Экология
региональное природопользование

Безопасность

Действие электрического тока на организм человека. Основы электробезопасности

Действие электрического тока на живую ткань в отличие от действия других материальных факторов (пара, химических веществ, излучения и др.) носит своеобразный и разносторонний характер. Проходя через организм человека, электрический ток производит термическое, электролитическое и механическое воздействия, являющиеся физикохимическими процессами, присущими как живой, так и неживой материи; одновременно электрический ток производит и биологическое действие, которое является специфическим процессом, свойственным лишь живой ткани:
• Термическое действие тока проявляется в ожогах отдельных участков тела, нагреве до высокой температуры кровеносных сосудов, нервов, сердца, мозга и других органов, находящихся на пути тока, что вызывает в них серьезные функциональные расстройства.
• Электролитическое действие тока проявляется в разложении органических жидкостей, в том числе и крови, что сопровождается значительными нарушениями их физикохимического состава.
• Механическое (динамическое) действие тока выражается в разрыве, расслоении и других повреждениях различных тканей организма, в том числе мышечной ткани, стенок кровеносных сосудов, сосудов легочной ткани и др.
• Биологическое действие тока проявляется в раздражении и возбуждении живых тканей организма, а также в нарушении внутренних биоэлектрических процессов, протекающих в нормально действующем организме и связанных с его жизненными функциями.

Электрический ток, проходя через организм, раздражает живые ткани, вызывая в них ответную реакцию — возбуждение, являющееся одним из основных физиологических процессов и характеризующееся тем, что живые образования переходят из состояния относительного физиологического покоя в состояние специфической для них деятельности.

Так, если электрический ток проходит непосредственно через мышечную ткань, то возбуждение, обусловленное раздражающим действием тока, проявляется в виде непроизвольного сокращения мышц. Это так называемое прямое, или непосредственное, раздражающее действие тока на ткани, по которым он проходит.

Однако действие тока может быть не только прямым, но и рефлекторным, то есть осуществляться через центральную нервную систему. Иначе говоря, ток может вызывать возбуждение тех тканей, которые не находятся у него на пути. Дело в том, что электрический ток, проходя через тело человека, вызывает раздражение рецепторов — особых клеток, имеющихся в большом количестве во всех тканях организма и обладающих высокой чувствительностью к воздействию факторов внешней и внутренней среды.

Центральная нервная система перерабатывает нервный импульс и передает его подобно исполнительной команде к рабочим органам: мышцам, железам, сосудам, которые могут находиться вне зоны прохождения тока.

Экспериментальные исследования показали, что человек начинает ощущать раздражающее действие переменного тока промышленной частоты силой 0,6—1,6 мА и постоянного тока, 5—7 мА. Эти токи не представляют серьезной опасности для деятельности организма человека и, так как при такой силе тока возможно самостоятельное освобождение человека от контакта с токоведущими частями, то допустимо его длительное протекание через тело человека.

В тех случаях, когда раздражающее действие тока становится настолько сильным, что человек не в состоянии освободиться от контакта, возникает опасность длительного протекания тока через тело человека. Длительное воздействие таких токов может привести к затруднению и нарушению дыхания. Для переменного тока промышленной частоты сила неотпускающего тока находится в пределах 6—20 мА и более. Постоянный ток не вызывает неотпускающего эффекта, а приводит к сильным болевым ощущениям, сила такого тока 15—80 мА и более.

При протекании тока в несколько сотых долей ампера возникает опасность нарушения работы сердца. Может возникнуть фибрилляция сердца, то есть беспорядочные, некоординированные сокращения волокон сердечной мышцы, при этом сердце не в состоянии гнать кровь по сосудам, происходит остановка кровообращения. Фибрилляция длится, как правило, несколько минут, после чего следует полная остановка сердца. Процесс фибрилляции сердца необратим, и сила тока, вызывающая его, является смертельной. Как показывают экспериментальные исследования, пороговые фибрилляционные токи зависят от массы организма, длительности протекания тока и его пути.

Рассмотренные реакции организма на действие электрического тока позволили установить три критерия электробезопасности и соответствующие им уровни безопасных токов:
1. Неощутимый ток, который не вызывает нарушений деятельности организма и допускается для длительного (не более 10 минут в сутки) протекания через тело человека при обслуживании электрооборудования. Для переменного тока частотой 50 Гц он составляет 0,3 мА, для постоянного 1 мА.
2. Отпускающий ток. Действие такого тока на человека допустимо, если длительность его протекания не превышает 30 с. Сила отпускающего тока: для переменного тока 6 мА, для постоянного 15 мА.
3. Фибрилляционный ток, не превосходящий пороговый рилляционный ток и действующий кратковременно.

По статистике электротравматизма в исходе поражения током большое значение имеет его путь. Поражение будет более тяжелым, если на пути тока оказываются сердце, легкие, головной и спинной мозг.

В практике обслуживания электроустановок ток, протекающий через тело человека, попавшего под напряжение, идет чаще всего по пути «рука — рука» или «рука — нога». Возможных путей тока в теле человека (петли тока) достаточно много, причем наибольшую опасность представляют петли, проходящие через область сердца. При протекании тока по пути «нога — нога» через сердце проходит 0,4 % общего тока, а по пути «рука — рука» 3,3 %. Сила неотпускающего тока по пути «рука — рука» приблизительно в два раза меньше, чем по пути «рука — нога».

Исследования по определению влияния рода тока на опасность поражения человека показали, что переменный ток частотой 50 Гц является самым неблагоприятным. При увеличении частоты (выше 50 Гц) сила ощутимого и неотпускающего токов возрастает. Также растет сила этих токов при убывании частоты. Например, установлено, что сила фибрилляционного тока при 400 Гц примерно в 3,5 раза превышает ток при частоте 50 Гц, поэтому повышение частоты тока применяют как одну из мер повышения электробезопасности.

Условия электробезопасности зависят и от параметров окружающей среды (влажность, температура, наличие токопроводящей пыли, материал пола и др.).
Тяжесть поражения током зависит от плотности и площади контакта человека с частями, находящимися под напряжением. Наличие заземленных металлических конструкций и полов приводит к тому, что человек практически постоянно связан с одним полюсом (землей) электроустановки. В этом случае любое прикосновение человека к токоведущим частям сразу приводит к двухполюсному включению его в электрическую цепь. Токоведущая пыль и влага создают дополнительные условия для электрического Контакта как с токоведущими частями, так и с землей.

Прикосновение человека к токоведущим частям вызывает протекание через него тока, сила которого и соответственно исход поражения зависят от напряжения и электрического сопротивления тела человека. Основным фактором, определяющим сопротивление тела человека, является кожа, ее роговой наружный слой, в котором нет кровеносных сосудов и который обладает очень большим удельным сопротивлением (около 106 Ом • см). Этот плохо проводящий ток наружный слой кожи, прилегающий к электроду, и внутренняя ткань, находящаяся под этим слоем, как бы образуют обкладки конденсатора емкостью С с сопротивлением изоляции гн. Поскольку гн и зависят от площади контакта электрода, увеличение площади контакта приводит к уменьшению полного сопротивления наружного слоя кожи.

На участке между двумя электродами общее электрическое сопротивление тела человека состоит из сопротивления двух наружных слоев кожи, касающихся электродов, и внутреннего сопротивления гв остальной части тела. Опыты показали, что внутреннее сопротивление тела человека можно рассматривать как чисто активное. Таким образом, для пути тока «рука — рука» общее электрическое сопротивление тела может быть представлено схемой замещения. Это сопротивление включает в себя последовательное соединение двух наружных сопротивлений кожи рук и внутреннего сопротивления тела. С увеличением частоты тока/изза уменьшения реактивного сопротивления наружного слоя кожи Хс (где сокруговая частота) сопротивление человека уменьшается и при больших частотах (более 10 кГц) практически становится равным внутреннему сопротивлению.

Между током, протекающим через тело человека, и вызвавшим его напряжением существует нелинейная зависимость: с увеличением напряжения ток растет быстрее. Это объясняется главным образом нелинейностью электрического сопротивления тела человека. Так, при напряжении на электродах 40—45 В в наружном слое кожи возникают значительные напряженности электрического поля, при которых полностью или частично происходит пробой наружного слоя, что снижает полное сопротивление тела человека. С увеличением электрического напряжения полное сопротивление тела человека уменьшается и при напряжении 120—140 В падает до значения внутреннего сопротивления. В практических расчетах по электробезопасности, с учетом наиболее неблагоприятных условий, сопротивление тела человека принимают равным 1000 Ом.

На практике основное электропитание осуществляется от трехфазной сети частотой 50 Гц напряжением 380/220 В. В числителе указывается линейное напряжение, в знаменателе фазное. Это равенство следует из векторной диаграммы напряжений.) Для питания некоторых устройств используют однофазные сети как переменного, так и постоянного тока с напряжением от 5 до 380 В.

Для всех сетей наибольшую опасность представляет двухполюсное прикосновение человека к токопроводящим частям.

Как видно из приведенных формул, сила тока, протекающего через тело человека, зависит только от напряжения сети и сопротивления человека. В этом случае единственной мерой, повышающей безопасность обслуживающего персонала, может быть понижение рабочего напряжения сети.

Как показывает анализ случаев электротравматизма при эксплуатации промышленных установок, двухполюсное касание встречается относительно редко. Значительно чаще имеет место однополюсное (однофазное) прикосновение в изолированных и глухозаземленных сетях.

В реальных условиях возможно включение последовательно с сопротивлением тела человека сопротивлений его обуви и пола помещения, которые в зависимости от вида могут иметь разные значения. Однако если аппаратура своей металлической конструкцией связана электрически с землей, то при прикосновении человека к фазному проводу единственным элементом, ограничивающим силу тока через тело, будет его электрическое сопротивление.

Из рассмотренного ясно, что применение той или иной схемы Энергоснабжения (однофазной или трехфазной, изолированной или глухозаземленной) существенно изменяет условия электробезопасности при однополюсном прикосновении человека к точастям. При двухполюсном прикосновении схема электроснабжения влияния на электробезопасность человека це оказывает. В последнем случае при прикосновении человека к Токоведущим частям в установках напряжением 127, 220 или 380 g электрическое сопротивление тела человека практически падаем до 1000 Ом и вполне вероятно протекание через него фибрилляццч онного тока. Увеличение частоты тока электроустановки в этом случае может сыграть решающую роль в снижении вероятности поражения током, так как пороговое значение фибрилляционного тока с увеличением частоты возрастает.

Аналогичная ситуация возникает и при однополюсном прикосновении человека к токоведущим частям установки с глухозаземленной нейтралью. Здесь человек оказывается под фазным напряжением, и увеличение частоты тока электроустановки также может повысить безопасность человека.

Иначе обстоит дело в сети с изолированной нейтралью. Сила тока, протекающего через тело человека, зависит от сопротивления изоляции и емкости сети, причем с повышением частоты тока электроустановки емкостная проводимость возрастает, следовательно, возрастает и сила тока, протекающего через тело человека. Таким образом, в установках с изолированной нейтрально повышение частоты тока повышает опасность поражения электрическим током.

Стекание тока в землю происходит только через проводник, g находящийся в непосредственном контакте с землей. Такой контакт может быть случайным или преднамеренным. В последнем случае проводник называется заземлителем или электродом. Заземлитель, состоящий из нескольких параллельно соединенных электродов, называется групповым заземлителем. Заземляющим устройством называется совокупность одиночных заземлителей и заземляющих проводников, соединяющих заземлители между собой и заземляемые части электроустановки с заземлителями. Различают два типа заземляющих устройств: выносное (заземлитель вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляющее оборудование) и контурное (одиночные заземлители размещаются по контуру площадки, на которой находится заземляющее оборудование). В качестве одиночных электродов используют отрезки стальных труб, угловой стали. Заземляющие проводники выполняются обычно из полосовой стали.

При стекании тока в землю вокруг заземлителя образуется зона растекания тока. Плотность тока в земле по мере удаления от заземлителя убывает по гиперболическому закону. Максимальный потенциал будет иметь сам заземлитель. Теоретически поле протекания тока простирается до бесконечности. Однако в действительности плотность тока на расстоянии 20 м от заземлителя практически равна нулю (20 м — радиус зоны растекания тока). Точки почвы, лежащие вне зоны растекания тока, называются «землей» в электротехническом смысле слова. Напряжение между какой-либо заземленной частью электроустановки и точками земли, находящимися вне зоны растекания тока, называется напряжением относительно земли, а отношение этого напряжения к току, протекающему через заземлитель в землю, называется сопротивлением заземлителя.

Сопротивление заземлителя (сопротивление растеканию тока в земле) зависит в основном от удельного сопротивления грунта. Для одиночного трубчатого заземлителя, забитого в грунт на некоторую глубину (А), это сопротивление определяется в омах.

Обычно сопротивление одиночного заземлителя превышает значение, допустимое правилами устройства электроустановок (ПУЭ). Для получения необходимого сопротивления заземляющего устройства забивают в землю несколько одиночных заземлителей и соединяют их между собой параллельно с помощью стальной полосы. Для выравнивания потенциалов по поверхности земли заземлители располагают один от другого на расстоянии, значительно меньшем поля растекания тока одного заземлителя. При этом поля растекания тока отдельных заземлителей накладываются одно на , то есть возникает явление взаимного экранирования, препятствующее полному растеканию тока с каждого заземлителя. В результате экранирования сопротивление группового заземлителя увеличивается по сравнению с сопротивлением заземлителей при их параллельном соединении. Это увеличение сопротивления оценивается коэффициентом использования заземлителей.

Заземление металлических корпусов и частей электрооборуд0. вания, нормально не находящихся под напряжением, одна из наиболее распространенных и эффективных мер защиты в сетях с изолированной нейтралью напряжением до 1000 Вив сетях с напряжением выше 1000 В вне зависимости от режима нейтрали источника питания.

Защитное заземление это преднамеренное электрическое соединение с землей металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением в результате нарушения изоляции электроустановки.

Назначение устранение опасности поражения людей электрическим током при появлении напряжения на конструктивных нетоковедущих частях электрооборудования, то есть при «замыкании на корпус».

Принцип действия снижение напряжения между корпусом, оказавшимся под напряжением, и землей до безопасного значения путем соединения корпуса с землей с помощью заземляющего устройства с малым сопротивлением.
Поясним это на примере сети с напряжением до 1000 В с ИН небольшой протяженности. Если корпус установки не заземлен и оказался в контакте с фазой, то прикосновение человека к такому корпусу равносильно прикосновению к фазовому проводу.

В качестве защиты в сетях с заземленной нейтралью (ЗН) применяется зануление. Занулением называется преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей и корпусов электрооборудования, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания фазы на корпус, с многократно заземленным нулевым защитным проводником. Нулевой защитный проводник соединен с заземленной нейтральной точкой обмоток источника тока.

Принцип действия зануления превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание (КЗ), то есть между фазным проводом и нулевым защитным проводником, с целью получить большой ток, способный вызвать срабатывание токовой защиты и тем самым автоматически отключить поврежденную электроустановку от питающей сети. Такой защитой являются плавкие предохранители или автоматы, устанавливаемые перед потребителями энергии для защиты от токов и перегрузок. Область применения зануления трехфазные четырехпроводные сети по 1000 В с ЗН.

Чтобы снизить напряжение корпуса относительно земли на период от момента замыкания на корпус до момента отключения поврежденной установки, а также на случай обрыва нулевого защитного проводника, необходимо повторное заземление нулевого провода, которое работает по типу классического защитного заземления.

<Влияние микроклиматических условий на организм человека
Жизнедеятельность с позиций биофизики
Главная   |   Поля   |   Жизнедеятельность   |   Природопользование   |   Безопасность   |   Карта сайта
2008-2013 © p0d.ru, E-mail:info@p0d.ru
Rambler's Top100