ИССЛЕДОВАНИЕ И ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ НА РАБОЧИХ МЕСТАХ

Лабораторная работа 7

ИССЛЕДОВАНИЕ И ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ НА РАБОЧИХ МЕСТАХ

Цель работы: изучение средств защиты от опасности поражения электрическим током при однофазном замыкании на корпус оборудования, а также приобретение практических навыков по измерению и оценке сопротивления защитного заземления электрических машин и механизмов.

Общие положения

На промышленных предприятиях используется большое количество различного электрооборудования, что создает опасность поражения электрическим током обслуживающего персонала, так как во многих случаях его действие является неожиданным.

Для защиты от поражения электрическим током все рабочие места, связанные с использованием электроэнергии, должны соответствовать требованиям электробезопасности по ГОСТ 12.1.030-82.

В настоящей работе рассматривается методика анализа электробезопасности на рабочих местах, использующих электроустановку, питающуюся от трехфазной, трехпроводной электрической сети с незаземленной нейтралью.

Защитное заземление – это совокупность металлических проводников заземлителей, находящихся в контакте с землей, и проводников, соединяющих корпуса электрооборудования с заземлителями.

К факторам электробезопасности в этих сетях относятся: хорошая электрическая изоляция электрической сети от «земли» и окружающих предметов, а также применение защитного заземления корпусов оборудования.

Требуемая величина сопротивления изоляции фазных проводов должно быть не менее 500 КОм. Она достигается за счет применения изолирующих материалов (резина, пластмассы, фарфор, стекло и др.).

Под воздействием влаги, агрессивных паров, пыли, вибрации и других факторов сопротивление изоляции может снижаться вплоть до нуля (короткое замыкание на корпус), что приводит к утечкам тока на корпуса оборудования и появлению на их поверхностях опасного напряжения (потенциала).

Для снижения этого потенциала, корпуса оборудования и других токопроводящих предметов преднамеренно электрически соединяют с землей, то есть заземляют.

В качестве заземлителей используют зарытые в почву металлические предметы (трубы, рельсы, арматуру железобетонных конструкций и прочие объекты).

Согласно ПУЭ (правил устройства электроустановок) сопротивление защитного заземления в любое время года не должно превышать:

0, 5 Ом – в установках напряжением более 1000 В;

4 Ом – в установках напряжением до 1000 В;

10 Ом – в установках мощностью 100 кВт и меньше и в установках до 1000 В с изолированной нейтралью.

Эффективность защитного заземления тем выше, чем ниже его сопротивление.

При наличии напряжения (потенциала) на корпусе оборудования возникает опасность поражения электрическим током.

Поражение электрическим током происходит в результате прикосновения человека к токоведущим частям, находившимися под напряжением. Величина тока, проходящая через тело человека, зависит от режима нейтрали сети, активного и емкостного сопротивления между фазными проводами и землей, а также схемы включения человека в цепь тока.

Установлено, что путь прохождения тока в теле человека играет существенную роль в исходе поражения. Существует 15 характерных путей тока в теле человека (петли тока). Наиболее распространенные 3 петли тока: рука-рука; рука-нога; нога-нога, голова-нога, голова-рука.

Степень поражения человека электрическим током определяется силой тока, прошедшего через тело человека, и является определяющим фактором при воздействии на организм человека (таблица 7.1.).

Воздействия тока зависит также от сопротивления тела человека колеблется от 500 до 100000 Ом и определяется состоянием кожи, размером поверхности соприкосновения, плотностью контакта, длительностью воздействия и величиной приложенного напряжения.

В зависимости от класса помещений по опасности поражения электрическим током устанавливаются величины безопасного напряжения, не требующие специальных мер защиты.

Для обычных помещений U_без.=36 В, для особо опасных помещений влажность > 75% и t > 25°С U_без.=12 В.

Для предотвращения поражений от электрического тока при случайном прикосновении человека к нетоковедущим частям применяют различные меры защиты: заземление, зануление, защитное отключение, выравнивание потенциалов.

Наиболее распространенным видом защиты является защитное заземление.

Защитное заземление – это совокупность металлических проводников заземлителей, находящихся в контакте с землей и проводников, соединяющих корпуса электрооборудования с заземлителем.

Заземлению подлежат металлические нетоковедущие части электрооборудования, которые вследствие неисправности изоляции могут оказаться под напряжением и к которым возможно прикосновении человека.

Таблица 7.1.

Характер воздействия тока на организм человека.

Величина тока, мА	Переменного (50 Гц)	Постоянного
0, 5-1, 5	Начало ощущений: слабый зуд, пощипывание кожи.	Не ощущается.
2 – 4	Ощущение распространяется на запястье; слегка сводит мышцы.	Не ощущается.
5 – 7	Болевые ощущения усиливаются во всей кисти; судороги; слабые боли во всей руке до предплечья.	Начало ощущения; слабый нагрев кожи под электродами.
8 – 10	Сильные боли и судороги во всей руке, включая предплечье. Руки трудно оторвать от электродов.	Усиление нагрева.
10 – 15	Едва переносимые боли во всей руке. Руки невозможно оторвать oт электродов. С увеличением продолжительности протекания тока боли усиливаются.	Большее усиление нагрева под электродами и в прилегающей области КОЖИ.
20 – 25	Сильные боли. Руки парализуются мгновенно, оторвать их от электродов невозможно. Дыхание затруднено.	Еще большее усиление нагрева кожи, ощущение внутреннего нагрева. Незначительные сокращения мышц рук.
25 – 50	Очень сильная боль в руках и груди. Дыхание крайне затруднено. При длительном воздействии может наступить паралич дыхания или ослабление сердечной деятельности с потерей сознания.	Сильный нагрев, боли и судороги в руках. При отрыве рук от электродов возникают сильные боли.
50 – 80	Дыхание парализуется, через несколько секунд нарушается работа сердца. При длительном воздействии может наступить фибрилляция сердца.	Очень сильный поверхностный и внутренний нагрев. Сильные боли в руке и в области груди. Руки невозможно оторвать от электродов из-за сильных болей при отрыве.
90 – 100	Фибрилляция сердца через 2—3 с; еще через несколько секунд – паралич дыхания.	То же действие, выраженное сильнее. При длительном действии – паралич дыхания.
	То же действие за меньшее время	Фибрилляция сердца через 2 – 3 с; еще через несколько секунд – паралич дыхания.

7.2. Анализ опасности поражения током в различных
электрических сетях

Защитные меры в электроустановках

Защитное заземление

Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических частей, которые могут оказаться под напряжением.

Металлические части электрооборудования могут оказаться под напряжением при пробое изоляции и замыкании фазы питания на корпус. Если корпус не имеет контакта с землей, то прикосновение к нему равносильно прикосновению к фазе. Если корпус заземлен, то на корпусе окажется напряжение, зависящее от сопротивления заземлителя.

U_з= I_зR_з, (7.6)

где I_з – ток замыкания на корпус;

R_з – сопротивление заземлителя.

Человек, касающийся этого корпуса, попадает под напряжение прикосновения.

U_пр = U_з · , (7.7)

где – коэффициент напряжения прикосновения.

Ток через человека при прикосновении к заземленным токоведущим частям, оказавшимся под напряжением, определяется выражением:

(7.8)

с учетом выражения (7.8) получим:

(7.9)

Коэффициент зависит от расстояния между точкой, на которой стоит человек, и заземлителем. Если человек стоит над землей выше заземлителей, = 0 и напряжение прикосновения и ток, проходящий через человека, равен нулю. Если человек стоит вне поля растекания (более 20 м от заземлителя), =1 и человек попадает под напряжение прикосновения, равное напряжению U₃ относительно земли.

Из выражения (7.9): чем меньше R₃, тем меньше величина тока, прошедшего через тело человека.

Значения сопротивления заземлителя R₃, в соответствии с Правилами устройств электроустановок (ПУЭ), для установок с напряжением питания до 1000 В должно быть не более 4 Ом, свыше 1000 Вт – 10 Ом и также зависят от мощности установок и вида нейтрали.

Защитное зануление

Зануление – преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических частей, которые могут оказаться под напряжением. Зануление применяется в трехфазных четырехпроводных сетях до 1000 В с заземленной нейтралью.

При занулении корпус электрооборудования соединяют с нулевым роводом (рис. 7.4).

Зануление используется также при защитном отключении, превращая замыкание на корпус в однофазное короткое замыкание, в результате чего срабатывает автоматическая защита и отключается поврежденный участок сети. Кроме того, зануление снижает потенциалы корпусов, появляющиеся в момент замыкания на землю.

Токовой защитой являются: плавкие предохранители, магнитные пускатели, автоматы с комбинированными расцепителями.

При замыкании на корпус при занулении ток короткого замыкания проходит через следующие участки цепи: обмотки трансформатора, фазный провод, нулевой провод и устройство токовой защиты.

Рис. 7.4. Принципиальная схема зануления

Величина тока короткого замыкания определяется фазным напряжением цепи короткого замыкания:

(7.10)

где U_ф – фазное напряжение, В;

Z_т – сопротивление обмоток трансформатора, Ом;

Z_п – сопротивление петли фаза – нуль, Ом.

Сопротивление обмоток трансформатора зависит от мощности трансформатора, напряжения и схемы соединения его обмоток.

Напряжение на корпус относительно земли при наличии зануления определяются по зависимости:

U_к = I_з R_п, (7.11)

где R_п – сопротивление заземления нулевого провода при занулении, Ом.

Ток замыкания на землю определяется из выражения:

(7.12)

где U_к – падение напряжения на корпусе токоприемника, равное падению напряжения на участке последовательно соединенных двух сопротивлений; R_о, R_п – сопротивление заземления нейтрали трансформатора.

R_о – сопротивление заземления нейтрали трансформатора (рис. 7.4.1).

Таким образом, повторное заземление нулевого провода в период замыкания фазы на корпус снижает напряжение относительно земли при занулении электрооборудования.

Ход работы

1. Определяется общее сопротивление защитного заземления R_p, Ом по формуле:

, (7.19)

где R_т- сопротивление одиночного заземлителя («трубы»), Ом;

R_п – сопротивление горизонтального заземлителя («полосы»), Ом;

η _п, η _т – коэффициенты использования «полосы» и «трубы» (табл. 5, 6);

n – число вертикальных заземлителей («труб»), шт.

1.1 Сопротивление одиночного заземлителя R_T, (Ом) вычисляем по формуле:

, (7.20)

где ln – натуральный логарифм значения;

r – удельное сопротивление грунта, Ом · м, (табл. 7.4);

1 – длина вертикального заземлителя, м – выбирается по своему варианту (приложение Б.7);

d – диаметр вертикального заземлителя, м – выбирается по своему варианту (приложение Б.7);

t – глубина заложения «трубы», вычисляется по формуле:

, (7.21)

где h – глубина погружения «полосы» – выбирается по своему варианту (приложение Б.7), м.

1.2. Сопротивление горизонтального заземлителя («полосы») Rп, (Ом) вычисляется по формуле:

, (7.22)

где В – ширина «полосы», м – по варианту (приложение Б.7);

g – коэффициент сезонности (табл. 7.5);

l₀ – длина «полосы», м, вычисляется по формуле:

, (7.23)

где l₃ – расстояние между одиночными заземлителями, м – по варианту (приложение Б.7);

n – число вертикальных заземлителей, шт – по варианту (приложение Б.7);

2. Дать оценку электробезопасности на рабочем месте по величине сопротивления защитного заземления, согласно коэффициента соответствиям условий безопасности труда Кс:

, (7.24)

где Rр – расчетная величина сопротивления защитного сопротивления, Ом;

Rд – предельно-допустимая величина, для установок до 1000 В – 4 Ом, свыше 1000 В – 10 Ом.

Таблица 7.4

Значения удельных сопротивлений грунтов, r, Ом-м

№ п/п	Грунт	Удельное сопротивление грунта, ρ [ом· м]
Пределы	Малая влажность, (%)
	Песок	400-700
	Супесок	150-400
	Суглинок	40-150
	Глина	8-70
	Чернозем	9-53
	Речная вода		-
	Морская вода	0, 2-1, 0	-

Таблица 7.5

Значения коэффициентов сезонности, g

№ п/п	Грунт	Влажность грунта
Большая	Средняя	Малая
	Суглинок	2, 0	1, 5	1, 4
	Чернозем	1, 9	1, 3	1, 2
	Супесок	1, 5	1, 3	1, 2
	Песок	2, 4	1, 6	1, 2
	Глина	2, 4	1, 2	1, 2

Таблица 7.6

Коэффициент использования соединительной «полосы»

Расположение заземлителей	lз/l	Число вертикальных заземлителей, n, шт

В ряд		0, 77	0, 67	0, 62	0, 42	0, 31	0, 2
	0, 89	0, 79	0, 75	0, 56	0, 46	0, 27
	0, 92	0, 85	0, 85	0, 68	0, 58	0, 36

Таблица 7.7

Коэффициент использования вертикальных заземлителей («труб»), η _т

Число вертикальных заземлителей, n[шт]	«Трубы» расположены в ряд

	0, 84	0, 9	0, 93
	0, 67	0, 79	0, 85
	0, 56	0, 72	0, 79
	0, 47	0, 654	0, 74

7.6. Контрольные вопросы

1. Дайте характеристику факторов, влияющих на поражение человека электрическим током?

2. В каких случаях происходит поражение человека электрическим током?

3. Какие пути тока возможны в теле человека?

4. Какой ток оказывает большее влияние на организм человека? Постоянный или переменный?

5. Какой по величине ток можно считать предельно-допустимым для человека (переменный или постоянный)?

6. Какой ток для человека является опасным и может привести к потере сознания?

7. Какой ток является смертельно опасным для человека?

8. Как влияет сопротивление тела человека на величину тока, проходящего через него?

9. Какие величины напряжения считаются неопасными для человека?

10. Как влияет состояние влажности и температуры в помещении на величину тока, действующую на человека?

11. Какие меры защиты от воздействия электрического тока применяются на производстве?

12. В чем разница между защитным заземлением и защитным занулением?

13. В чем особенность действия тока при прикосновении к двум фазам трехфазной сети?

14. От чего зависит величина воздействия тока при прикосновении человека стоящего на земле к одной фазе?

15. Какой ток будет проходить через тело человека, если он прикоснулся одной рукой к фазе, на изолированном резиновом коврике?

16. Какой ток считается более опасным при воздействии на человека?

17. Что дает защитное заземление в электроустановках?

18. Перечислите виды электротравм на производстве?

19. Какие особенности учитываются при анализе опасностей электротравматизма, влияющие на силу тока, проходящего через тело человека?

20. Что такое изолированная нейтраль и глухозаземленная нейтраль в электрических сетях?

21. Какие параметры характеризуют защитное заземление?

22. Перечислите все существующие защитные меры в электрических сетях и оборудовании.

23. От чего зависит ток замыкания на землю при защитном заземлении?

24. Какие величины характеризуют напряжение прикосновения в нормальном и аварийном режиме работы оборудования?

25. От чего зависят предельно-допустимые величины напряжения прикосновения?

26. Какие параметры влияют на величину защитного заземления?

27. Как обеспечить соответствие условий безопасности труда по электробезопасности в защитном заземлении?

28. Что такое шаговое напряжение?

29. Как влияет влажность грунта на сопротивление защитного заземления?

30. В чем разница между индивидуальными и коллективными средствами защиты от поражения электрическим током?

Литература

1. ГОСТ 12.1.009 – 76 ССБТ. Электробезопасность. Термины и определения.

2. ГОСТ 12.1.019 - 79 ССБТ. Электробезопасность. Общие требования безопасности и номенклатура видов защиты.

3. ГОСТ 12.1.030 – 81.ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление.

4. Правила устройства электроустановок. – М.: Энергия, 1986.

5. Долин П. А. Основы техники безопасности в электроустановках. – М.: Энергоавтомиздат, 1984. – 448 с.

6. Жидецкий В.Ц. и др. Основы охраны труда. – Львов: Афиша, 2000. – 351 с.

7. Кобевник В.Ф. Охрана труда. – К.: Выща школа, 1990. – 286 с.

Приложение А.7

Исходные данные к лабораторной работе 7

Исследование и оценка электробезопасности на рабочих местах

(Этап 1 – Оценка величины напряжения прикосновения)

Вариант	Напряжение в электросети U_ф, В	Время аварийного отключения Т, сек.	Коэф. напряжения прикосновения	Относительная влажность воздуха, %	Температура воздуха в помещении t, оС	Режим работы электроустановки -нормальный (Н) или аварийный (А)
		1, 5	0, 8			Н
		0, 5				А
		0, 1	0, 6			Н
		1, 2	0, 8			А
		0, 01	0, 7			Н
		0, 6	0, 6			А
		0, 1	0, 8			Н
		1, 2	0, 8			А
		1, 5	0, 9			Н
		0, 9	0, 6			А
		1, 5	0, 7			Н
			0, 6			А
		1, 2	0, 9			Н
			0, 75			А
		1, 25				Н
		0, 6	0, 9			А
		1, 5	0, 5			Н
		0, 8	0, 6			А
		1, 2	0, 8			Н
		1, 5	0, 9			А
			0, 75			Н
		0, 8				А
		0, 8	0, 75			Н
		0, 85	0, 7			А
		0, 65	0, 5			Н
		0, 9				А

Приложение Б.7

Исходные данные к лабораторной работе 7

Исследование и оценка электробезопасности на рабочих местах

(Этап 2 – Оценка сопротивления защитного заземления)

Вариант	Число вертикальных заземлителей n, шт.	Длина вертикальных заземлителей l, м	Расстояние между вертикальными заземлителями l₃, м	Глубина заложения полосы h, м	Диаметр вертикального заземлителя d, м	Ширина горизонтальной полосы B, м	Тип грунта	Влажность грунта
		3, 2		0, 5	0, 08	0, 05	песок	малая
		3, 8	3, 5	0, 8	0, 07	0, 04	суглинок	средняя
		4, 2	3, 5	0, 8	0, 05	0, 03	чернозем	малая
		5, 4	2, 8	0, 5	0, 06	0, 06	супесок	малая
		5, 2		0, 6	0, 08	0, 07	глина	малая
		4, 4	4, 6	0, 9	0, 07	0, 08	песок	средняя
		4, 2		0, 6	0, 05	0, 09	глина	малая
		5, 2	3, 5	0, 5	0, 07	0, 08	чернозем	средняя
		3, 4	2, 8	0, 8	0, 08	0, 06	супесок	большая
		4, 2		0, 6	0, 06	0, 07	глина	малая
		4, 4	4, 6	0, 5	0, 03	0, 08	песок	средняя
		5, 4	2, 8	0, 6	0, 05	0, 06	глина	большая
		4, 8	3, 5	0, 9	0, 06	0, 05	песок	малая
		4, 2	3, 8	0, 7	0, 04	0, 07	суглинок	средняя
		5, 6	4, 6	0, 8	0, 08	0, 08	чернозем	большая
		4, 9		0, 5	0, 05	0, 06	песок	малая
		4, 3	3, 8	0, 6	0, 06	0, 08	глина	средняя
		4, 8		0, 7	0, 08	0, 07	песок	малая
		5, 3		0, 7	0, 08	0, 08	суглинок	большая
		4, 4	3, 5	0, 8	0, 07	0, 07	чернозем	малая
		4, 8	3, 5	0, 6	0, 08	0, 07	супесок	средняя
		4, 2	2, 8	0, 5	0, 09	0, 06	глина	средняя
		5, 2		0, 9	0, 07	0, 07	песок	малая
		4, 8	2, 6	0, 6	0, 06	0, 05	глина	большая
		4, 4	4, 2	0, 7	0, 08	0, 08	чернозем	малая
		4, 6	2, 8	0, 8	0, 07	0, 06	супесок	средняя

Приложение В.7

Протокол лабораторной работы 7

Ф.И.О.__________________________________ группа________вариант____

От “____”___________20___года

Тема: «Исследование и оценка состояния электробезопасности на рабочих местах»

Исходные данные (Этап 1)

Факторы	Вариант
1. Напряжение в электросети, U_фазн.(В)
2. Время аварийного отключения, Т(секунды)
3. Коэффициент напряжения прикосновения, α
4. Относительная влажность воздуха, φ (%)
5. Температура воздуха в помещении, Т (⁰С)
6. Режим работы электроустановки – нормальный (Н) или аварийный (А)

Результаты измерений и расчётов (Этапы 1, 2)

Параметры	Значения
фактические	требуемые
Сопротивление изоляции фазных проводов Фаза 1, R_ф1 (КОм)
Фаза 2, R_ф2 (КОм)
Фаза 3, R_ф3 (КОм)
Сопротивление заземления при занулении, R_р(Ом), (Этап 1)
Напряжение прикосновения, U₀ (В)
Сопротивление защитного заземления, R_р (Ом), (Этап 2)

Вывод: ___________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________

Результаты теста

Вопрос

Итог

Ответ

Работу выполнил____________________ Работу принял________________