Użytkownicy urządzeń elektrycznych narażeni są na porażenie prądem oraz obrażenia związane z wybuchem łuku elektrycznego. Do grupy tych użytkowników należą w szczególności elektrycy i pracownicy utrzymania ruchu, obsługujący stacje, rozdzielnie lub rozdzielnice elektroenergetyczne.
Amerykańskie przepisy BHP związane z bezpieczeństwem pracy przy instalacjach i urządzeniach elektrycznych - NFPA 70E® – Standard for Electrical Safety in the Workplace – ©National Fire Protection Association, od 1995 roku do zagadnień związanych z ochroną przeciwpożarową i przeciwporażeniową dodały ochronę przeciwłukową.
Amerykański stan prawny od 2007 roku obliguje przedsiębiorstwa amerykańskie (w tym przedsiębiorstwa z amerykańskim kapitałem) do przeprowadzenia analizy zagrożenia (Arc Flash Hazard Assessment) oraz do wdrożenia całego procesu zarządzania ryzykiem związanym z łukiem elektrycznym, nawet jeżeli przedsiębiorstwo zlokalizowane jest poza Stanami Zjednoczonymi a lokalne prawo nie wymaga wykonywania tego typu analiz.
Podstawą do analizy zagrożenia jest międzynarodowa norma IEEE Standard 1584™ – Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations - ©The Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., stanowiąca przewodnik do obliczeń związanych z oddziaływaniem łuku elektrycznego na organizm człowieka w określonych punktach sieci.
W Polsce i w Europie nie opracowano dotychczas jednolitych przepisów, które nakazywałyby wykonywanie analiz zagrożenia porażeniem łukowym i wyposażanie pracowników w adekwatne do wyznaczonej energii łuku środki ochrony indywidualnej. Istniejące przepisy, procedury i środki minimalizujące zagrożenie porażenia prądem elektrycznym nie zawsze (a w zasadzie rzadko kiedy) są skuteczne w przypadku zagrożenia wyładowaniem łukowym.
Dla firm, które nie podlegają amerykańskim wymogom prawnym, wystarczającą podstawą do wykonania analizy może być artykuł 207 Kodeksu Pracy, który obliguje pracodawcę do skorzystania z dostępnych osiągnięć nauki i techniki dla zapewnienia odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa swoim pracownikom. Normę amerykańską można w tym wypadku uznać za najlepszy aktualnie dostępny i uporządkowany stan wiedzy na temat ochrony przed zagrożeniami powodowanymi przez wybuch łuku elektrycznego.
Nasza firma proponuje swoim Klientom kompleksową usługę związaną z analizą zagrożenia łukiem elektrycznym - zwykle w formie stosownej ekspertyzy.
Zjawisko łuku elektrycznego
Najprościej ujmując, łuk elektryczny jest to przepływ prądu w plazmie, czyli w kanale z całkowicie zjonizowanego gazu (rodzaj wyładowania zupełnego).
Wybuch łuku elektrycznego jest gwałtownym wyzwoleniem energii (głównie cieplnej), związanej z przepływem prądu przez powietrze (stanowiące część układu izolacyjnego).
Łuk może wystąpić w każdej chwili: zarówno wtedy, kiedy w pobliżu nie ma ludzi, jak również gdy ktoś przechodzi w pobliżu urządzenia, w którym on wystąpił. Największe zagrożenie łukiem elektrycznym występuje, gdy prace wykonywane są przy urządzeniu załączonym lub w pobliżu takiego urządzenia. Drzwi do szafy lub komory urządzenia są wtedy zwykle otwarte.
Zainicjowanie łuku na zaciskach łączników, głowicach kablowych lub transformatorowych, pomiędzy szynami zbiorczymi rozdzielnicy itp. w ciągu kilkudziesięciu milisekund prowadzi do rozwinięcia pełnego trójfazowego zwarcia łukowego.
Najczęstsze bezpośrednie przyczyny wybuchu łuku:
- upuszczenie narzędzia,
- nieprawidłowo dobrany przyrząd, zakres lub funkcja pomiarowa,
- zbytnie zbliżenie lub przypadkowe dotknięcie części czynnej,
- błędna czynność łączeniowa,
- głupota, brawura,
- źle przygotowana lub zorganizowana praca,
- zmęczenie, niedostateczna koncentracja, pośpiech.
Najczęstsze pośrednie przyczyny wybuchu łuku:
- błędne zaprojektowanie systemu,
- przestarzałe urządzenia,
- wyładowania powierzchniowe na izolacji poprzez kurz, brud, pył, skropliny,
- problemy z zaciskami,
- brak dokładnych przeglądów i konserwacji,
- zwierzęta (gady, owady, gryzonie),
- uszkodzenie mechaniczne urządzenia lub narzędzia,
- korozja,
- starzenie izolacji,
- przepięcia (głównie atmosferyczne).
Skutki oddziaływania łuku elektrycznego
Łuk elektryczny powoduje następujące urazy:
- oparzenia ciała (pierwotne od łuku oraz wtórne od płonącej odzieży), których rozległość i głębokość zależne są od gęstości energii cieplnej łuku elektrycznego,
- amputacje kończyn na skutek zwęglenia tkanek,
- uszkodzenia ciała odłamkami zniszczonych urządzeń elektrycznych lub podczas upadku poszkodowanego, spowodowanego działaniem fali uderzeniowej,
- uszkodzenie oczu na skutek oddziaływania promieniowania (zaćma i uszkodzenie siatkówki na skutek oddziaływania podczerwieni, uszkodzenie rogówki na skutek oddziaływania ultrafioletu, ślepota na skutek błysku światła w paśmie widzialnym),
- metalizacja nieosłoniętych części ciała, wywołana roztopionymi, gorącymi cząstkami metali i materiałów izolacyjnych, unoszonymi przez gorący strumień gazów,
- zatrucie dymem,
- problemy psychiczne związane ze stresem pourazowym.
Oparzenia
Najczęściej występującym urazem są oparzenia. Temperatura łuku jest wystarczająco wysoka do tego, aby spowodować oparzenie radiacyjne pracownika, co z kolei może skutkować długotrwałym uszkodzeniem wewnętrznych tkanek ciała. Całkowita energia wytworzona przez łuk elektryczny może być trzy do czterech razy większa niż energia wytworzona podczas wybuchu ognia, i właśnie ta koncentracja dużej energii w krótkim czasie, w małej przestrzeni może mieć fatalne skutki dla pracowników znajdujących się w pobliżu. Dzieje się tak dlatego, ponieważ w przypadku łuku elektrycznego, aż około 90% wytworzonego ciepła stanowi promieniowanie cieplne, co oznacza, że pracownik może doznać ciężkich oparzeń nawet wtedy, kiedy zdarzeniu nie towarzyszą płomienie lub jest ich mało. Ciepło emitowane przez łuk elektryczny może doprowadzić do zapalenia się, stopienia lub rozerwania ubrania, a w konsekwencji do powstania ciężkich oparzeń ciała.
Zagrożenie chemiczne
Wraz z intensywnym wzrostem strumienia ciepła między elektrodami rozwija się plazma. Wszystkie związki chemiczne rozpadają się i staja się zjonizowane. Powstająca chmura gazowa jest bardzo agresywna chemicznie. Na skutek odparowania cząstek metali i ogromnego wzrostu temperatury zwiększa się masa wybuchowej metalicznej pary, która rozpryskuje się na wszystkie elementy znajdujące się w pobliżu i wchodzi w reakcje z powietrzem atmosferycznym. Następnie, wraz ze stopniowym ochładzaniem chmury pojawiają się tlenki metali oraz czarny lub szary dym. Rozgrzana para pokrywa wszystko w swoim zasięgu lepkim osadem. Osoby pracujące w strefie zagrożenia mogą być wystawione na działanie toksycznych związków chemicznych. Związki te powstają z rozkładu materiałów znajdujących się w przestrzeni palenia się łuku elektrycznego. Mogą one poważnie uszkodzić drogi oddechowe (w tym płuca) człowieka.
Fala ciśnieniowa
Łuk elektryczny jest również niebezpieczny dla oczu, ponieważ generuje promieniowanie podczerwone i promieniowanie nadfioletowe oraz działa na oczy termiczno-mechanicznie. Jeżeli oczy nie są chronione, to promieniowanie podczerwone (780 ÷ 4000 nm) dociera aż do siatkówki, powodując ogrzanie płynu soczewkowego, który zawiera różne białka. W niekorzystnej sytuacji może dojść do lokalnych uszkodzeń siatkówki. Promieniowanie nadfioletowe (200 ÷ 380 nm) może przede wszystkim uszkodzić rogówkę, która absorbuje ten typ promieniowania prawie w całości. Oba te promieniowania (podczerwone oraz nadfioletowe) - ze względu na krótki czas palenia się łuku - nie powodują uszkodzeń skóry twarzy.
Metalizacja skóry
Informacje dotyczące tematyki zagrożenia wyładowaniem łukowym można również znaleźć na stronie: www.mszadkowski.pl