Выполнение работ под напряжением - Безопасность персонала

При разработке методов производства работ под напряжением особое внимание уделяется вопросам безопасности персонала, защиты его от неблагоприятных для здоровья воздействий мощного электромагнитного поля. При этом основной постулат безопасности труда — обслуживание действующих электроустановок относится к одному из наиболее опасных видов деятельности человека.
В качестве основного требования принимается необходимость применения нового вида ремонтно-эксплуатационного обслуживания электроустановок (в сравнении с применявшимися ранее методами), не снижающего безопасность работ, не повышающего вероятность поражения или травмирования персонала, а также вероятность ухудшения здоровья персонала из-за специфических воздействий условий труда.
Рассматривая вопросы безопасности работ под напряжением в комплексе, можно выделить три основных аспекта проблем: организационный, медико-санитарный, технический.
С организационной точки зрения опасность работ под напряжением усугубляется тем, что основные технологические процессы выполняются на большой высоте, вблизи токоведущих частей, находящихся под напряжением, в ограниченном пространстве, зачастую при сниженной электрической и механической прочности ремонтируемых элементов электроустановки.
С другой стороны, при производстве работ под напряжением сужается круг лиц, непосредственно занятых подготовкой рабочего места, упрощаются, а зачастую и совсем исключаются ряд необходимых для обеспечения проведения работ оперативных переключений в основной сети энергосистем. Персонал, выполняющий работы, сознавая особую ответственность работ, действует более внимательно и организовано, при подготовке рабочего места и выполнении отдельных операций обращает особое внимание на достаточность мер безопасности и исправное состояние защитных средств и приспособлений.
Анализ причин электротравматизма персонала энергосистем показывает, что инциденты происходили в большинстве случаев из-за того, что персонал, считая что он работает на отключенной от сети электроустановке, приближается на опасное расстояние к токоведущим частям, находящимся под напряжением, и травмируется. Конечно, нельзя полностью избежать ошибок и при производстве работ под напряжением, например, бывают случаи выполнения работ не на той линии, в соседней ячейке, аварийное или ошибочное отключение ремонтируемой электроустановки и т.п., но последствия таких ошибок не столь трагичны.
Таким образом, с организационной точки зрения производство работ под напряжением не более опасно, чем работы на отключенных электроустановках.
Освоение работ под напряжением потребовало новых исследований по защите человека от неблагоприятного воздействия электромагнитного поля промышленной частоты.
В настоящее время при напряженности электрического поля (ЭП) до 25 кВ/м нормируется время пребывания человека в поле:
Т = 50/Е — 2,                                              (1)
где Т — время, ч; Е — напряженность искаженного электрического поля в месте нахождения человека, кВ/м.
Обслуживающему персоналу разрешается без средств защиты находятся в поле напряженностью до 5 кВ/м в течение рабочей смены, а при напряженности электрического поля более 25 кВ/м запрещается пребывание персонала без средств защиты.
При производстве работ под напряжением в зависимости от неблагоприятного воздействия электромагнитного поля все пространство в электроустановках можно разбить на три зоны (рис. 1): 1 — в непосредственной близости от токоведущих частей, находящихся под напряжением, где напряженность ЭП на несколько порядков превышает допустимую для человека без средств защиты.
Радиус этой зоны равен минимально допустимому расстоянию приближения токоведущих частей под напряжением к заземленным конструкциям; II — на расстоянии до токоведущих частей больше минимально допустимого при уровне напряженности ЭП более 25 кВ/м. Это не позволяет персоналу находиться внутри зоны без специальных средств защиты; III — персонал может находиться без средств защиты хотя бы ограниченное время.

1. Зоны в электроустановках производства работ

Поскольку имеющиеся данные по уровням влияющих факторов при производстве работ под напряжением носят противоречивый характер, были проведены измерения непосредственно в зонах работ.
В табл. 1 приведены максимальные значения параметров ЭП и необходимый уровень защиты персонала от неблагоприятного воздействия ЭП в различных зонах при выполнении производства работ под напряжением.

1. Максимальные значения параметров электрического поля и необходимый уровень защиты от его неблагоприятного воздействия

Измерялась напряженность Е0 так называемого «неискаженного» ЭП, т.е. напряженность в отдельных точках пространства до размещения в этом пространстве человека, и напряженность Ек «искаженного» телом человека поля (напряженность ЭП на поверхности одежды человека). Кроме того, измерялась величина тока смещения, стекающего с тела человека, и тока разряда в момент соединения (выравнивания потенциалов) тела человека и токоведущих либо заземленных частей электроустановок. Измерения Е0 производились трехкоординатным измерителем, размещенным в шаре диаметром 125 мм, для измерения Еи использовались плоские датчики диаметром 10 мм.
Следует учитывать, что при одинаковой максимальной величине напряженности ЭП на заземленных конструкциях опор ВЛ и на уровне земли воздействие ЭП на организм человека оказалось меньшим при нахождении человека на опоре вследствие уменьшенной напряженности искаженного поля на поверхности тела человека. Ослабление такого воздействия может характеризоваться коэффициентом ослабления К
(табл. 2).

2. Значения максимальной напряженности электрического поля Емакс на конструктивных элементах опор разных классов напряжения, коэффициента Ко и приведенная к неискаженному полю величина Епр напряженности

Наиболее эффективные и целесообразные средства индивидуальной защиты человека от неблагоприятного воздействия ЭП — экранирующие комплекты одежды (ЭК). Такие комплекты, заключая человека в замкнутое экранированное пространство, обеспечивают практически полную защиту организма человека от воздействия ЭП.
Разработке конструкции экранирующего комплекта для производства работ под напряжением предшествовал выбор критериев оценки защитных свойств этих комплектов. При разработке и внедрении средств защиты за основу бралось правило — параметры воздействия ЭП на организм человека в защитном костюме при величине ЭП максимально возможной для данной зоны производства работ под напряжением не должны превышать их значений при расположении человека без ЭК в пространстве с напряженностью неискаженного ЭП 5 кВ/м. С известной долей осторожности было принято, что максимальная величина напряженности ЭП в любой точке поверхности тела человека не должна превышать 25 кВ/м, ток, стекающий с тела человека, не должен превышать 60 мкА, разность потенциалов между телом человека и ЭК не должна превышать 20 В.
Защитные свойства ЭК характеризуются коэффициентами экранирования по напряженности электрического поля Ке и току смещения Kt (табл. 1), которые показывают во сколько раз ЭК снижает воздействие ЭП на человека.
Критерием защиты человека от воздействия ЭП является обеспечение допустимой напряженности на поверхности тела Едоп при самых неблагоприятных условиях выполнения работ.

 При определении допустимых коэффициентов экранирования в расчете используется максимальное значение напряженности ЭП для данного класса электроустановок
Е„и max-
(2)

Как показали измерения и расчеты для электроустановок до 750 кВ Евнтах можно принять 2500 кВ/м. Впоказано, что условия производства работ под напряжением с выходом на потенциал провода отличается от условий выполнения работ на поверхности земли. Нормируемое действующими Правилами длительно допустимое значение напряженности однородного ЭП Е0 = 5 кВ/м соответствует значению искаженного ЭП Ек = 75 кВ/м. Это значение получено при исследованиях, когда вертикально стоящий человек подвергался воздействию ЭП, вектор напряженности которого также был направлен вертикально. При таких условиях плотность заряда на теле человека распределяется неравномерно (80% ее находится в верхней части тела, которая составляет порядка 1 /3 высоты). В процессе производства работ под напряжением распределение напряженности ЭП более равномерно, что приводит к воздействию предельных значений напряженности ЭП почти на всю поверхность тела человека. Обоснована необходимость снижения предельно допустимых значений напряженности ЭП при производстве работ под напряжением до i:non = 25 кВ/м. На основании исследований определено значение Ki > 100.
В показана необходимость учета удельного поверхностного сопротивления материалов, из которых изготавливаются экранирующие комплекты спецодежды. В процессе производства работ под напряжением при соприкосновении человека с металлическими частями, инструментами, элементами оснастки, имеющими наведенный и «плавающий» потенциал, происходит перераспределение зарядов, а в точке касания протекает ток разряда. Длительность такого разряда составляет микросекунды. Ток разряда может достигать сотен ампер. Возможны разряды между телом человека и экранирующим комплектом, что вызывает болевые ощущения. При производстве работ под напряжением такие разряды отрицательно влияют на состояние работающего, поэтому выдвинуто требование — сопротивление между двумя любыми точками поверхности комплекта одежды не должно превышать 100 Ом.
При производстве работ под напряжением человек в экранирующем костюме может находиться непосредственно у провода линии электропередачи 750 кВ. Расчетами и измерениями показано, что ток, протекающий через экранирующий комплект одежды и человека, может достигать нескольких миллиампер. Экранирование по току должно снижать до допустимой величины ток, протекающий через тело человека. Для этого экранирующий комплект должен обладать соответствующим коэффициентом экранирования по току смещения К показывающим, во сколько раз ток, протекающий через тело человека, одетого в защитный экранирующий комплект, меньше суммарного тока, протекающего под воздействием ЭП через тело человека и экранирующий комплект.
Требуемый коэффициент экранирования по току оценивается исходя из допустимого тока, протекающего через человека  60 мкА, и максимально возможного суммарного тока при выполнении работ под напряжением. По данным испытаний не превышает 6000 мкА:
(3)
В табл. 1 приведены рекомендуемые предельные значения Ке, Kt, Рп и R.
При разработке защитных ЭК проведены исследования пригодности для изготовления этих костюмов различных видов токопроводящих материалов: тканей с токопроводящими нитями, чередующимися по утку и по основе; трикотажного полотна, вязанного двойной кулирной гладью с использованием токопроводящих хлопчатобумажных и вискозных нитей.
В качестве токопроводящих нитей использовались нити медная мишурная 2%-го серебрения, науглероженная, бронзовая мишурная и стальная микропроволка диаметром 30 мкм, а также углеродная нить и комбинации этих нитей.
Для образцов каждого материала производились измерения коэффициента экранирования, удельного поверхностного сопротивления, искростойкости, а также ряда других параметров, характеризующих эксплуатационные свойства.
На стадии освоения работ под напряжением предпочтение было отдано вязаному трикотажному полотну с использованием мишурных нитей 2%-го серебрения, как обеспечивающему наилучшие защитные характеристики за счет объемной структуры токопроводящей сетки. Такое полотно обладает наибольшими стабильностью характеристик и искростойкостью.
В последние годы разработана ткань с использованием углеродных нитей. Эта ткань, обладающая всеми преимуществами трикотажного полотна, имеет значительно меньший вес, лучшую теплопроводность и термостойкость.
С использованием этих токопроводящих материалов разработаны защитные комплекты одежды, позволяющие человеку находятся в любой зоне производства работ под напряжением. На рис. 2 показаны эскизы экранирующих комплектов одежды, применяемых при эксплуатации энергосистем.
В зоне I используются комплекты с высоким коэффициентом экранирования (больше 100), состоящие из комбинезона с капюшоном и обязательным экраном для лица, токопроводящих перчаток и токопроводящей обуви либо носков. Должно быть обеспечено гальваническое соединение комплекта и провода. Вместо комбинезона могут использоваться токопроводящие куртки с капюшоном и брюки.

Рис. 2. Индивидуальные защитные экранирующие комплекты для работ на потенциале провода (левый) и на земле (правый):
1 — капюшон, 2 — экран для лица, 3 — комбинезон или куртка; 4 — токопроводящая лента: 5 — перчатки, 6 — токопроводящие манжеты: 7 — токопроводящие носки, 8 — обувь стокопроводящей подошвой
В зоне II могут применяться те же комплекты, что и в зоне I, но требования к их защитным характеристикам не столь жесткие. Допускается не экранировать лицо, не столь жесткое требование к электрическому контакту между костюмом и элементами опоры.
В зоне III могут использоваться так называемые облегченные комплекты одежды, состоящие из халата с капюшоном, который проводниками связан с токопроводящей подошвой обуви.
Почти десятилетний опыт применения защитных экранирующих комплектов показал их достаточную эффективность и высокие эксплуатационные характеристики. Доказана надежность защиты ими персонала от воздействия мощного электрического поля при работах под напряжением.
Экранирующие комплекты одежды обеспечивают надежную защиту человека от неблагоприятного влияния как электрической составляющей электромагнитного поля промышленной частоты, так и высокочастотного поля, возникающего при переносе потенциала. От магнитной составляющей экранирующий костюм не защищает.  Однако величина магнитной составляющей не превосходит нормированной в пространстве производства работ под напряжением за исключением поверхности проводов при максимально допустимой нагрузке на нем. Но уже на расстоянии 5 мм от провода напряженность магнитного поля снижается до допустимой величины, поэтому применение токопроводящих перчаток экранирующего костюма позволяет дистанцировать руку от провода и тем обеспечить допустимый уровень воздействия магнитного поля.
Таким образом, с медико-санитарной точки зрения производство работ под напряжением является вполне допустимым видом ремонтно-эксплуатационного обслуживания электроустановок.
Актуальной проблемой при производстве работ под напряжением является также защита персонала от воздействия магнитной составляющей электромагнитного поля. Интенсивность магнитного поля (МП) зависит от силы тока (определяемой нагрузкой на линии), количества проводов, а также от их взаимного расположения в фазе. В зависимости от места нахождения работающего при производстве работ под напряжением он может подвергаться локальному или общему воздействию МП 50 Гц. Систематическое воздействие МП может вызывать нарушения в состоянии здоровья работающих, поэтому действующими нормами ограничено время пребывания человека в магнитном поле в зависимости от его напряженности:
Напряженность магнитного поля
промышленной частоты, А/м                                          Время пребывания, час
6000   .................................................................................. До 1.0
5500   ......................................................................................... 1.5
4900   ......................................................................................... 2,0
4500   ......................................................................................... 2,5
4000   ......................................................................................... 3,0
3600   ......................................................................................... 3,5
3200   ......................................................................................... 4,0
2900   .....................................................................................     4,5
2500   .....................................................................................     5,0
2300   .....................................................................................     5,5
2000   .....................................................................................     6,0
1800                                                                                         .... 6,5
1600                                                                                        .... 7,0
1500                                                                                         .... 7,5
1400   .....................................................................................     8,0
На поверхности единичного провода при плотности тока 1... 1,5 А/мм2 напряженность магнитного поля составляет (..6) 1000 А/м, а при удалении от провода на
расстояние 0,1...0,2 м снижается на порядок. Поэтому при разработке технологических схем выполнения производства работ под напряжением в Украине придерживались правила: основное время человек удален от провода на расстояние не менее 0,2 м и только отдельные кратковременные операции выполняет вытянутыми руками. Это правило соблюдается как при работах с изолирующими подвесками, так и при работах с проводами.
В последнее время в Украине намечена широкая программа проведения исследований воздействия магнитных полей на персонал, обслуживающий действующие электроустановки.
Основное условие обеспечения безопасности производства работ под напряжением заключается в исключении возможности нарушения электрической прочности изоляции на месте работ. Так как производство работ под напряжением выполняется в хорошую погоду (при отсутствии выпадения осадков, грозы и сильного ветра), то речь может идти только о перекрытиях изоляции вследствие воздействия коммутационных перенапряжений из-за низкой электрической прочности применяемых изоляционных приспособлений или снижения прочности изоляции в месте выполнения работ из-за шунтирования воздушных промежутков или части гирлянд изоляторов.
Оценка вероятности короткого замыкания при производстве работ под напряжением может быть выполнена с учетом электрической прочности изоляционных промежутков и конструкций, величины и количества воздушных перенапряжений, времени нахождения конструкции в исследуемой ситуации.

На рис. 3 показано типичное расположение приспособлении для производства работ под напряжением при ремонте изоляции крайней фазы ВЛ 330 кВ и возможные траектории разрядов при нарушении электрической прочности изоляционных промежутков.
Расчет вероятности перекрытия выполнен отдельно для каждой траектории. Вероятность перекрытия всей конструкции принята равной сумме вероятностей по всем траекториям, так как такие предположения дают незаниженную вероятность разряда, они являются приемлемыми.
Для наиболее часто выполняемых на Украине работ под напряжением на ВЛ 330 кВ вероятность возникновения короткого замыкания из-за воздействия коммутационных перенапряжений составила 2,9-10-2, т.е. при работе одной бригады электромонтеров перекрытие изоляции может произойти 1 раз в 340000 лет. Так как в расчете принимались завышенные оценки, фактическая частота перекрытий будет еще меньше. Сопоставимые величины получены для ВЛ других классов напряжения.
В расчете принято, что за год работа выполняется 360 раз, поэтому вероятность поражения при единичной работе составляет 0,8 • 10-12, а по наблюдениям психологов человек чувствует себя в абсолютной безопасности, когда степень риска при выполнении работы оценивается величиной не более 10-6.
Таким образом, и с точки зрения возможности нарушения электрической прочности в месте выполнения производства работ под напряжением эта работа не представляет чрезмерной опасности.
Следует отметить, что инциденты при производстве работ под напряжением могут происходить не только из-за недостаточной прочности изоляции, но и из-за нарушений правил выполнения производства работ под напряжением. Так, в период внедрения работ без отключения напряжения имели место два инцидента.
Рис. 3 Возможные траектории (1—7) электрических разрядов при расположении приспособлений для производства работ под напряжением на крайней фазе

1. Перекрытие одноэлементного стеклопластикового изолятора 750 кВ при неблагоприятных погодных условиях.
2. Падение проводов фазы ВЛ 330 кВ из-за нарушения механической прочности захвата за провода, происшедшее вследствие дефекта конструкции захвата и самовольных изменений, внесенных в конструкцию захвата.

При этих инцидентах персонал не был травмирован. Вышесказанное позволяет утверждать, что опасность поражения электрическим током и травмирования персонала при производстве работ под напряжением не больше, чем при проведении работ со снятием напряжения. Однако следует учитывать один из постулатов теории безопасности работ: «Иллюзия полной безопасности провоцирует работников на применение опасных методов работ». Персонал некоторых бригад по производству работ под напряжением, уверовав в полную безопасность работ, начинает, например, меньше уделять внимания соблюдению величины необходимых воздушных промежутков, менее тщательно обращается с изолирующими и защитными средствами, что, конечно же, недопустимо.