Электробезопасность

Величина тока, протекающего через тело человека, зависит от напряжения прикосновения UПР и сопротивления тела человека RЧ.

 

I_Ч = U_ПР / R_Ч.

 

Сопротивление тела человека. Электрическое сопротивление разных частей тела человека различно: наибольшее сопротивление имеет сухая кожа, её верхний роговой слой, в котором нет кровеносных сосудов, а так же костная ткань; значительно меньшее сопротивление внутренних тканей; наименьшее сопротивление имеют кровь и спинно - мозговая жидкость. Сопротивление человека зависит от внешних условий: оно понижается при повышении температуры, влажности, загазованности помещения. Сопротивление зависит от состояния кожных покровов: при наличии поврежденной кожи - ссадин, царапин - сопротивление тела уменьшается.

Итак, наибольшим сопротивлением обладает верхний роговой слой кожи:

• при снятом роговом слое R_Ч = 600 - 800 Ом;
• при сухой неповрежденной коже R_Ч = 10 - 100 кОм;
• при увлажненной коже R_Ч = 1000 Ом.

Сопротивление тела человека, кроме того, зависит от величины тока и приложенного напряжения; от длительности протекания тока. плотности контактов, площади соприкосновения с токоведущими поверхностями и пути электрического тока

Для анализа травматизма  сопротивление кожи человека принимают  R_Ч = 1000 Ом.

С ростом тока, проходящего  через человека, его сопротивление  уменьшается, т. к. при этом увеличивается  нагрев кожи и растет потоотделение. По этой же причине снижается R_Ч с увеличением длительности протекания тока. Чем выше приложенное напряжение, тем больше ток человека I_Ч, тем быстрее снижается сопротивление кожи человека.

Величина тока. В зависимости от его величины электрический ток, проходящий через человека (при частоте 50 Гц), вызывает следующие травмы:

при 0.6 -1.5 мА - легкое дрожание рук;

при 5 -7 мА - судороги в руках;

при 8 - 10 мА - судороги и сильные  боли в пальцах и кистях рук;

при 20 - 25 мА - паралич рук, затруднение дыхания;

при 50 - 80 мА - паралич дыхания, при длительности более 3 с - паралич  сердца;

при 3000 мА и при длительности более 0.1 с - паралич дыхания и  сердца, разрушение тканей тела.

Следовательно, смертельным  следует считать величины тока 0.1 А. С повышением частоты электрического тока более 500 Гц действие его ослабевает.

Напряжение, приложенное  к телу человека, также влияет на исход поражения, но лишь, постольку, поскольку оно определяет значение тока, проходящего через человека.

Длительность воздействия  тока. Существенное влияние на исход поражения оказывает длительность прохождения тока через тело человека. Продолжительное действие тока приводит к тяжелым, а иногда смертельным поражениям.

При кратковременном воздействии (0,1.0,5 с) ток порядка 100 мА не вызывает фибрилляции сердца. Если увеличить  длительность воздействия до 1 с, то этот же ток может привести к смертельному исходу. С уменьшением длительности воздействия значения допустимых для  человека токов существенно увеличиваются. Так, при изменении времени воздействия от 1 до 0,1 с допустимый ток возрастет, примерно, в 16 раз.

Частота и род тока. Постоянный ток как не изменяющийся во времени по величине и напряжению, ощущается только в моменты включения и отключения от источника. Обычно его действие тепловое (при длительном включении). При больших напряжениях он может вызывать электролиз ткани и крови. По мнению многих исследователей, постоянный ток напряжением до 300 В менее опасен, чем переменный ток того же напряжения. Большинство исследователей пришли к выводу, что переменный ток промышленной частоты 50 - 60 Гц является наиболее опасным для организма. Это объясняется следующим образом. При приложении к клетке постоянного тока частицы внутриклеточного вещества расщепляются на ионы разного знака, которые устремляются к внешней оболочке клетки. Если на клетку воздействует ток переменной частоты, то, следуя за изменениями полюсов переменного тока, ионы будут перемещаться то в одну, то в другую сторону. При некоторой частоте тока ионы будут успевать проходить двойную ширину клетки (туда и обратно). Эта частота и соответствует наибольшему возмущению клетки и нарушению ее биохимических функций (50 - 60 Гц).

С увеличением частоты  переменного тока амплитуда колебаний  ионов уменьшается, и при этом происходит меньшее нарушение биохимических  функций клетки. При частоте порядка 500 кГц этих изменений уже не происходит. Здесь опасным для человека являются ожоги от теплового воздействия  тока.

Пути прохождения тока через тело человека. Путь тока в теле человека зависит от того, какими участками тела пострадавший прижимается к токоведущим частям, его влияние на исход поражения проявляется еще и потому, что сопротивление кожи на разных участках тела неодинаково.

Электротравмы происходят при движении тока по одному из трех путей:

1) рука - туловище - рука;

2) рука - туловище - нога;

3) обе руки- туловищ -обе ноги.

При движении тока по третьему пути сопротивление цепи наибольшее, следовательно, степень травматизма  наименьшая. Наиболее сильное действие тока будет при движении его по первому пути.

Наиболее опасно прохождение  тока через дыхательные мышцы  и сердце. Часть общего тока, проходящего  через сердце:

• путь рука - рука - 3,3 % общего тока;
• путь левая рука - ноги - 3,7 % общего тока;
• путь правая рука - ноги - 6,7 % общего тока;
• путь нога - нога - 0,4 % общего тока.
• голова – ноги – 6,8 % общего тока;
• голова - руки – 7% общего тока

Наименьший ток  через сердце проходит при пути тока по нижней петле "нога-нога". Однако из этого не следует делать выводы о малой опасности нижней петли (действие шагового напряжения). Обычно, если ток достаточно велик, он вызывает судороги ног, и человек падает, после  чего ток уже проходит через грудную  клетку, т.е. через дыхательные мышцы  и сердце

Состояние здоровья человека и фактор внимания. Исход поражения при воздействии электрическим током зависит от психического и физического состояния человека.

При заболеваниях сердца, щитовидной железы и т.п. человек подвергается более сильному поражению при меньших значениях тока, т.к. в этом случае уменьшается электрическое сопротивление тела человека и уменьшается общая сопротивляемость организма внешним раздражениям. Отмечено, например, что для женщин пороговые значения токов примерно в 1,5 раза ниже, чем для мужчин. Это объясняется более слабым физическим развитием женщин. При применении спиртных напитков сопротивление тела человека падает, уменьшается сопротивляемость организма человека и внимание. При собранном внимании сопротивление организма повышается.

Условия внешней среды. Влажность и температура воздуха, наличие заземленных металлических конструкций и полов, токопроводящей пыли оказывают дополнительное влияние на условия электробезопасности. Окружающая среда воздействуя на электрическую изоляцию приборов, устройств, электрическое сопротивление тела человека, она может создать те или иные условия для поражения электрическим током. В этом отношении помещения, в которых находится электрооборудование, могут быть с повышенной опасностью, особо опасные и без повышенной опасности.

ЗАЩИТА ОТ ПОРАЖЕНИЯ  ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ

 

Для обеспечения электробезопасности  в соответствии с Правилами устройства электроустановок применяются следующие  методы:

Обеспечение недоступности, ограждение и блокировка токоведущих частей. Эти средства применяют для защиты от случайного попадания в опасную зону или прикосновения человека к токоведещим частям электроустановок. Высота ограждений опасных зон в электроустановках, находящихся в помещениях, должна быть не ниже 1,7 м, а на открытых площадках не менее 2 м. Блокировка представляет собой устройство, которое допускает определенный порядок отключения или снятия напряжения с токоведещих частей, исключая тем самым возможность попадания человека в опасную зону. Электрическая блокировка применяется для автоматического отключения электроустановки при открывании дверей, снятии ограждения, других подобных работах, при которых открывается доступ к токоведущим частям, находящимся под напряжением, а также при приближении человека к опасной зоне.

Применение  малых напряжений (<= 42 В). Малое напряжение (не более 42В) применяется для ручного инструмента, переносного и местного освещения в любых помещениях и вне их. Оно применяется также в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных для питания светильников местного стационарного освещения, если они расположены на высоте менее 2,5 м. Распространено в применении напряжение 36 В, а в замкнутых металлических емкостях должно применяться напряжение не более 12 В.

Электрическое разделение сетей на участки с помощью разделительных трансформаторов. Электрическое разделение сетей осуществляется через специальный разделительный трансформатор, который отделяет сеть с изолированной или глухозаземленной нейтралью от участка сети, питающего электроприемник. При этом связь между питающей сетью и сетью приемника осуществляется через магнитные поля, участок сети приемника и сам приемник не связываются с землей. Разделительный трансформатор представляет собой специальный трансформатор с коэффициентом трансформации, равном единице, напряжением не более 380 В, с повышенной надежностью конструкции и изоляции. От трансформатора разрешается питание не более одного приемника с током не более 15 А.

Защитное  заземление корпусов оборудования. Заземлением называется соединение с землей нетоковедущих металлических частей электрооборудования через металлические детали, закладываемые в землю и называемые заземлителями, и детали, прокладываемые между заземлителями и корпусами электрооборудования, называемые заземляющими проводниками. Проводники и заземлители обычно делаются из низкоуглеродистой стали, называемой в просторечии железом.

Заземление предназначается  для устранения опасности поражения  человека электрическим током во время прикосновения к нетоковедущим  частям, находящимся под напряжением. Это достигается путем снижения до безопасных пределов напряжения прикосновения и шага за счет малого сопротивления заземлителя. Областью применения защитного заземления являются сети переменного и постоянного тока с изолированной нейтралью источника напряжения или трансформатора.

Для заземления могут быть использованы детали уже существующих сооружений, которые называются естественными  заземлителями:

металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в соприкосновении  с землей;

металлические трубопроводы, проложенные в земле, за исключением  трубопроводов горючих жидкостей  и газов;

свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле;

обсадные трубы скважин  и т. д.

Защитное  отключение сети за время не более 0,2 с при возникновении опасности поражения током. Устройство защитного отключения (УЗО) состоит из чувствительного элемента, реагирующего на изменение контролируемой величины, и исполнительного органа, отключающего соответствующий участок сети.

Чувствительный элемент  может реагировать на потенциал  корпуса, ток замыкания на землю, напряжение и ток нулевой последовательности, оперативный ток. В качестве выключателей могут применяться контакторы, магнитные  пускатели, автоматические выключатели  с независимым расцепителем, специальные выключатели для УЗО.

Назначение УЗО —  защита от поражения электрическим  током путем отключения ЭУ при появлении опасности замыкания на корпус оборудования или непосредственно при касании тоговедущих частей человеком.

УЗО применяется в ЭУ напряжением до 1000 В с изолированной или глухозаземленной нейтралью в качестве основного или дополнительного технического способа защиты, если безопасность не может быть обеспечена путем применения заземления или зануления или если заземление или зануление не могут быть выполнены по некоторым причинам.

УЗО обязательно для  контроля изоляции и отключения ЭУ при снижении сопротивления изоляции в ЭУ специального назначения, например, в подземных горных выработках (реле утечки).

Примером УЗО является защитно-отключающее устройство типа ЗОУП—25, предназначенное для отключения и включения силовых трехфазных цепей при напряжении 380 В и токе 25 А в системах с глухозаземленной нейтралью, а также для защиты людей при касании токоведущих частей или корпусов оборудования, оказавшихся под напряжением.

Зануление корпусов электрооборудования в сетях с глухозаземленной нейтралью. Зануление – это преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным кабелем. Токовой защитой являются: плавкие предохранители или автоматические рыле (выключатели), установленные пред потребителями энергии для защиты от токов короткого замыкания.

Зануление используется в электрических цепях напряжением до 1000В с заземленной нейтралью. Занулению подлежат те же металлические конструктивные нетоковедущие части электрооборудования, которые подлежат защитному заземлению (корпуса машин и аппаратов, баки трансформаторов и др.)

Выравнивание  потенциалов корпусов электрооборудования. Как известно, напряжение прикосновения или шага получается тогда, когда есть разность потенциалов между основанием, на котором стоит человек, и корпусами оборудования, которых он может коснуться, или между ногами. Если соединить посредством дополнительных электродов и проводников места возможного касания телом человека, то не будет разности потенциалов и связанной с ней опасности.