!Учебный год 23-24 / Мищенко, Тищенко - БЖД

251

ту или иную степень поражения, является сила тока, проходящего через тело человека табл. 8.2 [14].

252

Пороговые токи – вызывают первые ощущения воздействия тока. Величина этих токов зависит от состояния поверхности кожи, индивидуальной чувствительности к току человека и находится в пределах0,5-5 мА для переменного тока; 5-7 мА для постоянного тока.

Отпускающие токи – при их прохождении человек сохраняет способность самостоятельно освободиться от контакта с токоведущимича стями. Величина отпускающих токов находится в пределах 5-10 мА для переменного тока; 7-25 мА для постоянного тока.

Удерживающие токи более 10 мА для переменного тока; 25 мА для постоянного тока.

При этих значениях тока боль в руке становится непереносимой, а судороги мышц оказываются такими, что человек не в состоянии их преодолеть. В результате он не может разжать руку, в которой зажата токоведущая часть, не может отбросить от себя провод, и оказывается прикованным к нему.

Ток, превышающий пороговый неотпускающий ток– 25-50 мА при 50 Гц, воздействует на мышцы не только рук, но туловища, в том числе на мышцы грудной клетки. Длительное воздействие этого тока может вызвать прекращение дыхания и ослабление деятельности сердца, потерю сознания и смерть от удушья. Ток вплоть до 100 мА (50 Гц) вызывает нарушение работы органов дыхания и кровообращения через меньший промежуток вре-

мени [18].

Смертельной считается сила токаIсм= 0,1 А, т.к. вызывает фибрилляцию сердца.

Фибрилляционный ток – это ток, при котором происходит хаотичное сокращение волокон мышц сердца. Фибрилляционный ток начинается с порогового 100 мА и более до 5 А (при 50 Гц). Поражение сердца наступает быстро, не более чем через 2 ч с начала воздействия тока. При постоянном токе порогом фибрилляции считается300 мА, а верхним пределом фибрилляционного тока – 5 А. Фибрилляционные токи 0,1-5 А для переменного тока; 0,3-5 А для постоянного тока [18].

4) Продолжительность действия электрического тока. Суще-

ственное влияние на исход поражения электротоком оказывает длительность прохождения тока через тело человека. Продолжительное действие тока приводит к тяжелым, а иногда смертельным последствиям.

При кратковременном воздействии 0,2-0,5 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 15 раз.

Кроме того, сокращение длительности воздействия электрического тока уменьшает опасность поражения человека исходя из некоторых осо-

253

бенностей работы сердца. Продолжительность одного периода кардиоцикла составляет 0,75-0,85 с. В каждом кардиоцикле наблюдается период систолы, когда желудочки сердца сокращаются и выталкивают кровь в артериальные сосуды. После чего желудочки переходят в расслабленное состояние. В период диастолы желудочки наполняются кровью. Происходит сокращение предсердий. Установлено, что сердце наиболее чувствительно к воздействию электрического тока во время, когда желудочки находятся в расслабленном состоянии. Для того чтобы возникла фибрилляция сердца, необходимо совпадение по времени воздействия тока с фазой расслабления желудочков сердца, продолжительность, которой 0,15-0,2 с. С сокращением длительности воздействия электрического тока вероятность такого совпадения становится меньше, а следовательно, уменьшается опасность возникновения фибрилляции сердца.

5) Род и частота тока. Установлено, что переменный ток более опасен, чем постоянный (см. табл. 8.2) – одни и те же воздействия вызываются большими значениями постоянного тока, чем переменного. Однако это характерно для относительно небольших напряжений до300 В. Считают, что напряжение 120 В постоянного тока при одинаковых условиях эквивалентно по опасности напряжению 40 В переменного тока. При более высоких напряжениях опасность постоянного тока возрастает.

В интервале напряжений400-600 В опасность постоянного тока практически равна опасности переменного тока с частотой520 Гц, а при напряжении более 600 В постоянный ток опаснее переменного. При попадании под постоянное напряжение особенно резкие болевые ощущения возникают в момент замыкания и размыкания электрической цепи.

Исследования показали, что самыми неблагоприятными для человека являются токи промышленной частоты (50 Гц).

Токи частотой f > 500 тыс. Гц не оказывают раздражающего действия на ткани и поэтому не вызывают электрического удара. Однако они сохраняют опасность по условиям термических ожогов и нагрева организма человека.

Зная физиологическое действие электрического тока на организм человека, можно определить минимальное напряжение, при котором уже может произойти смертельное поражение. Если считать опасным для жизни человека электрический токIоп = 0,05 А, а сопротивление человека

Rч= 1000 Ом, то минимальное напряжение Uоп = Iоп·Rч= 0,05·1000 = 50 В.

Отсюда видно, что эксплуатация электрических устройств, работающих с напряжением 50 В и выше, опасна.

6) Условия внешней среды. Влажность и температура воздуха, наличие незаземленных металлических конструкций, полов, токопроводящей пыли оказывают дополнительное влияние на условия электробезопасности. Степень поражения электротоком во многом зависит от плотности и площади контакта человека с токоведущими частями. Во влажных помещениях с высокой температурой или наружных электроустановках скла-

254

дываются неблагоприятные условия, при которых площадь контакта человека с токоведущими частями увеличивается. В зависимости от наличия перечисленных условий все помещения по опасности поражения электрическим током делятся на три категории (табл. 8.3) согласно ПУЭ [16].

Таблица 8.3

Категории помещений по степени опасности поражения людей электрическим током

7)Индивидуальные свойства человека. Известно, что физически здоровые и крепкие люди легче переносят действие электрического тока.

Повышенной восприимчивостью к электрическому току отличаются лица, страдающие болезнями кожи, сердечнососудистыми заболеваниями, органов внутренней секреции, легких, нервными болезнями и т. п.

По правилам техники безопасности при эксплуатации электроустановок предусматривают отбор персонала для обслуживания действующих электроустановок по состоянию здоровья. С этой целью проводится медицинское освидетельствование лиц при поступлении на работу и периодические осмотры 1 раз в два года в соответствии со списком болезней и - рас стройств, препятствующих допуску к обслуживанию действующих электроустановок.

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

255

ково. Из возможных вариантов (рис. 8.2) путей тока через тело человека наиболее опасны большие петли– «голова-руки», «голова-ноги» и «рукиноги» (табл. 8.4) [18], захватывающие мышцы грудной клетки, участвующие в процессе дыхания и область сердца, а наименее – «нога-нога».

Рис. 8.2. Характеристика пути тока в теле человека: 1 – «рука-рука»; 2 – «правая руканоги»; 3 – «левая рука-ноги»; 4 – «правая рука-правая нога»; 5 – «правая рука-левая нога»; 6 – «левая рука-левая нога»; 7 – «левая рука-правая нога»; 8 – «обе руки-обе ноги»; 9 – «нога-нога»; 10 – «голова-руки»; 11 – «голова-ноги»; 12 – «голова-правая рука»; 13 – «голова-левая рука»; 14 – «голова-правая нога»; 15 – «голова-левая нога»

Согласно закону Ома ( Iч =U / R ) сила тока, протекающего через организм, определяется величиной напряжения между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек и сопротивлением цепи

(сумма сопротивлений проводников, пола, обуви и организма человека).

Тем самым, чем больше напряжение и меньше сопротивление цепи, тем больше и опаснее электрический ток. В аварийном режиме предельно допустимым напряжением является20 В (при длительности воздей-

ствия более 1 с).

К причинам поражения электрическим током относятся:

1. Появление напряжения на металлических токоведущих частях оборудования вследствие:

– нарушения изоляции токоведущих частей;

256

–контакта с неизолированной токоведущей частью;

–вследствие индукции от высоковольтных электроустановок или электросетей;

–вследствие удара молнии.

2.Прикосновение к неизолированным токоведущим частям на распределительных щитах.

3.Появление шагового напряжения (появляется потенциал на осно-

вании оборудования).

4.Образование электрической дуги при эксплуатации высоковольтных установок.

5.Неправильный монтаж электрооборудования.

6.Отсутствие или неисправность защитных устройств.

7.Нарушение правил техники безопасности при эксплуатации установок электросетей.

8.3. Условия поражения электрическим током

Виды существующих электросетей:

Однофазные простейшие

–однофазные однопроводные электросети применяются в установ-

ках до 1000 В (на транспорте);

–однофазные двухпроводные электросети изолированные от сети применяются в установках как с напряжением 12-47 В, так и 127-380 В;

Однофазные двухпроводные электрические сети с заземленным выводом вторичной обмотки.

Трехфахные электросети

–трехфазные трехпроводные (ЛЭП 6-35 кВ);

–трехфазные трехпроводные с эффективно заземленной нейтралью

(в установках свыше 1000 В и ЛЭП);

–трехфазные четырехпроводные электросети с изолированной нейтралью (как правило не используются, так как до 1000 В невозможно обеспечить безопасность обслуживающего персонала, а выше 1000 В неэкономично использовать нейтральный провод);

–трехфазные четырехпроводные электросети с глухозаземленной нейтралью (самая распространенная бытовая и производственная электросеть).

Поражение электрическим током происходит в результате:

–прямого прикосновения к неизолированным токоведущим частям,

находящимся под напряжением (оголенные провода, шины, клеммы, контакты и т. п.) по вине самого пострадавшего или должностного лица, не обеспечившего безопасность;

–косвенного прикосновения к нетоковедущим, но токопроводящим частям оборудования, инструмента или инженерных сооружений, кото-

рые при пробое изоляции или иным причинам не связанным с действиями

257

пострадавшего оказались под напряжением(рассматривается как отказ техники);

–недопустимого приближения человека к металлическим частям, находящимся или оказавшимся под напряжением.

При прямом и косвенном прикосновениях условия поражения определяются видом и параметрами электрической сети, типом прикосновения, применяемым способом и средствами защиты, классом опасности помещения (условия работ) и степенью изоляции человека от земли(под землей понимается точка почвы с нулевым потенциалом).

В зависимости от способа включения человека в электрическую цепь различают:

–однополюсное – если человек, стоя на земле, касается рукой или головой неизолированных токоведущих частей (рис. 8.3 а и 8.4 а), в результате чего электрический ток протекает по пути«рука-нога» или «голова-нога»;

–двухполюсное – если изолированный от земли сопротивлением обуви и пола человек двумя руками или головой и одной рукой касается неизолированных проводов разных фаз или фазного и нулевого провода (рис. 8.3 б, 8.4 б), в результате чего электрический ток протекает по пути «рука-рука» или «голова-рука». Сопротивление цепи будет включать только сопротивление тела ( Rч ).

Рис. 8.3. Трехфазные электрические цепи с изолированной нейтралью: а – однополюсное включение; б – двухполюсное включение; в – включение человека в сеть в аварийном режиме при наличии замыкания одной из фаз на землю; Iч – ток, протекающий че-

рез человека; ra , rв , rc , Ca , Cв , Cc – соответственно омические и емкостные сопротивле-

ния изоляции фаз C, B, A относительно земли; Rч – переходное сопротивление в месте замыкания на землю

Анализ случаев электротравм свидетельствует, что хотя двухполюсное включение человека в электрическую цепь встречается довольно редко, оно наиболее опасно для всех видов сетей. Это связано с тем, что согласно закону Ома величина тока, проходящего через тело человека, для однофазной сети равна Iч = U раб Rч и для трехфазной сети– Iч = U л Rч . То

есть определяется только сопротивлением тела человека и напряжением сети. При U л = U раб = 220 В и Rч =1000 Ом I÷ = 2201000 = 220 мА, что значи-

258

тельно превосходит смертельную величину в100 мА. Таким образом, тяжесть травмы или даже жизнь человека зависит от того, как быстро он разорвет электрическую цепь (освободится от контакта с проводником тока), ибо в этом случае время воздействия является определяющим [8, 9].

Рис. 8.4. Трехфазные электрические цепи с заземленной нейтралью: а – однополюсное включение; б – двухполюсное включение; в – включение человека в сеть в аварийном режиме при наличии замыкания одной из фаз на землю; Rч – переходное со-

противление в месте замыкания на землю; R0 – сопротивление рабочего заземления ну-

левой точки трансформатора на подстанции или генератора; Iч – ток, протекающий че-

рез человека; C, B, A, N – фазы

Прямые однополюсные включения во всех сетях с глухозаземлен-

ной нейтралью также опасны, так как человек будет находиться под фазным напряжением, а ток проходит по пути «рука-ноги» или «рука-рука». В сетях с изолированной нейтралью поражения не произойдет, так как сопротивление между фазами и землей велико и величина тока, проходящего через человека, будет малой, равной величине тока утечки.

Косвенные прикосновения, по сути, соответствуют прямым однопо-

люсным и величина тока, протекающего через тело человека по петле «рука-ноги», определяется напряжением прикосновения. Для человека, стоящего на земле и касающегося заземленного оборудования, корпус которого оказался под напряжением, таким напряжением прикосновения будет являться разность потенциалов руки и ноги. Потенциал руки jр ра-

вен потенциалу появившемуся на корпусе в результате пробоя изоляции фазы, а потенциал ног jн определяется потенциалом земли, который зависит от удаленности человека от точки стекания тока в землю(рис. 8.5а) [18] и определяется по выражению

Uпр =jр -jн =[Iз ×r×(1/ r -1/ x)]/(2p),

где Iз – ток, стекающий через заземлитель, А; r – удельное сопротивление грунта, Ом·м; r – радиус заземлителя, м; x – расстояние от человека, стоящего на грунте, до заземлителя, м.

Потенциал на поверхности грунта распределяется по гиперболическому закону jx = k / x , где k – постоянная величина, определяемая в зависимости от электрического сопротивления грунта и величины стекающего тока

259

замыкания; x – расстояние от точки замыкания до земли(рис. 8.5 б). Следовательно, по мере удаления от заземлителя напряжение прикосновения увеличивается, и за пределами зоны растекания тока(20 м от точки стекания тока с корпуса в землю) фактически равно потенциалу корпуса. Если человек стоит рядом с точкой стекания тока, потенциал земли (потенциал ног) практически равен потенциалу корпуса (потенциалу руки), и напряжение прикосновения равно нулю, т. е. человек находится в безопасности.

Рис. 8.5. Схемы: а – формирования напряжения прикосновения к заземленным нетоковедущим элементам, оказавшимся под напряжением; б – растекания тока в грунте;

в – формирования напряжения шага: I – потенциал растекания тока в грунте; II – напряжение прикосновения; R3 – сопротивление заземлителя; U ш 1 , U ш 2 – напряжение

шага; U3 – напряжение заземлителя; U пр 1 , U пр 2 , U пр 3 – напряжения прикосновения;

х – расстояние от заземлителя до ближней точки касания человеком поверхности земли; a – ширина шага (обычно 80 см)

Если человек находится в зоне растекания тока, то при одновременном касании ее поверхности ногами он попадает под обусловленное растеканием тока замыкания на землю напряжение шага, величина которого определяется разностью потенциалов, под которыми находятся его ноги (рис. 8.5 в) [18]

Напряжение шага зависит от трех факторов: потенциала зазем-

лителя; расстояния от человека до заземлителя(с удалением от зазем-

лителя напряжение уменьшается и обращается в нуль за пределами зоны растекания) и ширины шага (чем она больше, тем выше напряже-

ние) [9].

Опасность воздействия напряжения шага на человека заключается в том, что при протекании тока по нижней петле возникают судороги мышц ног, человек падает на землю и цепь тока замыкается вдоль всего тела, это может вызвать тяжелое поражение организма.

Анализ случаев прикосновения человека к проводам трехфазных электрических сетей показал, что:

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

260

2)в случае замыкания 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.

8.4. Методы и средства обеспечения электробезопасности

Надежность работы и безопасность жизнедеятельности в процессе эксплуатации и обслуживания электроустановок достигается посредством точного соблюдения правил технической эксплуатации и реализацией мероприятий защиты в соответствии с рекомендациями государственных стандартов по электробезопасности [5], Межотраслевых правил по охране труда (технике безопасности) при эксплуатации электроустановок и Правил устройства электроустановок (ПУЭ) [12, 16]. Для оптимальной защиты от поражения электрическим током в зависимости от категории электриче-

ской опасности помещений эти документы регламентируют раздельное или комплексное применение следующихтехнических способов и средств:

–размещение неизолированных токоведущих элементов вне зоны их досягаемости, в том случае, когда их изоляция не целесообразна или не-

возможна (провода воздушных ЛЭП подвешены над землей для линии до 1000 В на высоте более 6 м, свыше 1000 В – более 7 м; внутри производственных зданий на высоте более 3,5 м);

–применение защитных оболочек и ограждений;

–использование малого напряжения и электрической изоляции -то коведущих элементов;

–контроль и профилактика повреждения изоляции;

–электрическое разделение сетей;

–применение устройств автоматического отключения(УЗО) и блокировки опасных зон (пространств);

–применение предупредительной сигнализации, сигнальных цветов, сигнальной разметки, знаков безопасности и плакатов.

Сигнальные цвета применяются:

–для обозначения поверхностей конструкций, приспособлений, узлов являющихся источниками опасности для людей;

–защитных устройств, ограждений, блокировок;

–пожарных технических средств.

Сигнальная разметка применяется в местах опасностей и препятствий, выполняется на поверхностях строительных конструкций, элементах здания, транспортных средствах, оборудовании.

– использование цветового обозначения токоведущих частей, предназначено для легкого распознавания электрических сетей и удобства об-

служивания (шина А – желтого цвета, шина В – зеленого, шина С – крас-