Охрана труда и техника безопасности в электроустановках. Учебное пособие

УДК 331.45 С87

Стручалин В.Г. Охрана труда и техника безопасности в электроустановках: учебное пособие / В.Г. Стручалин, Е.Ю. Нарусова – М.: РУТ (МИИТ), 2020. – 78 с.

Внимание к вопросам электробезопасности на производстве объясняется тем, что среди многообразия производственных факторов, приводящих к травматизму, в том числе и со смертельным исходом, особое место занимает электрический ток, который представляет собой скрытый тип опасности, так как наличие его в токоведущих и нетоковедущих частях электрооборудования без специальных средств контроля определить трудно или невозможно. На основе анализа условий электропоражения при обслуживании электроустановок рассматривается эффективность таких защитных мер, как заземление, зануление, защита от наведённых напряжений и статического электричества. Отдельное внимание уделено вопросам оказания первой помощи пострадавшим от электрического тока.

Учебное пособие предназначено для студентов высших учебных заведений транспортной отрасли всех специальностей.

Рецензенты:

1.Кандидат технических наук, доцент кафедры пожарной безопасности Академии гражданской защиты МЧС России Р.Р. Фатыхов.

2.Кандидат физико-математических наук, доцент кафедры «Физика» РУТ (МИИТ) А.В. Пауткина.

©РУТ (МИИТ), 2020

СОДЕРЖАНИЕ

Действие электрического тока на организм человека …………4

Электрическое сопротивление тела человека………………… 8 Опасность прикосновения к токоведущим частям в однофазных и трёхфазных сетях………………………………………………12

Опасность напряжений соприкосновения и шага при замыкании токоведущих частей электроустановки на землю……………. 18 Система обеспечения электрической безопасности на железнодорожном транспорте………………………………… 22 Технические меры и средства защиты от поражения электрическим током…………………………………………… 30 Защита от наведенных напряжений…………………………… 51 Защита от статического электричества…………………………55

Молниезащита……………………………………………………59

Оказание первой помощи пострадавшим от электрического тока………………………………………………………………. 63

Электроустановки во взрывоопасных и пожароопасных зонах………………………………………………………………68

Список использованных источников ………………………… 76

3

ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

Производство энергии в одном месте и потребление её в другом является одной из важнейших особенностей электрической энергии. По этой причине «электрификацией» широко охвачены все отрасли производства. И как следствие, при эксплуатации и ремонте электрического оборудования и сетей человек может оказаться в сфере действия электромагнитного поля или в непосредственном соприкосновении с находящимися под напряжением проводниками электрического тока. В результате прохождения тока через человека может произойти нарушение его жизнедеятельных функций. Опасность такого воздействия усугубляется тем, что ток не имеет внешних признаков и, как правило, человек без специальных приборов не может заблаговременно обнаружить грозящую ему опасность. Проходя через тело человека, электрический ток оказывает на него сложное воздействие, вызывая термическое, электролитическое, механическое и биологическое действие. Термическое действие тока проявляется в ожогах отдельных участков тела, нагреве тканей и биологических сред, что вызывает в них функциональные расстройства. Электролитическое действие тока выражается в разложении органической жидкости, крови и проявляется в изменении их физико-химического состава. Механическое действие тока приводит к разрыву мышечных тканей. Биологическое действие тока заключается в способности тока раздражать и возбуждать живые ткани организма.

Любое из перечисленных воздействий тока может привести к электрической травме, т. е. к повреждению организма, вызванному воздействием электрического тока или электрической дуги. На практике условно различают местные и общие электротравмы. При местных электротравмах возникает местное повреждение организма. Это электрический ожог, электриче-

4

ский знак, металлизация кожи частицами расплавившегося под действием электрической дуги металла, механические повреждения, вызванные непроизвольными сокращениями мышц под действием тока. При общих электротравмах, чаще называемых электрическим ударом, из-за нарушения нормальной деятельности жизненно важных органов и систем поражается весь организм в целом. Часто оба вида травм сопутствуют друг другу, но возможна гибель организма от общей электротравмы, когда внешних местных повреждений не видно.

Под электрическим ударом понимается процесс возбуждения живых тканей организма электрическим током, сопровождающийся судорожным сокращением мышц. Степень воздействия на организм этих явлений может иметь различный характер и зависит от многих факторов, таких, как сила, длительность воздействия тока, его род (постоянный, выпрямленный, переменный), пути прохождения и др.

Установлено, что увеличение силы тока приводит к качественным изменениям воздействия его на организм человека.

Таблица 1 – Воздействие на организм человека переменного тока промышленной частоты и постоянного тока

Из приведенных в табл. 1 данных видно, что с увеличением силы тока четко проявляются три качественно отличные ответные реакции организма: ощущение, судорожное сокращение мышц (неотпускающий эффект для переменного и болевой эффект для постоянного тока) и, наконец, фибрилляция сердца. Электрические токи, вызывающие указанные реакции организма человека, получили, соответственно, названия ощутимые, неотпускающие и фибрилляционные токи, а их минимальные значения принято называть пороговыми.

Ощутимые токи не представляют серьезной опасности для деятельности организма человека и так как при такой силе тока возможно самостоятельное освобождение человека от контакта с токоведущими частями, то допустимо его длительное протекание через тело человека.

6

В тех случаях, когда раздражающее действие тока становится настолько сильным, что человек не в состоянии освободиться от контакта, возникает опасность длительного протекания тока через тело человека. Длительное воздействие неотпускающих токов может привести к затруднению и нарушению дыхания. Постоянный ток не вызывает неотпускающего эффекта, а приводит к сильным болевым ощущениям.

При протекании тока в несколько сотых долей ампера возникает опасность возникновения фибрилляция сердца, т е. беспорядочного, нескоординированного сокращения волокон сердечной мышцы, при этом сердце не в состоянии гнать кровь по сосудам, происходит остановка кровообращения. Фибрилляция длится, как правило, несколько минут, после чего следует полная остановка сердца. Процесс фибрилляции сердца необратим и сила тока, вызывающего его, является смертельной.

Экспериментальные и теоретические исследования показали, что пороговые значения указанных токов представляют собой случайные величины, при этом значения ощутимых и неотпускающих токов распределяются по нормальному закону, а значения фибрилляционных по логарифмически нормальному закону.

Во многих случаях длительность воздействия является определяющим фактором, от которого зависит конечный исход поражения. С уменьшением длительности воздействия значения допустимых для человека токов существенно увеличиваются. При уменьшении времени воздействия от 1 до 0,01с допустимый ток возрастет в 11 раз.

Постоянный и переменный токи оказывают различное воздействие на организм человека, главным образом, при напряжениях до 500 В. При таких напряжениях степень поражения постоянным током меньше, чем переменным той же величины. Считают, что напряжение 120Впостоянного тока при одинаковых условиях эквивалентно по опасности напряжению

7

50Впеременного тока промышленной частоты. При напряжении 500Ви выше различий в воздействии постоянного и переменного токов практически не наблюдается.

Исследования показали, что самыми неблагоприятными для человека являются токи промышленной частоты (50 Гц). При увеличении частоты (более 50 Гц) значения неотпускающего тока возрастают. С уменьшением частоты (от 50 Гц до 0) значения неотпускающего тока также возрастают и при частоте, равной нулю (постоянный ток – болевой эффект), они становятся больше примерно в 3 раза.

Как показывает статистика электротравматизма, в исходе электротравмы большое значение имеет путь тока, который идет, как правило, по пути «рука – рука» или «рука – ноги» (около 80% электротравм). Однако он может протекать и по другим путям, например, «голова – ноги», «спина – руки», «нога

– нога» и др. Степень поражения в этих случаях зависит от того, какие органы человека попадут под воздействие тока, а также силы тока, проходящего непосредственно через сердце.

Допустимые значения токов установлены для пути тока «рука – рука», «рука – ноги».

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА

Сила тока, которая определяет исход поражения, зависит от напряжения электроустановки и электрического сопротивления цепи тока, в которое входит и сопротивление тела человека.

Основным фактором, определяющим сопротивление тела человека, является кожа, ее тонкий роговой наружный слой, в котором нет кровеносных сосудов и который обладает очень большим удельным сопротивлением (около 106 Ом∙см). При контакте с электродом этот плохо проводящий ток наружный слой кожи и внутренняя ткань, находящаяся под этим слоем, как

8

бы образуют обкладки конденсатора емкостью С и сопротивлением его изоляции rн. Сопротивление изоляции rн и емкость С зависят от площади электродов (площадь контакта), с ростом которой сопротивление изоляции уменьшается, а ёмкость увеличивается. Тогда на участке цепи тока между двумя электродами (места контакта) общее электрическое сопротивление тела человека, которое состоит из сопротивлений двух наружных слоев кожи и внутреннего сопротивления rв остальной части тела, может быть представлено схемой замещения, приведенной на рис. 1. Опыты показали, что внутреннее сопротивление тела человека можно рассматривать как чисто активное. Между током, протекающим через тело человека, и напряжением существует нелинейная зависимость: с увеличением напряжения ток растет быстрее. Это объясняется, главным образом, нелинейностью электрического сопротивления тела человека. Так, при напряжении на электродах (40-45 В) в наружном слое кожи возникают значительные напряженности электрического поля, при которых полностью или частично происходит пробой наружного слоя, что снижает полное сопротивление тела человека. С увеличением электрического напряжения полное сопротивление тела человека уменьшается (рис. 2) и при напряжении 120-140 В падает до значения внутреннего сопротивления.

Рис. 1 – Электрическая схема замещения сопротивления тела человека

9

Рис. 2 – Зависимость полного сопротивления тела человека от напряжения

Из схемы замещения видно, что с ростом частоты тока сопротивление человека, из-за наличия в цепи тока ёмкости С, уменьшается и при больших частотах стремится к внутреннему сопротивлению. Опыты подтвердили эти выводы, что свидетельствует о правомочности схемы замещения.

Зная допустимые значения токов Iдоп для различной длительности воздействия и полное сопротивление тела человека ZЧ, можно определить величину допустимого напряжения Uдоп

Uдоп = Iдоп · ZЧ

В таблице 2 представлены установленные в зависимости от времени воздействия предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов при аварийном режиме производственных электроустановок напряжением до 1000 В с глухоза-

10