Индивидуальная защита от электрической дуги - Статьи :: Международный Электротехнический Журнал Электрик
Рубрика

Техника и технологии

12910
Индивидуальная защита от электрической дуги

Привыполнениипереключенийв электроустановках,из-за случайных ошибочныхдействий оперативных работников, в 1950–1990-е годынеоднократно имели местослучаи внезапного возникновения электрической дуги, от воздействиякоторой многиеполучали ожогиразнойстепенитяжестии даже смертельные электротравмы. Однако за последние 10–15 лет, ситуация с электротравматизмом, вызванным пагубным действием электрической дуги, существенно улучшилась. Это произошло в результате использования рассматриваемых в этой статье усовершенствованных средств индивидуальной защиты от электрической дуги.

 

Отличительные особенности электрической дуги

Рассмотрим вначале отличительные особенности сварочной электрической дуги, представляющей собой продолжительный мощный разряд электричества в ионизированной смеси газов и паров других материалов между двумя электродами (или электродом и свариваемым изделием), находящимися под электрическим напряжением.

Возникновение мощного продолжительного дугового разряда электричества, вызывающего возникновение электрической дуги, возможно только тогда, когда газовый столб дуги между электродом и основным металлом окажется ионизированным, т.е. будет представлять плазму, нагретую до 6000…8000°С, состоящую из смеси электронов, нейтральных атомов, положительных и отрицательных ионов. Другими словами, мощный дуговой разряд возникает вследствие того, что отдельной газовой молекуле или атому сообщается соответствующая большая энергия ионизации, в результате действия которой из атомов и молекул выделяются электроны. Мощный дуговой разряд может происходить в разных средах.

Различают следующие три вида электрических сварочных дуг:

• открытую, горящую в воздухе, сварочную дугу, т.е. дугу, газовая среда которой состоит из воздуха с примесью паров свариваемого металла, материала электродов и электродных покрытий (см. рисунок в начале статьи, на котором показана электродуговая ручная сварка покрытым электродом);

• закрытую, горящую под слоем флюса, сварочную дугу, газовая среда которой состоит из паров основного металла, материала электрода и защитного флюса;

• дугу с подачей под давлением таких защитных газов, как гелий, аргон, углекислый газ, водород и др., в результате чего в составе газовой среды в зоне дуги оказывается защитный газ, а также пары материала электрода и основного металла.

Среду дугового разряда чаще всего представляют в виде газового проводника электрического тока цилиндрической формы, состоящего из трех областей – катодной, столба дуги и анодной области. По ним протекает ток различной плотности: от 10…20 А/мм2 (при обычной ручной сварке и сварке в некоторых защитных газах) до 80…120 А/мм2 и больше (при автоматической, полуавтоматической сварке под флюсом, в среде защитных газов). Температура в различных точках столба дуги зависит от материала электродов:

- при применении угольных электродов на катоде она составляет около 3200°С; на аноде – около 3900°С;

- при применении металлических электродов соответственно 2400 и 2600°С.

В центре дуги по ее оси температура достигает 6000…8000°С. При электродуговой сварке на нагревание и расплавление металла расходуется 60…70% тепла, а остальное его количество рассеивается в окружающем пространстве.

Отличительные особенности электрической сварочной дуги: выделение значительного количества тепла и сильное световое и другие излучения. Так, температура в центре такой дуги по ее оси превышает 6000°С, поэтому дуга является ослепительно яркой, состоящей из большого количества видимых и невидимых инфракрасных и ультрафиолетовых лучей. Так как сварочная дуга выделяет огромное количество тепла, а невидимые лучи вызывают воспаление глаз, то работники, выполняющие сварочные работы, должны быть защищены индивидуальными термостойкими комплектами одежды и использовать для защиты глаз специальные защитные очки.

Отметим, что кроме кратко охарактеризованной выше мощной электрической сварочной дуги нередко существует также риск внезапного возникновения электрической дуги в электротехническом оборудовании. Такая дуга на оборудовании может возникнуть в одном из следующих случаев:

• при ошибочных действиях персонала по отключению оборудования под напряжением;

• при отказе оборудования в аварийной ситуации;

• при переключениях в электроустановках коммутационной аппаратуры.

Основными факторами, представляющими угрозу для жизни и здоровья работника при аварии, связанными с воздействием электрической дуги, являются:

• эффект внезапности, в связи с чем персонал не имеет возможности оперативно покинуть место аварии;

• эффект концентрации энергии: выделение большого количества энергии в короткий промежуток времени в ограниченном объеме, что ведет к появлению локальных смертельно опасных ее концентраций и может привести к временной или постоянной потере зрения;

• сверхвысокие температуры, под воздействием которых человек, не применяющий защитных средств, получает тяжелейшие ожоги и травмы;

• ударная волна, в результате действия которой человек может получить травму при падении и ударе о предметы, находящиеся у него за спиной;

• взрывная волна, которая может разбросать работников по всему помещению, столкнуть их с лестницы и т.п.;

• возгорание одежды работника или плавление ее синтетических деталей – в случае использования вместо специальной термостойкой одежды обычной одежды.

Таким образом, подытоживая вышеизложенное, можно сделать следующий вывод: при выполнении сварочных работ, а также вследствие возможного внезапного возникновения на электрооборудовании электрической дуги в результате ошибочных оперативных переключений, допущенных оперативными работниками, обязательно должны применяться средства индивидуальной защиты (СИЗ) от электрической дуги.

 

Термозащитные комплекты одежды

Материал для термозащитных комплектов спецодежды

Для защиты работников от пагубного воздействия электрической дуги должны применяться индивидуальные термозащитные комплекты одежды, изготовленные из специальных материалов, способных не только противостоять высокой температуре дуги, но и в значительной мере снижать интенсивность электронного потока дуги за счет особого молекулярного строения волокна такой одежды. Отсутствие на Украине комплектов спецодежды соответствующего назначения в конце ХХ и начале XXIвека привело к тому, что в течение 1998–2002 годов на Украине ежегодно травмировалось около 2500 работников, в том числе около 5% со смертельным исходом.

Поиск материалов со свойствами, позволяющими защитить человека от электрической дуги, насчитывает не один десяток лет. В течение всего этого времени были созданы и успешно эксплуатировались комплекты одежды для защиты от пагубного воздействия электрического поля [3–5], хотя они имели совсем другое назначение. И только фирме Дюпон де Немур Интернэшнл С.А. (Швейцария) удалось создать метаарамидные волокна Номекс®, которые вследствие способности противостоять пагубным воздействиям электрической дуги оказались наиболее пригодными для создания термостойкой защитной одежды [1].

Ткани из волокна Номекс® характеризуются следующими свойствами:

• имеют повышенные термо- и огнестойкие показатели по сравнению с другими термостойкими материалами, причем, обладая низкой теплопроводностью, эти ткани не только обеспечивают защиту от ожогов II и III степени, но также защищают от воздействия энергии, выделяемой электрической дугой;

• способны значительно ослабить энергию потока электронов, сопровождающего возникновение электрической дуги, в результате чего обеспечивается защита от перегрева человека в подтканевом пространстве;

• не поддерживают горение, не дымят, не плавятся;

• отличаются стойкостью материала к разрыву термостойкой одежды при внезапных вспышках пламени;

• имеют ярко выраженные антистатические свойства за счет введения в состав материала Номекс® волокна Р-140;

• отличаются легкостью и хорошей проницаемостью для воздуха.

Достаточно жесткие требования к термозащитным комплектам одежды основаны на том, что каждый такой комплект одежды является единственным средством, способным спасти человека от воздействия электрической дуги в случае ее возникновения. Поэтому, исходя из угрозы, которую представляет для человека электрическая дуга, ведущие зарубежные фирмы, специализирующиеся на выпуске современных средств индивидуальной защиты (СИЗ), как правило, допускают применять термозащитные комплекты одежды в электроэнергетической отрасли только тогда, когда поставщик таких комплектов выполняет следующие условия:

• обеспечения комплексной защиты человека – его тела, головы, лица, рук и ног;

• тщательного подбора защитного комплекта одежды в зависимости от параметров обслуживаемого оборудования;

• наличия нормативно определенных технических условий и методик испытаний комплектов;

• наличия экспертного заключения, предоставленного международно-признанной в данной области организацией, выдаваемого производителю данных СИЗ по результатам испытаний всех составляющих комплекта спецодежды, а также экспертизы конструкций комплектов и технической документации.

 

Состав полного термозащитного комплекта одежды

Такой комплект изготавливают из ткани Номекс® и других термостойких материалов. Современный полный термозащитный комплект одежды состоит из следующих составных частей [1, 5]:

• костюма из ткани Номекс® с постоянными термостойкими свойствами, устойчивого к воздействию электрической дуги;

• перчаток термостойких (надевают под диэлектрические перчатки);

• каски со щитком, изготовленной из ударопрочного термостойкого поликарбоната, устойчивого к воздействию электрической дуги;

• подшлемника термостойкого (летнего и зимнего);

• обуви, устойчивой к воздействию электрической дуги (летней и зимней);

• дополнительных защитных средств в виде куртки-накидки, верх, межподкладка и подкладка которой изготовлены из термостойкого материала Номекс®, а также хлопчатобумажного и термостойкого белья.

На рис.1,а показан летний облегченный вариант термозащитного костюма, в состав которого входят куртка и брюки, а на рис.1,б – зимний вариант такого костюма, в состав которого входят куртка и полукомбинезон.

Отметим, что при выполнении работ, связанных с ремонтом трансформаторов и масляных выключателей, дополнительно рекомендуется применять изготовленный из нетканых материалов типа Тайвк® комбинезон – для защиты от общих производственных загрязнений. Такой костюм обеспечивает намного более высокий уровень защиты от физического проникновения опасных частиц мелкодисперсной пыли и жидких химикатов по сравнению с комбинезоном, изготовленным из других нетканых материалов с разреженной структурой.

 

Термозащитные комплекты одежды для энергетиков

Специальная термозащитная одежда для защиты от электрической дуги не в состоянии заменить безопасные методы выполнения работ в электроустановках. Однако ее применение позволяет существенно снизить степень риска получить тяжелые ожоги от действия дуги, а также значительно повысить шансы потерпевших на выживание. Поэтому термостойкие комплекты одежды для защиты от электрической дуги должны выдаваться следующим категориям работников [1, 4]:

• электромонтерам по обслуживанию электрооборудования электростанций;

• электромонтерам по ремонту и обслуживанию электрооборудования;

• электромонтерам оперативно-выездной бригады;

• электромонтерам по ремонту воздушных линий электропередачи;

• электромонтерам по обслуживанию подстанций;

• электромонтерам по эксплуатации распределительных сетей;

• электромонтерам по ремонту и монтажу кабельных линий;

• электрослесарям по ремонту оборудования распределительных устройств;

• электромонтерам главного щита управления электростанций;

• электромонтерам-линейщикам по монтажу воздушных линий высокого напряжения и контактной сети.

 

Испытание термозащитных комплектов одежды

Основным показателем защитных свойств индивидуальных термозащитных комплектов спецодежды,изготовленных из ткани Номекс® и других термостойких материалов, является их стойкость к пагубному воздействию электрической дуги. Поэтому успешные испытания таких комплектов – это единственный гарантированный показатель их качества, и именно по результатам этих испытаний должно приниматься окончательное решение относительно пригодности или непригодности их применения в электроустановках.

Отметим, что испытание термозащитных комплектов одежды проводятся по методике EN 531 и JE361482 в Европейских испытательных центрах как с целью детальной отработки конструкции главных образцов таких комплектов, так и с целью проведения типовых испытаний выпускаемых разными фирмами серийных комплектов, которые обычно проводятся по специальной, более узкой программе испытаний.

Современные испытательные центры, проводящие испытания термозащитных комплектов одежды, оснащены новейшими испытательными установками. Так, установленное в центре фирмы Дюпон испытательное оборудование, на котором испытываются термозащитные комплекты спецодежды, позволяет в течение короткого промежутка времени (от 4 до 8 с) с помощью 12 газовых горелок подавать пламя, воссоздающее электрическую дугу, на манекен в человеческий рост, оснащенный 122 датчиками. Создаваемое горелками пламя порождает тепловой поток от 2 до 600 кал/см2, воздействие которого на манекен определяется с помощью установленных на нем датчиков, фиксирующих степень ожогов на его «теле».

Сведения об ожогах на «теле» манекена поступают на компьютер, который по специальной программе выполняет построение не только диаграммы вероятности выживания человека от этих ожогов, но и графики возникновения ожогов в часовом интервале. Таким образом, с помощью датчиков фиксируется степень противостояния «пакетов» термостойких материалов Номекс® действию энергии, выделяемой дугой, т.е. определяется «порог» защиты пакетов одежды [1].

Одна из современных испытательных установок, на которой проводятся испытания термозащитной одежды на манекенах, показана на рис.2: на рис.2,а, на котором отсутствует манекен с термозащитной одеждой, и на рис.2,б – с установленным манекеном; стрелками с цифрой 1 помечено положение манекена, а стрелкой с цифрой 2 – положение датчика монитора. Испытание термозащитной одежды огнем на манекене показано на рис.3.

Отметим, что для того, чтобы убедиться в надежности термозащитных свойств комплектов спецодежды, должны быть проведены многие десятки таких испытаний, причем термозащитные свойства костюмов обязательно должны определяться не отдельно для костюма, а в его комплекте с хлопковым или шерстяным, или термостойким бельем, а также с куртками-накидками разной плотности. Испытываться должны также термостойкие трикотажные перчатки, изготовленные из пряжи Номекс®, которые во время проведения оперативных переключений в электроустановках работники поддевают под резиновые рукавицы.

По результатам проведенных испытаний в таблице приведены данные о степени защиты костюмов, изготовленных из ткани Номекс®, в зависимости от количества слоев этой ткани.

 

Особенности подбора термозащитных комплектов одежды

Подбирают термозащитные комплекты одежды для каждого конкретного предприятия в зависимости от расчета степени риска, связанного с возможным возникновением электрической дуги на этом предприятии, который может случиться в результате ошибочных оперативных переключений в электроустановках.

При этом применяется следующая последовательность формирования заказа на термозащитные комплекты одежды. Сначала предприятие-производитель комплектов такой одежды предлагает заказчику этих комплектов одежды предоставить ему данные о силе тока КЗ и напряжении электроустановок заказчика, продолжительности действия дуги, расстоянии до источника дуги, расстояние между электродами и др. с целью подбора необходимых средств защиты для данного конкретного предприятия. По этим данным рассчитывается количество энергии, которую можетвыделить электрическая дуга, вызванная ошибочными оперативными переключениями, а по количеству этой энергии определяется тип необходимой термозащитной одежды.

 

Литература

1. Термостойкие защитные комплекты. Каталог фирмы ЗАО «ФПГ Энергоконтракт».

2. Кощеев B.C., Кузнец Е.И. Физиология и гигиена индивидуальной защиты человека в условиях высоких температур. – М.: Медицина, 1986.

3. ГОСТ 12.4.172-87. Комплект индивидуальный экранирующий для защиты от электрических полей промышленной частоты. Общие технические требования.

4. Кравченко А.Н., Красинский В.Н. Пособие по эксплуатации электрозащитных средств. – Харьков: Форт, 2001.

5. Маньков В.Д., Заграничный С.Ф. Средства защиты, применяемые в ЭУ. Устройство, испытание, эксплуатация. – Санкт-Петербург, 2008.

Понравилась статья? Расскажите друзьям!
ПОХОЖИЕ СТАТЬИ
comments powered by Disqus