Условия и причины поражения человека электрическим током

В соответствии с ГОСТ 12.1.013-78 все условия, в которых эксплуатируется электрооборудование, подразделяют на: условия с повышенной опасностью, особо опасные условия, условия без повышенной опасности поражения человека электрическим током.

Условия с повышенной опасностью поражения человека электрическим током:

- наличие влажности (пары или конденсат выделяются в виде мелких капель, относительная влажность воздуха превышает 75%);

- наличие проводящей пыли (технологическая и другая пыль, оседая на проводах, проникая внутрь машин и аппаратов и отлагаясь на электроустановках, ухудшает условия охлаждения и изоляции, но не вызывает опасности пожара или взрыва);

- наличие токопроводящих оснований (металл, земля и т.д.)

- наличие повышенной температуры (длительно 35°С, кратковременно 40°С) независимо от времени года и различных тепловых излучений;

- наличие 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.

Особо опасные условия поражения людей электрическим током:

- наличие сырости (дождь, снег, опрыскивание);

- наличие химически активной среды (постоянно или длительно содержатся агрессивные пары, газы, жидкости, образуются отложения или плесень, разрушающие изоляцию и токоведущие части электрооборудования);

- наличие одновременно двух или более условий повышенной опасности.

Условия без повышенной опасности поражения людей электрическим током – отсутствие условий, создающих повышенную или особую опасность.

Поражение электрическим током человека возможно только при замыкании электрической цепи через тело человека. Это может произойти при:

- двухфазном включении в цепь;

- однофазном включении в цепь – проводка, клемы, шины и т.д.;

- контакте человека с нетоковедущими частями (корпус машины или аппарата, прибора), конструктивными элементами здания, оказавшимися под напряжением в результате нарушения изоляции проводки и токоведущих частей.

Двухфазное включение в цепь. Наиболее редким, но наиболее опасным является прикосновение человека к двум разным проводам или проводникам тока, соединенных с ними. В этом случае человек окажется под действием линейного напряжения. Через человека потечет ток по пути «рука – рука», т.е. сопротивление цепи будет включать только сопротивление тела.

Рис. 6. Двухфазное включение в цепь: а — изолированная нейтраль; б— заземленная нейтраль; А, В, С — фазные провода; PEN— нулевой защитный и нулевой рабочий проводники, объединенные в один проводник

Если принять сопротивление тела в 1 кОм, а электрическую сеть напряжением 380/220 В, то ток, проходящий через тело человека,

I_ч = U_л / R_ч = 380 В / 1000 Ом = 0,38 А = 380 мА.

Это смертельно опасный ток. Тяжесть электротравмы или даже жизнь человека будет зависеть, прежде всего, от того, как быстро он освободится от контакта с проводником тока. Чаще всего встречаются случаи, когда человек одной рукой соприкосается с фазным проводом или частью прибора, аппарата, который случайно или преднамеренно электрически соединен с ним. Опасность поражения электрическим током в этом случае зависит от вида электрической сети (с заземленной или изолированной нейтралью).

Однофазное включение в цепь в сети с заземленной нейтралью.

Рис. 7. Однофазное прикосновение в сети с заземленной нейтралью: а — нормальный режим работы; б — аварийный режим работы (повреждена вторая фаза); R₀ — сопротивление заземления нулевого провода; R_K — сопротивление замыкания провода на землю

В этом случае ток проходит через человека по пути «рука – ноги» или «рука – рука», а человек будет находится под фазным напряжением.

В первом случае сопротивление цепи будет определятся сопротивлением тела человека, обуви, основания, на котором стоит человек, сопротивлением заземления нейтрали, и через человека потечет ток

I_ч = U_ф / (R_ч + R_об + R_ос + R_н).

Сопротивление нейтрали невелико, и им можно пренебречь по сравнению с другими сопротивлениями цепи. Примем напряжение сети 380/220 В. Если на человеке надета изолирующая сухая обувь (кожаная, резиновая), он стоит на сухом деревянном полу, сопротивление цепи будет большим, а сила тока по закону Ома невелика.

Например, сопротивление пола около 30 кОм, кожаной обуви 100 кОм, сопротивление тела человека 1 кОм. Ток проходящий через человека,

I_ч = 220В/(30000+100000+1000)Ом = 0,00168 А = 1,68 мА.

Этот ток близок к пороговому ощутимому току. Человек почувствует протекание тока, прекратит работу, устранит неисправность.

Если человек стоит на влажной земле в сырой обуви или босиком, через тело будет проходить ток

I_ч = 220В/(3000+1000)Ом = 0,055 А = 55 мА.

Этот ток может вызвать нарушение в работе легких и сердца, а при длительном воздействии смерть.

Если человек стоит на влажной почве в сухих и целых резиновых сапогах, через тело проходит ток

I_ч = 220В/(500000+1000)Ом = 0,0004 А = 0,4 мА.

Воздействие такого тока человек может даже не почувствовать, но небольшая трещина или прокол на подошве сапога может резко уменьшить сопротивление резиновой подошвы и сделать работу опасной.

Пред тем как приступить к работе с электрическими устройствами их необходимо тщательно осмотреть на предмет отсутствия повреждения изоляции. Электрические устройства необходимо протереть от пыли и, если они влажные, - просушить. Мокрые ЭУ эксплуатировать нельзя! Электрический инструмент, приборы, аппаратуру лучше хранить в полиэтиленовых пакетах, чтобы исключить попадание в них пыли и влаги. Работать надо в обуви. Если надежность ЭУ вызывает сомнения, надо подстраховаться – подложить под ноги сухой деревянный настил или резиновый коврик. Можно использовать резиновые перчатки.

Второй путь протекания тока возникает тогда, когда второй рукой человек соприкасается с землей (корпусом заземленного станка, металлической или железобетонной конструкции здания, влажной деревянной стеной, водопроводной трубой, отопительной батареей и т.п.). В этом случае ток протекает по пути наименьшего электрического сопротивления. Указанные предметы практически накоротко соединены с землей, их электрическое сопротивление очень мало. Поэтому сопротивление цепи равно сопротивлению тела и через человека потечет ток

I_ч = U_ф / R_ч = 220 В / 1000 Ом = 0,22 А = 220 мА.

Эта величина тока смертельно опасна.

При работе с ЭУ не прикасайтесь второй рукой к предметам, которые могут быть электрически соединены с землей. Работа в сырых помещениях, при наличии вблизи от человека хорошо проводящих предметов, соединенных с землей, представляет исключительно высокую опасность и требует соблюдения повышенных мер электрической безопасности.

В аварийном режиме, когда одна из фаз сети (другая фаза сети, отличная от фазы, к которой прикоснулся человек) оказалась замкнутой на землю, происходит перераспределение напряжения, и напряжение исправных фаз отличается от фазного напряжения сети. Прикасаясь к исправной фазе, человек попадает под напряжение, которое больше фазного, но меньше линейного. Поэтому при любом пути протекания тока этот случай более опасен.

Однофазное включение в цепи в сети с изолированной нейтралью.

Рис. 8. Однофазное прикосновение в сети с изолированной нейтралью: а — нормальный режим работы; б — аварийный режим работы (повреждена вторая фаза)

На производстве для электроснабжения силовых электроустановок находят применение трехпроводные электрические сети с изолированной нейтралью. В таких сетях отсутствует четвертый заземленный нулевой провод, а имеются только три фазных провода.

Если человек прикоснется к одному из проводов или какому-нибудь предмету, электрически соединенному с ним, ток потечет через человека, обувь, основание и через изоляцию и емкость проводов будет стекать на два других провода. Образуется замкнутая электрическая цепь, в которою, в отличие от ранее рассмотренных случаев, включено сопротивление изоляции фаз. Так как электрическое сопротивление исправной изоляции составляет десятки и сотни кОм, то общее электрическое сопротивление цепи значительно больше сопротивления цепи, образующейся в сети с заземленным нулевым проводом. То есть то, проходящий через тело человека, в такой сети будет меньше и прикосновение к одной из фаз в сети с изолированной нейтралью безопаснее. Ток, проходящий через человека

I_ч = ,

где R_ч = R_ч + R_об + R_ос – электрическое сопротивление цепи человека, ω = 2πƒ – круговая частота тока, рад/с (для тока промышленной частоты ƒ=50 Гц, поэтому ω=100π). Если емкость фаз невелика (это имеет место для непротяженных воздушных сетей), можно принять С≈0 и ток

I_ч = 3U_ф / (3R_цч + r).

Например, если сопротивление пола 30 кОм, кожаной обуви 100 кОм, сопротивление человека 1 кОм, а сопротивление изоляции фаз 300 кОм, ток, который проходит через тело человека (для сети 380/220 В), будет равен

I_ч = 3*220 В / (3*(30000+100000+1000)+300000) Ом = 0,00095 А = 0,95 мА.

Такой ток человек может даже не почувствовать.

Даже, если не учитывать сопротивление цепи человека (человек стоит на влажной земле в сырой обуви), проходящий через тело человека ток будет безопасен:

I_ч = 3*220 В / 300000 Ом = 0,0022 А = 2,2 мА.

Для протяженных электрических сетей, особенно кабельных линий, емкостью фаз нельзя пренебрегать (С≠0). Даже при очень хорошей изоляции фаз (r = ∞) ток потечет через тело человека через емкостное сопротивление фаз, и его величина будет определяться по формуле:

I_ч = .

Таким образом, протяженные электрические цепи (промышленных предприятий) большой емкости обладают высокой опасностью, даже при хорошей изоляции фаз.

При нарушении же изоляции какой-либо фазы прикосновение к сети с изолированной нейтралью становится более опасным, чем к сети с заземленным нулевым проводом. В аварийном режиме работы ток, проходящий через тело человека, прикоснувшегося к исправной фазе, будет стекать по цепи замыкания на земле на аварийную фазу, и его величина

I_ч = U_л / (R_цч + R_з).

Так как сопротивление замыкания R_з аварийной фазы на земле обычно мало, то человек будет находиться под линейным напряжением, а сопротивление образовавшейся цепи будет равно сопротивлению цепи человека R_з, что очень опасно.

По этим соображениям, а также из-за удобства использования (возможность получения напряжения 220 и 380 В) четырехпроводные сети с заземленным нулевым проводом на напряжение 380/220 В получили наибольшее распространение.

Снизить ток, протекающий через тело человека можно за счет увеличения электрического сопротивления цепи (например, за счет использования средств индивидуальной защиты), либо за счет уменьшения потенциала корпуса и потенциала земли, так как напряжение прикосновения при однофазном включении в цепь

U_пр = φ_к - φ_з.

Основными нормативными документами по технике безопасности при производстве электромонтажных работ являются: СНиП III – 4-80*, «Техника безопасности в строительстве» и разработанные на их основе Правила техники безопасности (ПТБ) при электромонтажных и наладочных работах.