Опасность электрического тока
Действие электрического тока на организм человека. Электрический ток используется в настоящее время во всех сферах деятельности человека: производстве, быту, медицине и т.д., как источник энергии, удобный в транспортировке и применении. При всех преимуществах применения электроэнергии нельзя игнорировать опасность электричества для человека.
Действие электрического тока на живую ткань в отличие от других факторов носит своеобразный и разносторонний характер. Проходя через организм, электрический ток производит термическое, электролитическое, механическое (динамическое) и биологическое действия.
Термическое действие проявляется в нагреве тканей вплоть до ожогов отдельных участков тела, нагреве до высокой температуры кровеносных сосудов, нервов, сердца, мозга и других органов, находящихся на пути тока, что вызывает в них серьезные функциональные расстройства.
Электролитическое действие вызывает разложение крови и плазмы, что сопровождается значительными нарушениями их физико-химического состава.
Механическое (динамическое) действие тока выражается в расслоении, разрыве и других подобных повреждениях различных тканей организма: мышечной ткани, стенок кровеносных сосудов, сосудов легочной ткани.
Биологическое действие выражается в раздражении и возбуждении живых тканей организма, что может сопровождаться непроизвольными судорожными сокращениями мышц, в том числе мышц сердца и легких, а также в нарушении внутренних биоэлектрических процессов, протекающих в нормально действующем организме и теснейшим образом связанных с его жизненными функциями.
Эти действия условно сводятся к двум основным видам поражений: местным электротравмам и электрическим ударам
Местные электротравмы - это четко выраженные местные нарушения целостности тканей организма, вызванные воздействием электрического тока или электрической дуги. Характерные виды местных электротравм - электрические ожоги, электрические знаки и метки, металлизация кожи, электроофтальмия и механические повреждения.
Электрический удар - это возбуждение живых тканей организма проходящим через него электрическим током. Он может вызывать судорожное сокращение мышц без потери сознания, с потерей сознания, без поражения или с поражением работы сердца и системы дыхания, а также клиническую смерть. Клиническая, или мнимая, смерть - кратковременное переходное состояние от жизни к смерти, наступающее с момента прекращения деятельности сердца и легких. Признаки клинической смерти следующие: остановка сердца и как следствие отсутствие пульса, отсутствие дыхания, кожный покров синевато-бледный, зрачки глаз резко расширены (вследствие кислородного голодания коры головного мозга) и не реагируют на свет, болевые раздражения не вызывают у потерпевшего никаких реакций. Длительность клинической смерти определяется временем с момента прекращения сердечной деятельности и дыхания до начала гибели клеток коры головного мозга; в большинстве случаев она составляет 4-5 минут.
Факторы, обуславливающие исход поражения электрическим током. В целом степень поражения электрическим током определяется количеством поглощенной электрической энергии в органах, тканях и системах при возникновении электрической цепи через тело человека.
Характер воздействия и тяжесть поражения человека зависит от многих взаимосвязанных факторов, таких как сила тока, длительность воздействия тока, сопротивление тела человека, путь прохождения, род (постоянный, выпрямленный, переменный) и частота тока, «фактор внимания», индивидуальные свойства пострадавшего и факторы окружающей среды.
С увеличением силы тока четко проявляются три качественно отличные ответные реакции организма: неприятное ощущение, судорожное сокращение мышц и фибрилляция сердца. Электрические токи, вызывающие соответствующую реакцию, подразделяют на ощутимые, неотпускающие и фибрилляционные, а их минимальные значения принято называть пороговыми.
Как показывают экспериментальные исследования, человек начинает ощущать протекание через него переменного тока частотой 50 Гц силой порядка 0,6-1,5 мА. Ощутимый ток не вызывает нарушений деятельности организма, поэтому допустимо его длительное протекание через тело человека в производственных условиях.
Если человек, попавший под напряжение, в состоянии самостоятельно преодолеть действие судороги и освободиться от контакта с проводниками, то такой ток называют отпускающим. В случаях, когда человек самостоятельно не может освободиться от контакта, возникает опасность длительной судороги. Токи, вызывающие такую реакцию организма, получили название неотпускающих. Пороговые значения неотпускающих переменных токов при частоте 50 Гц лежат в пределах 10-15 мА. При 25–50 мА действие тока распространяется и на мышцы грудной клетки, что приводит к затруднению и даже прекращению дыхания. При воздействии этого тока в течение нескольких минут может наступить смерть вследствие прекращения работы легких. Существует зависимость пороговых неотпускающих токов от веса человека и его возраста. Так, при увеличении веса от 50 до 80 кг значение порогового тока возрастает в 1,4-2 раза.
Ток 50–80 мА поражает органы дыхания и сердечно-сосудистую систему. При 100 мА в течение 2–3 секунд наступает фибрилляция сердца, заключающаяся в беспорядочном хаотическом сокращении и расслаблении мышечных волокон сердца (фибрилл). Оно останавливается, кровообращение прекращается. Этот ток называется фибрилляционным.
Длительность протекания тока через тело человека влияет на сопротивление кожи, вследствие чего с увеличением времени воздействия тока на живую ткань повышается его значение, растут последствия воздействия тока на организм.
Допустимые для человека токи оцениваются по трем критериям электробезопасности. Первый критерий - ощутимый ток, который не вызывает нарушений деятельности организма и допускается для длительного (не более 10 минут в сутки) протекания через тело человека при нормальном (неаварийном) режиме электроустановки. Для переменного тока частотой 50 Гц сила его составляет 0,3 мА, а для постоянного - 1 мА. В качестве второго критерия принимают отпускающий ток. Действие его на человека допустимо при длительности протекания более 1 секунды. Сила отпускающего тока для переменного тока составляет 6 мА, для постоянного - 15 мА. Третьим критерием является фибрилляционный ток, не превосходящий пороговый фибрилляционный ток и действующий кратковременно (до 1 с). Предельно допустимые значения переменных токов частотой 50 Гц и напряжений прикосновения при аварийном режиме производственных электроустановок напряжением до 1000 В в зависимости от длительности воздействия не должны превышать значений, указанных в ГОСТ 12.1.038-82 с изм. от 01.07.88 и приведенных в таблице 14.1.
Таблица 14.1
Предельно допустимые значения напряжений прикосновения Uпр. и токов Ih,
протекающих через тело человека, при аварийном режиме
производственных электроустановок напряжением до 1000 В
| Продолжительность воздействия тока t, с | Предельно допустимые значения, не более | Продолжительность воздействия тока t, с | Предельно допустимые значения, не более | ||
| Uпр, В | Ih, мА | Uпр, В | Ih, мА | ||
| 0,01-0,08 | 0,6 | ||||
| 0,1 | 0,7 | ||||
| 0,2 | 0,8 | ||||
| 0,3 | 0,9 | ||||
| 0,4 | 1,0 | ||||
| 0,5 | Свыше 1,0 |
Знание норм по допуcтимым значениям напряжений прикосновения и токов через тело человека необходимо при разработке способов и средств защиты людей, при оценке условий электробезопасности в действующих электроустановках, при расследовании электротравм.
Электрическое сопротивление тела человека является переменной величиной, зависящей от напряжения прикосновения, от состояния кожи, параметров электрической цепи, физиологических факторов и состояния окружающей среды.
Полное электрическое сопротивление тела человека имеет активную и ёмкостную составляющие и складывается из сопротивления кожи и сопротивления внутренних тканей.
Верхний слой кожи, называемый эпидермисом, и состоящим в основном из мертвых ороговевших клеток, обладает большим сопротивлением, которое определяет общее сопротивление тела человека. Сопротивление нижних слоев (дермы) и внутренних тканей человека незначительно (300–500 Ом). При сухой чистой и неповреждённой коже сопротивление тела человека, измеренное при напряжении до 15–20 В, колеблется в пределах (3–100)×103 Ом. При увлажнении, а также при ее повреждении (под контактами) сопротивление тела оказывается наименьшим – около 500 Ом, т.е. доходит до значения, равного сопротивлению внутренних тканей тела. Для ориентировочных расчетов сопротивление тела человека считают чисто активным и равным 1 кОм при напряжениях прикосновения выше 50 В, 6 кОм – при напряжениях прикосновения менее 50 В.
Включение в зону действия тока жизненно важных органов человека увеличивает возможность тяжелого исхода. Наиболее опасными являются петли, когда в цепи тока оказывается головной и спинной мозг. Смертельный исход возможен даже при малых напряжениях (12 В), если ток проходит через биологически активные точки тела на шее, висках, голени, плечах, спине и других местах человеческого тела.
При напряжениях до 500 В более опасным является переменный ток, при дальнейшем повышении напряжения опасность постоянного тока быстро нарастает.
При изменении частоты переменного тока от нуля до 100 Гц опасность поражения при одном и том же напряжении увеличивается, достигая максимума в диапазоне 50-60 Гц, при частоте 200 Гц опасность возникновения фибрилляции снижается в 2 раза, при частоте 400 Гц - более чем в 3 раза.
Токи частотой выше 500 000 Гц не вызывают электрического удара, но они могут вызвать термические ожоги.
Определенное влияние на исход поражения оказывает физическое и психологическое состояние человека. Усталость, подавленное психическое состояние, употребление алкоголя, ряд заболеваний повышают опасность воздействия электрического тока. Поэтому определен перечень болезней, при наличии которых работа в действующих электроустановках не допускается. Обслуживание электроустановок поручается работникам, которые прошли медицинский осмотр и специальное обучение. Большое значение имеет «фактор внимания», ослабляющий опасность тока.
Обычно меньшей опасности подвергаются люди, находящиеся в помещении. Однако, если это помещение производственное, то наличие сырости, токопроводящей пыли, многих видов электрооборудования, агрессивной среды увеличивает опасность поражения электрическим током.
Классификация помещений по опасности поражения электрическим током. В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ), все помещения в отношении опасности поражения людей электрическим током делятся на три класса: без повышенной опасности, с повышенной опасностью, особо опасные.
Помещения без повышенной опасности - это сухие, непыльные помещения с нормальной температурой воздуха и с изолирующими (например, деревянными) полами, т.е. в которых отсутствуют условия, создающие повышенную или особую опасность. К таким помещениям можно отнести офисные помещения, инструментальные кладовые, лаборатории и т.п.
Помещения с повышенной опасностью, характеризующиеся наличием в них одного из следующих условий, создающих повышенную опасность: сырости (относительная влажность длительно превышает 75 %) или токопроводящей пыли (угольная, металлическая и т.п.); токопроводящих полов (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные и т.п.); высокой температуры (температура воздуха выше +35 С); возможности одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, механизмам и т.п., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования - с другой.
Примерами помещений с повышенной опасностью могут служить лестничные клетки зданий с проводящими полами, складские не отапливаемые помещения и т.п.
Особо опасные помещения, характеризующиеся наличием одного из следующих условий, создающих особую опасность: особой сырости (относительная влажность воздуха близка к 100 %); химически активной или органической среды, разрушающей изоляцию и токоведущие части электрооборудования; одновременно двух или более условий повышенной опасности.
Особо опасными помещениями является большая часть производственных помещений, в том числе все цехи по ремонту оборудования, мастерские и т.п.
Территории размещения наружных электроустановок (под открытым небом или под навесом) в отношении опасности поражения людей электрическим током приравниваются к особо опасным помещениям