Действие электрического тока на человека

Возможных путей тока в теле человека, которые называются также петлями тока, достаточно много. Наиболее часто встречающиеся петли тока: рука–рука, рука-ноги и нога-нога (таблица 1).

Наиболее опасны петли голова-руки и голова-ноги, но эти петли возникают относительно редко.

Таблица 1

Характеристика путей тока в теле человека

Путь тока	Частота возникновении пути тока, %	Доля терявших сознание при прохождении тока, %
Рука-рука	40	83
Правая рука – ноги	20	87
Левая рука – ноги	17	80
Нога-нога	6	15
Голова–ноги	5	88
Голова–руки	4	92
Прочие	8	65

 

Род и частота электрического тока. Постоянный ток примерно в 4–5 раз безопаснее переменного. Это вытекает из сопоставления пороговых ощутимых, а также неотпускающих токов для постоянного и переменного токов. Значительно меньшая опасность поражения постоянным током подтверждается и практикой эксплуатации электроустановок: случаев смертельного поражения людей током в установках постоянного тока в несколько раз меньше, чем в аналогичных установках переменного тока.

Это положение справедливо лишь для напряжений до 250-300 В. При более высоких напряжениях постоянный ток более опасен, чем переменный (с частотой 50 Гц).

Для переменного тока играет роль также и его частота. С увеличением частоты переменного тока полное сопротивление тела уменьшается, что приводит к увеличению тока, проходящего через человека, а следовательно повышается опасность поражения.

Наибольшую опасность представляет ток с частотой от 50 до 100 Гц; при дальнейшем повышении частоты опасность поражения уменьшается и полностью исчезает при частоте 45–50 кГц. Эти токи сохраняют опасность ожогов. Снижение опасности поражения током с ростом частоты становится практически заметным при 1-2 кГц.

Индивидуальные свойства человека. Установлено, что физически здоровые и крепкие люди легче переносят электрические удары.

Повышенной восприимчивостью к электрическому току отличаются лица, страдающие болезнями кожи, сердечно-сосудистой системы, органов внутренней секреции, легких, нервными болезнями и др. Поэтому лица с такими болезнями не допускаются к работе с действующими электроустановками.

Условия внешней среды. Состояние окружающей воздушной среды, а также окружающая обстановка могут существенным образом влиять на опасность поражения током.

Сырость, токопроводящая пыль, едкие пары и газы, разрушающе действующие на изоляцию электроустановок, а также высокая температура окружающего воздуха понижают электрическое сопротивление тела человека, что еще больше увеличивает опасность поражения его током,

В зависимости от наличия перечисленных условий, повышающих опасность воздействия тока на человека, «Правила устройства электроустановок» делят все помещения по опасности поражения людей электрическим током на следующие классы: без повышенной опасности, с повышенной опасностью, особо опасные, а также территории размещения наружных электроустановок.

1) Помещения без повышенной опасности  характеризуются отсутствием условий, создающих повышенную или особую опасность.

2) Помещения  с повышенной опасностью характеризуются  наличием в них одного из  следующих условий, создающих повышенную  опасность: а) сырости (относительная  влажность воздуха длительно  превышает 75%); б) высокой температуры (выше +35°С); в) токопроводящей пыли; г) токопроводящих полов (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные и др.); д) возможности одновременного прикосновения человека к имеющим соединения с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, механизмам и т. п., с одной стороны, и металлическим корпусам электрооборудования – с другой.

3) Особо  опасные помещения характеризуются  наличием одного из следующих  условий, создающих особую опасность: а) особой сырости (относительная  влажность воздуха близка к 100%: потолок, стены, пол и предметы в помещении покрыты влагой); б) химически активной или органической среды (разрушающей изоляцию и токоведущие части электрооборудования); в) одновременно двух или более условий повышенной опасности.

К таким же помещениям относятся и участки работ на земле под открытым небом или под навесом.

Критерии безопасности электрического тока. При проектировании, расчете и эксплуатационном контроле защитных систем руководствуются допустимыми значениями тока при данном пути его протекания и длительности воздействия в соответствии с ГОСТ 12.1.038-82.

Таблица 2

Практически допустимые величины тока

Длительность воздействия, с	Ток, мА
1,0	50
0,7	90
0,5	125
0,2	190

 

При длительном воздействии допустимый ток принят в 1 мА. При продолжительности воздействия до 30 с – 6 мА. При воздействии 1 с и менее величины токов приведены ниже, однако они не могут рассматриваться как обеспечивающие полную безопасность и принимаются в качестве практически допустимых с достаточно малой вероятностью поражения (см. табл. 2).

Эти токи считаются допустимыми для наиболее вероятных путей их протекания в теле человека: рука-рука, рука-ноги и нога-нога.

 

УСЛОВИЯ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ

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.

 

СИТУАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ПОРАЖЕНИЯ ТОКОМ

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.

,

где Uл – линейное напряжение (напряжение между фазными проводами сети), В; Uф – фазное напряжение (напряжение между началом и концом одной обмотки или между фазными и нулевыми проводами). В; Rh – сопротивление тела человека, Ом.

В сети с линейным напряжением Uл = 380 В (Uф = = 220 В) при сопротивлении тела человека Rh = 1000 Ом ток через человека будет равен

Ih= 1,73 ´ 220/1000 = 380/1000 = 0,38 А.

 

Этот ток для человека смертельно опасен, т. к. почти в 4 раза превышает пороговый фибрилляционный ток, который в 5% случаев приводит к летальному исходу.

При двухфазном прикосновении ток, проходящий через человека, практически не зависит от режима нейтрали сети. Опасность прикосновения не уменьшается и в том случае, если человек будет надежно изолирован от земли.

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. Соответственно меньше оказывается и ток, проходящий через человека. На значение тока большое влияние оказывает режим нейтрали сети (изолированная или глухозащищенная), сопротивление изоляции проводов относительно земли, сопротивление пола (или основания), на котором стоит человек, сопротивление его обуви и некоторые другие факторы.

Рассмотрим несколько подробнее условия поражения током в зависимости от режима нейтрали сети.

В сети с изолированной нейтралью (рис. 29, а) в случае прикосновения человека к голому проводу одной из фаз ток проходит через тело человека, землю и далее через сопротивление изоляции в сеть. Если емкость проводов относительно земли мала, что обычно имеет место в воздушных сетях небольшой протяженности, значение тока через человека определяется из выражения:

 

Ih = Uф / (Rh + Rос + Rоб + Rиз / 3),

 

где Rh, Roc, Rоб, Rиз – сопротивление человека, основания, обуви и изоляции проводов относительно земли соответственно.

При подстановке численных значений Rh, = 1 кОм, Roc = 30 кОм, Rоб = 20 кОм и Rиз = 150 кОм Ih = 220 / (1000 + 30 000 + 20 000 + 150 000 / 3) ≈ 2,2 мА, что больше порогового ощутимого, но меньше порогового неотпускающего тока, и вероятность благоприятного исхода весьма велика.

Даже при наиболее неблагоприятных условиях (проводящий пол, проводящая обувь, т. е. Rос = 0; Roб = 0) и при том же реальном значении сопротивления изоляции Rиз = 150 кОм ток через человека равен: Ih = 220 / (1000 + 150 000/3) = 4,4 мА, что все еще меньше порогового неотпускающего, и поэтому исход должен быть по-прежнему благоприятный.

Как видно из примеров, в сети с изолированной нейтралью безопасные условия эксплуатации электроустановки зависят прежде всего от изоляции проводов относительно земли, а также от сопротивления основания и обуви.

Схема прохождения тока через тело человека при однофазном прикосновении к токоведущим частям

а – в сети с изолированной нейтралью; б – в сети с заземленной нейтралью.

 

Однако в сетях с большой емкостью относительно земли роль изоляции проводов в обеспечении безопасности прикосновения утрачивается. В сети с заземленной нейтралью (рис. 29, б) в случае прикосновения человека к голому фазному проводу он оказывается под фазным напряжением. Ток проходит через тело человека в землю и далее через заземление нейтрали в сеть:

 

Ih = Uф / (Rh + Roс + Rоб + Rо),

 

где R0 – сопротивление заземления нейтрали.

В случае нахождения человека на проводящем полу (например, металлическом) и хорошей проводимости обуви, т. е. при Rос = 0; Rоб = 0 и сопротивлении заземления нейтрали Rо = 4 Ом (для Uл = 380 В), которым можно пренебречь, ток, проходящий через тело человека, будет не менее опасным для жизни, чем при двухфазном прикосновении. Он равен: Ih = Uф / Rh, = 220 / 1000 = 0,22 А = 220 мА. Этот ток является смертельно опасным, а сопротивление изоляции не ограничивает тока поражения.

При увеличении сопротивления основания и обуви опасность поражения электрическим током понижается. Так, если Roc = 30 кОм и Roб = 20 кОм, Ih = 220 / 1000 + 30 000 + 20 000 = 4,4 мА, что с большой вероятностью безопасно для человека. Поэтому для улучшения условий безопасности персонала в помещениях с электроустановками предусматриваются изолирующие полы и применяются изолирующая обувь, изолирующие перчатки и инструмент с изолирующими ручками.

При нормальных условиях эксплуатации электроустановок однофазное включение человека в сеть с изолированной нейтралью менее опасно, чем в сеть с заземленной нейтралью. Но в случае замыкания одной из фаз на землю в сети с изолированной нейтралью напряжение возрастает от фазного до линейного, а в сети с заземленной нейтралью повышение напряжения незначительно.

В электроустановках напряжением выше 1 кВ вследствие большой их протяженности и, следовательно, большой емкости между фазами и емкости фаз относительно земли опасность однофазного и двухфазного прикосновения практически одинакова и не зависит от режима нейтрали. Любое прикосновение к токоведущим частям в электроустановках напряжением выше 1 кВ опасно независимо от схемы питания. Поэтому здесь принимаются все меры для того, чтобы сделать токоведущие части недоступными для случайного прикосновения человека. Их располагают на недоступном расстоянии, надежно ограждают, строго регламентируют порядок доступа к электроустановке и т. д.

 

Рассмотрим условия поражения током в случае прикосновения человека к нормально изолированным частям электрооборудования, оказавшимся под напряжением из-за замыкания фазы на корпус (рис. 30). Опасность поражения будет определяться в первую очередь напряжением прикосновения, которое будет равно разности между потенциалом на заземленном корпусе, к которому человек прикасается рукой φр = φк, и потенциалом φн поверхности земли в точке нахождения ног: Unp = φк – φн. Так как на любом из корпусов оборудования, присоединенных к заземлителю, потенциал будет равен потенциалу заземлителя φз, то Unp = φз - φн

В случае нахождения человека над заземлителем (рис. 30) напряжение прикосновения равно нулю, так как потенциалы рук и ног одинаковы и равны потенциалу заземлителя. При удалении от заземлителя напряжение прикосновения стремится к максимальному значению, так как потенциал ног стремится к нулю, т. е. Unp = φз - 0 (позиция 3).

Фактически напряжение прикосновения, приложенное собственно к телу человека, будет меньше значения Unp ввиду падения напряжения на сопротивлении обуви и основания пола или грунта непосредственно под каждой ногой. Применение диэлектрических перчаток, галош или бот увеличивает общее сопротивление и, следовательно, уменьшает значение тока, проходящего через тело человека.

 

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.