Основные причины поражения человека электрическим током:
Нарушение изоляции или потеря изолирующих свойств;
Непосредственное прикосновение или опасное приближение к токоведущим частям, находящимся под напряжением;
Несогласованность действий.
Термическое действие: возможны ожоги отдельных участков тела, нагрев до высоких температур кровеносных сосудов, нервов, сердца, мозга и других органов, что вызывает в них серьезные функциональные изменения. Согласно закону Джоуля-Ленца количество выделившейся теплоты прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению тела человека и времени воздействия.
Электролитическое действие выражается в распаде молекул крови и лимфы на ионы. Изменяется физико-химический состав этих жидкостей, что приводит к нарушению жизненного процесса.
Механическое действие тока приводит к расслоению, разрыву тканей организма в результате электродинамического эффекта, а также мгновенного взрывоподобного образования пара из тканевой жидкости и крови.
Биологическое действие – возбуждение живых тканей, вызывающее судорожное сокращение и нарушение внутренних биоэлектрических процессов.
Местные электротравмы, вызывающие локальные повреждения организма.
Электрический ожог – самая распространенная электротравма:
– дуговой ожог возможен при различном напряжении. В результате электродугового поражения при прохождении через тело человека возможен летальный исход.
Электрические знаки – резко очерченные пятна серого или бледно-желтого цвета на поверхности тела человека, подвергшегося действию электрического тока.
Металлизация кожи возникает в случае проникновения в верхние слои кожи мельчайших частичек металла, расплавившегося под действием электрической дуги.
Механические повреждения – следствие резких непроизвольных сокращений мышц под действием тока (разрыв сухожилий, кожи, сосудов, иногда возможны вывихи и переломы).
Электроофтальмия – воспаление роговицы и конъюнктивы глаза под действием ультрафиолетовых лучей от электрической дуги.
Общие электротравмы приводят к поражению всего организма, они делятся на четыре степени:
II – судорожные сокращения мышц с потерей сознания;
III – потеря сознания с нарушением функций дыхания и сердечной деятельности;
IV – клиническая смерть (отрезок времени с момента остановки сердца и дыхания до начала гибели клеток головного мозга порядка 4 – 6 минут, в этот период человеку можно оказать помощь)
Факторы, влияющие на опасность поражения током:
Основным поражающим фактором является сила тока, чем больше ток, тем опаснее его воздействие.
Пороговый ощутимый ток 0,5 – 1,5 мА для переменного тока 50 Гц и 5 – 7 мА для постоянного – минимальная величина тока, вызывающего болевые ощущения (зуд, покалывание).
Пороговый не отпускающий 8 – 16 мА 50 Гц и 50 – 70 мА 0 Гц – минимальная величина тока, при которой судорожное сокращение мышц руки не позволяет человеку самостоятельно освободиться от токоведущих частей.
Пороговый фибриляционный 100 мА 50 Гц и 300 мА 0 Гц – вызывает фибрилляцию сердца – хаотические разновременные сокращения сердечной мышцы, при которых прекращается кровообращение.
Сопротивление тела человека складывается из сопротивления кожи и внутренних органов, при чем:
Внутренних органов Rвн = 500 – 700 Ом,
Rч = 2Rн + Rв
Сопротивление кожи зависит от ее состояния: сухая – влажная, нет ли повреждений, загрязнений, времени и плотности контакта.
Длительность воздействия.
Путь, род и частота тока.
Индивидуальные особенности человека (возраст, психологические, физические).
Условия окружающей среды.
Безопасность обслуживания электрооборудования зависит от факторов окружающей его среды. С учетом этих факторов все помещения делятся на три класса:
Первый – без повышенной опасности (сухие, без пыли, с нормальной температурой, с изолирующими полами, влажность до 70%).
Второй – помещения с повышенной опасностью характеризуются одним из следующих признаков: относительная влажность > 75%, наличие токопроводящей пыли, наличие токопроводящих полов, высокая температура воздуха (> 30, периодически > 35 и кратковременно > 40), возможность одновременного прикосновения человека к металлическим частям электроустановок и к металлоконструкциям, соединенным с землей.
Третий – помещения особо опасные: наличие влажности близкой к 100%, наличие химической агрессивной среды, наличие одновременно двух и более признаков помещений с повышенной опасностью.
Электроустановки с номинальным напряжением до 1000 В.
Электроустановки с напряжением свыше1000 В.
Класс 0 – изделия с номинальным напряжением более 42 В с рабочей изоляцией и не имеющие приспособлений для заземления или зануления (бытовые приборы).
Класс 01 – изделия с рабочей изоляцией и элементом заземления (зануления).
Класс I – изделия с рабочей изоляцией, элементом заземления и проводом питания с заземляющей (зануляющей) шиной.
Класс II – изделия, имеющие у всех доступных прикосновению частей двойную или усиленную изоляцию.
Класс III – изделия без внутренних и внешних электрических цепей с напряжением выше 42 В.
Поражение током является следствием одновременного прикосновения человека к двум точкам электрической цепи, между которыми существует разность потенциалов. Опасность такого прикосновения зависит от особенностей цепи и схемы включения в нее человека, определив силу тока с учетом этих факторов, можно с большой степенью точности выбрать защитные меры.
Возможные схемы включения человека в электрическую цепь:
Двухфазное включение – более опасное, чем однофазное, т.к. к телу прикладывается наибольшее в данной сети напряжение – линейное: J = Uл/Rч,
Rч – сопротивление тела человека (Ом), при расчетах принимают 1000 Ом.
Однофазное включение – на ток, проходящий через человека, влияют различные факторы, что снижает опасность поражения: Jч = U/(2Rч + r),
R – сопротивление изоляции (Ом).
Или: Jч = U/R0; R0 – сопротивление обуви; сопротивление пола; сопротивление изоляции проводов; сопротивление тела человека.
Напряжение прикосновения – возникает в результате касания находящихся под напряжением электроустановок.
Uпр = * (ln – ln ) * α,
где – сила тока замыкания на землю (А);
ρ – удельное сопротивление основания пола (Ом * м);
L и d – длина и диаметр заземлителя (м);
X – расстояние от человека до точки заземления (м);
α – коэффициент напряжения прикосновения.
Шаговое напряжение – напряжение на тело человека при положении ног в точках поля растекания тока с заземлителем или от упавшего на землю провода.
При движении человека к источнику электрического поля или от него длину шага принимают в расчетах равную 0,8 м.
Максимальное значение напряжения в точке замыкания электрического тока на землю и по мере удаления от нее снижается. Считается, что на расстоянии 20 м от места замыкания потенциал равен нулю.
X – расстояние человека от точки замыкания;
A – длина шага;
ρ – удельное сопротивление грунта.
Следовательно, выходить из зоны действия напряжения необходимо как можно более короткими шагами.
Защитные меры от поражения электрическим током:
Организационные мероприятия
Подбор персонала;
Обучение правилам электробезопасности, проведение аттестаций;
Назначение ответственных лиц;
Проведение периодических осмотров, измерений и испытаний электрооборудования.
Применение индивидуальных защитных средств
Основные изолирующие защитные средства (диэлектрические перчатки, изолированный инструмент);
Дополнительные защитные средства (диэлектрические коврики и подставки);
Вспомогательные приспособления (экраны, монтерские и т.д.).
Технические мероприятия
Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей электроустановок, которые могут оказаться под напряжением.
В качестве искусственных заземлителей применяют заглубленные в землю стальные трубы, уголки, штыри. К естественным можно отнести уложенные в землю водопроводные и канализационные трубы, кабели с металлической оболочкой.
Принцип действия заземления – снижение до безопасных значений напряжений прикосновения или шага в случае замыкания тока на металлические корпуса электрооборудования.
Учитывая, что сопротивление тела человека намного больше сопротивления заземляющего устройства, основной ток в случае замыкания пройдет через заземлитель.
Есть недостатки:
Часть тока пройдет через тело человека.
В случае нарушения в цепи заземляющего устройства опасность поражения током резко возрастает. По нормам сопротивление заземляющего устройства проверяют не реже 1 раза в год, в особо опасных помещениях – не реже 1 раза в квартал.
Принцип действия защитного зануления заключается в превращении замыкания на корпус в однофазное замыкание (между фазным и нулевым защитным проводником) с целью создания большого тока, способного обеспечить срабатывание защитного отключающего устройства (предохранители, магнитные пускатели с тепловой защитой и пр.).
Для обеспечения автоматического отключения аварийного оборудования сопротивление сети короткого замыкания должно быть небольшим (около 2 ом).
Недостатки – лишение защиты электропотребителей при обрыве нулевого провода.
Защитное отключение – быстродействующее отключение электроустановок (до 1000 В) при возникновении в ней опасного поражения электрическим током.
Время срабатывания УЗО не превышает 0,03 … 0,04 с.
При уменьшении времени протекания тока через человека снижается опасность.
Поражение электрическим током происходит при замыкании электрической цепи через тело человека. Наиболее часты случаи поражений током в тех случаях, когда человек касается двух или одного проводов, имея при этом контакт с землей. В первом случае прикосновение называют двухфазным, во втором - однофазным.
При двухфазном прикосновении (рис. 10-1) человек попадает под линейное напряжение, поэтому через него протекает большой ток
где - линейное напряжение и среднее (при хороших контактах) сопротивление тела человека. Ток в этом случае является смертельно опасным, хотя человек может быть хорошо изолирован от земли.
В случае однофазного прикосновения в сети с заземленным нулевым проводом (рис. 10-2) образуется последовательная цепь из сопротивлений тела человека, обуви, пола и заземления нейтрали (нулевого провода) источника тока. К этой цепи приложено фазное (а не линейное, как в предыдущем случае) напряжение. Однако, если человек в сырой или подбитой гвоздями обуви стоит на сырой земле или на проводящем полу, то эти сопротивления, как и сопротивление (10 Ом), пренебрежимо малы по сравнению с сопротивлением тела человека. В этой цепи пройдет ток:
Такой ток смертельно опасен.
Однако если человек обут в специальную резиновую обувь и находится на сухом деревянном полу, то, полагая сопротивление обуви 45 000 Ом и пола 100 000 Ом, в рассматриваемой цепи получим значение тока:
т. е. неопасное для человека. Последний случай показывает, насколько важно в целях безопасности применение непроводящей обуви и особенно изолирующего пола.
В случае однофазного прикосновения к сети с изолированной нейтралью цепь замыкается через тело человека и через несовершенную изоляцию проводов сети (рис. 10-3). В исправном состоянии изоляция имеет очень большое сопротивление, поэтому такое прикосновение не должно быть опасным. Это справедливо лишь для нормальных (безаварийных) сетей. В сетях с напряжением 1000 В и более емкость между фазами и землей может создать большой емкостный ток, опасный для человека.
Поражение электрическим током происходит при замыкании электрической цепи через тело человека. Двухфазным прикосновением называют тот случай, когда человек касается двух проводов, а однофазным - когда человек касается одного провода, имея при этом контакт с землей. При двухфазном прикосновении на тело человека подается линейное напряжение UЛ и через него протекает большой ток. Если считать, что среднее сопротивление тела человека R = 3000 Ом, то идущий через него ток равен:
электричество травма дуга ток
Этот ток смертельно опасен. При однофазном прикосновении в сети с заземленным нулевым проводом образуется последовательная цепь из сопротивлений тела человека, обуви, пола и заземления нулевого провода источника тока- К этой цепи приложено не линейное, а фазное напряжение. В этом случае все зависит от сопротивления обуви и пола, поскольку сопротивление заземления нулевого провода обычно очень мало. Если человек в сырой или в подбитой гвоздями обуви стоит на сырой земле или на проводящем полу, то сопротивления обуви и пола пренебрежимо малы по сравнению с сопротивлением человека и протекающий через тело ток будет равен:
Такой ток также смертельно опасен.
Факторы и причины поражения электрическим током
Причиной поражения электрическим током может быть прикосновение к плохо изолированным проводам осветительной электрической сети или к контактам электрических приборов. Прикосновение к оголенным проводам влажной рукой усиливает действие.
В большинстве случаев человек, прикоснувшийся к оголенным проводам, не может самостоятельно оторваться от них, так как его рука судорожно сжимается. Задача спасающих состоит прежде всего в том, чтобы немедленно выключить ток или оттащить пострадавшего от проводов. Ток можно выключить, вывинтив пробку, а если ее нет, необходимо перерубить токонесущий провод топором с деревянной ручкой. Если пострадавший стоит не на полу, а на табурете, стуле или стремянке, то необходимо принять меры к тому, чтобы он не упал, а также предусмотреть некоторые правила личной безопасности. Браться нужно только за сухую одежду пострадавшего, подложив себе под ноги сухую доску или другой плохо проводящий ток предмет. На руки желательно надеть резиновые рукавицы, а если их не окажется, то окутать руки прорезиненным плащом или в крайнем случае толстой сухой тряпкой.
Изолировав пострадавшего от действия тока, поступают сообразно его состоянию: если он находится без сознания и не дышит, необходимо делать искусственное дыхание до прихода врача. Отсутствие дыхания и пульса еще не свидетельствует о смерти пострадавшего. Бывали случаи возвращения к жизни людей после нескольких часов, казалось бы, безнадежного состояния. Как только пострадавший начнет дышать самостоятельно, его надо уложить в постель и тепло укрыть.
Поражение молнией - есть частный случай поражения электрическим током высокого напряжения. Обычно эти случаи смертельны, но тем не менее необходимо срочно вызвать врача, а до его прихода делать искусственное дыхание, как и в случае поражения электрическим током. Если у пострадавшего окажутся ожоги, их надо нетуго забинтовать. Закапывать в землю пораженного молнией не только бесполезно, но и вредно, так как масса земли, наваленная на пострадавшего человека, ухудшит его состояние, а сильно пострадавшего таким приемом можно совсем лишить возможности возврата к жизни.
Напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек, называется напряжением прикосновения. Опасность такого прикосновения, оцениваемая значением тока, проходящего через тело человека, или же напряжением прикосновения, зависит от ряда факторов: схемы замыкания цепи тока через тело человека, напряжением сети, схемы самой сети, режима ее нейтрали (т.е. заземлена или изолирована нейтраль), степени изоляции токоведущих частей от земли, а также от значения емкости токоведущих частей относительно земли и т.п.
Наиболее типичны два случая замыкания цепи тока через тело человека: когда человек касается одновременно двух проводов и когда он касается лишь одного провода. Применительно к сетям переменного тока первую схему обычно называют двухфазным прикосновением, а вторую – однофазным.
Двухфазное прикосновение более опасно, поскольку к телу человека прикладывается наибольшее в данной сети напряжение – линейное, и поэтому через человека пойдет больший ток.
Однофазное прикосновение происходит во много раз чаще, чем двухфазное, но оно менее опасно, поскольку напряжение, под которым оказывается человек, не превышает фазного, т.е. меньше линейного в 1,73 раза.
Основные причины поражения электрическим током:
1) Случайное прикосновение к токоведущим частям, находящимся под напряжением в результате: ошибочных действий при проведении работ; неисправности защитных средств, которыми пострадавший касался токоведущих частей и др.
2) Появление напряжения на металлических конструктивных частях электрооборудования в результате: повреждения изоляции токоведущих частей; замыкания фазы сети на землю; падения провода (находящегося под напряжением) на конструктивные части электрооборудования и др.
3) Появление напряжения на отключенных токоведущих частях в результате: ошибочного включения отключенной установки; замыкания между отключенными и находящимися под напряжением токоведущими частями; разряда молнии в электроустановку и др.
4) Возникновения напряжения шага на участке земли, где находятся человек, в результате: замыкания фазы на землю; выноса потенциала протяженным токопроводящим предметом (трубопроводом, железнодорожными рельсами); неисправностей в устройстве защитного заземления и др.
Напряжением шага называется напряжение между точками земли, обусловленное растеканием тока замыкания на землю при одновременном касании их ногами человека.
Если человек будет находится в зоне растекания тока, например, при повреждении воздушной линии электропередачи, или нарушении изоляции силового кабеля, проложенного в земле, или при стекании тока через заземлитель и стоять при этом на поверхности земли, имеющей разные потенциалы в местах, где расположены ступни ног, то на длине шага возникает напряжение U ш = φ х ─ φ х+8 , где φ х и φ х+8 , - потенциалы расположения точек ног; S = 0,8 м – длина шага.
Электрический ток, протекающий через тело человека в этом случае, зависит от значения тока замыкания на землю, сопротивления основания пола и обуви, а также от расположения ступней ног.
Напряжение шага может быть равным нулю, если обе ноги человека находятся на эквипотенциальной линии, т.е. линии электрического поля, обладающей одинаковым потенциалом. Напряжение шага может быть уменьшено до минимума, если свести ступни ног вместе. Наибольший электрический потенциал будет в месте соприкосновения проводника с землей. По мере удаления от этого места потенциал поверхности грунта уменьшается, и на расстоянии, примерно равном 20 м, он может быть принят равным нулю.
Напряжение шага всегда меньше напряжения прикосновения. Кроме того, протекание тока по нижней петле «нога – нога» менее опасно, чем по пути «рука – нога». Однако в практике немало случаев поражения людей при воздействии напряжения шага. Поражение при напряжении шага усугубляется тем, что из-за судорожных сокращений мышц ног человек может упасть, после чего цепь тока замыкается на теле через жизненно важные органы. Кроме того, рост человека обусловливает большую разность потенциалов, приложенных к его телу.
Наиболее частые случаи:
- случайное прикосновение к токоведущим частям, находящимся под напряжением (оголенным проводам, контактам электроаппаратуры, шинам и т.д.);
- неожиданное возникновение напряжения там, где в нормальных условиях его быть не должно;
- появление напряжения на отключенных частях электрооборудования (по причине ошибочного включения, наведения напряжения соседними установками и т.д.);
- возникновение напряжения на поверхности земли в результате замыкания провода с землей, неисправности заземляющих устройств и т.д.
- поражение электрическим током человека, случайно оказавшегося под напряжением. Токи через тело человека порядка 0,05-0,1 А опасны, большие значения могут быть смертельны;
- перегрев проводов или электрическая дуга между ними при коротких замыканиях, что приводит к ожогам человека или пожарам;
- перегрев поврежденных участков изоляции между проводами токами, утечки через изоляцию, что может привести к самовозгоранию изоляции;
- перегрев корпусов электрооборудования вследствие их перегрузки.
Для обеспечения безопасности необходимо:
исключить возможность прикосновения человека к токоведущим частям, что достигается заключением электрооборудования в закрытые корпусы и его отключением при ремонтах;
по возможности применять безопасные низкие напряжения до 36 В при пользовании переносным электрооборудованием;
поддерживать высокий уровень изоляции относительно земли;
снижать влияние емкости проводов;
использовать защитное заземление (заземляющий провод);
применять общесетевые аппараты защиты от утечек в сетях с глухим заземлением нейтрали.
В сети с занулением присоединение корпусов электрооборудования к отдельным заземлителям, не соединенным с нейтральным проводом, запрещено.
Действие электрического тока на организм человека
Действие электрического тока на организм человека проявляется в следующих видах: термическое, электролитическое, механическое, биологическое.
Термическое воздействие проявляется в виде токового и дугового ожогов.
Степени ожога: покраснение, появление пузырей, омертвение тканей, обугливание. При этом следует учитывать площадь поражения.
При поражении электрическим током человек может получить местные электротравмы либо электрический удар.
Местные электротравмы: ожог, металлизация кожи, электрические знаки, электроофтальмия.
Электролитическое воздействие проявляется в виде поражения внутренних органов вследствие электрохимических реакций в теле человека.
Механическое воздействие может быть прямым или косвенным. Прямое механическое воздействие проявляется в виде разрыва мышечных тканей и стенок кровеносных сосудов за счет превращения лимфы или крови в пар. Косвенное механическое воздействие проявляется в виде ушибов, вывихов, переломов при резких непроизвольных судорожных сокращениях мышц.
Биологическое воздействие проявляется в виде электрического удара - воздействия электрического тока на центральную нервную систему.
Электрический удар имеет несколько степеней:
легкая дрожь в суставах, слабая боль,
сильные боли в суставах,
потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или дыхания,
потеря сознания и остановка сердца либо остановка дыхания,
потеря сознания, остановка сердца, остановка дыхания, т.е. состояние клинической смерти.
На степень поражения человека электрическим током существенно влияют: величина тока, длительность протекания тока через тело человека, путь протекания, состояние кожи.
По величине и действию тока на организм человека различают ток ощутимый и ток неотпускающий, при котором пострадавший не может самостоятельно разжать руку. Ощутимый ток - постоянный около 5 - 8 мА, переменный - порядка 1 мА.
Величина неотпускающего тока - порядка 15 - 30 мА. Токи более 30 мА считаются опасными.
Величина сопротивления тела человека в зависимости от внешних условий может меняться в широких пределах - от нескольких сотен Ом до десятков кОм. Особо резкое падение сопротивления наблюдается при напряжении до 40-50 В, когда сопротивление тела человека снижается в десятки раз. Однако при проведении расчетов на электробезопасность в сетях напряжением выше 50 В принято считать величину сопротивления тела человека 1000 Ом.
Длительность протекания тока и величина допустимого тока связаны эмпирической формулой
Чем меньше длительность протекания тока, тем больше величина допустимого тока. Если At =16 мс, то величина допустимого тока 30 мА.
Такая величина тока определяет требования к изоляции. Так, например, для сети с фазным напряжением 220 В сопротивление изоляции должно быть не менее
