5. Основы электробезопасности

Широкое использование электроэнергии во всех отраслях промышленности, в сельском хозяйстве, а также в быту сопровождается значительным увеличением количества людей, связанных с эксплуатацией электрооборудования, что существенно повышает потенциальную опасность электротравматизма. Несмотря на то, что на производстве количество травм, вызванных воздействием электрического тока (далее – тока), относительно невелико (от 1 до 10 % их общего числа в зависимости от отрасли промышленности), наибольшее количество несчастных случаев со смертельным исходом (до 40 %) происходит в результате электропоражений, причем почти 80% из них приходится на электроустановки напряжением до 1 кВ.

Доля электротравм лиц электротехнических профессий в несколько раз меньше, чем неэлектротехнических. Исследование причин поражения электрическим током в сельском хозяйстве показывает, что наибольшее число несчастных случаев происходит в результате допуска к работе с электрическими устройствами необученного правилам электробезопасности персонала и пренебрежительного отношения работающих к средствам защиты.

Опасность электрического тока в отличие от прочих опасностей усугубляется тем, то человек не в состоянии без специальных приборов обнаружить напряжение дистанционно, как, например, движущиеся части, раскаленные объекты, открытые люки, неогражденные края площадки, находящихся на высоте, и т.п. Опасность обнаруживается слишком поздно, когда человек уже поражен. Эту особенность необходимо учитывать при обслуживании электроустановок.

Поражения электрическим током могут быть вызваны различными причинами: прикосновение к открытым токоведущим частям или проводам, изоляция которых повреждена; воздействие электрического тока через дугу; прикосновение к металлическим частям оборудования, случайно оказавшимся под напряжением; недопустимое сближение крупногабаритных машин (автокранов, зерноуборочных комбайнов) с линиями электропередачи и т.д. Таким образом, при разработке мер защиты необходимо учитывать весь комплекс вредных и опасных факторов, оказывающих влияние на организм человека и животных.

Электробезопасность – система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту человека и животных от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества.

Все положения, приведенные ниже, применимы не только к человеческому организму, но и к организму животных.

5.1. Воздействие электрического тока на организм человека

Проходя через тело человека, ток оказывает термическое, химическое и биологическое воздействие (рисунок 5.1).

Рисунок 5.1 – Воздействие электрического тока

Термическое воздействие проявляется в выделении в биологических тканях (далее – тканях) тепла, общее количество ΔQ которого можно определить по формуле:

(5.1)

где I – сила тока (далее – ток), протекающего через ткани, R – активное сопротивление тканей, Δt – время, в течение которого происходило протекание тока.

Химическое воздействие выражается в электролизе растворов, являющихся составными элементами биологических тканей.

Биологическое воздействие проявляется раздражением и возбуждением тканей организма, нарушением жизненно важных биологических процессов. Внешний ток подавляет малые биотоки, протекающие в теле человека (животного) и тем самым вызывает серьезные расстройства в организме вплоть до его гибели.

Действуя совокупно, все три вида воздействия приводят к развитию электротравмы (рисунок 5.2).

Рисунок 5.2 – Виды электротравм

Механические повреждения – расслоение, разрыв тканей организма в результате электродинамического эффекта, а также взрывоподобного образования пара, образующегося при вскипании биологических жидкостей под действием тока. Стремительное выделение пара происходит обычно при воздействии тока величиной несколько ампер. Это может быть вызвано напряжением только выше 1000 В. При поражении человека напряжением до 1000 В механические повреждения возникают от резкого сокращения мышечных волокон. При этом могут происходить растяжение сухожилий, разрыв мелких и крупных кровеносных сосудов, самой мышечной ткани, а в наиболее тяжелых случаях – перелом мелких костей. Прямые механические повреждения происходят в момент протекания тока через тело человека. Косвенные происходят во время, когда ток через тело перестал протекать. Например, электромонтер, работая на высоте, прочищал корпус светильника и был поражен током. Ток не достиг опасной величины, но от неожиданности электромонтер потерял равновесие, упал и сломал ногу. В момент падения ток через тело человека не протекал – однако причиной падения и, как следствие, перелома явился удар тока. Комбинированные сочетают в себе повреждения, происшедшие в момент удара током, и повреждения, вызванные, например, последующим падением пострадавшего с высоты.

Электрические ожоги возникают у пострадавших вследствие перехода в тепловую энергию электрической энергии тока, проходящего через тело человека при его контакте с токоведущими частями (прямые ожоги), а также от воздействия электрической дуги или искры, образующихся при коротких замыканиях (косвенные) или приближении человека на недопустимо близкое расстояние к частям, находящимся под высоким напряжением (комбинированные ожоги). Смерть пострадавшего практически всегда вызывают комбинированные ожоги, когда электрический ток, нагревая кровеносные сосуды, нервы, мышцы и другие ткани, протекает внутри тела, а электрическая дуга обжигает человека снаружи. С другой стороны, при косвенных ожогах, когда человек испытывает воздействие интенсивного потока инфракрасных и ультрафиолетовых лучей, испускаемых плазмой электрической дуги (температура которой достигает 4000 С), смертельный исход редок, хотя пострадавшему требуется интенсивное лечение в ожоговых центрах.

Электрические знаки – это безболезненные пятна серого или бледно-желтого цвета, образующиеся на коже при прохождении тока (рисунок 5.3, а). В некоторых случаях электрический знак представляет собой волнистую линию красного или коричневого цвета, обусловленную точечными кровоизлияниями (рисунок 5.3, б). Обычно электрические знаки безболезненны и при лечении бесследно исчезают. Однако глубокое поражение большого участка живой ткани может привести к нарушению функций пораженного органа. Особенную опасность представляют электрические бляшки, способные возникать на внутренней поверхности кровеносных сосудов. При поражении коронарных сосудов, питающих сердечную мышцу, возможен приступ стенокардии и даже инфаркт.

Электрометаллизация кожи связана с проникновением в нее мельчайших частиц металла при его расплавлении и разбрызгивании в случае образования электрической дуги. Металл может проникнуть в кожу также вследствие электролиза в местах соприкосновения человека с токоведущими частями. Поврежденный участок кожи приобретает жесткую шероховатую поверхность (рисунок 5.4), цвет которой определяется цветом соединений металла, внедрившегося в кожу (например, при внедрении микрочастиц меди кожа приобретает зеленый цвет). С течением времени пораженный участок кожи вновь становится нормальным и эластичным. Однако при поражении глаз лечение может оказаться сложным, а иногда и безрезультатным – наступает слепота.

Рисунок 5.3 – Электрические знаки: а – бляшки; б – линии

Рисунок 5.4 – Электрометаллизация кожи

Электроофтальмия (воспаление наружных оболочек глаз) возникает в результате воздействия ультрафиолетового излучения электрической дуги. Характерные проявления болезни – слезотечение, частичное ослепление и светобоязнь. Боль в глазах продолжается обычно несколько дней.

Перечисленные выше виды электротравм занимают примерно 10 % от их общего количества. Около 90 % травм составляет электрический шок (электрический удар).

Под электрическим ударом (шоком) понимают возбуждение тканей организма проходящим через него током, проявляющееся в виде судорог мышц тела. Электрический удар наблюдается при воздействии малых токов – обычно до нескольких сотен миллиампер, при напряжении до 1000 В. При такой малой мощности выделение теплоты ничтожно и не вызывает ожога. Тяжесть последствий такого воздействия различна: от слабого сокращения мышц в местах входа и выхода тока до существенных нарушений, в том числе прекращения функционирования сердца и легких. Даже при несмертельной электротравме электрокардиограмма пострадавшего несет на себе признаки коронарной недостаточности, а морфологические исследования в ряде случаев показывают наличие микроинфаркта миокарда. Нередко у пострадавших наблюдаются отдаленные (от 10 дней до 2 лет и более после травмы) последствия электроударов: заболевания щитовидной железы, половых органов, раннее появление артериосклероза, развитие диабета, сердечно-сосудистых, вегетативно-эндокринных и нервно-психических расстройств.

В таблице 5.1 приведены значения постоянного и переменного (промышленной частоты) тока, которые вызывают определенное воздействие на человека.

Таблица 5.1 – Воздействие постоянного и переменного тока на человека

Характер воздействия	Переменный ток, 50 (60) Гц, мА	Постоянный ток, мА
Начало ощущения, легкое дрожание пальцев рук (при постоянном токе – ощущение тепла и зуд)	0,5…1,5	5,0…7,0
Порог неотпускающего тока	10…12 (15)	30…40
Порог удушающего тока	30…40	150…200
Фибрилляционный ток	80…100	300…400

При значении переменного тока 10 мА любой человек (даже ребенок) способен самостоятельно освободиться от действия тока, а при значении тока 15 мА это не под силу даже физически развитому человеку. Ток продолжает протекать через тело человека – при этом из-за судорог мышц выделяется большое количество соленого пота, который уменьшает сопротивление кожи, что приводит к увеличению силы тока. Если пострадавшего не освободить от действия тока в течение нескольких секунд, стремительно наступает остановка дыхания, вызванная параличом диафрагмы, а затем фибрилляция сердца.

Фибрилляция сердца заключается в беспорядочном сокращении и расслаблении мышечных волокон сердца. При нормальной жизнедеятельности мышечные волокна сердца (фибролы), повинуясь единому авторитму, одновременно сокращаются и расслабляются. При фибрилляционном токе авторитм нарушается, сердце затрачивает значительную энергию, но не производит полезной работы, кровообращение прекращается, сердце останавливается. После прекращения действия тока работа сердца самостоятельно не восстанавливается – необходимо оказание помощи.

Следует отметить, что большие токи, достигающие 10 А (при поражениях в электроустановках напряжением выше 1000 В) не вызывают фибрилляции сердечной мышцы. Фибролы под действием столь большого тока резко сокращаются и остаются в таком состоянии до отключения тока, после чего сердце вновь начинает работать. Однако при указанных высоких токах смерть пострадавшего наступает вследствие тяжелых ожогов.

Отсюда следует, что опасность поражения тем больше, чем больше ток, протекающий через тело человека. Величина тока зависит от напряжения электроустановки, сопротивления тела человека, а также ряда других факторов, влияющих на исход поражения электрическим током.