Исход поражения электрическим током зависит от следующих факторов: электрического сопротивления тела человека, силы протекающего через тело тока, времени воздействия тока, пути протекания тока, частоты и рода тока, индивидуальных особенностей организма человека, условий внешней (окружающей) среды и других факторов.
Величина тока, протекающего через тело человека, зависит от напряжения прикосновения U и сопротивления тела человека R.
Сопротивление тела человека, величина нелинейная, зависящая от многих факторов: сопротивления кожи и ее состояния; от величины тока и приложенного напряжения; от длительности протекания тока.
Наибольшим сопротивлением обладает верхний роговой слой кожи. В сухом и незагрязненном состоянии его можно рассматривать как диэлектрик: удельное сопротивление рогового слоя достигает 10 5 -10 6 Ом м, что в тысячи раз превышает сопротивление других слоев кожи.
Сопротивление тела человека при сухой, чистой и неповрежденной коже колеблется от 1000 до 100 000 Ом, а сопротивление слоев тела составляет всего 500-700 Ом.
В качестве расчетной величины при переменном токе промышленной частоты сопротивление тела человека (R 4) принимается равным 1000 Ом. В реальных условиях сопротивление тела человека - величина непостоянная и зависит от ряда факторов.
С ростом тока, проходящего через тело человека, его сопротивление уменьшается, так как при этом увеличивается нагрев кожи и растет потоотделение. По этой же причине снижается R 4 с увеличением длительности протекания тока. Чем выше приложенное напряжение, тем больше ток человека / ч, тем быстрее снижается сопротивление кожи человека.
С ростом напряжения сопротивление кожи уменьшается в десятки раз, а следовательно, уменьшается и сопротивление тела в целом; оно приближается к сопротивлению внутренних тканей тела, т. е. к своему наименьшему значению (300-500 Ом). Это можно объяснить электрическим пробоем слоя кожи, который происходит при напряжении 50-200 В.
Загрязнение кожи различными веществами, в особенности хорошо проводящими электрический ток (металлическая или угольная пыль, окалина и т. п.), снижает ее сопротивление.
Основной поражающий фактор электрического тока - сила тока, проходящего через тело человека. Небольшие токи вызывают лишь неприятные ощущения. При токах, больших 10-15 мА, человек не способен самостоятельно освободиться от токоведущих частей и действие тока становится длительным (неотпускающий ток). При токе, равном 20-25 мА (50 Гц), человек начинает испытывать затруднение дыхания, которое усиливается с ростом тока. При действии такого тока в течение нескольких минут наступает удушье. При длительном воздействии токов величиной несколько десятков миллиампер и времени действия 15-20 с могут наступить паралич дыхания и смерть. Токи величиной 50-80 мА приводят к фибрилляции сердца, которая заключается в беспорядочном сокращении и расслаблении мышечных волокон сердца, в результате чего прекращается кровообращение и сердце останавливается. Действие тока величиной 100 мА в течение 2-3 с приводит к смерти (смертельный ток).
При невысоких напряжениях (до 100 В) постоянный ток примерно в 3-4 раза менее опасен, чем переменный частотой 50 Гц; при напряжениях 400-500 В опасность их сравнивается, а при более высоких напряжениях постоянный ток даже опаснее переменного.
Наиболее опасен ток промышленной частоты (20-100 Гц). Снижение опасности действия тока на живой организм заметно сказывается при частоте 1000 Гц и выше. Токи высокой частоты, начиная от сотен килогерц, вызывают только ожоги, не поражая внутренних органов. Это объясняется тем, что такие токи не способны вызывать возбуждение нервных и мышечных тканей.
Существенную роль в исходе поражения играет путь прохождения электрического тока через тело человека. Опасность поражения электрическим током сильно увеличивается при прохождении его через жизненно важные органы: сердце, легкие, головной мозг. Однако рефлекторное воздействие тока на них происходит и при иных путях его прохождения, хотя опасность поражения при этом резко снижается. К наиболее опасным таким путям относят петли «голова - руки» и «голова - ноги», к наименее - петля «нога - нога». Однако известны смертельные поражения, когда ток проходил по пути нога - нога или рука - рука.
Психическое и физическое состояние человека также оказывает влияние на тяжесть поражения электрическим током. При заболеваниях сердца, щитовидной железы и т. п. человек подвергается более сильному поражению при меньших значениях тока, так как в этом случае уменьшаются электрическое сопротивление тела человека и 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, уменьшаются сопротивляемость организма человека и внимание. При собранном внимании сопротивление организма повышается.
На исход поражения электрическим током влияют условия внешней среды (температура, влажность) и окружающая обстановка (наличие токопроводящей пыли, едких паров и газов). Повышенная температура, влажность повышают опасность поражения электрическим током. Чем ниже атмосферное давление, тем выше опасность поражения. Сырость, едкие пары и газы разрушающе действуют на изоляцию электроустановок.
Электроустановки классифицируют по напряжению: с номинальным напряжением до 1000 В и свыше 1000 В. Безопасность обслуживания электрооборудования также зависит от факторов окружающей среды.
В зависимости от наличия условий, повышающих опасность воздействия тока на человека, все помещения по опасности поражения людей электрическим током делят на следующие классы:
Первый - помещения без повышенной опасности, в которых отсутствуют условия, создающие повышенную и особую опасность;
Второй - помещения с повышенной опасностью, характеризуются наличием в них хотя бы одного из перечисленных признаков: сырости (относительная влажность воздуха длительно превышает 75 %); высокой температуры (выше + 35 °С); токопроводящей пыли; токопроводящих полов; возможности одновременного прикосновения человека к имеющим соединения с землей металлоконструкциям зданий, с одной стороны, и металлическим корпусам электрооборудования - с другой;
Третий - помещения особо опасные, характеризующиеся следующими признаками: относительной влажностью воздуха, близкой к 100 % (визуально определяют наличием конденсата на внутренней поверхности строительных конструкций зданий и помещений); химически агрессивной средой; наличием одновременно двух или более признаков помещений с повышенной опасностью; а также территории размещения наружных электроустановок. По способу защиты человека от поражения электрическим током электротехнические изделия делят на пять классов: 0, 01,1, II, III.
К классу 0 относят изделия с номинальным напряжением более 42 В с рабочей изоляцией и не имеющих приспособлений для заземления. Бытовые приборы изготавливают по классу 0, так как они предназначены для работы в помещениях без повышенной опасности.
Класс 01 включает в себя изделия с рабочей изоляцией, элементом заземления. У провода для присоединения к источнику питания нет заземляющей жилы.
Класс I включает в себя изделия с рабочей изоляцией, элементом для заземления и проводом питания с заземляющей (зануляющей) жилой и штепсельной вилкой с заземляющим контактом.
К классу П относят изделия, имеющие у всех доступных прикосновению частей двойную или усиленную изоляцию относительно частей, нормально находящихся под напряжением, и не имеющие элементов заземления.
Класс III представляет собой изделия без внутренних и внешних электрических цепей с напряжением не выше 42 В.
Характер и последствия воздействия на человека электрического тока зависит от следующих факторов:
Электрического сопротивления тела человека;
Величины напряжения и тока;
Продолжительности действия электрического тока;
Пути тока через тело человека;
Рода и частоты электрического тока;
Индивидуальные свойства человека;
Условий внешней среды.
Электрическое сопротивление тела человека. Сила тока Ih, проходящего через какой-либо участок тела человека, зависит от подведенного напряжения Uпр (напряжения прикосновения) и электрического сопротивления Z т, оказываемого току данным участком тела:
На участке между двумя электродами электрическое сопротивление тела человека в основном состоит из сопротивлений двух тонких наружных слоев кожи, касающихся электродов, и внутреннего сопротивления остальной части тела.
Плохо проводящий ток наружный слой кожи, прилегающий к электроду, и внутренняя ткань, находящиеся под этим слоем, как бы образуют обкладки конденсатора емкостью С с сопротивлением r н (рис.7.1). Из схемы замещения видно, что в наружном слое кожи ток протекает по двум параллельным путям; через активное наружное сопротивление Rн и емкость, электрическое сопротивление которой
, где Wpf - угловая частота, Гц; f - частота тока, Гц,
Рис. 7.1. Электрическая схема замещения сопротивления наружного слоя кожи
а – схема контакта электрода; б – электрическая схема замещения; 1 – электрод; 2 – наружный слой кожи; 3 – внутренняя область кожи.
Тогда полное сопротивление наружного слоя кожи для переменного тока:
(7.2)
Сопротивление r н и емкость C зависит от площади электродов (площадь контакта). С ростом площади контакта r н уменьшается, а емкость C увеличивается. Поэтому увеличение площади контакта приводит к уменьшению полного сопротивления наружного слоя кожи. Опыты показали, что внутреннее сопротивление тела r в можно рассматривать как чисто активное. Таким образом, для пути тока «рука – рука» общее электрическое сопротивление тела может быть представлено схемой замещения, представленной на рисунке 7.2.
Рис. 7.2. Электрическая схема замещения сопротивления тела человека: 1 – электрод; 2 – наружный слой кожи; r вр , r вк - внутреннее сотротивление рук и корпуса.
С увеличением частоты тока из-за уменьшения Xc сопротивление тела человека уменьшается и при больших частотах (более 10 кГц) практически становится равным внутреннему сопротивлению rв. Зависимость сопротивления тела человека от частоты приведена на рис. 7.3.
Между током, протекающим через тело человека, и приложенным к нему напряжением существует нелинейная зависимость: с увеличением напряжения сила тока 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 (рис. 7.4.) При напряжении 127…220 В оно практически падает до значения внутреннего сопротивления тела. Внутреннее сопротивление тела считается активным. Его величина зависит от длины поперечного размера участка тела, по которому проходит ток.
В качестве расчетной величины при переменном токе промышленной частоты принимают активное сопротивление тела человека равное 1000 0м.
В действительных условиях сопротивление тела человека не является постоянной величиной. Оно зависит от ряда факторов, в том числе от состояния кожи, состояния окружающей среды, параметров электрической цепи и др.
Повреждение рогового слоя (порезы, царапины, ссадины и др.) снижает сопротивление тела до 500 … 700 Ом, что увеличивает опасность поражения человека током.
Такое же влияние оказывает увлажнение кожи водой или потом. Т.о., работа с электроустановками влажными руками или в условиях, вызывающих увлажнение кожи, а также при повышенной температуре, вызывающей усиленное потовыделение, усугубляет опасность поражения человека током.
Загрязнение кожи вредными веществами, хорошо проводящими электрический ток (пыль, окалина и т.п.) приводят к снижению ее сопротивления.
На сопротивление тела оказывает влияние площадь контактов, а так же место касания, так как у одного и того же человека сопротивление кожи неодинаково на разных участках тела. Наименьшим сопротивлением обладает кожа лица, шеи, рук на участке выше ладоней и в особенности на стороне, обращенной к туловищу, подмышечных впадинах, тыловой стороны кисти и др. Кожа ладоней и подошв имеет сопротивление, во много раз превышающее сопротивление кожи других участков тела.
С увеличение тока и времени его прохождения сопротивление тела человека падает, так как при этом усиливается местный нагрев кожи, что приводит к расширению сосудов, к усилению снабжения этого участка кровью и увеличению потовыделения.
Сопротивление тела человека зависит от пола и возраста людей: у женщин это сопротивление меньше, чем у мужчин, у детей меньше, чем у взрослых, у молодых людей меньше, чем у пожилых. Это объясняется толщиной и степенью огрубления верхнего слоя кожи, Кратковременное (несколько минут) снижение сопротивления тела человека (на 20 …50%) вызывает внешние, неожиданно возникающие физические раздражения: болевые (удары, уколы), световые и звуковые.
Величина напряжения и тока. Основным фактором, обуславливающим исход поражения электрическим током, является сила тока проходящего через тело человека (табл. 7.1)
Напряжение, приложенное к телу человека, также влияет на исход поражения, но лишь, постольку, поскольку оно определяет значение тока, проходящего через человека.
Таблица 7.1
Характер воздействия тока
Ток, проходящий через тело человека, мА
Переменный (50 Гц) ток
Постоянный ток
0,5 … 1,5
Начало ощущений: слабый зуд, пощипывание кожи
Не ощущается
2 … 4
Ощущение распространяется на запястье; слегка сводит мышцы.
Не ощущается
5 … 7
Болевые ощущения усиливаются по всей кисти; судороги; слабые боли во всей руке до предплечья
Начало ощущений; слабый нагрев кожи под электродами
8 … 10
Сильные боли и судороги во всей руке, включая предплечье. Руки трудно оторвать от электродов.
Усиление ощущения.
10 … 15
Едва переносимы боли во всей руке. Руки невозможно оторвать от электродов. С увеличением продолжительности протекания тока боли усиливаются.
Значительный нагрев под электродами и в прилегающей области кожи.
20 … 25
Сильные боли. Руки парализуются мгновенно, оторвать их от электродов невозможно. Дыхание затруднено.
Ощущение внутреннего нагрева, незначительное сокращение мышц рук.
25 … 50
Очень сильная боль в руках и в груди. Дыхание крайне затруднено. При длительном воздействии может наступить остановка дыхания или ослабление сердечной деятельности с потерей сознания
Сильный нагрев, боли и судороги в руках. При отрыве рук от электродов возникают сильные боли.
50 … 80
Дыхание парализуется через несколько секунд, нарушается работа сердца. При длительном воздействии может наступать фибрилляция сердца
Очень сильный поверхностный и внутренний нагрев. Сильные боли в руке и в области груди. Руки невозможно оторвать от электродов из-за сильных болей.
80 … 100
Фибрилляция сердца через 2…3 с.; еще через несколько секунд – остановка дыхания.
То же действие выраженное сильнее. При длительном действии остановка дыхания.
То же действие за меньшее время.
Фибрилляция сердца через 2…3 с.; еще через несколько секунд остановка дыхания.
Из приведенной таблицы можно выделить следующие пороговые значения тока:
О щ у т и м ы й т о к - электрический ток, вызывающий при прохождении через организм ощутимые раздражения, Ощутимые раздражения взывает переменный ток силой 0,6 … 1,5 мА и постоянный – силой 5 … 7 мА. Указанные значения являются пороговыми ощутимымитоками; с них начинается область ощутимых токов.
Н е о т п у с к а ю щ и й т о к – электрический ток, вызывающий при прохождении через человека непреодолимые судорожные сокращения мышц руки, в которой зажат проводник. Пороговый неотпускающий ток составляет 10 … 15 мА переменного тока и 50 … 60 мА постоянного. При таком токе человек уже не может самостоятельно разжать руку, в которой зажата токоведущая часть, и оказывается как бы прикованным к ней.
Ф и б р и л л я ц и о н н ы й т о к – электрический ток, вызывающий при прохождении через организм фибрилляцию сердца. Пороговый фибрилляционный ток составляет 100 мА переменного тока и 300 мА постоянного при длительности 1 … 2 с по пути «рука-рука» или «рука – ноги». Фибрилляционный ток может достичь 5 А. Ток больше 5 А фибрилляцию сердца не вызывает. При таких токах происходит мгновенная остановка сердца.
Пороговые (наименьшие) значения ощутимого, неотпускающего и фибрилляционных токов представляют собой случайные величины, нормируемые значения которых определяются законом распределения и его параметрами. Численные значения токов соответствуют определенной вероятности возникновения данной биологической реакции.
Допустимые для человека токи оценивают по трем критериям электробезопасности.
Первый критерий – ощутимый ток. В качестве первого критерия для переменного тока частотой 50 Гц принят ток I = 0,6 мА, который не вызывает нарушений деятельности организма. Допускаемая длительность протекания такого тока через человека не более 10 мин.
Второй критерий – отпускающий ток. В качестве второго критерия электробезопасности принят ток I = 6 мА, при протекании которого через человека вероятность отпускания равна 99,5%. Длительность воздействия такого тока ограничивается защитной реакцией самого человека.
Третий критерий – нефибрилляционный ток. Это ток промышленной частоты, который при длительном воздействии 1 … 3 с не вызывает фибрилляцию сердца у человека массой 50 кг с некоторым запасом принят равным 50 мА.
Таким образом, величина тока оказывает существенное влияние на степень поражения человека. При одинаковой длительности протекания тока через человека характер воздействия существенно изменяется от ощущения (0,6 … 1,6 мА) до неотпускания (6 … 24 мА) и фибрилляции сердца (более 50 мА).
Продолжительность действия электрического 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.
Кроме того, сокращение длительности воздействия электрического тока уменьшает опасность поражения человека исходя из некоторых особенностей работы сердца.
Схема электрокардиограммы
Продолжительность одного периода кардиоцикла (рис. 7.5.) составляет 0,75 … 0,85 с. В каждом кардиоцикле наблюдается период систолы, когда желудочки сердца сокращаются (пик QRS) и выталкивают кровь в артериальные сосуды. Фаза Т соответствует окончанию сокращения желудочков и они переходят в расслабленное состояние.
В период диастолы желудочки наполняются кровью. Фаза Р соответствует сокращению предсердий. Установлено, что сердце наиболее чувствительно к воздействию электрического тока во время фазы Т кардиоцикла. Для того, чтобы возникла фибрилляция сердца, необходимо совпадение по времени воздействия тока с фазой Т, 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.
В случае несовпадения времени прохождения тока через человека с фазой Т, токи значительно превышающие пороговые значения, не вызовут фибрилляции сердца.
Влияние длительности прохождения тока через тело человека на исход поражения можно оценить эмпирической формулой
I h = 50/ t (7.3)
где I h – ток, проходящий через тело человека, мА; t - продолжительность прохождения тока, с.
Эта формула действительна в пределах 0,1 … 1,0 с. Ее используют для определения предельно допустимых токов, проходящих через человека по пути «рука – ноги», необходимых для расчета защитных устройств.
Пути 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 неодинаково.
Наиболее опасно прохождение тока через дыхательные мышцы и сердце. Так отмечено, что на пути «рука – рука» через сердце проходит 3,3% общего тока, «левая рука – ноги» - 3,7%, «правая рука – ноги» - 6,7%, «нога – нога» - 0,4%, «голова – ноги» - 6,8%, «голова – руки» - 7%.
По данным статистики потеря трудоспособности на три дня и более наблюдалась при пути тока «рука – рука» в 83% случаев, «левая рука – ноги» - 80%, «правая рука – ноги» - 87%, «нога – нога» - в 15% случаев.
Таким образом, путь тока влияет на исход поражения; ток в теле проходит не обязательно по кратчайшему пути, что объясняется большой разницей в удельном сопротивлении различных тканей (костная, мышечная, жировая и т.д.).
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.
Род и частота тока. Установлено, что переменный ток более опасен, чем постоянный. Это следует также из табл. 7.1., так как одни и те же воздействия вызываются большими значениями постоянного тока, чем переменного. Однако это характерно для относительно небольших напряжений (до 250 … 300 В). Считают, что напряжение 120 В постоянного тока при одинаковых условиях эквивалентно по опасности напряжению 40 В переменного тока промышленной частоты. При более высоких напряжениях опасность постоянного тока возрастает.
В интервале напряжений 400 … 600 В опасность постоянного тока практически равна опасности переменного тока с частотой 50 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). С увеличение частоты (от 50 Гц до 0) значения неотпускающего тока возрастают (рис. 7.6.) и при частоте равной нулю (постоянный ток – болевой эффект), они становятся больше примерно в 3 раза.
Рис. 7.6. Зависимость неотпускающего тока от частоты:
1 – для 0,5% испытуемых; 2 – для 99,5% испытуемых
При увеличении частоты (более 50 Гц) значения неотпускающего тока возрастают. Дальнейшее же повышение частоты тока сопровождается снижением опасности поражения, которая полностью исчезает при частоте 45 … 50 кГц. Но эти токи могут вызвать ожоги как при возникновении электрической дуги, так и при прохождении их непосредственно через тело человека. Снижение опасности поражения током с повышением частоты практически заметно при частоте 1000 … 2000 Гц.
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-сосудистыми заболеваниями, органов внутренней секреции, легких, нервными болезнями и др.
Правила 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 периодически 1 раз в два года в соответствии со списком болезней и расстройств, препятствующих допуску к обслуживанию действующих электроустановок.
Условия внешней среды. Влажность и температура воздуха, наличие заземленных металлических конструкций и полов, токопроводящей пыли оказывают дополнительное влияние на условия электробезобасности. Степень поражения электрическим током во многом зависит от плотности и площади контакта человека с токоведущими частями. Во влажных помещениях с высокой температурой или наружных электроустановках складываются неблагоприятные условия, при которых площадь контакта человека с токоведущими частями увеличивается. Наличие заземленных металлических конструкций и полов создает повышенную опасность поражения вследствие того, 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. Токопроводящая пыль также создает условия для электрического контакта как с токоведущими частями, так и с землей.
В зависимости от наличия перечисленных условий, повышающих опасность воздействия тока на человека, все помещения по опасности поражения людей электрическим током подразделяются на следующие классы: без повышенной опасности, с повышенной опасностью, особо опасные.
Помещения без повышенной опасности характеризуются отсутствием условий, создающих повышенную или особую опасность.
Помещения с повышенной опасностью характеризуются наличием в них одного из следующих условий, создающих повышенную опасность:
Сырости (относительная влажность воздуха длительно превышает 75%) или токопроводящей пыли;
Токопроводящих полов (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные и др.);
Высокой температуры (выше +35 0 С);
Возможности одновременного прикосновения человека к имеющим соединения с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, механизмам и т. п., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования – с другой.
Особо опасные помещения характеризуются наличием одного из следующих условий, создающих особую опасность:
Особой сырости (относительная влажность воздуха близка к 100%: потолок, стены, пол и предметы в помещении покрыты влагой);
Химически активной или органической среды (разрушающей изоляцию и токоведущие части электрооборудования);
Одновременно двух или более условий повышенной опасности.
Характер и последствия воздействия на человека электрического тока зависят от следующих факторов:
· значения тока, проходящего через организм человека;
· электрического сопротивления человека;
· уровня приложенного к человеку напряжения;
· продолжительности воздействия электрического тока;
· пути тока через тело человека;
· рода и частоты электрического тока;
· условий внешней среды и других факторов.
Электрическое сопротивление тела человека. Тело человека является проводником электрического тока, но неоднородным по сопротивлению. Наибольшим сопротивлением
обладает кожа. Верхний роговой слой кожи в сухом и незагрязнённом состоянии может считаться диэлектриком, его сопротивление. Сопротивление тела при сухой и чистой коже от 3 до 100 кОм, внутренних органов 300-500 Ом. Обычно пренебрегают емкостным сопротивление, которое незначительно, и считают сопротивление человека чисто активным и неизменным. за расчётную величину принимают 1000 Ом. В реальных условиях сопротивление человека не является постоянной величиной и зависит от ряда факторов. Сопротивление снижают следующие:
· повреждение рогового слоя (порезы, царапины и др.);
· увлажнение кожи водой или потом;
· загрязнение вредными веществами, проводящими электрический ток;
· увеличение тока и время его прохождения;
· рост напряжения приложенного к телу тока;
· увеличение частоты тока;
На сопротивление тела также оказывает влияние площадь контакта и место касания, т. к. сопротивление кожи на разных участках неодинаково.
Величина тока и напряжение.
Ощутимый ток – электрический ток, вызывающий при прохождении через организм ощутимые раздражения (пороговые ощутимые токи). Переменный ток силой или постоянныйвызывают такие ощущения.
Неотпускающий ток – электрический ток, вызывающий при прохождении через человека непреодолимые судорожные сокращения мышц руки, в которой зажат проводник. Пороговый неотпускающий ток составляетпеременного тока ипостоянного. Человек не может самостоятельно разжать руку, требуется помощь.
Фибрилляционный ток - электрический ток, вызывающий прохождении через организм фибрилляцию сердца. Пороговый фибрилляционный ток составляет переменного тока ипостоянного тока при длительности действия 1-2с. При токе болеепроисходит мгновенная остановка сердца.
Продолжительность воздействия. Влияние длительности прохождения тока через тело человека на исход поражения можно оценить эмпирической формулой: , где- ток, проходящий через тело человека, мА;- продолжительность прохождения тока, с. Эта формула действительна в пределах 0,1-1,0с. Её используют для определения предельно допустимых токов, проходящих через человека по пути рука – ноги, необходимых для расчёта защитных устройств.
Путь тока через тело человека. Возможные пути тока в теле человека также называют петлями тока. Наиболее часто встречаются петли: рука-рука, рука - ноги и нога - нога. Наиболее опасны петли голова – руки и голова – ноги, но эти петли встречаются относительно редко.
Род и частота электрического тока. Для напряжений 250-300В постоянный ток примерно в 4-5-раз безопаснее переменного. При более высоких напряжения постоянный ток более опасен, чем переменный (с частотой 50Гц). для переменного тока играет роль и его частота. С увеличением частоты переменного тока полное сопротивление тела человека уменьшается, следовательно повышается опасность поражения. Наибольшую опасность
представляет ток частотой от 50до 100Гц; при дальнейшем повышении частоты опасность поражения уменьшается и полностью исчезает при частоте 45-50кГц. Эти токи сохраняют опасность ожогов. Снижение опасности тока становится практически заметным при частоте 1-2кГц.
Индивидуальные свойства человека. Физически здоровые и крепкие люди легче переносят электрические удары. Повышенной восприимчивостью к электрическому току отличаются люди, страдающие болезнями кожи, сердечно-сосудистой системы, лёгких, нервными болезнями и другие. Такие люди не допускаются к работе на электроустановках.
Условия внешней среды.
«Правила устройства электроустановок» делят все помещения по опасности поражения людей электрическим током на следующие классы:
1. Помещения без повышенной опасности характеризуются отсутствием условий, создающих повышенную или особую опасность.
2. Помещения с повышенной опасностью характеризуются наличием одного из следующих условий, создающих повышенную опасность: а) сырости (относительная влажность воздуха длительно превышает 75%); б)высокой температуры (выше 35); в) токопроводящей пыли; г) токопроводящих полов (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные и др.); д) возможности одновременного прикосновения человека к имеющим соединения с землёй металлоконструкциям здания, технологическим аппаратам, механизмам, и т. п., с одной стороны, и металлическим корпусам электрооборудования - с другой.
3. Особо опасные характеризуются наличием одного из следующих условий: а) особой сырости (относительная влажность близка к 100%): потолок, тены, под и предметы в помещении покрыты влагой0; б) химически активной или органической среды (разрушающей изоляцию и токоведущие части электрооборудования); в) одновременно двух или более условй повышенной опасности.
Мероприятия по соблюдению правил техники безопасности при выполнении работ, связанных с электричеством
При разработке мер по защите от поражения электрическим током и высокочастотным излучением необходимо строго руководствоваться правилами техники безопасности при эксплуатации электростанций, электросетей
В целях недопущения случаев электротравматизма запрещается:
проводить всякого рода работы на электролинии под напряжением;
выполнять монтажно-ремонтные работы на электролиниях, на радиостанциях без защитных средств (диэлектрических ковриков, перчаток, фартуков, галош) даже при условии отключения токоприемников от питающей электросети;
допускать к эксплуатации и производству работ на электросетях, источниках электроэнергии и электрооборудовании лиц, не имеющих специальной подготовки и допуска;
включать и выключать питание электролиний, проложенных в районах целей, без распоряжения руководителя полетами или начальника авиационного полигона.
Лица работающие с током должны регулярно проводиться занятия по технике безопасности, на которых разъясняется недопустимость беспечного и неосторожного обращения с источниками электроэнергии, электросетями и электрооборудованием.
С лицами, работающими на станочном оборудовании, лесопильных рамах, циркулярных пилах и другом оборудовании организует занятия по технике безопасности и систематическую проверку знания ими правил техники безопасности.
В мастерской, в гаражах, на электростанциях, на радиолокационных станциях и других объектах должны быть утвержденные начальником авиационного полигона инструкции по соблюдению правил охраны труда.
Допускается к работе с электрооборудованием после сдачи зачетов по знанию охраны труда.
34 Вибрация
Вибрация – это движение точки или механической системы, при котором происходит поочередное возрастание и убывание обычно во времени значений какой-либо величины, ее характеризующей.
По механизму генерации различают вибрации с силовым, кинематическим и па-раметрическим возбуждением.
Силовое возбуждение – это возбуждение вибрации системы вынуждающими силами и (или) моментами.
Кинематическое возбуждение – возбуждение вибрации системы сообщением каким-либо ее точкам заданных движений, не зависящих от состояния системы.
Параметрическое возбуждение – это возбуждение вибрации системы не зависящим от состояния системы изменением во времени одного или нескольких ее параметров (массы, момента инерции, коэффициентов жесткости и сопротивления
По способу передачи на человека вибрацию делят на 2-е группы:
1. Общая, которая действует на тело сидящего или стоящего человека и оценивается в октавных полосах f = 2, 4, 8, 16, 31,5; 63 Гц.
2.Локальная, которая передаётся через руки на частотах f = 8, 16, 31,5; 63, 125, 250, 500, 1000 Гц.
По источнику возникновения вибрацию делят на три категории:
1.Транспортная (подвижные машины на местности).
2.Транспортно-технологическая
(краны, погрузчики).
3. Технологическая (рабочие места).
По времени действия вибрацию подразделяют на следующие категории.
1.Постоянная. Здесь величина контролируемого параметра за время наблюдения изменяется не более чем в два раза;
2.Непостоянная. Здесь величина контролируемого параметра изменяется более чем в 2 раза за время наблюдения не менее 10 мин при измерении с постоянной времени 1 с.
Непостоянная вибрация может быть колеблющейся, прерывистой и импульсной.
Характер и последствия воздействия на человека электрического тока определяются электрическим сопротивлением тела человека, напряжением тока и продолжительностью воздействия электрического тока, зависят от щти прохождения тока через тело человека, рода и частоты электрического тока, а также от условий внешней среды.
Электрическое сопротивление тела человека. Тело человека является проводником электрического тока, правда, неоднородным по электрическому сопротивлению. Наибольшее сопротивление электрическому току оказывает кожа, поэтому общее сопротивление тела человека определяется главным образом величиной сопротивления кожи. Кожа состоит из двух основных слоев: наружного - эпидермиса - и внутреннего - дермы.
Наружный слой - в свою очередь имеет несколько слоев, из которых самый толстый верхний слой называется роговым.
Роговой слой в сухом незагрязненном состоянии можно рассматривать как диэлектрик. Его удельное объемное сопротивление достигает 105- 106 Ом м, в тысячи раз превышая сопротивление других слоев кожи (дермы) и внутренних тканей организма.
Сопротивление тела человека при сухой чистой и неповрежденной коже (измеренное при напряжении 15 - 20 В) колеблется в пределах от 3 до 100 кОм и более, а сопротивление внутренних слоев тела составляет всего 300 - 500 Ом.
Для проведения расчетов величину сопротивления тела человека принимают равной 1000 Ом.
В действительности сопротивление тела человека не является постоянным. Оно зависит от состояния кожи, окружающей среды, параметров электрической цепи и т.д.
Повреждения рогового слоя (порезы, царапины, ссадины) снижают сопротивление тела до 500 - 700 Ом, что увеличивает опасность поражения человека током.
Такое же влияние оказывает увлажнение кожи водой или потом. Поэтому работа с электроустановками влажными руками и в условиях, вызывающих увлажнение кожи, а также при повышенной температуре усугубляет опасность поражения человека током.
Загрязнение кожи вредными веществами, хорошо проводящими электрический ток (пыль, окалина), тоже приводит к снижению ее сопротивления.
Имеют значение площа 1ь контакта и место касания, поскольку сопротивление кожи неодинаково на разных участках тела. Наименьшим сопротивлением обладает кожа лица, шеи, ладоней и рук, особенно на стороне, обращенной к туловищу (подмышечных впадинах и др.). Кожа тыльной стороны кисти и подошв имеет сопротивление, во много раз превышающее сопротивление кожи других участков тела.
Сила тока и напряжение. Основным фактором, определяющим исход поражения человека электрическим током, является сила тока, проходящего через его тело (табл. 20.1). С увеличением силы тока сопротивление тела человека падает, так как усиливается местный нагрев кожи, что приводит к расширению сосудов, усилению снабжения этого участка кровью и увеличению потовыделения.
Напряжение, приложенное к гелу человека, также влияет на исход поражения, поскольку оно определяет значение силы тока, проходящего через человека, Рист напряжения приводит к пробою рогового слоя кожи, сопротивление кожи уменьшается в десятки
Таблица 20.1. Пороговые значения различных видов тока
* Мгновенная остановка сердца наступает при силе тока, равной 5 А.
раз, приближаясь к сопротивлению внутренних тканей (300 - 500 Ом), соответственно увеличивайся сила тока.
Род и частота электрического тока. Постоянный ток примерно в 4 - 5 раз безопаснее переменного. Это вытекает из сопоставления порогоьых значений ощутимого и неотпускающего постоянного и переменного токов. Но это справедливо лишь до напряжений 250 - 300 В. При ботее высоких значениях напряжения постоянный ток становится более опасным, чем переменный (с частотой 50 Гц).
Что касается переменного тока, то важное значение имеет его частота. С увеличением частоты переменного тока полное сопротивление тела уменьшается и при 10 - 20 кГц наружный слой кожи практически утрачивает сопротивление электрическому току, что также приводит к увеличению тока, проходящего через человека, а следовательно, повышается опасность поражения.
Наибольшую опасность представляет ток с частотой от 50 до 1000 Гц. При дальнейшем повышении частоты опасность поражения уменьшается и полностью исчезает при частоте 45 - 50 кГц. Эти токи опасны лишь с точки зрения ожогов. Снижение опасности поражения током с ростом частоты становится практически заметным при 1-2 кГц.
Продолжительность воздействия электрического тока. Длительное воздействие электрического тока приводит к тяжелым, а иногда смертельным поражениям человека.
Безопасным считается длительное воздействие тока силой 1 мА, при продолжительности действия до 30 с безопасен ток 6 мА.
Практически допустимыми с достаточно малой вероятностью поражения приняты следующие значения силы тока:
Длительность воздействия, с Сила тока, мА
1,0 50 7 70
0,5 100
0,2 250
Путь прохождения тока через тело человека. Этот фактор играет также существенную роль в исходе поражения, так как ток может пройти через жизненно важные органы - сердце, легкие, головной мозг и т.д.
Возможных п^тей прохождения тока через тело человека, которые называются также петлями тока, достаточно много. Наиболее часто встречающиеся петли тока - рука - рука, рука - ноги и нога - нога - представлены в табл. 20.2.
Наиболее опасны те, которые могут затрагивать область сердца, т. е. голова - руки и голова - ноги. Но они возникают относительно редко.
Таблица 20.2. Характеристика путей прохождения тока через тело человека, %
Индивидуальные свойства человека. Установлено, что физически здоровые и крепкие люди легче переносят электрические удары.
Повышенной восприимчивостью к электрическому току отличаются лица, страдающие болезнями кожи, имеющие заболевания сердечно-сосудистой системы, органов внутренней секреции и легких, нервные болезни и др.
Правилами безопасности при эксплуатации электроустановок предусматривается отбор персонала для обслуживания действующих электроустановок, исходя из состояния здоровья людей. С этой целью проводят медицинское освидетельствование лиц при поступлении их на работу, которое периодически повторяется один раз в два года с учетом перечня болезней и расстройств, являющихся противопоказанием к обслуживанию действующих электроустановок.
Условия внешней среды. Состояние окружающей воздушной среды, а также окружающая обстановка могут существенным образом влиять на опасность поражения током.
Сырость, токопроводящая пыль, наличие едких паров и газов, разрушающе действующих на изоляцию электроустановок, а также высокая температура окружающего воздуха, снижают электрическое сопротивление тела человека, что еще больше увеличивает опасность поражения током.
Воздействие тока на человека усугубляют также токопроводящие полы и близко расположенные к электрооборудованию металлические конструкции, имеющие связь с землей, так как при одновременном касании этого предмета и корпуса электрооборудования, случайно оказавшегося под напряжением, через человека пройдет гок большой силы.
В зависимости от перечисленных условий, повышающих опасность воздействия тока на человека, «Правилами устройства электроустановок» все помещения по опасности поражения людей электрическим током делят на четыре класса. Помещения без повышенной опасности. Характеризуются отсутствием условий, создающих повышенную или особую опасность (пп. 2 и 3). Помещения с повышенной опасностью. Характеризуются наличием одного из следующих условий:
а) сырость (когда относительная влажность воздуха длительное время превышает 75 %) или токопроводящая пыль;
б) токопроводящие полы (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные и др.);
в) высокая температура (выше 35 °С);
г) возможность одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, механизмам и т. п., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования, с другой. Особо опасные помещения. Характеризуются наличием одного из нижеперечисленных условий:
а) особая сырость (при относительной влажности воздуха, близкой к 100%, когда потолок, стены, пол и предметы, находящиеся в помещении, покрыты влагой);
б) химически активная или органическая среда, разрушающая изоляцию и токоведущие части электрооборудования;
в) наличие одновременно двух или более условий повышенной опасности (п. 2). Территории размещения наружных электроустановок. По опасности поражения людей электрическим током эти территории приравниваются к особо опасным помещениям.
В химической промышленности многие производственные помещения являются особо опасными.
Кроме того, в зависимости от климатической среды, помещения подразделяют на: сухие (нормальные) с влажностью до 60 %, влажные (60 - 75 %), сырые (более 75%), особо сырые (с влажностью, близкой к 100 %), жаркие (при постоянной температуре выше 35 °С), пыльные, помещения с химически активной или органической средой.
Электрооборудование следует выбирать с учетом состояния окружающей среды и класса помещения по опасности поражения током, чтобы обеспечить необходимую степень безопасности людей при его обслуживании.
Так, электрическое оборудование, установленное в сырых, особо сырых и пыльных помещениях, а также в помещениях с химически активной средой, должно быть закрытого типа, иметь соответствующее исполнение: капле- или брызгозащищенное, пыленепроницаемое, продуваемое. Кроме того, материалы, из которого выполнено электрооборудование, должны быть коррозионностойкими, а металлические части - надежно защищены лакокрасочным или гальваническим покрытием.
Электрооборудование и электрические сети, размещаемые в помещениях с химически активной средой, а также места их прокладки следует выбирать с учетом исполнения и покрытия, обеспечивающего их защиту от воздействия агрессивной среды.
Во взрывоопасных зонах"всех классов с химически активными средами применяют провода и кабели с поливинилхлоридной изоляцией, а также провода с резиновой и кабели с резиновой и бумажной изоляцией в свинцовой или поливинилхлоридной оболочке. Использование проводов и кабелей с полиэтиленовой изоляцией в любых оболочках и покрытиях запрещено.
Основными факторами, определяющими степень поражения электрическим током являются:
- путь тока через тело человека. Наиболее опасными путями являются – «голова – ноги» - варианты 11, 12, 14 и 15, «голова – руки» - варианты 10, 12, и 13, и, «рука – нога» - варианты – 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. Пути тока через тело человека показаны на рисунке;
Рис. 15. Характеристика пути тока в организме человека
- - сила тока (А). Человек начинает чувствовать электрический ток при силе в 0,6 – 1,5 мА (мА – миллиампер = 0,001А). При силе тока 20 – 25 мА нарушается работа лёгких и сердца. При силе тока 100мА происходит фибрилляция - судорожное неритмичное сокращение сердечной мышцы. Величина силы электрического тока имеет определяющую роль в поражении человека. Поражение электрическим током возникает тогда, когда создаётся замкнутая электрическая цепь, в которую оказывается включён и человек. По закону Ома сила тока I равна электрическому напряжению U, делённому на сопротивление электрической цепи R:
Поэтому, чем больше напряжение, тем больше и опаснее электрический ток. Чем больше электрическое сопротивление цепи, тем меньше ток и опасность поражения человека. Электрическое сопротивление цепи равно сумме сопротивлений всех участков, составляющих цепь (проводников, пола, обуви, тела человека и т.д.);
- электрическое сопротивление тела человека. Чистая сухая неповреждённая кожа человека имеет большое сопротивление – до несколько сотен тысяч Ом. При повреждённой (раны, царапины), а также нежной и тонкой коже (у женщин и детей) сопротивление меньше; при грубой мозолистой коже рук (у мужчин) сопротивление больше. Поэтому степень воздействия электрического тока различна у разных людей. В расчётах на электробезопасность обычно принимают величину сопротивления тела человека = 1000Ом (1кило Ом). Сопротивление внутренних органов человека невелико и поэтому значения почти не имеет.
Меры и средства защиты от поражения электрическим током
Электрические установки, к которым относится практически все оборудование ЭВМ, представляют для человека большую потенциальную опасность, так как в процессе эксплуатации или проведении профилактических работ человек может коснуться частей, находящихся под напряжением. Специфическая опасность электроустановок – токоведущие проводники, корпуса ЭВМ и прочего оборудования, оказавшегося под напряжением в результате повреждения (пробоя) изоляции.
Важной мерой для предотвращения электротравматизма имеет правильная организация обслуживания действующих ПЭВМ, проведения ремонтных, монтажных и профилактических работ.
Для обеспечения электробезопасности должны применяться отдельно или в сочетании друг с другом следующие технические способы и средства защиты:
- изоляция токоведущих частей (рабочая, дополнительная, усиленная двойная). Исправная изоляция является основным условием, обеспечивающим безопасность эксплуатации электроустановок. Основными причинами нарушения изоляции и ухудшения ее качеств являются:
Нагревание, например, токами короткого замыкания, а также теплом посторонних источников;
Динамические усилия (смещение, истирание, механические повреждения);
Воздействие загрязнения (масел, бензина, влаги, химических веществ).
Состояние изоляции проверяется перед вводом электроустановки в эксплуатацию, после ее ремонта, а также после длительного ее пребывания в нерабочем положении;
- защита от прикосновения к токоведущим частям выполняется в виде оградительных устройств . Они выполняются из негорючего или трудно горючего материала в виде кожухов, крышек, ящиков, сеток и должны обладать достаточной механической прочностью и иметь такое конструктивное исполнение, чтобы снятие или открывание их было возможно только при помощи специальных инструментов или ключей и работниками, которым это поручено.
- предупредительная сигнализация . Для предупреждения несчастных случаев при эксплуатации электрооборудования важная роль принадлежит маркировке, надписям, указывающим состояние оборудования, название и назначение присоединений. При отсутствии маркировки и надписей обслуживающий персонал может во время ремонтов, осмотров и эксплуатации электрооборудования перепутать назначение проводов, рубильников, выключателей и т. д. Все ключи, кнопки и рукоятки управления должны иметь надписи, указывающие операцию, для которой они предназначены («включить», «отключить», «убавить»).
- малое напряжение (42 вольта и ниже). Использование таких напряжений резко снижает опасность при всех условиях поражения;
- защитное заземление . Это преднамеренное электрическое соединение с землёй металлических нетоковедущих частей электрооборудования, которые могут оказаться под напряжением случайно. Для защитного заземления используют искусственные и естественные заземляющие устройства: металлические трубы, арматуру, уголки, фундаменты зданий и т.д. Заземляющие устройства должны располагаться на определённой глубине в земле - глубже уровня замерзания почвы зимой (в Удмуртии – около 2 метров);
- защитное отключение оборудования. Это быстродействующее автоматическое отключение электроустановки при возникновении опасности. Существует несколько типов устройств защитного отключения. Например – прибор защитного отключения и автоматический выключатель;
- средства индивидуальной защиты . Они подразделяются на основные и дополнительные. Основные средства защиты выдерживают длительное рабочее напряжение в электроустановках. К основным средствам защиты относятся изолирующие шланги, изолирующие ручки электроизмерительных и электромонтажных инструментов (отвёрток и т.д.), диэлектрические перчатки, указатели напряжения. Дополнительные средства защиты не выдерживают длительного воздействия напряжения. К дополнительным средствам защиты относятся диэлектрические галоши, коврики, подставки (деревянные). Все средства защиты должны иметь маркировку с указанием напряжения, на которое они расчитаны.
В области электробезопасности действуют следующие государственные нормативные документы:
- ГОСТ Р 50571.1-93 Электроустановки зданий. Основные положения.
ГОСТ МЭК 60536-04. Классификация электротехнического и электронного оборудования по способу защиты от поражения электрическим током.
