазной сети. Обозначения на схеме: Rh - сопротивление тела человека, R, и R2, С, и С2 - эквивалентные сопротивления изоляции и емкости полюсов относительно земли, С12 -эквивалентная емкость между полюсами (в том числе конденсаторов фильтров выпрямителей), U0 -остаточное напряжение. Принимаем (R,,R2) > Rh, что правомерно, так как при низких значениях сопротивления изоляции остаточный заряд быстро исчезает и сеть, с точки зрения возможности поражения человека током, становится безопасной. Упрощаем расчетную схему путем разделения емкости С12 на две последовательно включенные емкости значением 2 С12 каждая (рис.б). Окончательная расчетная схема (рис.в) позволяет определить ток разряда емкости С, + 2 С12 через сопротивление Rh при начальном напряжении 11^2 по известной формуле: lh = U0exP(-t/Rh(Cl + 2C12))/2Rh. Таким образом, максимальное значение тока lh определяется величиной остаточного напряжения U0 и сопротивления тела человека, а длительность переходного процесса зависит от величины емкостей относительно земли и между полюсами сети. Обычный результат действия остаточного заряда - вторичные травмы. Защитные мероприятия Из формулы для lh следует одно из основных правил техники безопасности: после снятия рабочего напряжения не берись за токоведущие части, предварительно не разрядив емкости. Для разряда емкостей следует присоединить провод разрядника(щупа) к заземленной конструкции (детали) и затем коснуться щупом токоведущей части. Изменять указанную последовательность операций нельзя, так как в этом случае ток разряда пройдет через тело человека. НАВЕДЕННЫЙ ЗАРЯД Схема включения человека в цепь В этом режиме человек прикасается к металлическому нетоковедущему предмету (конструкции), находящемуся в зоне внешнего электромагнитного поля. Условия формирования цепи Условия формирования наведенных зарядов разнообразны. Наведенные заряды формируются на объемных металлических предметах, находящихся в зоне действия электромагнитных полей. Под действием внешнего поля на поверхности проводящего предмета устанавливается такое распределение зарядов, при котором суммарное поле внутри проводника равно нулю. Время релаксации электрических зарядов в металлах - 10-18 - 10-16 с, поэтому равновесное распределение зарядов на металлических телах практически безынерционно воспроизводит изменения внешнего поля. Вектор индукции внешнего поля связывает заряд определенного знака. Равный по величине заряд противоположного знака становится свободным и обуславливает возникновение отличного от нуля потенциала в целом незаряженного тела. При исчезновении внешнего поля индуцированные заряды взаимно компенсируются. В линейных металлических предметах, находящихся в зоне высокочастотного электромагнитного поля, по закону электромагнитной индукции возникает электродвижущая сила, значение которой может достигать 1000 В. Наведенный заряд формируется также под влиянием паразитных емкостных связей. Возможные последствия воздействия наведенного заряда Формы проявления наведенных зарядов достаточно разнообразны. Опасные последствия - вторичные травмы, ожог искровым (дуговым) разрядом, пожар при воспламенении топлива. *Пример1:* Строительный кран находится вблизи передающей антенны мощной радиостанции. Гак крана, трос и поверхность земли (рельс) образуют виток, находящийся в высокочастотном электромагнитном поле. В зависимости от частоты трансляции и угла между плоскостью этого витка и направлением на антенну потенциал гака относительно земли (в месте разрыва витка) изменялся в диапазоне 10-1200 В. Результат - вторичные травмы током при прикосновении к тросу, крепящему груз (или к гаку), искрение при касании гаком заземленных металлических предметов. *Пример2:* При монтаже электроустановок в электрических кабелях предусматриваются запасные жилы. Когда емкости рабочих жил (фаз) относительно земли не равны между собой, на отключенных запасных жилах возникает наведенный заряд, потенциал которого относительно земли может достигать 150 В при напряжении 380 В в основной сети. ЗАРЯД СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА Схема включения человека в цепь В этом режиме человек прикасается к металлическому предмету, изолированному от земли, или к конструкции из изоляционного материала, несущим заряд статического электричества. Возможен также режим прикосновения к заземленной металлической конструкции, когда человек находится на полу из изоляционного материала и сам несет заряд статического электричества. Условия формирования цепи Заряды статического электричества образуются при перемещении (трении) твердых, жидких или газообразных диэлектриков относительно других проводящих или непроводящих ток материалов. Возможные последствия действия статического электричества Возможность формирования зарядов статического электричества существенно увеличилась с массовым применением пластических материалов (трубопроводы, покрытие полов и пр.), обладающих высоким сопротивлением. Заряды статического электричества генерируют высокие потенциалы. Так, при перекачке топлива, например, при заливке бензина в бак автомобиля, заряд Qст получает латунный наконечник резинового шланга. Потенциал его относительно земли (или бака) будет Uст = Qст/С =1,5 ё 14кВ зависимости от скорости прокачки (здесь С - емкость наконечника относительно земли или бака - величина бесконечно малая). При прикосновении человека к такому заряженному предмету возможны вторичные травмы или ожог искрой. Тело человека относительно земли имеет емкость около 200 пФ. Если он находится на изолирующем полу (линолеум), то в результате трения одежды о кожу на нем может накопиться заряд с энергией до 0,43 мДж. Отсюда из известного выражения для энергии заряженного конденсатора получаем, что значение потенциала тела относительно земли превышает 500 В; в случае прикосновения к заземленному металлическому предмету (батарея отопления, шкафчик с рабочей одеждой и пр.) человек почувствует удар током (ток разряда собственной емкости). Такие заряды наибольшую опасность представляют для элементов микросхемотехники при монтаже печатных плат. Обычно во избежание выхода их из строя жало паяльника заземляют либо на руку монтажницы надевают заземленный браслет; наиболее эффективная мера - обязательная замена одежды на хлопчатобумажную, исключающую возможность генерирования электростатического заряда. Основные виды разрядов статического электричества: а) разряды между проводящими телами – формируются в результате электризации и накопления заряда на изолированных проводящих телах (человек, металлическая тара для жидкостей и сыпучих материалов, транспортные средства на резиновых шинах, гребные валы на судах и пр.); б) разряды с заряженного ди-электрика на проводящие конструкции (резиновые либо пластмассовые резервуары; бочки и канистры для хранения и транспортировки нефтепродуктов и сыпучих материалов; диэлектрические трубы, по которым перемещаются эти материалы, и т.п.); в) коронирование диэлектриков - разряд, обусловленный разностью потенциалов между внутренней и наружной поверхностями конструкции (трубы для транспортировки жидких и сыпучих материалов, пневмотранспортные трубопроводы); г) разряды в следе скольжения - возникают в процессе электризации твердых поверхностей путем трения. Защитные мероприятия Защита обеспечивается путем формирования цепей для снятия зарядов статического электричества (заземление металлоконструкций, снижение омического сопротивления изоляционных материалов путем введения в них проводящих примесей, периодического обливания изоляционных конструкций проводящими жидкостями и т.п.). *Пример:* При обезжиривании металлических деталей случай загорания от электрического разряда произошел в условиях, когда, казалось бы, все меры защиты от статического электричества были соблюдены. Ванна с бензином заземлена. Полы в помещении и обувь рабочих обладали электропроводностью, соответствующей нормативным требованиям. Но тем не менее, при погружении металлических деталей в ванну произошло загорание. Причиной его был разряд с одежды, так как шерстяная одежда сочеталась с одеждой из вискозного шелка, что недопустимо. НАПРЯЖЕНИЕ ШАГА Схема включения человека в цепь Действию напряжения шага человек подвергается в зоне растекания тока, то есть на поверхности земли вблизи места замыкания на землю. Условия формирования цепи В зоне растекания тока, в соответствии с выражением j(х) = k/x, различны потенциалы всех точек на поверхности земли. Напряжением шага называется разность потенциалов двух точек поверхности земли, на которых находится человек, при этом в расчетах ширина шага принимается равной а = 0,8 м. Возможные последствия действия напряжения шага Напряжение шага зависит от двух основных факторов - максимального потенциала в зоне растекания тока j зами удаления человека от места замыкания (х). В наиболее удаленных точках зоны растекания тока напряжение шага невелико, а ток через тело человека Ih = Uш/Rh протекает по пути «нога-нога». По мере возрастания напряжения Uш при приближении человека к месту замыкания ток возрастает и может в итоге достичь значения порогового неотпускающего тока; в результате судорожной реакции человек падает, при этом размер «шага» увеличивается (расстояние стало «руки-ноги») с соответствующим возрастанием значения Uш, а в путь тока включается область сердца. Так без видимых внешних причин может наступить летальный исход. Пример: «Сильнее огня» («Правда», 23 августа 1987 г.). Обстоятельства таковы: комбайн «Колос» коснулся выхлопной трубой провисшего провода ЛЭП и оборвал его. От искр загорелись валки скошенной пшеницы, огонь грозил и комбайну. Николай бросился тушить его. «Он бросился, как солдат в атаку, и упал, как подкошенный пулей». На могильном памятнике надпись: «Николай Васильевич Барсуков. 1953-1987. Погиб в борьбе за хлеб». ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРОБОЙ ВОЗДУШНОГО ПРОМЕЖУТКА Схема включения человека в цепь Эта схема поражения током характерна для высоковольтных цепей. В равномерном электрическом поле (например, между обкладками плоского конденсатора) электрическая прочность воздушного промежутка равна 3-4 кВ/мм в зависимости от влажности воздуха. То есть электрический пробой воздушного промежутка размером 1 мм происходит при напряжении 3-4 кВ между обкладками конденсатора. Когда человек той или иной частью тела приближается к высоковольтной токоведущей части, в воздушном зазоре также формируется электрическое поле, но это поле неравномерное, типа игла-плоскость либо игла-линия. Электрическая прочность воздушного промежутка в неравномерном поле существенно ниже, она может уменьшаться до значения 4 кВ/см. Условия формирования цепи Пусть человек проник в трансформаторную будку 6/0,38 кВ и приблизил палец к токоведущей части, находящейся под потенциалом 6 кВ. Потенциал тела человека равен потенциалу земли (ноль), поэтому разность потенциалов в воздушном зазоре «палец - токоведущая часть» составляет 6 кВ. При таком напряжении происходит электрический пробой воздушного промежутка и формируется дуговой разряд. При неблагоприятных условиях, когда цепь тока не прерывается, термическую травму завершает биологическое поражение током. Возможные последствия электрического пробоя воздушного промежутка При дуговом разряде (ожоге дугой) разрушаются кожные покровы, мышечная и костная ткани. Защитные мероприятия Защита людей от опасности рассматриваемого режима достигается путем обеспечения недоступности токоведущих частей оборудования.

ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ - ОСОЗНАННАЯ НЕОБХОДИМОСТЬ