Глава II электробезопасность

Электроэнергия является основным видом потребляемой народным хозяйством энергии. Вопросам электробезопасности следует уделять особое внимание, так как очень широк круг работников, эксплуати­рующих различные электроустановки.

Электробезопасность это система организационных и техничес­ких мероприятий, а также средств и устройств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, элек­трической дуги, электромагнитного поля промышленной частоты, стати­ческого и атмосферного электричества.

Анализ несчастных случаев в промышленности показывает, что доля электрических поражений составляет 0,5-1% от общего числа несчастных случаев, в электроэнергетике несколько выше -3-3,5%. Эти цифры невелики, но если рассматривать несчастные случаи со смер­тельным исходом, то 20-40% их происходит в результате действия электрического тока, из них 75-80% возникает при напряжении U  1000 В.

Особое внимание необходимо уделять вопросам электробезопасности персонала, который находится на больших металлических объектах (при изготовлении корпусов летательных аппаратов) с использованием промышленных и бортовых сетей. Вероятность случайного включения человека в цепь электрического тока при выполнении работы на элек­тропроводящем объекте будет значительно выше, чем у работающих с аналогичными электроустановками в производственном помещении.

Основное внимание в данном разделе уделено условиям возник­новения электрических поражений и мерам защиты в классе электричес­ких установок и сетей при напряжении до 1000 В.

11.1. Действие электрического тока на организм человека

Электрический ток представляет большую опасность для человека, особенно при прохождении через жизненно ответственные органы: сердце, легкие, головной мозг. Протекающий через живой организм электрический ток производит следующие основные воздействия: терми­ческое, электролитическое, биологическое, электромагнитное и др. Термическое действие проявляется в виде ожогов наружных частей тела, нагреве и повреждении внутренних органов. Электролитическое - разло­жение органических жидкостей с изменением их химического состава. Биологическое - возбуждение нервной системы и тканей, что сопровож­дается болезненными судорожными сокращениями мышц, нарушением био­электрических процессов окисления и обмена веществ и общего наруше­ния жизнедеятельности организма. Электрический ток может оказывать либо непосредственное действие на ткани мышц, либо рефлекторное - через центральную нервную систему; при этом происходит раздражение тех тканей, которые не лежат на пути тока. Электромагнитное воздей­ствие - влияние сильного электрического и магнитного полей на че­ловека, находящегося вблизи высоковольтной электроустановки.

Действие электрического тока вызывает местные поражения: элек­трические травмы, до 19%; общие электропоражения (электроудары), до 26%; часто поражения носят смешанный характер о признаками общего и местного вида, до 55%.

Электрические травмы - местные нарушения целостности тканей тела в результате действия тока или электрической дуги. Обычно травмы излечиваются, лишь в редких случаях, при тяжелых ожогах по­страдавший погибает. Типичные виды электротравм: электрические ожоги, до 39%, электрические знаки, до 7%, металлизация кожи, до 3%, механические повреждения, до 2% ; электроофтальмия, до 1%; смешанные травмы (ожоги и др.), до 22%; всего 74%, что приходится на до­лю электротравм от общего числа электропоражений, официально учтен­ных.

Электрический ожог - результат прохождения тока и нагрева ко­жи и других тканей; этот тип ожога называют токовым или контактным. При действии на тело человека электрической дуги, если человек име­ет контакт с каналом дуги, то ожог сопровождается тяжелым электро­поражением. Металлизация кожи - покрытие и проникновение в кожу па­ров и ионов металла в результате действия электрической дуги и элек­трического поля.

Электрические знаки - поражение (выгорание) кожи, а также пятна с четкими границами в местах контакта на теле пострадавшего. Механи­ческие повреждения - разрывы тканей мышц, кожи, кровеносных сосудов, нервных стволов, вывихи суставов, переломы и повреждения костей, воз­никшие под действием тока. Электроофтальмия - воспаление наруж­ных оболочек глаз в результате воздействия ультрафиолетовых лучей электрической дуги, сопровождается резкой болью в глазах, усилива­ющейся на свету, покраснением слизистых оболочек век и головной болью. В тяжелых случаях воспаляется роговая оболочка глаза с наруше­нием ее прозрачности.

Электрический шок - тяжелая нервно-рефлекторная реакция органи­зма на раздражение током. Шоковое состояние может длиться от неско­льких секунд до суток.

Общее электропоражение (электроудар) различают по его степени: I - судорожное болезненное сокращение мышц без потери сознания; II - то же с потерей сознания, но без нарушения работы сердца и дыха­ния; III - потеря сознания при нарушении деятельности сердца и дыхания вместе или отдельно; IV - клиническая смерть (мнимая смерть): отсут­ствие дыхания, кровообращения и реакции на болевые раздражители, зрачки глаз расширены и не реагируют на яркий свет, жизненные про­цессы в этот период (4-8 минут) еще продолжаются до начала распада клеток коры головного мозга. По окончании периода клинической смер­ти наступает биологическая (истинная) смерть с распадом живых тканей. Причиной смерти от электрического тока может быть остановка сердца или его фибриляция с хаотическими сокращениями фибрил - отдельных волокон мышцы сердца; прекращения дыхания; электрический шок; тяже­лые ожоги; наличие комплекса повреждений организма. Исход поражения человека электрическим током зависит от многих факторов: величины и плотности тока в жизнеопределяющих органах; рода частоты и времени действия тока; схемы включения человека в электрическую сеть, инди­видуальных особенностей и реакции организма на действие тока; сос­тояния здоровья; условий внешней среды, а также вида схемы электри­ческой сети, режима ее работы, состояния изоляции, площади контакта тела человека с токоведущими частями.

Величина (сила) тока, протекающего через тело человека, являет­ся одним из самых главных факторов, влияющих на исход поражения. Различают по воздействию: пороговой ощутимый ток - минимальная ве­личина тока, вызывающая легкое раздражение; пороговый неотпускающий ток - минимальное значение тока, при котором судорожные сокращения мышц не позволяют самостоятельно прекратить удержание токоведущих частей; пороговый фибриляционный ток - минимальная величина тока, вызывающая фибриляцию сердца. Например, для тока f = 50 Гц; (постоянного): пороговый ощутимый - 0,5-1,5; (5-7) мА; пороговый неотпускающий - 6-10; (50-70) мА; пороговый фибриляционный - 80-100; (300) мА. Приведены средние значения токов для здоровых людей; для женщин и детей указанные значения в 1,5-2 раза меньше. При токах порядка 5 А - остановка сердца без фибриляции с прекращением дыхания; при быстром отключении тока (t < 1 c) сердце самостоятельно возобновля­ет работу, но требуется немедленная помощь пострадавшему, т.к. дыхание, как правило, не восстанавливается самостоятельно.

Время действия тока, протекающего через тело человека, сущест­венно влияет на исход поражения, т.к. с течением времени резко умень­шается величина сопротивления тела человека, и ток возрастает; про­исходит накопление повреждений организма, нарушается работа централь­ной нервной системы, сердца, легких, разрушаются живые ткани под действием выделяющегося тепла, возрастает вероятность тяжелого или смертельного исхода.

Предельно допустимый переменный ток f = 50 Гц при длительности воздействия до 0,1 с составляет 500 мА, а свыше 1 с - всего 6 мА (согласно действующим ГОСТам).

Род и частота тока влияют на исход поражения. Постоянный ток в большинстве случаев менее опасен, чем переменный 50 Гц той же вели­чины, но только до напряжения порядка 450 В. Выше этих значений по­стоянный ток более опасен.

Переменные токи с частотами от 20 до 1000 Гц являются опасными, максимум приходится на частоты 20-100 Гц; при частоте 10 кГц и выше преобладает опасность теплового и электромагнитного воздействия.

Путь тока через организм и схема включения человека в электри­ческую сеть является одним из главных факторов электропоражений, т.к. путь тока от правой руки к ногам или другой руке охватывает сер­дце, легкие, позвоночник. Иной путь тока: от пальца к пальцу на од­ной ладони руки или от ноги к ноге не охватывает сердце и легкие, поэтому здесь исход, как правило, более легкий. Однако, короткий путь тока через тело человека не гарантирует безопасность, т.к. рефлекторное возбуждение может привести к остановке сердца и лег­ких. Очень опасен контакт и прохождение тока через центральную нерв­ную систему, а также биологически активные точки не теле человека, в которых сопротивление много меньше соседних участков; например, на лице, шее, в подмышечных впадинах. Наиболее опасен путь тока: голо­ва - руки, голова - ноги.

Электрическая проводимость (сопротивление) тела человека явля­ется нелинейной величиной с особыми активными параметрами. Живой ткани присуща электрическая активность органов, тканей и клеток с ха­рактеризующими ее биопотенциалами (подавление или усиление электри­ческой активности в результате возникновения электрического тока мо­жет предопределить тяжесть исхода).

Сопротивление тела человека изменяется в широких пределах в за­висимости от многих факторов, что в большой мере влияет на исход по­ражения. Весь организм и отдельные органы могут изменять сопротивле­ние в зависимости от фактора внимания человека; при осознании опас­ности контакта с источником сопротивление тела увеличивается. Живая ткань, как подобие электролита, обладает в основном ионной проводи­мостью, однако, некоторые ткани обладают электронно-дырочной прово­димостью, что подтверждается явлением межклеточной электронной пере­дачи энергии между возбужденными и невоэбужденными клетками.

Электрическое сопротивление тела человека характеризуется электри­ческой прочностью тканей. Наибольшей электрической прочностью облада­ет кожа, особенно верхний ее слой - эпидермис (наблюдается резкое уменьшение сопротивления тела между наложенными электродами при возрастании напряжения от единиц до 15-20 В и выше).

Полное электрическое сопротивление тела человека нелинейно и включает в себя активную и емкостную составляющие. Эта нелинейность чрезвычайно сложна, она зависит от физических, биофизических и биохи­мических факторов состояния здоровья человека, его индивидуальных особенностей и условий внешней среды.

Упрощенная эквивалентная схема сопротивления человека представ­ляет собой соединение активного сопротивления внутренних органов и кожи в виде одного общего сопротивления R, параллельно кото­рому подключена общая емкость тела человека С (см. рис.11.1а).

Другая схема принята для изучения переходных процессов при электропоражениях (см. рис.11.1б), где R_к - активное сопротивле­ние кожи; R_вн - активное суммарное сопротивление внутренних орга­нов, мягких тканей, костей, кровеносных и лимфатических сосудов, нервных стволов; С - емкость кожи, мышечной и других тканей меж­ду наложенными электродами.

Удельное объемное сопротивление сухой кожи при частоте тока 50 Гц составляет 3000-20000 Ом м, костной ткани (без надкостницы) 10000-2000000 Ом м, жировой ткани 30-60 Ом м, мышечной ткани 1,5-3 Ом м, крови 1-2 Ом м, спинного мозга 0,5-0,6 Ом м (50-60 Ом см).

Кожа человека имеет наружный слой - эпидермис, состоящий из мерт­вых ороговевших клеток (чешуек) - роговой верхний слой, который обла­дает значительной механической и электрической прочностью, его тол­щина колеблется в различных частях тела от 0,02 до 0,2 мм и более на ступнях и ладонях. В сухом виде этот диэлектрик с удельным сопро­тивлением 100000-1000000 Ом м.

Механические повреждения кожи (порезы, ссадины), а также ее увлажнение растворами солей, кислот, щелочей, обильное потовыделение при повышенной температуре воздуха и другие загрязнения снижают со­противление тела человека до минимальной величины сопротивления внутренних органов.

Сопротивление тела человека зависит от места наложения электро­дов (на различные части тела), их площади, величины приложенного на­пряжения, рода, частоты и величины тока, времени действия, а также от условий внешней среды: температуры воздуха, влажности, процентного состава газов и т.п.

На рис. 11.2 а представлена зависимость сопротивления тела человека и тока, протекающего через него от приложенного напряже­ния, откуда видно, что при повышении напряжения U_h выше 20-40 В сопротивление постоянному току R_h и переменному току Z_h стремите­льно снижается до значения  2,5 кОм; при U_h = 200 В R_h = Z_h  600 Ом. При больших напряжениях U_h > 1000 В Z_h приближается к наименьше­му пределу 300 ом. Зависимость полного сопротивления тела человека Z_h от частоты приложенного напряжения отражена на рис. 11.2б, кри­вая 1; зависимость емкости тела человека С_h и емкости наружного слоя кожи - соответственно кривые 2 и 3.