Действие электрического тока на организм человека

Электронасыщенность современного производства формирует электрическую опасность, источником которой могут быть электриче­ские сети, электрифицированное оборудование и инструмент, вычис­лительная и организационная техника, работающая на электричестве.

Электротравматизм по сравнению с другими видами производст­венного травматизма составляет небольшой процент, однако по числу травм с тяжелым, и особенно летальным, исходом занимает одно из первых мест. Наибольшее число электротравм (60...70 %) происходит при работе на электроустановках напряжением до 1000 В. Это объяс­няется широким распространением таких установок и сравнительно низким уровнем подготовки лиц, эксплуатирующих их. Электроуста­новок напряжением свыше 1000 В в эксплуатации значительно меньше и обслуживает их специально обученный персонал, что и обусловливает меньшее количество электротравм.

Электрический ток, протекая через тело человека, производит термическое, электролитическое, биологическое, механическое и све­товое воздействие. Термическое воздействие характеризуется нагревом кожи, тканей вплоть до ожогов. Электролитическое воздействие за­ключается в электролитическом разложении жидкостей, в том числе и крови. Биологическое действие электрического тока проявляется в нарушении биологических процессов, протекающих в организме че­ловека, и сопровождается разрушением и возбуждением тканей и судорожным сокращением мышц. Механическое действие приводит к разрыву ткани, а световое — к поражению глаз.

Различают два вида поражения организма электрическим током: электрические травмы и электрические удары.

Электрические травмы — это местные поражения тканей и орга­нов. К ним относятся электрические ожоги, электрические знаки и электрометаллизация кожи, механические повреждения в результате непроизвольных судорожных сокращений мышц при протекании тока (разрыва кожи, кровеносных сосудов и нервов, вывихи суставов, переломы костей), а также электроофтальмия — воспаление глаз в результате воздействия ультрафиолетовых лучей электрической дуги.

Электрический удар представляет собой возбуждение живых тканей организма проходящем через него электрическим током, сопровожда­ющееся непроизвольным сокращением мышц. Различают четыре степени электрических ударов: Ι — судорожное сокращение мышц без потери сознания; II — судорожное сокращение мышц с потерей со­знания, но с сохранением дыхания и работы сердца; III — Потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или дыхания (либо того и другого вместе); IV — клиническая смерть, т.е. отсутствие дыхания и кровообращения.

Поражение человека электрическим током может произойти при прикосновениях: к токоведущим частям, находящимся под напряже­нием; отключенным токоведущим частям, на которых остался заряд или появилось напряжение в результате случайного включения; к металлическим нетоковедущим частям электроустановок после пере­хода на них напряжения с токоведущих частей. Кроме того, возможно электропоражение напряжением шага при нахождении человека в зоне растекания тока на землю, электрической дугой в установках с напря­жением более 1000 В; при приближении к частям, находящимся под напряжением, на недопустимо малое расстояние, зависящее от значе­ния высокого напряжения.

Характер и последствия поражения человека электрическим током зависят от ряда факторов, в том числе и от электрического сопротив­ления тела человека, величины и длительности протекания через него тока, рода и частоты тока, схемы включения человека в электрическую цепь, состояния окружающей среды и индивидуальных особенностей организма.

Электрическое сопротивление тела человека складывается из со­противления кожи и сопротивления внутренних тканей. Кожа, в основном верхний ее слой толщиной 0,2 мм, состоящий из мертвых ороговевших клеток, обладает большим сопротивлением, которое оп­ределяет общее сопротивление тела человека. При сухой, чистой и непов­режденной коже сопротивление тела человека составляет 200...20 000 Ом. При увлажненной и загрязненной коже сопротивление тела снижается до 300...500 Ом, т.е. до сопротивления внутренних органов. При расчетах сопротивление тела человека принимается равным 1000 Ом.

Сила тока, протекающего через тело человека, является главным фактором, от которого зависит исход поражения: чем больше сила тока, тем опаснее последствия. Человек начинает ощущать проходящий через него ток промышленной частоты 50 Гц относительно малого значения 0,5...1,5 мА. Этот ток называется пороговым ощутимым током. Ток силой 10...15 мА вызывает сильные и непроизвольные судороги мышц, которые человек не в состоянии преодолеть, т.е. он не может разжать руку, которой касается токоведущей части, отбросить от себя провод, оказываясь как бы прикованным к токоведущей части. Такой ток называется пороговым неотпускающим.

При силе тока 20...25 мА у человека происходит судорожное сокращение мышц грудной клетки, затрудняется и даже прекращается дыхание, что может привести к смерти вследствие прекращения работы легких.

Ток силой 100 мА является смертельно опасным, так как он в этом случае оказывает непосредственное влияние на мышцы сердца, вызы­вая его остановку или фибрилляцию (быстрые хаотические, и разно­временные сокращения волокон сердечной мышцы), при которой сердце перестает работать.

Длительность протекания тока через тело человека определяет исход поражения им, так как с течением времени резко возрастает сила тока вследствие уменьшения сопротивления тела, и также потому, что в организме человека накапливаются отрицательные последствия воз­действия тока.

Род и частота тока также в значительной степени определяют степень поражения электрическим током. Наиболее опасен перемен­ный ток частотой 20... 1000 Гц. При частоте меньше 20 Гц или более 1000 Гц опасность поражения током значительно снижается.

Состояние окружающей среды (температура, влажность, наличие пыли, паров кислот) влияет на сопротивление тела человека и сопро­тивление изоляции, что в конечном итоге определяет характер и последствия поражения электрическим током. С точки зрения состоя­ния окружающей среды производственные помещения могут быть сухие, влажные, сырые, особо сырые, жаркие, пыльные с токопроводящей и нетокопроводящей пылью, с химически активной или орга­нической средой. Во всех помещениях, кроме сухих, сопротивление тела человека уменьшается.

В зависимости от условий, повышающих или понижающих опасность поражения человека электрическим током, ПУЭ де­лят все помещения на:

помещения с повышенной опасностью, харак­теризующиеся наличием в них одного из следующих условий, создающих повышенную опасность: сырости (относительная влажность воздуха длительно превышает 75%); высокой тем­пературы (температура воздуха длительно превышает 35 °С); токопроводящей пыли (угольной, металлической и т. п.); токопроводящих полов (металлических, земляных, железобетонных, кирпичных и т. п.), возможности одновременного прикоснове­ния к имеющим соединение с землей металлическим элементам технологического оборудования или металлоконструкциям здания и металлическим корпусам электрооборудования;

особо опасные помещения, характеризующиеся наличием высокой относительной влажности воздуха (близкой к 100%) или химически активной среды, разрушающе дей­ствующей на изоляцию электрооборудования, или одновре­менным наличием двух или более условий, соответствующих помещениям с повышенной опасностью;

помещения без повышенной опасности, в ко­торых отсутствуют все указанные выше условия.

Опасность поражения электрическим током существует всю­ду, где используются электроустановки, поэтому помещения без повышенной опасности нельзя назвать безопасными.

Особо опасными являются многие производственные поме­щения, например цехи машиностроительных и металлургиче­ских заводов, водонасосные станции, помещения для зарядки аккумуляторных батарей и т. п. По степени опасности элек­троустановки вне помещений приравнивают к электроустанов­кам, эксплуатирующимся в особо опасных помещениях.

6.2 Опасность трехфазных электрических цепейс изолированной нейт­ралью.

Провода электрических сетей по отношению к земле имеют ёмкость и активное сопротивление — сопротивление утечки, равное сумме сопротивлений изоляции путем тока на землю (рис. 3.13). Для упрощения анализа можно принять их равными, т. е

С_А = С_B = С_C и r_A = r_в= r_с = r.

При прикосновении человека к одному из фазных проводов (3.13, а) (однофазное сопротивление) исправной сети проводимость этого провода относительно земли уменьшается и происходит смешение нейтрали. Ток через человека в этом случае выражается зависимостью:

где U_ф — фазное напряжение сети; R_ч — сопротивление цепи человека; r = r_тч + r_од + r_об + r_оп , где r_тч — сопротивление тела человека; r_од — сопротивление одежды (0,5...1 кОм — для влажной ткани и 10…15 кОм – для сухой); r_об – сопротивление обуви (для влажной — 0,2...2 кОм, а для сухой — 25...5000 кОм); r_ом — сопротивление опорной поверхно­сти ног — пола или грунта (сопротивление сухих полов достигает 2 кОм, авлажных или пропитанных щелочами или кислотами — 4…50 Ом); сопротивление опорной поверхности ног на грунте зависит от удель­ного сопротивления грунта и может быть определено по формулам: r_oп = 2,2q, если ступни расположены рядом и r_оп = 1,6q — ступни ног расположены на расстоянии шага (где q — удельное сопротивление фунта, Ом м); ω = 2πƒ — угловая частота сети, ƒ — частота тока для промышленных сетей равна 50 Гц.

В случае коротких электрических сетей (при малых емкостях фазных проводов относительно земли С = 0) выражение для тока через чело­века запишется так:

В кабельных сетях сопротивления утечки большие (r→∞), а емко­сти значительны. Тогда:

При двухфазном прикосновении (рис. 3.13, б) человек попадает под линейное напряжение и ток через человека определяется выражением:

где U_л — линейное напряжение сети:

В аварийном режиме работы сети при наличии замыкания на одной из фаз на землю (рис. 3.13, в)ток, проходящий через человека, прикоснувшегося к исправной фазе, выразится зависимостью:

Рис 3 13. Опасность трехфазных электрических цепей с иллюстрированной нейтралью

Если переходным сопротивлением R_к в месте замыкания на землю можно пренебречь по сравнению с сопротивлением цепи человека, ток через человека

где

Таким образом, при прикосновении к одному фазному проводу сети с изолированной нейтралью в нормальном режиме ток через человека зависит от сопротивления утечки и емкости сети относительно земли. Замыкание одной из фаз на землю резко повышает опасность однофазного прикосновения, так как в этом случае человек попадает под напряжение, близкое к линейному. Наиболее опасным является двухфазное прикосновение.

6.3 Опасность трехфазных электрических сетей с заземленной нейт­ралью

Трехфазные сети с заземленной нейтралью обладают малым сопротивлением между нейтралью и землей (практически оно равно сопротивлению рабочего заземления нулевой точки трансформатора или генератора) (рис. 3.14). Напряжение любой фазы исправной сети относительно земли равно фазному напряжению, и ток через человека, прикоснувшегося к одной из фаз (рис. 3.14, а),определится выраже­нием:

где R_о — сопротивление рабочего заземления нейтрали.

Пренебрегая сопротивлением рабочего заземления нейтрали (R ≤ 10 Ом) по сравнению с сопротивлением цепи человека, можно записать:

При двухфазном прикосновении (рис. 3.14, б) человек попадает под линейное напряжение как в сетях с изолированной нейтралью и ток через человека

В аварийном режиме (рис. 3.14, в),когда одна из фаз сети замкнута на землю, происходит перераспределение напряжения и напряжения исправных фаз по отношению к земле отличны от фазного напряжения сети. Прикасаясь к исправной фазе, человек попадает под напряжение U_ч, которое больше фазного, но меньше линейного, и

Рис 3 .14 Опасность трехфазных электрических цепей с заземленной нейтралью ток, проходящий через человека,

Таким образом, прикосновение к исправной фазе при замыкании другой фазы на землю опаснее, чем прикосновение в фазе в нормальном режиме работы трехфазной сети с заземленной нейтралью, а наиболее опасно двухфазное прикосновение.

Анализируя различные случаи прикосновения человека к проводам трехфазных электрических сетей, можно сделать следующие выводы:

1) наименее опасным является однофазное прикосновение к про­воду исправной сети с изолированной нейтралью;

2) при замыкании одной из фаз на землю опасность однофазного прикосновения к исправной фазе больше, чем в исправной сети при любом режиме нейтрали;

3) наиболее опасным является двухфазное прикосновение при
любом режиме нейтрали;

Режим нейтрали трехфазной сети выбирается по технологическим требованиям и по условиям безопасности. Согласно ПУЭ, при напря­жении выше 1000 В применяются две схемы: трехпроводные сети с изолированной нейтралью и трехпроводные сети с эффективно заземленной нейтралью, а при напряжении до 1000 В применяются трех-

Рис. 3.15. Опасность сетей однофазного тока:

а — схема прикосновения к проводу изолированной сета; б — эквивалентная схема; в — схема прикосновения к незаземленному проводу сети с заземленным полюсом; г — схема прикосновения к проводу неисправной сети; д — схема прикосновения к проводу сети с заземленной средней точкой; е — схема прикосновения к двум проводам сетиленной нейтралью, а при напряжении до 1000 В применяются трехпроводные сети с изолированной нейтралью и четырехпроводные сети с глухозаземленной нейтралью.