Электрический ток, его воздействие на человека и нормирование

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК, ЕГО ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ЧЕЛОВЕКА И НОРМИРОВАНИЕ

Современное строительство промышленных и гражданских зданий и сооружений органично связано с широким применением электрической энергии.

Подавляющее число строительных машин и механизмов приводится в действие электрической энергией. На строительных объектах, в промышленности строительных материалов широко используется ручной электрический инструмент.

Электричество как источник тепла применяется для прогрева замороженного грунта, бетона, штукатурки, а также для электросварки.

Электричество применяется для освещения рабочих мест в темное время суток, особенно при производстве строительных работ во 2 и 3 смены.

При эксплуатации электроустановок и другого оборудования или при проведении наладочно-профилактических и ремонтных работ человек может прикоснуться к частям электроустановок, находящимся или оказавшимся под напряжением.

Основными причинами электротравматизма являются:

1. Появление напряжения на частях установок и машин, не находящихся под напряжением в нормальных условиях эксплуатации (корпуса, пульты и т.п.). Чаще всего это происходит вследствие повреждения изоляции в электродвигателях, кабелях и проводах.

2. Образование электрической дуги между токоведущей частью установки и человеком в электрических установках напряжением свыше 1000 В.

3. Появление шагового напряжения на поверхности земли в результате замыкания токоведущих проводов на землю.

4. Прочие причины: несогласованные действия персонала, отсутствие надзора за электроустановками и т.д.

Все электротравмы (100%) условно подразделяют на местные (20%), общие – так называемые электроудары (25%) и смешанные, т.е. одновременно местные электротравмы и электроудары (55%).

Наиболее опасным видом поражения человека (до 87% смертельных электротравм) является электроудар, сопровождающийся судорожными сокращениями мышц, в том числе мышц сердца и легких.

Проходя через тело человека, электрический ток оказывает на его органы и системы следующие виды воздействия:

1 – термическое;

2 – электролитическое;

3 – биологическое.

Термическое воздействие проявляется в ожогах отдельных участков тела и нагреве до высоких температур сосудов, нервов, сердца, мозга и других органов.

Электролитическое воздействие тока проявляется в разложении органических жидкостей, в том числе и крови.

Биологическое действие проявляется в раздражении и возбуждении живых тканей организма и в нарушении внутренних биологических процессов.

Факторы, влияющие на исход поражения человека электротоком

На исход поражения человека электрическим током влияют следующие факторы:

1 – электрическое сопротивление тела человека R_ч;

2 – сила тока I_ч и длительность его воздействия;

3 – род и частота f тока;

4 – путь прохождения тока в теле человека;

5 – индивидуальные свойства человека.

Электрическое сопротивление тела человека является переменной величиной, зависящей:

а) от состояния кожных покровов;

б) от параметров электрической цепи;

в) от физиологических факторов;

г) от состояния окружающей среды.

☼ Главным фактором, определяющим величину сопротивления тела человека, является очень большое удельное сопротивление кожи: ρ = 3000...20000 Ом·м.

В целом при сухой, чистой, неповрежденной коже сопротивление тела человека (при напряжении до 15...20 В) составляет 3...10 кОм, а иногда и более.

☼ Влияние параметров электрической цепи выражается в том, что сопротивление тела уменьшается с увеличением тока и длительности его протекания, а также с повышением приложенного к человеку напряжения. Кроме того, сопротивление человека больше при постоянном токе, чем при переменном.

☼ Физиологические факторы (возраст, раздражители – уколы, удары, звуковые, световые и т.п. раздражители) уменьшают сопротивление тела человека.

☼ Параметры окружающей среды - повышенная влажность и температура – также уменьшают сопротивление R_ч.

На основании перечисленных особенностей при расчетах принимают R_ч = 1000 Ом.

Сила тока, проходящего через тело человека, является основным поражающим фактором. Чем больше сила тока, тем опаснее его воздействие.

Человек начинает ощущать воздействие переменного тока величиной 0,5...1,5 мА, постоянного тока – 5...7 мА. При этом появляются:

- при переменном токе – слабый зуд и легкие покалывания;

- при постоянном токе – ощущение нагрева кожи в месте касания электрода.

Наименьшее значение ощутимого тока называется пороговым ощутимым током.

При переменном токе в 10...15 мА (частотой 50 Гц) и постоянном токе в 50...80 мА появляются непреодолимые судорожные сокращения мышц, и если это, например, мышцы руки, человек не может ее разжать для освобождения от токоведущей части. Наименьшее значение такого тока называется пороговым неотпускающим током. Он считается безопасным только при кратковременном прохождении через человека.

Ток в 100 мА...5 А при частоте 50 Гц и в 300 мА...5 А при нулевой частоте, проходя через тело человека, распространяет свое раздражающее действие на мышцу сердца. В результате через 1-2 сек. У человека может наступить фибрилляция (произвольное сокращение) или остановка сердца, а в последующем и прекращение дыхания. Наименьшее значение такого тока называют пороговым фибрилляционным током.

При токе более 5 А обоих родов происходит немедленный паралич дыхания и остановка сердца (без проявления фибрилляции).

Чем продолжительнее действие тока, тем больше вероятность тяжелого поражения организма. Это объясняется тем, что с увеличением времени воздействия тока снижается сопротивление тела человека, а также накапливаются негативные последствия воздействия тока на организм.

Род и частота тока существенно влияют на исход поражения человека. Постоянный ток примерно в 4...5 раз безопаснее переменного с частотой 50 Гц. Однако это положение справедливо для напряжения прикосновения до 500 В; при более высоких напряжениях прикосновения постоянный ток становится опаснее переменного с частотой 50 Гц.

Наиболее опасной частотой переменного тока является частота в 50...60 Гц. При снижении частоты до 0 или повышении ее до 450...500 Гц снижается опасность поражения в виде электроударов, однако сохраняется опасность ожогов. При частоте 450...500 Гц опасность электроударов снижается до 0.

Наиболее опасным путем прохождения тока через тело человека считается путь, проходящий через жизненно важные органы – сердце, головной мозг и легкие. Наиболее опасными являются петли «голова - руки» и «голова - ноги». Следующей по опасности является петля «левая рука - ноги». Наименее опасной является петля «нога – нога», возникающая при воздействии на человека шагового напряжения.

Индивидуальные свойства человека также влияют на исход поражения электрическим током. Так, вполне здоровые и физически крепкие люди легче переносят электроудары, чем слабые и больные. Повышенной восприимчивостью к электротоку обладают люди, страдающие болезнями кожи, легких, сердечно-сосудистой системы, а также находящиеся в состоянии утомления.

ГОСТ 12.1.038-82^* (Электробезопасность. Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов) устанавливает предельно допустимые значения напряжения прикосновения U_пр и тока I_ч, проходящего через человека по пути «рука – рука» и «рука – нога» при нормальном и аварийном режимах производственных и бытовых установок.

При нормальном режиме работы любых электроустановок эти значения следующие:

- для тока частотой 50 Гц: U_пр ≤ 2 В и I_ч ≤ 0,3 мА;

- для постоянного тока: U_пр ≤ 8 В и I_ч ≤ 1,0 мА.

Данные предельные значения установлены, исходя из реакции ощущения при продолжительности воздействия не более 10 мин. в сутки.

Если наблюдается высокая температура (выше 25 ⁰С) или влажность воздуха (выше 75%), указанные значения U_пр и I_ч должны быть уменьшены в 3 раза.

Для аварийного режима U_пр и I_ч устанавливаются в зависимости от времени воздействия тока.

Классификация электроустановок. Классификация помещений по электроопасности

Правила устройства электроустановок (ПУЭ) подразделяют электроустановки по напряжению на 2 группы:

1 – электроустановки напряжением до 1000 В и

2 – электроустановки напряжением свыше 1000 В.

Кроме того, выделяются электроустановки с малым (до 42 В) напряжением.

В зависимости от степени опасности поражения людей электротоком установлены 3 категории помещений:

Категория 1: помещения без повышенной опасности поражения людей электротоком. В данных помещениях отсутствуют условия, создающие повышенную или особую опасность; к ним относятся жилые помещения, помещения КБ и управления и т.п.

Категория 2: помещения с повышенной опасностью поражения людей электротоком. Эти помещения характеризуются наличием одного из следующих условий:

- влажностью более 75% (пары или конденсирующаяся влага выделяются в виде капель);

- наличием токопроводящей пыли;

- наличием токопроводящих оснований (металлических, железобетонных, кирпичных, земляных);

- повышенной температурой (длительно – свыше 35 ⁰С, кратковременно – свыше 40 ⁰С);

- возможностью одновременного прикосновения человека с одной стороны к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий или механизмам и с другой стороны к металлическим корпусам электроустановок.

В промышленности строительных материалов помещениями категории 2 являются деревообрабатывающие цехи, цехи железобетонных конструкций, по производству строительных пластмасс и т.д.

Категория 3: особо опасные по поражению людей электротоком помещения. Помещения этой категории характеризуются наличием одного из следующих условий:

- сыростью (дождь, снег, покрытие влагой потолка, стен, предметов; 100 %-ная влажность);

- химически активной средой;

- наличием одновременно двух и более условий повышенной опасности из категории 2.

Особо опасными являются участки, размещенные под открытым небом, помещения аккумуляторных станций и т.д.

Электрические установки и сети, применяемые в строительстве

В строительстве применяются преимущественно электроустановки напряжением до 1000 В с малой протяженностью сетей и соответственно малым емкостным (реактивным) сопротивлением фаз относительно земли. Поэтому в настоящей лекции рассматриваются сети

напряжением до 1000 В и учитывается только активное сопротивление изоляции.

Основным видом электрических сетей, применяемых в строительстве и промышленности строительных материалов, являются трехфазные сети с заземленной нейтралью вторичной обмотки трансформатора и нулевым проводом:

Сопротивление провода по отношению к земле, потенциал которой принимается равным нулю, состоит из сопротивления изоляции самого провода и последовательно с ним включенных сопротивлений на пути от провода до земли. Это могут быть сопротивления:

- аппаратуры,

- изоляторов,

- стен конструкций зданий,

- опор,

- полов.

По этой цепочке сопротивлений протекает ток, называемый током утечки, а суммарное сопротивление цепочки называют сопротивлением изоляции R_из.

Возможность поражения человека электротоком в результате электроудара возникает при прикосновении человека не менее чем к двум точкам электрической цепи, между которыми существует некоторое напряжение.

Опасность такого прикосновения, оцениваемая величиной проходящего через человека тока, зависит от следующих факторов:

1) схемы включения человека в электрическую цепь;

2) напряжения сети;

3) режима нейтрали вторичной обмотки трансформатора;

4) степени изоляции токоведущих частей от земли.

Возможны следующие случаи включения человека в электрическую цепь:

1) прикосновение к токоведущим частям электрооборудования (одно- и двухфазное прикосновение);

2) прикосновение к частям электроустановок, оказавшимся под напряжением из-за повреждения изоляции фаз или по другим причинам;

3) прикосновение к двум точкам земли, имеющим разные потенциалы.

Рассмотрим эти случаи.

Двухфазное прикосновение. Это прикосновение человека одновременно к двум фазам. Такое прикосновение наиболее опасно, поскольку к телу человека прикладывается наибольшее в данной сети напряжение – линейное, и поэтому через тело человека пойдет больший ток:

Схема прикосновения выглядит следующим образом:

Случаи однофазного прикосновения

При изолированной нейтрали прикосновение человека к одной из фаз вызывает ток, проходящий через человека и полное сопротивление изоляции двух других фаз сети:

При замыкании одной из фаз на землю (аварийный режим) ток, протекающий через человека, не зависит от сопротивления изоляции сети:

Поскольку r_мз << R_ч, можно записать, что

В сетях с глухим заземлением нейтрали при однофазном прикосновении ток через человека протекает по цепи «фазный провод – заземление нулевой точки трансформатора R₀ – человек»:

Величина тока определяется по формуле:

Сопротивлением заземления нейтрали обычно пренебрегают, принимая R₀ = 0. С учетом этого

В случае замыкания одной из фаз на землю через человека будет проходить ток, величина которого определяется по формуле:

Схема прикосновения имеет следующий вид:

Напряжение прикосновения. Шаговое напряжение

Напряжение прикосновения U_пр – это разность потенциалов двух точек электрической цепи, которых одновременно касается человек, т.е. это разность потенциалов точек прикосновения рук и ног.

Рассмотрим схему:

Два электродвигателя заземлены на общий одиночный заземлитель R_з. Если на одном из двигателей произойдет пробой статорной обмотки на корпус, то корпуса обоих двигателей окажутся под напряжением и вокруг заземлителя R_з на поверхности земли образуется потенциальное электрическое поле. Зависимость распределения потенциалов в данном поле описывается гиперболой.

При прикосновении к корпусу первого электродвигателя человек окажется под напряжением прикосновения, равным разности потенциалов заземлителя φ¹ и точки земли, где располагается человек φ¹¹, т.е.

U_пр = φ¹ - φ¹¹.

При касании второго двигателя напряжение прикосновения равно

U_пр = φ¹ – 0 = φ¹.

Это наиболее опасный случай прикосновения, т.к. напряжение достигает максимального значения.

Для уменьшения напряжения прикосновения используют групповой заземлитель выравнивающий потенциальные поля в местах расположения всего оборудования.

Напряжение шага U_ш возникает при нахождении человека в зоне потенциального электрического поля на поверхности земли.

Шаговое напряжение есть разность потенциалов двух точек земли, которых человек касается ногами.

Чем шире шаг, тем выше будет шаговое напряжение.

Шаговое напряжение часто достигает опасной величины, поэтому выходить из зоны растекания тока следует мелкими шагами или скользя ногами по поверхности земли. Шаговое напряжение считается безопасным, если оно не превышает 36 В.

Сила тока, проходящего через тело человека, является основным поражающим фактором. Чем больше сила тока, тем опаснее его воздействие:

Сила тока, мА	Характер воздействия
Переменный ток (50 – 60 Гц)	Постоянный ток
0,5 – 1,5	Начало ощущения, легкое дрожание пальцев рук	Не ощущается
2,0 – 3,0	Сильное дрожание пальцев рук	Не ощущается
5,0 – 7,0	Судороги в руках	Зуд, ощущение нагрева
8,0 – 10,0	Руки с трудом, но можно оторвать от электродов. Сильные боли в пальцах, кистях рук и в предплечьях	Усиление нагрева
20 - 25	Паралич рук, оторвать их от электродов невозможно. Очень сильные боли. Дыхание затруднено	Еще большее усиление нагрева. Незначительное сокращение мышц рук
50 - 80	Паралич дыхания. Начало фибрилляции сердца	Сильное ощущение нагрева. Сокращение мышц рук. Судороги, затруднения дыхания
90 - 100	Паралич дыхания. При длительности 3 и более с. - паралич сердца	Паралич дыхания
>5 А	Немедленный паралич дыхания и остановка сердца

Из приведенной таблицы можно выделить следующие пороговые значения переменного тока:

- 0,5 – 1,5 мА: пороговый ощутимый ток;

- 10 – 15 мА: пороговый неотпускающй ток;

- 100 мА – 5 А: пороговый фибрилляционный ток.

Чем продолжительнее действие тока, тем больше вероятность тяжелого поражения организма. Это объясняется тем, что с увеличением времени воздействия тока снижается сопротивление тела человека, а также накапливаются негативные последствия воздействия тока на организм.

Род тока влияет на исход поражения следующим образом: постоянный ток примерно в 4…5 раз безопаснее переменного с частотой 50 Гц. Однако это справедливо лишь для напряжений прикосно-

вения до 500 В; при более высоких напряжениях прикосновения постоянный ток становится опаснее переменного с частотой 50 Гц.

Наиболее опасной частотой переменного тока является частота в 50…60 Гц. При снижении частоты до 0 или повышении ее до 450…500 Гц снижается опасность поражения в виде электроударов, однако, сохраняется опасность ожогов.

Наиболее опасный путь прохождения тока – через жизненно важные органы – сердце, головной мозг, легкие.

Индивидуальные свойства человека также влияют на исход поражения электрическим током. Так, вполне здоровые и физически крепкие люди легче переносят электроудары, чем слабые и больные. Повышенной восприимчивостью к электротоку обладают люди, страдающие болезнями кожи, легких, сердечно-сосудистой системы, а также находящиеся в состоянии утомления.

ГОСТ 12.1.038-82^* (Электробезопасность. Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов) устанавливает предельно допустимые значения напряжения прикосновения U_пр и тока I_ч, проходящего через человека по пути «рука – рука» и «рука – нога» при нормальном и аварийном режимах производственных и бытовых установок.

При нормальном режиме работы любых электроустановок эти значения следующие:

- для тока частотой 50 Гц: U_пр ≤ 2 В и I_ч ≤ 0,3 мА;

- для постоянного тока: U_пр ≤ 8 В и I_ч ≤ 1,0 мА.

Данные предельные значения установлены, исходя из реакции ощущения при продолжительности воздействия не более 10 мин. в сутки.

Если наблюдается высокая температура (выше 25 ⁰С) или влажность воздуха (выше 75%), указанные значения U_пр и I_ч должны быть уменьшены в 3 раза.

Для аварийного режима U_пр и I_ч устанавливаются в зависимости от времени воздействия тока.

Классификация электроустановок и помещений по электроопасности

Правила устройства электроустановок (ПУЭ) подразделяют электроустановки по напряжению на 2 группы:

1 – электроустановки напряжением до 1000 В и

2 – электроустановки напряжением свыше 1000 В.

Дата добавления: 2015-08-27