Как рассчитать минимальное значение электродугового термического воздействия спецодежды?

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 о С. (Для сравнения температура поверхности Солнца 5726 о С).

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

Защита от электродуги

Для человека любое производство представляет потенциальную опасность. Однако жизнь и здоровье электротехнического персонала подвержены еще одной опасности, специфичной для работников именно этих профессий. Наибольшую угрозу для них представляет.

Электрическая дуга обладает огромной мощностью и в весьма короткий промежуток времени (секунды и доли секунды) выделяет в окружающее пространство большое количество энергии: световой, лучистой (ультрафиолетовые и инфракрасные лучи) и тепловой (температура газа в канале дугового разряда достигает 5–6 тыс. °С), а также сопровождается выделением озона и угарного газа.

Риск возникновения электродуги на оборудовании зависит от нескольких факторов:

• насколько часто работники выполняют задачи с участием подключенного в сеть оборудования;
• уровня сложности поставленной задачи, необходимость вмешательства, доступное пространство, пределы безопасности, тип участка;
• подготовки, навыков, скоординированности работы с помощником;
• используемых инструментов;
• состояния оборудования;
• степени перегрузки по току защитного оборудования.

Основными факторами, представляющими угрозу для жизни и здоровья работника при аварии, связанной с действием электрической дуги и возможными последствиями электрической дуги, являются следующие:

• эффект внезапности и незаметности, в связи с чем персонал не имеет возможности оперативно покинуть место аварии;
• эффект концентрации энергии: выделение большого количества энергии в короткий срок в ограниченном объеме приводит к появлению локальных смертельно опасных концентраций энергии и может привести к временной или постоянной потере зрения;
• сверхвысокие температуры: под их воздействием человек получает тяжелейшие ожоги и травмы;
• ударная волна, в результате которой человек может получить травмы при падении и ударе о предметы, находящиеся у него за спиной; взрывная волна может разбросать работников по всему помещению и столкнуть их с лестниц, возможны временная или постоянна потеря слуха, повреждение нервов и остановка сердца;
• дуга разбрызгивает капли расплавленного металла с высокой скоростью, брызги расплавленного металла могут отлетать от источника дуги на расстояние нескольких метров; осколки взрыва могут проникнуть в тело человека;
• возгорание одежды рабочего: одежда может воспламеняться на расстоянии нескольких метров (участки кожи под одеждой могут получить более серьезные ожоги, чем открытые участки кожи, ожоги третьей степени);
• плавление синтетических деталей одежды и экипировки работника и попадание расплавленных веществ на кожу человека, приводящее к ожогам;
• выделение озона и угарного газа приводит к удушью, головокружению, тошноте, рвоте и даже смерти.

Как показывает статистика, к отраслям производства, персонал которого часто подвержен авариям, вызванным электрической дугой, можно отнести нефтегазовый комплекс, металлургию, электрифицированный транспорт и электроэнергетику.
Средством индивидуальной защиты работников от воздействия электрической дуги является защитный комплект, который состоит из защитного костюма, нательного белья, термостойких перчаток, каски и обуви.

Заинтересованность предприятий в вопросе защиты персонала от электродуги способствовала активному развитию рынка спецодежды, которая защищала бы работников от тепла и пламени, создаваемых электрической дугой. Немаловажное значение для развития рынка имеет мода на форму, следуя которой фирмы заказывают спецодежду, выдержанную в стиле корпоративных цветов.

Современный рынок защитной одежды от воздействия электродуги предлагает покупателям широкий ассортимент костюмов, основными отличиями которых являются уровень защиты, на который они рассчитаны, и материалы, из которых они сделаны.

Ведущими мировыми производителями текстильных материалов для таких костюмов являются: компания DuPont (США) — арамидные ткани, компания Walls FR (США), выпускающая хлопковые и смешанные ткани с огнезащитной пропиткой ITEX®, компания DALETEC (Норвегия) — хлопковые ткани с огнестойкой пропиткой Pyrovatex®, а также компании Carrington (Великобритания), Klopman (Италия), Ten Cate Protect (Голландия) и Westex (США) — хлопковые и смешанные ткани, обработанные по технологии Proban®.

Как следствие такого большого ассортимента, возникает вопрос о том, спецодежда из ткани с какими параметрами обеспечивает наилучшую защиту персонала.

На сегодняшний день существуют две методики испытания материалов и одежды для защиты от воздействия электрической дуги. Это американский стандарт ASTM F 1959-1999 и международный стандарт IEC 61482-1. Оба стандарта оперируют показателем ATPV (значение величины дугового термического воздействия).

В 1999 г. американская организация ASTM разработала методику определения и сравнения защитных свойств различных огнестойких тканей при воздействии на них электрической дуги — стандарт ASTM F 1959/F 1959M «Стандартный метод испытаний для определения уровня термического воздействия электрической дуги на материалы, предназначающиеся для производства одежды».

Данный метод испытания применяется для измерения стойкости к воздействию дуги материалов, предназначенных для использования в качестве огнестойкой одежды для персонала, работа которого связана с риском воздействия электрической дуги. Данный метод испытания позволяет измерить стойкость к воздействию дуги материалов, которые отвечают следующим требованиям: длина обуглившегося участка — менее 150 мм, остаточное время горения — менее 2 сек.

В 2002 г. Международная электротехническая комиссия, осуществляющая разработку международных стандартов в области электротехники и электроники, приняла стандарт IEC 61482-1 «Работы под напряжением. Одежда для защиты от термических опасностей, связанных с воздействием электрической дуги», часть 1–2 «Определение класса защиты материала и одежды от воздействия дуги с использованием ограниченной и направленной дуги (испытание в ящике) «, взяв за основу американскую методику ASTM F 1959 и показатель ATPV.

В соответствии со стандартом, верх одежды следует изготавливать из материалов с постоянными термостойкими свойствами, обеспечивающими защиту от падающей энергии электродугового воздействия (в соответствии с установленными уровнями защиты). Огнестойкость материала или пакета материалов, предназначенных для одежды конкретных моделей, после 5- и 50-кратных стирок не должна ухудшаться. Время остаточного горения после удаления ткани из пламени должно быть не более 2 сек. ЗЭТВ материала или пакета материалов, предназначенных для одежды конкретных моделей, после 5- и 50-кратных стирок не должно снижаться более чем на 5%. При работах на взрывоопасных объектах значение удельного поверхностного электрического сопротивления материала или пакета материалов, предназначенных для изготовления одежды, после 5- и 50-кратных стирок не должно превышать 107 Ом.

Методы, описанные в стандарте, применяются для измерения и описания свойств материалов (метод А) или одежды (метод В) при воздействии на них конвективной энергии и теплового излучения, создаваемых электрической дугой на открытом воздухе в регулируемых лабораторных условиях. Методы служат для определения значения падающей энергии, которая позволяет прогнозировать ожоговую травму второй степени, когда образцы подвергаются воздействию теплового излучения от электрической дуги. Для оценки одного вида образца следует провести серию как минимум из семи испытаний.

Материалы, используемые в методе А, имеют форму плоских образцов, в методе В это одежда типа верхних рубашек/курток. Для метода А испытательная установка представляет собой расположенные по кругу три панели с двумя датчиками и три контрольных датчика — по два с двух сторон от каждой панели.

Для метода B используется от одного до трех манекенов с четырьмя датчиками на каждом, а также по два контрольных датчика — по одному с каждой стороны манекена.

При проведении исследования учитывается величина тока короткого замыкания дуги, напряжение дуги (падение напряжения, создаваемое электрической дугой, в вольтах) и ее длительность (время существования электродугового разряда, в секундах). На основе этих данных определяется энергия дуги, связанная прямой зависимостью со значением падающего на образцы теплового потока En, который измеряется контрольными датчиками с момента инициирования и до окончания воздействия электрической дуги.

Количество тепла, прошедшего через образцы, измеряют с помощью датчиков (медных калориметров) на панелях.
Полученные данные по теплопередаче (значение падающего теплового потока En и количество тепла, прошедшего сквозь образец (образцы) ) используют для построения графика кривой роста температуры, которую затем сравнивают с кривой Столл и определяют значение электродугового термического воздействия с учетом 95% доверительного интервала.

В зависимости от значения падающей энергии, выделяемой электрической дугой, одежду подразделяют по значению электродугового термического воздействия на следующие уровни защиты (в кал/см2):

Затем, исходя из необходимого уровня защиты, для каждого участка работы электротехнического персонала в зависимости от параметров обслуживаемого оборудования и условий работы подбирается защитный костюм. Для персонала, работающего в помещении с оборудованием небольшой мощности, это могут быть костюмы 1-го и 2-го уровней.

Инструкции и справки / Отзывы клиентов

Сервиспром

ООО «Сервиспром» – производитель спецодежды и поставщик обуви и средств индивидуальной защиты на промышленные предприятия Украины. Мы предлагаем новейшие технологии в области охраны труда, позволяющие защищать работников там, где до недавнего времени считалось, что защитить невозможно.

Одним из приоритетных направлений нашего предприятия является поставка защитных комплектов для защиты от термических рисков воздействия электрической дуги, производства ЗАО «ФПГ Энергоконтракт» (Россия) на правах эксклюзивного дилера на территории Украины.

В состав полного защитного комплекта входят костюм, устойчив к воздействию электрической дуги, подшлемник термостойкий, перчатки термостойкие (одеваются под диэлектрические), каска со щитком и обувь устойчивые к воздействию электрической дуги.

Вышеуказанные комплекты имеют постоянные защитные свойства защиты от воздействия электрической дуги, высокие физико-механические показатели, комфортные, эргономичные, имеют небольшой вес и легки в уходе.

Комплекты производства производства ЗАО «ФПГ Энергоконтракт» имеют сертификат соответствия «УкрСЕПРО» и заключение санитарно-эпидемиологической экспертизы.

Сертификация костюмов осуществляется на соответствие ГОСТ 12.4.221-2004 , ГОСТ 12.4.124-83 , ДСТУ EN 531:205, ГОСТ Р 12.4.234-2007 (МЭК 61482-1:2002), ГОСТ Р 12.4.218-99 , ГОСТ Р ИСО 11612-2007 .

Все изделия проходят испытания в аккредитованных лабораториях, которых в мире есть только три в России, Швейцарии и Канаде. Наша компания предоставляет копии протоколов испытаний на все составляющие комплектов.

Согласно МЭК 61482-1:2002 комплекты должны обеспечивать постоянство защитных свойств на протяжении всего срока эксплуатации, что подтверждается протоколами испытаний образцов: новых и после проведения 50 циклов стирки, (что аналогично 2-м годам эксплуатации) при этом термостойкие свойства их не ухудшаются более чем на 5%.

Костюмы изготавливаются из 100% арамидного волокна, которое единственное на сегодняшний день в мире имеет защитный механизм для защиты от термических рисков воздействия электрической дуги, основанный на свойствах волокон при повышении температуры более 360оС образовывать на поверхности ткани карбоновый слой, защищающий от высоких температур и потока заряженных частиц, и обеспечивает пользователю время для выхода из опасной зоны, сохраняя жизнь и сводя опеки максимум до 2-й степени.

Конструкция костюма разработана специально (ТУ 8570-001-56615498-2003) и ежегодно улучшается. За последние 10 лет защитные свойства костюмов повышены на 20%.

Для защиты работников на различных рабочих местах, имеющих различные уровни риска, разработаны комплекты VI степеней защиты. Таким образом достигается максимальная защита всех рабочих и оптимизация затрат предприятием.

Определение степени риска

Специальная одежда для защиты работников от термического воздействия электрической дуги относится к средствам индивидуальной защиты (СИЗ). Разумеется, СИЗ никогда не смогут заменить безопасные методы работы, но они снижают степень риска, дают выигрыш во времени для эвакуации в случае аварии, повышают шансы пострадавшего на выживание.

Одной из особенностей комплектов, защищающих от термического воздействия электрической дуги, является то, что набор их компонентов определяется в зависимости от конкретных условий эксплуатации.

Формированию заказа предшествует небольшая, но очень ответственная подготовительная работа. Заказчику предлагается заполнить таблицу параметров, соответствующих конкретным видам электроустановок.

Параметры, указанные в таблице, соответствуют параметрам электроустановки по паспорту и реальным условиям выполнения работ:

• Сила тока – сила тока по паспорту электроустановки
• Напряжение – напряжение по паспорту электроустановки
• Время действия эл. дуги – время срабатывания первого контура автоматической защиты
• Расстояние до источника дуги – по факту расположения человека в электроустановке при проведении работ
• Расстояние между электродами – расстояние между шинами по паспорту электроустановки
• Вид распредустройства – ОРУ или ЗРУ

На основании полученных данных проводится расчет вероятной энергии дуги, результаты которого позволяют определить тип модели защитного комплекта для работы на данном оборудовании.

Для определения типа модели защитного комплекта для разных электроустановок необходимо условно разбить все наличные электроустановки на варианты по напряжению, типу РУ и условиям выполняемых работ. После этого заполнить для каждого варианта свой столбец в таблице. При условии обслуживания одним работником электроустановок, относящихся к разным вариантам, модель защитного комплекта для такого работника выбирается по высшему уровню защиты. Такой подход оптимизирует затраты на приобретение защитных комплектов и надежно защищает людей при возникновении аварийной ситуации.