Содержание:
- Введение
- Условия поражения электрическим током
- Классификация мер защиты от поражения электрическим током
- Меры защиты от прямого прикосновения (основная защита)
- Меры защиты при косвенном прикосновении (защита при повреждении)
- Меры защиты от прямого и косвенного прикосновений
- Заключение
В современном мире электрическая энергия играет важную, можно даже сказать ключевую роль, в жизни человека, она необходима абсолютно во всех сферах нашей жизни: в быту, науке, медицине, промышленности и т.д. Не смотря на то, что значение электрической энергии невозможно переоценить, как и любая другая энергия, при неправильном использовании она несет в себе смертельную опасность.
Основными техническими нормативными документами, регламентирующими требования по обеспечению электробезопасности в электроустановках являются Правила устройства электроустановок 7-е издание (далее — ПУЭ), в частности глава 1.7 ПУЭ (требования которой разработаны в соответствии с ГОСТ Р 50571.3-94) и ГОСТ Р 50571.3-2009 который введен в действие 1 января 2011 г., взамен ГОСТ Р 50571.3-94.
От автора: ГОСТ Р 50571.3-2009 утвержден для добровольного применения приказом федерального агентства по техническому регулированию и метрологии № 672-СТ от 10.12.2009 и по сути является переводом соответствующего международного стандарта МЭК 60364-4-41:2005. Считаю, что ГОСТ Р 50571.3-2009 не учитывает сложившуюся практику в отечественной электроэнергетике, имеет ряд недочетов и неточностей, в связи с чем его применение затруднено и на должном уровне будет возможно при переработке соответствующих глав ПУЭ с учетом требований данного ГОСТа. В основу данной статьи положены требования ПУЭ, требования ГОСТ Р 50571.3-2009 в статье приводятся в случае если они дополняют или ужесточают требования ПУЭ.
Для определения необходимых мер защиты от поражения электрическим током, необходимо определить какие факторы (сочетание факторов) могут привести к поражению электрическим током. На возможность поражения электрическим током влияют два основных условия:
Условие поражения электрическим током №1 –контакт с электрической цепью (одновременное касание) в двух и более точках
Как известно ток может протекать только по замкнутой электрической цепи:
Как видно из схемы выше ток протекает по цепи: источник питания – электроприемник 1- источник питания, таким образом образуется замкнутая электрическая цепь через электроприемник 1 который включен в нее в двух точках, в свою очередь электроприемник 2 включен в цепь лишь в одной точке, второй вывод не подключен к электрической цепи, следовательно цепь через него не замыкается и соответственно электрический ток не протекает.
Таким образом, поражение электрическим током возможно только при одновременном касании не менее чем двух точек электрической цепи (справочно: Согласно определения МЭС 826-12-12, термин «прикосновение» означает любой контакт с любой частью тела (рукой, ногой, головой и т.д.), при этом следует учитывать, что в сетях с глухозаземленной нейтралью одной из точек электрической цепи является земля или проводящий пол, а так же любые другие проводящие конструкции имеющие связь с землей. О том, почему земля является точкой электрической цепи мы поговорим далее.
Справочно: Понятие «земля» означает планету со всеми её физическими свойствами (ГОСТ 30331.1-2013, п. 20.110)
Условие поражения электрическим током №2 – наличие разницы потенциалов между точками прикосновения достаточной для преодоления электрического сопротивления тела.
Что такое разница потенциалов?
По определению электрическое напряжение — это разница потенциалов двух точек.
Для простоты понимания данного определения представим обычную штепсельную розетку:
Как мы видим на рисунке выше, к розетке подключаются 2 провода: фаза – имеющая электрический потенциал 220 Вольт и ноль, имеющий электрический потенциал 0 Вольт, разница потенциалов этих двух проводов подключенных к контактам розетки, то есть напряжение между ними и составляет всем известные 220 Вольт.
Таким образом, следует помнить, что напряжение может быть только между двумя точками электрической цепи, если мы говорим про одну точку электрической цепи, то мы говорим про электрический потенциал.
Как следует из условия №2 фактором влияющим на угрозу поражения электрическим током является напряжение, то есть разница потенциалов точек одновременного прикосновения, причем это напряжение должно быть достаточно для преодоления сопротивления тела.
Справочно: согласно нормативным документам (ПУЭ и ГОСТ Р 50571.3) опасным считается напряжение превышающее 50В переменного и 120В постоянного, при этом в отдельных случаях опасным считаются и более низкие значения напряжений. Безусловно безопасным, не требующим никаких мер защиты является напряжение не превышающее 6 В переменного тока или 15 В постоянного тока (ГОСТ Р 50571.3-95, введение, ПУЭ, п. 1.7.53.).
Что такое электрическое сопротивление?
Каждый материал имеет такую характеристику как электрическое сопротивление (т.е. сопротивление протеканию тока), материалы, обладающие низким сопротивлением (или по другому — высокой проводимостью) называются проводниками, а материалы, обладающие высоким сопротивлением (т.е. низкой проводимостью) называются диэлектриками. Чем выше значение электрического сопротивления, тем более высокое напряжение нужно прикладывать к материалу, что бы через него прошел электрический ток, при этом, чем выше приложенное напряжение, тем выше протекающий ток.
Это соотношение тока, напряжения и сопротивления выражено во всем известном законе Ома — сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на его концах и обратно пропорциональна его сопротивлению. В виде формулы это выглядит следующим образом:
I=U/R
где:
- I – величина тока в Амперах
- U – величина напряжения в Вольтах
- R – сопротивление в Омах
Именно электрический ток, протекая через тело человека, представляет непосредственную угрозу для его жизни и здоровья, смертельной считается величина электрического тока более 100 миллиАмпер (0,1 Ампера) переменного тока и 300 мА (0,3 Ампера) постоянного.
Человеческое тело так же обладает электрическим сопротивлением, которое, в нормальных условиях, составляет 2 кОм – 2 МОм (при некоторых факторах, таких как загрязнение, увлажнение, повреждение кожи может быть значительно меньше), соответственно для поражения электрическим током к телу должно быть приложено напряжение достаточное для преодоления данного электрического сопротивления.
Пример: сварочный аппарат имеет выходные токи в сотни ампер которые позволяют расплавлять металл, прохождение таких токов через тело человека привело бы к его немедленной смерти и обугливанию живых тканей организма, однако при прикосновении к выходам сварочного аппарата этого не происходит, все дело в сверхнизком напряжении на его выходах которое не способно преодолеть сопротивление человеческого тела, но сварочный ток легко проходит через металл, т.к. он обладает низким сопротивлением (является проводником).
ВАЖНО! Следует отметить, что на тяжесть электротравмы, влияют следующие факторы: величина напряжения и величина проходящего через тело электрического тока (который, кроме напряжения, зависит так же от сопротивления тела и мощности источника питания), а так же продолжительность воздействия тока на организм.
В нормативных документах все меры защиты разделены на три группы:
- Меры защиты от прямого прикосновения (основная защита)
- Меры защиты при косвенном прикосновении (защита при повреждении)
- Меры защиты от прямого и косвенного прикосновений
Разберем, по какому принципу строится данная классификация.
Есть два варианта поражения человека или животного электрическим током:
Вариант 1 – Прямое прикосновение, т.е. непосредственный электрический контакт людей или животных с токоведущими частями, находящимися под напряжением (ПУЭ, п. 1.7.11.).
На рисунке видно, что при прикосновении к неизолированному проводу, находящемуся под напряжением, через тело человека начинает протекать ток.
Почему так происходит, ведь прикосновение произошло только к одному проводу цепи? Все дело в том, что все наши низковольтные сети 0,4/0,23кВ (380/220 Вольт) питаются от трансформаторов с так называемой глухозаземленной нейтралью, то есть нейтраль (нулевая точка) трансформатора непосредственно соединяется с землей (заземляется), что в свою очередь делает землю и соответственно все находящиеся с ней в контакте проводящие части, частью электрической цепи (условно — нулём), таким образом, между землёй и фазными проводниками возникает разница потенциалов (ΔU), соответственно прикосновение к фазному проводнику находящегося в электрическом контакте (непосредственно или через другие проводящие конструкции) с землёй человека приводит к поражению его электрическим током.
Меры, препятствующие непосредственному прикосновению к токоведущим частям называются мерами защиты от прямого прикосновения (согласно ПУЭ) или основной защитой (согласно ГОСТ Р 50571.3-2009).
Примером таких мер защиты является покрытие токоведущих частей основной изоляцией.
Вариант 2 – Косвенное прикосновение, т.е. электрический контакт людей или животных с открытыми проводящими частями, оказавшимися под напряжением при повреждении изоляции (ПУЭ, п.1.7.12.).
На рисунке выше приведен пример поражения человека электрическим током, при котором один из проводов, вследствие повреждения его изоляции, замкнул на металлический корпус электрического щита (который по определению является открытой проводящей частью), в результате чего на нем появился электрический потенциал. В этом случае поражение человека электрическим током происходит не непосредственно от токоведущей части, а от проводящей части, которая при нормальных условиях не должна находиться под напряжением, но оказалась под напряжением вследствие повреждения изоляции.
Такое прикосновение называется косвенным, а меры защиты от него мерами защиты при косвенном прикосновении (согласно ПУЭ) или защитой при повреждении (согласно ГОСТ Р 50571.3-2009).
Примером таких мер защиты является защитное заземление (защитное зануление) в сочетании с автоматическим отключением питания при повреждении.
Справочно: в обоих рассмотренных выше вариантах происходит одновременное прикосновение человека к части находящейся под напряжением (прямо или косвенно) с одной стороны и непосредственно к земле с другой, при этом следует учитывать, что угрозу поражения электрическим током может создать так же одновременное прикосновение и к другим проводящим частям (подробнее: части, доступные одновременному прикосновению).
Так же существуют меры защиты, обеспечивающие защиту от прямого и косвенного прикосновений одновременно, примером такой меры является применение сверхнизкого напряжения.
Меры защиты от прямого прикосновения приведены в главе 1.7 ПУЭ и в приложениях A и B ГОСТ Р 50571.3-2009, к ним относятся:
- основная изоляция токоведущих частей
Основная изоляция токоведущих частей должна покрывать токоведущие части и выдерживать все возможные воздействия, которым она может подвергаться в процессе ее эксплуатации. Удаление изоляции должно быть возможно только путем ее разрушения. Лакокрасочные покрытия не являются изоляцией, защищающей от поражения электрическим током, за исключением случаев, специально оговоренных техническими условиями на конкретные изделия. При выполнении изоляции во время монтажа она должна быть испытана в соответствии с требованиями гл. 1.8 . (ПУЭ, п.1.7.67.)
- ограждения и оболочки
Для примера приведем розетку и ее характеристики. Корпус розетки является оболочкой, которая препятствует непосредственному прикосновению к токоведущим частям розетки. Основным параметром определяющим уровень защиты оболочки является степень защиты.
Требования к ограждениям и оболочкам приведены в ПУЭ п. 1.7.68: и в пункте А.2 ГОСТ Р 50571.3-2009 (приведем требования согласно ГОСТ Р 50571.3-2009 так как там они изложены более расширено):
А.2.1 Токоведущие части должны располагаться в оболочках или за ограждениями, обеспечивающими степень защиты не менее IPXXB или IP2X, кроме случаев, когда большие зазоры (отверстия) необходимы для нормального функционирования оборудования согласно требованиям к оборудованию или если такие зазоры (отверстия) возникают во время перемещения частей оборудования (определенного вида патроны ламп или плавкие предохранители). В этих случаях:
— должны быть предприняты соответствующие меры предосторожности для предотвращения непреднамеренного прикосновения к токоведущим частям людей или домашнего скота;
— должны быть установлены предупреждающие надписи о том, что к токоведущим частям нельзя прикасаться через отверстие;
— отверстие должно быть небольшим, но достаточным для нормального функционирования и замены частей оборудования.
А.2.2 Поверхности ограждений или оболочек, являющиеся легко доступными, должны обеспечивать степень защиты не менее IPXXD или IP4X.
А.2.3 Ограждения и оболочки должны быть надежно закреплены и быть достаточно прочными и долговечными, чтобы сохранить требуемые степени защиты и соответствующее разделение от токоведущих частей в условиях нормального обслуживания, учитывая соответствующие внешние воздействия.
А.2.4 Если необходимо снять ограждения или вскрыть оболочки или их части, это должно быть возможно только:
- при помощи ключа или специального инструмента или
- после отключения питания для токоведущих частей, защищенных этими ограждениями или оболочками.
Восстановление питания должно быть возможным только после замены или закрытия ограждений или оболочек или
— если установлены промежуточные ограждения, обеспечивающие степень защиты не менее IPXXB или IP2X, которые могут быть сняты также только при применении ключа или специального инструмента.
А.2.5 Если позади ограждения или в оболочке установлены части оборудования, которое может сохранять опасные электрические заряды после отключения (например, конденсаторы и т. д.), то должна быть нанесена предупреждающая надпись. Малые конденсаторы, например, используемые для гашения дуги, задержки срабатывания реле и т. д., не считают опасными.
Примечание — Непреднамеренный контакт не является опасным, если напряжение в результате электростатических зарядов падает ниже 120 В постоянного тока в течение менее чем 5 с после отключения от источника питания.
- установка барьеров
Барьеры предназначены для защиты от случайного прикосновения к токоведущим частям в электроустановках напряжением до 1 кВ или приближения к ним на опасное расстояние в электроустановках напряжением выше 1 кВ, но не исключают преднамеренного прикосновения и приближения к токоведущим частям при обходе барьера. Для удаления барьеров не требуется применения ключа или инструмента, однако они должны быть закреплены так, чтобы их нельзя было снять непреднамеренно. Барьеры должны быть из изолирующего материала. (ПУЭ, п.1.7.69.)
- размещение вне зоны досягаемости
1.7.70. Размещение вне зоны досягаемости для защиты от прямого прикосновения к токоведущим частям в электроустановках напряжением до 1 кВ или приближения к ним на опасное расстояние в электроустановках напряжением выше 1 кВ может быть применено при невозможности выполнения мер, указанных в 1.7.68 (ограждения и оболочки) — 1.7.69 (установка барьеров), или их недостаточности. При этом расстояние между доступными одновременному прикосновению проводящими частями в электроустановках напряжением до 1 кВ должно быть не менее 2,5 м. Внутри зоны досягаемости не должно быть частей, имеющих разные потенциалы и доступных одновременному прикосновению.
В вертикальном направлении зона досягаемости в электроустановках напряжением до 1 кВ должна составлять 2,5 м от поверхности, на которой находятся люди:
Указанные размеры даны без учета применения вспомогательных средств (например, инструмента, лестниц, длинных предметов).
Примечание: Установка барьеров и размещение вне зоны досягаемости в качестве мер защиты допускается только в помещениях, доступных исключительно квалифицированному персоналу (ПУЭ, п.1.7.71). (Справочно: согласно ГОСТ Р 50571.3-2009 указанные меры могут применяться в электроустановках доступных для: квалифицированного или инструктированного персонала или лиц, находящихся под наблюдением квалифицированного или инструктированного персонала.)
В электроустановок напряжением до 1 кВ защита от прямого прикосновения может не выполняться при одновременном выполнении следующих условий (ПУЭ, п.1.7.72):
— эти помещения отчетливо обозначены, и доступ в них возможен только с помощью ключа;
— обеспечена возможность свободного выхода из помещения без ключа, даже если оно заперто на ключ снаружи;
— минимальные размеры проходов обслуживания соответствуют гл. 4.1 ПУЭ.
Для дополнительной защиты от прямого прикосновения в электроустановках напряжением до 1 кВ, при наличии требований других глав ПУЭ, следует применять устройства защитного отключения (УЗО) с номинальным отключающим дифференциальным током не более 30 мА. (ПУЭ, п.1.7.50.)
Примечание: В качестве устройств защитного отключения могут рассматриваться как обычные УЗО (выключатели дифференциального тока) так и дифференциальные автоматические выключатели.
О том, где необходима установка УЗО читайте здесь: «Где ставить УЗО?»
Защита от прямого прикосновения не требуется, если электрооборудование находится в зоне системы уравнивания потенциалов, а наибольшее рабочее напряжение не превышает 25 В переменного или 60 В постоянного тока в помещениях без повышенной опасности и 6 В переменного или 15 В постоянного тока — во всех случаях. (ПУЭ, п. 1.7.53.)
Защиту при косвенном прикосновении следует выполнять во всех случаях, если напряжение в электроустановке превышает 50 В переменного и 120 В постоянного тока.
В помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках выполнение защиты при косвенном прикосновении может потребоваться при более низких напряжениях, например, 25 В переменного и 60 В постоянного тока или 12 В переменного и 30 В постоянного тока при наличии требований соответствующих глав ПУЭ. (ПУЭ, п. 1.7.53.)
Для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения изоляции в электроустановках должны быть применены по отдельности или в сочетании следующие меры защиты при косвенном прикосновении:
- автоматическое отключение питания в сочетании с защитным заземлением (занулением) ;
Примечание:
- под термином «защитное зануление» в данной статье понимается преднамеренное соединение открытых проводящих частей с глухозаземленной нейтралью источника питания выполняемое в целях электробезопасности (в соответствии с п.1.7.31. ПУЭ);
- В правилах защитное заземление/зануление и автоматическое отключения питания перечислены как три отдельные меры защиты, но в рамках данной статьи они объединены, т.к., как правило, заземление/зануление применяется только в сочетании с автоматическим отключением питания;
- Защитное автоматическое отключение питания является самой широко применяемой мерой защиты при косвенном прикосновении.
Суть данной меры защиты заключается в автоматическом отключении устройством защиты питания цепи в которой, в следствие повреждения изоляции, произошло замыкание на доступные прикосновению проводящие части электрооборудования или защитный проводник, для чего все открытые проводящие части, которые таким образом могут оказаться под напряжением, должны быть присоединены к глухозаземленной нейтрали источника питания (т.е. занулены) в системе TN и заземлены в системах IT и ТТ.
Подробнее читайте статью: «Защитное автоматическое отключение питания»
Примечание: электрооборудование, в котором в качестве меры защиты при повреждении предусмотрено заземление (зануление) его открытых проводящих частей называется электрооборудованием I класса.
- двойная или усиленная изоляция;
Двойная изоляция подразумевает помимо основной изоляции (обеспечивающей основную защиту) наличие дополнительной изоляции, которая и обеспечивает защиту при повреждении основной изоляции.
Защита при помощи двойной или усиленной изоляции может быть обеспечена применением электрооборудования класса II или заключением электрооборудования, имеющего только основную изоляцию токоведущих частей, в изолирующую оболочку. Как правило, электрооборудование класса II имеет пластиковый корпус.
ВАЖНО! Проводящие части оборудования с двойной изоляцией не должны быть присоединены к защитному проводнику и к системе уравнивания потенциалов (см. ниже). (ПУЭ, п.1.7.84.)
Усиленная изоляция – это улучшенная основная изоляция, обеспечивающая такую же степень защиты от поражения электрическим током, как и двойная изоляция.
- уравнивание потенциалов;
Уравнивание потенциалов заключается в соединении всех проводящих частей в электроустановке (в здании) с целью исключения возникновения на них разницы потенциалов. Совокупность соединений проводящих частей, обеспечивающих уравнивание потенциалов между ними, называется системой уравнивания потенциалов.
Система уравнивания потенциалов должна выполняться в каждом здании.
Подробнее читайте здесь: «Система уравнивания потенциалов»
- выравнивание потенциалов;
Выравнивание потенциалов – это снижение разности потенциалов (шагового напряжения) на поверхности земли или пола при помощи защитных проводников, проложенных в земле, в полу или на их поверхности и присоединенных к заземляющему устройству, или путем применения специальных покрытий земли.
Выравнивание потенциалов в частности необходимо выполнять в зданиях (помещениях) для содержания сельскохозяйственных животных в виду особой чувствительности последних к электрическому току, ведь даже относительно безопасное напряжение для человека может привести к гибели животных.
- защитное электрическое разделение цепей;
Данная мера защиты подразумевает подключение защищаемой цепи от разделительного трансформатора который обеспечивает гальваническую развязку, то есть электрическое отделение вторичной цепи от первичной. Отделенная таким образом цепь не имеет (не должна иметь) связи с землей, защитными, нейтральными и другими проводниками прочих цепей, таким образом, в случае косвенного прикосновения исключено образование замкнутой цепи (исключено условие поражения электрическим током №1 описанное в разделе 2 данной статьи) и как следствие исключается возможность поражения электрическим током.
Примечание: Наибольшее рабочее напряжение отделяемой цепи не должно превышать 500 В. (ПУЭ, п.1.7.85.)
- изолирующие (непроводящие) помещения, зоны, площадки.
Изолирующие (непроводящие) помещения, зоны, площадки должны исключать возможность одновременного прикосновения к открытым и сторонним проводящим частям (т.е. исключается условие поражения электрическим током №1 описанное в разделе 2 данной статьи). Полы и стены в таких помещениях изолированы от земли, открытые и сторонние проводящие части удалены друг от друга на расстояние исключающее возможность одновременного прикосновения к ним либо покрыты изоляцией или отделены друг от друга барьерами.
Защита посредством применения изолирующих (непроводящих) помещений, зон и площадок может быть применена в электроустановках напряжением до 1 кВ, когда требования к автоматическому отключению питания не могут быть выполнены, а применение других защитных мер невозможно либо нецелесообразно. (ПУЭ, п.1.7.86.)
В качестве меры защиты обеспечивающей одновременно основную защиту и защиту при повреждении согласно пункту 1.7.73 ПУЭ может применяться сверхнизкое (малое) напряжение (СНН) в сочетании с защитным электрическим разделением цепей (так называемая система БСНН) или в сочетании с автоматическим отключением питания (система ЗСНН).
При этом в обоих случаях питание цепей СНН должно осуществляться от разделительного трансформатора или другого источника, обеспечивающего равноценную степень безопасности.
Справочно: разделительный трансформатор предназначенный для питания цепей сверхнизким напряжением называется безопасным разделительным трансформатором.
При применении СНН в сочетании с электрическим разделением цепей (БСНН) открытые проводящие части не должны быть преднамеренно присоединены к заземлителю, защитным проводникам или открытым проводящим частям других цепей и к сторонним проводящим частям, кроме случая, когда соединение сторонних проводящих частей с электрооборудованием необходимо, а напряжение на этих частях не может превысить значение СНН.
При применении СНН в сочетании с автоматическим отключением питания один из выводов источника СНН и его корпус должны быть присоединены к защитному проводнику цепи, питающей источник.
(ПУЭ, п.1.7.74)
Примечание: Открытые проводящие части оборудования, питаемого цепями ЗСНН, так же могут быть заземлены. (ГОСТ Р 50571.3-2009, п.414.4.1)
При значениях СНН выше 25 В переменного или 60 В постоянного тока должна быть также выполнена защита от прямого прикосновения при помощи ограждений или оболочек или изоляции, соответствующей испытательному напряжению 500 В переменного тока в течение 1 мин. (ПУЭ, п.1.7.73)
Меры защиты от поражения электрическим током должны быть предусмотрены в электроустановке или ее части либо применены к отдельным электроприемникам и могут быть реализованы при изготовлении электрооборудования, либо в процессе монтажа электроустановки, либо в обоих случаях.
Меры защиты могут быть применены как отдельно, так и в сочетании друг с другом, при этом применение двух и более мер защиты в электроустановке не должно оказывать взаимного влияния, снижающего эффективность каждой из них. (ПУЭ, п.1.7.52.)
Все применяемые в электроустановке меры защиты должны реализовывать основное правило защиты от поражения электрическим током, согласно которому опасные токоведущие части должны быть недоступными, а доступные проводящие части должны быть безопасными в нормальных условиях и при наличии повреждения. (ПУЭ, п.1.7.49, ГОСТ Р 50571.3-2009, введение)
Автор статьи: Дмитрий Комлев
Показать всех авторов сайтаБыла ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в комментариях!
Не нашли на сайте ответа на интересующий Вас вопрос? Задайте его на форуме! Наши специалисты обязательно Вам ответят.