Обеспечение электро- и пожаробезопасности в электромеханических системах

 
 
 
 
 
Р. А. Сафиуллин 
 
 
 
 
 
 
 
ОБЕСПЕЧЕНИЕ 
ЭЛЕКТРО- И ПОЖАРОБЕЗОПАСНОСТИ 
В ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 
1 

УДК [621.3:331.4] 
ББК 31.2 
С21 
 
 
 
Рецензенты: 
к. т. н. Гиниятов И. Г. 
(генеральный директор ООО ИТЦ «ПромИнжиниринг»), г. Уфа; 
д. т. н., доцент Янгиров И. Ф. (кафедра электромеханики  
ФГБОУ ВО «Уфимский университет науки и технологий»), г. Уфа 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Сафиуллин, Р. А.  
С21   
Обеспечение электро- и пожаробезопасности в электромеханических системах : учебное пособие / Р. А. Сафиуллин. – Москва ; 
Вологда :  Инфра-Инженерия, 2024. – 236 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1700-6 
 
Изложены теоретические сведения об опасности воздействия термического источника и электрического тока на организм человека, правила 
организации безопасной работы в электроустановках, а также приведён 
порядок оказания доврачебной помощи пострадавшим от действия электрического тока и термического ожога на организм человека. 
Для студентов очной и заочной форм обучения, обучающихся по 
направлениям подготовки бакалавров: «Электроэнергетика», «Электроэнергетика и электротехника». 
 
УДК [621.3:331.4] 
ББК 31.2 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1700-6 © Сафиуллин Р. А., 2024 
 
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
2 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
Введение  ..................................................................................................... 6 
1. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ  
В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ .............................. 7 
1.1. Общие сведения об электрооборудовании электроэнергетики ....... 7 
1.2. Основные причины возникновения пожаров  
от электрооборудования 
............................................................................. 8 
1.3. Вероятностная оценка пожароопасности электротехнических 
устройств ................................................................................................... 11 
2. МАРКИРОВКА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ................................. 13 
2.1. Распределение взрывоопасных газов и паров с воздухом  
на категории и группы ............................................................................. 13 
2.2. Маркировка электрооборудования общего назначения 
................. 18 
2.3. Маркировка взрывозащищенного электрооборудования .............. 19 
3. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЖАРООПАСНЫХ  
И ВЗРЫВООПАСНЫХ ЗОН ................................................................... 28 
3.1. Классификация пожароопасных зон ................................................ 28 
3.2. Классификация взрывоопасных зон 
................................................. 29 
4. ВЫБОР ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПОЖАРООПАСНЫХ  
И ВЗРЫВООПАСНЫХ ЗОН ................................................................... 35 
4.1. Выбор электрооборудования для пожароопасных зон 
................... 35 
4.2. Выбор электрооборудования для взрывоопасных зон ................... 39 
5. ТЕРМИЧЕСКОЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЯ  
НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА 
.................................................................. 45 
5.1. Термический ожог ............................................................................. 45 
5.2. Действие электрического тока 
.......................................................... 50 
5.3. Сопротивление тела человека электрическому току 
...................... 54 
5.4. Предельно допустимые значения напряжения прикосновения  
и тока ......................................................................................................... 57 
6. ЯВЛЕНИЯ ПРИ СТЕКАНИИ ТОКА В ЗЕМЛЮ 
............................... 62 
6.1. Электрофизические свойства земли 
................................................. 62 
6.2. Растекание тока с одиночных заземлителей ................................... 68 
6.3. Растекание тока с групповых заземлителей .................................... 73 
6.4. Напряжение шага 
............................................................................... 77 
6.5. Напряжение прикосновения ............................................................. 81 
7. СИСТЕМЫ ЗАЗЕМЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК  
ПЕРЕМЕННОГО И ПОСТОЯННОГО ТОКА 
........................................ 89 
7.1. Классификация заземлений электроустановок ............................... 89 
7.2. Система IT-заземления переменного и постоянного токов ........... 94 
7.3. Опасные напряжения на электромашиностроении (ЭМ) 
............... 98 
3 

8. АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ 
СЕТЕЙ ..................................................................................................... 105 
8.1. Нормальный режим работы в электрических сетях ..................... 105 
8.2. Аварийный режим работы в электрических сетях ....................... 111 
8.3. Аварийный режим работы в системах электроснабжения 
электромашиностроения ........................................................................ 117 
9. ЗАЩИТНЫЕ МЕРЫ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ 
......................... 123 
9.1. Защитное заземление электроустановок ....................................... 125 
9.2. Заземление электробуса (ЭБ) 
.......................................................... 130 
9.3. Защитное зануление ........................................................................ 134 
9.4. Защитное отключение ..................................................................... 138 
9.5. Электрическое разделение сетей 
.................................................... 138 
9.6. Система уравнивания потенциалов 
................................................ 140 
10. ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ ЗАЩИТНЫЕ СРЕДСТВА  
И АППАРАТЫ ЗАЩИТЫ ..................................................................... 142 
10.1. Защитные средства, применяемые в электроустановках ........... 142 
10.2. Аппараты защиты электроустановок ........................................... 144 
10.3. Аппараты защиты в системах электроснабжения  
электрического машиностроения .......................................................... 151 
11. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ ПО ОРГАНИЗАЦИИ  
БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК .......... 159 
11.1. Требования к персоналу, обслуживающему  
электроустановки 
.................................................................................... 159 
11.2. Электробезопасность в действующих электроустановках  
до 1000 вольт. Производство работ....................................................... 160 
11.3. Организационные мероприятия, обеспечивающие  
безопасность работ ................................................................................. 164 
11.4. Требования к отдельным видам защитных средств и правила 
пользования 
............................................................................................. 166 
11.5. Плакаты и знаки электробезопасности, используемые  
в электроустановках ............................................................................... 172 
11.6. Мероприятия по обеспечению электробезопасности  
на заводах электромашиностроения ..................................................... 176 
12. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО УСТРОЙСТВУ  
ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК ....................................................................... 186 
13. ТРЕБОВАНИЯ К РАБОТНИКАМ, ДОПУСКАЕМЫМ  
К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ ................. 195 
13.1. Общая характеристика персонала ................................................ 195 
13.2. Формы работы с персоналом ........................................................ 196 
 
4 

14. ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ  
ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ РАБОТ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ ............. 208 
14.1. Общая характеристика организационных мероприятий 
............ 208 
14.2. Порядок организации работ в электроустановках  
с оформлением наряда-допуска 
............................................................. 208 
14.3. Порядок организации работ в электроустановках  
по распоряжению 
.................................................................................... 209 
14.4. Порядок организации работ в электроустановках,  
выполняемых в порядке текущей эксплуатации 
.................................. 211 
14.5. Работники, ответственные за безопасное ведение работ ........... 213 
15. ОКАЗАНИЕ ПЕРВОЙ ПОМОЩИ ПРИ НЕСЧАСТНЫХ  
СЛУЧАЯХ НА ПРОИЗВОДСТВЕ ........................................................ 219 
Заключение 
.............................................................................................. 226 
Список литературы 
................................................................................. 227 
Приложение 1 
.......................................................................................... 229 
Приложение 2 
.......................................................................................... 231 
Приложение 3 
.......................................................................................... 233 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Ежегодные статистические данные электроэнергетической и 
электротехнической отраслей показывают, что большое количество пожаров в Российской Федерации происходят из-за нарушений правил 
устройства и эксплуатации электромеханических систем. Основные из 
них – это нарушения правил эксплуатации проводов и кабелей, разряды 
атмосферного и статического электричества. Согласно профессиональным стандартам ФГОС ВО 3++, бакалавры в области пожарной и электрической безопасности (ПЭБ) должны знать причины возникновения 
пожаров и взрывов от электромеханических систем. Они должны выполнять основные требования руководящих и нормативных документов, 
регламентирующих меры по обеспечению пожарной безопасности 
электроустановок, молниезащите и защите от статического электричества, методику проведения мероприятий по надзору за выполнением 
требований пожарной безопасности при эксплуатации электрооборудования объектов.  
Термины «пожарная опасность» и «электробезопасность» 
определяют систему организационных и технических мероприятий и 
средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного 
поля и статического электричества, а также термических и пожароопасных явлений. 
Методологическая разработка системы ПЭБ и её отдельных элементов – неотъемлемая часть работ при создании объектов в любой отрасли промышленности, в сельском хозяйстве и в быту. Исходя из этого, 
систему ПЭБ можно представить в виде структурных элементов – на производстве, в энергетике, в электромеханических системах, в зданиях и 
сооружениях, в электрооборудовании и электрических аппаратах и т. д. 
Как составляющие единой системы эти подразделы основываются на общих технических правилах, требованиях, фундаментальных основах ПЭБ. 
Воздействие электрического тока на человека может носить 
биологический, термический и электролитический характер и часто заканчивается местными или общими травмами различной тяжести, а во 
многих случаях и летальным исходом. Поэтому способность использовать правила техники безопасности жизнедеятельности, производственной санитарии, пожарной безопасности и нормы охраны труда – требования, входящие в систему ПЭБ, являются актуальными задачами при 
эксплуатации электрооборудования в отраслях промышленности. 
Учебное пособие составлено на основе действующих нормативных документов и предназначено для подготовки бакалавров по 
специальностям: (140200) – «Электроэнергетика», (130302) – «Электроэнергетика и электротехника» всех форм обучения.  
6 

1. ОБЕСПЕЧЕНИЕ  
ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ  
В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ  
И ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ 
 
1.1. Общие сведения об электрооборудовании  
электроэнергетики 
  
Во многих отраслях промышленности и сельского хозяйства 
страны используются большое количество разнородного ассортимента 
электрического оборудования.  
Электрооборудованием или электроустановками называются 
совокупность электрических машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в 
которых они установлены), предназначенных для производства, преобразования, трансформации, передачи, распределения электрической 
энергии и преобразования ее в другой вид энергии [13, 14].  
Промышленные электроустановки по функциональному назначению классифицируются на следующие виды:  
– генераторы – вырабатывающие электрическую энергию;  
– преобразователи напряжения (трансформаторы), преобразователи частоты – преобразующие электрическую энергию;  
– провода, кабели – передающие электрическую энергию от 
пунктов выработки и преобразования до электроприемников;  
– распределительные подстанции, узлы, щиты, устройства – 
распределяющие электрическую энергию;  
– электродвигатели, электротермические, электросварочные, 
электроосветительные и другие – потребляющие электрическую 
энергию, электроприемники.  
Промышленные предприятия потребляют большую часть вырабатываемой электрической энергии в России. Их электроприемники 
по уровню напряжения подразделяются на следующие группы:  
а) трехфазного тока до 1000 В и частотой 50 Гц;  
б) трехфазного тока свыше 1000 В и частотой 50 Гц; 
в) однофазного тока до 1000 В и частотой 50 Гц; 
г) работающие с иной частотой, питаемые от преобразовательных подстанций и установок; 
д) электроприемники постоянного тока, питаемые от преобразовательных подстанций и установок. 
 
7 

По месту расположения электроустановки подразделяются на:  
а) открытые или наружные электроустановки;  
б) закрытые или внутренние электроустановки.  
Открытые или наружные электроустановки – электроустановки, не защищенные зданием от атмосферных воздействий.  
Электроустановки, защищенные только навесами, сетчатыми 
ограждениями и т. п., рассматриваются как наружные.  
Закрытые или внутренние электроустановки – электроустановки, размещенные внутри здания, защищающего их от атмосферных 
воздействий.  
Большинство промышленных предприятий отраслей экономики России работают на переменном трехфазном токе, вырабатываемой в ГЭС. Группы электроприемников постоянного тока питаются 
от преобразовательных подстанций с полупроводниковыми выпрямителями, чаще всего с использованием мощных тиристоров. Так как 
выпрямительные агрегаты питаются от сети трехфазного тока, то 
они, в свою очередь, являются электроприемниками трехфазного 
тока. Электроустановки напряжением до 1000 В выполняются как с 
глухо-заземленной (система ТN), так и с изолированной (система IТ) 
нейтралью, а установки постоянного тока – с глухозаземленной и 
изолированной нулевой точками. Электроустановки с изолированной 
нейтралью (N) следует применять при повышенных требованиях к 
безопасности при условии, что в этом случае обеспечивается контроль изоляции сети и целостность изолирующей прокладки пробивных предохранителей, отключение участков с замыканием на землю. 
В четырехпроводных сетях переменного тока или трехпроводных 
сетях постоянного тока глухое заземление нейтрали обязательно по 
технике пожаро- и электробезопасности, согласно техническим регламентам Федеральных законов. 
 
1.2. Основные причины возникновения пожаров  
от электрооборудования 
  
Проведенный статистический анализ пожаров от электроустановок показывает, что наиболее частыми причинами их возникновения 
являются короткие замыкания (КЗ) в электропроводках и электрооборудовании, токовая перегрузка электропроводок и электрооборудования, перегрев мест соединения токоведущих частей электроустановок 
в результате образования больших переходных сопротивлений и плавления изоляции. Наряду с этими, причинами возникновения пожаров 
являются воздействие на окружающую среду электрической дуги и 
8 

искрения, нагрев конструкций при переходе (выносе) на них напряжения, вихревые токи, образующиеся от электротоков, возникающих под 
воздействием переменного магнитного поля.  
Очаги пожара могут возникнуть при эксплуатации электроустановок из-за использования в них изоляционных горючих материалов (бумага, картон, хлопчатобумажные и шелковые ткани, резина, 
полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол, полипропилен, трансформаторное масло и т. д.). Отсюда, при наличии кислорода воздуха и источника зажигания, может возникнуть возгорание (пожар). Другой 
причиной являются КЗ.  
КЗ называется всякое непредусмотренное нормальными условиями работы замыкание через малое сопротивление между фазами, а 
в системах с заземленной нейтралью – замыкание одной или нескольких фаз на землю или нулевой провод. Так как при металлическом КЗ 
в месте соединения величина сопротивления проводников очень мала, 
то по проводникам сетей и токоведущим частям электрооборудования 
будут протекать токи КЗ значительной величины (от нескольких кА до 
сотен кА). Величина тока КЗ зависит от величины питающего напряжения, удаления источников напряжения от места КЗ, вида КЗ (при  
3-фазном больше), времени КЗ (если аппараты защиты быстродействующие, то ток КЗ не успевает достичь максимальной величины)  
и т. д. Чаще всего бывает однофазное КЗ (65 %), однако в кабельных 
сетях часто однофазное КЗ переходит в 2-фазное и 3-фазное из-за разрушения изоляции электрической дугой.  
Основная причина возникновения КЗ – нарушение изоляции в 
электрических проводах, кабелях, электрических машинах и аппаратах, вызванное:  
– перенапряжениями, в том числе от ударов молнии;  
– старением изоляции;  
– механическими повреждениями;  
– локальным повышением влажности или агрессивности среды.  
Так как величина токов КЗ очень большая, то в месте КЗ за 
небольшой промежуток времени выделяется большое количество тепла (по закону Джоуля – Ленца – Q = I2·R·t), что вызывает перегрев проводника, воспламенение изоляции, расплавление металла проводников 
с выбросом в окружающую среду искр, вредных газов, что может привести к воспламенению горючих материалов.  
Температура нагрева контактной точки в месте КЗ  
 
 
⋅
=
 
(1.1) 
2
2
,
2
КЗ
ПЕРЕХОД
КОН
I
R
T
πλρ
9 

где λ – коэффициент теплопроводности, Вт⋅м-1⋅С-1, ρ – удельное сопротивление, Ом⋅м. 
Кроме того, КЗ приводит к значительному падению напряжения в сети, что может вызвать остановку электродвигателей и на ряде 
опасных производств привести к воспламенению и взрыву.  
Перегрузкой называется такой режим, когда по проводам и кабелям электрических сетей, обмоткам машин и электрических аппаратов 
протекает рабочий ток Ip больший длительно допустимого тока IДЛ, то 
есть  
 
 
 IP > IДЛ.    
(1.2)  
  
Величина IP зависит от мощности электроприемников и 
напряжения сети, а величина IДЛ зависит от сечения и материала проводников, способа их прокладки, температуры окружающей среды и 
регламентируется Правилами устройства электроустановок (ПУЭ).  
Опасность перегрузок вызвана тепловым действием тока (закон Джоуля – Ленца). При 2-кратной и более перегрузке может произойти воспламенение изоляции. Кроме того, небольшие по величине, 
но длительные перегрузки вызывают быстрое старение изоляции, что 
может привести к ее пробою и КЗ.  
Причины перегрузок:  
– несоответствие сечения проводника рабочему току;  
– попадание на проводники токов утечки;  
– повышение температуры окружающей среды;  
– механическая перегрузка на валу электродвигателей;  
– понижение напряжения сети;  
– работа 3-фазного электродвигателя на двух фазах. 
Переходным сопротивлением называется сопротивление, возникающее в местах перехода с одного провода на другой, с провода на 
электрический аппарат, в контактах электрических аппаратов. При 
протекании тока нагрузки в таком контактном соединении по закону 
Джоуля – Ленца будет выделяться некоторое количество тепла, которое может быть значительным при большой величине переходного 
сопротивления. При соприкосновении контактов с горючими материалами может произойти их воспламенение; если среда взрывоопасная, 
то может произойти взрыв.  
Причины больших переходных сопротивлений:  
– неровности на поверхности металла контактов;  
– недостаточная сила нажатия контактов;  
10