Короткі теоретичні відомості. Мета роботи – визначити основні параметри опору тіла людини; дослідити вплив частоти струму та площини електродів дотику на величину опору тіла людини;
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5
ДОСЛІДЖЕННЯ ОПОРУ ТІЛА ЛЮДИНИ ЕЛЕКТРИЧНОМУ СТРУМУ
Мета роботи – визначити основні параметри опору тіла людини; дослідити вплив частоти струму та площини електродів дотику на величину опору тіла людини; вивчити основні заходи, що забезпечують безпеку робіт в електроустановках:
Короткі теоретичні відомості
Електричний струм – це спрямоване переміщення електричних зарядів усередині провідної речовини.
Електричний струм, проходячи через тіло людини, обумовлює перетворення електричної енергії в інші види і спричиняє термічну, механічну, електролітичну та біологічну дії.
Термічна дія полягає в тому, що струм, проходячи через тіло людини, нагріває його, як і будь-який провідник, через який він проходить. Для використання цієї властивості електричного струму працюють електронагрівальні прилади.
Таким чином, проходячи через органи людського тіла, електричний струм може викликати їхні опіки, обвуглювання тканин і всього тіла.
Електролітична дія полягає в тому, що електричний струм має властивість розщеплювати кислотні, лужні й інші провідні рідкі розчини на складові частини.
Проходячи через тіло людини, що, як відомо, складається на 70% із води (протоплазма клітин, кров і т. д.), він справляє подібну електролітичну дію, розщеплюючи протоплазму і кров. У результаті клітини втрачають спроможність до нормального існування, обміну речовин і т. д.
Біологічна дія електричного струму полягає в тому, що при його проходженні відбувається подразнення і збудження живих тканин організму і порушення внутрішніх біологічних процесів. У результаті можуть відбуватися мимовільні рухи кінцівок, голови, інших органів; може змінитися ритм биття серця (настає так звана фібриляція, некерована вібрація серця); порушується робота легень.
Механічна дія електричного струму може призводити до розриву тканин внаслідок електродинамічного ефекту, а також миттєвого вибухоподібного утворення пари з тканинної рідини і крові; до вивихів, переломів. Дія електричного струму може призвести як до травм, так і до летальних наслідків.
Вплив електричного струму на організм людини класифікують за ступенем складності:
1. Електротравми – опіки, електричні знаки (специфічне ураження тканин); металізація шкіри (частина розплавленого металу); електрофтальмія (запалення зовнішніх оболонок очей під дією ультрафіолетових променів електричної дуги); механічні ушкодження (розірвання шкіри, вивихи, переломи і т. д., викликані мимовільним скороченням м’язів).
2. Електричний удар. Розрізняють 4 ступені електричного удару:
1й ступінь – судорожне скорочення м’язів без утрати свідомості;
2й ступінь – судорожне скорочення м’язів з утратою свідомості, але зі збереженням дихання і роботи серця;
3й ступінь – втрата свідомості; порушення дихання або роботи серця;
4й ступінь – клінічна смерть.
Варто пам’ятати, що однією з особливостей небезпеки електричного струму є те, що частини устаткування, які знаходяться під напругою, найчастіше нерухомі, не мають високої температури, видимого випромінювання і т. д. Тому аналізатори людини не фіксують небезпеку, що насправді існує.
Наслідок враження людини електричним струмом залежить від багатьох факторів: опору тіла, тривалості протікання струму, шляху струму, роду і частоти струму, напруги.
З погляду безпеки розрізняють три ступені впливу струму:
а) граничний відчутний струм – це мінімальний струм, що викликає чуттєві, контактні подразнення відповідних аналізаторів шкіри. Величина змінного відчутного струму дорівнює 0,5–1,5 мА, постійного – 5–7 мА. Як бачимо, постійний суттєвий граничний струм на порядок більший змінного;
б) граничний струм (невідпускний) – це мінімальний струм, що викликає судорожне скорочення м’язів. Величина змінного невідпускного струму – 6–10 мА; постійного – 50–80 мА. Знову простежується та закономірність, що постійний струм на порядок більший змінного, тобто нервова система більш чутлива до змінного струму;
в) граничний фібриляційний струм – це струм, при якому починається фібриляція серця. Величина змінного фібриляційного струму – 80–100 мА; постійного – 300 мА. Виходячи з цього, правилами безпеки встановлено, що електричний струм силою 0,1 А (100 мА) – смертельний. При цьому струм не поділяють на постійний або змінний. Для жінок зазначені граничні значення струму в 1,5 раза нижче.
Основним опором тіла людини є верхній роговий покрив шкіри – епідерміс. Його товщина коливається від 0,05 до 0,2 мм. При знятому епідермісі опір тіла не перевищує 1 000 Ом, при сухій і грубій шкірі – досягає 100 000 Ом. Таким чином, опір тіла людини коливається від 1 000 до 100 000 Ом і залежить від дуже багатьох причин: стану шкіри, щільності контакту, площі контакту, вологості шкіри, часу проходження і розміру струму, частоти струму, стану і настрою людини.
Практика свідчить, що опір тіла людини зменшується при тривалому протіканні через нього електричного струму.
Має значення і шлях струму через тіло людини. Найбільш небезпечний – через серце і м’язи легень, а також через мозок.
На дію електричного струму впливають рід і частота струму. Встановлено, що змінний струм частотою 50 Гц більш небезпечний, ніж постійний.
Крім того, потрібно пам’ятати, що за інших рівних умов змінний струм високих частот менш небезпечний, ніж змінний струм промислової частоти. Величина струму, що проходить через тіло людини, залежить від напруги дотику.
Дія електричного струму на організм залежить від індивідуальних властивостей, фізичних і психічних станів людини.
Опір тіла людини залежить і від параметрів середовища приміщення: вологості, температури, наявності струмопровідного пилу та підлоги тощо.
Правила електробезпеки визначають два види заходів, що забезпечують безпеку робіт в електроустановках:
1) організаційні заходи;
2) технічні заходи і засоби захисту.
До організаційних заходів належать:
а) вимоги до електротехнічного персоналу:
– вік персоналу для самостійної роботи повинен бути не менше 18 років;
– персонал повинен бути здоровий, не мати хвороб і каліцтв, що перешкоджають роботі в електроустановках (медичні установи мають перелік хвороб, при яких не можна працювати в електроустановках);
– персонал повинен бути навчений, мати кваліфікаційну групу, що свідчить про рівень знань у галузі правил експлуатації електроустаткування і техніки безпеки;
б) усі роботи в електроустановках виконуються, як правило, за нарядом, і тільки для оперативно-чергового персоналу припускається виконання робіт з усного розпорядження із записом в оперативному журналі.
До технічних заходів належать:
– відключення місця роботи, тобто струмопровідних частин або устаткування, на яких будуть виконуватися ремонтні роботи або роботи з налагодження;
– встановлення попереджувальних, забороняючих плакатів і огороджень місця роботи;
– перевірка відсутності напруги;
– накладення переносних захисних заземлень на відключені струмопровідні частини з усіх боків, звідки може надходити напруга.
Експериментальна частина
Електрична схема установки для експериментального визначення опору тіла людини електричного струму приведена на рисунку 1.
Рис.1 Електрична схема експериментальної установки для визначення опору тіла людини електричному струму
За допомогою лабораторного стенду проводяться дослідження залежності опору тіла людини від параметрів електричної мережі (струму, напруги, площини електродів, виду струму, частоти струму) та встановлюється залежність опору шкіряного покриття від стану шкіри, фізіологічного стану людини.
До складу стенду входить джерело живлення з регулятором частоти напруги:
– 0 Гц (постійний струм);
– 25 Гц (однополуперіодне випрямлення);
– 50 Гц (змінний струм).
Включення стенду здійснюється за допомогою тумблера 3 (рис. 2).
Електродами є диски з різними площинами S1 та S2. Тумблер 8 забезпечує переключення площин дотику від малої 4, 5 до великої площини 6, 7.
Виміри проводяться на різних напругах та різних типах струму. Напруга задається та фіксується вольтметром 1, а сила стуму – амперметром 2.
Рис. 2. Експериментальна установка
Заходи безпеки
До роботи з експериментальною установкою допускаються особи, що пройшли інструктаж по безпечній експлуатації установок під напругою.