6. Сопротивление тела человека

Тело человека является проводником электрического тока. Как уже говорилось, разные ткани тела проводят ток по разному: наибольшее сопротивление Эл. Току оказывает кожа человека. Мышечная и жировая ткани, спинной и головной мозг, а также кровь имеют по сравнению с кожой весьма малое сопротивление. То есть можно считать, что сопротивление тела человека тока определяется сопротивлением кожи человека

Как вы помните, что кожа состоит из двух основных слоев: наружного - эпидермиса и внутреннего - дермы.

Что представляет собой электрическое сопротивление тела человека это сопротивление току, проходящему по участку тела между двумя электродами, приложенными к поверхности тела человека. Состоит из двух одинаковых сопротивлений наружного слоя тела, т.е эпидермиса и одного внутреннего сопротивления тела, которое включает в себя два сопротивления внутреннего слоя кожи, т.е дермы и сопротивления внутренних тканей тела человека.

Наружное сопротивление тела состоит их двух наружных слоев кожи, прилегающих к электродам: активного и емкостного. Емкостное сопротивление образуется в месте контакта электрода с телом человека и образует своего рода конденсатор.

Внутреннее сопротивление тела человека – сопротивление внутренних слоев кожи и внутренних тканей тела – считается активным, оно зависит от длины и поперечного сечения участка тела и не зависит от частоты тока.

Полное сопротивление тела человека складывается из трех последовательно включенных сопротивлений: двух одинаковых сопротивлений наружного слоя кожи и внутреннего сопротивления тела человека, которое включает в себя внутреннее сопротивление руки, внутреннее сопротивление корпуса и емкостное сопротивление руки.

Теперь все выше сказанное изобразим на рисунке:

В практике обычно пренебрегают емкостью, которая, как правило незначительная и считают сопротивление тела человека чисто активным и равным 1000 Ом.

От чего зависит сопротивление тела человека?

основные

- от состояния рогового слоя (порезы, царапины, ссадины, микротравмы), т.е от целостности кожи

- увлажнения кожи (при длительном увлажнении наружный слой кожи разрыхляется, насыщается влагой)

- потовыделения

-загрязнения кожи различными веществами и в особенности хорошо проводящими электрический ток (металлическая или угольная пыль, окалина).

дополнительные

- с увеличением частоты тока сопротивление тела человека падает, это объясняется тем, что в сопротивление тела человека входит электрическая емкость, сопротивление которой уменьшается с увеличением частоты.

- с увеличением силы тока и времени его прохождения сопротивление тела падает. Так как при этом усиливается местный нагрев кожи, а это приводит к расширению сосудов и, следовательно, к усилению снабжения этого участка кровью и к увеличению потовыделения.

Основные причины несчастных случаев от электрического тока

Случайное прикосновение к токоведущим частям, находящимся под напряжением. Это может быть в результате: ошибочных действий при производстве работ вблизи или непосредственно на частях, находящихся под напряжением; неисправности защитных средств, посредством которых пострадавший прикасался к токоведущим частям и т. д.

Появления напряжения на металлических конструктивных частях Э/О(корпусах, кожухах, ограждениях), которые нормально не находятся под напряжением. Напряжение на этих частях может появиться как результат: повреждения изоляции токоведущих частей э/о(от естественного старения изоляции, электрического пробоя, в следствии механических воздействий; падения провода, находящегося под напряжением. На конструктивные части электрооборудования

Появление напряжения на отключённых токопроводящих частях, на которых производится работа. Это может быть в результате: ошибочного включения отключенной э/у под напряжение; разряд молнии непосредственно на установку или вблизи ее; наведения напряжения от влияния соседних Э/У, находящихся в работе; замыкание между отключенными и находящимися под напряжением токоведущими частями.

Возникновение напряжения шага на участке земли, где находится человек. Это может возникнуть в результате: замыкания фазы на землю, выноса потенциала протяжённым токопроводящим предметом (трубопроводом, железнодорожными рельсами и т.п.) неисправностей в устройствах рабочего или защитного заземления, а также повторного заземления нулевого защитного провода.

Наличие остаточного заряда. Это может быть результатом наличия элементов цепи, которые могут накапливать энергию, то есть при снятии напряжения на них остается остаточный заряд

Основные меры защиты от поражения эл.током.

- обеспечение доступности токоведущих частей, находящихся под напряжением, для случайного прикосновения;

- контроль за состоянием изоляции э/у

- защитное разделение сети;

Устранение опасности поражение током при появление напряжение на корпусах, кожухах и др. нетоковедущих частях э/о.Это опасность устраняется с помощью защитного заземления, зануления, защитного отключения, а также благодаря применения малых напряжений

- применение специальных защитных средств – переносных приборов и приспособлений

- организации безопасной эксплуатации э/у

Растекание тока в земле

Напряжение прикосновения

При замыкании токоведущих частей электроустановок на землю вблизи точки замыкания появляется разность потенциалов м\у отдельными точками поверхности почвы.

I_з ток замыкания на землю

R_з- сопротивление заземлителя

Обратимся к рисунку 1

Экспериментально установлено, что на расстоянии 1 м от места стекания тока на землю потенциал снижается на 68%, в конце 10 метра – на 92%, а на расстоянии 20 метров от места замыкания на землю – практически равен нулю

При этом плотность тока равна δ = I_з/2πx² (А/м²)

х – расстояние от заземлителя

По закону Ома в дифференциальной форме (δ =σЕ, σ= 1/g)

δ =1/gЕ, где g – удельное сопротивление Ом на м

Падение напряжение на участке dх

dU=Еdх= gdх

Потенциал в точке А определится (рисунок 2 и формула)

Потенциальная кривая имеет форму гиперболы.

Если в электроустановке прошел пробой изоляции на корпус, присоединенной к заземлителю R_з, то все установки и оборудование, имеющие связь с этим корпусом, приобретают потенциал относительно земли, равный потенциалу заземлителя.φ_з= I_зR_з При прикосновении человека к корпусу э/у он приобретает потенциал заземлителя.

Одновременно ноги человека касаются точек почвы с другим потенциалом

φ_н,, величина которого зависит от расстояния этих точек от заземлителя.

В результате м/у рукой и ногами человека возникает разность потенциалов. которая называется напряжением прикосновения – Uпр= φ_з- φ_н

Зависимость напряжения прикосновения от расстояния

Рисунок 3

По мере удаления от заземлителя напряжение прикосновения увеличивается

При х больше 20 метров φ_н равно нулю, напряжение прикосновение равно

φ_з= I_зR_з

В общем случае _з Uпр=αI_зR_з,где

коэффициент прикосновения, учитывающий форму потенциальной кривой

φ_н и падение напряжения в сопротивлении растеканию тока по почве у ног человека, в расчетах принимают равным 1

Напряжение шага.

Человек, идущий по поверхности земли в зоне растекания тока, оказывается под напряжением, даже не касаясь каких-либо частей э/у. Это происходит потому, что удаленные от заземлителя точки почвы, которых одновременно касаются ноги человека, имеют разные потенциалы

х- расстояние от заземлителя до одной ноги

а- шаг человека (0,8м)

Рисунок 4

Разность потенциалов, под которой оказываются ноги человека, называется напряжением шага.

При напряжении шага равным 100В наступают судороги ног, и он может упасть на землю, что приведет к увеличению разности потенциалов, поскольку ток пойдет по пути руки-ноги.

Поэтому при обнаружении упавшего на землю провода не разрешается приближаться к нему ближе 6-7 м (в помещениях4-5 метров).

Защитные меры в электроустановках

Недоступность токоведущих частей для случайного прикосновения достигается:

- изоляцией токоведущих частей, основная функция которой препятствовать прохождению тока нежелательными путями;

- ограждение токоведущих частей, которые бывают сплошными и сетчатыми. Сплошные ограждения обязательны для Э/У, размещаемых в местах, где могут находиться люди, не связанные с обслуживанием Э/У.

Сетчатые ограждения применяются в Э/У, доступных лишь квалифицированному персоналу;

- размещение токоведущих частей на недоступной для прикосновения высоте производится в тех случаях, когда изоляция и ограждения их оказываются невозможными или нецелесообразными. Нецелесообразно их и изолировать, т.к. изоляция проводов быстро разрушается под атмосферным воздействием. Для линий напряжение до 1000В минимальной высотой считается 6м, 7м для линий до 110кВ, 7,5 м для 150кВ и 8м для линий более высокого напряжения. Внутри производственных зданий неограждённые голые токоведущие части – троллейные провода, контактные сети должны прокладываться на высоте не менее 3,5 м от пола.

Контроль состояния изоляции Э/У

Состояние изоляции характеризуется её электрической прочностью, диэлектрическими потерями и электрическим сопротивлением.

Состояние изоляции проверяется перед вводом в эксплуатацию вновь смонтированной или вышедшей из ремонта установки, а также после длительного пребывание её в нерабочем состоянии. Кроме того, периодически проводится профилактический контроль изоляции. Существует и непрерывный (постоянный) контроль сопротивления изоляции, который осуществляется в Э/У до 1000В. В Э/У выше 1000В осуществляется все виды испытания изоляции: повышенным напряжением, определение диэлектрических потерь, измерение сопротивления. В Э/У до 1000В контроль состояния изоляции ограничивается измерением её сопротивления и испытанием изоляции некоторых элементов повышенным напряжением.

Периодическое измерение сопротивления изоляции производится, как правило, на отключенной установке с помощью омметра или мегомметра

Непрерывный контроль сопротивления изоляции сети с изолированной нейтралью можно осуществить в простейшем случае с помощью трёх вольтметров, включенных между проводами и землёй. Если сопротивление изоляции всех проводов одинаковы, то показания всех трёх вольтметров будет одинаково, и будет показывать фазное напряжение. При снижении сопротивления изоляции одного из проводов будет снижаться показания вольтметра, подключенному к этому проводу. Показания двух других вольтметров будет возрастать. В Э/У до 1000В контроль должен осуществляться не реже 1 раза в 3 года.

Применение малого напряжения

При производстве работ с помощью ручных переносных электроинструментов (дрели, рубанки и т.д.), а также при пользовании ручной переносной лампой человек имеет длительный контакт с корпусом этого электрооборудования. В результате для него резко повышается опасность поражения током в случае повреждения изоляции и появления напряжения на корпусе, особенно когда работа производится в помещении с повышенной опасностью. Среди мер, устраняющих эту опасность, наиболее эффективной мерой является применение для питания малого напряжения – не более 42В. В особо опасных помещениях при особо неблагоприятных условиях работы применяется напряжение 12В. Такими особо неблагоприятными условиями являются: теснота, соприкосновение работающего с большими металлическими заземлениями, наличие сырости.

Часто как источники малых напряжений применяются понижающие трансформаторы. Слабое место этих трансформаторов - возможность перехода высшего напряжения первичной обмотки на вторичную обмотку. В этом случае прикосновение к токоведущим частям или к незаземлённому корпусу, оказавшемуся под напряжением, в сети малого напряжения равноценно такому же прикосновению в сети высшего напряжения. С целью уменьшения опасности при переходе первичного напряжения на сторону вторичного малого напряжения корпус трансформатора , а также один из выводов, нейтраль или средняя точка вторичной обмотки должны быть заземлены. Стр. 137 Кн.

Защитное разделение сетей.

Разветвленная сеть большой протяжённости имеет значительную ёмкость и небольшое сопротивление исправной изоляции. Ток замыкания на землю в такой сети может достичь большой величины. В сетях напряжением до 1000В большой протяжённости прикосновение к фазе становится опасным , так как человек оказывается под напряжением, близким к фазному.

Если единую, сильно разветвлённую сеть с большой ёмкостью и малым сопротивлением изоляции разделить на ряд небольших сетей такого же напряжения, которые будут обладать незначительной ёмкостью и высоким сопротивлением изоляции, опасность поражения значительно снизится. Ток через человека, прикоснувшегося к одной из фаз, будет определяться высоким сопротивлением фаз относительно земли

Ih = 3U/ Rиз

И если в сети напряжением 380В Rиз > 63кОм, а сопротивление цепи человека 1кОм, ток через человека не превысит 10мА.

Поскольку основная цель этой защиты – уменьшить величину тока замыкания на землю за счёт высоких сопротивлениё фаз относительно земли, не допускается заземление нейтрали или обратного провода за разделительным трансформатором или преобразователем.