По существующим оценкам в США каждый день происходят от 10 до 15 серьезных вспышек электрической дуги, которые приводят к ожоговым травмам, требующим лечения в специальных ожоговых центрах. Поэтому неудивительно, что продолжает расти осознание опасностей, связанных с электрической дугой. Беспокойство по поводу безопасности в случае вспышки электрической дуги приводит к применению контролерами высоковольтных распределительных устройств новых методов работы. Статья описывает влияние новых методов обеспечения безопасности, включая инфракрасные окна и средства индивидуальной защиты, на проведение тепловизионного (термографического) осмотра.
Электрическая дуга по своей сути представляет молнию (разряд), возникающую вокруг находящегося под напряжением электрического оборудования. Вспышка может возникать спонтанно и часто к ней приводит простое движение воздуха при открывании корпуса электрического оборудования. Национальная ассоциация противопожарной защиты (NFPA) признает значительную опасность электрической дуги и старается защитить работников. Для этого был внедрен стандарт NFPA 70E (Стандарт безопасности сотрудников на рабочем месте).
Любой, кто работал около находящегося под напряжением электрического оборудования, знаком с электрической дугой, причем большинство не понаслышке. Но что касается отношения к подобным инцидентам, то можно провести аналогию с автомобильной аварией – никто не думает, что с ним такое может произойти, поэтому управляет автомобилем со значительно меньшей осторожностью, чем следовало бы.
То же можно сказать и об электрической дуге, только с худшими последствиями. Если возвращаться к приведенной выше аналогии с управлением автомобилем, вы можете совершить ошибку сами или можете делать все правильно, но кто-то врежется в вас.
Так что же такое электрическая дуга? Это электрический ток, протекающий в виде дуги вне своего нормального пути, когда воздух становится проводником высокой тепловой энергии (более 5000 градусов Цельсия); при этом генерируется высокопроводящая плазма. Дуговая вспышка будет проводить всю имеющуюся энергию, вызывая взрывообразное объемное расширение газов, которое способно выбивать дверцы электрических систем и, потенциально, создавать разлетающиеся осколки.
Каковы причины вспышки электрической дуги? Вспышка возникает, когда мгновенно перекрываются зазор между проводниками или проводниками и землей. При этом всегда имеется запускающее такую вспышку событие, почти всегда связанное с вмешательством человека.
Причины возникновения электрической дуги
Типовыми причинами и способствующими факторами вспышек электрической дуги являются:
- случайный контакт с находящимися под напряжением деталями;
- не отвечающие требованиям нормы короткого замыкания;
- трекинг по поверхностям изоляции;
- падение инструментов на находящиеся под напряжением компоненты;
- ошибки подключения проводов;
- загрязнение, например, пыль на поверхности изоляции;
- коррозия деталей и контактов оборудования;
- неправильные рабочие процедуры.
Освобождение пострадавшего от действия электрического тока
Подавляющее большинство дуговых разрядов происходит, когда открыта или открывается дверца корпуса оборудования.
Автором стандарта NFPA 70, также известного как Национальный электротехнический кодекс (NEC), является Национальная ассоциация противопожарной защиты. NEC представляет собой стандарт конструирования, монтажа и проверки электрического оборудования и систем. В нем не рассматриваются конкретно такие вещи, как обслуживание электрического оборудования и безопасная работа на нем. Для обеспечения безопасности работы около находящегося под напряжением электрооборудования было необходимо общенациональное соглашение. NFPA 70 E является стандартом обеспечения безопасного проведения электротехнических работ.
В стандарте NFPA 70 E рассматриваются конкретные темы, связанные с безопасными методами работы, безопасностью технического обслуживания и требованиями к безопасности для специального оборудования. Некоторые из них относятся к термографии, которая будет рассмотрена ниже. Стандарт NFPA 70 рекомендует перед началом работы на электрооборудовании проводить анализ опасностей и рисков. Ядро анализа базируется на границах поражения электрическим током и вспышки электрической дуги и должно выполняться квалифицированным инженером-электриком.
Опасности электрической дуги
При изучении электрических опасностей наибольший риск возникает при появлении электрической дуги. Вспышка дуги возникает, когда электрический разряд, перемещается из одной области по воздуху к земле или другому месту.
Причины электрической дуги
Исправная машина минимизирует риск возникновения дуговой вспышки. Однако есть много вещей, которые могут привести к дуге. Понимание наиболее распространенные причины электрической дуги могут дать представление о том, как её предотвратить.
Пыль. Пыльные участки могут обеспечить путь к низкому сопротивлению электричеству. Когда пыль густая в воздухе, риск возникновения дуги значительно возрастает. Устранение пыли (включая опилки) очень важно для обеспечения электробезопасности.
Выпавшие предметы — при работе в электрической системе кто-то может вынуть инструмент или другой предмет на оборудование. Это может создать альтернативный путь для электричества, который может привести к дуговой вспышке. Это особенно опасно, если инструмент может проколоть, вырезать или иным образом повредить высоковольтную проводку.
Люди, входящие в контакт с оборудованием — при выполнении работ по чистке, техническому обслуживанию, ремонту или другим задачам важно обеспечить, чтобы никто не контактировал с электрическими проводами или другими компонентами.
Конденсация. Когда в воздухе имеется большая влажность, конденсация может образовываться на электрооборудовании и вокруг него. Вода может проводить электричество, которое может создать путь низкого сопротивления, что приведет к дуговой вспышке.
Утечки воды. Подобно проблеме конденсации, если вода вытекает из трубы над электрической машиной, она может вызвать дуговую вспышку.
Коррозия. Коррозия на проводах или других частях машины может привести может вызвать открытие защитных покрытий, в которых содержится электричество.
Разрушение изоляции. Если провода перемещены, согнуты, на них наступили, это может привести к их разрыву.
Неправильная установка. Если электрооборудование установлено неправильно, существует повышенный риск широкого спектра проблем, в том числе дуговой вспышки.
СИЗ для электробезопасности
Одна вещь, которую люди должны оставаться в безопасности от электричества (дуговая вспышка или нет), — это средства индивидуальной защиты. Любой сотрудник, который работает с электрооборудованием, должен быть обязан носить надлежащие СИЗ. Конкретный тип необходимого СИЗ будет зависеть от ряда факторов, включая риск травмирования, уровни напряжения электричества и близость к опасности.
В некоторых случаях достаточно просто носить не проводящие перчатки. В областях, где существует более высокий уровень опасности, может понадобится носить костюм для всего тела, кожаную обувь, средства защиты глаз и многое другое. Купить костюм для защиты от термических рисков электрической дуги можно здесь http://legio.ua. Изучение различных видов средств индивидуальной защиты для электробезопасности является важной частью всех программ безопасности на объектах, где используется электрооборудование.
Наличие личного защитного снаряжения для сотрудников — отличное начало. В дополнение к тому, чтобы оно было доступно, работодатели должны сделать обязательным, чтобы сотрудники использовали его надлежащим образом во многих ситуациях.
ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ НА ЧЕЛОВЕКА. ЗАЩИТА ОТ ТЕРМИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ
Как уже отмечалось выше, особое место среди многообразия производственных факторов, приводящих к травматизму, в том числе со смертельным исходом, занимает электрический ток, который представляет собой скрытый тип опасности, так как наличие его в токо- и нетоковедущих частях электроустановок без специальных средств контроля определить трудно или невозможно.
С появлением промышленного электричества и первых электроустановок при выполнении оперативных переключений специалист оказывался один на один со смертельной опасностью, так как существовавшая в то время спецодежда как средство индивидуальной защиты (СИЗ) не выдерживала электрического разряда, а такого понятия, как «защита от электрической дуги», вообще не существовало.
Являясь одним из видимых проявлений электрического тока, как правило, не санкционированных и нежелательных, электрическая дуга сопровождается мощным световым излучением, опасным для зрения, даже на значительном расстоянии.
Энергия дуги такова, что металл, находящийся в зоне действия дуги, превращается в пар, конденсируясь затем на поверхности удаленных от дуги предметов. Шумовой эффект при возникновении дуги подобен взрыву. В канале дуги происходит ионизация молекул воздуха, а температура плазмы может достичь 15 000 °С.
Несмотря на то что при возникновении электродугового разряда срабатывает защитная автоматика, за то ничтожно малое время, которое требуется для ее активации, выделяется огромное количество энергии, вполне достаточное для поражения персонала, находящегося вблизи установки.
Точно указать границы зоны, за пределами которой нет риска получения ожогов при возникновении дуги, не представляется возможным. При этом необходимо учитывать то обстоятельство, что по роду своей профессиональной деятельности многим работникам электроэнергетики приходится по нескольку раз в день находиться в зоне риска возникновения дуги. Следовательно, одной из главных задач обеспечения безопасности человека является снижение риска поражения его электрической дугой.
Как правило, это можно осуществить минимизацией значения и длительности тока электродугового процесса с помощью защитной автоматики и использованием средств индивидуальной защиты (СИЗ) (комплекта специальной одежды, обуви и др.).
Как уже было отмечено, воздействие электрической дуги характеризуется мощными поражающими эффектами. Возникновение разряда сопровождается мгновенным разогревом воздушной массы в зоне действия дуги до 7000—10 000 °С, а иногда и выше (до 15 000 °С). По сути, происходит взрыв, сопровождающийся мощным импульсным шумом, образованием аэрозолей, расплавлением и испарением металла, яркой вспышкой и резким повышением температуры окружающей среды.
Действие перечисленных факторов на человека приводит к получению травм, прежде всего ожоговых, зачастую не совместимых с жизнью.
Не все тепловые электроны и ионы (материалов электродов и атмосферных газов) удерживаются в канале электрической дуги, и именно они представляют особую опасность, так как являются источником мощного, ударного и теплового воздействия на окружающую среду и при достижении кожного покрова тела человека вызывают ожоговые травмы.
Наиболее опасен «самопроизвольный» электродуговой разряд в системах генерации и распределения электроэнергии.
Дело в том, что основным изолятором между проводниками и контактами служит воздух. В штатном режиме газовой прослойки вполне достаточно. Но в аварийных ситуациях, вследствие перенапряжений сети или, например, из-за соприкосновения с посторонним предметом, а это значит сокращение или исчезновение воздушной прослойки, возможен искровой пробой.
Уместно напомнить, что тяжесть ожога зависит от глубины поражения тканей тела и размера пораженной поверхности. Значительное влияние на степень поражения оказывают возраст и состояние здоровья пострадавшего, а также загрязнение пораженного участка тела агентом ожога, например горячим токсичным веществом и др.
Существуют различные классификации, по которым дифференцируют степени ожога. Некоторые классификации предусматривают три степени, другие — четыре.
При ожогах первой степени наблюдаются покраснение кожи и опухание пораженного места. Боль может быть сильной, но без некроза тканей или образования пузырей. Вскоре боль уменьшается, и в течение нескольких дней происходит заживление раны без образования рубцов.
При ожогах второй степени поражается только эпидермис, наблюдаются некоторое разрушение тканей и образование пузырей. Затем кожа подсыхает и, регенерируясь, заживает.
Ожоги третьей степени связаны с полным разрушением эпидермиса, а также некрозом волосяных мешочков и потовых желез. Могут появляться большие пузыри или коричнево-черные струпья. Нередко возникают осложнения, поэтому может возникнуть необходимость пересадки кожи.
При ожогах четвертой степени поражение может захватывать зоны, находящиеся под подкожным жиром: повреждаются мышцы, кости и даже полностью органы. По некоторым классификациям, третья и четвертая степени объединяются в одну категорию.
Размер обожженной поверхности принято выражать в процентах от площади поверхности всего тела. Для определения этой величины поверхность тела мысленно разделяют на части, в каждую из которых входит определенный процент кожного покрова, например голова 9 %, верхние конечности по 9 % каждая, передняя и задняя части туловища по 18 %, нижние конечности также по 18 % и др.
Степень ожога зависит от температуры, до которой нагревается поверхность тела под воздействием теплового потока, создаваемого излучением электрической дуги или связанного с высокой температурой окружающей среды.
До некоторого предела защитные механизмы человеческого организма препятствуют повышению температуры поверхности тела. Однако с увеличением потока энергии терморегулирование нарушается и температура кожи перестает быть постоянной.
По достижении температуры 45 °С начинается поражение кожи и ощущается сильное жжение, при температуре 50 °С скорость разрушения кожи увеличивается в 100 раз, а при температуре 75 °С кожа разрушается практически мгновенно.
Обычная одежда под воздействием тепловой энергии, выделяемой электрической дугой, вспыхивает как факел, синтетические ее части вплавляются в кожу человека, принося невыносимые страдания, зачастую заканчивающиеся смертельным исходом. При этом оказать помощь пострадавшим сразу после возникновения дуги практически невозможно, так как все решают доли секунды. Хлопчатобумажные, вискозные и шерстяные ткани могут продолжать тлеть на теле, увеличивая размеры и тяжесть ожогов. Полиэфирные и нейлоновые ткани одновременно воспламеняются и плавятся.
Опасность летального исхода при этом определяется, как известно, тяжестью ожогов, размерами обожженной поверхности тела, возрастом пострадавшего и эффективностью лечения. Были случаи, когда пострадавших, получивших ожоги второй и третий степени па 65—70 % поверхности тела, удавалось спасти.
Для прогнозирования способности материала защищать человека от ожогов второй степени и выше пользуются эталонной кривой Столл (рис. 16.1).
Меняя зазор между электродами, амплитуду тока, длительность дуги, рабочее расстояние (дистанцию) и т.д., можно определить предельное значение (максимум) падающей тепловой энергии ?тах,
кал/м“, при которой температура под защитным слоем материала не превышает значения эталонной кривой Столл.
Если значение падающей тепловой энергии находится в диапазоне от 0 до ?тах, то вероятность получения ожогов второй степени не более 5 % (кривая С). В тех случаях, когда энергия дуги превышает ?ц1ах» вероятность ожога второй степени не менее 95 % (кривые Л и В).
Следует отметить, что создание СИЗ для защиты персонала от воздействия электрической дуги требует проведения исследований и детального анализа результатов этих исследований и характеристик разрабатываемых материалов. При этом все материалы,
Рис. 16.1. Эталонная кривая Столл: по оси ординат — превышение (подъем) температуры относительно нормальной температуры тела человека (36,6 °С) используемые при производстве СИЗ, должны отвечать санитарно- гигиеническим требованиям.
Большое значение при выборе средств индивидуальной защиты от термического воздействия электрической дуги имеет анализ данных, отражающих максимально возможные уровни энергии электрической дуги. Например, анализ таких данных показывает, что при работе более чем в половине (58 %) эксплуатируемых распределительных устройств имеется риск возникновения дуги интенсивностью 2
до 20 кал/м , а в каждом четвертом случае (26 %) ее значение не превышает 5 кал/м“.
Такой подход позволяет значительно повысить экономическую эффективность и комфортность для персонала за счет применения облегченных костюмов в электроустановках с риском возникновения дуги низкой тепловой интенсивности.
Следовательно, одежда, входящая в состав комплекта, может выполняться с учетом разноуровневой защиты, например: 1-й уровень —
- 2 2 2 5 кал/см ; 2-й уровень — 20 кал/см“; 3-й уровень — 40 кал/см ;
- 2 2
- 4-й уровень — 60 кал/см ; 5-й уровень — 80 кал/см ; 6-й уровень — 100 кал/см 2 .
Ткани, которые используются для изготовления одежды, защищающей от воздействия электрической дуги, можно разделить на две принципиально различающиеся группы: ткани с переменными защитными свойствами и ткани с постоянными защитными свойствами.
Ткани с переменными защитными свойствами — это хлопчатобумажные или смесовые ткани, которые подвергаются обработке специальными огнестойкими составами, например «Пробам», «Пировотекс», методом пропитки. В настоящее время из тканей с переменными защитными свойствами наибольшее распространение получили ткани марок: «Текстиль трейд»; «Индура-30; 45; 306; 315; 3110»; «Пробам»; «Феникс»; «Флемстат»; «Юпитер огнестойкий»; «Геркулес огнестойкий» и др.
К тканям с постоянными защитными свойствами относятся: «Надежда»; «Фенилом»; «Конекс»; «Кермель»; «Тиджин»; «Стоп- файер»; «Электра»; «Номекс» и др. Среди этих материалов, обладающих постоянными защитными свойствами, наибольшее распространение в мировой практике получил материал марки «Номекс», изготавливаемый из метаарамидных волокон.
В состав тканей «Номекс» входит параарамид «Кевлар», который улучшает прочностные характеристики одежды и минимизирует риск вскрытия ткани при внезапных вспышках пламени.
«Номекс» не плавится и не поддерживает горение, а при температурах выше 300 °С верхний слой ткани подвергается пиролизу, сопровождающемуся качественным изменением структуры с образованием защитного углеродистого слоя, изолирующего тело человека от лучистой и конвективной энергии, препятствуя повышению температуры кожного покрова.
Несмотря на то что после остывания образовавшийся углеродистый слой подвергается охрупчиванию, ткань к этому моменту успешно выполняет свои защитные функции.
Следует заметить, что ткань «Номекс» применяется в самых разных областях: от аэрокосмической промышленности до костюмов пилотов «Формулы-1»; от средств индивидуальной защиты работников промышленных предприятий до пожарных, нефтяников и газовиков. Этот материал, имеющий первоначально волокнистую форму, представляет собой целое семейство огнестойких и термостойких продуктов. Защитные свойства присущи этому материалу изначально, они как бы «встроены» в молекулярную структуру самого волокна и не являются результатом химической обработки или внесения добавок. Ткани, производимые из волокна «Номекс», обладают исключительным уровнем теплоизоляции даже при очень высоких температурах. Они обладают свойством самозатухания, не горят, не плавятся и не образуют подтеков в отличие от традиционной рабочей одежды, изготовленной из чистого хлопка или смесей полиэфира и хлопка.
В состав волокон могут включаться специальные добавки, рассеивающие статическое электричество.
Ткани этого волокна отличаются легкостью и воздухопроницаемостью, что облегчает получение гигиенических сертификатов спецодежды. Широкий диапазон тканей из волокон «Номекс» (тканые полотна, трикотажные и бельевые ткани, полотна с начесом и войлоки) дают простор для конструирования курток, брюк, комбинезонов, рубашек, фуфаек, подшлемников, нижнего белья, перчаток и др.
Одежда из таких тканей в среднем в 3—5 раз долговечнее традиционной рабочей одежды, изготовленной из чистого хлопка, обработанного антипереновым составом, и обладает повышенной стойкостью к разрыву и истиранию, ремонтопригодностью.
В настоящее время созданы коллекции одежды и другие средств индивидуальной защиты, в состав которых входят различные по плотности летние и зимние костюмы, куртки-накидки, нательное белье, перчатки, подшлемники, каски с экраном для лица и т.д.
Главной отличающей особенностью комплектов, защищающих от электрической дуги, является то, что набор его компонентов определяется в зависимости от конкретных условий эксплуатации. Чтобы подобрать необходимые средства защиты для каждого конкретного предприятия, следует проводить оценку риска и рассчитывать количество энергии, которую может выделить электрическая дуга в случае ее возникновения. В основе такого подбора — данные десятков экспериментов, проведенных отечественными и зарубежными специалистами (фирмы «Дюпон») на базе лучших испытательных центров.
В ходе исследований защитных свойств материалов и комплектов одежды, изготовленной из этих материалов, воспроизводится электрическая дуга различной мощности и с помощью датчиков фиксируется степень ее воздействия на «пакеты» термостойких материалов, имеющих различный состав и количество слоев, а также комплектов
одежды из этих материалов.
Рис. 16.2. Манекен «Термомен»
При проведении огневых и термических испытаний используется специальная установка «Термомен» (специальный манекен) (рис. 16.2).
Современные костюмы отечественных производителей обеспечивают риск возникновения ожогов второй и третьей степеней менее 6—7 %, что соответствует лучшим мировым показателям.
На костюм, одетый на манекен, воздействуют газовыми горелками в течение нескольких секунд. Большое количество датчиков (порядка 130—150), расположенных под костюмом, на «теле» манекена, фиксируют температуру, соответствующую второй и более высоким степеням ожога.
На рис. 16.3 приведены результаты испытаний летней и зимней моделей комплектов для защиты от термического воздействия электрической дуги.
Анализ результатов эксперимента позволяет внести необходимые корректирвы
Рис. 16.3. Результаты испытаний комплектов для зашиты от термического воздействия электрической дуги на манекене «Термомен»:
а — летний комплект; б — зимний комплект; 1 — информация отсутствует; 2 — места ожогов второй степени. Общий процент ожогов: летний комплект — 4 %; зимний комплект — 3 %
для улучшения защитных свойств костюма и тем самым снизить предполагаемый ожог второй и третьей степеней (покраснение, волдыри).
В настоящее время разработчиками СИЗ от термического воздействия электрической дуги предлагается защитная одежда в комплекте с защитными средствами для головы, лица, рук и ног, что значительно снижает риск получения ожогов этих частей тела.
Главное свойство специальной одежды, предназначенной для защиты человека от воздействия теплового потока, заключается в способности уменьшить тепловой поток под одеждой до такого уровня, при котором не возникают ожоги второй и тем более третьей степени. Следовательно, основной характеристикой спецодежды является так называемый порог защиты — предельное значение
потока энергии (кал/м ), при котором одежда способна обеспечить выполнение указанного условия.
Следует заметить, что некоторые материалы разрушаются при падающей тепловой энергии дуги меньшей, чем ?тах. Согласно действующим международным стандартам под разрушением материала принято понимать образование в испытуемом образце одного
или более отверстий (площадью > 300 мм или размером > 25 мм в любом направлении). Поэтому определяют пороговое значение энергии Е, при котором не происходит вскрытие материала (? — самое высокое значение энергии электрической дуги в диапазоне ниже кривой Столл, не приводящей к разрушению материала). В этом случае Е соответствует предельной оценке защитных свойств материала.
В целях гармонизации нормативных требований защитных свойств различных материалов при их испытаниях руководствуются международными стандартами. Так, например, международный стандарт ENV 50324.2000, разработанный Европейским комитетом стандартизации в электротехнике (CENELEC), предписывает при испытаниях образцов материалов применять электродуговые раз-
ряды, обладающие падающей тепловой энергией до 423 кДж/м , что
соответствует 10,11 кал/м .
Следует отметить, что такие испытания позволяют оценить только степень «выносливости» материала, т.е. способность выдерживать электродуговой разряд, но не дают ответа на вопрос: как поведет себя кожа человека, защищенная данным материалом?
Ответ на этот вопрос дает методика («Критерий Столл»), т.е. методика прогнозирования риска получения ожогов второй степени и выше. На основании этой методики Международная электротехническая комиссия (IEC) ввела в действие стандарт 1ЕС 61482-1-2002 «Международный стандарт. Работа под током. Огнестойкие материалы для изготовления одежды для теплозащиты рабочих.
Тепловые факторы риска электрической дуги. Методы испытаний» [67].
Таким образом, выбор материала для СИЗ базируется па стандартах, которые позволяют не просто гарантировать безопасность человека, но и квалифицировано и профессионально выбирать комплекты специальной одежды с необходимыми и достаточными наборами защитных характеристик.
Любые средства индивидуальной защиты в иерархии мер по предупреждению рисков должны рассматриваться как средство «последней надежды».
Следует заметить, что СИЗ для защиты от теплового воздействия электрической дуги не могут обеспечить 100% защиты от ожогов, так как эталонная кривая Столл определена с доверительным пределом точности, равным 95 %. Следовательно, можно говорить о доверительном пределе точности методики, изложенной в стандарте IEC 61482-1-2002, равном 90 %.
Кроме этого, не следует забывать о том, что вычисление максимума падающей тепловой энергии электрической дуги носит эмпирический характер и в реальности эта энергия может быть больше расчетной.
Таким образом, опасность получения ожоговых травм при воздействии электрической дуги существует и в случае использования СИЗ, однако термозащитные комплекты, разрабатываемые и изготавливаемые с учетом требований действующих стандартов, значительно снижают риск получения тяжелых термических травм.
В соответствии с действующими нормативными документами, например «Типовые нормы бесплатной выдачи специальной одежды, специальной обуви и других средств индивидуальной защиты» (Нормы), определен перечень специалистов, для которых такие средства защиты обязательны к применению. К таким специалистам относятся:
электромонтеры по обслуживанию электрооборудования электростанций;
электромонтеры по ремонту и обслуживанию электрооборудования;
электромонтеры оперативно-выездных бригад;
электромонтеры по ремонту воздушных линий электропередачи;
электромонтеры по обслуживанию подстанций;
электромонтеры по эксплуатации распределительных сетей;
электромонтеры по ремонту и монтажу кабельных линий;
электромонтеры по ремонту оборудования распределительных устройств;
электромонтеры главного щита управления электростанций;
электромонтеры-линейщики по монтажу воздушных линий высокого напряжения и контактной сети.
Анализ этого перечня свидетельствует о том, что опасность термического воздействия электрической дуги может возникнуть при выполнении многих видов работ.
На рис. 16.4 показаны схема установки для электродугового испытания пакета текстильных материалов и защитных комплектов и ее реальное исполнение, а также процесс испытания.
При анализе защитных свойств материалов и комплектов используют показания калориметрических датчиков, один из которых (незащищенный) фиксирует изменение температуры над поверхностью материала, а другой (защищенный) — под поверхностью.
Рис. 16.4. Установка Arc-iVlan ТМ для определения характеристик термостойкости комплектов и различных элементов комплекта:
а — схема установки (1 — нижний электрод; 2 — разрядный промежуток; 3 — верхний электрод); б — реальная установка; в — процесс испытаний
Рис. 16.5. Комплект летний термостойкий для зашиты от воздействия электрической дуги:
I — обувь термостойкая; 2 — полукомбинезон термостойкий; 3 — перчатки термостойкие; 4 — водолазка термостойкая; 5 — подшлемник термостойкий; б — щиток с несгораемой окантовкой; 7 — каска ударопрочная, термостойкая; 8 — подшлемник термостойкий; 9 — куртка-накидка термостойкая
Сопоставляя показания датчиков, можно судить о способности материала ослаблять создаваемый электрической дугой тепловой поток, а сравнивая показания защищенного датчика с эталоном — установить предельный для данного материала уровень теплового излучения дуги, при котором обеспечивается надежная защита кожи человека от ожогов.
На рис. 16.5 в качестве примера представлен комплект одежды (летний) для защиты от термического воздействия электрической дуги.
Контрольные вопросы к главе 16
- 1. Из каких элементов состоит комплект термостойкой одежды?
- 2. От чего зависит тяжесть ожога и степень поражения?
- 3. Охарактеризуйте ожоги первой, второй и третьей степени.
- 4. Охарактеризуйте различные материалы, используемые для изготовления одежды, с точки зрения воздействия тепловой энергии.
- 5. По каким характеристикам (кривым) и как оценивается степень получения ожогов?
Как защитится от электродугового разряда
Ношение специализированной одежды является основным способом защиты от электродуги. Материалы, из которых изготавливаются комплекты должны отвечать следующим требованиям:
- защищать от высоких температур;
- не проводить электрический ток;
- снижать воздействие ультрафиолетового излучения;
- исключить возгорание и тление одежды;
- уменьшить воздействие механических повреждений.
Спецодеждой обязательно обеспечиваются работники, взаимодействующие с электричеством, обслуживающие высоковольтные сети электроснабжения и промышленное оборудование. К защитной одежде относятся:
- сварочные маски и шлемы со щитками;
- диэлектрические перчатки, калоши и боты;
- костюмы, комбинезоны и плащи;
- ботинки, подшлемники, фуфайки.
Костюм выбирается с учётом времени года и погодных условий, должен максимально закрывать открытые участки тела, защищать от возгораний и ударов тока. Кроме этого, существуют вспомогательные приспособления, которые помогут защитить от пробоя. К ним относятся: изолирующие коврики, накладки, штанги, подставки и колпаки.
Модели спецодежды для защиты от электродуги
Костюм с защитой от электродуги 90 кал/см2 выполнен из огнестойкой ткани WORKER. Комплект включает куртку и брюки/полукомбинезон, а также нательное бельё. Класс защиты 7. Исключает возгорание и прохождение электрического тока.
Костюм ЭНЕРГО ЛЮКС с защитой от электродуги от 9 до 81 кал/см 2 в зависимости от плотности термо и огнестойкой ткани Термол. Состоит из куртки и брюк или полукомбинезона. Имеет накладки из специального дискретного покрытия для уменьшения трения.
КОСТЮМ ЭЛЕКТРА ЗН-24 с защитой от электродуги 65,5 кал/см². Выполнен из огнестойкой ткани Номекс-Комфорт. Обладает антистатичными свойствами. Состоит из куртки и полукомбинезона.
остюм для защиты от электродуги выполненный из ткани Индура Ультра Софт. Включает куртку и брюки или полукомбинезон. Застёжки потайные. Накладные карманы для дополнительной защиты. Исключает удар током и возгорание.
Нормативные документы
В списках несчастных случаев на производстве лидирует электротравматизм.
По статистике, поражения, связанные с электричеством составляют 10% от числа производственных травм. При этом электроэнергия — на первом месте по смертности, от ее воздействия гибнет до 50% от общего числа пострадавших.
К отраслям производства, персонал которого часто подвержен несчастным случаям, вызванными термическими рисками электрической дуги, относится в первую очередь электроэнергетика, а также металлургия, нефтегазовый комплекс, электрифицированный транспорт. Последним барьером между опасностью и несчастным случаем является комплексная защита (защитный костюм, средства индивидуальной защиты, обувь) от поражающего фактора электрической дуги.
Нормативные документы:
- Технический регламент Таможенного союза TP TC 019/2011 «О безопасности средств индивидуальной защиты».
- ГОСТ Р 12.4.234-2012 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). «Одежда специальная для защиты от термических рисков электрической дуги. Общие технические требования и методы испытаний» (МЭК 61482-1-1:2009, МЭК 61482-2-2009).
- Приказ Министерства Здравоохранения и социального развития Российской Феде‑ рации от 25 апреля 2011 г. N 340н «Об утверждении типовых норм бесплатной выдачи специальной одежды, специальной обуви и других средств индивидуальной защиты работникам организаций электроэнергетической промышленности, занятым на работах с вредными и (или) опасными условиями труда, а также на работах, выполняемых в особых температурных условиях или связанных с загрязнением».
Эти нормативные акты обязали руководство компаний, где есть контакт с высоковольтным электричеством, внедрить защитную одежду на предприятиях. Теперь рабочие опасных профессий — а это почти все сотрудники, имеющие к обслуживанию и ремонту электрических сетей и подстанций, должны быть одеты в дорогостоящую высокотехнологичную спецодежду. Однако данные затраты считаются у ответственных работодателей вполне обоснованными, ведь речь идет о человеческой жизни.
Теперь немного теории
Электрическая дуга (electric arc): Самоподдерживающаяся электропроводность воздуха, в котором основными носителями зарядов являются свободные электроны, возникающие при первичной эмиссии.
Дуга возникает в следствии короткого замыкания (КЗ) причиной которого может быть ошибка подключения, случайный контакт с частями под напряжением в т.ч. падение инструментов, коррозия контактов, пыль или грязь на токоведущих частях.
При этом температура может достигать 5000 о С. (Для сравнения температура поверхности Солнца 5726 о С).
Энергия (или мощность дуги) зависит от следующих факторов:
- Силы тока короткого замыкания
- Напряжения установки
- Расстояния между электродами
- Расстояния от дуги
- Времени срабатывания защитного устройства
Падающая энергия Еп (incident energy): Тепловая энергия, получаемая единицей площади, как прямой результат воздействия электрической дуги.
Пороговая энергия вскрытия Епв50 (break open threshold energy): Значение падающей энергии на ткань или пакет материалов, при котором существует 50% вероятности, что количество тепла, переданного через образец, достаточно для его вскрытия.
Значение электродугового термического воздействия ЗЭТВ (arc thermal performance value, ATPV): Количество падающей энергии, прошедшее сквозь материал или пакет материалов и с 50-процентной вероятностью достаточной для возникновения ожоговой травмы второй степени.
При электродуговых испытаниях энергии измеряются в калориях на квадратный сантиметр (кал/см2), 1 кал/см2=41,868 кВт·с/м2 или 1 кДж/м2=0,023885 кал/см2.
Уровень защиты (protection level): Величина, характеризующая защитные свойства материала, пакета материалов или изготовленной из них одежды, показывающая эффективность защиты при термическом воздействии электрической дуги и определяемая значением ЗЭТВ или Е пв50 (что раньше наступит), в калориях на квадратный сантиметр (кал/см2).
Спецодежда
В зависимости от значения падающей энергии, выделяемой электрической дугой, термостойкую спецодежду подразделяют по ЗЭТВ или Епв50 в кал/см2 на следующие уровни защиты:
- 1-й уровень — не менее 5;
- 2-й уровень — не менее 10;
- 3-й уровень — не менее 20;
- 4-й уровень — не менее 30;
- 5-й уровень — не менее 40;
- 6-й уровень — не менее 60;
- 7-й уровень — не менее 80;
- 8-й уровень — 100±5.
Уровень защиты производитель указывает в маркировке на каждом предмете термостойкой спецодежды.
Термостойкая одежда для защиты от теплового воздействия электрической дуги по необходимости должна совмещаться с другими видами защиты от вредных производственных факторов. Информация о возможности совместного использования должна быть отражена в руководстве по эксплуатации.
Если в материале, предназначенном для изготовления термостойкой спецодежды, используют токопроводящие нити, то производитель указывает в инструкции по эксплуатации информацию о правильности применения такой одежды.
2. Высокое давление. Если оно в непосредственной близости от дуги, увеличивается, плотность частиц, составляющих канал дугового разряда, также растет. Повышенная плотность частиц приводит к высокому уровню их деионизации и, следовательно, диэлектрическая прочность среды между контактами увеличивается.
3. Охлаждения. Естественная рекомбинация ионизированных частиц происходит быстрее, если они остывают. Таким образом, диэлектрическая прочность среды между контактами может быть увеличена путем охлаждения дуги.
4. Эффект взрыва. Если ионизированные частицы между контактами сметены прочь и заменены неионизированными, то диэлектрическая прочность среды может быть увеличена. Это может быть достигнуто с помощью газового взрыва, направленного в зону разряда, или впрыскиванием масла в межконтактное пространство.
В таких выключателях в качестве среды гашения дуги используется газ гексафторид серы (SF6). Он имеет сильную тенденцию поглощать свободные электроны. Контакты выключателя открываются в потоке высокого давления SF6) между ними (см. рисунок ниже).
Газ захватывает свободные электроны в дуге и формирует избыток малоподвижных отрицательных ионов. Число электронов в дуге быстро сокращается, и она гаснет.
