книги из ГПНТБ / Электробезопасность на горнорудных предприятиях сборник материалов Республиканской научно-технической конференции

отключения, представляется оправданным и необходимым. Решение вопроса о влиянии на исход электротравм переход­ ных процессов, описываемых дифференциальными уравнениями высокого порядка, с учетом нелинейности электрического сопро­ тивления тела человека, наиболее целесообразно вести на базе математического моделирования с помощью средств аналоговой техники, что дает возможность наглядно представить связь между математическим описанием и физической сущностью

процесса.

На рис. 1 изображена расчетная эквивалентная схема шахт­ ной электрической сети с защитным устройством типа УАКИ-380,

Рис. 1. Расчетная эквивалентная схема шахтной электрической сети.

к фазе которой прикасается человек. Эквивалентная схема по­ лучена в результате рассмотрения трехфазной сети с изолиро­ ванной нейтралью в качестве активного двухполюсника по отношению ветви с сопротивлением тела человека. При этом были приняты следующие допущения:

1 ) сопротивления жил кабеля и трансформатора приняты равными нулю;

2 ) источник питания — бесконечно большой мощности, нап­ ряжение фаз источника — симметричное;

3) активные сопротивления и емкости фаз сети относительно земли — симметричные, т. е. R 1— / ? 2= / ? 3 — R

и С1 = С2 — Сз— С.

Параметры сопротивления тела человека приняты в соответ­ ствии с результатами исследований МГИ.

На рис. 1 приняты следующие обозначения: и — фазное напряжение сети;

«1 — напряжение смещения нейтрали на входном сопротив­ лении;

Lp, Rp — индуктивность и активное сопротивление реле; Cj — емкость конденсатора, шунтирующие обмотки реле;

Lv R& — индуктивность и активное сопротивление дросселя; С2 — эквивалентная емкость устройства присоединения ком­

пенсатора;

Ri — эквивалентное сопротивление, ограничивающее опера­ тивный ток аппарата защиты;

61

/?., Сэ — эквивалентное активное сопротивление и емкость фаз сети относительно земли;

R(u) — нелинейное сопротивление тела человека;

С учетом масштабных коэффициентов моделирования систе­ ма уравнений (1 ), приведенная к машинному виду, выразится:

И i = / # ] т Й.г(ми -Ц « з(« и ««j)2/ (« а ' «ц ^

duu

62

mt — масштаб времени; ma — масштаб напряжения; mi — масштаб тока.

Реализацию задачи можно осуществить при помощи блоксхемы модели (рис. 2) на основе наборных панелей нелинейных аналоговых вычислительных машин.

Рис. 2. Блок-схема модели.

В настоящее время в МГИ начата работа по исследованию степени влияния переходных процессов на условия электробезо­ пасности при эксплуатации электрохозяйства горнодобывающих предприятий.

К ВОПРОСУ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОРОГОВЫХ ВЕЛИЧИН ФИБРИЛЛЯЦИОННОГО ТОКА ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ ЕГО НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

В. И. ЩУЦКИИ, X. М. УСМАНОВ, М. я. ХАКЕЛ (Московский горный институт)

Определение пороговых величин ощутимых и неотпускающих токов производится непосредственно на людях, что дает досто­ верные данные для решения вопросов проектирования защитных устройств (заземления, защитного отключения и т. п.). Проведе­ ние опытов, связанных с фибрилляцией, на людях невозможно,

либо применением других косвенных методов.

В проведенном исследовании (Шуцким В. И.) по определе­ нию пороговых значений тока на стадиях ощущений: начало раздражения — болевые ощущения — отпускающий ток, был сделан вывод о том, что величина порога для каждой последую­ щей стадии физиологических ощущений (по мере усиления раздражающего действия тока) равна примерно удвоенной ве­ личине порога для предшествующей стадии. Выявленное соотно­ шение пороговых значений (1:2:4) позволило выдвинуть гипотезу о распространимости «принципа удвоения» вплоть до критичес­ кой стадии — начала фибрилляции. Пользуясь данным принци­ пом и величинами порогов первых трех стадий ощущения, можно определить нижний порог фибрилляции (табл. 1 ).

В имеющейся специальной литературе при длительном про­ текании переменного тока промышленной частоты за нижний порог фибрилляционного гока в основном принимается величина, равная 30 мА. Эти данные были получены путем переноса на человека величин фибрилляционных токов для животных. При этом в некоторых случаях учитывается вес всего тела, а в дру­ гих — вес сердца человека и животного, на котором производи­ лись опыты. Из этих опытов, а также инструментальной обра­ ботки данных при смертельных электропоражениях известно,

fi4

что при протекании тока по организму имеется два независимых друг от друга физиологических процесса, которые могут вызвать фибрилляцию. В случаях высокой плотности тока и кратковре­ менном действии (доли кардиоцикла) фибрилляция наступает только тогда, когда раздражение приходится на наиболее чувствительную фазу сердца — зубец Т в электрокардиограмме (рис. 1 А). Длительное воздействие (несколько кардиоциклов)

Рис. 1. Зависимость фнбрнлляцнонного тока от фазы кардиоцнкла и тока действия отдельного волокна сердечной мышцы:

А — электрокардиограмма;

В— общип'характер зависимости фибриляцнонного тока.

Б— ток действия волокна сердечной мышцы;

Фазы изменений возбудимости: I — абсолютная рефрактерность;

II — относительная рефрактерность; III — повышенная возбудимость.

токов большой плотности фибрилляцию не вызывает. Вместе с тем, сердечная мышца конвульсивно сокращается, а по оконча­ нии протекания тока ритмическая деятельность сердца восста­ навливается. При протекании токов небольшой величины (не­ сколько десятков л/А) продолжительностью больше времени кардиоцикла наступившая фибрилляция продолжается и после прекращения действия тока. Принципиальный ход кривой фпбрилляциониого тока изображен па рис. 1 В. В литературе [3]

высказывается по этому поводу мнение, что в первом случае электрический ток действует непосредственно на сердечную мыш­ цу, а во втором — разрушается проводящая возбуждение систе­ ма сердца.

Наибольшее число электрических травм происходит в низко­ вольтных сетях, где токи, протекающие по телу человека срав­ нительно небольшой плотности и, следовательно, можно сделать заключение, что наступающая в этих случаях фибрилляция вызвана разрушением проводящей системы сердца.

Основываясь на данном предположении, по нашему мнению, величину минимальных токов, вызывающих фибрилляцию серд­ ца при его длительном протекании по телу человека, можно определить, используя данные, полученные в результате иссле­ дований по электрофизиологии сгр-ч-п. Как известно, при воз­ буждении сердечной мышцы в ее тканях возникают токи дейст­ вия, которые являются переменными по направлению и величине (рис. 1 Б). При раздражении сердца электрическим током при определенных условиях может произойти наложение потенциала внешнего источника на потенциалы возбуждения волокон различных частей сердца. Приложенный извне электрический ток, направленный навстречу току действия отдельных волокон сердечной мышцы, может нарушить передачу возбуждения или же, в случае достижения потенциала внешнего источника поро­ говой величины, произойдет преждевременное сокращение этих волокон. Последнее возможно в случае действия тока в период относительного рефрактерного периода и, особенно, в момент завершения реполяризации, когда наблюдается повышенная возбудимость сердечных волокон (участок б-в на рис. 1 Б). В результате может быть нарушена ритмическая деятельность сердца. Для определения наименьшей величины электрического тока, при которой может наступить фибрилляция, примем за опасную величину потенциал раздражающего тока по величине, равный потенциалу, возникающему в конце абсолютного рефрак­ терного периода, который равен 50—60 мВ [2]. Приняв мини­ мальные размеры сердца взрослого человека в вертикальной плоскости 8 см. определим величину критической напряженности

Примем среднюю величину электропроводности тела человека

66

Тогда среднее значение критической плотности тока, при ко­ торой может наступить фибрилляция, будет

------ 0,007= 0,000035 А!см2

200

Считая, что среднее поперечное сечение тела взрослого чело­ века в области грудной клетки S,,= 1000 см2 определим ампли­ тудную величину нижнего порога фибрилляцпонного тока при длительном продольном протекании его по телу человека.

ЛьаЧ..л • = S„ С, кр = 1000 • 0,000035= 0,035 А = 35 мА

Действующее значение переменного тока промышленной час­ тоты

Указанная величина нижнего порога фибрилляцпонного тока близка к величине тока, определенной по «принципу удвоения», а также и рекомендациям ведущих специалистов в области электробезопасиости. Кроме того, такой подход к решению вопроса по определению фибрилляииопных токов позволяет дифференцировать их величину в зависимости от веса (размера) тела человека или его сердца, а также путей протекания тока и его полярности.

KS 3, Wien.

К ВОПРОСУ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА В ИМПУЛЬСНОМ РЕЖИМЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

В. И. ЩУЦКИП, Л. И. НЕКРАСОВА

(Московский горныйинститут)

Проблема ликвидации электротравматизма в стране и, в частности, в горной промышленности, относится к категории важнейших государственных, общественных и научно-техничес­ ких задач. Для решения этих задач необходимо научное обосно­ вание первичных критериев электробезопасности.

При прикосновении к токоведущим частям пострадавший попадает под импульсное напряжение, амплитуда которого близка величине напряжения сети, а длительность импульса — времени срабатывания аппаратуры защитного отключения. В условиях эксплуатации рудничных электрических сетей сокра­ щение времени смятия опасного напряжения с пострадавшего

является важнейшим фактором обеспечения электробезопяс­ ности.

В связи с тем, что порог поражающего тока увеличивается с уменьшением длительности воздействующего импульса, необхо­ димо дальнейшее изучение токовременной зависимости I = f ( t ) при ^<0,2 с. Учитывая тенденцию роста рабочего напряжения в шахтных и рудничных сетях (380, 660, 1140 В), крайне необхо­ димы исследования электрических параметров тела человека при кратковременном режиме воздействия напряжений до и вы­

тела человека является исследование при воздействии напряже­ ний до 1000 В длительностью до 200 мс. Для этой цели в МГИ разработана схема устройства, приведенная на рис. 1.

Устройство представляет собой генератор прямоугольных импульсов с амплитудой от нуля до 70 В, работающий в ждущем режиме. Длительность генерируемых импульсов — до 200 мс с тремя фиксированными диапазонами: 0—40 мс; 0—120 мс; 0— 2 0 0 мс (внутри каждого диапазона возможна плавная регули­ ровка длительности импульсов). Кроме того, устройство позво­ ляет генерировать отрезки синусоид указанной длительности с

частотой заполнения 50 Гц.

Работа генератора осуществляется следующим образом. Ключ управления Кз находится в положении «заряд». Транзис­ тор Ti открыт ,а время — задающий конденсатор Ci (Сг, Сз) заряжен до напряжения U„m. по цепи: земля — открытый лере-

68

транзисторы Т3 и Т4 закрыты и, соответственно, цепь нагрузки /\\, — не имеет питания.

При переводе ключа Кз в рабочее положение («импульс») отрицательно заряженная обкладка время — задающего кон­ денсатора Ci (С2, С3) замыкается на «землю»; положительно заряженная обкладка конденсатора приложена к базе транзис­ тора Ть переход ^миттер-база смещается в обратном направле­ нии и транзистор Ti запирается. На его коллекторе появляется отрицательное напряжение (£/пнт. )• Разряд конденсатора Ci (С2, С3) протекает по цепи: положительно заряженная обкладка конденсатора Ci (С2, С3) — сопротивления R ?>, R2 — внутрен­ нее сопротивление источника питания — «земля» — отрицатель­ но заряженная обкладка конденсатора С] (С2, С3). Время раз­ ряда этого конденсатора определяется разрядным сопротивле­ нием R«, R2. За время разряда емкости Ci (С2, С3) на коллек­ торе транзистора Ti формируется отрицательный импульс, дли­ тельность которого определяется из условия:

С, = 0,7 С, (R, + RR

Отрицательный импульс с коллектора транзистора Ti пода­ ется на эмиттерный повторитель Т3, выход’ которого подключен на вход транзистора Т4, в цепь эмиттера которого включается исследуемая нагрузка (испытуемый). Амплитуда импульса ре­ гулируется сопротивлением R n ,

При подаче на испытуемого ( Zu )-отрезков синусоид различ­

такт отрезок синусоидального напряжения подается на нагрузку. Для обеспечения безопасности испытуемого в устройстве предусмотрена «схема безопасности», которая выключает пита­ ние в случае выхода из строя элементов, работающих непосред­ ственно на нагрузку. Такими «опасными» элементами являются транзисторы Т3 и Т4. В случае их пробоя испытуемый будет на­ ходиться под длительным воздействием напряжения с амплиту­

случае пробоя транзистора Т3). В этот момент необходимо снять напряжение с испытуемого.

При исправной работе всех элементов схемы в ыевозбужденном режиме работы транзисторы Т3 и Т4 закрыты, закрыт и транзистор Тб. Управляющая схема транзистора Т5 отключена закрытым диодом Д ь В невозбужденном состоянии схемы тран­ зистор Т5 надежно закрыт и питание подается на все каскадыустройства. При переходе генератора импульсов в возбужденное состояние в цепях эмиттеров транзисторов Т3 и Т4 появляется отрицательное напряжение, за счет которого в цепь базы тран-

№