3.7. Електричний струм

Всі існуючі електроустановки поділяють на дві групи: установки напругою до 1000 В та установки напругою понад 1000 В. Переважна більшість електротравм відбувається під час експлуатації установок першої групи. Це пояснюється їх значно ширшим застосуванням та тим, що до їхнього обслуговування часто залучають недостатньо підготовлений персонал.

Головними небезпечними факторами електричного струму є:

- напруга торкання;

- напруга кроку;

- електрична дуга.

3.7.1. Дія струму на організм

Розрізняють електролітичну, термічну та біологічну дію електричного струму на організм людини.

Електролітична дія - це зміна (внаслідок електролізу) хімічного складу рідин, що входять до складу організму й у фізичному відношенні є електролітами.

Термічна дія - це нагрівання тканин організму внаслідок протікання по ним струму, яке призводить до так званих електричних опіків.

Електричний опік (контактний або дуговий) виникає внаслідок протікання значного (понад 1 A) струму через окремі частини тіла людини.

Біологічна дія - це специфічна дія електричного струму на живі тканини, що полягає в реакції нервової системи на подразнення, й проявляється в рефлекторному скороченні тих чи інших груп м'язів, в тому числі це стосується й серцевого м'яза.

Результат біологічної дії струму називається електричним ударом.

Електричний удар виникає внаслідок протікання незначного струму (до 1 A) через все тіло людини або через життєво важливі органи.

Електричний опік та електричний удар об'єднують поняттям електричної травми. До електротравм належать також електричні знаки та електрометалізація шкіри.

Електричні знаки на тілі людини виникають в місцях щільного контакту з джерелами напруги. Вони являють собою пухлини з твердою жовтувато-білою поверхнею круглої чи овальної форми.

Електрометалізація шкіри - це проникнення часток металу під поверхню шкіри внаслідок його випаровування під дією струму. З усіх проявів дії струму на організм найбільш небезпечним є електричний удар, що у важких випадках призводить до зупинки дихання й серцевої діяльності (фібриляції серця). Такий стан організму називають клінічною смертю. Як відомо в цьому стані людина може перебувати до 5 - 7 хвилин, тому дуже важливим є термінове надання такій людині першої допомоги у вигляді штучного дихання та непрямого масажу серця.

3.7.2. Фактори, що визначають наслідки ураження електричним струмом

Сила струму, I_h - головний, визначальний фактор. Виділяють такі порогові значення сили змінного струму:

- поріг подразнюючої дії струму - найменший струм, що викликає відчуття (0,5 - 1,5 mA);

- поріг "невiдпускаючої" дії струму - найменший струм, під час дії якого людина не спроможна звільнитись від контакту з джерелом струму (10 - 15 mA);

- поріг смертельної дії струму (50 mA).

Рід струму. Змінний струм небезпечніший від постійного – порогові значення сили постійного струму в 3 - 5 разів більші порівняно зі змінним.

Частота змінного струму, f. Найбільш небезпечним є струм з частотою 50 - 60 Гц. Небезпечність отримання електричного удару зменшується зі зростанням частоти. Вона стає практично несуттєвою при частоті 1000 - 2000 Гц, а при частоті 450 - 500 кГц повністю зникає. Струм з такою частотою спроможний викликати лише опіки.

Електричний опір тіла людини, R_h - змінна властивість організму, що залежить від багатьох факторів, зокрема, від стану шкіри, щільності та площі контакту з джерелом струму, сили струму та діючої напруги, тривалості дії струму, індивідуальних особливостей людини (стать, вік, психічний та фізичний стан організму тощо). Найбільший опір з усіх тканин організму людини має поверхневий шар шкіри (епідерміс) – до 100 кОм. Сумарний опір всіх внутрішніх тканин складає 300 - 700 Ом.

Для розрахунків приймають, що R_h дорівнює 1000 Ом.

Напруга торкання, U_т. Цей фактор разом з опором тіла R_h визначає значення сили струму I_h через тіло. Крім того напруга торкання тобто різниця потенціалів в точках включення тіла людини в електричний ланцюг, впливає на значення опору тіла людини й по досягненні 50 В та вище викликає електричний пробій епідермісу.

Шлях струму в тілі людини, тобто наявність на шляху струму життєво важливих органів.

Схема включення тіла людини в електричний ланцюг. Може мати місце схема однофазного або двохфазного включення. Однофазне включення – це включення між одним з фазних проводів та "землею". Двохфазне включення - це включення між двома фазними проводами. В першому випадку за умови нормального (неаварійного) режиму роботи установки на тіло людини діє фазна напруга U_ф. В другому випадку - лінійна напруга U_л = 3U_ф. Тобто двохфазне включення значно не безпечніше за однофазне.

Режим нейтралі. Нейтраль - це така точка багатофазної мережі, в якій напруга всіх фаз скомпенсована й потенціал якої відносно "землі" дорівнює нулю. Під режимом нейтралі розуміють один з двох можливих її станів - заземлена нейтраль або ізольована нейтраль. Заземлення нейтралі виконують з метою запобігання небезпечним наслідкам у випадку пошкодження ізоляції між первинною та вторинною обмотками трансформатора підстанції. Цей фактор має значення лише у випадку однофазного включення.

У випадку однофазного включення тіла людини в мережу з ізольованою нейтраллю сила струму, що діє на тіло людини визначається за таким виразом

I_h = U_л / (3R_h + Z),

де Z - повний опір ізоляції проводів (якщо ємнісний опір є незначним, то Z = R_із – активному опору ізоляції).

Цей випадок зображено на рис. 14 а.

У випадку заземленої нейтралі

I_h = U_ф / (R_h + R_o),

де R_o - опір заземлювача нейтралі.

Цей випадок зображено на рис. 14 б.

З цього випливає, що за нормального режиму роботи мережі (Z > 0,5 МОм) схема з ізольованою нейтраллю є значно безпечнішою ніж схема з заземленою нейтраллю. За аварійного режиму роботи мережі (Z = 0) сила струму I_h, а відповідно й небезпека, буде меншою в мережі з заземленою нейтраллю, крім того заземлення нейтралі є перевагою тому, що має протипожежне значення. Зважаючи на це вибір схеми мережі здійснюють виходячи з вірогідності виникнення аварійного режиму роботи мережі – за незначної вірогідності перевага надається схемі з ізольованою нейтраллю, в протилежному випадку - схемi з заземленою нейтраллю.

R_із

R₀

а) б)

Рис. 14. Схеми включення тіла людини в електричний ланцюг в залежності від режиму нейтралі: а) схема з ізольованою нейтраллю; б) схема з заземленою нейтраллю.

Про такі фактори, як тривалість дії струму та індивідуальні властивості організму згадувалось у зв'язку з іншими факторами.

До нормованих факторів електричного струму належать напруга торкання U_т й сила струму I_h на шляху від однієї руки до іншої та від руки до ніг. Нормування здійснюється у відповідності до ГОСТ 12.1.038-82. Норми встановлено в залежності від

• напруги установки (до 1000 В та понад 1000 В);

• роду та частоти струму;

• режиму роботи (аварійний та неаварійний);

• призначення установки (виробничого та побутового).

3.7.3. Захист від дії струму

Загальні принципи захисту від дії струму встановлені ГОСТ 12.1.019-79. До основних технічних захисних заходів належать: недоступність елементів устаткування, що знаходяться під струмом; ізоляція елементів устаткування, що знаходяться під струмом; виготовлення елементів устаткування з діелектричних матеріалів; використання низької напруги (меншої від 42 В); використання блокуючих пристроїв; захисне заземлення, занулення та відключення.

До основних організаційних захисних заходів належать: призначення відповідальних осіб; здійснення допуску до проведення робіт; нагляд за проведенням робіт; раціональний режим праці та відпочинку.

Під захисним заземленням розуміють з'єднання елементів установки, що можуть опинитись під струмом внаслідок пошкодження ізоляції, з землею. Таке з'єднання виконують за допомогою спеціального ланцюга заземлення. Захисна дія заземлення полягає в тому, що основний струм у випадку пошкодження ізоляції має місце в ланцюгу заземлення в наслідок його малого опору (до 4 Ом), а через тіло людини протікає незначний струм. Схема захисного заземлення наведена на рисунку 15 а.

Під захисним зануленням розуміють з'єднання елементів установки, що можуть опинитись під струмом внаслідок пошкодження ізоляції, з нульовим проводом, який неодноразово заземлюють. Захисна дія занулення полягає в зниженні потенціалу на елементах устаткування у випадку пошкодження ізоляції, а також в тому, що струм в ланцюгу занулення досягає значення струму короткого замикання після чого спрацьовують електричні запобіжники й установка відмикається від струму. Термін спрацьовування плавких запобіжників - близько 1 секунди, автоматичних – долі секунди. Схема захисного занулення наведена на рисунку 15, б.

R_h

R_h

R₀

R_з

а) б)

Рис. 15. Схеми захисного заземлення та занулення

Під захисним відключенням розуміють швидкодіючий захист, що забезпечує автоматичне відключення установки у випадках перевищення певними параметрами її роботи встановлених меж.

3.7.4. Перша допомога при ураженні електричним струмом

Перша медична допомога - це комплекс заходів, спрямованих на відновлення і збереження життя і здоров'я постраждалого, здійснюваних не медичними працівниками. Головною умовою успіху першої медичної допомоги є швидкість її надання, знання й уміння того, хто надає допомогу. Той, хто надає допомогу повинний знати: основні ознаки порушення життєво важливих функцій організму, загальні принципи надання першої медичної допомоги, основні способи перенесення постраждалих.

Спочатку приймаються всі доступні засоби для звільнення постраждалого від контакту з електроустановкою і, отже, припинення дії електричного струму. Для припинення контакту з електроустановкою необхідно:

- відключити ушкоджену установку від електромережі; відтягнути постраждалого за сухий одяг (в установках напругою до 1000 В);

- перерубати сокирою з дерев'яною ручкою струмоведучий провід (в установках до 1000 В).

В електроустановках напругою вище 1000 В для виконання зазначених вище дій варто використовувати діелектричні рукавички, боти, а для відкидання струмоведучих дротів - ізолюючі штанги або кліщі. У виняткових випадках для відключення струму можна використовувати навмисне замикання накоротко фаз електроустановки, шляхом накидання на лінії повітряних передач оголеного дроту, один кінець якого заземлений.

Після звільнення постраждалого від дії електричного струму необхідно оцінити його стан. Основні ознаки, по яких можна визначити стан людини такі:

а) наявність свідомості;

б) колір шкірних покровів і видимих слизових (губ, очей);

в) наявність подиху;

г) наявність пульсу;

д) стан зіниць.

Потім приступають до надання першої допомоги і викликають лікаря. Для цього постраждалого вкладають на рівне місце і перевіряють наявність пульсу і подиху. Пульс прощупується на зап'ясті, наявність подиху встановлюють по підняттях у такт подиху грудної клітини. По зіницям визначають стан кровообігу мозку: розширена зіниця вказує на різке погіршення стану постраждалого. При припиненні роботи серця і подиху необхідно приступити до виконання штучного дихання і зовнішнього масажу серця. Штучне дихання виконують шляхом ритмічного вдихання повітря зі свого рота в рот або ніс постраждалого.

Для забезпечення доступу повітря в легені голову постраждалого варто відігнути назад (підборіддям угору), під лопатки покласти валик з одягу, звільнити гортань від запалого язика. Ефективність штучного дихання контролюється по розширенню грудної клітини постраждалого.

Одночасно зі штучним диханням доцільно для підтримки в організмі необхідного кровообігу виконувати зовнішній масаж серця в такий спосіб. На область грудини накласти ліву руку, праву - поверх на ліву; зробити енергійне натискування так, щоб подати нижню частину грудини на 3 - 4 см; частота натискувань - один раз на секунду. Штучне дихання і зовнішній масаж серця необхідно виконувати до появи стійкого пульсу і подиху. Якщо пульс і подих не відновлюються, то допоміжні заходи треба здійснювати до прибуття лікаря.