Электромагнитные поля промышленной частоты и радиочастотного диапазона

11.1. Основные понятия, термины, определения. Воздействие электромагнитных полей

В промышленности широко используются электромагнитные поля, как переменные, так и постоянные.

В зависимости от частоты электромагнитные поля (ЭМП) подразделяются на:

1) ЭМП промышленной частоты (частота 50 Гц);

2) ЭМП радиочастотного диапазона:

а) поля высокой частоты (ВЧ) (10⁴ – 3*10⁶Гц);

б) поля ультравысокой частоты (УВЧ) (3*10⁶-3*10⁸Гц);

в) поля сверхвысокой частоты (СВЧ) (3*10⁸-3*10¹¹Гц).

Основными параметрами электромагнитных полей являются:

1) электрическая составляющая, измеряемая в В/м;

2) магнитная составляющая, измеряемая в А/м;

3) частота, измеряемая в Гц;

4) длина волны, измеряемая в м;

5) энергетическая экспозиция электрической составляющей электромагнитного поля, измеряемая в ((В/м)² × ч);

6) энергетическая экспозиция магнитной составляющей электромагнитного поля, измеряемая в ((А/м)² × ч);

7) энергетическая экспозиция плотности потока энергии электромагнитного поля, измеряемая в ((Вт/м²) × ч);

8) плотность потока энергии (ППЭ), измеряемая в (Вт/м²) (1Вт/м² = 100 мкВт/см²).

Длина волны l связана с частотой f следующим соотношением:

l = V_C/f,

где V_C - скорость распространения электромагнитных полей, м/с (V_C = 3× 10 м/с);

f – частота электромагнитных полей, Гц.

Плотностью потока энергии называется количество энергии, переносимое электромагнитной волной через площадку в 1м², расположенную перпендикулярно перемещению электромагнитной волны, в единицу времени.

Электромагнитные поля применяются для индукционной и диэлектрической термообработки различных материалов, в радиосвязи, для радиовещания и телевидения и т.д. Искусственными источниками являются индукторы, конденсаторы, фидерные линии, соединяющие отдельные части генераторов, трансформаторы, антенны, генераторы сверхвысоких частот.

Линии электропередач (ЛЭП), открытые распределительные устройства, включающие коммутационные аппараты, устройства защиты и автоматики, измерительные приборы, сборные, соединительные шины и вспомогательные устройства являются источниками электрических полей промышленной частоты. Источниками постоянных магнитных полей являются: электромагниты, соленоиды, импульсные установки, литые и металлокерамические магниты.

Опасность воздействия электромагнитных полей усугубляется тем, что они не обнаруживаются органами чувств.

Электромагнитное поле характеризуется непрерывным распределением в пространстве, способностью распространяться со скоростью света, воздействовать на заряженные частицы и токи, вследствие чего энергия поля преобразуется в другие виды энергии.

Воздействие электромагнитных полей связано с тем, что в электромагнитном поле атомы и молекулы, из которых состоит тело человека, поляризуются и ориентируются по направлению распространения электромагнитного поля; в электролитах, которыми являются жидкие составляющие тканей, крови и т. п., после воздействия внешнего поля появляются ионные токи. Переменное электромагнитное поле вызывает нагрев тканей человека. Тепловой эффект является следствием поглощения энергии электромагнитного поля. Чем больше напряженность поля и время воздействия, тем сильнее проявляются указанные эффекты. Избыточная теплота отводится путем увеличения нагрузки на механизм терморегуляции. Однако начиная с величины 0, 1 Вт/м², называемой тепловым порогом, организм не справляется с отводом образующейся теплоты.

Биологическое действие электромагнитных полей промышленной частоты на организм человека отличается от воздействия электромагнитных полей радиочастотного диапазона.

Длительное воздействие электромагнитных полей промышленной частоты на организм человека вызывает нарушение состояния сердечно-сосудистой и нервной систем. Это выражается в сильных болях в области сердца, изменении кровяного давления и пульса. Основным параметром, характеризующим биологическое действие электромагнитного поля промышленной частоты, является электрическая напряженность. Магнитная составляющая заметного влияния на организм не оказывает, так как в действующих установках напряженность магнитного поля промышленной частоты не превышает 25 А/м, а вредное биологическое действие проявляется при напряженностях 150—200 А/м. Наряду с биологическим действием электрическое поле обусловливает возникновение разрядов между человеком и металлическим предметом, имеющим иной, чем у человека, потенциал, а ток разряда может вызвать судороги.

Степень и характер воздействия электромагнитных полей радиочастотного диапазона на организм определяются плотностью потока энергии, частотой излучения, продолжительностью воздействия, режимом облучения (непрерывный, прерывистый, импульсный), размером облучаемой поверхности, индивидуальными особенностями организма, наличием сопутствующих факторов (повышенная температура окружающего воздуха свыше 28 °С, наличие рентгеновского излучения). Воздействие ЭМИ радиочастотного диапазона особенно вредно для тканей со слаборазвитой сосудистой системой или недостаточным кровообращением (глаза, мозг, почки, желудок, желчный и мочевой пузырь). Могут появиться головные боли, повышение или понижение давления, нервно-психические расстройства, быстрое утомление.

Увеличение источников электромагнитных полей приводит к возникновению, так называемого «электромагнитного смога», который оказывает вредное воздействие на человека в производственных условиях, среде обитания, а также на живые организмы биосферы Земли.

Пространство вокруг источника электромагнитного поля условно подразделяется на зоны:

— ближняя зона (зону индукции);

— дальняя зона (зону излучения).

Граница между зонами является величина:

R=l/2p,

где l - длина волны.

В зависимости от длины волны, генерируемой источниками, радиочастотный диапазон электромагнитных полей разбит на поддиапазоны (таблица 11.1).

 

Таблица 11.1. Классификация электромагнитных полей радиочастот

Часто-ты	Высокие частоты (ВЧ) 100 кГц — 30 МГц	Ультра-высокие частоты (УВЧ) 30—300 МГц	Сверхвысокие частоты (СВЧ) 300 МГц— 300 ГГц
Длины волн	Длинные 3 км — 10м	10 м – 1 м	Дециметро-вые 1 м— 10см	Сантиметро-вые 10 см — 1 см	Миллиметровые 1 см — 1 мм

В зависимости от расположения зоны, характеристиками электромагнитного поля является:

— в ближней зоне ® составляющая вектора напряженности электрического поля [В/м] и составляющая вектора напряженности магнитного поля [А/м];

— в дальней зоне ® используется энергетическая характеристика: плотность потока энергии (ППЭ) [Вт/м²].

В таблице 11.2. представлены значения диапазона электромагнитных полей при эксплуатации ПЭВМ.

 

 

Таблица 11.2. Диапазон частот электромагнитных полей при эксплуатации ПЭВМ

Источник	Диапазон частот
Монитор: сетевой трансформатор блока питания	50 ГЦ
статический преобразователь напряжения в импульсном блоке питания	20-100 кГц
блок кадровой развертки и синхронизации	48-160 Гц
блок строчной разверстки и синхронизации	15-110 кГц
ускоряющее анодное напряжение монитора (только для мониторов с ЭЛТ)	0 Гц (электростатика)
Системный блок (процессор)	50 Гц – 1000 МГц
Устройства ввода/вывода информации	0 Гц, 50 Гц
Источники бесперебойного питания	50 Гц, 20-100 кГц

 

11.2. Нормирование электромагнитных полей

Нормирование электромагнитных полей регламентируется санитарно-эпидемиологическими правилами и нормативами СанПиН 2.2.4.1191-03. Электромагнит-ные поля в производственных условиях.

Установлены следующие нормируемые параметры:

- ПДУ электрического и магнитного полей промышленной частоты 50 Гц,

- ПДУ постоянного магнитного поля,

- ПДУ электромагнитных полей в диапазоне частот > = 10 кГц – 30 кГц,

- ПДУ электромагнитных полей в диапазоне частот > = 30 кГц – 300 ГГц.

11.2.1. Предельно допустимые уровни электромагнитного поля промышленной

частоты 50 Гц

Нормирование электромагнитных полей промышленной частоты (50 Гц) осуществляется раздельно по напряженности электрического поля (Е) в кВ/м, напряженности магнитного поля (Н) в А/м или индукции магнитного поля (В), в мкТл. Нормирование электромагнитных полей 50 Гц на рабочих местах персонала дифференцированно в зависимости от времени пребывания в электромагнитном поле.

11.2.2. Предельно допустимые уровни напряженности электрического поля

частотой 50 Гц

Предельно допустимый уровень напряженности электрического поля на рабочем месте в течение всей смены устанавливается равным 5 кВ/м.

При напряженностях в интервале больше 5 до 20 кВ/м включительно допустимое время пребывания в зоне электромагнитного поля рассчитывается по формуле:

Т = (50/Е) - 2,

где Т – допустимое время пребывания в зоне электромагнитного поля при соответствующем уровне напряженности, ч;

Е – напряженность электромагнитного поля в контролируемой зоне, кВ/м;

При напряженности свыше 20 до 25 кВ/м допустимое время пребывания в ЭП составляет 10 мин.

Пребывание в зоне электромагнитного поля с напряженностью более 25 кВ/м без применения средств защиты не допускается.

Допустимое время пребывания может быть реализовано одноразово или дробно в течение рабочего дня, в остальное рабочее время необходимо находиться вне зоны влияния ЭП или применять средства защиты.

Время пребывания персонала в течение рабочего дня в зонах с различной напряженностью электромагнитного поля (Тпр) вычисляют по формуле:

Тпр = 8(tEl/Tel + tE2/TE2 + … + tEn/Ten),

где Тпр – приведенное время, эквивалентное по биологическому эффекту пребыванию в зоне электромагнитного поля нижней границы нормируемой напряженности;

tE1, tE2, … tEn – время пребывания в контролируемых зонах с напряженностью Е1, Е2, … En, ч;

ТЕ1, ТЕ2, … Тen – допустимое время пребывания для соответствующих контролируемых зон.

Приведенное время не должно превышать 8 ч.

Количество контролируемых зон определяется перепадом уровней напряженности на рабочем месте. Различие в уровнях напряженности ЭП контролируемых зон устанавливается 1 кВ/м.

Требования действительны при условии, что проведение работ не связано с подъемом на высоту, исключена возможность воздействия электрических разрядов на персонал, а также при условии защитного заземления всех изолированных от земли предметов, конструкций, частей оборудования, машин и механизмов, к которым возможно прикосновение работающих в зоне электромагнитных полей.

 

11.2.3. Предельно допустимые уровни напряженности периодического магнитного поля частотой 50 Гц

Предельно допустимые уровни напряженности периодических (синусоидальных) магнитных полей устанавливаются для условий общего (на все тело) и локального (на конечности) воздействия (таблица 11.3).

Таблица 11.3. ПДУ воздействия периодического магнитного поля частотой 50 Гц

Время пребывания, час	Допустимые уровни магнитного поля Н [А/м] / В [мкТл] при воздействии
общем общем	локальном
< = 1	1600/2000	6400/8000
	800/1000	3200/4000
	400/500	1600/2000
	80/100	800/1000

 

При необходимости пребывания персонала в зонах с различной напряженностью (индукцией) магнитного поля общее время выполнения работ в этих зонах не должно превышать предельно допустимое для зоны с максимальной напряженностью.

Допустимое время пребывания может быть реализовано одноразово или дробно в течение рабочего дня.

11.2.4. Предельно допустимые уровни постоянного магнитного поля

Оценка и нормирование постоянного магнитного поля осуществляется по уровню магнитного поля дифференцированно в зависимости от времени его воздействия на работника за смену для условий общего (на все тело) и локального (кисти рук, предплечье) воздействия.

Уровень постоянного магнитного поля оценивают в единицах напряженности магнитного поля (Н) в А/м или в единицах магнитной индукции (В) в мТл.

ПДУ напряженности (индукции) постоянного магнитного поля на рабочих местах представлены в таблице 11.4.

Таблица 11.4. ПДУ постоянного магнитного поля

Время воздей-ствия за рабочий день, минуты	Условия воздействия
Общее	Локальное
ПДУ напряжен-ности, кА/м	ПДУ магнитной индукции, мТл	ПДУ напря­женности, кА/м	ПДУ магнитной индукции, мТл
0-10
11-60
61 -480

 

При необходимости пребывания персонала в зонах с различной напряженностью (индукцией) постоянного магнитного поля общее время выполнения работ в этих зонах не должно превышать предельно допустимое для зоны с максимальной напряженностью.

 

11.2.5. Предельно допустимые уровни электромагнитных полей

диапазона частот > = 10-30 кГц

Оценка и нормирование электромагнитных полей осуществляется раздельно по напряженности электрического (Е), в В/м, и магнитного (Н), в А/м, полей в зависимости от времени воздействия.

ПДУ напряженности электрического и магнитного поля при воздействии в течение всей смены составляет 500 В/м и 50 А/м соответственно.

ПДУ напряженности электрического и магнитного поля при воздействии дo 2-x часов за смену составляет 1000 В/м и 100 А/м, соответственно.

 

11.2.6. Предельно допустимые уровни электромагнитных полей

диапазона частот > = 30 кГц – 300 ГГц

Оценка и нормирование ЭМП диапазона частот > = 30 кГц – 300 ГГц осуществляется по величине энергетической экспозиции (ЭЭ).

Энергетическая экспозиция в диапазоне частот > = 30 кГц – 300 МГц рассчитывается по формулам:

ЭЭе = Е² * Т, (В/м)²*ч

ЭЭн = Н²*Т, (А/м)²*ч

где Е – напряженность электрического поля, В/м;

Н – напряженность магнитного поля А/м, плотности потока энергии (ППЭ), Вт/м², мкВт/см²;

Т – время воздействия за смену, ч.

Энергетическая экспозиция в диапазоне частот > = 300 МГц – 300 ГГц рассчитывается по формуле:

ЭЭппэ = ППЭ*Т, (Вт/м²)*ч, (мкВт/см²)*ч,

где ППЭ – плотность потока энергии (Вт/м², мкВт/см²);

Т – время воздействия за смену, ч.

ПДУ энергетических экспозиций (ЭЭпду) на рабочих местах за смену представлены в таблице 11.5.

 

Таблица 11.5 – ПДУ энергетических экспозиций электромагнитных полей

диапазона частот > = 30 кГц – 300 ГГц

Параметр	ЭЭПДУ в диапазонах частот (МГц)
	0, 03 – 3, 0	3, 0 – 30, 0	30, 0 – 50, 0	50, 0 – 300, 0	300, 0 – 300000, 0
ЭЭе, (В/м)2*ч					-
ЭЭн, (А/м2*ч		-	0, 72	-	-
ЭЭппэ, (мкВт/см2)*ч	-	-	-	-

Максимальные допустимые уровни напряженности электрического и магнитного полей, плотности потока энергии электромагнитных полей не должны превышать значений, представленных в таблице 11.6.

 

Таблица 11.6. Максимальные ПДУ напряженности и плотности потока энергии ЭМП диапазона частот > = 30 кГц – 300 ГГц

Параметр	Максимально допустимые уровни в диапазонах частот (МГц)
	> = 0, 03-3, 0	> = 3, 0 -30, 0	> = 30, 0-50, 0	> = 50, 0-300, 0
Е, В/м
Н, А/м		-	3, 0	-
ППЭ, мкВт/см2	-	-	-	5000< *>

< *> Для условий локального облучения кистей рук.

Для случаев облучения от устройств с перемещающейся диаграммой излучения (вращающиеся и сканирующие антенны с частотой вращения или сканирования не более 1 Гц и скважностью не менее 20) и локального облучения рук при работах с микрополосковыми устройствами предельно допустимый уровень плотности потока энергии для соответствующего времени облучения (ППЭпду) рассчитывается по формуле:

ППЭпду = К * ЭЭпду/Т

где К – коэффициент снижения биологической активности воздействий; К = 10 – для случаев облучения от вращающихся и сканирующих антенн; К = 12, 5 – для случаев локального облучения кистей рук (при этом уровни воздействия на другие части тела не должны превышать 10 мкВт/см²).

11.3. Методы и средства защиты от электромагнитных излучений

Основными методами и средствами защиты от электромагнитных полей являются:

1) уменьшение мощности электромагнитного поля в источнике возникновения;

2) увеличение расстояния от источника до рабочего места;

3) изменение направленности электромагнитного излучения;

4) ограничение времени пребывания в опасной зоне;

5) обработка помещения материалами с наименьшими коэффициентами отражения;

6) применение радиопоглощающих материалов и поглотителей мощности, преобразующих энергию электромагнитного поля в тепловую, которая затем рассеивается;

7) размещение оборудования в отдельном помещении, применение дистанционного управления;

8) применение защитной сигнализации и блокировок;

9) применение защитных экранов из материалов с высокой электропроводностью и магнитной проницаемостью;

10) индивидуальные средства защиты.

Ослабление мощности электромагнитного поля на рабочих местах с ПЭВМ достигается увеличением расстояния между источником излучения и рабочим местом; уменьшением мощности излучения, а также установкой отражающего или поглощающего экранов между источником и рабочим местом.

 

12. Электробезопасность

12.1. Действие электрического тока на организм человека

При прохождении через организм человека электрический ток оказывает термическое действие, электролитическое действие, биологическое действие.

Термическое действие проявляется в виде: электрические знаков, которые сопровождаются образованием на коже пятен серого или бледно-желтого цвета (диаметром 1-5 мм); электрических ожогов, которые сопровождаются покраснением кожи, обугливанием и сгоранием тканей; металлизации кожи, которая сопровождается проникновением в верхние слои кожи мельчайших частиц металла, расплавленного электрической дугой; механических повреждений, который сопровождаются разрывами кожи, кровеносных тканей и сосудов; электроофтальмии, которая сопровождается воспалением наружных оболочек глаз в результате воздействия потока ультрафиолетовых лучей электрической дуги.

Электролитическое действие проявляется в разложении крови, что вызывает нарушения протекания физико-химических процессов в организме человека.

Биологическое действие проявляется в прекращении деятельности органов дыхания и кровообращения.

 

12.2. Факторы, определяющие действие тока на организм человека

К факторам, определяющим действие тока на организм человека, относятся:

1. индивидуальные особенности и состояние организма человека;

2. род и частота тока;

3. величина тока;

4. время действия тока;

5. путь прохождения тока;

6. типы электрических сетей.

1. Действие электрического тока на организм человека определяется электрическим сопротивлением тела человека. Электрическое сопротивление тела человека принимается условно состоящим из трех последовательно включенных сопротивлений (рисунок 12.1) – двух одинаковых сопротивлений наружного слоя кожи Z_н эпидермиса и одного внутреннего сопротивления R_в.

Сопротивление наружного слоя кожи состоит из активного сопротивления R_н и емкостного С_н.

В действительной форме сопротивление тела человека записывается в следующем виде:

R_ч =

 

Сопротивление наружного (R_н ) рогового слоя кожи человека составляет 1-100 кОм. Сопротивление внутренних тканей (R_в) организма человека составляет 0, 3-0, 5 кОм. Сопротивление сухой и грубой кожи выше, чем влажной, что характерно для пожилых людей. Сопротивление кожи снижается с повышением влажности. В расчетах принимается сопротивление тела человека 1000 Ом.

 

 

Рисунок 12.1 – Схема электрического сопротивления тела человека

 

2. Переменный и постоянный ток по-разному действуют на организм человека.

Переменный ток с напряжением до 450 В опаснее, чем постоянный ток. Постоянный ток с напряжением свыше 550 В опаснее переменного. При напряжении 450-550 опасность переменного и постоянного тока примерно одинаковая. Наибольшую опасность представляет переменный ток с частотой 50-60 Гц.

3. Величина тока, проходящего через организм человека проявляется в следующем виде (таблица 12.1).

 

Таблица 12.1. Характер реакции организма на величину электрического тока по Дальзену

Величина тока, мА	Характер реакции организма человека
Переменный	Постоянный
0, 1-1, 5 8-10 90-100	6-7 50-70 200-300	Легкое дрожание пальцев (ощутимый) Судороги рук (неотпускающий) Сокращение мышц сердца (фибриляционный)

 

Величина тока определяет степень электрического удара на организм человека. Существуют четыре степени электрического удара:

1 степень – судорожное сокращение мышц без потери сознания;

2 степень – судорожное сокращение мышц с потерей сознания;

3 степень – потеря сознания и нарушение деятельности сердца или органов дыхания;

4 степень – клиническая смерть, т.е. отсутствие кровообращения и дыхания.

Клиническая смерть – переходная стадия от жизни к смерти. Продолжительность клинической смерти: большинство случаев – 4-5 мин; здоровые люди – 7-8 мин; отдельные люди – 30 мин. После клиническое смерти наступает распад клеток головного мозга и биологическая смерть.

В случае поражения человека электрическим током при остановке дыхания лицо (тело) человека становится синим; при остановке сердца лицо (тело) становится белым. При остановке дыхания вероятность спасения высокая.

4. Время действия.

С увеличением времени действия электрического тока сопротивление организма человека уменьшается. Формулы для определения допустимого тока от времени действия:

в РФ

I_д = 50/t, мА

в Международном электротехническом комитете (МЭК)

I_д = 18/t, мА

где t – время действия, с.

Для промышленных и бытовых электроустановок с напряжением до 1000 В и частотой тока 50 Гц по длительности воздействия допустимый электрический ток имеет следующие значения:

Время действия Допустимый ток, мА

Длительное действие 1

В течение 1 с 50

В течение 0, 1 с 400

Время действия электрического тока на организм человека положено в основу расчета системы защиты и выбора автомата защиты.

5. Путь прохождения тока в организме человека

Опасность поражения человека электрическим током определяется направлением его движения в организме. Существует десять схем прохождения тока в организме человека. Рассмотри пять основных схем движения электрического тока в организме человека (рисунок 12.2).

6. Степень опасности поражения человека электрическим током при прикосновении к неизолированным токоведущим частям электроустановок зависит от электрической сети и вида прикосновения. Наиболее часто встречаются типы электрических сетей с напряжением до 1000 В, которые подразделяются на: трехфазная четырехпроводная сеть с заземленной нейтралью; трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью; однофазная сеть с заземленным проводом; однофазная сеть с изолированным проводом.

Эквивалентная схема замещения сопротивления изоляции провода фазы может быть представлена следующим образом (рисунок 12.3).

 

полная рука – нога (40%) левая – полная нога – рука (20%)

правая – полная нога – рука нижняя нога – нога верхняя рука – рука

(17%) (6%) (6%)

 

Рисунок 12.2 – Схема движения электрического тока в организме человека

 

 

Рисунок 12.3 – Схема замещения сопротивления изоляции

 

 

Рассмотрим схемы прикосновения человека к электрической сети (рисунки 12.4 – 12.7).

Проведем анализ различных сетей.

Из теоретических основ электротехники на основании эквивалентных схем (схемы замещения) сила тока, проходящего через тело человека, для соответствующих сетей записывается в следующем виде.

Трехфазная четырехпроводная сеть с заземленной нейтралью (нормальный режим)

 

Uл = Uф

 

Uф – фазное напряжение; Uл – линейное напряжение; Rн – активное сопротивление заземления нейтрали; Rч – сопротивление тела человека

 

 

Рисунок 12.4 – Трехфазная четырехпроводная сеть с заземленной нейтралью.

Нормальный режим

 

Сила тока, проходящая через тело человека

 

I_ч = U_ф / (R_ч + R_н)

 

При U_ф = 220 В; R_ч = 1000 Ом; R_н = 4 Ом

 

I_ч = 220 / (1000 +4) ≈ 0, 22 А = 220 мА

 

Последствия – паралич сердца.

 

 

Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью (нормальный режим)

Uл = Uф

Uф – фазное напряжение; Uл – линейное напряжение; Rиз –сопротивление изолированного провода; Rч – сопротивление тела человека

 

Рисунок 12.5 – Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью.

Нормальный режим

 

Сила тока, проходящая через тело человека

I_ч = 3U_ф / (3R_ч + R_из)

При U_ф = 220 В; R_ч = 1000 Ом; R_н = 500000 Ом

I_ч =3∙ 220 / (3∙ 1000 +500000) ≈ 0, 0013 А = 1, 3 мА

Последствия – легкое дрожание пальцев.

Однофазная сеть с заземленным проводом (нормальный режим)

Uф – фазное напряжение; Rз –сопротивление заземления; Rч – сопротивление тела человека

Рисунок 12.6 – Однофазная сеть с заземленным проводом.

Нормальный режим

 

Сила тока, проходящая через тело человека

I_ч = 1, 4U_ф / (R_ч + R_з)

При U_ф = 220 В; R_ч = 1000 Ом; + R_з = 4 Ом

I_ч =1, 4∙ 220 / (1000 +4) ≈ 0, 306 А = 306 мА

Последствия – паралич сердца.

Однофазная сеть с изолированным проводом (нормальный режим)

Uф – фазное напряжение; Rиз –сопротивление изолированного провода; Rч – сопротивление тела человека

 

Рисунок 12.7 – Однофазная сеть с изолированным проводом.

Нормальный режим

 

Сила тока, проходящая через тело человека

I_ч = 1, 4U_ф / (2R_ч + R_из)

При U_ф = 220 В; R_ч = 1000 Ом; + R_из = 500000 Ом

I_ч = 1, 4∙ 220 / (2∙ 1000 +500000) ≈ 0, 00115 А = 1, 15 мА

Последствия – легкое дрожание пальцев.

 

12.3. Классификация помещений по опасности поражения электрическим током

Условия внешней среды влияют на сопротивление тела человека. Сухие помещения повышают сопротивление тела человека. Сырые, жаркие, пыльные, с химически активной средой помещения понижают сопротивление тела человека.

По опасности поражения электрическим током помещения согласно ПУЭ-99. Правила устройства электроустановок подразделяются на три категории.

1. Помещения с повышенной опасностью характеризуются наличием одного из следующих признаков: сырые, с относительной влажностью более 75 %; температура воздуха более 35 ⁰С; наличие токопроводящей пыли; токопроводящие полы; возможность прикосновения к металлоконструкциям и машинам, соединенным с корпусом электрооборудования.

2. Помещения особо опасные характеризуются наличием двух и более признаков, свойственных помещениям с повышенной опасностью, или наличием одного из следующих признаков: сырые, с относительной влажностью, близкой к 100%; химически активная среда, которая способствует разрушению изоляции.

3. Помещения без повышенной опасности характеризуются отсутствием признаков повышенной опасности.

 

12.4. Основные требования электробезопасности к устройству электротехнических изделий (ЭТИ)

Многообразие средств защиты и условий эксплуатации привели к необходимости унификации требований защиты, которые устанавливаются системой International Protection (IP). В РФ основным нормативным документом, в котором изложены требования электробезопасности к ЭТИ, является ГОСТ 12.2.007-75*. ССБТ. Изделия электротехнические. Общие требования.

ЭТИ, удовлетворяющие системе IP, маркируются двумя буквами и следующими за ними двумя цифрами (например, IP44)[1]. Первая цифра означает степень защиты от соприкосновения персонала с частями, расположенными внутри оболочки и степень защиты от попадания внутрь твердых тел или пыли. Вторая цифра означает степень защиты от попадания воды. Степень защиты от соприкосновения персонала с находящимися частями, расположенными внутри оболочки и степень защиты от попадания внутрь твердых тел или пыли имеет семь классов.

Классы 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6

Класс 0 – специальная защита отсутствует.

Класс 1 – защита от проникновения внутрь оболочки большого участка поверхности тела (например, рук) и твердых тел размером более 50 мм.

Класс 2 – защита от проникновения внутрь оболочки пальцев или предметов длиной до 80 мм и твердых тел размером более 12 мм.

Класс 3 – защита от проникновения внутрь оболочки инструментов, проволоки диаметром более 2, 5 мм и твердых тел размером более 2, 5 мм.

Класс 4 – защита от проникновения внутрь оболочки проволоки и твердых тел размером более 1 мм.

Класс 5 – защита от проникновения внутрь оболочки пыли, концентрация которой вызывает нарушение работы ЭТИ.

Класс 6 – защита от проникновения пыли.

Степень защиты ЭТИ от попадания воды внутрь оболочки имеет девять классов защиты.

Классы 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

Класс 0 – защита отсутствует.

Класс 1 – защита от капель при вертикальном попадании на оболочку.

Класс 2 – защита от капель при наклонном попадании на оболочку.

Класс 3 – защита от дождя.

Класс 4 – защита от бразг.

Класс 5 – защита от водной струи.

Класс 6 – защита от волн воды.

Класс 7 – защита при погружении в воду.

Класс 8 – защита при длительном погружении в воду.

Примеры. ПЭВМ имеет степень защиты IP30. Класс 3 – защита от случайного проникновения внутрь оболочки (корпуса) системного блока мелких деталей. Класс 0 – отсутствие защиты оболочки (корпуса) системного блока от воздействия капель воды.

Устройство электродуговой сварки степень защиты IP44. Класс 4 – защита от проникновения твердых тел внутрь оболочки. Класс 4 – защита от водяных брызг. В первом случае надо защитить трансформатор внутри устройства. Во втором случае работа устройства производится вне помещения.

 

12.5. Средства защиты от поражения электрическим током

Средства защиты от поражения электрическим током подразделяются на следующие группы: 1. общетехнические; 2. специальные; 3. средства индивидуальной защиты (СИЗ); 4. оказание первой помощи при поражении человека электрическим током.

К общетехническим средствам защиты относятся:

1. применение малых напряжений – не более 42 В (питание электроинструмента, переносных светильников; местного освещения на станках и т.д.);

2. изоляция токоведущих частей может быть: рабочей, дополнительной, усиленной. Согласно ПУЭ-99. Правила устройства электроустановок. минимально допустимое сопротивление изоляции составляет:

 

 

Типы электроустановок Минимально допустимое

сопротивление изоляции, Мом

Осветительные установки 0, 5

Системы защиты 1

Шины щитов управления 10

1 кОм = 10³ Ом; 1 Мом = 10⁶ Ом

3. Электрическое разделение сетей на отдельные участки в линиях большой протяженности с целью снижения накопления электрических зарядов.

4. Оградительные устройства позволяют исключить соприкосновение человека с токоведущими частями.

5. Сигнализация предупреждает о наличии напряжения в электроустановках. Сигнализация может быть звуковой и световой.

К специальным техническим средствам защиты от поражения электрическим током относятся: защитное заземление, защитное зануление, защитное отключение.

Дадим определение специальным техническим средствам защиты от поражения электрическим током.

Защитное заземление – это преднамеренное соединение с землей или ее эквивалентом (фундамент здания, металлические конструкции и т.д.) металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Защитное зануление – это преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Защитное отключение – это быстродействующее автоматическое отключение электроустановки, которая может оказаться под напряжением.

Защитное заземление и зануление электроустановок выполняется при следующих условиях:

1. на всех электроустановках с напряжением 380 В и выше переменного тока и 440 В и выше постоянного тока;

2. на всех электроустановках в помещениях с повышенной опасностью, особоопасных помещениях и на наружных установках с напряжением 42 В и выше переменного тока и 110 В и выше постоянного тока.

Защитное заземление и зануление не требуется на электроустановках с напряжением до 42 В переменного тока и до 110 В постоянного тока.

 

 

12.6. Виды и конструктивное исполнение защитных заземляющих устройств

Заземляющие устройства подразделяются на естественные и искусственные.

В качестве естественного заземляющего устройства используются: бетонные фундаменты и металлические конструкции зданий, имеющие соприкосновение с землей; кабели, проложенные в земле и предназначенные для других целей; трубопроводы, проложенные в земле и предназначенные для других целей.

Рассмотрим простейшую схему естественного заземляющего устройства (рисунок 12.8).

 

 

Рисунок 12.8 – Схема естественного защитного заземления

 

В качестве искусственного заземляющего устройства используются вертикально установленные трубы, прутки, уголки, соединенные полосой.

Искусственные заземляющие устройства подразделяются на контурное, выносное, одиночное.

Рассмотрим простейшие схемы искусственного заземляющего устройства (рисунок 12.9).

Контурное заземление применяется для производственных помещений больших габаритов. Выносное заземление применяется для производственных помещений небольших габаритов. Одиночных заземлитель применяется для отдельных электрических установок.

Согласно ПУЭ-99 допустимое сопротивление заземляющих устройств составляет: на электроустановках с напряжением до 1000 В – не более 4 ОМ; на электроустановках с напряжением свыше 1000 В – не более 0, 5 Ом; при мощности электроустановок (генераторов, трансформаторов) до 100 кВА – не более 10 Ом; свыше 100 кВА – не более 4 Ом.

Контурная система заземления

Вынос