Основы электробезопасности. Ч. 1. Теоретические основы условий поражен

функционального блока нарушает систему автоматического регулирования важнейшей из жизнеобеспечивающих систем – системы кровообращения. В каком бы элементе общей системы ни произошло нарушение, «замыкание» происходит на сердце, нарушается его жизненно необходимая насосная функция, в результате чего прекращается сердцебиение и человек погибает.

Наиболее опасными являются петли голова – руки и голова – ноги, когда ток, протекая по пути наименьшего сопротивления – кровеносная система и нервные окончания, поражает головной и спинной мозг.

3.7. Оценки пороговых значений напряжений прикосновения и токов

Одними из основных объективных факторов, обусловливающих исход электротравмы, являются величина электрического тока и величина напряжения, непосредственно приложенного к телу че-

ловека – напряжения прикосновения.

Согласно ГОСТ Р 12.1.009–2009 [4] следует различать три ступени воздействия тока на организм человека и три пороговых значения: ощутимый, неотпускающий и фибрилляционный.

Ощутимый ток – электрический ток, вызывающий при прохождении через организм ощутимые раздражения (пороговый ощутимый ток – наименьшее значение ощутимого тока).

Неотпускающий ток – электрический ток, вызывающий при прохождении через человека непреодолимые судорожные сокращения мышц руки, в которой зажат проводник (пороговый неотпускающий ток– наименьшеезначениенеотпускающеготока).

Фибрилляционный ток – электрический ток, вызывающий при прохождении через организм фибрилляцию сердца (пороговый фибрилляционный ток – наименьшее значение фибрилляционного тока) [2].

Оценке сравнительной опасности токов различного рода и частоты посвящен ряд работ [11–15]. Тем не менее до настоящего времени по этому вопросу не существует единого мнения, хотя накоплен достаточно обширный материал.

121

Статистика производственного электротравматизма и результаты лабораторных опытов на людях и животных давно уже указывали на несколько меньшую опасность постоянного тока по сравнению с переменным (при напряжении 250 В). Однако оставалась неясной причина этого явления и не была определена кратность сравнительной опасностипостоянногоипеременноготокаодногоитогоженапряжения.

Основным физическим фактором, влияющим на сравнительную опасность токов разного рода, является сопротивление живого организма. Сопротивление тела при постоянном токе больше, чем при переменном токе. Это положение справедливо только при малых напряжениях, не вызывающих пробоя кожных покровов.

В выполненной еще в 1956 г. А.Ф. Пахомовым работе [14] по определению порогов чувствительности и переносимости для человека при воздействии токов разного рода за порог чувствительности было принято первое заметное ощущение действия электрического тока, а за порог переносимости – непереносимые болевые ощущения. Исследования, проводившиеся на группе из 8 человек, показали, что величины переменного тока частотой 50 Гц в области пороговых значений чувствительности и переносимости примерно в 4–5 раз меньше, чем величины постоянного тока. Это объясняется тем, что при постоянном токе отпадают реактивные проводимости, обусловленные как диэлектрической, так и поляризационной емкостями, присущими организму при действии переменного тока.

Доказано, что раздражающая способность токов различного рода и частоты неодинакова [16]. Наименьшее значение раздражающего тока наблюдается при частоте 200 Гц. С ростом частоты от 200 Гц до 15 кГц токи, вызывающие фиксированные ощущения, увеличиваются по зависимости

где k – коэффициент, который для начальных токов равен 0,10–0,13, для пороговых токов 0,41–0,49; f – частота тока, Гц.

С ростом величины воздействующего тока раздражающая способность его при различных родах и частотах изменяется с различной скоростью.

122

Наиболее общие данные значения тока и характер его воздействия на организм человека, составленные по ряду источников, приводятся в табл. 6.

Таблица 6 Характер воздействия электрического тока на организм человека

123

Фибрилляция сердца через 2–3 с, еще через Паралич дыхания при 100 несколько секунд – паралич сердца длительном протека-

нии тока

Дыхание парализуется немедленно – через доли секунды. ФибрилляБолее ция сердца, как правило, не наступает. Возможна временная остановка 5000 сердца в период протекания тока. При длительном протекании тока

(несколько секунд) – тяжелые ожоги, разрушение тканей

Особенностью любого из названных видов действия электрического тока является то, что эффект поражения будет несколько больше, так как при протекании тока через тело человека имеет место комплексное воздействие, т.е. все виды воздействий.

Данные табл. 6 соответствуют прохождению тока через тело человека по пути рука – рука или рука – ноги.

Как следует из табл. 6, постоянный ток несколько менее опасен. Однако следует помнить, что это касается биологического действия. Степень опасности по электрохимическому воздействию имеет именно постоянный электрический ток (происходит электролиз крови). При этом можно выделить следующие пороговые значения токов:

–пороговый ощутимый ток – 0,6–1,5 мА переменного с час-

тотой 50 Гц и 5–7 мА – постоянного;

–пороговый неотпускающий ток – 10–15 мА и более пере-

менного с частотой 50 Гц и 50–80 мА постоянного (следует отметить, что при постоянном токе неотпускающих токов нет, так как человек при любых значениях тока может самостоятельно оторваться от токоведущих частей, однако в момент отрыва возникают весьма болезненные сокращения мышц, аналогичные и таких размеров, как и при переменном токе);

–пороговый фибрилляционный ток – 100–350 мА переменного

счастотой 50 Гц и 300 мА постоянного.

124

В соответствии с ГОСТ Р 12.1.009–2009 [4] принимаются предельно допустимые (пороговые) уровни ощутимых напряжений и токов в зависимости от рода тока и частоты. Данные значения предназначены для проектирования способов и средств защиты людей при взаимодействии их с электроустановками производственного и бытового назначения постоянного и переменного тока частотой 50 и 400 Гц. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов установлены для путей тока от одной руки к другой и от руки к ногам.

Напряжения прикосновения и токи, протекающие через тело человека при нормальном (не аварийном) режиме электроустановки, не должны превышать значений, указанных в табл. 7.

Таблица 7

Напряжения прикосновения и токи, протекающие через тело человека при нормальном режиме электроустановки

Напряжения прикосновения и токи приведены при продолжительности воздействий не более 10 мин в сутки и установлены исходя из реакции ощущения.

Напряжения прикосновения и токи для лиц, выполняющих работу в условиях высоких температур (выше 25 °С) и влажности (относительная влажность более 75 %), должны быть уменьшены в три раза.

Данные табл. 7 используются для расчета изоляции электрооборудования и кабелей.

Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и отпускающих токов при аварийном режиме бытовых и производственных электроустановок в соответствии с ГОСТом [4] выбираются по табл. 8. По этим значениям рассчитываются параметры защитного заземления и пороги срабатывания защитного отключения.

125

3.8. Вольт-амперные характеристики и угол сдвига фаз при прохождении электрического тока через тело человека

С самого начала промышленного применения электричества ученые всего мира занимались изучением воздействия электрического тока на человека и последствий этого воздействия. Широкую известность получили работы следующих авторов: Н.Н. Egyptien, L.P. Ferris, D.G. King, H.B. Williams, W.B. Kouwenhoven, C.F. Dalziel, S. Koeppen, G. Irresberger, H. Hofherr, J.T. Harley, G. Biegelmeier, E. Reindl, Smola, B.J. Simpson, J. Jacobsen, M. Охаси, Т. Кавасэ,

А.И. Сидорова, Ю.В. Ситчихина, Б.А. Князевского, В.И. Щуцкого

имногих других.

3.8.1.Вольт-амперные характеристики

Входе исследований [17], выполняемых для нескольких групп испытуемых, были получены вольт-амперные характеристики каждого испытуемого в диапазоне амплитуд напряжения переменного тока 10–100 В при длительностях воздействия 40–120 мс. Типичные вольт-амперные характеристики для различных амплитудных

значений напряжения Um при длительности воздействия 40 мс приведены на рис. 54.

Проведенные исследования показали, что в диапазоне напряжений 10–30 В вольт-амперная характеристика человека имеет форму кривой второго порядка – эллипса, оси которого повернуты относительно осей координат на некоторый угол ψ (рис. 54, а). Для указанного диапазона напряжений организм человека может рассматри-

ваться как линейный пассивный двухполюсник .

Линейный пассивный двухполюсник – это обобщенное название схемы, которая двумя выходными полюсами присоединена к выделенной ветви. При этом в нем нет источника ЭДС или тока.

127

щейся абсциссой точки 1; выключение произошло при амплитуде тока, характеризующейся точкой 5 на масштабной сетке экрана осциллографа.

Начиная с Um = 70 В форма вольт-амперной характеристики теряет сходство с петлей гистерезиса; появляются циклы, связанные с каждым периодом синусоидального напряжения. Амплитудные значения тока в моменты выключения испытательной цепи существенно превышают амплитудные значения тока в моменты включения. Кривые вольт-амперных характеристик становятся функциями амплитуды и времени воздействия напряжения; форма кривых становится сугубо специфичной, присущей только живым биологическим объектам.

Все приведенные осциллограммы характеризуют процесс протекания тока по пути рука – рука. Формы кривых вольт-амперных характеристик, полученных для других путей, не имеют существенных различий (рис. 55).

Описание полученных кривых путем проведения статистического анализа [16] показало, что наиболее точно амплитудные значения тока (Im) описываются уравнением регрессии

в котором Im измеряется в миллиамперах, а Um – в вольтах. Аналитические выражения для мгновенного значения тока со-

гласно [18] могут быть определены по следующим формулам. Для вольт-амперной характеристики в диапазоне воздейст-

вующих напряжений Um < 40 В

где i – текущее значение тока; U – текущее значение напряжения; ψ – угол наклона многозначной вольт-амперной характеристики; Im –

вертикальная полуось начального эллипса; Um – главная полуось начальногоэллипса.

129