Ключі до розуміння стандарту NFPA 70E

Адміністрація безпеки та гігієни праці (OSHA) завжди стверджувала, що електромонтажні роботи повинні виконуватися лише на знеструмленому обладнанні. Ця ідеалістична мета не завжди була практичною чи економічною у цій галузі, і її звичайно ігнорують електрики та їх керівники. Однак стандарт Національної асоціації протипожежного захисту щодо електробезпеки на робочому місці,

Адміністрація безпеки та гігієни праці (OSHA) завжди стверджувала, що електромонтажні роботи повинні виконуватися лише на знеструмленому обладнанні. Ця ідеалістична мета не завжди була практичною чи економічною в цій галузі, і її звичайно ігнорують електрики та їх керівники. Однак, “Стандарт електробезпеки на робочому місці, випуск 2004 р.” Національної асоціації протипожежного захисту (NFPA 70E) тепер надає OSHA значущі посилання на категоризацію ризиків, пов’язаних з роботою на електричному обладнанні, що знаходиться під напругою.

Категорії небезпеки варіюються від рівня 0 (незначний або відсутність ризику спалаху дуги) до категорії 4 (високий ризик спалаху дуги). Кожна категорія вимагає від працівників одягати засоби індивідуального захисту (ЗІЗ) різного рівня під час роботи на обладнанні, що знаходиться під напругою, або поблизу нього. Незважаючи на те, що вивчення дугового спалаху та наслідків травм перебуває в зародковому стані, дотримання вимог NFPA 70E може зробити роботу на обладнаному обладнанням безпечнішою для всіх робітників.

Вимоги OSHA та NEC. Кожен, хто бере участь у електричних «гарячих роботах», повинен вивчити та дізнатись про вимоги NFPA 70E, оскільки як OSHA, так і NEC вимагають його використання. Вимоги NEC у пункті 110.16 мінімальні, вони складаються з неясного мітки попередження про небезпеку дугового спалаху, що розміщується на розподільних щитах, щитах, промислових пультах управління та центрах управління двигунами. Хоча цей ярлик повідомляє персонал про існування небезпеки, він не вказує на важкість або вказівки щодо захисту.

Залучення OSHA є набагато прямішим. Вони можуть видавати цитати та стягувати штрафи за невиконання. У розділі 1910.333 підрозділу S зазначено, що "Для запобігання ураженню електричним струмом або іншим пошкодженням, спричиненим прямими або непрямими електричними контактами, слід застосовувати методи роботи, пов'язані з безпекою". Він не стосується безпосередньо дугового спалаху, але, включаючи «інші поранення», він вимагає від роботодавців розуміння його природи та небезпеки, що виникає, та відповідно захисту своїх працівників. OSHA прийняла стандарт NFPA 70E як прийнятний засіб відповідності для задоволення цієї вимоги.

Енергія інциденту. Енергія аварії є одним із ключових термінів розуміння будь-якої небезпеки спалаху дуги. NFPA 70E визначає це як "кількість енергії, що вражається на поверхні, на певній відстані від джерела, що утворюється під час події електричної дуги". Рівень падаючої енергії виражається в калоріях на квадрат сантиметра і є мірою тепла, що створюється електричною дугою.

Ключові цифри, про які слід пам’ятати, - це 1,2 та 40. Рівень енергії, що перевищує 1,2 калорії на квадрат сантиметра, може спричинити опіки другого ступеня. Вогнестійкий одяг необхідний для захисту від можливих опіків, спричинених рівнем енергії вище 1,2. Рівні енергії спалаху дуги понад 40 можуть бути фатальними, оскільки вони супроводжуються масивним вибухом тиску та звуковими хвилями тиску, які виробляють снаряди. Одяг доступний для дугового спалаху аж до 100 калорій на квадрат сантиметра, але він марний проти сили вибуху тиску.

Поки не буде проведено більше досліджень щодо того, як зменшити небезпеку таких вибухових хвиль, вам слід заборонити роботи на обладнаному під напругою рівні енергії, що падає, вище 40 калорій на квадрат сантиметра.

Рівні струму несправності та довжина ланцюга Рівень небезпеки спалаху дуги на будь-якому обладнанні залежить від рівня струму замикання дуги та часу, необхідного для спрацьовування найближчого пристрою захисту від перевантаження по струму. Місцевий інженер-комунальник зазвичай може повідомити вам, які рівні струму несправності є в локальній системі розподілу та на лінії основного сервісу на конкретному об'єкті.

Але майте на увазі, що ці значення струму несправності можуть базуватися виключно на імпедансі трансформатора, який обслуговує цю конкретну будівлю. Насправді перед трансформатором є додаткові імпеданси, які зменшать це число. Якщо ці додаткові імпеданси не враховані в розрахунках інженера-комунальника, рівні енергії падіння, які ви розраховуєте на об'єкті, можуть бути занижені.

Низький рівень струму несправності та/або довга довжина кола може мати серйозний вплив на рівень енергії, що падає. Наприклад, Рис. 1 демонструє запобіжники RK1 і RK5 на 400А, що захищають 10-футові та 400-футові живильники. Ця система зразків має рівень струму несправності 50 000 А. Високі рівні струму несправності роблять цю систему досить надійною, щоб швидко спрацювати запобіжник RK1, незалежно від довжини ланцюга. Таким чином, результуючі рівні небезпеки в цьому прикладі відносно низькі.

Отже, що відбувається, коли рівень струму несправності виявляється нижчим? Як показано в Рис.2 на сторінці С18, зниженого рівня струму несправності 15000 А достатньо для швидкого відключення пристрою, що захищає 10-футовий живильник. Однак 400-футовий живильник створює ще нижчі рівні струму несправності та довший час спрацювання, підвищуючи небезпеку спалаху дуги до позначення категорії 3. Варто також зазначити, що запобіжники RK5 мають триваліший час спрацьовування, ніж запобіжники RK1, що підвищує енергію падаючої енергії та рівень небезпеки до вищих значень порівняно із запобіжником RK1.

Рис.3 на сторінці C18 показано загальну залежність між рівнями струму несправності для пристроїв типу RK1 і RK5 та рівнями енергії, що падає. У міру того, як струм несправності в системі стає слабшим, падаюча енергія стає сильнішою. Це співвідношення справедливо для інших типів запобіжників та вимикачів. Як правило, струми дуги, які перевищують номінал пристрою в 10 разів, спрацьовуватимуть протягом 1 циклу або менше. Оскільки дефекти дуги, як правило, складають приблизно половину значень струму несправності, закріпленого болтами, рівні струму несправності на кожному пристрої, що перевантажує струм, повинні перевищувати в 20-30 разів номінальну потужність захисного пристрою.

Наприклад, захисний пристрій на 1000 А потрібно буде встановити в електричній системі з рівнем струму несправності болтами від 20 000 А до 30 000 А або більше, щоб спрацювати протягом 1 циклу. Для приладу 400A для того, щоб швидко зникнути, знадобиться рівень струму несправності від 8000 до 12000А. Струми несправності, менші за ці фактори, затримають відкриття пристрою та спричинять зростання енергії падаючої енергії.

Електричні розподільні системи, розташовані в сільській місцевості, як правило, мають низькі доступні струми несправностей і описуються як слабкі електричні системи. У міських районах, де комунальна інфраструктура, як правило, набагато ближче, рівні струму несправності, як правило, вищі, енергія падіння нижча, а захисні пристрої спрацьовують швидше, що призводить до зменшення небезпеки спалаху дуги. Цей взаємозв’язок між рівнем струму несправності та рейтингом захисних пристроїв може допомогти вам краще зрозуміти, де існує більша небезпека.

Підводні камені за дуговими ярликами. Недавня популярність NFPA 70E створила ринок для дугових спалахів. Першим кроком у будь-якому дослідженні дугового спалаху є збір великої кількості конкретних даних, таких як номери моделей захисних пристроїв, довжини подавача та рівні струму несправності. Потім ця інформація вводиться в програмне забезпечення для комп’ютера, де рівень енергії, що падає, вимоги до ЗІЗ та поточна інформація про дуги обчислюються автоматично. Потім вся ця інформація друкується на детальному попереджувальному ярлику, який розміщується на кожному обладнанні в системі (Рис.4 вище).

Але ці ярлики мають проблеми. Як тільки будь-який фрагмент вхідних даних змінюється, ярлик перестає бути точним. Рівні струму короткого замикання в електромережах постійно змінюються, і електрики, і обслуговуючий персонал регулярно замінюють пристрої, що перевантажують струм. Запобіжники часто міняють із спочатку вказаного типу RK1 на різновид RK5 з міркувань витрат. Щитові дошки модернізуються або додаються після реконструкції приміщень або придбання додаткового обладнання. Усі ці зміни сильно впливають на рівень енергії дугового спалаху в різних точках системи і можуть легко перетворити категорію 1 в категорію 3 за ніч.

Електрики повинні розуміти, що ярлики, створені в момент знімка, можуть бути неточними. У ідеальному світі дугові спалахи обчислюються з нуля кожного разу, коли необхідна робота під напругою. Однак час, необхідний для оновлення дослідження, та складність розрахунків робить це практично неможливим.

Таблиці 130.7 (C) (9) та 130.7 (C) (11). Мінімум, польові працівники повинні мати при собі копію таблиць 130.7 (C) (9) та 130.7 (C) (11) із розділу 130 NFPA 70E. У таблиці 9 викладено категорії небезпеки/ризику (HRC) для загальних завдань, що виконуються електриками щодня. У таблиці 11 викладено різні HRC, пов’язані з відповідними рівнями енергії, що падає, та пропонується короткий опис типів одягу ЗІЗ, який необхідно носити під час роботи в цих умовах. У таблиці на сторінці C20 наведено спрощений варіант таблиці 11. Поширення цих таблиць серед усіх працівників забезпечить працівників базовими поняттями 70E та почне розуміння різних рівнів небезпеки, з якими вони стикаються у своїй щоденній роботі.

Використання Таблиці 9 виключає час і зусилля, необхідні для проведення повного дугового спалаху, забезпечуючи належний рівень безпеки. Для кожного завдання, зазначеного в таблиці, на основі параметрів, перелічених у примітках внизу таблиці, було виконано дуговий аналіз. Однак важливо зауважити, що якщо час усунення несправностей у системі, над якою ви працюєте, перевищує вказане в таблиці, то перед роботою над системою слід виконати повний дуговий аналіз.

Стандарт IEEE 1584. IEEE провела значні дослідження з метою створення набору рівнянь дугового спалаху, перелічених у Додатку D до NFPA 70E. Ці рівняння засновані на дослідженні експериментальних дугових випробувань між 208В і 15кВ. Експериментальні випробування, проведені IEEE та виробниками обладнання, відзначають, що надзвичайно важко підтримувати дугу при 240 В і нижче протягом більше двох-трьох циклів.

Ці результати призвели до формулювання розділу 9.3.2 стандарту IEEE 1584, Посібник із проведення розрахунків небезпеки дугового спалаху. Цей розділ документа дуже важливий для житлових та невеликих комерційних підрядників, які намагаються зрозуміти 70E та дотримуватися OSHA, але не мають бюджету, необхідного для оснащення всіх своїх працівників ЗІЗ.

IEEE каже, що певні напруги та потужності не вважаються небезпекою спалаху дуги. У цю категорію входять системи з напругою нижче 240 В до землі та нижче приблизно 400 А (125 кВА). З усіх практичних цілей ці системи можна вважати категорією 0. Як такі, електричні системи для житлових приміщень, невеликі комерційні послуги 208/120В та вторинні мережі понижуючого трансформатора 480-208/120В (112,5 кВА або менше) визначаються як представляє незначну або відсутність небезпеки спалаху дуги. Розуміння цього пункту дозволяє підряднику уникати витрат, пов’язаних із оснащенням своїх працівників ЗІЗ, але при цьому підтримувати безпечне робоче середовище, яке відповідає стандартам OSHA.

Виберіть категорію 2. Розуміння NFPA 70E та його умов та розрахунків може бути непростим завданням. Багато компаній вирішили розробити власні процедури для дотримання вимог, викладених у цьому стандарті. Незалежно від того, відповідають вони цілком чи ні, важко відповісти на запитання.

Інстинкт вимагати від своїх працівників використання найвищого рівня захисту завжди є природним, але це не завжди можливо. Оскільки настільки громіздкий і незручний, одяг категорії 4 може уповільнити продуктивність, і він дорогий.

Переважаюча мудрість говорить, що 85% усіх небезпек спалаху дуги падає нижче рівня 2 категорії, або 8 калорій на квадрат сантиметра. Тому, як мінімум, підрядники повинні обладнати свій персонал ЗІЗ категорії 2. Їхати цим маршрутом не тільки більш розумно, але і дешевше, ніж інші варіанти. Вартість оснащення польового працівника одягом для дугових спалахів категорії 2 становить приблизно 400 доларів. Це оптимальний баланс між мінімальними витратами та розумними заходами безпеки.

Однак для роботи на більш небезпечних енергетичних рівнях можна або потрібно тримати під рукою один або два дугових спалаху категорії 4. Це знову-таки було б найбільш економічним підходом до забезпечення належного захисту для тих, хто працює на обладнаному або поруч обладнаному обладнанні.

Отримайте слово. Експлуатація захисних пристроїв, випробування на напругу та встановлення або зняття вимикачів - загальні завдання, що забезпечують можливість травмування від дугового спалаху. Тому обов’язково, щоб ви та ваші працівники розуміли вимоги NFPA 70E так само, як ви розумієте NEC. Це означає чітке розуміння того, як різні рівні струму несправності впливають на рейтинг HRC в системі.

Більшість підрядників визнають, що розрахунки, які вимагає 70E, занадто складні для повсякденного робочого середовища. Ось чому рекомендується розподілити таблиці у Розділі 130 кожному польовому працівникові та забезпечити кожного працівника мінімальними ЗІЗ категорії 2. Інструменти електриків також слід переглянути, щоб переконатися, що вони відповідають 70E. Просто знання вказівок 70E допоможе зменшити кількість травм від спалаху дуги.

Айер є віце-президентом Biz Com Electric, Inc. у Цинциннаті та членом Комітету NFPA 70E.

Бічна панель: Не забувайте про небезпеку шоку

Протягом останніх кількох років NFPA 70E в основному зосереджувався на дуговому спалаху та пов'язаних з ним травмах. Однак не слід забувати, що 70E вимагає, щоб працівники також були захищені від ураження електричним струмом. Пам’ятайте, що лише дуже мала кількість струму, що протікає по людському тілу, необхідна для заподіяння смерті або серйозної фізичної шкоди. Хоча підрядники зобов’язані інформувати своїх працівників про небезпеку спалаху дуги та про те, як їх запобігти, не слід залишати без уваги освіту щодо небезпеки шоку.

Житлові та невеликі комерційні проекти напругою 240 В або менше не загрожують дуговим спалахом. Однак, виконуючи рутинні завдання, такі як зняття кришок панелей, перевірка напруги та заміна вимикачів, вони все ще піддаються небезпеці удару. Обов’язково використовуйте ізольовані інструменти та рукавички з напругою, працюючи під напругою. Готові викрутки, шестигранні ключі та набори розеток не мають належної оцінки.