Основными факторами, определяющими исход поражения, являются:
Величина тока и напряжения;
Продолжительность воздействия тока;
Сопротивление тела;
Петля («путь») тока;
Психологическая готовность к удару.
Величина тока и напряжения.
Электрический ток, как поражающий фактор, определяет степень физиологического воздействия на человека. Напряжение следует рассматривать лишь как фактор, обуславливающий протекание того или иного тока в конкретных условиях - чем больше напряжение прикосновения, тем больше поражающий ток.
По степени физиологического воздействия можно выделить следующие поражающие токи:
0.8 - 1.2 мА - пороговый ощутимый ток (то есть то наименьшее значение тока, которое человек начинает ощущать);
10 - 16 мА - пороговый неотпускающий (приковывающий) ток, когда из-за судорожного сокращения рук человек самостоятельно не может освободиться от токоведущих частей;
100 мА - пороговый фибрилляционный ток; он является расчетным поражающим током. При этом необходимо иметь в виду, что вероятность поражения таким током равна 50% при продолжительности его воздействия не менее 0.5 секунды.
Следует отметить, что никакое напряжение нельзя признать полностью безопасным и работать без средств защиты. Так, например, автомобильный аккумулятор имеет напряжение 12-15 Вольт и не вызывает поражения электрическим током при прикосновении (ток через тело человека меньше порогового ощутимого тока). Но при случайном замыкании клемм аккумулятора возникает мощная дуга, способная сильно обжечь кожу или сетчатку глаз; также возможны механические травмы (человек инстинктивно отшатывается от дуги и может неудачно упасть). Точно также человек инстинктивно отшатывается при прикосновении к сети временного освещения (36 Вольт, ток уже ощущается), что грозит падением с высоты, даже если ток, протекающий через тело невелик, и не мог бы вызвать поражения сам по себе.
Таким образом, сколь угодно низкое напряжение не отменяет использования средств защиты, а лишь изменяет их номенклатуру (вид), например, при работе с аккумулятором следует пользоваться защитными очками. Производить работы на токоведущих частях без применения средств защиты можно только при полном снятии напряжения!
Продолжительность воздействия тока
Установлено, что поражение электрическим током возможно лишь в стоянии полного покоя сердца человека, когда отсутствуют сжатие (систола) или расслабление (диастола) желудочков сердца и предсердий. Поэтому при малом времени воздействие тока может не совпадать с фазой полного расслабления, однако всё, что увеличивает темп работы сердца, способствует повышению вероятности остановки сердца при ударе током любой длительности. К таким причинам следует отнести: усталость, возбуждение, голод, жажду, испуг, принятие алкоголя, наркотиков, некоторых лекарств, курение, болезни и т.п.
Сопротивление тела
Величина непостоянная, зависит от конкретных условий, меняется в пределах от нескольких сотен Ом до нескольких мегом. С достаточной степенью точности можно считать, что при воздействии напряжения промышленной частоты 50 Герц, сопротивление тела человека являйся активной величиной, состоящей из внутренней и наружной составляющих. Внутреннее сопротивление у всех людей примерно одинаково и составляет 600 - 800 Ом. Из этого можно сделать вывод, что сопротивление тела человека определяется в основном величиной наружного сопротивления, а конкретно - состоянием кожи рук толщиной всего лишь 0.2 мм (в первую очередь ее наружным слоем - эпидермисом). Примеров тому немало, вот один из них. Рабочий опускает в электролитическую ванну средний и указательный пальцы руки и получает смертельный удар. Оказалось, что причиной гибели явился имевший место порез кожи на одном из пальцев. Эпидермис не оказал своего защитного действия, и поражение произошло при явно безопасной петле тока. Действительно, если оценить этот факт в относительных единицах и принять сопротивление кожи за 1, то сопротивление внутренних тканей, костей, лимфы, крови составит 0.15 - 0.20, а сопротивление нервных волокон - всего лишь 0.025 («нервы» - отличные проводники электрического тока!). Кстати, именно поэтому опасно приложение электродов к так называемым акупунктурным точкам. Так как они соединены нервными волокнами, поражающий ток может возникнуть при очень малых напряжениях. Именно один из таких случаев описан в литературе, когда поражение человека произошло при напряжении 5 Вольт. Сопротивление тела не является постоянной величиной: в условиях повышенной влажности оно снижается в 12 раз, в воде - в 25 раз, резко снижает его принятие алкоголя. Таким образом, к факторам состояния человека, существенно увеличивающим вероятность смертельного поражения человека электрическим током следует отнести:
всё, что увеличивает темп работы сердца - усталость, возбуждение, принятие алкоголя, наркотиков, некоторых лекарств, курение, болезни;
все, что уменьшает сопротивление кожи - потливость, порезы, принятие алкоголя.
Путь («петля») тока через тело человека
При расследовании несчастных случаев, связанных с воздействием электрического тока, прежде всего выясняется, по какому пути протекал ток. Человек может коснуться токоведущих частей (или металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением) самыми различными частями тела. Отсюда - многообразие возможных путей тока.
Наиболее вероятными признаны следующие:
«правая рука - ноги» (20% случаев поражения);
«левая рука - ноги» (17%);
«обе руки - ноги» (12%);
«голова - ноги» (5%);
«рука - рука» (40%);
«нога - нога» (6%).
Все петли, кроме последней, называются «большими», или «полными» петлями, ток захватывает область сердца и они наиболее опасны. В этих случаях через сердце протекает 8-12 процентов от полного значения тока.
Петля «нога - нога» называется «малой», через сердце протекает всего 0.4% от полного тока. Эта петля возникает, когда человек оказывается в зоне растекания тока, попадая под шаговое напряжение. Шаговым называется напряжение между двумя точками земли, обусловленное растеканием тока в земле, при одновременном касании их ногами человека. При этом чем шире шаг, тем больший ток протекает через ноги. Такой путь тока не несет прямой опасности жизни, однако под его действием человек может упасть и путь протекания тока станет опасным для жизни.
Т-9 ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ 1.Действие электрического тока на человека 2. Факторы, определяющие опасность поражения электрическим током 3. Явление при стекании тока в землю.
Классификация электроустановок и помещений по степени опасности поражения в них людей током
5. Анализ условий поражения электрическим током. Напряжение прикосновения. Напряжение шага. Первая помощь при поражении электрическим током
6. Безопасная эксплуатация электроустановок. Меры защиты от поражения электрическим током(Защитное заземление. Защитное зануление. Защитное отключение. Средства защиты, применяемые в электроустановках). 7.Требования к работающим в электроустановках. Группы по электробезопасности
Введение
Электробезопасность представляет собой систему организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока и электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества (ГОСТ 12.1.009).
В соответствии с требованиями Правил устройства электроустановок (ПУЭ) электробезопасность обеспечивается: конструкцией электроустановок, техническими способами и средствами защиты, организационными и техническими мероприятиями.
К организационным мероприятиям относятся инструктажи и обучение безопасным методам труда, проверка знаний правил безопасности и инструкций, допуск к проведению работ, контроль работ ответственным лицом.
Технические мероприятия предусматривают отключение установки от источника напряжения, снятие предохранителей и другие меры, обеспечивающие невозможность ошибочной подачи напряжения к месту работы, установку знаков безопасности и ограждения остающихся под напряжением токоведущих частей, рабочих мест и др.
Действие электрического тока на человека
Проходя через организм, электрический ток вызывает термическое, электролитическое и биологическое воздействие.
Термическое действие тока вызывает ожоги отдельных участков тела, нагрев кровеносных сосудов, нервов, крови и т.п.
Электролитическое действие тока выражается в разложении крови и других органических жидкостей организма и вызывает значительные нарушения их физико-химического состава.
Биологическое действие тока проявляется как раздражение и возбуждение живых тканей организма, что сопровождается непроизвольными судорожными сокращениями мышц, легких и сердца. В результате могут возникнуть различные нарушения и даже полное прекращение деятельности органов кровообращения и дыхания.
Любое воздействие электрического тока выражается в получении двух видов поражения - местные электрические травмы и электрические удары.
Местная Электрическая травма – это четко выраженное местное нарушения целостност тканей организма в результате воздействия электрического тока или электрической дуги. В большинстве случаев электротравмы излечиваются, однако при тяжелых ожогах исход поражения может быть смертельным.
Различают несколько видов местных электрических травм.
Электрический ожог, являющийся самой распространенной электротравмой, может быть токовым (или контактным) и дуговым.
Токовый ожог обусловлен прохождением тока через тело человека в результате его контакта с токоведущей частью и является следствием преобразования электрической энергии в тепловую.
Ожоги разделяют на четыре степени: I- покраснение кожи, II-образование пузырей, III-омертвение всей толщи кожи; IV-обугливание тканей. Тяжесть поражения организма обусловливается не степенью ожога, а площадью обожженной поверхности тела. Токовые ожоги возникают при напряжении не выше 1-2 кВ и в большинстве случаев им присваивают I и II степень. Встречаются и тяжелые ожоги.
Дуговой ожог является следствием образования электрической дуги между токоведущей частью и телом человека, которая и причиняет ожог. Дуга имеет температуру выше 3500 0 С и обладает весьма значительной энергией. Дуговые ожоги, как правило, тяжелые и имеют III или IV степень тяжести.
Электрические знаки - это четко очерченные пятна серого или, бледно-желтого цвета, образующиеся на коже человека в результате действия тока. Знаки могут быть и в виде царапин, ран, порезов или ушибов, бородавок, кровоизлияний и мозолей. Как правило, электрические знаки безболезненны, и лечение их заканчивается благополучно.
Металлизация кожи - это проникновение в верхние слои кожи мельчайших частичек металла, расплавившегося под действием электрической дуги. Это может произойти при коротком замыкании, отключении рубильника, находящегося под нагрузкой и т. п. Металлизация сопровождается ожогом кожи, вызываемым нагретым металлом.
Электроофтальмия - это поражение глаз, вызванное интенсивным излучением электрической дуги, спектр которой содержит вредные для глаз ультрафиолетовые и инфракрасные лучи. Механические повреждения возникают в результате резких непроизвольных судорожных сокращений мышц под действием тока, проходящего через тело человека. В результате могут произойти разрывы кожи, кровеносных сосудов и нервной ткани, а также вывихи суставов и даже переломы костей. Электрический удар - это возбуждение живых тканей организма проходящим через него электрическим током, сопровождающееся непроизвольными судорожными сокращениями мышц. При Электрических ударах исход воздействия тока на организм может быть разным – от легкого, едва ощутимого сокращения мышц пальцев руки до прекращения работы сердца или легких, т.е. до смертельного поражения. Электрические удары в зависимости от исхода воздействия тока на организм условно делят на следующие четыре степени: I - судорожное сокращение мышц без потери сознания; II- судорожное сокращение мышц с потерей сознания, но сохранившимся дыханием и работой сердца; III- потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или дыхания (либо того и другого вместе); IV- клиническая (мнимая) смерть – переходной период от жизни к смерти, наступающей с момента прекращения деятельности сердца и легких.
Факторы, определяющие опасность поражения электрическим током
Характер и последствия воздействия на человека электрического тока определяются электрическим сопротивлением тела человека, напряжением тока и продолжительностью воздействия электрического тока, зависят от пути прохождения тока через тело человека, рода и частоты электрического тока, а также от условий внешней среды и индивидуальных особенностей человека.
Электрическое сопротивление тела человека. Тело человека является проводником электрического тока, неоднородным по электрическому сопротивлению. Наибольшее сопротивление электрическому токуоказывает кожа, поэтому общее сопротивление тела человека определяется главным образом величиной сопротивления кожи
Сопротивление тела человека при сухой чистой и неповрежденной коже (измеренное при напряжении 15-20 В) колеблется в пределах от 3 до 100 кОм и более, а сопротивление внутренних слоев тела составляет всего 300-500 Ом.
В действительности сопротивление тела человека не является постоянным. Оно зависит от состояния кожи, окружающей среды, параметров электрической цепи и т.д. Повреждения рогового слоя (порезы, царапины, ссадины) снижают сопротивление тела до 500-700 Ом, что увеличивает опасность поражения человека током. Такое же влияние оказывает увлажнение кожи водой или потом. Поэтому работа с электроустановками влажными руками и в условиях, вызывающих увлажнение кожи, а также при повышенной температуре усугубляет опасность поражения человека током.
Загрязнение кожи вредными веществами, хорошо проводящими электрический ток (пыль, окалина), тоже приводит к снижению ее сопротивления.
Имеют значение площадь контакта и место касания, поскольку сопротивление кожи неодинаково на разных участках тела. Наименьшим сопротивлением обладает кожа лица, шеи, ладоней и рук, особенно на стороне, обращенной к туловищу (подмышечных впадинах и др.). Кожа тыльной стороны кисти и подошв имеет сопротивление, во много раз превышающее сопротивление кожи других участков тела.
При увеличении тока и времени его прохождения сопротивление тела человека падает, потому что вследствие местного нагрева кожи расширяются сосуды, усиливается кровоснабжение этого участка и потовыделение.
Сопротивление тела человека уменьшается при повышении частоты тока и при 10-20 кГц наружный слой кожи практически утрачивает устойчивость к электрическому току.
Сила тока и напряжение . Основным фактором, определяющим ту или иную степень поражения человека электрическим током, является сила тока, проходящего через его тело (таблица 9.1). С увеличением силы тока сопротивление тела человека падает, так как усиливается местный нагрев кожи, что приводит к расширению сосудов, усилению снабжения этого участка кровью и увеличению потовыделения.
Таблица 9.1 - Пороговые значения различных видов тока
* Мгновенная остановка сердца наступает при силе тока, равной 5 А.
Напряжение, приложенное к телу человека, также влияет на исход поражения, поскольку оно определяет значение силы тока, проходящего через человека. Рост напряжения приводит к пробою рогового слоя кожи, сопротивление кожи уменьшается в десятки раз, приближаясь к сопротивлению внутренних тканей (300- 500 Ом), соответственно увеличивается сила тока.
Особенности воздействия электрического тока на организм человека передаются данными таблицы 9.2
Род и частота электрического тока . Постоянный ток примерно в 4-5 раз безопаснее переменного. Это вытекает из сопоставления пороговых значений ощутимого и неотпускающего постоянного и переменного токов. Но это справедливо лишь до напряжений 250-300 В. При более высоких значениях напряжения постоянный ток становится более опасным, чем переменный (с частотой 50 Гц).
В случае переменного тока важное значение имеет его частота. С увеличением частоты переменного тока полное сопротивление тела уменьшается и при 10-20 кГц наружный слой кожи практически утрачивает сопротивление электрическому току, что также приводит к увеличению тока, проходящего через человека, а следовательно, повышается опасность поражения.
Таблица 9.2 - Особенности воздействия электрического тока на организм человека
| Сила тока, мА | Характер воздействия | ||
| Переменный ток 50 Гц | Постоянный ток | ||
| 0,6 – 1,5 | Начало ощущения - слабый зуд, пощипывание кожи под электродами | Не ощущается | |
| 2,0 – 4,0 | Ощущение тока распространяется и на запястье руки, слегка сводит руку | Не ощущается | |
| 5,0 – 0,7 | Болевые ощущения усиливаются во всей кисти, сопровождаясь судорогами; слабые боли ощущаются во всей руке, вплоть до предплечья | Начало ощущения. Впечатление нагрева кожи под электродом | |
| 8,0 – 10 | Сильные боли и судороги во всей руке, включая предплечье. Руки еще можно оторвать от электродов | Усиление ощущения нагрева | |
| 10 – 15 | Едва переносимые боли во всей руке. Руки невозможно оторвать от электродов. С увеличением продолжительности протекания тока боли усиливаются | Еще большее усиление ощущения нагрева как под электродами, так и в прилегающих областях кожи | |
| 20 – 25 | Руки парализуются мгновенно, оторваться от электродов невозможно. Сильные боли, дыхание затруднено | Еще большее усиление ощущения нагрева кожи, возникновение ощущения внутреннего нагрева. Незначи-тельные сокращения мышц рук | |
| 25 – 50 | Очень сильная боль в руках и груди. Дыхание крайне затруднено. При длительном токе может наступить паралич дыхания или ослабление деятельности сердца с потерей сознания | Ощущение сильного нагрева, боли и судороги в руках. При отрыве рук от электродов возникают едва переносимые боли в результате судорожного сокращения мышц | |
| 50 – 80 | Дыхание парализуется через несколько секунд, нарушается работа сердца. При длительном протекании тока может наступить фибрилляция сердца | Ощущения очень сильного поверхностного и внутреннего нагрева, сильные боли во всей руке и в области груди. Затруднение дыхания. Руки невозможно оторвать от электродов из-за сильных болей при нарушении контакта | |
| Паралич дыхания при длительном протекании тока | |||
| То же действие за меньшее время | Фибрилляция сердца через 2-3 с; еще через несколько секунд - паралич дыхания | ||
| Более 5000 | Дыхание парализуется немедленно - через доли секунды. Фибрилляция сердца, как правило, не наступает; возможна временная остановка сердца в период протекания тока. При длительном протекании тока (несколько секунд) тяжелые ожоги, разрушение тканей | ||
Наибольшую опасность представляет ток с частотой от 50 до 1000 Гц. При дальнейшем повышении частоты опасность поражения уменьшается и полностью исчезает при частоте 45-50 кГц. Эти токи опасны лишь с точки зрения ожогов. Снижение опасности поражения током с ростом частоты становится практически заметным при 1 - 2 кГц.
Продолжительность воздействия электрического тока. Длительное воздействие электрического тока приводит к тяжелым, а иногда смертельным поражениям человека.
Безопасным считается длительное воздействие тока силой 1 мА, при продолжительности действия до 30 с безопасен ток 6 мА.
Практически допустимыми с достаточно малой вероятностью поражения приняты следующие значения силы тока:
Путь прохождения тока через тело человека . Этот фактор играет также существенную роль в исходе поражения, так как ток может пройти через жизненно важные органы - сердце, легкие, головной мозг и т.д.
Индивидуальные свойства человека. Установлено, что физически здоровые и крепкие люди легче переносят электрические удары.
Повышенной восприимчивостью к электрическому току отличаются лица, страдающие болезнями кожи, имеющие заболевания сердечно-сосудистой системы, органов внутренней секреции и легких, нервные болезни и др.
Условия внешней среды. Состояние окружающей воздушной, среды, а также окружающая обстановка могут существенным образом влиять на опасность поражения током.
Сырость, токопроводящая пыль, наличие едких паров и газов, разрушающе действующих на изоляцию электроустановок, а также высокая температура окружающего воздуха, снижают электрическое сопротивление тела человека, что еще больше увеличивает опасность поражения током.
Воздействие тока на человека усугубляют также токопроводящие полы и близко расположенные к электрооборудованию металлические конструкции, имеющие связь с землей, так как при одновременном касании этого предмета и корпуса электрооборудования, случайно оказавшегося под напряжением, через человека пройдет ток большой силы.
В зависимости от перечисленных условий, повышающих опасность воздействия тока на человека, «Правилами устройства электроустановок» все помещения по опасности поражения людей электрическим током делят на четыре класса.
Воздействие на организм. Факторы, определяющие опасность поражения электрическим током
С увеличением энерговооруженности химических предприятий возрастает число людей, контактирующих с электрооборудованием, контрольно-измерительными приборами, осветительными устройствами и т. д. Поскольку на предприятиях с электроустановками, работающими при напряжении до 1000 В, могут контактировать практически все работающие, возможность поражения электрическим током повышается, особенно если электротехническое оборудование неисправно или эксплуатируется с нарушением "Правил устройства электроустановок" (ПУЭ).
Кроме того, опасность поражения электротоком отличается от прочих производственных опасностей (токсичные вещества, нагретые поверхности, шум и т. д.) тем, что человек не в состоянии се обнаружить дистанционно без специальных измерительных приборов.
Что же касается установок, работающих при напряжении выше 1000 В, то, как правило, или они ограждены, или с ними работают люди, имеющие специальную подготовку.
При прохождении через организм человека электрический ток оказывает следующие виды воздействий:
- термическое - ожоги, нагрев кровеносных сосудов, нервов;
- электролитическое - разложение крови и лимфатической жидкости, т. с. значительное изменение их физико-химических свойств;
- биологическое - раздражение и возбуждение живых тканей организма, сопровождаемое непроизвольными судорогами мышц тела, сердца, легких, что приводит к нарушению или полному прекращению деятельности отдельных органов, систем дыхания и кровообращения.
Эти воздействия приводят к двум видам поражения: электротравмам - четко выраженным местным поражениям организма (ожоги, электрические знаки, металлизация кожи, механические повреждения, электроофтальмия) и электрическому удару - электротравме, вызванной рефлекторным действием электрического тока, т. с. действием на центральную нервную систему, в результате которого может возникнуть паралич пораженных органов.
Статистика травматизма показывает, что из всех зарегистрированных случаев поражения электротоком с потерей трудоспособности более чем на 3 дня, а также со смертельным исходом 19% составляют электротравмы, 26% - электроудары и 55% - смешанное поражение.
Электрический, или контактный, ожог - результат теплового воздействия тока в месте контакта с неизолированными токоведушими частями; может быть поверхностный (характерен для токов промышленной частоты до 100 Гц) или внутренний (для токов с частотой в десятки и сотни кГц). Количество тепла, выделяемого в ткани человека, в этом случае определяется законом Джоуля - Ленца (в Дж)
Q=IчRчt, (8.1)
где Iч - сила тока, проходящею через тело человека. А; Rч - сопротивление тела человека. Ом; t - время протекания тока, с.
Различают четыре степени ожогов: I - покраснение кожи, II - образование пузырей на поверхности кожи, III - обугливание кожи, IV - обугливание подкожной клетчатки, мышц. Электрические ожоги не следует отождествлять с термическими, например с ожогами электрической дутой, температура в канале которой может достигать 4000 °С (они характерны для установок напряжением выше 1000 В).
Электрические знаки - четко выраженные пятна серого или бледно-желтого цвета диаметром 1 мм; специфическое поражение, вызванное, по мнению многих исследователей, механическим и химическим воздействием тока; возникают при контакте с токоведущими частями, безболезненны и со временем исчезают.
Металлизация кожи - повреждение участка кожи в результате проникновения в нее мельчайших частиц расплавленного металла. Со временем пораженная кожа сходит, участок приобретает нормальный вид и болезненные ощущения исчезают.
Механическое повреждение - результат резких, непроизвольных, судорожных сокращений мышц под действием тока, вследствие чего возможны разрывы кожи, кровеносных сосудов, нервов, вывихи суставов.
Электрический удар наблюдается при длительном воздействии тока небольшой силы (до нескольких сотен миллиампер) и, как правило, при напряжении до 1000 В. Различают четыре степени ударов: I - судорожное сокращение мышц без потери сознания; II - то же, но с потерей сознания; III - потеря сознания, нарушение сердечной деятельности и дыхания; IV - клиническая смерть, т. е. отсутствие кровообращения и дыхания.
Тяжесть электротравм зависит от ряда факторов: силы протекающего тока, пути его прохождения, величины и рода напряжения, электрического сопротивления тела человека, длительности протекания тока, а также от здоровья и индивидуальных особенностей человека, окружающей среды и т. д.
Величина протекающего через тело человека тока является основным фактором, от которого зависит исход поражения. Наименьшее значение ощутимого тока, которое зависит от рода тока, состояния человека, вида включения его в цепь, называется пороговым ощутимым током. Для промышленной частоты 50 Гц его величина в среднем составляет 1 мА.
При увеличении силы тока до 10...15 мА в мышцах рук возникают болезненные судороги, поэтому человек не способен контролировать их действие и самостоятельно освободиться от зажатого в руке проводника (электрода). Величина тока 10 мА называется пороговым неотпускающим током.
При силе тока 25...50 мА возникает сильное сокращение дыхательных мышц грудной клетки, затрудняется или прекращается дыхание. Вероятность поражения органов дыхания в значительной степени зависит от времени протекания тока через организм.
Дальнейшее повышение величины тока до 100 мА может вызвать фибрилляцию желудочков сердца, при которой возникает их хаотическое сокращение и нарушается или полностью прекращается кровообращение, т. е. наступает клиническая смерть. Опасность фибрилляции заключается в том, что сердце человека самостоятельно не может выйти из этого состояния и восстановить свою деятельность: необходимо срочное оказание первой помощи - искусственное дыхание и наружный (непрямой) массаж сердца.
В противном случае через 5...6 мин начинают гибнуть нейроны коры головного мозга, и клиническая смерть переходит в биологическую. Вследствие этого как у нас, так и за рубежом смертельным считается ток величиной 100 мА.
Существенное влияние на исход поражения электрическим током оказывает путь его прохождения в теле человека ("петля" тока). В литературе описано 15 путей, однако наиболее вероятные пути протекания тока таковы: рука - рука (до 40%), правая рука - ноги (до 20%), нога - нога. В этом случае через сердце человека протекает от 0,4 до 7% общего тока.
Индивидуальные особенности организма - например, состояние здоровья, физическое развитие, масса, подготовленность к работе с электроустановками ("фактор внимания") - также влияют на исход поражения. Установлено, что люди с повышенной возбудимостью, заболеванием сердечно-сосудистой системы, органов внутренней секреции обладают повышенной чувствительностью к действию электрического тока.
Род и частота тока имеют существенное значение при поражении. Установлено, что переменный ток промышленной частоты 50...60 Гц в 4...5 раз опаснее, чем постоянный. Токи с частотой 400...500 кГц нс оказывают раздражающего действия на ткани и нс вызывают электрического удара. Однако эти токи оказывают термическое воздействие.
Весьма значительное влияние на величину тока, проходящего через тело человека, оказывает полное электрическое сопротивление его тела, которое при сухой неповрежденной коже может колебаться в весьма широких пределах: от 103 до 105 Ом, а иногда и более.
Оно является нелинейной величиной и зависит от ряда факторов: состояния кожи (сухая, влажная, чистая, поврежденная), плотности и площади контакта с токоведущими частями, силы проходящего тока и приложенного напряжения, времени воздействия тока.
Наибольшее электрическое сопротивление в теле человека имеет верхний роговой слой кожи (эпидермис) толщиной 0,05...0,2 мм, состоящий из омертвевших клеток, заполненных воздухом. При снятом роговом слое сопротивление внутренних органов, жизненно важных для человека, не превышает 800...1000 Ом. Поэтому при расчете условий электробезопасности человека его полное электросопротивление Rч принимают равным 1000 Ом.
Зная электросопротивление тела человека и интервал опасных для него токов, можно определить и интервал опасных напряжений. Так, для регламентированных значений порогового неотпускающего тока 10 мА и Rч = 1000 Ом безопасным напряжением будет Uбез = RчIч = 10 В.
Окружающая среда и обстановка в помещении могут усилить или ослабить воздействие электрического тока, поскольку существенно влияют на сопротивление тела человека, изоляцию токоведущих частей. В соответствии с этим существует определенная классификация помещений по опасности поражения током. Производственные и бытовые помещения разделяют на три класса: 1 - без повышенной опасности, 2-c повышенной опасностью; 3 - особо опасные.
Помещения без повышенной опасности - это сухие (относительная влажность не превышает 60%) беспыльные помещения с нормальной температурой и изолирующими полами (паркет, линолеум и т. д.). К ним могут быть отнесены конторские помещения, помещения ОТК, небольшие лаборатории, некоторые складские помещения для хранения твердых полимерных материалов и готовой продукции.
К помещениям с повышенной опасностью относят: сырые, в которых относительная влажность воздуха длительное время превышает 75%, но не достигает 100%; жаркие, в которых температура воздуха длительное время превышает 30 °С; пыльные, в которых выделяется токопроводящая технологическая пыль в количестве, достаточном для проникновения под кожух электрооборудования, оседания на проводах, что создаст электрическую цепь для утечки опасных токов (пыль может быть также непроводящей); помещения с токопроводящими полами - металлическими, земляными, железобетонными, кирпичными, ксилолитовыми и т.п. (ликвидируют переходное сопротивление между человеком и землей); помещения, в которых возможно одновременное прикосновение, с одной стороны, к имеющим соединение с землей корпусам технологического оборудования, металлоконструкциям зданий и т. п. и, с другой стороны, к металлическим корпусам электрооборудования или токоведущим частям. К таким помещениям относятся участки литьевых машин, склады для хранения и участки развески ингредиентов, обладающих электропроводимостью (например, развески технического углерода) и т.д.
К особо опасным помещениям относят: особо сырые помещения, в которых относительная влажность воздуха близка к 100%, причем в таких помещениях стены, поп, потолок и находящиеся в них предметы покрыты влагой: с химически активной средой, где по условиям производства содержатся газы, пары или образуются отложения, разрушающие изоляцию или токоведущие части электрооборудования; помещения, в которых имеется одновременно два и более факторов повышенной опасности.
К таким помещениям относят участки пропитки полимерных материалов, химической чистки прессформ, гальванические цехи для металлизации пластмасс, клеевые цехи, душевые и т. п.
Воздействия электрического тока на человека по характеру и по его видам чрезвычайно разнообразны. Они зависят от множества факторов.
По характеру воздействия различают: термические, биологические, электролитические, химические и механические повреждения.
Термическое действие тока проявляется ожогами отдельных участков тела, почернением и обугливанием кожи и мягких тканей; нагревом до высокой температуры органов, расположенных на пути прохождения тока, кровеносных сосудов и нервных волокон. Фактор нагрева вызывает функциональные расстройства в органах и системах человеческого тела.
Электролитическое действие тока выражается в разложении различных жидкостей организма на ионы, нарушающие их свойства.
Химическое действие тока проявляется в возникновении химических реакций в крови, лимфе, нервных волокнах с образованием новых веществ, не свойственных организму.
Биологическое действие приводит к раздражению и возбуждению живых тканей организма, возникновению судорог, остановке дыхания, изменению режима сердечной деятельности.
Механическое действие тока выражается в сильном сокращении мышц, вплоть до их разрыва, разрывам кожи, кровеносных сосудов, переломе костей, вывихе суставов, расслоении тканей.
По видам поражения различают: электротравмы и электрические
Электротравмы — это местные поражения (ожоги, электрические знаки, металлизация кожи, механические повреждения, электроофтальмия).
Токовые ожоги подразделяются на контактные и дуговые. Контактные возникают в месте контакта кожи с токоведущей частью электроустановки напряжением не выше 2 кВ, дуговые — в местах, где возникла электрическая дуга, обладающая высокой температурой и большой энергией. Дуга может вызвать обширные ожоги тела, обугливание и даже полное сгорание больших участков тела.
Электрические знаки — это уплотненные участки серого или бледно-желтого цвета на поверхности кожи человека, подвергнувшейся действию тока. Как правило, в месте электрического знака кожа теряет чувствительность.
Металлизация кожи — внедрение в верхние слои кожи мельчайших частиц металла, расплавившегося под действием электрической дуги или заряженных частиц электролита из электролизных ванн.
Электроофтальмия — воспаление наружных оболочек глаз в результате воздействия мощного потока ультрафиолетового излучения от электрической дуги. Возможно повреждение роговой оболочки, что особенно опасно.
Электрические удары — это общие поражения, связанные с возбуждением тканей проходящим через них током (сбои в функционировании центральной нервной системы, органов дыхания и кровообращения, потеря сознания, расстройства речи, судороги, нарушение дыхания вплоть до его остановки, мгновенная смерть).
По степени воздействия на человека различают три пороговых значения тока: ощутимый, неотпускающий и фибрилляционный.
Ощутимым называют электрический ток, который при прохождении через организм вызывает ощутимое раздражение. Ощущение от протекания переменного электрического тока, как правило, начинается от 0,6 мА.
Неотпускающим называют ток, который при прохождении через человека вызывает непреодолимые судорожные сокращения мышц рук, ног или других частей тела, соприкасающихся с токоведущим проводником. Переменный ток промышленной частоты, протекая по нервным тканям, воздействует на биотоки мозга, вызывая эффект «приковывания» к неизолированному проводнику тока в месте контакта с ним. Человек не может самостоятельно оторваться от токоведущей части.
Фибрилляционный называют ток, который при прохождении через организм вызывает фибрилляцию сердца (разновременные некоординированные сокращения отдельных мышечных волокон сердца). Фибрилляция может привести к остановке сердца и параличу дыхания.
Степень поражения электрическим током зависит от электрической проводимости или от обратного ему параметра — общего электрического сопротивления организма. Они, в свою очередь, определяются:
Индивидуальными особенностями тела человека;
Параметрами электрической цепи (напряжением, силой и родом тока, частотой его колебаний), под действие которой попал работник;
Путем прохождения тока через тело человека;
Условиями включения в электросеть;
Продолжительностью воздействия;
Условиями внешней среды (температурой, влажностью, наличием токопроводящей пыли и др.).
Низкое электрическое сопротивление организма способствует более тяжелым последствиям поражения. Электрическое сопротивление тела человека снижается вследствие неблагоприятных физиологических и психологических состояний (утомление, заболевание, алкогольное опьянение, голод, эмоциональное возбуждение).
Общее электрическое сопротивление человеческого организма суммируется из сопротивлений каждого участка тела, расположенного на пути прохождения тока. Каждый участок обладает своим сопротивлением. Наибольшее электросопротивление имеет верхний роговой слой кожи, в котором отсутствуют нервные окончания и кровеносные сосуды. При влажной или поврежденной коже сопротивление составляет около 1000 Ом. При сухой коже без повреждений оно многократно возрастает. При электропробое наружного слоя кожи полное сопротивление тела человека значительно снижается. Сопротивление кожи падает тем быстрее, чем длительнее процесс протекания тока.
Тяжесть поражения человека пропорциональна силе тока, прошедшего через его тело. Ток силой более 0,05 А может смертельно травмировать человека при продолжительности воздействия 0,1 с.
Переменный ток более опасен, чем постоянный, однако при высоком напряжении (более 500 В) опаснее становится постоянный ток. Наиболее опасен частотный диапазон переменного тока от 20 до 100 Гц. Основная масса промышленного оборудования работает на частоте 50 Гц, входящей в этот опасный диапазон. Высокочастотные токи менее опасны. Токи высокой частоты могут вызвать лишь поверхностные ожоги, так как они распространяются только по поверхности тела.
Степень поражения организма во многом определяет путь, по которому электрический ток проходит через тело человека. Наиболее часты в практике варианты 1, 2, 5, 6, 7, показанные на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Варианты путей прохождения электрического тока через тело человека: 1 — «рука—рука».; 2 — «рука—ноги»; 5 — «нога—нога»; 6 — «голова—ноги»; 7 — «голова—рука»
Человек дотрагивается двумя руками до токоведущих проводов или частей оборудования, находящихся под напряжением. В этом случае движение тока идет от одной руки к другой через легкие и сердце. Путь этот принято называть «рука — рука»;
Человек стоит двумя ногами на земле и прикасается одной рукой к источнику тока. Путь протекания тока в этом случае называют «рука — ноги». Ток проходит через легкие и, возможно, через сердце;
Человек стоит обеими ногами на земле в зоне стекания на землю тока от неисправного электрооборудования, выполняющего в данном случае роль заземлителя. Земля в радиусе до 20 м получает потенциал напряжения, уменьшающийся с удалением от заземлителя. Каждая из ног человека получает разный потенциал напряжения, определяемый удаленностью от неисправного электрооборудования. В результате возникает электрическая цепь «нога — нога», напряжение в которой называют шаговым;
Прикосновение головой к токоведущим частям может создать цепь, где путь тока будет «голова — руки» или «голова — ноги».
Наиболее опасными являются те варианты, при реализации которых в зону поражения попадают жизненно важные системы организма, — головной мозг, сердце, легкие. Это цепи: «голова — рука», «голова — ноги», «руки — ноги», «рука — рука».
Пример. Переменный ток частотой 50 Гц и напряжением 220 В, являющийся стандартным для отечественных электрических сетей, при прохождении по пути «рука — ноги» в зависимости от силы тока может оказывать различное воздействие. Так, если сила тока составляет 0,6—1,5 мА, он уже ощутим. Ему сопутствует слабый зуд, легкое дрожание пальцев. При силе тока 2,0—2,5 мА появляются болевые ощущения и сильное дрожание пальцев. При силе тока 5,0—7,0 мА возникают судороги кистей рук. Ток силой 20,0—25,0 мА — это уже неотпускающий ток. Человек не может самостоятельно оторвать руки от проводника, наблюдаются сильные боли и судороги, затрудненное дыхание. При силе тока 50,0—80,0 мА происходит паралич дыхания (при длительном протекании тока может возникнуть фибрилляция сердца). При 90,0—100,0 мА наступает фибрилляция. Через 2—3 с наступает паралич дыхания (табл. 2.1).
Таблица 2.1. Характер воздействия на человека при протекании через тело (участки тела) электрического тока
Протекание по телу человека постоянного тока напряжением менее 500 В вызывает болевое ощущение в месте соприкосновения с проводником, в суставах конечностей, болевой шок, ожоги. Однако он может привести и к остановке дыхания или сердечной деятельности. При напряжении 500 В и выше различий в воздействии постоянного и переменного токов практически не наблюдается.
Между током, протекающим через тело человека, и приложенным к нему напряжением существует нелинейная зависимость. При увеличении напряжения сила тока растет быстрее напряжения.
Степень опасности поражения электрическим током зависит от условий включения человека в электросеть. На производствах используют трехфазные электрические сети переменного тока (с изолированной нейтралью или с заземленной нейтралью) и однофазные электрические сети. Все они опасны, но у каждой степень опасности разная.
Для трехфазных сетей переменного тока с любым режимом нейтрали самым опасным является двухфазное прикосновение (одновременно к двум проводам исправной сети). Человек замыкает через свое тело два фазных провода и попадает под полное линейное напряжение сети. Ток при этом проходит по наиболее опасному пути «рука — рука». Сила тока максимальна, так как в сеть включается только очень невысокое (примерно 1000 Ом) сопротивление тела человека. Двухфазное прикосновение к действующим частям установки уже при напряжении 100 В может оказаться смертельным.
В случае прикосновении к проводу установки, находящейся в аварийном режиме (обрыв второго провода и замыкание фазы на землю), из-за перераспределения напряжений между фазами опасность серьезного поражения человека электрическим током несколько снижается.
Трехфазные электрические сети с заземленной нейтралью несколько менее опасны, чем сети с изолированной нейтралью. Такие сети обладают очень малым сопротивлением между нейтралью и землей, поэтому заземление нейтрали служит целям безопасности.
Наименее опасным всегда является прикосновение к одному из проводов исправной сети.
При падении оборванного провода на грунт или при повреждении изоляции и пробое фазы через корпус оборудования на землю, а также в местах расположения заземлителя происходит растекание тока замыкания в грунте. Оно подчиняется гиперболическому закону (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Схема растекания тока замыкания в грунте: 1 — место падения на землю оборванного провода; 2 — кривая (гипербола) распределения потенциалов на поверхности земли при растекании тока; U3 — напряжение в точке замыкания
Так как грунт является существенным сопротивлением для растекания тока, все точки, расположенные на одной радиальной прямой, но на разных расстояниях от точки замыкания проводника на грунт, будут иметь разный потенциал. Он максимален у заземлителя, уменьшается по мере удаления от него и равен нулю за границей зоны растекания. На расстоянии 1 м от заземлителя падение напряжения в сухом грунте составляет уже 68 %, на расстоянии 10 м — 92 %. Нахождение человека в зоне растекания тока близко к заземлителю может быть опасным.
Выходить из опасной зоны необходимо по радиусу очень мелкими шагами. Согласно «Инструкции по технике безопасности при эксплуатации тяговых подстанций, пунктов электропитания и секционирования электрифицированных железных дорог» № ЦЭ-402, утвержденной МПС России 17.10.96 г., перемещаться в зоне растекания тока замыкания на землю без средств защиты (диэлектрических галош, бот) следует, передвигая ступни ног по земле и не отрывая их одну от другой. С увеличением длины шага увеличивается разница в потенциалах, под которыми находится каждая из ног. Образующееся за счет разности потенциалов в зоне растекания тока напряжение между двумя точками поверхности земли, которые отстоят друг от друга в радиальном направлении на расстоянии шага (0,8 м), называют шаговым напряжением. Путь тока при шаговом напряжении «нога — нога» не касается жизненно важных органов. Однако при значительном напряжении возникают судороги ног, человек падает. Электрическая цепь в этом случае замыкается через все тело упавшего.
В однофазных сетях постоянного тока наиболее опасным также является прикосновение человека одновременно к двум проводам, так как в этом случае ток, протекающий через тело человека, определяется только сопротивлением его тела.
Продолжительность воздействия тока часто служит фактором, от которого зависит исход поражения. Чем продолжительнее воздействует электрический ток на организм, тем тяжелее последствия. Через 30 с сопротивление тела человека протеканию тока падает примерно на 25 %, а через 90 с — на 70 %.
1. Величина тока – главный фактор, характеризующий степень тяжести электрической травмы. В Приложении М приведены сведения о влиянии на организм человека токов разной величины. Для характеристики такого влияния используют пороговые величины:
- порог чувствительности – минимальная сила тока, которую ощущает человек. Он составляет 0,6...1,5 мА для переменного (частота 50 Гц) и 5...7 мА для постоянного тока. Такой ток безопасен для человека;
- пороговый неотпускающий ток – минимальная сила тока, при которой человек не может самостоятельно оторвать руки от токоведущих частей. По величине такой ток не опасен для человека, однако при длительном воздействии может привести к тяжелым последствиям и даже смерти. При постоянном токе человек может самостоятельно оторвать руку от проводника при любой силе тока, однако в момент отрыва возникают болезненные сокращения мышц, аналогичные возникающим при переменном токе. Человек способен выдержать боль при отрыве от токоведущих частей при силе тока не более 50 – 80 мА.
- пороговый фибриляционный ток – минимальная сила тока, при которой происходит фибрилляция сердечной деятельности пострадавшего. Вызывает смерть потерпевшего, если время прохождения тока превышает 1 с, составляет 100 мА для переменного тока при 50 Гц и 300 мА для постоянного тока. Ток силой более 5 А вызывает немедленную остановку сердца, минуя состояние фибрилляции.
- предельно допустимый ток – максимальная сила тока, которая не вызывает электрической травмы при любой продолжительности действия.
2. Род и частота тока – сопротивление тела человека имеет емкостную составляющую, поэтому изменение частоты приложенного напряжения приводит к изменению полного сопротивления тела и увеличение силы проходящего тока.
Увеличение частоты тока от 0 до 200 Гц приводит к увеличению опасности поражения. При частоте тока 100 кГц и выше существует только опасность ожогов. Дальнейшее повышение частоты снижает опасность поражения переменным током, который вообще исчезает при частоте 450 кГц. При напряжении до 500 В постоянный ток безопаснее (в 4-5 раз), выше 500 В – постоянный ток более опасен. Наиболее опасным для человека является переменный ток частоты 50 Гц при напряжении 220 В. Ориентировочные значения предельных величин для такого тока приведены в табл. 6.1
Таблица 6.1. Пороговые значения переменного тока частоты 50 Гц
3. Электрическое сопротивление тела человека определяется сопротивлением рогового слоя кожи и зависит от приложенного напряжения. Сухая неповрежденная кожа имеет сопротивление 500...500 000 Ом. Влажная загрязненная кожа имеет значительно меньшее сопротивление, что обусловлено проходом тока через потовые железы и подкожную область. Сопротивление тела человека переменному току частоты 50 Гц принимают равным 1 000 Ом.
Живой организм состоит из различных клеток и растворов солей, что обусловливает различное электрическое сопротивление разных частей тела. Кроме того, сопротивление кожи в разных местах человеческого организма сильно отличается, поэтому тяжесть электрической травмы не последним образом зависит от места поражения. Фактор внимания повышает сопротивление тела человека и уменьшает вероятность поражения. Известно, что около 85% электрическим травм возникают в конце рабочей смены из-за ослабления внимания работников.
4. Длительность действия тока – при прохождении тока резко уменьшается сопротивление кожи, что приводит к более тяжелым электрическим травмам: через 30 с сопротивление тела уменьшается на 25%, а через 90 с – на 70%. В табл. 6.2 приведена зависимость предельно допустимой силы тока от продолжительности его действия.
Таблица 6.2 – Предельно допустимые значения силы тока (~50 Гц)
Кроме этого, в организме накапливаются последствия воздействия тока и повышается вероятность совпадения момента прохождения тока с уязвимой Т-фазой сердечного цикла (с периодом в 0,15 – 0,20 с, в течение которого заканчивается сокращение желудочков сердца и они переходят в расслабленное состояние). Вот почему при оказании помощи во-первых, нужно прекратить действие тока.
5. Направление прохождения тока – если на пути тока оказываются жизненно важные органы (сердце, легкие, головной мозг), то опасность поражения очень велика. При других направлениях прохождения тока тяжесть поражения значительно уменьшается. На практике встречается 15 возможных путей прохождения тока в теле человека, самыми распространенными из них являются направления «рука – рука» (40% случаев) и «правая рука – ноги» (20% случаев). Наиболее опасные пути – «голова – руки» и «голова – ноги», которые на практике реализуются достаточно редко. Наименее опасным является путь «нога – нога» (нижняя петля), который возникает при воздействии на человека напряжения шага.
6. Схема включения в электрическую цепь – человек может прикоснуться одновременно к двум фазным проводам сети переменного тока (двухфазное прикосновение), к одному фазному проводу (однофазное прикосновение), приблизиться на опасное расстояние к неизолированным токоведущим частям, коснуться корпуса электрического оборудования, оказавшегося под напряжением или войти в зону действия шагового напряжения.
5. Индивидуальные свойства человека – физически здоровые люди легче переносят электрические удары, чем больные и слабые. Наименее устойчивыми к действию электрического тока являются люди с нервными заболеваниями, заболеваниями кожи, сердечно-сосудистой системы, органов внутренней секреции, легких. Физическое и эмоциональное напряжение повышает опасность поражения человека электрическим током.