Вопрос 2. Основные виды и причины поражений электрическим током. Условия поражения человека электрическим током

Электрический ток, проходя через живые ткани, оказывает термическое, электролитическое и биологическое воздействия. Это приводит к различным нарушениям в организме, вызывая как местные повреждения тканей и органов, так и общее повреждение организма (рисунок 3).

В физиологическом смысле действие электрического тока является экзогенным,то есть обусловленным факторами внешней среды. Реакции, происходящие при возникновении электрической цепи через тело человека, бывают различными, начиная от легкого раздражения и локальной судороги, кончая летальным исходом. Подобно любому другому физическому раздражителю электрический ток действует не только местно, повреждая ткани, но и рефлекторно (действия, вызванные реакцией нервной системы в ответ на раздражение электрическим током).

Все многообразие действий электрического тока на организм человека приводит к различным электротравмам.

Условно все электротравмы можно свести к следующим видам:

· местные электротравмы – ярковыраженные местные нарушения целостности тканей, местные повреждения организма, вызванные воздействием электрического тока или электрической дуги;

· общие электротравмы (электрические удары) – травмы, связанные с поражением всего организма из-за нарушения нормальной деятельности жизненно важных органов и систем человека.

· смешанные электротравмы.

Рисунок 3 – Действие электрического тока на человека

Приблизительное распределение по видам электротравм в процентах от всех несчастных случаев, связанных с электротравмами в промышленности:

· местные электротравмы - 20%;

· электрические удары - 25%;

· смешанные электротравмы – 55%.

В зависимости от паталогических процессов, возникающих при поражении электрическим током, принято, условно, следующим образом классифицировать общие электротравмы:

· электрические удары I степени – наличие судорожного сокращения мышц без потери сознания;

· электрические удары II степени – судорожные сокращения мышц, сопровождающееся потерей сознания;

· электрические удары III степени – потеря сознания и нарушение функций сердечной деятельности или дыхания (возможно и то и другое);

· электрические удары IV степени – клиническая смерть

Все перечисленные выше поражения электрическим током происходят по различным причинам (рисунок 4)

Рисунок 4 – Причины поражения человека электрическим током

Опасность включения человека в электрическую цепь оценивается условиями, определяющими величину тока, проходящего через тело человека, или напряжением прикосновения (рисунок 5-6). В этом случае ток, проходящий через тело человека, для трехфазной сети будет равен:

,

(2)

где U_л – линейное напряжение, В;

R_Ч – сопротивление цепи человека.

а) б) в)

Рисунок 5 – Схема двухполюсного включения человека в электрическую сеть:

а – в однофазную; б – в трехфазную; в) эквивалентная схема замещения

Сопротивление цепи человека R_ч

(3)

– сопротивление тела человека (для расчетов принимается равным 1 кОм);

– сопротивление одежды (0,5 – 1 кОм – для влажной ткани и 10 – 15 кОм – для сухой);

– сопротивление обуви;

– сопротивление опорной поверхности ног – пола или грунта, Ом. Сопротивление на грунте определяется по формуле:

– если ступни ног расположены рядом,

–если ступни расположены на расстоянии шага

q – удельное сопротивление грунта Ом*м (в зависимости от вида грунта).

Для однофазной сети:

(4)

где U_раб – рабочее напряжение, В.

Таким образом, ток, проходящий через человека, определяется только величиной сопротивления цепи человека и напряжением сети. Как показывает анализ случаев электротравматизма, двухфазное включение человека встречается достаточно редко.

Рисунок 6 – Схема включения человека в однофазную сеть с изолированной нейтралью (а) и эквивалентная схема замещения (б)

(5)

где R – сопротивление изоляции, Ом.

Из зависимости (4) следует, что ток, проходящий через человека, определяется не только сопротивлением человека R_ч, но и сопротивлением изоляции R. Так как сопротивление изоляции в качественно выполненных электрических сетях приближается к значениям R = 0,5–1,0 МОм, однофазное прикосновение можно считать безопасным.

Угроза поражения электрическим током при таком включении возникает при снижении сопротивления изоляции ниже 20 кОм.

Большее распространение в эксплуатации получили однофазные схемы, в которых один из полюсов источника питания соединен с землей через малое сопротивление (рисунке 7).В этом случае

(5)

где R_заз – сопротивление заземления, Ом.

Рисунок 7 – Схема включения человека в однофазную сеть

с заземленным полюсом (а) и эквивалентная схема замещения (б)

Трехфазные сети переменного тока могут быть выполнены по схеме с изолированной нейтралью (рисунок 8).

Рисунок 8 – Схема однофазного включения человека в трехфазную сеть с изолированной нейтралью

На схеме R₁, R₂, R₃ – сопротивления изоляции; С₁, С₂, С₃ – емкости фаз сети относительно земли.

Это включение образует замкнутую электрическую цепь: обмотка трансформатора первой фазы – провод 1 – человек – земля – активное сопротивление и емкость второй и третьей фаз – провод 2,3 – обмотки трансформатора второй и третьей фаз.

При равенстве изоляции фаз R₁ = R₂ = R₃ = R и емкостей С₁ =С₂ = С₃ = С могут возникнуть два различных по опасности случая поражения электрическим током.

Первый – когда сеть имеет малую протяженность и разветвленность электрических проводов. В этом случае емкость фаз относительно земли можно считать равной нулю, и тогда значение тока, проходящего через человека при однофазном включении, будет определяться зависимостью:

(6)

где U_ф – напряжение фазы, В,

R – сопротивление изоляции, Ом.

Из зависимости (6) следует, что в этом случае основным фактором, ограничивающим величину тока, проходящего через человека, является сопротивление изоляции. Второй случай – когда электрическая сеть обладает большой емкостью, т. е. когда емкостное сопротивление Хс значительно меньше активного сопротивления изоляции R, что имеет место в протяженных кабельных линиях. Ток, протекающий через тело человека при трехфазном включении, можно определить по выражению:

(7)

где f – частота тока, Гц

C – емкость фаз, Ф.

Трехфазные сети с глухозаземленной нейтралью и нулевым проводом получили наибольшее распространение, так как позволяют не только питать трехфазные электропотребители, но и получать фазное напряжение (фаза – нуль) для обеспечения включения осветительных приборов и ручного электрифицированного инструмента.

Рисунок 9 – Схема однофазного включения человека в трехфазную сеть с глухозаземленной нейтралью

При однофазном включении человека в однофазные и трехфазные сети с заземленной нейтралью величина тока, проходящего через человека, также представляет смертельную опасность. Однако в ряде случаев – при наличии обуви с хорошей изоляцией и сухого деревянного пола – опасность поражения электрическим током может быть существенно снижена.

Однофазное включение в сеть с изолированной нейтралью представляет наименьшую опасность по фактору поражения электрическим током при соответствующем контроле за сопротивлением изоляции. Однако это преимущество снижается при росте емкости сети.

Что касается взрыво- и пожароопасности, то сети с изолированной нейтралью менее опасны по этому фактору, поскольку при пробое изоляции или замыкании фазы на землю в них проходят значительно меньшие токи.