Л 13 Электробезопасность 2013

Г.Ф. Несоленов. Лекция 13. Электробезопасность. 2013

ЛЕКЦИЯ 13. ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ

Опорные темы:

Г.Ф. Несоленов. Лекция 13. Электробезопасность. 2013

Глоссарий:

БЛОКИРОВАНИЕ В ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОМ ИЗДЕЛИИ (УСТРОЙСТВЕ) – осуществление логической функции запрета в электротехническом изделии (устройстве).

ГЛУХОЗАЗЕМЛЁННАЯ НЕЙТРАЛЬ – нейтраль трансформатора или генератора, присоединѐнная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление.

ДВОЙНАЯ ИЗОЛЯЦИЯ – изоляция, состоящая из рабочей и дополнительной изоляции.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ИЗОЛЯЦИЯ – изоляция, предусмотренная дополнительно к рабочей изоляции для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения рабочей изоляции

ЗОНА РАСТЕКАНИЯ ТОКА ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ – зона земли, за пределами которой электрический потенциал, обусловленный токами замыкания на землю, может быть условно принят равным нулю.

НАПРЯЖЕНИЕ ПРИКОСНОВЕНИЯ – это напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек.

ШАГОВОЕ НАПРЯЖЕНИЕ – (напряжение шага) – напряжение, между двумя точками цепи тока, находящихся одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ИЗОЛЯЦИЯ – изоляция токоведущих частей электроустановки, обеспечивающая еѐ нормальную работу и защиту от поражения электрическим током.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК – движение заряженных электронов от большего потенциала к меньшему потенциалу в замкнутом проводнике, составляющем единую цепь с источником, имеющим различные потенциалы.

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ЗАМЫКАНИЕ НА КОРПУС (замыкание на корпус) – случайное электрическое соединение токоведущей части с металлическими нетоковедущими частями электроустановки.

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ЗАМЫКАНИЕ НА ЗЕМЛЮ (замыкание на землю) – случайное электрическое соединение токоведущей части непосредственно с землѐй или нетоковедущими проводящими конструкциями, или предметами, не изолированными от земли.

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

ЭЛЕКТРОЗАЩИТНЫЕ СРЕДСТВА – переносимые и перевозимые изделия, служащие для защиты людей, работающих с электроустановками, от поражения электрическим током, от воздействия электрической дуги и электромагнитного поля.

ЭЛЕКТРОТРАВМА – травма, вызванная воздействием электрического тока

2

Г.Ф. Несоленов. Лекция 13. Электробезопасность. 2013

или электрической дуги.

ЭЛЕКТРОТРАВМАТИЗМ – явление, характеризующееся совокупностью электротравм.

3

Г.Ф. Несоленов. Лекция 13. Электробезопасность. 2013

1 ОПАСНОСТЬ ПОРАЖЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ

Опасность поражения человека электрическим током возникает вследствие попадания человека под напряжение, т.е. при прикосновении к точке, потенциал которой отличается от потенциала земли, или к двум точкам электроустановки с различными потенциалами. Результатом поражения является электротравма.

Электротравма представляет собой травму, вызванную воздействием электрического тока или электрической дуги.

Электрический ток – это движение заряженных электронов от большего потенциала к меньшему потенциалу в замкнутом проводнике, составляющем единую цепь с источником, имеющим различные потенциалы.

Явление, характеризующееся совокупностью электротравм, называется

электротравматизмом.

Электробезопасность рассматривается как система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества.

Анализ общего количества несчастных случаев на производстве показывает, что количество электротравм составляет порядка от 0,5 до 1,0 %.

Среди несчастных случаев со смертельным исходом электротравмы составляют 20-40 %. При этом частота поражения со смертельным исходом в электроустановках напряжением до 1000 В (127-380) значительно выше, чем в электроустановках напряжением выше 1000 В.

Как правило, это связано с несколькими причинами:

1)с большим распространением электроустановок напряжением до 1000 В не только на промышленных предприятиях страны, но и в быту;

2)на этих электроустановках в промышленных предприятиях работают большое число людей, имеющих меньшую квалификацию, а с бытовыми электрическими приборами имеют дело вовсе неподготовленные люди.

В то же время электроустановки напряжением выше 1000 В обслуживает специально обученный электротехнический персонал, да и его значительно меньше.

По сравнению с другими видами травматизма электротравматизм имеет следующие особенности:

Организм человека не обладает органами, с помощью которых можно дистанционно определять наличие напряжения, и по этой причине защитная реакция организма проявляется только после попадания под напряжение.

Ток, протекающий через человека, действует не только в местах контактов

ина пути протекания через организм, но и вызывает рефлекторное воздействие, приводящее к нарушению нормальной деятельности отдельных органов (сердечнососудистой, нервной системы, системы дыхания).

Возможность получения электротравм не только при прикосновении или

4

Г.Ф. Несоленов. Лекция 13. Электробезопасность. 2013

приближении к частям электроустановки, но и без непосредственного контакта с этими частями (при поражении напряжением прикосновения или через электрическую дугу).

Расследованию, учѐту и анализу доступны лишь несчастные случай с тяжѐлым и со смертельным исходом.

Электрический ток, протекая через организм человека, вызывает три вида воздействия: термическое, электролитическое и биологическое, приводящие к аддитивному воздействию поражающего фактора тока.

Термическое воздействие электрического тока характеризуется нагреванием тканей, вплоть до ожогов.

Электролитическое воздействие проявляется в виде разложения жидкостей, в том числе и крови человека.

Биологическое воздействие электрического тока приводит к нарушению биологических процессов, что сопровождается разрушением и возбуждением тканей и сокращением мышц.

Различают три вида электротравм: местные (местные повреждения организма), общие, так называемые электрические удары (нарушается деятельность жизненно важных органов и поражается весь организм) и смешанные.

На местные электротравмы приходится 20 % учитываемых электротравм,

на электрические удары – 25 % и на смешанные (при одновременном воздействии факторов) – 55 %.

К местным электротравмам относятся электрические ожоги, электрические знаки, металлизация кожи, механические повреждения и электроофтальмия.

Электрические ожоги по условиям возникновения подразделяют на контактные, дуговые и смешанные.

Контактный ожог возникает при прохождении через тело тока силой более 1 А (в электроустановках напряжением не выше 1-2 кВ) и является, как правило, ожогом кожи или близлежащих подкожных тканей.

Дуговой ожог является следствием случайных коротких замыканий в установках выше 1000 В и до 10 кВ или следствием ошибочных операций с коммутационной аппаратурой в установках более высоких напряжений. В последнем случае особую опасность представляет дуга, «перебросившаяся» на человека, из-за большой величины тока – до нескольких десятков ампер, проходящего через человека. При дуговом ожоге высушиваются и обугливаются ткани на пути протекания тока, т.е. этот ожог относится к внутреннему ожогу.

Электрические знаки (метки тока) представляют собой пятна серого или бледно-жѐлтого цвета на поверхности кожи в местах контакта с электродами.

5

Г.Ф. Несоленов. Лекция 13. Электробезопасность. 2013

Эти знаки могут возникать как в момент прохождения тока, так и через некоторое время после контакта. Болезненных ощущений они не вызывают и со временем исчезают бесследно.

Металлизация кожи – это пропитывание поверхности кожи частями металла при его разбрызгивании и испарении под воздействием электрического тока. Поражѐнный участок кожи имеет шероховатую поверхность. Окраска кожного покрова определяется цветом соединения металла, попавшего на кожу:

зелѐная – при контакте с медью,

серая – с алюминием,

сине-зелѐная – с латунью,

жѐлто-серая – со свинцом.

С течением времени металлизированная кожа отслаивается, болезненные ощущения исчезают и поражѐнный участок приобретает нормальный вид.

ВНИМАНИЕ! Большую опасность представляет металлизация глаз.

Механическое повреждение – является следствием непроизвольных судорожных сокращений мышц, обусловленных воздействием тока. В результате таких сокращений происходит разрыв кожного покрова, сухожилий, кровеносных сосудов, нервов, вывихи суставов, переломы костей.

Электроофтальмия – это воспаление наружных оболочек глаз (роговицы, конъюнктивы) в результате воздействия потока ультрафиолетовых лучей электрической дуги. Электроофтальмия обычно развивается через 4-6 часов после облучения и проявляется в покраснении и воспалении кожи и слизистых оболочек век, слезотечении, гнойных выделениях, возникновении светобоязни и др. Болезнь продолжается несколько дней.

Электрический удар представляет собой возбуждение живых тканей электрическим током, обусловливающее судорожные сокращения мышц. В зависимости от исхода электрические удары разделяются:

на вызывающие судорожные сокращения мышц без потери сознания, но с работающим сердцем и функционирующей системой дыхания;

с потерей сознания и нарушением сердечной деятельности или дыхания;

удары, вызывающие клиническую смерть пострадавшего.

Причинами смерти от электрического тока являются прекращение дыхания, работы сердца и электрический шок.

В период клинической смерти происходит гибель клеток коры головного мозга, очень чувствительных к кислородному голоданию. Обычно длительность клинической смерти составляет 6-8 минут.

Электрический шок – это тяжѐлая нервно рефлекторная реакция

6

Г.Ф. Несоленов. Лекция 13. Электробезопасность. 2013

организма на раздражение электрическим током. При шоке возникают глубокие расстройства дыхания, кровообращения, нервной системы, обмена веществ и других систем жизнедеятельности организма (второй признак опасности). В случае возникновения шока у человека сразу после электрического воздействия тока наступает фаза кратковременного возбуждения организма. У пострадавшего появляется реакция на боль, повышается артериальное давление и др. Затем наступает фаза торможения: истощается нервная система, снижается артериальное давление, ослабевает дыхание, падает и учащается пульс, возникает состояние депрессии. Шоковое состояние может длиться от нескольких десятков минут до суток. После этого в результате активного лечебного вмешательства может наступить выздоровление или наступить биологическая смерть (в результате полного угасания жизненно важных функций организма).

1.1 Факторы, влияющие на уровень поражения электрическим током

Факторы, влияющие на степень поражения человека электрическим током, разделяются на три группы [1]:

факторы электрического характера;

неэлектрического характера;

окружающей среды.

Факторы электрического характера. Ток, протекающий через человека,

является главным поражающим фактором при электротравматизме. Различные по величине токи оказывают и различное воздействие на организм человека.

Различают следующие пороговые (наименьшие) значения тока: ощутимый, неотпускающий, фибрилляционный, которые, в свою очередь, зависят от рода тока (переменный, постоянный) и сопротивления тела человека.

Ощутимый ток вызывает ощутимые раздражения при прохождении через организм. Значения такого тока следующие, мА:

0,6-1,5 – при переменном токе частотой 50 Гц,

5-7 – при постоянном.

Неотпускающий ток вызывает при прохождении через человека непреодолимые судорожные сокращения мышц руки, в которой зажат проводник, мА:

10-15 – при переменном значении тока частотой 50 Гц,

50-80 – при постоянном.

Фибрилляционный ток при прохождении через человека вызывает фибрилляцию сердца. Параметры такого тока следующие, мА:

100 – при переменном токе частотой 50 Гц,

300 – при постоянном.

Предельно допустимый ток через человека в нормальном (неаварийном) режиме электроустановок не должен превышать следующих значений, мА:

7

Г.Ф. Несоленов. Лекция 13. Электробезопасность. 2013

0,3 – переменный ток частотой 50 Гц,

0,4 – переменный ток частотой 400 Гц,

1,0 – постоянный ток [2].

При температуре выше 25 ˚С и большой влажности (относительная влажность воздуха более 75 %) допустимый ток рекомендуется уменьшить в три раза.

Напряжение, под которое попал человек, влияет на исход поражения, предопределяя сопротивление и силу тока, протекающего через человека.

Предельно допустимое напряжение на человеке при нормальном

(неаварийном) режиме электроустановок не должно превышать следующих значений, В:

2 – переменный ток частотой 50 Гц,

3 – переменный ток частотой 400 Гц,

8 – постоянный ток.

При температуре выше 25 ˚С и большой влажности (относительная влажность воздуха более 75 %) допустимое напряжение рекомендуется уменьшить в три раза.

ВНИМАНИЕ! Наиболее опасными для человека являются токи с частотой от 20 до 200 Гц.

С понижением и повышением частоты тока опасность поражения уменьшается и полностью исчезает в диапазоне частот 450-500 КГц, хотя эти токи могут вызывать ожоги.

Опасность поражения (риск) оценивается по соотношению не отпускающих токов при частоте 50 Гц – Iнеотп.(50) и любой рассматриваемой частоте f i – Ii (fi).

Постоянный ток, проходя через тело человека, по сравнению с переменным током, вызывает менее неприятные ощущения. Но это справедливо лишь для напряжений до 300 В. При дальнейшем повышении напряжения опасность постоянного тока растѐт и в интервале от 400 до 600 В опасность постоянного тока практически равна опасности переменного тока с частотой 50 Гц, а при напряжении более 600 В постоянный ток значительно опаснее переменного.

Резкие болевые ощущения при попадании под постоянное напряжение возникают в момент замыкания и размыкания цепи. Они обусловлены токами

8

Г.Ф. Несоленов. Лекция 13. Электробезопасность. 2013

переходного процесса.

Факторы неэлектрического характера. К этим факторам можно отнести:

Увеличение длительности протекания тока через человека.

Путь прохождения тока через тело человека.

Индивидуальные особенности человека.

Психологическую устойчивость человека.

Площадь контакта человека с проводником электрического тока.

«Плотность» контакта.

Увеличение длительности протекания тока через человека усугубляет тяжесть поражения по следующим причинам:

с увеличением времени протекания тока сопротивление тела уменьшается (из-за усиленного потоотделения, а следовательно, увлажнения кожи), а ток увеличивается (закон Ома);

течением времени истощаются защитные силы организма, противостоящие воздействию электрического тока;

повышается вероятность совпадения момента прохождения тока через сердце с уязвимой фазой Т кардиоцикла (когда заканчивается сокращение желудочков и они переходят в расслабленное состояние), длительность которого составляет 0,751,00 с, и возникновение фибрилляции сердца.

Путь прохождения тока через тело человека существенно влияет на исход поражения. Опасность поражения особенно велика, если ток проходит через жизненно важные органы (сердце, лѐгкие, головной мозг) и воздействует непосредственно на эти органы.

Если же ток не проходит через эти органы, то его воздействие является рефлекторным и вероятность поражения уменьшается.

Пути тока в теле человека называются петлями тока. Наиболее часто встречается петля «правая рука – ноги».

Среди случаев поражения электрическим током со смертельным исходом наиболее часты следующие петли тока:

«рука – рука» – 40 %,

«правая рука – ноги» – 20 %,

«левая рука – ноги» – 17 %,

«нога – нога» – 8 %.

Наиболее опасны петли тока «голова – руки», «голова – ноги» и «рука – рука», наименее опасен – «нога – нога» (при поражении шаговым напряжением).

Индивидуальные особенности человека значительно влияют на исход поражения при электротравмах. Характер воздействия тока зависит от массы человека и его физического состояния, а также и от пола. Так, установлено, что для женщин пороговое значение тока примерно в 1,5 раза ниже, чем у мужчин.

9

Г.Ф. Несоленов. Лекция 13. Электробезопасность. 2013

Степень воздействия тока сильно зависит от состояния нервной системы и всего организма. Например, в состоянии возбуждения нервной системы или еѐ депрессии, болезни (особенно болезни кожи, сердечнососудистой системы, нервной системы и др.) люди значительно более чувствительны к воздействию протекающего тока.

Психологической устойчивости человека играют существенную роль. Если человек подготовлен (собран и очень внимателен) к электрическому удару, то опасность резко снижается, в то время как неожиданный удар, как правило, приводит к более тяжѐлым последствиям. На психологическую устойчивость человека сильное влияние оказывает алкоголь, приѐм наркотических и даже фармакологических средств, а также стрессовые перегрузки.

Факторы окружающей среды. Воздействие или влияние факторов окружающей среды на поражение людей отражено в нормативных документах.

Например, производственные помещения по степени опасности поражения людей электрическим током в соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) [3] электрические установки подразделяются на три категории:

с повышенной опасностью;

особо опасные;

без повышенной опасности.

В этой классификации учитывается температура и влажность воздуха, наличие токопроводящих полов, а также химически активной среды.

Кроме этих факторов на опасность поражения электрическим током влияют атмосферное давление, содержание кислорода и углекислого газа в воздухе, наличие микрофлоры и электрическое поле.

Повышение атмосферного давления понижает, а снижение давления увеличивает степень опасности.

Увеличение содержания кислорода в воздухе уменьшает, а уменьшение увеличивает опасность поражения.

Содержание углекислого газа в воздухе носит противоположный характер относительно изменения содержания кислорода.

Наличие микрофлоры и химических примесей усугубляет опасность.

Электрическое поле уменьшает чувствительность организма человека к электрическому току.

1.2 Схемы попадания человека под напряжение

При попадании человека под напряжение его тело как элемент электрической цепи оказывается подсоединѐнным последовательно с «сопротивлениями» других элементов.

Сопротивление человека Rч в такой цепи представляет эквивалентное сопротивление нескольких элементов:

10