Испытания костюма “Экран”

Авторы статьи:

Воробьёв А.Ю. Отморски й С.Г. Смекалов В.В.

Защита от наведенного напряжения: уже не миф, а реальность.

Рассматриваются проблемы безопасности при работах на воздушных линиях электропередачи тока под наведённым напряжением.  Для защиты от поражения электрическим током при данных видах работ предлагается использование дополнительных средств индивидуальной защиты.

Ключевые слова: воздушная линия электропередачи, наведённое напряжение, схема заземления, электростатическая ЭДС, электромагнитная ЭДС, защитный комплект.

Влияние электрического поля на человека характеризуется опасными и вредными производственными факторами. Самый смертоносный из них — наведённое напряжение. Этот фактор нередко приводит к электротравмам, часто — с летальным исходом, или вызывает сильное болевое раздражение, особенно опасное при высотных работах, когда велика вероятность травмы из-за падения.

На проводах и грозозащитных тросах воздушных линий электропередачи (ВЛ), а также контактной сети электрифицированной железной дороги в результате двух физических процессов — электромагнитной индукции и электростатического взаимодействия между отключёнными проводами и действующей ВЛ (контактной сетью) возникает наведённое напряжение. Его уровень определяется электростатической и (или) электромагнитной ЭДС, а, следовательно, и схемами заземления ВЛ (рис. 1), которые могут изменяться в ходе производства работ. Кроме того, во время выполнения работ схема заземления может оказаться нарушенной по ряду причин местного характера (например, плохого контакта переносного заземления (ПЗ) с проводом, аномально высокого сопротивления грунта в месте установки заземления, обрыва провода, нарушения правил техники безопасности и др.).

Величина наведенного напряжения может достигать уровня электростатической или электромагнитной ЭДС (от 100 В до 50 кВ). На рис. 2 изображена упрощенная схема заземления ВЛ. Если ключи 1-5 разомкнуты (например, при производстве оперативных переключений или ошибочном снятии ПЗ), величина наведенного напряжения определяется только электростатической ЭДС. При такой схеме выполнения работ за последние двадцать лет зафиксировано 15 несчастных случаев, согласно данным статьи Мисриханова М. Ш., Мирзаабдуллаева А. О. «Анализ причин несчастных случаев и мер защиты от наведённого напряжения на воздушных линиях электропередачи» [1]. В ситуации, когда ключи 2-4 замкнуты, от наведенного напряжения остаточного уровня, высокое значение которого характерно для ВЛ с неоднородностями или при КЗ на влияющей ВЛ, по той же статистике пострадал 1 человек.

Рис. 1. Эпюры напряжения при различных способах заземления ВЛ:
а — ВЛ разземлена по концам и не заземлена на рабочем месте, б — ВЛ заземлена по концам и не заземлена на рабочем месте, в — ВЛ заземлена по концам и на рабочем месте

Рис. 2. Упрощенная схема заземления ВЛ

В перечни линий1 находящихся под наведённым напряжением на основе проведённых измерений по методике ОРГРЭС «Методические указания по измерению наведённых напряжений на отключённых ВЛ1 проходящих вблизи действующих ВЛ напряжением 35 кВ и выше и контактной сети электрифицированной железной дороги переменного тока» [2]1 согласно требований «Межотраслевых правил по охране труда (правил безопасности) при эксплуатации электроустановок» [З]1 вносятся все воздушные линии электропередачи1 проходящие по всей длине или на отдельных участках вблизи действующих ВЛ или электрифицированной железной дороги переменного тока и на отключенных проводах которых при различных схемах их заземления и при наибольшем рабочем токе влияющих ВЛ наводится напряжение более 25 В. С этим перечнем обязательно должен быть ознакомлен персонал1 обслуживающий ВЛ1 т. к. работы на таких линиях связаны с целым рядом ограничений и организационно-технических мероприятий. Таким образом1 выписывая наряд на работы на ВЛ1 где на заземленном рабочем месте наведенное напряжение менее 25 В1 имеется формальное право не предупреждать людей об опасности в случае ошибочных действий. При потере заземления на таких ВЛ1 как это было показано выше1 на рабочем месте может возникать наведенное напряжение до сотен вольт — от электромагнитной и до десятков киловольт — от электростатической ЭДС. Такие уровни напряжения1 безусловно1 опасны для жизни. В соответствии с действующими правилами мы можем не включать эти линии в перечень ВЛ1 находящихся под наведенным напряжением1 а большинство случаев гибели (травмы) персонала от наведенного напряжения происходит как раз либо при неустановленном ПЗ на рабочем месте1 либо при ошибках персонала в процессе наложения или снятия ПЗ.

Чрезвычайно опасна ситуация1 когда человек1 выполнивший все требования [З]1 может быть поражен электрическим током от наведенного напряжения при коротком замыкании (КЗ) на влияющей ВЛ. Дело в том1 что в момент КЗ токи в действующей ВЛ могут превышать в десятки раз максимальные рабочие (кратность токов КЗ может достигать 40). Следовательно1 наведенное напряжение (электромагнитная ЭДС) на ВЛ1 расположенной вблизи действующей ВЛ1 на заземленном рабочем месте так же может многократно превышать измеренные и(или) рассчитанные для варианта максимального рабочего тока значения. Очевидно1 что в данном случае без специальных средств защиты не обойтись.

Еще одно противоречие1 на котором необходимо заострить внимание1 связано с самим понятием наведенного напряжения и его нормируемой величиной. В нормативных документах имеют место два близких понятия: «наведенное напряжение»1 введенное [З]1 и «напряжение прикосновения»1 регламентированное ГОСТ 2.1.038-82. ССБТ. Электробезопасность. «Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов» [4]. При этом нормативный уровень наведенного напряжения 25 В установлен только Межотраслевыми правилами [З] и ни чем1 кроме мнения экспертов1 разработавших данный документ1 не продиктован. В то же время в России имеется государственный стандарт1 устанавливающий научно обоснованные нормативы на допустимые уровни напряжений прикосновения и токов [4]. При этом допустимый уровень длительного (неограниченного) воздействия напряжения прикосновения частоты 50 Гц на человека составляет 20 В. Очевидно1 что значения указанных нормативов имеют один порядок. Однако следует отметить1 что эти понятия не тождественны. Действительно1 наведенное напряжение в соответствии с методикой измерения [2] должно определяться на заземленном рабочем месте относительно электрода1 расположенного на расстоянии не мене 25 м от рабочего места (так называемой «точки нулевого потенциала»). Напротив1 напряжение прикосновения должно измеряться между точкой прикосновения человека к элементу электрооборудования и расположенным на расстоянии 1 м и заземленным электродом1 причем электрооборудование не обязательно заземлено. По нашему мнению выбор напряжения прикосновения в качестве характеристики1 определяющей опасность наведенного напряжения как производственного фактора и ее нормирование по ГОСТ1 является наиболее правильным подходом при разработке мероприятий по обеспечению электробезопасности персонала1 так как оно реально отражает эксплуатационные условия и риски.

Дополнительными проблемами при обеспечении безопасности работ под наведённым напряжением являются устаревшие методы измерения и индикации1 а также приборная база. Об этом подробно рассказано в статьях [1]1 а также материалах Вантеева А. И. «Проблемы обеспечения безопасности работ на ВЛ1 находящихся под наведённым напряжением» и Кузнецова А. Л. «Наведённое напряжение: мифы и реальность» [6]1 посвящённых данной тематике.

Для устранения противоречий1 о которых говорилось выше1 целесообразно внести ряд изменений в [З]. Суть этих изменений1 учитывая изложенное1 можно отразить в новом и1 на наш взгляд1 более корректном1 определении ВЛ под наведенным напряжением:

«ВЛ и воздушные линии связи (ВЛС)1 которые проходят по всей длине или на отдельных участках вблизи действующих ВЛ или вблизи железных дорог переменного тока и на отключенных проводах которых при различных схемах их заземления и разземлении и при наибольшем токе влияющих ВЛ1 включая ток КЗ1 наводится напряжение прикосновения более 20 В». Авторы понимают1 что принятие такого определения приведет к существенному расширению соответствующих перечней1 с которыми должен быть ознакомлен с целью принятия адекватных мер защиты персонал энергосистем. Однако в этом случае будут учтены эксплуатационные риски1 а персонал «настроен» на серьезное отношение к безопасности1 мотивированное четким пониманием реальной возможности необратимых последствий. В данном случае немаловажную роль играет целевое обучение персонала1 совершенствование теоретических знаний и практических навыков при работах под наведенным напряжением.

На сегодняшний день мероприятия по обеспечению безопасности сводятся к ограничению рабочих мест в эквипотенциальных зонах и расширению этих зон путём применения специальных приспособлений (стационарных экранов и др.)1 а также к организационным мерам1 порой затрудняющим выполнение работниками своих основных функций. На основе рассуждений1 приведенных в [5] и анализа реальных фактов можно сделать вывод о том1 что этого недостаточно. Все существующие сегодня меры обеспечения безопасности не могут на 100% исключить человеческий фактор и (или) неисправность применяемого оборудования. Безопасность в таких случаях может быть обеспечена с помощью методик1 похожих на технологию работ под напряжением1 то есть1 следует работать под потенциалом провода1 обеспечив надёжную

«развязку» рабочего места с землёй в соответствии с ГОСТ 28259-89 [7]. Для этой цели сегодня широко применяются индивидуальные экранирующие комплекты1 реализованные в виде спецодежды1 спецобуви1 СИЗ головы и рук. Почему бы не воспользоваться этим опытом для защиты от наведенного напряжения?

В 1999 г. для решения проблемы безопасной работы под наведённым напряжением на ВЛ1 контактной сети железных дорог1 подстанциях1 включая тяговые1 компанией

«Энергоформ» совместно с НПО «Техносервис-Электро» был разработан1 а к 2001 г. уже прошёл первые лабораторные испытания защитный комплект Эп-4(0) (рис. 3 а).

Рис. 3. Защитный комплект Эп-4(0) летний: а — общий вид, 6 — трехслойная конструкция, в — принцип действия

Принцип действия комплекта прост и состоит в шунтировании им тока, протекающего через тело человека, попавшего под наведённое напряжение. Секрет — в сопротивлении костюма Rк, которое составляет малую величину по отношению к сопротивлению тела человека Rh. Низкое значение Rк достигается применением сложной схемы гальванических соединений с параллельными связями и специальными контактными соединениями. Так, подставив параметры упрощённой схемы замещения, изображённой на рис. З в, в выражение для тока через тело человека lh (1), легко убедиться, что при токе через костюм lк, равном 100 А, расчётное значение lh составит всего около 1 мА.

lh = lкRк/(Rв.п + Rh + Rв.о)  (1)

где lh — ток через тело человека; lк — ток через костюм; Rк — сопротивление костюма; Rв.п — сопротивление внутреннего слоя перчаток; Rh — сопротивление человека; Rв.о — сопротивление внутреннего слоя обуви

В комплекте Эп-4(0) реализован принцип «клетки Фарадея» — внутренний слой одежды и обуви состоит из электропроводящей ткани (рис. 36), поэтому комплект защищает пользователя и от вредного воздействия электрического поля промышленной частоты.

Конструкция комплекта включает электропроводящую ткань и каналы высокой проводимости — эластичные шунты, укреплённые по бесшовной технологии на электропроводящем слое. Система шин с многочисленными параллельными связями позволила увеличить до необходимых пределов проводимость комплекта и одновременно обеспечить стойкость к тепловому действию переменного тока.

В 2007 г в лаборатории НИЦ ВВА филиала ОАО «НТЦ Электроэнергетики» были проведены типовые испытания комплектов Эп-4(0) в двух режимах:

Рис. 4. Осциллограммы токов через комплект при имитации наведённого напряжения подачей 12 кВ на манекен, одетый в комплект Эп-4(0): а — через Эп-4(0), 6 — через испытательный манекен

(рис. 5). При этом ток через манекен составил 1,5 А, что в 4 раза (рис. 6 а) меньше порогового значения фибрилляционного тока при заданной длительности воздействия по данным из «Основ техники безопасности в электроустановках» [8].

Рис. 5 Осциллограммы токов через комплект Эп-4(0):
а — и испытательный манекен, 6 — при подаче напряжения 27,5 кВ и токе 8 кА на манекен, одетый в комплект Эп-4(0)

Рис. 6. Зависимость порогового фибрилляционного тока (lhф) от длительности воздействия на человека (tв) тока частоты 50 Гц (lh) и испытание на отсутствие «прорыва» тока через перчатку комплекта при воздействии на нее электрической дуги:
а — график зависимости, б — фотография испытаний

В августе 2008 г. на ВЛ 750 кВ «Белый Раст — Опытная» ОАО «ФСК ЕЭС» совместно с ЗАО «НПО Энергоформ» и НПО «Техносервис-Электро» были проведены полевые испытания комплекта Эп-4(0), во время которых на манекен воздействовало наведённое напряжение, поданное с грозозащитного троса ВЛ. Перед этим испытания были проведены в лаборатории на специальном стенде, схема подключения которого к грозозащитному тросу при полевых испытаниях представлена на рис. 7. В лаборатории, во время предварительных испытаний через комплект пропускался ток до 50 А, ток через манекен при этом составлял всего лишь 0,01 мА. Испытания проводились на стенде с подачей высокого (до 500 кВ) напряжения на перчатки и куртку (рис. 66). «Прорыва» тока на манекен не наблюдалось даже в случае возникновения мощной электрической дуги. Величина наведённого напряжения во время полевых испытаний составила около 1 кВ, ток в цепи — около 4 А, ток через манекен — 0,001 мА. При опыте по исследованию воздействия дугового разряда на электропроводящую перчатку и рукав куртки с целью определения способности комплекта сохранять свои защитные

свойства, например, при ошибочном разземлении провода, и воздействии дуги в течение 30 с «прорыва» тока на манекен в обоих случаях не произошло.

Рис. 7. Схема подключения к грозозащитному тросу и эскиз испытательного стенда:
а — схема, б — фотография манекена и испытательного стенда

1 — место подключения шлейфа, соединяющего грозозащитный трос с испытательным стендом; 2 — место установки верхнего блока бесконечного каната; 3 — место установки ПЗТ-750; 4 — одна из точек крепления шлейфа к бесконечному канату; 5 — место установки нижнего блока бесконечного каната; 6 — испытательный стенд

Проблема защиты от наведённого напряжения актуальна не только при эксплуатации ВЛ класса 330 кВ и выше, но одноцепных и многоцепных ВЛ напряжением 35 — 220 кВ. В октябре 2010 г. полевые испытания комплекта Эп-4(0) совместно с производителем провели специалисты ОАО «Холдинг МРСК» и ПО СЭС Филиала ОАО «МРСК Северо­ Запада» «Колэнерго» на отключённой одноцепной ВЛ 150 кВ Л-226, находящейся в одном коридоре с действующей ВЛ 330 кВ, а также двумя специальными линиями электропередачи (рис. 8). Испытания проведены в двух режимах:

Рис. 8. Испытательный стенд и манекен, одетый в комплект Эп-4(0), на испытаниях в Колэнерго

В апреле 2011 года специалисты ЗАО «НПО Энергоформ» продолжили серию полевых испытаний комплектов Эп-4(0) и провели их на базе Акмолинских МЭС АО «KEGOC» (Республика Казахстан). Испытания комплекта Эп-4(0) проводились путем подачи на испытательный стенд наведенного напряжения, возникающего на разземленных и изолированных друг от друга фазных проводах на ПС 220 кВ и ЦГПП-500 двухцепной ВЛ 220 кВ. По плану проведения испытаний, была смоделирована нештатная ситуация во время проведения работ на одной из фаз ВЛ 220 кВ, а именно — выход из строя переносного заземления и попадание работника под наведенное напряжение. На манекен, одетый в комплект Эп-4(0), подавалось напряжение 2,4 — 5,8 кВ при токе 0,5 А. При этом ток через манекен составил 0,14 мкА — 0,16 мкА. Опыт проводился в течение 12 минут, «прорыва» тока на манекен не произошло, комплект не получил повреждений от теплового действия электрического тока. Кроме того, было смоделировано непрерывное воздействие дугового разряда на перчатку комплекта в течение 120 секунд при напряжении 6,05 кВ и силе тока 0,5 А через манекен прошел ток 2,4 мкА, «прорыва» тока на манекен не произошло.

Результаты проведенных полевых испытаний и опытной эксплуатации Эп-4(0) на предприятиях МЭС ОАО «ФСК ЕЭС», а также службах электроснабжения предприятий ОАО

«РЖД» в течение последних 10 лет показали, что все элементы комплекта (одежда, обувь, перчатки) достаточно эффективны и эргономичны. В процессе применения комплектов отмечено отсутствие каких-либо болевых ощущений и других негативных реакций у персонала на потенциально опасных участках под наведённым напряжением. Таким образом, комплекты Эп-4(0) оптимально сочетают все необходимые свойства СИЗ и эргономику спецодежды общего назначения. Проведённые исследования показали, что применение комплекта Эп-4(0) как дополнительного СИЗ при работах на ВЛ позволяет решить две основные задачи: защитить пользователя от поражения электрическим током при касании любым участком комплекта элементов электроустановки, находящейся под наведённым напряжением и защитить пользователя от воздействия электрического поля промышленной частоты при эксплуатационном обслуживании ВЛ, находящихся под рабочим напряжением.

Необходимо отметить, что у комплекта Эп-4(0) есть большой потенциал для модернизации. Исследования показали, что с применением новых материалов и при доработке конструкции принципиально возможно создать СИЗ, обеспечивающего защиту от электротравм под рабочим напряжением.

Очевидно, что обеспечение работников в качестве дополнительного СИЗ защитными комплектами Эп-4(0), которые успешно применяются уже около 10 лет и внесены в Типовые отраслевые нормы выдачи СИЗ (Приказ Минздравсоцразвития РФ от 25 04.2011 г. № 340н) [9] имело бы свой положительный результат. Применение комплекта упрощает порядок организации работ под наведенным напряжением, в результате чего несмотря на расширение перечней опасных ВЛ не произойдет увеличения числа, времени проведения и(или) усложнения организационных и технических мероприятий. В этой связи представляется целесообразным регламентировать использование данных комплектов в [З], а именно — внести соответствующие изменения в разделы 4.1 (п. п. 4.1.1- 1.1.4, 4.1.11), а также 4.15 (п. п. 4.15.21 и 4.15.27) действующей редакции документа.

Безусловно, обеспечение безопасности работников при эксплуатации ВЛ требует комплексного подхода. На наш взгляд, этот подход концептуально должен включать в себя следующие этапы:

1. Введение нового определения ВЛ под наведенным напряжением в [З].
2. Переработка методик расчета и измерения наведенного напряжения как напряжения прикосновения при максимально возможном токе влияющей линии и сравнение полученных значений с требованиями ГОСТ [4].
3. Определение и внесение в соответствующие перечни ВЛ, на которых напряжение прикосновения при оговоренных в новом определении «ВЛ под наведенным напряжением» условиях может быть более 20 В.
4. Отключение и заземление всех ВЛ из перечней со всех концов, откуда на них может быть подано напряжение, для проведения работ.
5. Установка ПЗ на каждом рабочем месте на токоведущие части ВЛ из перечней.
6. Внесение изменений в разделы 4.1 и 4.15 [З], касательно применения защитных комплектов Эп-4(0).
7. Работа всех членов бригады, одетых в защитные комплекты, на ВЛ под наведенным напряжением, включая наложение и снятие ПЗ на токоведущие части.
8. Выравнивание потенциалов всех приспособлений и механизмов их присоединением к единому заземлителю.
9. Внесение в [3] разрешения работать на ВЛ из перечней любым количеством бригад без ограничения по характеру работ.
10. Исключение из [З] требования измерения наведенного напряжения.
11. Исключение из [З] необходимости разземления ВЛ по концам и установке ПЗ на рабочем месте при наведенном напряжении более 25 В с требованием работать на ВЛ одной бригадой или с разрезанием шлейфов .
12. Исключение из [З] применения дополнительных изолирующих СИЗ при наложении и снятии ПЗ.
13. Исключение из местных инструкций установки двух ПЗ на рабочем месте во избежание ошибочных действий при операциях по их наложению и снятию.
14. Целевое обучение персонала, совершенствование теоретических знаний и практических навыков при работах под наведенным напряжением

Список литературы

Видео испытания костюма «Экран»
Испытания экранирующего шунтирующего костюма типа ЭП-4(0) на ВЛ 150 кВ под наведенным напряжением.
https://rutube.ru/video/3f3fd07a1Ыclae8010396e599af3b4b/