Как выбрать средства индивидуальной защиты. Защита от электрической дуги

Часть 8

В мире в среднем 5-6 человек каждый день попадают в ожоговые центры с сильными дуговыми ожогами. А 2-3 человека умирают от поражения электрическим током.

Помимо прямого воздействия на человека, высокая температура дуги может служить источником энергии для воспламенения материалов и как следствие, быть причиной возникновения пожара.

В данной статье мы разберем принципы расчета энергии электрической дуги о поговорим о мерах обеспечения безопасности работников в том числе за счет правильного подбора средств индивидуальной защиты.

Защитная одежда применяемая для защиты от термической составляющей при воздействии электрической дуги описывается в ГОСТ Р 12.4.234-2012 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Одежда специальная для защиты от термических рисков электрической дуги. Общие технические требования и методы испытаний.

Термостойкая спецодежда состоит из костюма: куртки (или рубашки) и брюк (или полукомбинезона) или комбинезона.

Пиктограмма "Работа под напряжением - Одежда специальная для защиты от термических рисков электрической дуги":

 

На всякий случай еще раз уточним. Это термостойкая спецодежда защищающая от температуры электродуги. Не для защиты от электрического тока и не для защиты от брызг металла при проведении сварочных работ.

Теперь немного теории

Электрическая дуга (electric arc): Самоподдерживающаяся электропроводность воздуха, в котором основными носителями зарядов являются свободные электроны, возникающие при первичной эмиссии.

Дуга возникает в следствии короткого замыкания (КЗ) причиной которого может быть ошибка подключения, случайный контакт с частями под напряжением в т.ч. падение инструментов, коррозия контактов, пыль или грязь на токоведущих частях.

При этом температура может достигать 5000 ^оС. (Для сравнения температура поверхности Солнца 5726 ^оС).

Энергия (или мощность дуги) зависит от следующих факторов:

• Силы тока короткого замыкания
• Напряжения установки
• Расстояния между электродами
• Расстояния от дуги
• Времени срабатывания защитного устройства

Падающая энергия Еп (incident energy): Тепловая энергия, получаемая единицей площади, как прямой результат воздействия электрической дуги.

Пороговая энергия вскрытия Е_пв50 (break open threshold energy): Значение падающей энергии на ткань или пакет материалов, при котором существует 50% вероятности, что количество тепла, переданного через образец, достаточно для его вскрытия.

Значение электродугового термического воздействия ЗЭТВ (arc thermal performance value, ATPV): Количество падающей энергии, прошедшее сквозь материал или пакет материалов и с 50-процентной вероятностью достаточной для возникновения ожоговой травмы второй степени.

При электродуговых испытаниях энергии измеряются в калориях на квадратный сантиметр (кал/см2), 1 кал/см2=41,868 кВт·с/м2 или 1 кДж/м2=0,023885 кал/см2.

Уровень защиты (protection level): Величина, характеризующая защитные свойства материала, пакета материалов или изготовленной из них одежды, показывающая эффективность защиты при термическом воздействии электрической дуги и определяемая значением ЗЭТВ или Е _пв50 (что раньше наступит), в калориях на квадратный сантиметр (кал/см2).

Спецодежда

В зависимости от значения падающей энергии, выделяемой электрической дугой, термостойкую спецодежду подразделяют по ЗЭТВ или Е_пв50 в кал/см2 на следующие уровни защиты:

• 1-й уровень - не менее 5;
• 2-й уровень - не менее 10;
• 3-й уровень - не менее 20;
• 4-й уровень - не менее 30;
• 5-й уровень - не менее 40;
• 6-й уровень - не менее 60;
• 7-й уровень - не менее 80;
• 8-й уровень - 100±5.

Уровень защиты производитель указывает в маркировке на каждом предмете термостойкой спецодежды.

Термостойкая одежда для защиты от теплового воздействия электрической дуги по необходимости должна совмещаться с другими видами защиты от вредных производственных факторов. Информация о возможности совместного использования должна быть отражена в руководстве по эксплуатации.
Если в материале, предназначенном для изготовления термостойкой спецодежды, используют токопроводящие нити, то производитель указывает в инструкции по эксплуатации информацию о правильности применения такой одежды.

Как рассчитать энергию дуги

В соответствии с стандартом NFPA 70E 2018, разработанным американской Национальной ассоциацией противопожарной защиты (National Fire Protection Association, NFPA), граница вспышки дуги определяется как расстояние, на котором человек может получить ожог второй степени. (Ожоги второй степени обратимы и их можно вылечить).

«Границей вспышки дуги должно быть расстояние, на котором энергия падающего излучения равна 1,2 кал / см2 (5 Дж / см2)» (NFPA 70E 2018)

Таким образом при оценке риска опасность можно считать существенной если в результате возникновения дуги на человека может воздействовать энергия более 1,2 калорий на квадратный сантиметр.

В общем виде безопасными считаются сети с напряжением менее 50 В. Но нужно помнить, что они тоже могут давать искрение.

Вторым важным параметром для расчета энергии дуги является ток короткого замыкания (Iкз). В теории номинальные значения тока короткого замыкания должны быть указаны на оборудовании. Силу тока короткого замыкания можно получить у энергоснабжающей организации (по высокой стороне) или из проектной документации на электроустановку.

На практике, при реальной процедуре оценке рисков, быстро получить эти данные от энергослужбы предприятия очень затруднительно.

Одним из возможных способов решения этой проблемы является использование специальных приборов. Существует достаточно большая линейка измерителей тока короткого замыкания для бытовых и промышленных сетей. Проводить измерения должен сотрудник соответствующей квалификации.

Методологию для расчета потенциальных опасностей вспышки дуги предоставляет стандарт IEEE 1584-2018 «Руководство IEEE для выполнения расчетов опасности вспышки дуги».

В их исследовании был проведен ряд испытаний. В качестве примера, в таблице показаны данные, полученные для системы с напряжением 25 кВ:

Ток КЗ, кА	Разрыв дуги, мм	Падающая энергия, кал / см2
5	101,6	8,7
10	101,6	20,8
15	101,6	35,6
20	101,6	52,8

На основе тестовых данных комитет IEEE 1584 разработал эмпирические уравнения для расчета энергии вспышки дуги для систем переменного тока.

Однако надо понимать, что разные инженеры могут оценивать одну и ту же систему и получить совершенно разные результаты поскольку дуга является случайным динамическим процессом. К тому же дуги, инициированные на тестовых установках, вряд ли будут давать данные идентичные конкретному случаю.

Формулы стандарта IEEE 1584, получившиеся на основе измерений достаточно сложны. А поскольку у большинства специалистов по охране труда, формула с десятичными логарифмами инстинктивно вызывает отторжение, мы даже не будем здесь их приводить.

Как мы уже говорили, расчет энергии дуги зависит от многих составляющих, чья вариативность вносит существенную погрешность в измерения. Это и влажность воздуха, и наличие переходных процессов, и нелинейность тока КЗ во времени, и взаимное влияние элементов цепи и многое другое. Так что какой бы ни была точной формула, реальность легко внесет погрешность в 50, а то и более процентов.

По этой причине мы предлагаем при оценке риска для целей выбора уровня защиты СИЗ, пользоваться еще более упрощенными формулами:

Упрощённая эмпирическая формула для цепей разного напряжения:

Напряжение	Формула
До 480 В	Е =3 * I кз * t
От 480 В до 1000 В	Е =4 * I кз * t
Свыше 1000 В	Е =5 * I кз * t

Где

Е - Мощность дуги (кал/см2) 

I кз - Сила тока короткого замыкания (кА)

t - Время срабатывания защиты (сек)

Время срабатывания защиты должно быть указано в технической документации, но в случае отсутствия данных можно принимать его 0,5 сек.

Меры обеспечения безопасности

При выборе СИЗ надо помнить, что даже правильно подобранные средства защиты от термических рисков электрической дуги не гарантируют безопасность работника. Кроме того, надо понимать, что СИЗ дают последнюю надежду защитить человека от травмы, но не являются способом предотвращения инцидента.

По этой причине безопасность работников обеспечивается в первую очередь решением следующих задач:

Аварийное отключение

Время дуги является одним из ключевых определяющих факторов для энергии дуги. Падающая энергия дуги изменяется линейно со временем (источник: IEEE 1584). Если продолжительность дугового разряда удваивается, то энергия удваивается; если продолжительность уменьшается вдвое, энергия также уменьшается вдвое. 

Снятие напряжения

Самый простой и надежный способ избежать дуговой вспышки - никогда не работать на оборудовании под напряжением. Но это означает, что должен быть способ с полной уверенностью определить, когда питание отключено. (Проводник или часть цепи отсоединены от частей, находящихся под напряжением, применены блокировки, цепи проверены на предмет отсутствия напряжения и при необходимости заземлены, вывешены плакаты).

Lockout/Tagout

Исключение риска ошибочной подачи энергии реализуется с помощью внедрения систем локаут/тогаут.

Маркировка

Информируйте работников о присутствующих рисках с помощью знаков и информационных табличек. Ограничивайте доступ в опасные зоны.

Окна инфракрасного просмотра.  Наличие инфракрасных (ИК) окон, постоянно установленных на электрическом оборудовании, позволяет выполнять ИК-сканирование, не подвергая рабочего воздействию опасной энергии. ИК-окна изготовляются из стеклоподобного материала, прозрачного для инфракрасных лучей и позволяющего регистрировать горячие точки с помощью термографической камеры. 

Мониторинг температуры в режиме онлайн. Мониторинг температуры в режиме онлайн с помощью беспроводных датчиков обеспечивает постоянный контроль критических точек подключения, где традиционная термография не может использоваться.

Профессиональная подготовка. Самый сложно прогнозируемый риск возникновения электрической дуги связан с ошибками персонала. Дуга может возникнуть в следствии ошибок при подключении, забытым инструментом, небрежности в работе и проч. Доверяйте работу с электричеством только квалифицированным сотрудникам. Выделяйте время на повышение их квалификации.