Баннер 6

 

40. Электричество

Редактор глав:  Доминик Фоллио

 


 

Содержание 

Рисунки и таблицы

Электричество — физиологические эффекты
Доминик Фоллио

Статическое электричество
Клод Менги

Профилактика и стандарты
Ренцо Комини

таблицы

Щелкните ссылку ниже, чтобы просмотреть таблицу в контексте статьи.

1. Оценки частоты поражений электрическим током-1988 г.
2. Основные соотношения в электростатике-Сборник уравнений
3. Электронное сродство выбранных полимеров
4. Типичные нижние пределы воспламеняемости
5. Конкретный сбор, связанный с отдельными промышленными операциями
6. Примеры оборудования, чувствительного к электростатическим разрядам

цифры

Наведите курсор на миниатюру, чтобы увидеть подпись к рисунку, щелкните, чтобы увидеть рисунок в контексте статьи.

ЭЛЕ030F1ЭЛЕ030F2ЭЛЕ040F1

Понедельник, Февраль 28 2011 19: 19

Электричество-физиологические эффекты

Изучение опасностей, электрофизиологии и предотвращения электротравм требует понимания нескольких технических и медицинских концепций.

Следующие определения электробиологических терминов взяты из главы 891 Международного электротехнического словаря (Электробиология) (Международная электротехническая комиссия) (МЭК) (1979).

An шок от удара электричеством это физиопатологический эффект, возникающий в результате прямого или косвенного прохождения внешнего электрического тока через тело. Он включает в себя прямые и непрямые контакты, а также однополярные и биполярные токи.

Сообщается, что люди, живые или умершие, пострадавшие от поражения электрическим током, пострадали. электрификация; термин казнь на электрическом стуле должны быть зарезервированы для случаев, когда наступает смерть. Удары молнии смертельные поражения электрическим током в результате удара молнии (Gourbiere et al. 1994).

Международная статистика несчастных случаев, связанных с электрическим током, была собрана Международным бюро труда (МОТ), Европейским союзом (ЕС), Международный союз производителей и дистрибьюторов электроэнергии (UNIPEDE), Международной ассоциации социального обеспечения (ISSA) и Комитета TC64 Международной электротехнической комиссии. Интерпретации этих статистических данных препятствуют различия в методах сбора данных, страховых полисах и определениях несчастных случаев со смертельным исходом в разных странах. Тем не менее, возможны следующие оценки скорости поражения электрическим током (табл. 1).

Таблица 1. Оценки частоты поражений электрическим током - 1988 г.

 

Казни на электрическом стуле
на миллион жителей

Всего
смерть

США*

2.9

714

Франция

2.0

115

Германия

1.6

99

Австрия

0.9

11

Япония

0.9

112

Швеция

0.6

13

 

* По данным Национальной ассоциации противопожарной защиты (Массачусетс, США), эти статистические данные США больше отражают обширный сбор данных и требования юридической отчетности, чем более опасную окружающую среду. Статистические данные США включают случаи смерти от воздействия систем передачи коммунальных услуг и поражения электрическим током, вызванные потребительскими товарами. В 1988 г. 290 смертей были вызваны потребительскими товарами (1.2 смертей на миллион жителей). В 1993 г. уровень смертности от поражения электрическим током от всех причин снизился до 550 (2.1 смерти на миллион жителей); 38% были связаны с потребительскими товарами (0.8 смертей на миллион жителей).

 

Число поражений электрическим током медленно снижается как в абсолютном выражении, так и, что еще более поразительно, в зависимости от общего потребления электроэнергии. Примерно половина несчастных случаев с электрическим током происходит на производстве, а другая половина происходит дома и во время отдыха. Во Франции среднее число смертельных случаев в период с 1968 по 1991 год составляло 151 смерть в год. Национальный институт здоровья и медицинских исследований (ИНСЕРМ).

Физические и физиопатологические основы электризации

Специалисты-электрики делят электрические контакты на две группы: прямые контакты, включающие контакт с токоведущими частями, и непрямые контакты, включающие заземленные контакты. Каждый из них требует принципиально разных профилактических мер.

С медицинской точки зрения путь тока через тело является ключевым прогностическим и терапевтическим фактором. Например, биполярный контакт рта ребенка с вилкой удлинительного шнура вызывает очень серьезные ожоги рта, но не смерть, если ребенок хорошо изолирован от земли.

В производственных условиях, где распространено высокое напряжение, также возможно искрение между активным компонентом, находящимся под высоким напряжением, и рабочими, которые подходят слишком близко. Конкретные рабочие ситуации также могут влиять на последствия несчастных случаев с электрическим током: например, рабочие могут упасть или вести себя неадекватно, если их застанет врасплох относительно безвредное поражение электрическим током.

Электрические несчастные случаи могут быть вызваны всем диапазоном напряжений, присутствующих на рабочих местах. В каждом промышленном секторе существует свой набор условий, способных вызвать прямой, косвенный, однополярный, биполярный, дуговой или индуцированный контакт и, в конечном счете, несчастные случаи. Хотя описание всей деятельности человека, связанной с электричеством, конечно же, выходит за рамки данной статьи, полезно напомнить читателю о следующих основных видах электротехнических работ, которые были предметом международных профилактических руководств, описанных в главе о профилактика:

  1. работы, связанные с работами на проводах под напряжением (применение чрезвычайно строгих протоколов позволило сократить количество электрификаций во время этого вида работ)
  2. работы, связанные с работами на незапитанных проводах, и
  3. действия, выполняемые вблизи проводов под напряжением (эти действия требуют наибольшего внимания, так как часто выполняются персоналом, не являющимся электриком).

 

Физиопатология

Все переменные закона Джоуля постоянного тока—

Вт=В x I x т = РИ2t

(теплота, выделяемая электрическим током, пропорциональна сопротивлению и квадрату силы тока) — тесно взаимосвязаны. В случае переменного тока также необходимо учитывать влияние частоты (Folliot 1982).

Живые организмы являются электрическими проводниками. Электрификация возникает при наличии разности потенциалов между двумя точками в организме. Важно подчеркнуть, что опасность поражения электрическим током возникает не от простого прикосновения к токоведущему проводнику, а от одновременного прикосновения к токоведущему проводнику и другому телу с другим потенциалом.

Ткани и органы по ходу тока могут подвергаться функциональному двигательному возбуждению, в ряде случаев необратимому, или временным или постоянным повреждениям, как правило, в результате ожогов. Степень этих повреждений зависит от высвобождаемой энергии или количества проходящего через них электричества. Таким образом, время прохождения электрического тока имеет решающее значение для определения степени повреждения. (Например, электрические угри и скаты производят крайне неприятные разряды, способные вызвать потерю сознания. Однако, несмотря на напряжение 600 В, силу тока примерно 1 А и сопротивление предмета примерно 600 Ом, эти рыбы не способны вызвать смертельный удар, так как продолжительность разряда слишком короткая, порядка десятков микросекунд.) Таким образом, при высоких напряжениях (> 1,000 В) смерть часто наступает из-за степени ожогов. При более низких напряжениях смерть зависит от количества электричества (Q=Я x t), достигающих сердца, определяется типом, расположением и площадью контактных точек.

В следующих разделах обсуждаются механизм смерти в результате поражения электрическим током, наиболее эффективные неотложные методы лечения и факторы, определяющие тяжесть травмы, а именно сопротивление, интенсивность, напряжение, частота и форма волны.

Причины смерти при электроавариях на производстве

В редких случаях причиной смерти может быть асфиксия. Это может быть следствием длительного столбняка диафрагмы, угнетения дыхательных центров при контакте с головой или очень высоких плотностей тока, например, в результате ударов молнии (Gourbiere et al., 1994). Если помощь может быть оказана в течение трех минут, пострадавшего можно оживить с помощью нескольких ингаляций искусственного дыхания «изо рта в рот».

С другой стороны, коллапс периферического кровообращения, вторичный по отношению к фибрилляции желудочков, остается основной причиной смерти. Это неизменно развивается при отсутствии массажа сердца, применяемого одновременно с реанимацией «рот в рот». Эти вмешательства, которым следует обучить всех электриков, следует сохранять до прибытия скорой медицинской помощи, что почти всегда занимает более трех минут. Многие электропатологи и инженеры по всему миру изучали причины фибрилляции желудочков, чтобы разработать лучшие пассивные или активные защитные меры (Международная электротехническая комиссия, 1987; 1994). Случайная десинхронизация миокарда требует постоянного электрического тока определенной частоты, интенсивности и времени прохождения. Самое главное, электрический сигнал должен поступить к миокарду во время так называемого уязвимая фаза сердечного цикла, что соответствует началу зубца Т электрокардиограммы.

Международная электротехническая комиссия (1987; 1994) построила кривые, описывающие влияние силы тока и времени прохождения на вероятность (выраженную в процентах) фибрилляции и путь тока рука-нога у 70-килограммового мужчины в хорошем состоянии. Эти инструменты подходят для промышленных токов в диапазоне частот от 15 до 100 Гц, более высокие частоты в настоящее время изучаются. Для времени прохождения менее 10 мс площадь под кривой электрического сигнала является разумной аппроксимацией электрической энергии.

Роль различных электрических параметров

Каждый из электрических параметров (ток, напряжение, сопротивление, время, частота) и форма волны являются важными детерминантами травмы, как сами по себе, так и благодаря их взаимодействию.

Пороги тока установлены для переменного тока, а также для других условий, определенных выше. Сила тока при электризации неизвестна, так как является функцией сопротивления ткани в момент контакта. (I = V/R), но обычно ощущается на уровне примерно 1 мА. Относительно слабые токи могут вызвать мышечные сокращения, которые могут помешать жертве отпустить предмет, находящийся под напряжением. Порог этого тока зависит от плотности, площади контакта, контактного давления и индивидуальных вариаций. Практически все мужчины и почти все женщины и дети могут отпускать при токах до 6 мА. Было замечено, что при 10 мА 98.5% мужчин, 60% женщин и 7.5% детей могут отпустить. Только 7.5% мужчин и ни одна женщина или ребенок не могут отпустить при 20 мА. Никого нельзя пускать на 30мА и больше.

Токи силой около 25 мА могут вызвать столбняк диафрагмы, самой мощной дыхательной мышцы. Если контакт сохраняется в течение трех минут, также может наступить остановка сердца.

Фибрилляция желудочков становится опасной при уровне примерно 45 мА с вероятностью 5% у взрослых после 5-секундного контакта. Во время операции на сердце, правда, в особом состоянии, ток от 20 до 100×10-6А, нанесенного непосредственно на миокард, достаточно, чтобы вызвать фибрилляцию. Эта чувствительность миокарда является причиной строгих стандартов, предъявляемых к электромедицинским устройствам.

Все остальное(V, R, частота) равны, то пороги тока также зависят от формы волны, вида животного, веса, направления тока в сердце, отношения времени прохождения тока к сердечному циклу, точки сердечного цикла, в которую поступает ток, и индивидуальные факторы.

Напряжение, связанное с авариями, общеизвестно. В случаях прямого контакта фибрилляция желудочков и тяжесть ожогов прямо пропорциональны напряжению, так как

В = РИ W = V x I x t

Ожоги, возникающие в результате поражения электрическим током высокого напряжения, связаны со многими осложнениями, лишь некоторые из которых предсказуемы. Соответственно, о пострадавших в аварии должны заботиться знающие специалисты. Тепловыделение происходит преимущественно в мышцах и сосудисто-нервных пучках. Вытекание плазмы после повреждения тканей вызывает шок, в некоторых случаях быстрый и сильный. Для данной площади поверхности электротермические ожоги — ожоги, вызванные электрическим током, — всегда более тяжелые, чем другие виды ожогов. Электротермические ожоги бывают как внешними, так и внутренними, и, хотя это может быть не сразу заметно, они могут вызвать повреждение сосудов с серьезными вторичными последствиями. К ним относятся внутренние стенозы и тромбы, которые в силу вызываемого ими некроза часто требуют ампутации.

Разрушение тканей также вызывает высвобождение хромопротеинов, таких как миоглобин. Такое высвобождение также наблюдается у жертв раздавливания, хотя степень высвобождения заметна у жертв ожогов высоким напряжением. Осаждение миоглобина в почечных канальцах, вторичное по отношению к ацидозу, вызванному аноксией и гиперкалиемией, считается причиной анурии. Эта теория, экспериментально подтвержденная, но не общепринятая, является основой для рекомендаций по немедленной ощелачивающей терапии. Рекомендуется внутривенное ощелачивание, которое также корректирует гиповолемию и ацидоз, вторичные по отношению к гибели клеток.

В случае непрямых контактов контактное напряжение (V) и обычное ограничение напряжения также должно быть принято во внимание.

Контактное напряжение – это напряжение, которому подвергается человек при одновременном прикосновении к двум проводникам, между которыми существует перепад напряжений из-за дефекта изоляции. Интенсивность результирующего протекания тока зависит от сопротивлений тела человека и внешней цепи. Нельзя допускать, чтобы этот ток превышал безопасные уровни, то есть он должен соответствовать безопасным кривым время-ток. Наибольшее контактное напряжение, которое можно выдерживать в течение неопределенного времени, не вызывая электропатологических эффектов, называется условное ограничение напряжения или, более интуитивно, безопасное напряжение.

Фактическое значение сопротивления при электротравмах неизвестно. Различия в последовательном сопротивлении — например, одежды и обуви — во многом объясняют различия, наблюдаемые в последствиях якобы сходных электрических аварий, но мало влияют на исход аварий, связанных с биполярными контактами и высоковольтными электрификациями. В случаях, связанных с переменным током, к стандартным расчетам, основанным на напряжении и токе, необходимо добавить влияние емкостных и индуктивных явлений. (Р=В/И).

Сопротивление человеческого тела равно сумме сопротивлений кожи. (R) в двух точках контакта и внутреннее сопротивление тела (R). Сопротивление кожи зависит от факторов окружающей среды и, как отмечает Бигельмейр (Международная электротехническая комиссия, 1987; 1994), частично зависит от контактного напряжения. Другие факторы, такие как давление, площадь контакта, состояние кожи в месте контакта, а также индивидуальные факторы также влияют на сопротивление. Таким образом, нереально пытаться основывать профилактические меры на оценках резистентности кожи. Вместо этого профилактика должна основываться на адаптации оборудования и процедур к людям, а не наоборот. Для упрощения IEC определил четыре типа окружающей среды — сухая, влажная, влажная и погружение — и определил параметры, полезные для планирования профилактических мероприятий в каждом случае.

Частота электрического сигнала, вызывающего электроаварию, общеизвестна. В Европе это почти всегда 50 Гц, а в Америке обычно 60 Гц. В редких случаях, связанных с железными дорогами в таких странах, как Германия, Австрия и Швейцария, это может быть 16 2/3 Гц, частота, которая теоретически представляет больший риск тетанизации и фибрилляции желудочков. Следует напомнить, что фибрилляция не является мышечной реакцией, а вызывается повторяющейся стимуляцией с максимальной чувствительностью примерно при 10 Гц. Это объясняет, почему при данном напряжении переменный ток крайне низкой частоты считается в три-пять раз более опасным, чем постоянный ток, в отношении эффектов, отличных от ожогов.

Описанные выше пороги прямо пропорциональны частоте тока. Так, на частоте 10 кГц порог обнаружения в десять раз выше. IEC изучает пересмотренные кривые опасности фибрилляции для частот выше 1,000 Гц (International Electrotechnical Commission 1994).

Выше определенной частоты физические законы проникновения тока в тело полностью меняются. Тепловые эффекты, связанные с количеством выделяемой энергии, становятся основным эффектом, так как начинают преобладать емкостные и индуктивные явления.

Форма волны электрического сигнала, ответственного за электрическую аварию, обычно известна. Это может быть важным фактором, определяющим травму при несчастных случаях, связанных с контактом с конденсаторами или полупроводниками.

Клиническое исследование поражения электрическим током

Классически электрификации подразделяются на инциденты с низким (от 50 до 1,000 В) и высоким (> 1,000 В) напряжением.

Низкое напряжение является знакомой и вездесущей опасностью, и из-за него случаются удары током в быту, на отдыхе, в сельском хозяйстве и больницах, а также в промышленности.

При рассмотрении ряда поражений электрическим током низкого напряжения, от самых незначительных до самых серьезных, мы должны начать с несложного поражения электрическим током. В этих случаях пострадавшие способны самостоятельно избавить себя от повреждений, сохранить сознание и поддерживать нормальную вентиляцию легких. Сердечные эффекты ограничиваются простой синусовой тахикардией с незначительными электрокардиографическими отклонениями или без них. Несмотря на относительно незначительные последствия таких несчастных случаев, электрокардиография остается адекватной медицинской и судебно-медицинской мерой предосторожности. Техническое расследование этих потенциально серьезных инцидентов показано в качестве дополнения к клиническому обследованию (Gilet and Choquet 1990).

Пострадавшие от шока, сопровождающегося несколько более сильными и продолжительными электрическими контактными ударами, могут страдать от возбуждения или потери сознания, но более или менее быстро полностью выздоравливают; лечение ускоряет выздоровление. Обследование обычно выявляет нервно-мышечную гипертонию, проблемы с гиперрефлективной вентиляцией и застойные явления, последний из которых часто является вторичным по отношению к обструкции ротоглотки. Сердечно-сосудистые нарушения являются вторичными по отношению к гипоксии или аноксии или могут проявляться в виде тахикардии, артериальной гипертензии и, в некоторых случаях, даже инфаркта. Больные с такими состояниями нуждаются в стационарном лечении.

Случайные жертвы, которые теряют сознание в течение нескольких секунд после контакта, кажутся бледными или цианотичными, у них прекращается дыхание, пульс едва уловим и наблюдается мидриаз, свидетельствующий об остром повреждении головного мозга. Хотя обычно это связано с фибрилляцией желудочков, точный патогенез этой очевидной смерти, однако, не имеет значения. Важным моментом является быстрое начало четко определенной терапии, поскольку уже давно известно, что это клиническое состояние никогда не приводит к фактической смерти. Прогноз в этих случаях поражения электрическим током, от которого возможно полное выздоровление, зависит от быстроты и качества оказания первой помощи. Статистически это, скорее всего, будет осуществляться немедицинским персоналом, и поэтому показано обучение всех электриков основным вмешательствам, которые могут обеспечить выживание.

В случаях очевидной смерти приоритет должен отдаваться неотложной помощи. Однако в других случаях следует обратить внимание на множественные травмы, полученные в результате сильного столбняка, падений или выброса пострадавшего в воздух. После устранения непосредственной опасности для жизни следует заняться травмами и ожогами, в том числе вызванными низковольтными контактами.

Аварии с высоким напряжением приводят к значительным ожогам, а также к последствиям, описанным для аварий с низким напряжением. Преобразование электрической энергии в тепловую происходит как внутри, так и снаружи. В исследовании несчастных случаев с электрическим током во Франции, проведенном медицинским отделом энергетической компании EDF-GDF, почти 80% пострадавших получили ожоги. Их можно разделить на четыре группы:

  1. дуговые ожоги, обычно затрагивающие открытые участки кожи и осложняющиеся в некоторых случаях ожогами от горящей одежды
  2. множественные, обширные и глубокие электротермические ожоги, вызванные контактами высокого напряжения
  3. классические ожоги, вызванные горящей одеждой и выбросом горящего вещества, и
  4. смешанные ожоги, вызванные искрением, горением и протеканием тока.

 

Контрольные и дополнительные осмотры проводятся по мере необходимости, в зависимости от особенностей происшествия. Стратегия, используемая для установления прогноза или в медико-правовых целях, конечно же, определяется характером наблюдаемых или ожидаемых осложнений. При высоковольтных электрификациях (Folliot, 1982) и ударах молнии (Gourbiere et al., 1994) обязательными являются энзимология и анализ хромопротеинов и параметров свертывания крови.

Ход восстановления после электротравмы может быть нарушен ранними или поздними осложнениями, особенно со стороны сердечно-сосудистой, нервной и почечной систем. Эти осложнения сами по себе являются достаточным основанием для госпитализации пострадавших от высоковольтных электрификаций. Некоторые осложнения могут оставить функциональные или косметические последствия.

Если путь тока таков, что значительный ток достигает сердца, будут присутствовать сердечно-сосудистые осложнения. Наиболее часто наблюдаемыми и наиболее доброкачественными из них являются функциональные расстройства с наличием или отсутствием клинических коррелятов. Аритмии — синусовая тахикардия, экстрасистолия, трепетание и мерцательная аритмия (в указанном порядке) — являются наиболее распространенными электрокардиографическими отклонениями и могут иметь необратимые последствия. Нарушения проводимости встречаются реже, и их трудно связать с поражением электрическим током при отсутствии предшествующей электрокардиограммы.

Сообщалось также о более серьезных нарушениях, таких как сердечная недостаточность, повреждение клапана и ожоги миокарда, но они редки, даже у жертв аварий с высоким напряжением. Сообщалось также о явных случаях стенокардии и даже инфаркта.

Поражение периферических сосудов может наблюдаться через неделю после высоковольтной электризации. Предложено несколько патогенетических механизмов: спазм артерий, воздействие электрического тока на медиальный и мышечный слои сосудов и изменение параметров свертывания крови.

Возможны самые разнообразные неврологические осложнения. Наиболее ранним проявлением является инсульт, независимо от того, была ли у пострадавшего изначально потеря сознания. Физиопатология этих осложнений включает черепно-мозговую травму (наличие которой должно быть установлено), прямое воздействие тока на голову или изменение мозгового кровотока и индукцию отсроченного отека мозга. Кроме того, медуллярные и вторичные периферические осложнения могут быть вызваны травмой или прямым действием электрического тока.

Сенсорные расстройства затрагивают глаза и аудиовестибулярную или кохлеарную системы. Важно как можно скорее обследовать роговицу, хрусталик и глазное дно, а также наблюдать за пострадавшими от дугового разряда и прямого контакта с головой на предмет отдаленных последствий. Катаракта может развиться после бессимптомного периода в несколько месяцев. Вестибулярные расстройства и потеря слуха в первую очередь связаны с эффектами взрывной волны, а у жертв удара молнии, переданного по телефонным линиям, с поражением электрическим током (Gourbiere et al., 1994).

Усовершенствования в практике мобильной неотложной помощи значительно снизили частоту почечных осложнений, особенно олигоанурии, у пострадавших от высоковольтной электрификации. Ранняя и тщательная регидратация и внутривенное подщелачивание являются методами лечения пострадавших от серьезных ожогов. Сообщалось о нескольких случаях альбуминурии и стойкой микроскопической гематурии.

Клинические портреты и диагностические проблемы

Клиническая картина поражения электрическим током осложняется разнообразием промышленных применений электричества, а также увеличивающейся частотой и разнообразием медицинских применений электричества. Однако долгое время электрические аварии были вызваны исключительно ударами молнии (Gourbiere et al., 1994). Удары молнии могут быть связаны с весьма значительным количеством электричества: каждая третья жертва удара молнии умирает. Последствия удара молнии — ожоги и кажущаяся смерть — сравнимы с последствиями промышленного электричества и связаны с поражением электрическим током, преобразованием электрической энергии в тепло, взрывными эффектами и электрическими свойствами молнии.

Удары молнии в три раза чаще встречаются у мужчин, чем у женщин. Это отражает модели работы с различными рисками воздействия молнии.

Ожоги, возникающие в результате контакта с заземленными металлическими поверхностями электрических скальпелей, являются наиболее частыми последствиями, наблюдаемыми у пострадавших от ятрогенной электризации. Величина допустимых токов утечки в электромедицинских устройствах варьируется от одного устройства к другому. По крайней мере, необходимо следовать спецификациям производителей и рекомендациям по использованию.

В заключение этого раздела мы хотели бы обсудить частный случай поражения электрическим током беременных женщин. Это может привести к смерти женщины, плода или того и другого. В одном замечательном случае живой плод был успешно доставлен с помощью кесарева сечения через 15 минут после того, как его мать умерла в результате поражения электрическим током от разряда 220 В (Folliot, 1982).

Патофизиологические механизмы аборта, вызванного поражением электрическим током, требуют дальнейшего изучения. Вызвано ли оно нарушением проводимости в эмбриональной сердечной трубке, подверженной градиенту напряжения, или разрывом плаценты вследствие вазоконстрикции?

Возникновение несчастных случаев с электрическим током, таких как этот, к счастью, редкое, является еще одной причиной, по которой необходимо уведомлять обо всех случаях травм, связанных с электричеством.

Положительный и судебно-медицинский диагноз

Обстоятельства, при которых происходит поражение электрическим током, обычно достаточно ясны, чтобы можно было поставить однозначный этиологический диагноз. Однако это не всегда так, даже в промышленных условиях.

Диагностика недостаточности кровообращения после поражения электрическим током чрезвычайно важна, поскольку она требует, чтобы свидетели оказали немедленную и базовую первую помощь после отключения тока. Остановка дыхания при отсутствии пульса является абсолютным показанием к началу массажа сердца и искусственного дыхания рот в рот. Ранее их выполняли только при наличии мидриаза (расширения зрачков), диагностического признака острого повреждения головного мозга. Текущая практика, однако, заключается в том, чтобы начинать эти вмешательства, как только пульс больше не определяется.

Поскольку потеря сознания из-за фибрилляции желудочков может занять несколько секунд, пострадавшие могут дистанцироваться от оборудования, вызвавшего аварию. Это может иметь некоторое медико-правовое значение, например, при обнаружении пострадавшего в нескольких метрах от электрошкафа или другого источника напряжения без следов электротравмы.

Нельзя переоценить тот факт, что отсутствие электрических ожогов не исключает возможности поражения электрическим током. Если при вскрытии субъектов, обнаруженных в электрическом окружении или рядом с оборудованием, способным создавать опасное напряжение, не обнаружено видимых поражений Елинека и явных признаков смерти, следует рассмотреть вопрос о поражении электрическим током.

Если тело обнаружено на открытом воздухе, методом исключения устанавливается диагноз удара молнии. Признаки удара молнии следует искать в радиусе 50 м от тела. Музей электропатологии Вены предлагает захватывающую выставку таких знаков, в том числе обугленную растительность и стекловидный песок. Металлические предметы, которые носит пострадавший, могут расплавиться.

Хотя самоубийства с помощью электричества остаются, к счастью, редкостью в промышленности, смерть из-за содействующей небрежности остается печальной реальностью. Это особенно актуально для нестандартных объектов, особенно тех, которые связаны с установкой и эксплуатацией временных электроустановок в сложных условиях.

Электрические аварии по всем правилам больше не должны происходить при наличии эффективных профилактических мер, описанных в статье «Профилактика и нормы».

 

Назад

Понедельник, Февраль 28 2011 19: 25

Статическое электричество

Все материалы различаются по степени прохождения через них электрических зарядов. Проводники позволить зарядам течь, в то время как Изоляторы препятствовать движению зарядов. Электростатика — это область, посвященная изучению зарядов или заряженных тел в состоянии покоя. Статическое электричество возникает, когда электрические заряды, которые не движутся, накапливаются на объектах. Если заряды текут, то возникает ток, и электричество больше не является статичным. Ток, возникающий в результате перемещения зарядов, обычно называют электричеством, и он обсуждается в других статьях этой главы. Статическая электрификация термин, используемый для обозначения любого процесса, приводящего к разделению положительных и отрицательных электрических зарядов. Проводимость измеряется свойством, называемым проводимость, в то время как изолятор характеризуется его удельное сопротивление. Разделение зарядов, приводящее к электризации, может происходить в результате механических процессов, например соприкосновения предметов и трения или столкновения двух поверхностей. Поверхности могут быть двумя твердыми телами или твердым телом и жидкостью. Механический процесс может, реже, быть разрывом или разделением твердых или жидких поверхностей. Эта статья посвящена контакту и трению.

Процессы электрификации

Явление генерации статического электричества при трении (трибоэлектрификация) известно уже тысячи лет. Контакта между двумя материалами достаточно, чтобы вызвать электризацию. Трение — это просто тип взаимодействия, который увеличивает площадь контакта и выделяет тепло.трение общий термин для описания движения двух контактирующих объектов; оказываемое давление, его скорость сдвига и выделяемое тепло являются основными факторами, определяющими заряд, создаваемый трением. Иногда трение приводит к отрыву и твердых частиц.

Когда два соприкасающихся твердых тела представляют собой металлы (контакт металл-металл), электроны мигрируют от одного к другому. Каждый металл характеризуется разным начальным потенциалом (потенциалом Ферми), и природа всегда движется к равновесию, т. е. природные явления работают на устранение разницы потенциалов. Эта миграция электронов приводит к возникновению контактного потенциала. Поскольку заряды в металле очень подвижны (металлы — отличные проводники), заряды рекомбинируют даже в последней точке контакта, прежде чем два металла разделятся. Поэтому невозможно вызвать электризацию, соединив два металла, а затем разделив их; заряды всегда будут течь, чтобы устранить разность потенциалов.

Когда металл и изолятор вступают в контакт почти без трения в вакууме, энергетический уровень электронов в металле приближается к уровню изолятора. Поверхностные или объемные примеси вызывают это, а также препятствуют возникновению дуги (разряду электричества между двумя заряженными телами — электродами) при разделении. Заряд, передаваемый изолятору, пропорционален сродству металла к электрону, и каждый изолятор также имеет связанное с ним сродство к электрону или притяжение электронов. Таким образом, возможен также перенос положительных или отрицательных ионов от изолятора к металлу. Заряд на поверхности после контакта и разделения описывается уравнением 1 в таблице 1.


Таблица 1. Основные соотношения в электростатике. Сборник уравнений

Уравнение 1: зарядка при контакте металла и изолятора

В общем случае плотность поверхностного заряда () после контакта и разделения 

может быть выражена:

в котором

e это заряд электрона
NE - плотность энергетического состояния на поверхности изолятора
fi - сродство изолятора к электрону, а
fm сродство металла к электрону

Уравнение 2: Зарядка после контакта между двумя изоляторами

Следующая общая форма уравнения 1 применяется к переносу заряда
между двумя изоляторами с разным энергетическим состоянием (только идеально чистые поверхности):

в котором NE1 NE2 - плотности энергетического состояния на поверхности двух изоляторов, 

 Ø1 Ø 2 - сродство к электрону двух изоляторов.

Уравнение 3: Максимальная плотность поверхностного заряда

Диэлектрическая прочность (EG) окружающего газа накладывает верхний предел на заряд, который он
можно генерировать на плоской изолирующей поверхности. В воздухе, EG составляет примерно 3 МВ/м.
Максимальная поверхностная плотность заряда определяется выражением:

Уравнение 4: Максимальный заряд сферической частицы

Когда номинально сферические частицы заряжаются коронным эффектом, максимальная
заряд, который может приобрести каждая частица, определяется пределом Потенье:

в котором

qМакс это максимальный заряд
a радиус частицы
eI - относительная диэлектрическая проницаемость и

Уравнение 5: Разряды от проводников

Потенциал изолированного проводника, несущего заряд Q дан кем-то V = Q/C
накопленная энергия за счет:

Уравнение 6: Изменение потенциала заряженного проводника во времени

В проводнике, заряжаемом постоянным током (IG), ход времени
потенциал описывается:

в котором Rf сопротивление утечки проводника

Уравнение 7: Конечный потенциал заряженного проводника

В течение длительного времени, t >Rf C, это сводится к:

а запасенная энергия определяется выражением:

Уравнение 8: запасенная энергия заряженного проводника


Когда два изолятора вступают в контакт, происходит перенос заряда из-за различных состояний их поверхностной энергии (уравнение 2, таблица 1). Заряды, перенесенные на поверхность изолятора, могут мигрировать вглубь материала. Влажность и поверхностное загрязнение могут сильно изменить поведение зарядов. Поверхностная влажность, в частности, увеличивает плотность поверхностного энергетического состояния за счет увеличения поверхностной проводимости, что способствует рекомбинации зарядов и облегчает подвижность ионов. Большинство людей узнают об этом из своего повседневного жизненного опыта по тому факту, что они склонны подвергаться воздействию статического электричества в сухих условиях. Содержание воды в некоторых полимерах (пластиках) будет меняться по мере их загрузки. Увеличение или уменьшение содержания воды может даже изменить направление потока заряда (его полярность).

Полярность (относительная положительная и отрицательная) двух изоляторов, находящихся в контакте друг с другом, зависит от сродства каждого материала к электрону. Изоляторы можно ранжировать по их сродству к электрону, и некоторые иллюстративные значения перечислены в таблице 2. Сродство изолятора к электрону является важным фактором для программ профилактики, которые обсуждаются далее в этой статье.

Таблица 2. Электронное сродство выбранных полимеров*

Заряд

Материалы

Сродство к электрону (EV)

ПВХ (поливинилхлорид)

4.85

 

Полиамид

4.36

 

поликарбонат

4.26

 

ПТФЭ (политетрафторэтилен)

4.26

 

ПЭТФ (полиэтилентерефталат)

4.25

 

Полистирол

4.22

+

Полиамид

4.08

* Материал приобретает положительный заряд, когда он вступает в контакт с материалом, указанным над ним, и отрицательный заряд, когда он вступает в контакт с материалом, указанным под ним. Однако сродство изолятора к электрону является многофакторным.

 

Хотя были попытки установить трибоэлектрический ряд, в котором материалы были бы ранжированы таким образом, чтобы те, которые приобретают положительный заряд при контакте с материалами, оказывались выше в ряду, чем те, которые приобретают отрицательный заряд при контакте, общепризнанного ряда установлено не было.

Когда твердое тело и жидкость встречаются (с образованием граница раздела твердое тело-жидкость), перенос заряда происходит за счет миграции ионов, находящихся в жидкости. Эти ионы образуются в результате диссоциации примесей, которые могут присутствовать, или в результате электрохимических окислительно-восстановительных реакций. Поскольку на практике совершенно чистых жидкостей не существует, в жидкости всегда будет по крайней мере некоторое количество положительных и отрицательных ионов, доступных для связывания с границей раздела жидкость-твердое тело. Существует много типов механизмов, с помощью которых может происходить это связывание (например, электростатическое прилипание к металлическим поверхностям, химическая абсорбция, введение электролита, диссоциация полярных групп и, если стенка сосуда является изолирующей, реакции жидкость-твердое тело).

Поскольку растворяющиеся (диссоциирующие) вещества изначально электрически нейтральны, они будут генерировать одинаковое количество положительных и отрицательных зарядов. Электрификация происходит только в том случае, если положительные или отрицательные заряды преимущественно прилипают к поверхности твердого тела. Если это происходит, образуется очень плотный слой, известный как слой Гельмгольца. Поскольку слой Гельмгольца заряжен, он будет притягивать к себе ионы противоположной полярности. Эти ионы будут группироваться в более рассеянный слой, известный как слой Гуи, который расположен поверх поверхности компактного слоя Гельмгольца. Толщина слоя Гуи увеличивается с увеличением удельного сопротивления жидкости. Проводящие жидкости образуют очень тонкие слои Гуи.

Этот двойной слой разделится, если жидкость будет течь, при этом слой Гельмгольца останется связанным с границей раздела, а слой Гуи увлечется текущей жидкостью. Движение этих заряженных слоев создает разность потенциалов (т. зета потенциал), а ток, индуцируемый движущимися зарядами, известен как потоковый ток. Количество заряда, накапливающегося в жидкости, зависит от скорости диффузии ионов к границе раздела и от удельного сопротивления жидкости. (р). Однако ток потока остается постоянным во времени.

Ни хорошо изолирующие, ни проводящие жидкости не станут заряженными — во-первых, потому что в них присутствует очень мало ионов, а во-вторых, потому что в жидкостях, которые очень хорошо проводят электричество, ионы будут рекомбинировать очень быстро. На практике электризация происходит только в жидкостях с удельным сопротивлением более 107Ом·м или менее 1011Ом м, причем наибольшие значения наблюдаются для r 109 в 1011 Ом·м.

Текущие жидкости вызывают накопление заряда на изолирующих поверхностях, по которым они текут. Степень накопления поверхностной плотности заряда ограничена (1) тем, насколько быстро ионы в жидкости рекомбинируют на границе жидкость-твердое тело, (2) насколько быстро ионы в жидкости проходят через изолятор, или ( 3) возникает ли поверхностное или объемное искрение через изолятор и, таким образом, разряжается заряд. Турбулентный поток и поток по шероховатым поверхностям способствуют электрификации.

Когда к заряженному телу (электроду) малого радиуса (например, к проводу) приложено высокое напряжение, скажем несколько киловольт, электрическое поле в непосредственной близости от заряженного тела велико, но оно быстро уменьшается с расстояние. Если происходит разряд накопленных зарядов, разряд будет ограничен областью, в которой электрическое поле сильнее, чем диэлектрическая прочность окружающей атмосферы, явление, известное как эффект короны, потому что дуга также излучает свет. (Люди, возможно, действительно видели маленькие искры, когда они лично испытали удар от статического электричества.)

Плотность заряда на изолирующей поверхности также может быть изменена движущимися электронами, генерируемыми электрическим полем высокой напряженности. Эти электроны будут генерировать ионы из любых молекул газа в атмосфере, с которой они вступают в контакт. Когда электрический заряд тела положительный, заряженное тело будет отталкивать любые созданные положительные ионы. Электроны, создаваемые отрицательно заряженными объектами, теряют энергию по мере удаления от электрода и присоединяются к молекулам газа в атмосфере, образуя отрицательные ионы, которые продолжают удаляться от точек заряда. Эти положительные и отрицательные ионы могут останавливаться на любой изолирующей поверхности и изменять плотность заряда поверхности. Этот тип заряда намного легче контролировать и он более однороден, чем заряды, создаваемые трением. Существуют ограничения на размер сборов, которые можно генерировать таким образом. Предел описан математически в уравнении 3 в таблице 1.

Для создания более высоких зарядов диэлектрическая прочность окружающей среды должна быть увеличена либо путем создания вакуума, либо путем металлизации другой поверхности изолирующей пленки. Последняя уловка втягивает электрическое поле в изолятор и, следовательно, уменьшает напряженность поля в окружающем газе.

Когда проводник в электрическом поле (Е) заземлен (см. рис. 1), заряды могут производиться индукцией. В этих условиях электрическое поле вызывает поляризацию — разделение центров тяжести отрицательных и положительных ионов проводника. Проводник, временно заземленный только в одной точке, будет нести суммарный заряд при отключении от земли из-за миграции зарядов вблизи этой точки. Это объясняет, почему проводящие частицы, находящиеся в однородном поле, колеблются между электродами, заряжаясь и разряжаясь при каждом контакте.

Рис. 1. Механизм зарядки проводника индукцией

ЭЛЕ030F1

Опасности, связанные со статическим электричеством

Болезненные последствия, вызванные накоплением статического электричества, варьируются от дискомфорта, который человек испытывает при прикосновении к заряженному предмету, например дверной ручке, до очень серьезных травм, даже со смертельным исходом, которые могут произойти в результате взрыва, вызванного статическим электричеством. Физиологическое воздействие электростатических разрядов на человека колеблется от неприятного покалывания до сильных рефлекторных действий. Эти эффекты вызываются разрядным током и особенно плотностью тока на коже.

В этой статье мы опишем некоторые практические способы, которыми поверхности и предметы могут заряжаться (электризация). Когда индуцированное электрическое поле превышает способность окружающей среды выдерживать заряд (то есть превышает диэлектрическую прочность окружающей среды), возникает разряд. (В воздухе диэлектрическая прочность описывается кривой Пашена и зависит от произведения давления на расстояние между заряженными телами.)

Разрывные разряды могут принимать следующие формы:

  • искры или дуги, соединяющие два заряженных тела (два металлических электрода)
  • частичные, или щеточные, разряды, шунтирующие металлический электрод и изолятор или даже два изолятора; эти разряды называются частичными, потому что проводящий путь не полностью закорачивает два металлических электрода, а обычно является множественным и щеткообразным.
  • коронные разряды, также известные как точечные эффекты, возникающие в сильном электрическом поле вокруг заряженных тел или электродов малого радиуса.

 

Изолированные проводники имеют чистую емкость C относительно земли. Эта связь между зарядом и потенциалом выражена в уравнении 5 в таблице 1.

Типичным примером изолированного проводника является человек в изолирующей обуви. Тело человека представляет собой электростатический проводник с типичной емкостью относительно земли примерно 150 пФ и потенциалом до 30 кВ. Поскольку люди могут быть изолирующими проводниками, они могут испытывать электростатические разряды, такие как более или менее болезненные ощущения, которые иногда возникают, когда рука приближается к дверной ручке или другому металлическому предмету. Когда потенциал достигает примерно 2 кВ, будет ощущаться энергия, эквивалентная 0.3 мДж, хотя этот порог варьируется от человека к человеку. Более сильные разряды могут вызвать неконтролируемые движения, приводящие к падению. В случае рабочих, использующих инструменты, непроизвольные рефлекторные движения могут привести к травмам пострадавшего и других людей, которые могут работать поблизости. Уравнения с 6 по 8 в таблице 1 описывают изменение потенциала во времени.

Фактическое искрение произойдет, когда сила индуцированного электрического поля превысит диэлектрическую прочность воздуха. Из-за быстрой миграции зарядов в проводниках практически все заряды стекают к точке разряда, высвобождая всю накопленную энергию в виде искры. Это может иметь серьезные последствия при работе с горючими или взрывоопасными веществами или в легковоспламеняющихся условиях.

Приближение заземленного электрода к заряженной изолирующей поверхности изменяет электрическое поле и индуцирует заряд в электроде. По мере приближения поверхностей друг к другу напряженность поля увеличивается, что в конечном итоге приводит к частичному разряду с заряженной изолированной поверхности. Поскольку заряды на изолирующих поверхностях не очень подвижны, в разряде участвует лишь небольшая часть поверхности, поэтому энергия, выделяемая при этом типе разряда, намного меньше, чем при дуговых разрядах.

Заряд и передаваемая энергия, по-видимому, прямо пропорциональны диаметру металлического электрода, примерно до 20 мм. Начальная полярность изолятора также влияет на заряд и передаваемую энергию. Частичные разряды с положительно заряженных поверхностей менее энергичны, чем с отрицательно заряженных. Невозможно определить, априорный, энергия, переносимая разрядом с изолирующей поверхности, в отличие от ситуации с проводящими поверхностями. Фактически, поскольку изолирующая поверхность не эквипотенциальна, невозможно даже определить задействованные емкости.

Ползучий разряд

Мы видели в уравнении 3 (таблица 1), что поверхностная плотность заряда изолирующей поверхности в воздухе не может превышать 2,660 пКл/см.2.

Если мы рассмотрим изоляционную пластину или пленку толщиной a, лежащих на металлическом электроде или имеющих одну металлическую поверхность, легко продемонстрировать, что электрическое поле втягивается в изолятор индуцированным зарядом на электроде, поскольку заряды осаждаются на неметаллической поверхности. В результате электрическое поле в воздухе очень слабое и ниже, чем оно было бы, если бы одна из граней не была металлической. В этом случае диэлектрическая прочность воздуха не ограничивает накопление заряда на изолирующей поверхности, и можно достичь очень высоких поверхностных плотностей заряда (>2,660 пКл/см2). Это накопление заряда увеличивает поверхностную проводимость изолятора.

Когда электрод приближается к изолирующей поверхности, возникает ползучий разряд, затрагивающий большую часть заряженной поверхности, которая стала проводящей. Из-за больших площадей поверхности этот тип разряда высвобождает большое количество энергии. В случае пленок воздушное поле очень слабое, и для возникновения разряда расстояние между электродом и пленкой должно быть не больше толщины пленки. Ползучий разряд может возникнуть и при отделении заряженного изолятора от металлического покрытия. В этих условиях воздушное поле резко увеличивается, и вся поверхность изолятора разряжается, чтобы восстановить равновесие.

Электростатические разряды и опасность пожара и взрыва

Во взрывоопасных средах бурные экзотермические реакции окисления, связанные с передачей энергии в атмосферу, могут быть вызваны:

  • открытое пламя
  • электрические искры
  • радиочастотные искры вблизи сильного радиоисточника
  • искры, возникающие при столкновениях (например, между металлом и бетоном)
  • электростатические разряды.

 

Нас здесь интересует только последний случай. Температуры вспышки (температура, при которой жидкие пары воспламеняются при контакте с открытым пламенем) различных жидкостей и температура самовоспламенения различных паров приведены в химическом разделе настоящего документа. Энциклопедия. Пожарную опасность, связанную с электростатическими разрядами, можно оценить по нижнему пределу воспламеняемости газов, паров и твердых или жидких аэрозолей. Этот предел может значительно варьироваться, как показано в таблице 3.

Таблица 3. Типичные нижние пределы воспламеняемости

разрядка

Ограничивать

Некоторые порошки

Несколько джоулей

Очень мелкие аэрозоли серы и алюминия

Несколько миллиджоулей

Пары углеводородов и другие органические жидкости

200 микроджоулей

Водород и ацетилен

20 микроджоулей

Взрывчатые вещества

1 микроджоуль

 

Смесь воздуха и горючего газа или пара может взорваться только тогда, когда концентрация горючего вещества находится между его верхним и нижним пределами взрываемости. В этом диапазоне минимальная энергия воспламенения (MIE) — энергия, которой должен обладать электростатический разряд для воспламенения смеси, — сильно зависит от концентрации. Было последовательно показано, что минимальная энергия воспламенения зависит от скорости выделения энергии и, соответственно, от продолжительности разряда. Радиус электрода также является фактором:

  • Электроды малого диаметра (порядка нескольких миллиметров) вызывают коронный разряд, а не искры.
  • При электродах большего диаметра (порядка нескольких сантиметров) масса электрода служит для охлаждения искры.

 

Как правило, самые низкие МИЭ достигаются с электродами, которые достаточно велики, чтобы предотвратить коронный разряд.

МИЭ также зависит от межэлектродного расстояния и является наименьшим на расстоянии закалки («расстоянии депинцемента»), на котором энергия, выделяемая в зоне реакции, превышает тепловые потери на электродах. Экспериментально показано, что каждое горючее вещество имеет максимально безопасное расстояние, соответствующее минимальному межэлектродному расстоянию, при котором может произойти взрыв. Для углеводородов это менее 1 мм.

Вероятность взрывов пороха зависит от концентрации, с наибольшей вероятностью, связанной с концентрациями порядка 200–500 г/мXNUMX.3. MIE также зависит от размера частиц: более мелкие порошки легче взрываются. Как для газов, так и для аэрозолей МИЭ уменьшается с температурой.

Промышленные примеры

Многие процессы, обычно используемые для обработки и транспортировки химических веществ, генерируют электростатические заряды. К ним относятся:

  • высыпание порошков из мешков
  • скрининг
  • транспортировка по трубопроводу
  • перемешивание жидкости, особенно в присутствии нескольких фаз, взвешенных твердых частиц или капель несмешивающихся жидкостей
  • распыление жидкости или распыление.

 

Последствия образования электростатического заряда включают механические проблемы, опасность электростатического разряда для операторов и, если используются продукты, содержащие легковоспламеняющиеся растворители или пары, даже взрыв (см. таблицу 4).

Таблица 4. Удельный сбор, связанный с отдельными промышленными операциями

Эксплуатация

Конкретный заряд
(кв/м) (Кл/кг)

Экранирование

10-8 -10-11

Наполнение или опорожнение силоса

10-7 -10-9

Транспортировка шнеком

10-6 -10-8

Шлифовальные

10-6 -10-7

Микронизация

10-4 -10-7

Пневматический транспорт

10-4 -10-6

 

Жидкие углеводороды, такие как нефть, керосин и многие распространенные растворители, обладают двумя характеристиками, которые делают их особенно чувствительными к проблемам статического электричества:

  • высокое удельное сопротивление, что позволяет им накапливать высокие уровни зарядов
  • легковоспламеняющиеся пары, увеличивающие риск низкоэнергетических разрядов, вызывающих пожары и взрывы.

 

Заряды могут генерироваться во время транспортного потока (например, через трубопроводы, насосы или клапаны). Прохождение через фильтры тонкой очистки, такие как те, которые используются при заправке баков самолетов, может привести к образованию плотности заряда в несколько сотен микрокулонов на кубический метр. Осаждение частиц и образование заряженного тумана или пены во время проточного наполнения резервуаров также может привести к образованию зарядов.

В период с 1953 по 1971 год статическое электричество стало причиной 35 пожаров и взрывов во время или после наполнения керосиновых цистерн, и еще больше аварий произошло во время наполнения цистерн грузовиков. Наличие фильтров или разбрызгивание во время заполнения (из-за образования пены или тумана) были наиболее часто выявляемыми факторами риска. Несчастные случаи также происходили на борту нефтяных танкеров, особенно во время очистки танков.

Принципы предотвращения статического электричества

Все проблемы, связанные со статическим электричеством, возникают из-за:

  • генерация электрических зарядов
  • накопление этих зарядов на изоляторах или изолированных проводниках
  • электрическое поле, создаваемое этими зарядами, которое, в свою очередь, приводит к силовому или пробивающему разряду.

 

Профилактические меры направлены на предотвращение накопления электростатических зарядов, и стратегия выбора состоит в том, чтобы в первую очередь избегать образования электрических зарядов. Если это невозможно, следует принять меры, направленные на заземление зарядов. Наконец, если разряды неизбежны, следует защитить чувствительные объекты от воздействия разрядов.

Подавление или уменьшение образования электростатического заряда

Это первый подход к предотвращению электростатического разряда, который следует предпринять, потому что это единственная превентивная мера, которая устраняет проблему в ее источнике. Однако, как обсуждалось ранее, заряды генерируются всякий раз, когда два материала, по крайней мере один из которых является изолирующим, вступают в контакт и впоследствии разделяются. На практике генерация заряда может происходить даже при контакте и отрыве материала от самого себя. Фактически в генерации заряда участвуют поверхностные слои материалов. Поскольку малейшая разница в влажности поверхности или загрязнение поверхности приводит к образованию статических зарядов, полностью избежать образования зарядов невозможно.

Чтобы уменьшить количество зарядов, генерируемых контактирующими поверхностями:

  • Избегайте соприкосновения материалов друг с другом, если они имеют очень разное сродство к электрону, то есть если они находятся очень далеко друг от друга в трибоэлектрическом ряду. Например, избегайте контакта между стеклом и тефлоном (ПТФЭ) или между ПВХ и полиамидом (нейлоном) (см. таблицу 2).
  • Уменьшите скорость потока между материалами. Это снижает скорость сдвига между твердыми материалами. Например, можно уменьшить скорость экструзии пластиковых пленок, движения измельченных материалов на конвейере или жидкостей в трубопроводе.

 

Никаких окончательных безопасных пределов скорости потока не установлено. Британский стандарт BS-5958-Часть 2  Свод практических правил по контролю нежелательного статического электричества рекомендует, чтобы произведение скорости (в метрах в секунду) и диаметра трубы (в метрах) было менее 0.38 для жидкостей с электропроводностью менее 5 пСм/м (в пикосименсах на метр) и менее 0.5 для жидкостей. с проводимостями выше 5 пСм/м. Этот критерий справедлив только для однофазных жидкостей, транспортируемых со скоростью не более 7 м/с.

Следует отметить, что уменьшение сдвига или скорости потока не только уменьшает образование заряда, но также помогает рассеять любые образующиеся заряды. Это связано с тем, что более низкие скорости потока приводят к более длительному времени пребывания, чем время, связанное с зонами релаксации, где скорость потока снижается за счет таких стратегий, как увеличение диаметра трубы. Это, в свою очередь, увеличивает заземление.

Заземление статического электричества

Основное правило предотвращения электростатического разряда заключается в устранении разности потенциалов между объектами. Это можно сделать, соединив их или заземлив (заземлив). Однако изолированные проводники могут накапливать заряды и, таким образом, заряжаться за счет индукции, что является уникальным для них явлением. Разряды от проводников могут принимать форму высокоэнергетических и опасных искр.

Это правило согласуется с рекомендациями по предотвращению поражения электрическим током, которые также требуют, чтобы все доступные металлические части электрооборудования были заземлены, как во французском стандарте. Электроустановки низкого напряжения (NFC 15-100). Для обеспечения максимальной электростатической безопасности, что нас здесь беспокоит, это правило следует распространить на все проводящие элементы. Сюда входят металлические рамы столов, дверные ручки, электронные компоненты, резервуары, используемые в химической промышленности, и шасси транспортных средств, используемых для перевозки углеводородов.

С точки зрения электростатической безопасности идеальным миром был бы мир, в котором все было бы проводником и было бы постоянно заземлено, таким образом перенося все заряды в землю. В этих условиях все было бы постоянно эквипотенциально, а электрическое поле и риск разряда, следовательно, были бы равны нулю. Однако почти никогда невозможно достичь этого идеала по следующим причинам:

  • Не все продукты, с которыми приходится обращаться, являются проводниками, и многие из них нельзя сделать проводящими с помощью добавок. Примерами таких продуктов являются сельскохозяйственная и фармацевтическая продукция, а также жидкости высокой чистоты.
  • Желаемые свойства конечного продукта, такие как оптическая прозрачность или низкая теплопроводность, могут препятствовать использованию проводящих материалов.
  • Невозможно постоянно заземлять мобильное оборудование, такое как металлические тележки, беспроводные электронные инструменты, транспортные средства и даже людей-операторов.

 

Защита от электростатических разрядов

Следует иметь в виду, что этот раздел касается только защиты электростатически чувствительного оборудования от неизбежных разрядов, снижения генерирования заряда и устранения зарядов. Возможность защиты оборудования не устраняет принципиальной необходимости предотвращения накопления электростатического заряда.

Как показано на рисунке 2, все электростатические проблемы включают в себя источник электростатического разряда (первоначально заряженный объект), цель, которая получает разряд, и среду, через которую проходит разряд (диэлектрический разряд). Следует отметить, что либо цель, либо окружающая среда могут быть электростатически чувствительными. Некоторые примеры чувствительных элементов перечислены в таблице 5.

Рисунок 2. Схема задачи электростатического разряда

ЭЛЕ030F2

Таблица 6. Примеры оборудования, чувствительного к электростатическим разрядам

Чувствительный элемент

Примеры

Источник

Оператор касается дверной ручки или шасси автомобиля A
Заряженный электронный компонент вступает в контакт с
заземленный объект

цель

Электронные компоненты или материалы, соприкасающиеся с заряженным оператором

Окружающая среда

Взрывоопасная смесь, воспламеняемая электростатическим разрядом

 

Защита рабочих

Рабочие, у которых есть основания полагать, что они получили электрический заряд (например, при выходе из транспортного средства в сухую погоду или при ходьбе в определенных типах обуви), могут применять ряд защитных мер, таких как следующие:

  • Уменьшите плотность тока на уровне кожи, прикоснувшись к заземленному проводнику металлическим предметом, например ключом или инструментом.
  • Уменьшите пиковое значение тока, разрядив его на рассеивающий объект, если таковой имеется (столешница или специальное устройство, такое как защитный браслет с последовательным сопротивлением).

 

Защита во взрывоопасных средах

Во взрывоопасных средах сама среда чувствительна к электростатическим разрядам, а разряды могут привести к воспламенению или взрыву. Защита в этих случаях состоит в замене воздуха либо газовой смесью, содержание кислорода в которой меньше нижнего предела взрываемости, либо инертным газом, например азотом. Инертный газ использовался в бункерах и реакционных сосудах в химической и фармацевтической промышленности. В этом случае необходимы адекватные меры предосторожности, чтобы гарантировать, что работники получают адекватную подачу воздуха.

 

Назад

Понедельник, Февраль 28 2011 19: 43

Профилактика и стандарты

Опасности и меры профилактики на электроустановках

Многие компоненты, из которых состоят электрические установки, обладают разной степенью надежности. Однако, несмотря на присущую им хрупкость, все они должны надежно работать в суровых условиях. К сожалению, даже при самых благоприятных обстоятельствах электрическое оборудование может выйти из строя, что может привести к травмам или материальному ущербу.

Безопасная эксплуатация электроустановок является результатом хорошего первоначального проектирования, а не простой модернизации систем безопасности. Это следствие того факта, что в то время как ток течет со скоростью света, все электромеханические и электронные системы демонстрируют задержки реакции, вызванные, прежде всего, тепловой инерцией, механической инерцией и условиями обслуживания. Эти латентные периоды, независимо от их происхождения, достаточно продолжительны, чтобы люди могли получить травмы и повредить оборудование (Lee, Capelli-Schellpfeffer and Kelly, 1994; Lee, Cravalho and Burke, 1992; Kane and Sternheim, 1978).

Очень важно, чтобы оборудование устанавливалось и обслуживалось квалифицированным персоналом. Следует подчеркнуть, что технические меры необходимы как для обеспечения безопасной эксплуатации установок, так и для защиты людей и оборудования.

Введение в электрические опасности

Надлежащая эксплуатация электроустановок требует, чтобы машины, оборудование, электрические цепи и линии были защищены от опасностей, вызванных как внутренними (т.е. возникающими внутри установки), так и внешними факторами (Andreoni and Castagna 1983).

К внутренним причинам относятся:

  • перенапряжения
  • короткие замыкания
  • изменение формы волны тока
  • индукционный
  • вмешательство
  • сверхтоки
  • коррозия, приводящая к утечке электрического тока на землю
  • нагрев проводящих и изоляционных материалов, который может привести к ожогам оператора, выбросу токсичных газов, возгоранию компонентов и, в легковоспламеняющихся средах, к взрывам
  • утечки изоляционных жидкостей, таких как масло
  • образование водорода или других газов, которые могут привести к образованию взрывоопасных смесей.

 

Каждая комбинация опасного оборудования требует определенных защитных мер, некоторые из которых предусмотрены законом или внутренними техническими регламентами. Производители обязаны знать конкретные технические стратегии, способные снизить риски.

К внешним причинам относятся:

  • механические факторы (падения, удары, вибрация)
  • физические и химические факторы (естественное или искусственное излучение, экстремальные температуры, масла, агрессивные жидкости, влажность)
  • ветер, лед, молния
  • растительность (деревья и корни, как сухие, так и влажные)
  • животные (как в городских, так и в сельских условиях); они могут повредить изоляцию линии электропередачи и вызвать короткое замыкание или ложный контакт.

И последний по порядку но не по значимости,

  • взрослые и дети, которые проявляют неосторожность, безрассудство или не знают о рисках и рабочих процедурах.

 

К другим внешним причинам относятся электромагнитные помехи от таких источников, как линии высокого напряжения, радиоприемники, сварочные аппараты (способные генерировать переходные перенапряжения) и соленоиды.

Наиболее часто встречающиеся причины проблем возникают из-за неисправности или нестандартности:

  • средства механической, тепловой или химической защиты
  • системы вентиляции, системы охлаждения машин, оборудование, линии или контуры
  • согласование изоляторов, используемых в разных частях установки
  • согласование предохранителей и автоматических выключателей.

 

Один плавкий предохранитель или автоматический выключатель не могут обеспечить достаточную защиту от перегрузки по току в двух разных цепях. Предохранители или автоматические выключатели могут обеспечить защиту от обрыва фазы в нейтрали, но для защиты от обрыва фазы на землю требуются автоматические выключатели дифференциального тока.

  • использование реле напряжения и разрядников для согласования защитных систем
  • датчики и механические или электрические компоненты в системах защиты установки
  • разделение цепей при разном напряжении (между проводниками должны быть обеспечены достаточные воздушные зазоры; соединения должны быть изолированы; трансформаторы должны быть оснащены заземленными экранами и соответствующей защитой от перенапряжения, а также иметь полностью изолированные первичную и вторичную обмотки)
  • цветовые коды или другие подходящие положения, чтобы избежать неправильной идентификации проводов
  • ошибочное принятие активной фазы за нейтральный проводник приводит к электризации внешних металлических компонентов оборудования.
  • средства защиты от электромагнитных помех.

 

Это особенно важно для контрольно-измерительных приборов и линий, используемых для передачи данных или обмена сигналами защиты и/или управления. Должны быть обеспечены достаточные зазоры между линиями или использованы фильтры и экраны. Волоконно-оптические кабели иногда используются для наиболее критических случаев.

Риск, связанный с электрическими установками, увеличивается, когда оборудование эксплуатируется в тяжелых условиях, чаще всего в результате поражения электрическим током во влажной или мокрой среде.

Тонкие жидкие проводящие слои, образующиеся на металлических и изоляционных поверхностях во влажной или мокрой среде, создают новые, неравномерные и опасные пути прохождения тока. Проникновение воды снижает эффективность изоляции, а попадание воды в изоляцию может привести к утечке тока и короткому замыканию. Эти эффекты не только повреждают электрические установки, но и значительно увеличивают риск для человека. Этот факт обосновывает необходимость специальных стандартов для работы в суровых условиях, таких как открытые площадки, сельскохозяйственные установки, строительные площадки, ванные комнаты, шахты и подвалы, а также некоторые промышленные объекты.

Доступно оборудование, обеспечивающее защиту от дождя, боковых брызг или полного погружения. В идеале оборудование должно быть закрыто, изолировано и защищено от коррозии. Металлические корпуса должны быть заземлены. Механизм отказа во влажной среде такой же, как и во влажной атмосфере, но последствия могут быть более серьезными.

Опасность поражения электрическим током в запыленной атмосфере

Мелкая пыль, попадающая в машины и электрическое оборудование, вызывает истирание, особенно подвижных частей. Проводящая пыль также может вызвать короткое замыкание, а изолирующая пыль может прервать протекание тока и увеличить контактное сопротивление. Скопления мелкой или крупной пыли вокруг корпусов оборудования являются потенциальными резервуарами влаги и воды. Сухая пыль является теплоизолятором, уменьшающим рассеивание тепла и повышающим локальную температуру; это может привести к повреждению электрических цепей и вызвать пожар или взрыв.

Влаго- и взрывозащищенные системы необходимо устанавливать на промышленных или сельскохозяйственных объектах, где осуществляются пыльные процессы.

Опасность поражения электрическим током во взрывоопасных средах или на объектах, содержащих взрывоопасные материалы

Взрывы, включая взрывы атмосфер, содержащих взрывоопасные газы и пыль, могут быть вызваны размыканием и замыканием электрических цепей под напряжением или любым другим переходным процессом, способным генерировать искры достаточной энергии.

Эта опасность присутствует на таких объектах, как:

  • шахты и подземные площадки, где могут скапливаться газы, особенно метан
  • химическая промышленность
  • помещения для хранения свинцовых аккумуляторов, где может накапливаться водород
  • пищевая промышленность, где могут быть получены натуральные органические порошки
  • промышленность синтетических материалов
  • металлургия, особенно алюминий и магний.

 

При наличии такой опасности количество электрических цепей и оборудования должно быть сведено к минимуму, например, за счет удаления электродвигателей и трансформаторов или замены их пневматическим оборудованием. Электрическое оборудование, которое нельзя демонтировать, должно быть закрыто, чтобы избежать любого контакта горючих газов и пыли с искрами, а внутри корпуса должна поддерживаться атмосфера инертного газа с избыточным давлением. Взрывозащищенные корпуса и огнеупорные электрические кабели должны использоваться там, где существует вероятность взрыва. Разработана полная номенклатура взрывозащищенного оборудования для ряда производств повышенной опасности (например, нефтяной и химической промышленности).

Из-за высокой стоимости взрывозащищенного оборудования заводы принято делить на электроопасные зоны. При таком подходе в зонах повышенного риска используется специальное оборудование, а в других допускается определенная доля риска. Разработаны различные отраслевые критерии и технические решения; они обычно включают некоторую комбинацию заземления, разделения компонентов и установки зонирующих барьеров.

Эквипотенциальное соединение

Если бы все проводники, включая землю, к которым можно прикоснуться одновременно, находились под одинаковым потенциалом, опасности для человека не было бы. Системы уравнивания потенциалов являются попыткой достичь этого идеального состояния (Andreoni and Castagna 1983; Lee, Cravalho and Burke 1992).

При эквипотенциальном соединении каждый оголенный проводник непередающего электрооборудования и каждый доступный посторонний проводник на одном и том же участке соединяются с защитным заземленным проводником. Следует помнить, что хотя проводники непередающего оборудования обесточены при нормальной работе, они могут оказаться под напряжением после нарушения изоляции. Снижая контактное напряжение, уравнивание потенциалов предотвращает попадание на металлические компоненты напряжений, опасных как для людей, так и для оборудования.

На практике может оказаться необходимым подключить одну и ту же машину к сети уравнивания потенциалов более чем в одной точке. Области плохого контакта, например, из-за присутствия изоляторов, таких как смазочные материалы и краска, должны быть тщательно определены. Точно так же рекомендуется подключать все местные и внешние трубопроводы (например, водопровод, газ и отопление) к сети уравнивания потенциалов.

Заземление

В большинстве случаев необходимо минимизировать падение напряжения между проводниками установки и землей. Это достигается подключением проводников к заземленному защитному проводу.

Существует два типа заземления:

  • функциональные основания - например, заземление нейтрального проводника трехфазной системы или средней точки вторичной обмотки трансформатора.
  • защитное заземление — например, заземление каждого проводника на единице оборудования. Целью этого типа заземления является минимизация напряжения проводника за счет создания предпочтительного пути для токов короткого замыкания, особенно тех токов, которые могут повлиять на людей.

 

В нормальных условиях эксплуатации через заземляющие соединения ток не течет. Однако в случае случайного срабатывания цепи ток, протекающий через низкоомное заземляющее соединение, достаточно велик, чтобы расплавить плавкий предохранитель или незаземленные проводники.

Максимальное напряжение короткого замыкания в эквипотенциальных сетях, разрешенное большинством стандартов, составляет 50 В для сухих сред, 25 В для мокрых или влажных сред и 12 В для медицинских лабораторий и других сред с высоким риском. Хотя эти значения являются лишь рекомендациями, следует подчеркнуть необходимость обеспечения надлежащего заземления на рабочих местах, в общественных местах и ​​особенно в жилых помещениях.

Эффективность заземления зависит в первую очередь от наличия высоких и стабильных токов утечки на землю, а также от адекватной гальванической связи эквипотенциальной сети и диаметра проводников, ведущих к сети. Из-за важности утечки на землю ее необходимо оценивать с большой точностью.

Соединения с землей должны быть такими же надежными, как эквипотенциальные сети, и их надлежащая работа должна регулярно проверяться.

По мере увеличения сопротивления заземления потенциал как заземляющего проводника, так и земли вокруг проводника приближается к потенциалу электрической цепи; в случае земли вокруг проводника генерируемый потенциал обратно пропорционален расстоянию от проводника. Во избежание опасных скачков напряжения заземляющие проводники должны быть должным образом экранированы и проложены в земле на соответствующей глубине.

В качестве альтернативы заземлению оборудования стандарты допускают использование оборудования с двойной изоляцией. Это оборудование, рекомендованное для использования в жилых помещениях, сводит к минимуму вероятность повреждения изоляции за счет использования двух отдельных систем изоляции. Нельзя полагаться на оборудование с двойной изоляцией для надлежащей защиты от сбоев интерфейса, например, связанных с незакрепленными, но работающими вилками, поскольку стандарты вилок и настенных розеток некоторых стран не регулируют использование таких вилок.

Предохранители

Самый надежный метод снижения опасности поражения электрическим током для людей и оборудования — свести к минимуму продолжительность повышения тока и напряжения короткого замыкания, в идеале еще до того, как электрическая энергия начнет увеличиваться. Системы защиты в электрооборудовании обычно включают в себя три реле: реле дифференциального тока для защиты от пробоя на землю, магнитное реле и тепловое реле для защиты от перегрузок и коротких замыканий.

В устройствах защитного отключения проводники в цепи намотаны по кольцу, которое определяет векторную сумму токов, входящих и выходящих из защищаемого оборудования. Сумма векторов равна нулю при нормальной работе, но равна току утечки в случае неисправности. Когда ток утечки достигает порога срабатывания выключателя, выключатель срабатывает. Устройства защитного отключения могут срабатывать при токах до 30 мА с задержкой до 30 мс.

Максимальный ток, который может безопасно проходить по проводнику, зависит от его площади поперечного сечения, изоляции и установки. Перегрев произойдет, если будет превышена максимальная безопасная нагрузка или если будет ограничено рассеивание тепла. Устройства максимального тока, такие как плавкие предохранители и магнитотермические выключатели, автоматически разрывают цепь при протекании чрезмерного тока, замыканиях на землю, перегрузке или коротком замыкании. Устройства перегрузки по току должны прерывать протекание тока, когда он превышает мощность проводника.

Выбор средств защиты, способных защитить как персонал, так и оборудование, является одним из важнейших вопросов при управлении электроустановками и должен учитывать не только токопроводящую способность проводников, но и характеристики цепей и подключенного к ним оборудования. их.

В цепях с очень большой токовой нагрузкой необходимо использовать специальные предохранители или автоматические выключатели большой мощности.

Плавкие предохранители

Доступны несколько типов предохранителей, каждый из которых предназначен для конкретного применения. Использование предохранителя неправильного типа или предохранителя неправильной мощности может привести к травмам и повреждению оборудования. Перегрев часто приводит к перегреву проводки или оборудования, что, в свою очередь, может привести к возгоранию.

Перед заменой предохранителей заблокируйте, пометьте и проверьте цепь, чтобы убедиться, что она обесточена. Тестирование может спасти жизнь. Затем определите причину любых коротких замыканий или перегрузок и замените перегоревшие предохранители на предохранители того же типа и мощности. Никогда не вставляйте предохранители в цепь под напряжением.

Предохранители

Хотя автоматические выключатели уже давно используются в высоковольтных цепях с большими токами, они все чаще используются во многих других типах цепей. Доступно множество типов, предлагающих выбор немедленного или отсроченного срабатывания, а также ручного или автоматического управления.

Автоматические выключатели делятся на две основные категории: тепловые и магнитные.

Тепловые автоматические выключатели реагируют исключительно на повышение температуры. Таким образом, колебания температуры окружающей среды автоматического выключателя повлияют на точку срабатывания выключателя.

С другой стороны, магнитные автоматические выключатели реагируют исключительно на величину тока, проходящего через цепь. Этот тип выключателя предпочтительнее, когда сильные колебания температуры требуют завышения номинала выключателя или когда выключатель часто отключается.

В случае прикосновения к линиям, несущим сильноточные нагрузки, защитные цепи не могут предотвратить травмы людей или повреждение оборудования, так как они предназначены только для защиты линий электропередач и систем от протекания избыточного тока, вызванного неисправностями.

Из-за сопротивления контакта с землей ток, проходящий через объект, одновременно контактирующий с линией и землей, обычно меньше тока отключения. Токи повреждения, протекающие через людей, могут быть дополнительно уменьшены сопротивлением тела до такой степени, что они не отключают выключатель, и поэтому они чрезвычайно опасны. Практически невозможно спроектировать энергосистему, которая предотвратила бы травмы или повреждение любого объекта, вызвавшего неисправность линий электропередач, и в то же время оставалась бы полезной системой передачи энергии, поскольку пороги срабатывания соответствующих устройств защиты цепи значительно превышают уровень опасности для человека.

Стандарты и правила

Структура международных стандартов и правил проиллюстрирована на рисунке 1 (Winckler 1994). Строки соответствуют географическому охвату стандартов: всемирному (международному), континентальному (региональному) или национальному, а столбцы соответствуют областям применения стандартов. IEC и Международная организация по стандартизации (ISO) имеют общую структуру, Совместную координационную группу президентов (JPCG); европейский эквивалент - Объединенная группа президентов (JPG).

Рисунок 1. Система международных стандартов и правил

ЭЛЕ040F1

Каждый орган по стандартизации регулярно проводит международные совещания. Состав различных органов отражает развитие стандартизации.

Команда Европейский комитет по нормализации электротехники (CENELEC) была создана электротехническими комитетами стран, подписавших в 1957 году Римский договор об учреждении Европейского экономического сообщества. Позже к шести членам-основателям присоединились члены Европейской ассоциации свободной торговли (ЕАСТ), и CENELEC в его нынешнем виде датируется 13 февраля 1972 года.

В отличие от Международной электротехнической комиссии (МЭК), CENELEC занимается внедрением международных стандартов в странах-членах, а не созданием новых стандартов. Особенно важно помнить, что хотя принятие стандартов IEC странами-членами является добровольным, принятие стандартов и правил CENELEC является обязательным в Европейском Союзе. Более 90 % стандартов CENELEC основаны на стандартах IEC, и более 70 % из них идентичны. Влияние CENELEC также привлекло интерес стран Восточной Европы, большинство из которых стали аффилированными членами в 1991 году.

Международная ассоциация по испытаниям и материалам, предшественница Международной организации по стандартизации (ISO), как она известна сегодня, была основана в 1886 году и действовала до Первой мировой войны, после чего перестала функционировать как международная ассоциация. Некоторые национальные организации, такие как Американское общество испытаний и материалов (ASTM), выжили. В 1926 году в Нью-Йорке была основана Международная ассоциация стандартов (ISA), которая действовала до Второй мировой войны. В 1946 году ISA была заменена ISO, отвечающей за все области, кроме электротехники и телекоммуникаций. Европейский комитет по нормализации (CEN) является европейским эквивалентом ISO и имеет ту же функцию, что и CENELEC, хотя только 40% стандартов CEN являются производными от стандартов ISO.

Нынешняя волна международной экономической консолидации создает потребность в общих технических базах данных в области стандартизации. Этот процесс в настоящее время идет в нескольких частях мира, и вполне вероятно, что новые органы по стандартизации появятся за пределами Европы. CANENA — это региональный орган по стандартизации, созданный странами Североамериканского соглашения о свободной торговле (НАФТА) (Канада, Мексика и США). Электромонтаж помещений в США регулируется Национальным электротехническим кодексом, ANSI/NFPA 70-1996. Этот Кодекс также используется в ряде других стран Северной и Южной Америки. В нем приведены требования к монтажу электропроводки помещений за пределами точки подключения к системе электроснабжения. Он охватывает установку электрических проводников и оборудования внутри или на общественных и частных зданиях, включая дома на колесах, транспортные средства для отдыха и плавучие здания, складские дворы, карнавалы, парковки и другие площадки, а также промышленные подстанции. Он не распространяется на установки на кораблях или плавсредствах, за исключением плавучих зданий — железнодорожных остановок, самолетов или автомобильных транспортных средств. Национальный электротехнический кодекс также не применяется к другим областям, которые обычно регулируются Национальным кодексом электробезопасности, таким как установка коммуникационного оборудования и электрические коммунальные установки.

Европейские и американские стандарты эксплуатации электроустановок

Европейский стандарт EN 50110-1, Эксплуатация электроустановок (1994a), подготовленный Целевой группой CENELEC 63-3, является основным документом, применимым к эксплуатации и работам на электроустановках, рядом с ними. Стандарт устанавливает минимальные требования для всех стран CENELEC; дополнительные национальные стандарты описаны в отдельных подразделах стандарта (EN 50110-2).

Стандарт распространяется на установки, предназначенные для производства, передачи, преобразования, распределения и использования электроэнергии и работающие при обычно встречающихся уровнях напряжения. Хотя типичные установки работают при низком напряжении, стандарт также применяется к установкам сверхнизкого и высокого напряжения. Установки могут быть постоянными и стационарными (например, распределительные установки на заводах или в офисных комплексах) или мобильными.

Правила безопасной эксплуатации и технического обслуживания при работах на электроустановках или рядом с ними изложены в стандарте. Применимые виды работ включают неэлектрические работы, такие как строительство рядом с воздушными линиями или подземными кабелями, в дополнение ко всем видам электромонтажных работ. Некоторые электрические установки, например, на борту самолетов и кораблей, не подпадают под действие стандарта.

Эквивалентным стандартом в США является Национальный кодекс электробезопасности (NESC), Американский национальный институт стандартов (1990 г.). NESC распространяется на объекты коммунального хозяйства и действует от точки выработки электроэнергии и сигналов связи через передающую сеть до точки поставки на объекты потребителя. Некоторые установки, в том числе в шахтах и ​​на кораблях, не подпадают под действие NESC. Рекомендации NESC предназначены для обеспечения безопасности работников, занятых монтажом, эксплуатацией или обслуживанием линий электроснабжения и связи и сопутствующего оборудования. Эти руководящие принципы представляют собой минимально приемлемый стандарт безопасности труда и общественной безопасности в указанных условиях. Код не предназначен для использования в качестве спецификации проекта или руководства по эксплуатации. Формально NESC следует рассматривать как национальный кодекс безопасности, применимый к Соединенным Штатам.

Обширные правила как европейских, так и американских стандартов предусматривают безопасное выполнение работ на электроустановках.

Европейский стандарт (1994a)

Определения

Стандарт дает определения только для наиболее распространенных терминов; дополнительная информация доступна в Международной электротехнической комиссии (1979 г.). Для целей настоящего стандарта под электроустановкой понимается все оборудование, задействованное в производстве, передаче, преобразовании, распределении и использовании электрической энергии. Сюда входят все источники энергии, включая батареи и конденсаторы (ENEL 1994; EDF-GDF 1991).

Основные принципы

Безопасная операция: Основным принципом безопасной работы на электроустановке или рядом с ней является необходимость оценки риска поражения электрическим током перед началом работы.

персонал: Наилучшие правила и процедуры работы на электроустановках, вблизи них или рядом с ними не имеют никакой ценности, если работники не знают их досконально и не соблюдают их неукоснительно. Весь персонал, участвующий в работе с электроустановкой или рядом с ней, должен быть проинструктирован о требованиях безопасности, правилах безопасности и политиках компании, применимых к их работе. Если работа длительная или сложная, эта инструкция должна быть повторена. Работники обязаны соблюдать эти требования, правила и инструкции.

Организация: Каждая электрическая установка должна находиться под ответственностью назначенного лица, контролирующего электрическую установку. В случаях деятельности, включающей более одной установки, важно, чтобы назначенные лица, контролирующие каждую установку, сотрудничали друг с другом.

Ответственность за каждую рабочую деятельность несет назначенное лицо, контролирующее работу. Если работа включает подзадачи, будут назначены лица, ответственные за безопасность каждой подзадачи, каждый из которых будет подчиняться координатору. Одно и то же лицо может выступать в качестве назначенного лица, контролирующего работу, и назначенного лица, контролирующего электроустановку.

Общение: Сюда входят все средства передачи информации между людьми, т. е. устная речь (включая телефоны, радио и речь), письмо (включая факс) и визуальные средства (включая приборные панели, видео, сигналы и свет).

Должно быть предоставлено официальное уведомление обо всей информации, необходимой для безопасной эксплуатации электроустановки, например, об организации сети, состоянии распределительного устройства и расположении предохранительных устройств.

Рабочее место: Надлежащее рабочее пространство, доступ и освещение должны быть обеспечены на электроустановках, на которых или рядом с которыми должны выполняться какие-либо работы.

Инструменты, оборудование и процедуры: Инструменты, оборудование и процедуры должны соответствовать требованиям соответствующих европейских, национальных и международных стандартов, если таковые существуют.

Чертежи и отчеты: Чертежи и отчеты по установке должны быть актуальными и легкодоступными.

Вывески: Надлежащие знаки, привлекающие внимание к конкретным опасностям, должны отображаться по мере необходимости, когда установка работает и во время любой работы.

Стандартные операционные процедуры

Основная деятельность: Эксплуатационная деятельность предназначена для изменения электрического состояния электроустановки. Есть два типа:

  • операции, предназначенные для изменения электрического состояния электроустановки, например, чтобы использовать оборудование, подключать, отключать, запускать или останавливать установку или часть установки для выполнения работы. Эти действия могут выполняться локально или дистанционно.
  • отключение до или повторное подключение после работы без отрыва от производства должно выполняться квалифицированными или обученными рабочими.

 

Функциональные проверки: Сюда входят процедуры измерения, тестирования и проверки.

Измерение определяется как весь спектр действий, используемых для сбора физических данных в электроустановках. Измерение должно проводиться квалифицированными специалистами.

Тестирование включает в себя все действия, предназначенные для проверки работы или электрического, механического или теплового состояния электроустановки. Испытания должны проводиться квалифицированными работниками.

Инспекция – это проверка того, что электроустановка соответствует действующим установленным техническим нормам и правилам техники безопасности.

Рабочие процедуры

Генеральная: Назначенное лицо, контролирующее электроустановку, и назначенное лицо, контролирующее работу, должны обеспечить получение рабочими конкретных и подробных инструкций до начала работы и по ее завершении.

Перед началом работы назначенное лицо, контролирующее работу, должно уведомить назначенное лицо, контролирующее электроустановку, о характере, месте и последствиях для электроустановки предполагаемых работ. Это уведомление должно быть дано предпочтительно в письменной форме, особенно когда работа сложная.

Трудовую деятельность можно разделить на три категории: мертвая работа, живая работа и работа вблизи действующих установок. Для каждого вида работ разработаны мероприятия, направленные на защиту от поражения электрическим током, коротких замыканий и искрения.

Индукция: При работе с электрическими линиями, подверженными индукционному току, необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:

  • заземление через соответствующие промежутки времени; это снижает потенциал между проводниками и землей до безопасного уровня
  • уравнивание потенциалов рабочего места; это предотвращает проникновение рабочих в индукционную петлю.

 

Погодные условия: Если видна молния или слышен гром, запрещается начинать или продолжать работы на наружных установках или на внутренних установках, непосредственно подключенных к воздушным линиям.

Мертвая работа

Следующие основные приемы работы гарантируют, что электроустановки на рабочем месте останутся обесточенными на время проведения работ. Если нет четких противопоказаний, практики следует применять в указанном порядке.

Полное отключение: Участок установки, в котором должны выполняться работы, должен быть изолирован от всех источников электропитания и защищен от повторного включения.

Защита от повторного подключения: Все прерыватели цепи, используемые для отключения электроустановки во время работы, должны быть заблокированы, желательно путем блокировки рабочего механизма.

Проверка того, что установка мертва: Отсутствие тока должно быть проверено на всех полюсах электроустановки на рабочем месте или как можно ближе к нему.

Заземление и короткое замыкание: На всех высоковольтных и некоторых низковольтных рабочих площадках все части, с которыми предстоит работать, должны быть заземлены и закорочены после их отключения. Системы заземления и короткого замыкания должны быть подключены к земле в первую очередь; компоненты, подлежащие заземлению, должны подключаться к системе только после ее заземления. Насколько это возможно, системы заземления и короткого замыкания должны быть видны с рабочей площадки. К низковольтным и высоковольтным установкам предъявляются свои особые требования. При этих типах монтажа все стороны рабочих площадок и все проводники, входящие на площадку, должны быть заземлены и закорочены.

Защита от соседних токоведущих частей: Дополнительные защитные меры необходимы, если части электроустановки вблизи места проведения работ нельзя обесточить. Рабочие не должны приступать к работе, пока не получат на это разрешение от назначенного лица, контролирующего работу, которое, в свою очередь, должно получить разрешение от назначенного лица, контролирующего электроустановку. После завершения работ рабочие должны покинуть рабочую площадку, инструменты и оборудование должны быть складированы, а системы заземления и короткого замыкания удалены. Назначенное лицо, контролирующее работы, должно затем уведомить назначенное лицо, контролирующее электроустановку, о том, что установка доступна для повторного подключения.

Живая работа

Генеральная: Живая работа — это работа, выполняемая в зоне, в которой есть ток. Руководство по размерам рабочей зоны можно найти в стандарте EN 50179. Должны применяться защитные меры, предназначенные для предотвращения поражения электрическим током, дугового разряда и коротких замыканий.

Обучение и квалификация: Должны быть созданы специальные программы обучения для развития и поддержания способности квалифицированных или обученных рабочих выполнять работу в режиме реального времени. После завершения программы рабочие получат квалификационный рейтинг и разрешение на выполнение конкретных работ под напряжением определенного напряжения.

Поддержание квалификации: Способность выполнять живую работу должна поддерживаться либо практикой, либо новой подготовкой.

Методы работы: В настоящее время существует три общепризнанных метода, отличающихся своей применимостью к различным типам токоведущих частей и оборудованию, необходимому для предотвращения поражения электрическим током, дугового разряда и короткого замыкания:

  • работа с горячей палкой
  • изоляционно-перчаточный рабочий
  • работа голыми руками.

 

Каждый метод требует различной подготовки, оборудования и инструментов, и выбор наиболее подходящего метода будет зависеть от характеристик рассматриваемой работы.

Инструменты и оборудование: Должны быть указаны характеристики, хранение, техническое обслуживание, транспортировка и осмотр инструментов, оборудования и систем.

Погодные условия: Ограничения распространяются на живую работу в неблагоприятных погодных условиях, поскольку снижаются изоляционные свойства, видимость и мобильность рабочих.

Организация работы: Работа должна быть надлежащим образом подготовлена; письменная подготовка должна быть представлена ​​заранее для комплексной работы. Установка в целом и участок, на котором должны выполняться работы, в частности, должны поддерживаться в состоянии, соответствующем требуемой подготовке. Назначенное лицо, контролирующее работы, информирует назначенное лицо, контролирующее электроустановку, о характере работ, месте установки, на котором будут выполняться работы, и предполагаемой продолжительности работ. Перед началом работы работникам должны быть разъяснены характер работы, соответствующие меры безопасности, роль каждого работника, а также используемые инструменты и оборудование.

Существуют специальные методы для установок сверхнизкого, низкого и высокого напряжения.

Работа вблизи токоведущих частей

Генеральная: Работы вблизи токоведущих частей с номинальным напряжением выше 50 В переменного тока или 120 В постоянного тока должны выполняться только при соблюдении мер безопасности, исключающих прикосновение к токоведущим частям или вход в зону, находящуюся под напряжением. Для этой цели могут использоваться экраны, перегородки, ограждения или изолирующие покрытия.

Перед началом работы назначенное лицо, контролирующее работу, должно проинструктировать рабочих, особенно тех, кто не знаком с работой вблизи токоведущих частей, о безопасных расстояниях, которые необходимо соблюдать на рабочем месте, основных правилах техники безопасности, которых необходимо придерживаться, и потребность в поведении, обеспечивающем безопасность всей рабочей бригады. Границы рабочей площадки должны быть точно определены и отмечены, а внимание должно быть обращено на необычные условия труда. Эта информация должна повторяться по мере необходимости, особенно после изменения условий труда.

Рабочие должны следить за тем, чтобы ни одна часть их тела или какой-либо предмет не попадали в живую зону. Особую осторожность следует соблюдать при работе с длинными предметами, например, инструментами, наконечниками кабелей, трубами и лестницами.

Защита экранами, барьерами, кожухами или изолирующими покрытиями: Выбор и установка этих защитных устройств должны обеспечивать достаточную защиту от предсказуемых электрических и механических воздействий. Оборудование должно содержаться в надлежащем состоянии и быть закреплено во время работы.

Обслуживание

Генеральная: Целью технического обслуживания является поддержание электроустановки в требуемом состоянии. Техническое обслуживание может быть профилактическим (т. е. проводиться на регулярной основе для предотвращения поломок и поддержания оборудования в рабочем состоянии) или корректирующим (т. е. выполняться для замены неисправных деталей).

Работы по техническому обслуживанию можно разделить на две категории риска:

  • работа, связанная с риском поражения электрическим током, когда необходимо соблюдать процедуры, применимые к работам под напряжением и работам вблизи токоведущих частей
  • работы, при которых конструкция оборудования позволяет выполнять некоторые работы по техническому обслуживанию без полных рабочих процедур

 

персонал: Персонал, который должен выполнять работу, должен иметь соответствующую квалификацию или подготовку и должен быть обеспечен соответствующими измерительными и испытательными инструментами и устройствами.

Ремонтные работы: Ремонтные работы состоят из следующих этапов: локализация неисправности; устранение неисправностей и/или замена компонентов; ввод в эксплуатацию отремонтированного участка установки. Для каждого из этих шагов могут потребоваться определенные процедуры.

Работа по замене: Как правило, замена плавких предохранителей в высоковольтных установках должна выполняться без отрыва от работы. Замена предохранителей должна выполняться квалифицированными рабочими в соответствии с соответствующими рабочими процедурами. Замена ламп и съемных частей, таких как стартеры, должна выполняться без отрыва от производства. В высоковольтных установках процедуры ремонта должны также применяться к работам по замене.

Обучение персонала опасностям поражения электрическим током

Эффективная организация труда и обучение технике безопасности являются ключевым элементом любой успешной организации, программы профилактики и программы охраны труда и техники безопасности. Рабочие должны иметь надлежащую подготовку для безопасного и эффективного выполнения своей работы.

Ответственность за проведение обучения сотрудников лежит на руководстве. Руководство должно признать, что сотрудники должны работать на определенном уровне, прежде чем организация сможет достичь своих целей. Для достижения этих уровней необходимо разработать политику обучения работников и, соответственно, конкретные программы обучения. Программы должны включать этапы обучения и квалификации.

Живые рабочие программы должны включать следующие элементы:

Обучение: В некоторых странах программы и учебные заведения должны быть официально одобрены действующим комитетом или аналогичным органом. Программы основаны прежде всего на практическом опыте, дополненном техническими инструкциями. Обучение проходит в форме практической работы на моделях внутренних или наружных установок, аналогичных тем, на которых должна выполняться реальная работа.

Квалификация: Процедуры живой работы очень требовательны, и очень важно использовать нужного человека в нужном месте. Этого легче всего добиться, если имеется квалифицированный персонал разного уровня квалификации. Назначенное лицо, контролирующее работу, должно быть квалифицированным рабочим. Там, где необходим надзор, он также должен осуществляться квалифицированным лицом. Рабочие должны работать только на установках, напряжение и сложность которых соответствуют их уровню квалификации или подготовки. В некоторых странах квалификация регулируется национальными стандартами.

Наконец, рабочие должны быть проинструктированы и обучены основным методам спасения жизни. Читатель отсылается к главе о первой помощи для получения дополнительной информации.

 

Назад

ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ: МОТ не несет ответственности за контент, представленный на этом веб-портале, который представлен на каком-либо языке, кроме английского, который является языком, используемым для первоначального производства и рецензирования оригинального контента. Некоторые статистические данные не обновлялись с тех пор. выпуск 4-го издания Энциклопедии (1998 г.)».

Содержание:

Электричество Ссылки

Американский национальный институт стандартов (ANSI). 1990. Национальный кодекс электробезопасности: ANSI C2. Нью-Йорк: ANSI.

Андреони, Д. и Р. Кастанья. 1983. L'Ingegnere e la Sicurezza. Том. 2. Рим: Edizioni Scientifiche.

ЭДФ-ГДФ. 1991. Carnet de Prescriptions au Personnel — Prévention du Risque électrique.

ЭНЕЛЬ Спа. 1994. Disposizioni per la Prevenzione dei Rischi Elettrici.

Европейский стандарт (1994а). Эксплуатация электроустановок. Окончательный проект EN 50110-1.

Европейский стандарт (1994b). Эксплуатация электрических установок (Национальные приложения). Окончательный проект EN 50110-2.

Европейское экономическое сообщество (ЕЭС). 1989 г. Директива Совета от 12 июня 1989 г. о введении мер по поощрению улучшения безопасности и здоровья рабочих на работе. Документ № 89/391/ЕЕС. Люксембург: ЕЭС.

Фоллио, Д. 1982. Электрические аварии, предотвращение их возникновения. Сборник монографии медицины труда. Париж: Издания Masson.

Жиле, JC и R Choquet. 1990. La Sécurité électrique: Techniques de prévention. Гренобль, Франция: Альпийское общество публикации.

Гурбье, Э., Дж. Ламброзо, Д. Фоллио и К. Гэри. 1994 г. Осложнения и последствия несчастных случаев в прошлом. Rev Gén Electr 6 (4 июня).

Международная электротехническая комиссия (МЭК). 1979. Электробиология. Глава. 891 в Общем указателе международного электротехнического словаря. Женева: МЭК.

—. 1987. Effets du Courant Passant par le Corps humain: Deuxième partie. МЭК 479-2. Женева: МЭК.

—. 1994. Effets du Courant Passant par le Corps humain: Première party. Женева: МЭК.

Кейн, Дж. В. и М. М. Штернхейм. 1980. Физика Биомедика. Рим: EMSI.

Ли, Р.К., М. Капелли-Шеллпфеффер и К.М. Келли. 1994. Электротравма: мультидисциплинарный подход к терапии, профилактике и реабилитации. Энн, Академия наук штата Нью-Йорк, 720.

Lee, RC, EG Cravalho и JF Burke. 1992. Электрическая травма. Кембридж: Кембриджский ун-т. Нажимать.

Винклер, Р. 1994. Электротехническая стандартизация в Европе: инструмент для внутреннего рынка. Брюссель: CENELEC.