Применение УЗО целесообразно и оправдано по социальным и экономическим причинам в электроустановках всех возможных видов и самого различного назначения

ВВЕДЕНИЕ

Настоящее учебно-справочное пособие разработано Научно-методическим центром проблем электрозащитных устройств Московского энергетического института (технического университета) — НМЦ ПЭУ МЭИ для использования в качестве учебного пособия при обучении и переподготовке электротехнического персонала по вопросам обеспечения электробезопасности электроустановок.

Справочный материал Пособия, основанный на новых нормативных документах, предназначен для использования специалистами при проектировании, монтаже, наладке и эксплуатации электроустановок жилых, общественных и производственных зданий с применением устройств защитного отключения (УЗО).

Пособие предназначено также для работников органов сертификации, сертификационных испытательных лабораторий, специалистов проектных, электромонтажных, эксплуатационных организаций, работников Госэнергонадзора, Госпожнадзора, Энергосбыта и других организаций, а также частных лиц, деятельность которых тем или иным образом связана с решением проблем электро- и пожаробезопасности.

Данное Пособие должно способствовать реализации государственной программы по сертификации электроустановок в Российской Федерации, разработанной в соответствии с Правилами системы сертификации электроустановок зданий, утвержденными приказом Минтопэнерго РФ и Госкомитета РФ по стандартизации и метрологии от 05.10.98 № 1/322.

В Пособии приведены новейшие сведения о нормативно-правовой базе применения УЗО, технических требованиях, порядке проектирования, проведения и документального оформления испытаний электроустановок с применением УЗО.

В данном издании обобщен опыт, накопленный в отечественной практике проектирования и эксплуатации электроустановок с применением УЗО, учтены замечания, предложения, дополнения специалистов проектных, электромонтажных, пусконаладочных и эксплуатационных организаций по ранее изданным Рекомендациям по проектированию, монтажу и эксплуатации электроустановок зданий при применении устройств защитного отключения, материал которых составил основу настоящего Пособия.

Авторский коллектив выражает благодарность специалисту первой категории Госэнергонадзора В.В.Шатрову, завотделом «РОСТЕСТ» А.В.Пешкову, главному специалисту АО «РОСЭП» В.Н.Харечко, начальнику отдела электрооборудования ФГУ ВНИИПО МЧС России В.А.Пехотикову, завгруппой ЦНИИЭП инженерного оборудования М.Г.Матвеевой, проф. МГУПС (МИИТ) Б.И.Косареву, проф. МИРЭА В.К.Битюкову, проф. МГА С.А.Редкозубову, проф. МГОУ В.С.Азарову, проф. ВАРВСН им. Петра Великого А.А.Гурову, доцентам и научным сотрудникам МЭИ — Ю.Н.Балакову, Ю.П.Гусеву, А.И.Пойдо, В.С.Петухову, начальнику отдела ВЭИ Г.Г.Лаврентьеву, ученому секретарю фонда им. В.И.Вернадского А.И.Ревякину, директору ГП ОПЗ МЭИ В.М.Белову, директору ООО «ПП ОПУС» Пудикову А.Н., главному инженеру ЗАО «Инженер-сервис» О.В.Кондратьеву и другим за ценные замечания и предложения, сделанные ими по предыдущему изданию.

Предложения к следующему изданию Пособия просим направлять в Научно-методический центр проблем электрозащитных устройств Московского энергетического института (технического университета) — НМЦ ПЭУ МЭИ, 111116, Москва, Энергетический проезд, д. 6. Тел./факс: (095) 362-7931, 362-7173, 362-7491.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ УЗО

Настоящее учебно-справочное пособие предназначено для использования в учебном процессе в высших и средних специальных учебных заведений при изучении раздела курса «Безопасность жизнедеятельности», в системе повышения квалификации при обучении и переподготовке электротехнического персонала. Справочный и методический материал данного Пособия предназначен для использования специалистами при проектировании, монтаже, наладке и эксплуатации электроустановок промышленного и социально-бытового назначения с применением УЗО.

В последние годы в нашей стране внедрение УЗО ведется весьма интенсивно — УЗО оснащаются в обязательном порядке все вновь строящиеся и реконструируемые жилые здания, действует требование обязательного применения УЗО при эксплуатации электроприборов и электроинструментов в особо опасных помещениях, не допускаются к эксплуатации мобильные здания из металла или с металлическим каркасом для уличной торговли и бытового обслуживания населения, не оснащенные УЗО, и т.д.УЗО применяется для комплектации вводно-распределительных устройств (ВРУ), распределительных щитов (РЩ), групповых щитков (квартирных и этажных), а также для защиты отдельных потребителей электроэнергии.

Область применения УЗО достаточно широка – это электроустановки:

общественных зданий — детских дошкольных учреждений, школ, профессионально-технических, средних, специальных и высших учебных заведений, гостиниц, медицинских учреждений, больниц, санаториев, мотелей, библиотек, крытых и открытых спортивных и физкультурно-оздоровительных учреждений, бассейнов, саун, театров, клубов, кинотеатров, магазинов, предприятий общественного питания и бытового обслуживания, торговых павильонов, киосков и т.п.;

жилых зданий — индивидуальных и многоквартирных, коттеджей, дач, садовых домиков, общежитий, бытовых помещений и т.п.;

административных зданий, производственных помещений — мастерских, АЗС, автомоек, ангаров, гаражей, складских помещений и т.д.;

промышленных предприятий — предприятий по производству и распределению электроэнергии, железнодорожных предприятий, горной, нефтедобывающей, сталеплавильной, химической промышленности, взрывоопасного производства и мн. др.

Применение УЗО целесообразно и оправдано по социальным и экономическим причинам в электроустановках всех возможных видов и самого различного назначения.

Затраты на установку УЗО несоизмеримо меньше возможного ущерба — гибели и травм людей от поражения электрическим током, возгораний, пожаров и их последствий, произошедших из-за неисправностей электропроводки и электрооборудования. Если учесть, что стоимость одного УЗО не превышает стоимости простого бытового электроприбора, а возможный ущерб, которого можно было бы избежать, если бы УЗО было бы установлено, исчисляется огромными суммами, то становится совершенно очевидной и не требующей дополнительных доказательств необходимость скорейшего и самого широкого внедрения УЗО нового поколения во всех электроустановках.

Исключение составляют электроустановки, не допускающие по технологическим причинам перерыва в электроснабжении. В таких установках для защиты людей от поражения электрическим током должны применяться другие электрозащитные меры — контроль изоляции, разделительные трансформаторы и др.

Органы Госэнергонадзора, Государственного пожарного надзора и Энергосбыта согласовывают проектную документацию, осуществляют сертификацию электроустановок жилых домов, приемку объектов в эксплуатацию только при условии обязательного использования УЗО.

В Пособии приведены сведения о требованиях, порядке и методике проверки УЗО при сертификации электроустановок зданий. Перечень сертифицируемых электроустановок зданий, сооружений и предприятий приведен в Приложении 1.

Пособие составлено с учетом требований действующих нормативных документов:

ГОСТ Р 50807-95 «Устройства защитные, управляемые дифференциальным (остаточным) током. Общие требования и методы испытаний»;
ГОСТ Р 51326.1-99 «Выключатели автоматические, управляемые дифференциальным током, бытового и аналогичного назначения без встроенной защиты от сверхтоков. Часть 1. Общие требования и методы испытаний»;
ГОСТ Р 51327.1-99 «Выключатели автоматические, управляемые дифференциальным током, бытового и аналогичного назначения со встроенной защитой от сверхтоков. Часть 1. Общие требования и методы испытаний»;
ГОСТ Р МЭК 61140-2000 «Защита от поражения электрическим током. Общие положения по безопасности, обеспечиваемой электрооборудованием и электроустановками в их взаимосвязи»;
комплекс стандартов ГОСТ Р 50571.1 — ГОСТ Р 50571.23 «Электроустановки зданий».

2. СИСТЕМА ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ
2.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Все более широкое использование электроэнергии во всех областях деятельности человека, неуклонный рост энерговооруженности труда, резкое увеличение количества электроприборов в быту и на производстве естественным образом повлекли за собой повышение опасности поражения человека электрическим током.

Электрический ток не имеет каких-либо физических признаков или свойств, по которым человек мог бы его ощущать органами чувств, что усугубляет его опасность для человека.

Электротравматизм составляет значительную долю в общем числе несчастных случаев. Специалистам-электрикам и рядовым пользователям известно большое количество случаев гибели или тяжелого поражения людей от удара электрическим током или возгораний и пожаров, вызванных неисправностями электрооборудования и электропроводок.

2.2. КРИТЕРИИ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ

С самого начала промышленного применения электричества ученые всего мира занимались изучением воздействия электрического тока на человека и последствий этого воздействия.

Большой вклад в изучение этой проблемы внесли известные ученые: H.H.Egyptien, L.P.Ferris, D.G.King, H.B.Williams, W.B.Kouwenhoven, C.F.Dalziel, S.Koeppen, G.Irresberger, H.Hofherr, J.T.Harley, G. Biegelmeier, E.Reindl, F.Smola, B.J.Simpson, J.Jacobsen, М.Охаси, Т.Кавасэ, А.П.Киселев, В.Е. Манойлов, А.И.Сидоров, Ю.В.Ситчихин, Б.А.Князевский, В.И.Щуцкий и многие др.

В 1950-е годы учеными было однозначно установлено, что при воздействии электрического тока на человека, наиболее уязвимым органом является сердце.

Фибрилляция (беспорядочные сокращения мышц) сердца может возникать даже при малых значениях тока. Отпали версии об асфиксии, параличе мышц, поражении мозга как первичных причинах летального исхода при электропоражении.

Также было установлено, что результат воздействия электрического тока на организм человека зависит не только от значения тока, но и от продолжительности его протекания, пути тока через тело человека, а также, в меньшей степени, от индивидуальных качеств человека, частоты тока, формы кривой, коэффициента пульсаций и других факторов.

Электрическое сопротивление тела человека зависит от влажности кожи, размера поверхности контакта, пути протекания тока по телу, физиологических особенностей организма и ряда других факторов.

Известно, что сопротивление внутренних органов человека не превышает 500-600 Ом.

Сопротивление кожи во влажном состоянии крайне мало — 10-20 Ом. При определении условий электробезопасности в электроустановке за расчетное принято сопротивление тела человека 1000 Ом.

Поскольку реальное значение сопротивления тела человека является величиной достаточно неопределенной и зависящей от многих факторов, для расчетной оценки опасности электропоражения в электроустановке принято использовать в качестве критерия опасности ток через тело человека, а не напряжение, приложенное к нему.

Результаты научных исследований воздействия электрического тока на человека изложены в многочисленных публикациях и послужили базой для существующих стандартов.

Особого внимания заслуживают результаты фундаментальных исследований, выполненных в 1940—1950 гг. в Калифорнийском университете (Berkeley) американским ученым Чарльзом Дальцилом (Charles F. Dalziel).

Ч.Дальцил провел на большой группе добровольцев серию экспериментов по определению электрических параметров тела человека и физиологического воздействия электрического тока на человека (AIEE Technical Paper 46-112).

Результаты его исследований считаются классическими и не потеряли своего значения до настоящего времени. На рис. 2.1 приведены результаты экспериментального исследования зависимости значений «отпускающего» (Let-go) тока от индивидуальных качеств человека (1 — экспериментальные данные для группы из 28 испытуемых женщин — среднее значение тока 10,5 мА, 2 — для группы из 134 мужчин — среднее значение тока 16 мА).

На рис. 2.2 графически представлена область предельно допустимых значений тока и длительности его протекания через человека, с вероятностью 99,5 % не вызывающих фибрилляцию сердца (А — область недопустимых значений).

По Дальцилу граница областей допустимых и недопустимых значений тока через человека и длительности его протекания определяется выражением:

,где:

I — предельно допустимый ток через человека, мА;
T — длительность протекания тока через тело человека, с.

Определенные ГОСТ 12.1.038-82 (с изменениями от 01.07.88) «Электробезопасность. Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов» значения тока через тело человека примерно соответствуют этому выражению.

В данном стандарте приведены предельно допустимые напряжения прикосновения и токи через тело человека для путей тока: «рука – рука» и «рука – ноги».

Предельно допустимое напряжение прикосновения в нормальном (неаварийном) режиме электроустановки не должно превышать 2 В.

Предельно допустимый ток частотой 50 Гц, протекающий через тело человека не должен превышать 0,3 мА.

Предельно допустимые значения переменного тока частотой 50 Гц через тело человека в аварийном режиме бытовых электроустановок не должны превышать указанных в табл. 2.1.

Таблица 2.1.

t, c	0,01 - 0,08	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	св. 1,0
I, мА	220	200	100	70	55	50	40	35	30	27	25	2

Предельно допустимые значения токов через тело человека в аварийном режиме производственных электроустановок не должны превышать указанных в табл. 2.2.

Таблица 2.2.

t, c	0,01 - 0,08	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	св. 1,0
переменный ток 50 Гц
I, мА	650	400	190	160	140	125	105	90	75	65	50	6
выпрямленный однополупериодный ток (амплитутдное значение)
I, мА	650	500	400	300	250	200	190	180	170	160	150	-
выпрямленный двухполупериодный ток (амплитудное значение)
I, мА	650	500	400	300	270	230	220	210	200	190	180	-

Известный австрийский ученый Gottfried Biegelmeier, внесший значительный вклад в изучение проблем электробезопасности и разработки и внедрения УЗО, в 1980-е годы провел серию экспериментов, подтвердивших достаточную достоверность принятых в качестве норм расчетных значений сопротивления тела человека.

Целью экспериментов было изучение реакции человека на воздействие электрического тока в реальных условиях — при напряжении 220 В. G. Biegelmeier, используя самую совершенную на тот момент времени измерительную технику, приняв все необходимые меры предосторожности, с большим мужеством и самопожертвованием провел измерение тока через тело человека на самом себе. Одна из полученных им осциллограмм, дающая наглядное представление о значениях тока через тело человека при прямом прикосновении в реальных условиях, приведена на рис. 2.3.

2.3. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ЗАЩИТЫ ОТ ЭЛЕКТРОПОРАЖЕНИЯ

Все существующие электрозащитные меры по принципу их выполнения можно разделить на три основные группы:

обеспечение недоступности для человека токоведущих частей электрооборудования;
снижение возможного значения тока через тело человека до безопасного значения;
ограничение времени воздействия электрического тока на организм человека.

Результат действия электрического тока — поражение человека является величиной случайной и определяется целым рядом факторов. Важнейшими из них являются факторы, определяющие состояние оборудования (исправное/неисправное) и человека (прямое/косвенное прикосновение, переходное, внутреннее сопротивление тела человека).

Поражение человека происходит при совпадении двух факторов Р(А) и Р(В), где:

Р(А) — вероятность того, что при прикосновении к электроустановке человек попадет под электрическое напряжение;

Р(В) — вероятность того, что количество электричества (т.е. ток и длительность его протекания), проходящее через тело человека, превысит допустимое значение.

Фактор Р(В) зависит от фактора Р(А), поэтому вероятность поражения электрическим током Рh определяется выражением:

Рh = Р(В/А) Р(А).

Р(А), в свою очередь, можно определить как:

Р(А) = Р(С) Р(D),

где:

Р(С) — вероятность прикосновения человека к проводящим частям электроустановки;
P(D) — вероятность появления на проводящих частях электроустановки напряжения.

Таким образом, вероятность поражения определяется выражением:

Рh = Р (С) Р(D) Р(В/А).

Защитные меры, в зависимости от того, на какой из трех сомножителей выражения, определяющего вероятность поражения Рh, они влияют (уменьшают), делятся на следующие:

Организационные меры защиты (для квалифицированного персонала), определяющие P(C):

оформление работ нарядом-допуском, распоряжением или перечнем работ, выполняемых в порядке текущей эксплуатации;
подготовка рабочих мест и допуск к работе;
надзор во время выполнения работы;
оформление перерывов и переводов на новое рабочее место по окончании работ.

Организационно-технические меры, определяющие Р(D):

изоляция и ограждение токоведущих частей электрооборудования, применение блокировок, безопасных режимов работы сети, защитных средств, предупредительных плакатов, сигнализации, защитной изоляции, изолирования рабочего места, переносных заземлителей и др.

Технические меры защиты, определяющие Р(В/А):

защитное заземление;
автоматическое отключение питания (защитное зануление, защитное отключение);
уравнивание потенциалов;
выравнивание потенциалов;
двойная изоляция, изолирование рабочего места;
сверхнизкое (малое) напряжение;
защитное электрическое разделение сетей;
контроль, профилактика изоляции, обнаружение ее повреждений, защита от замыканий на землю;
защита от перехода напряжения с высшей стороны на низшую;
грозозащита.

Каждая из перечисленных технических мер защиты представляет собой комплекс нормативных и технических документов.

В стандарте ГОСТ Р МЭК 61140-2000 основное правило защиты от поражения электрическим током сформулировано следующим образом. Опасные токоведущие части не должны быть доступными, а доступные проводящие части не должны быть опасными: