Опасное действие электрического тока на человека

Эксплуатация основного и вспомогательного промышленного обо­рудования, оборудования офисов и бытовой техники связаны с применением опасной для человека электри­ческой энергии. Электрический ток, проходя через организм человека, оказывает термическое, электролитическое и биологическое действие, вызывая местные и общие электротравмы (электрические удары).

Термическое действие выражается в ожогах отдельных участков тела, нагреве кровеносных сосудов, нервов и других тканей.

Электролитическое действие выражается в разложении крови и других органических жидкостей, что вызывает значительные наруше­ния их физиохимических составов.

Биологическое действие выражается в раздражении и возбуждении живых тканей организма, что сопровождается непроизвольными судо­рожными сокращениями мышц, а также нарушением внутренних био­электрических процессов организма.

Местные травмы подразделяются следующим образом: электриче­ские ожоги, электрические знаки (пятна), металлизация кожи (от элек­трической дуги), механические повреждения (от непроизвольных судо­рожных сокращений мышц), электроофтальмия (воспаление наружных оболочек глаз от электрической дуги).

Общие электрические травмы или электрические удары по тяже­сти делятся на четыре степени:

I степень характеризуется судорожным сокращением мышц без по­тери сознания; II степень — сокращением мышц с потерей сознания, но при сохранившихся дыхании и работе сердца; III степень — поте­рей сознания и нарушением сердечной деятельности или дыхания (или того и другого сразу); IV степень — клинической («мнимой») смертью, т.е. отсутствием дыхания и кровообращения (обычно 4...5 мин, иногда 7...8 мин).

Биологическая (истинная) смерть — необратимое явление, харак­теризующееся прекращением биологических процессов в клетках и тканях организма и распадом белковых структур — наступает по исте­чении периода клинической смерти.

Основными причинами воздействия тока на человека являются:

случайное прикосновение или приближение на опасное рас­стояние к токоведущим частям; появление напряжения на металличе­ских частях оборудования в результате повреждения изоляции или ошибочных действий персо­нала;

шаговое напряжение на поверхности земли в резуль­тате замыкания провода на землю;

появление напряже­ния на отключенных токоведущих частях, на которых ра­ботают люди, вследствие ошибочного включения уста­новки.

Случаи поражения чело­века током возможны лишь при замыкании электриче­ской цепи через тело человека или, иначе говоря, при прикосновении человека не менее чем к двум точкам цепи, между которыми сущест­вует некоторое напряжение.

Опасность такого прикосновения, оцениваемая значением тока, проходящего через тело человека, или же напряжением прикос­новения, зависит от ряда факторов: схемы включения человека в цепь; напряжения сети; схемы самой сети; режима ее нейтрали; степени изо­ляции токоведущих частей от земли; емкости токоведущих частей от­носительно земли и др.

Наиболее характерными являются две схемы включения человека в электрическую цепь: между двумя проводами и между одним прово­дом и землей (рис. 13.1). Во втором случае предполагается наличие электрической связи между сетью и землей (с сопротивлениями фаз относительно земли Z₁ , Z_2, Z₃).

Применительно к сетям переменного тока первую схему (рис. 13.1, а) обычно называют двухфазным включением, а вторую (рис. 13.1, б, в) - однофазным.

Рис. 13.1. Схемы включения человека в электрическую цепь

Двухфазное включение, т.е. прикосновение человека одновременно к двум фазам (рис. 13.1, а), как правило, более опасно, поскольку к телу человека прикладывается наибольшее в данной сети напряжение — ли­нейное, и поэтому через тело человека идет большой ток Ih (А):

где U_n — линейное напряжение, т.е. напряжение между фазными про­водами сети (U_n = ÖЗUф), В;

Uф — фазное напряжение, т. е. напряже­ние между началом и концом одной обмотки источника тока (транс­форматора, генератора) или между фазным и нулевым проводами, В;

Rh — сопротивление тела человека, Ом.

Нетрудно представить, что двухфазное включение одинаково опас­но в сети как с изолированной, так и с заземленной нейтралью. При таком включении опасность поражения не уменьшается и в том слу­чае, если человек надежно изолирован от земли (резиновые галоши, боты, диэлектрический коврик, деревянный пол).

Однофазное включение (рис. 13.1, б, в) происходит значительно чаще, но является менее опасным, чем двухфазное, поскольку напря­жение, под которым оказывается человек, не превышает фазного. Со­ответственно меньше оказывается ток, проходящий через тело челове­ка. На значение этого тока влияют режим нейтрали источника тока, сопротивление изоляции и емкость проводов относительно земли, со­противление пола, на котором стоит человек, сопротивление его обуви и другие факторы.

В случае электрического соединения токоведущей части непосред­ственно с землей или нетоковедущими проводящими конструкциями, а также предметами, неизолированными от земли, — электриче­ском замыкании на землю — происходит растекание тока в земле. Зоной растекания тока является зона земли, за пределами которой электрический потенциал, обусловленный токами замыкания на землю (Iз ,А), может быть условно принят равным нулю.

В зоне растекания тока человек может оказаться под так называе­мым шаговым напряжением (U_Ш, В), из-за разности потенциалов между двумя точками, расположенными на расстоянии шага:

где р — удельное сопротивление грунта, Ом • м;

a — длина шага че­ловека (принимается а = 0,8м);

х — расстояние от центра зоны расте­кания тока до ближайшей к центру опорной точки человека, м.

При замыкании тока на землю через корпус заземленного оборудо­вания, корпус также окажется под потенциалом (напряжением). В слу­чае прикосновения к корпусу человек в этом случае оказывается под напряжением прикосновения (U_ПР, В) представляющим собой напряжение (разность потенциалов) между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек:

где хз — радиус заземлителя (расстояние от центра зоны растекания до заземлителя), м.

Основными факторами, определяющими исход поражения электрическим током являются:

- сила тока;

- род и частота тока;

- длительность протекания;

- сопротивление тела человека и прочие индивидуальные свойства человека;

- путь тока по телу человеку.

При расчетах сопротивление тела человека принимается равным 1000 Ом. Человек начинает ощущать переменный ток величиной 0,6...1,5 мА. Ток 10...15 мА (при частоте f= 50 Гц) вызывает судороги мышц, которые человек сам преодолеть не может. Этот ток называется пороговым неотпускающим.

При токе величиной 100 мА и длительности воздействий более 0,5 с ток может вызвать остановку или фибрилляцию сердца. Сопро­тивление тела человека резко падает в зависимости от продолжитель­ности воздействия тока. Наиболее опасным является переменный ток с частотой 20... 100 Гц. Токи частотой выше 500 000 Гц электрического удара не вызывают, но могут быть причиной термического ожога. По­стоянный ток человек ощущает при 6...7 мА, пороговый неотпускающий постоянный ток составляет 50...70 мА, а фибрилляционный — 300 мА .

Все производственные помещения согласно ПУЭ (Правилам уст­ройства электроустановок) делятся по степени риска поражения людей электрическим током на три класса:

- без повышенной опасности,

- с по­вышенной опасностью,

- особо опасные.

Помещения без повышенной опасности — это су­хие, беспыльные помещения с нормальной температурой воздуха и с изолирующими (например, деревянными) полами, т.е. те помещения, в которых отсутствуют условия, свойственные помещениям двух других классов.

Сюда относятся обычные конторские помещения, инструменталь­ные кладовые, лаборатории, а также некоторые производственные по­мещения, в том числе цехи приборостроительных заводов, размещен­ные в сухих и беспыльных помещениях с изолирующими полами и нормальной температурой.

Помещение с повышенной опасностью характеризу­ется наличием одного из следующих пяти условий, создающих повы­шенную опасность: сырости, когда относительная влажность воздуха длительное время превышает 75 % (сырые помещения); высокой тем­пературы, когда температура воздуха значительное время (свыше су­ток) превышает 35 °С (жаркие помещения); токопроводящей пыли, ко­гда по условиям производства в помещениях выделяется токопроводящая технологическая пыль (угольная, металлическая и т.п.) в таком количестве, что она оседает на проводах, проникает внутрь машин, аппа­ратов и т.п. (помещения пыльные, с токопроводящей пылью); токопроводящих полов — металлических, земляных, железобетонных, кир­пичных и т.д.; возможности одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий, техноло­гическим аппаратам, механизмам и т.п., с одной стороны, и к металли­ческим корпусам электрооборудования — с другой это лестничные клетки различных зданий с токопроводящими полами, складские не­отапливаемые помещения (даже если они размещены в зданиях с изо­лирующими полами и деревянными стеллажами) и подобные им поме­щения.

Помещения особо опасные характеризуются наличием од­ного из следующих трех условий, создающих особую опасность: осо­бой сырости, когда относительная влажность воздуха близка к 100 %, а стены, пол, предметы, находящиеся в помещении, покрыты влагой (особо сырые помещения); химически активной или органической сре­ды, т.е. помещения, в которых постоянно или в течение длительного времени содержатся агрессивные пары, газы, жидкости, образующие отложения или плесень, которые имеют разрушительное воздействие на изоляцию и токоведущие части электрооборудования (помещения с химически активной или органической средой); одновременного нали­чия двух и более условий, свойственных помещениям с повышенной опасностью.

К особо опасным помещениям относятся многие производственные помещения, в том числе и цехи машиностроительных заводов, испыта­тельные станции, гальванические цехи, мастерские. К таким помеще­ниям относятся и участки работ на земле или под навесом.