CC BY
12
УДК 621.315.1.056
DOI 10.18635/2071-2219-2016-2-5-9
Оценка эффективности защитного комплекта при работе под наведенным напряжением
А. Ф. Монахов,
Московский энергетический институт, кандидат технических наук, доцент
Е. А. Дегтяренко,
Московский энергетический институт, инженер кафедры инженерной экологии и охраны труда
Д. Б. Данилов,
АО «Грасис», руководитель отдела проектирования
Авторами оценена эффективность применения экранирующего комплекта, предназначенного для защиты от электрических полей в качестве шунтирующей цепи для обеспечения безопасности персонала при работе под наведенным напряжением. Анализ эквивалентной схемы защитного комплекта (шунтирующего костюма) показывает, что для снижения тока через человека до допустимого уровня следует обеспечить не только протекание шунтируемых токов через токопроводящие перчатки, одежду и обувь, но и сопротивление изоляции этих элементов относительно тела человека.
Ключевые слова: энергобезопасность, наведенное напряжение, защитный комплект, изоляция.
Для обеспечения безопасности при работе под наведенным напряжением в новых Правилах по охране труда при эксплуатации электроустановок [1] указывается на необходимость применения защитных комплектов в тех случаях, когда работа проводится под наведенным напряжением, превышающем 25 В (п. 38.44, п. 38.45). По существу, предлагается использовать экранирующий комплект, выполненный из токопроводящих материалов и предназначенный для защиты от низкочастотного электрического поля в качестве шунтирующей цепи, ограничивающей протекание токов через тело человека.
Термин «шунтирующий комплект» подразумевает экранирующий комплект с расширенными функциями шунтирования токов, возникающих при работе под наведенным напряжением. Существенным различием задач, решаемых при использовании экранирующего и шунтирующего комплектов, является то, что экранирующий комплект должен обеспечивать стекание токов смещения порядка 10-200 мА, обусловленных электрическим полем, в то время как шунтирующий комплект должен обеспечивать протекание токов в десятки ампер при прикосновении к проводникам, находящимся под наведенным напряжением.
В описании шунтирующего комплекта, представленного производителем [2, 3] и разработчиками [4, 5], приводятся конструктивные и технологические решения, реализованные при разработке электропроводящей одежды, и основные характеристики комплекта. Сопротивление электропроводящей одежды (подразумевается часть комплекта без обуви и каски)составляет:
- по информационным материалам производителя 10 Ом [2, 3];
- по материалам публикаций [4, 5] 0,2 Ом.
Как показано далее, это различие существенно отражается на ожидаемых величинах токов через тело человека.
Другая проблема связана с выделением теплоты: если вопрос обеспечения стойкости электропроводящей ткани к тепловому воздействию разработчиками решен, то о максимальной температуре комплекта при протекании заявленных шунтируемых токов в информационных материалах производителя не сообщается.
Остается открытым и вопрос о сопротивлении изоляции в цепи протекания тока через человека [6] - это сопротивление изоляции перчаток, обуви и токопроводящей одежды относительно тела человека. Можно предположить, что если токопро-водящий костюм будет надет без изолирующей подкладки, то величины допустимых токов не будут обеспечены. Сопротивление тела человека существенно зависит от площади контакта с проводниками [7, 8]. Часть тока, протекающего через электропроводящий слой одежды через точки контакта с хлопчатобумажной тканью, будет протекать и через человека; величина этого тока возрастает с усилением потоотделения и, соответственно, снижением сопротивления изолирующих слоев одежды при повышении температуры внешней среды, а также при нагреве костюма шунтируемыми токами.
В связи с этим возникают следующие вопросы:
1. При каких шунтируемых токах и напряжениях, приложенных к защитному комплекту, обеспечивается электробезопасность?
2. Какому уровню должно соответствовать сопротивление изоляции комплекта относительно тела человека исходя из значений допустимого тока?
эмшштшшшттшмшжтшшшт
3. Обеспечивается ли безопасность для характерных при работе под наведенным напряжением путей протекания тока через человека («рука -ноги», «рука - рука», «рука - часть тела, касающаяся заземленных конструкций»)?
4. Является ли защитный комплект основным или дополнительным электрозащитным средством согласно классификации, приведенной в [10] для изолирующих электрозащитных средств?
5. Следует ли контролировать характеристики комплекта, связанные с защитой от электрических полей, если защитные комплекты не используются при работе в зоне воздействия электрического поля 5 кВ/м и выше?
Допустимые напряжения прикосновения и токи, протекающие через человека
Исходя из положений ГОСТа [9] можно сделать следующие рекомендации по характеристикам шунтирующего комплекта. При длительном протекании тока в течение 5-10 мин при повышенной температуре и влажности ток через человека не должен превышать допустимого значения, равного 0,1 мА, то есть должен быть ниже ощутимого тока. При возникновении опасных ситуаций, когда человек может освободиться от действия тока в пределах 5 с, например отдернуть руки, ток через человека не должен превышать 6 мА, то есть должен быть ниже порога неотпускающего тока. При режимах короткого замыкания, замыкания на землю в сетях 110 кВ и выше, при минимальном времени срабатывания релейной защиты в пределах 0,1 с допустимый ток составляет 500 мА. Если же отключение происходит за максимальное время в 5 с, то допустимый ток уже будет равным 6 мА.
Выбор допустимого тока обусловлен назначением шунтирующего комплекта. Если комплект применяется для длительной работы на проводниках под наведенным напряжением, то он должен проектироваться исходя из значения допустимого тока, равного 0,1 мА. Если же комплект предназначен для кратковременного контакта с проводником под наведенным напряжением, например при установке переносных заземлений, закрепления тяговых канатов и т. п., то изоляция должна проектироваться исходя из допустимого тока 6 мА. Проектировать изоляцию из расчета времени отключения 0,1 с и меньше - некорректно, поскольку такое время отключения не может быть обеспечено, в особенности в сетях с изолированной нейтралью напряжением 35 кВ и ниже. Исходя из основного назначения шунтирующего комплекта - обеспечение безопасности в аварийных ситуациях, следует использовать при расчете характеристик комплекта значение допустимого тока, равное 6 мА.
Эквивалентная схема шунтирующего комплекта
Для оценки защитных свойств шунтирующего комплекта примем за основу эквивалентную схему (рис. 1), приведенную в [4, 5].
А
В йоб(йпер!
Рис. 1. Эквивалентная схема для цепи протекания
шунтируемого тока по пути «рука — ноги» (в скобках указаны сопротивления пути протекания «рука — рука»)
Напряжение, приложенное к схеме, определяется напряжением между проводником под наведенным напряжением (на рис. 1 - ПНН) и заземленной проводящей частью (ЗПЧ). Схема состоит из двух цепей - цепи шунтирования и цепи протекания тока через человека. Цепь шунтирования включает сопротивление перчаток (Япер), одежды Яод) и обуви Яоб). Цепь протекания тока через человека включает сопротивление изоляции токопроводящих перчаток (Яиз пер) относительно рук человека, сопротивление тела человека (Я^), сопротивление изоляции токопроводящей обуви (Яиз об) относительно ног человека.
Рассмотрим более подробно сопротивления эквивалентной схемы.
Сопротивление одежды Яод, то есть сопротивление комплекта без учета сопротивлений токопрово-дящих перчаток и обуви, обусловлено сопротивлением электропроводящей ткани куртки, полукомбинезона и соединительных элементов (ЭПКВ -электропроводящие контактные выводы) [11]. Электропроводящая одежда должна обеспечивать протекание значительно большей части шунтируемого тока, минуя сопротивление цепи человека.
Сопротивление перчаток Япер обусловлено сопротивлением электропроводящей ткани перчаток и в значительной степени зависит от их износа.
Сопротивление обуви Яоб определяется токопро-водящими элементами. Поскольку основой для защитного комплекта послужил комплект для защиты от электрического поля, который должен обеспечивать стекание токов смещения, то согласно [11], сопротивление обуви должно быть не более 4 кОм.
Сопротивление изоляции перчаток Яиз пер и обуви Яиз об может значительно ограничивать ту часть шунтируемого тока, которая попадает через токопроводящие перчатки, одежду и обувь шунтирующего комплекта. Применительно к шунтирующему комплекту сопротивление изоляции его отдельных частей обусловливается внутренним слоем перчаток, внутренним слоем обуви, сопротивлением внутреннего гигиенического слоя одежды, то есть сопротивлением хлопчатобумажной ткани. При воздействии влаги (сырость, пот) сопротивление внутреннего слоя значительно снижается. Электрическое сопротивление хлопчатобумажной ткани при площади электрода 100 см2
6
составляет, согласно [8], для сухой ткани 10-15 кОм, для влажной 0,5-1 кОм. При наличии сырости или потоотделения сопротивление внутреннего слоя обуви не превышает 0,5 кОм.
Сопротивление тела человека зависит от многих факторов (температуры и влажности воздуха, продолжительности воздействия тока, напряжения, площади контакта и др.). При ожидаемых напряжениях прикосновения более 50 В принимают сопротивление тела человека равным 1 кОм [7, 9].
Исходные данные для расчета эквивалентной схемы приведены в табл. 1.
Уменьшить эти токи до допустимого значения в 6 мА можно либо при уменьшении сопротивления одежды, либо при увеличении сопротивления изоляции перчаток, либо при ограничении предполагаемого уровня шунтируемого тока.
Для значения допустимого тока 6 мА, протекающего по пути «рука - рука», из формулы (2) получаем, что сопротивление внутреннего слоя перчаток при шунтируемом токе 35 А и сопротивлении одежды 10 Ом должно быть не менее 28,7 кОм.
(2)
Таблица 1
Сопротивления проводящих и изолирующих элементов шунтирующего комплекта
Характеристики эквивалентной схемы Нормативно-технические документы [11, 12]
Публикации [4, 5] Нормативно-технические документы [11, 12] Информационные материалы производителя [2, 3]
Сопротивление одежды, Ом 0,2 10 10
Сопротивление перчаток, Ом 30 30 30
Сопротивление обуви, кОм 2 4 4
Сопротивление изоляции перчаток, кОм 10 Не нормируется Не приведено
Сопротивление изоляции обуви, кОм 10 Не нормируется Не приведено
Шунтируемый ток, А 100 Не нормируется 100 А / 25 с [2]; 35 А / 90 с [2]; 30 А [3]
Из табл. 1 видно, что сопротивления отдельных элементов схемы, взятых из разных источников, могут значительно различаться. Значение шунтируемого тока через шунтирующий комплект не нормируется.
Анализ различных видов прикосновений при работе под наведенным напряжением
Возможны следующие варианты прикосновений и, соответственно, пути протекания тока по цепи через человека и по шунтирующей цепи.
1. «Рука - рука» (шунтирующая цепь «перчатка - перчатка»), рис. 1. Пример: прикосновение к проводу с одной стороны и металлическим частям опоры или заземленным частям механизмов и оборудования - с другой. Ток через человека (¡ь) в этом случае, исходя из эквивалентной схемы (рис. 1), будет равен:
(1)
При шунтируемом токе ¡ш = 35 А и сопротивлении одежды 10 Ом, ток через человека составит:
17 мА при сопротивлении внутреннего (например, хлопчатобумажного) слоя перчаток, равного 10 кОм;
350 мА при влажных перчатках, если принять сопротивление изоляции перчаток равным нулю.
Если же сопротивление одежды снизить до значений, указанных в [4, 5], то есть до 0,2 Ом, то шунтируемый ток уже достигнет 100 А. Однако нормативные документы [11, 12] и информационные материалы [2, 3] регламентируют сопротивление одежды на уровне 10 Ом.
2. «Рука (руки) - часть тела человека, контактирующая с шунтирующей одеждой» (шунтирующая цепь «перчатка - внешний слой одежды»). Пример: касание металлических частей опоры воздушной линии, заземленного оборудования и т. п. (рис. 2).
ПНН
А В с 3
с 5
ЗПЧ
Рис. 2. Эквивалентная схема для цепи протекания шунтируемого тока «рука — элемент одежды»
Отметим, что одежда защитного комплекта состоит из трех слоев [2, 3]:
- внутреннего (гигиенического) слоя из хлопчатобумажной ткани;
из пер
из од
- среднего слоя из электропроводящей ткани;
- внешнего слоя из ткани общего назначения.
В качестве примера рассмотрим прикосновение человека рукой в перчатке к проводу и коленом к заземленной металлической части опоры. В этом случае ток через человека будет обусловлен, как и при прикосновении «рука - рука», сопротивлениями изоляции внутреннего слоя перчатки и внутреннего слоя одежды (Яиз од). Кроме того, шунтируемый ток уменьшится за счет сопротивления внешнего слоя одежды (КВнеш).
Однако ни сопротивление внутреннего (гигиенического) слоя одежды, ни сопротивление внешнего слоя (ткани общего назначения) не нормируется. Существенная чувствительность внутреннего слоя одежды к влаге не позволяет гарантировать протекание через человека токов в пределах допустимого. Так, при равенстве нулю сопротивления изоляции перчаток и одежды, а также сопротивления изоляции внешнего слоя одежды ожидаемый ток через человека (350 мА) намного превышает допустимое значение (6 мА).
3. «Рука (руки) - ноги» (шунтирующая цепь «перчатки - обувь»), рис. 1.
В защитном комплекте используют электропроводящую обувь с кожаным верхом, имеющую сопротивление не более 4 кОм [3]. Чем меньше сопротивление обуви, тем меньше сопротивление шунтирующей цепи. В то же время применительно к работам под наведенным напряжением сопротивление изоляции обуви следует увеличивать, чтобы ток через человека не превышал допустимого. При работе с земли сопротивление изоляции обуви может значительно уменьшаться за счет намокания обуви, усиленного потоотделения и других факторов.
Сопротивление изоляции обуви и перчаток при шунтируемом токе 100 А и сопротивлении одежды 0,2 Ом должно составлять не менее 1,2 кОм; для тока 35 А и сопротивления одежды 10 Ом - не менее 28,7 кОм.
Из проведенных расчетов следует, что основными параметрами шунтирующего комплекта, влияющими на ток через тело человека, являются:
- сопротивление токопроводящей одежды (чем ниже данное сопротивление, тем меньшая часть наведенного напряжения будет приложена к цепи протекания тока через человека);
- сопротивление изоляции токопроводящих перчаток, обуви и одежды (чем оно выше, тем меньшая часть наведенного напряжения будет приложена к телу человека).
Исходя из анализа защитных свойств шунтирующего комплекта с целью его применения для работ под наведенным напряжением, можно рекомендовать следующее.
1. Работы производить только на заземленных проводниках, то есть проводники должны быть заземлены в распредустройствах и (или) на месте проведения работ.
2. Шунтируемый ток при сопротивлении одежды, равном 10 Ом, и сопротивлении изоляции перчаток, обуви и токопроводящей одежды относительно тела человека, равном 28,7 кОм, не должен превышать 35 А. При технически достижимом уровне сопротивления одежды менее 10 Ом сопротивление изоляции тела человека относительно токопроводящих перчаток, одежды и обуви может быть снижено.
3. Областью применения шунтирующего комплекта являются рабочие места с одновременным воздействием двух факторов - электрического поля с напряженностью выше 5 кВ/м и наведенного напряжения, превышающего 25 В.
Проведенная оценка характеристик шунтирующего комплекта носит рекомендательный характер, и, безусловно, требования к нему должны быть согласованы с энергопредприятиями, проводящими ремонтные работы в условиях действия наведенного напряжения. Кроме того, необходимо разработать методику испытания шунтирующих комплектов на максимальные шунтируемые ток и напряжение, а также методику измерения сопротивления изоляции токопроводящих элементов комплекта (перчаток, одежды и обуви) относительно тела человека.
Литература
1. Правила по охране труда при эксплуатации электроустановок. - М.: ЭНАС, 2014. - 168 с.
2. Защита от электрических полей и наведенного напряжения: Информационные материалы. - ПО Энергоформ, 2012-2014. - 12 с.
3. Руководство по эксплуатации индивидуального защитного комплекта Эп-4(0) «Тесла». - ПО Энергоформ, 2014. - 13 с.
4. Воробьев А. Ю., Отморский С. Г., Смекалов В. В., Горожакина Е. Н., Сосунов Н. Н., Большунов А. М. Экранирующие комплекты Эп-4(0): новый подход к защите от наведенного напряжения / / Электрические станции. - 2011. - № 3. - С. 42-46.
5. Воробьев А. Ю., Отморский С. Г., Смекалов В. В. К вопросу защиты от наведенного напряжения / / Энергетик. - 2012. - № 3. - С. 5-10.
6. Монахов А. Ф. Защитные меры электробезопасности в электроустановках. - М.: Энергосервис, 2008. -152 с.
7. Долин П. А. Основы техники безопасности в электроустановках. - М.: Знак, 2003. - 440 с.
8. Манойлов В. Е. Основы электробезопасности. - Л.: Энергия, 1976. - 344 с.
9. ГОСТ 12.1.038-82. Предельно допустимые значения напряжения прикосновения и токов.
10. Инструкция по применению и испытанию средств защиты, используемых в электроустановках. - М.: Электроком, 2003. - 107 с.
11. ГОСТ 12.4.172-87. Система стандартов безопасности труда. Комплект индивидуальный экранирующий для защиты от электрических полей промышленной частоты. Общие технические требования и методы контроля.
12. ТР ТС 019/2011. Технический регламент таможенного союза «О безопасности средств индивидуальной защиты».
Electrical protective clothing efficiency assessment for working under inducted voltage
A. F. Monakhov,
Moscow Power Engineering Institute, PhD, associate professor
E. A. Degtyarenko,
Moscow Power Engineering Institute, engineer
D. B. Danilov,
Grasis JSC, Head of the Engineering department
Electrical protective clothing should be selected based upon task and hazard/risk category. In this paper, the authors analyze application of electrical protective suits for working under inducted voltage. An electrical schematic diagram related to an electrical protective suit reflects necessity of an appropriate level of insulation resistance in protective gloves, suit, and boots in order to decrease current conduction to and through the human body. The authors also suggest some critical values for current, voltage, and insulation resistance should be controlled.
Keywords: energy safety, inducted voltage, electrical protective suit, insulation.
