Условия поражения электрическим током.
Анализ опасности электроустановок сводится к определению значения тока, который протекает через тело человека при различных возможных вариантах попадания его под напряжение.
Электрические сети бывают постоянного и переменного токов. Сети переменного тока бывают однофазные и многофазные. Наиболеераспространенные — трехфазные сети переменного тока. По режиму нейтрали трансформатора или генератора трехфазные сети могут быть с изолированной или глухозаземленой нейтралью. Изолированной называют нейтраль, изолированную от заземляющего устройства или присоединенную к нему через аппараты с большим сопротивлением (трансформаторы напряжения, компенсационные катушки). Глухозаземленной называют нейтраль, присоединенную к заземляющему устройству непосредственно или через аппараты с малым сопротивлением (трансформаторы тока).
Опасность сетей однофазного тока.Однофазные сети и сети постоянного тока могут быть изолированными от земли, иметь заземленный полюс или среднюю точку (табл. 3.4).
Анализ приведенных формул в табл. 3.4 свидетельствует о том, что наиболее опасным является двухполюсное прикосновение при любом режиме нейтрали относительно земли, поскольку в этом случае ток, который протекает через тело человека, определяется только сопротивлением его тела. Менее опасным является прикосновение к проводу изолированной сети при нормальном режиме работы.
Опасность трехфазных электрических сетей с изолированной нейтралью.Проводники электрических сетей относительно земли имеют емкость и активное сопротивление — сопротивление растекания, равное сопротивлению изоляции и пути тока на землю. В общем эти емкости и сопротивления растекания разные. С целью упрощения анализа допускаем, что они равны, тоесть Са=Сь=С=С и га=г=г=г.
Таким образом, при прикосновении к одному из фазных проводов сети с изолированной нейтралью в нормальном режиме сила тока проходящего через человека, зависит от сопротивления потерь и емкости сети относительно земли. Замыкание одной из фаз на землю значительно повышает опасность однофазного прикосновения, поскольку в этом случае человек оказывается под напряжением, близким к линейному. Более опасным является двухфазное прикосновение.
Опасность трехфазных электрических сетей с глухо-заземленной нейтралью(табл. 3.5). Трехфазные электрические сети с Глухозаземленной нейтралью имеют малое сопротивление между нейтралью и землей. Напряжение любой фазы исправной сети относительно земли равно фазному напряжению.
Таким образом, прикосновение к исправной фазе при замыкании второй фазы на землю более опасно, чем прикосновение к фазе в нормальном режиме работы трехфазной сети с Глухозаземленной нейтралью, а наиболее опасным является двухфазное прикосновение.
Факторы, влияющие на исход поражения электрическим током.
Сила тока.С ростом силы тока опасность поражения возрастает. Различают пороговые значения тока (при частоте 50 Гц):
— пороговый ощутимый ток — 0,5—1.5 мА при переменном токе и 5—7 мА при постоянном токе;
— пороговый неотпускающий ток (ток, который вызывает при прохождении через тело человека непреодолимые судорожные сокра-щения мышц руки, в которой зажат проводник) — 10—15 мА при переменном токе и 50—80 мА при постоянном токе;
— пороговый фибрилляционный ток — 100 мА при переменном токе и 300 мА при постоянном токе.
Сопротивление тела человека прохождению тока.Электрическое сопротивление тела человека — это сопротивление току, который проходит по участку тела между двумя электродами, прилагаемыми к поверхности тела. Оно состоит из сопротивления тонких внешних слоев кожи, которые контактируют с электродами, и сопротивления внутренних тканей тела.
Величина электрического сопротивления тела зависит от состояния рогового слоя кожи, наличия на ее поверхности влаги, загрязнений и повреждений, от места прикладывания электродов, частоты тока, величины напряжения, длительности действия тока. Наличие на роговом слое порезов, царапин, влаги, потовыделений уменьшают сопротивление тела, вследствие чего увеличивается опасность поражения. Сопротивление , тела человека в практических расчетах принимается равным 1000 Ом.
Вид и частота тока.
Переменный ток.Из-за наличия в сопротивлении тела человека емкосной составляющей рост частоты прилагаемого напряжения сопровождается уменьшением полного сопротивления тела и ростом тока, который проходит через тело человека. Можно было бы допустить, что рост частоты приведет к повышению опасности. Однако это предположение справедливое только в диапазоне частот до 50 Гц. Дальнейшее повышение частоты, невзирая на рост тока, который проходит через тело человека, сопровождается снижением опасности поражения, которая полностью исчезает при частоте 450—500 Гц, тоесть ток такой и большей частоты не может вызывать смертельного поражения вследствие прекращения работы сердца или легких, а также других жизненно важных органов. Однако эти токи сохраняют опасность ожогов при возникновении электрической дуги и при прохождении их непосредственно через тело человека. Значение фибрилляционного тока при частотах 50—100 Гц практически одинаковы; при частоте 200 Гц фибрилляционный ток увеличивается приблизительно в два раза по сравнению с его значением при 50—100 Гц, а при частоте 400 Гц — более, чем в 3 раза.
Постоянный ток. Постоянный ток приблизительно в 4—5 раз менее опасен, чем переменный ток частотой 50 Гц. Этот вывод вытекает из -сравнения значений пороговых неотпускающих токов (50—80 мА для постоянного и 10—15 мА для тока частотой 50 Гц) и предельно переносимых напряжений: человек, держа цилиндрические электроды в руках, может выдержать (по болевым ощущениям) напряжение не более 21—22 В при 50 Гц и не более 100—105 В при постоянном токе. "Постоянный ток, проходя через тело человека, вызывает меньшие аения мышц. Сравнительная оценка постоянного и переменного токов справедлива только для напряжений до 500 В. Считается, что при более высоких напряжениях постоянный ток становится опасным, чем переменный частотой 50 Гц.
Продолжительность прохождения тока через организм существенно влияет на исход поражения: с увеличением длительности действия тока возрастает вероятность тяжелого или смертельного исхода. Такая зависимость объясняется тем, что с увеличением времени воздействия тока на живую ткань повышается его значение, накапливаются последствия влияния тока на организм. Растет также вероятность совпадения момента прохождения тока через сердце с уязвимой фазой сердечного цикла (кардиоцикла). Рост силы тока с увеличением времени его действия объясняется снижением сопротивления тела человека вследствие местного нагревания кожи. Это вызывает рефлекторную реакцию организма в виде расширения сосудов кожи с последующим усилением кровоснабжения и повышением потовыделения, что приводит к снижению электрического сопротивления кожи в этом месте.
Последствия влияния тока на организм заключаются в нарушении функций центральной нервной системы, изменении состава крови, местном разрушении тканей организма под влиянием тепла, в нарушении работы сердца, легких. С ростом времени воздействия тока эти негативные факторы накапливаются, а губительное их влияние на состояние организма усиливается. Установлено, что чувствительность сердца к электрическому току неодинаковая в течение различных фаз его сокращения. Наиболее уязвимо сердце в фазе Т, длительность которой около 0,2 сек. (рис. 3.11). Поэтому, если в течение фазы Т через сердце проходит ток, то при некотором его значении возникает фибрилляция сердца. Если же время прохождения этого" тока не совпадает с фазой Т, то вероятность фибрилляции резко снижается.
Путь протекания тока через человека.Практика и эксперименты показывают, что путь протекания тока через тело человека оказывает большое влияние на исход поражения. Если на пути тока оказываются жизненно важные органы: сердце, легкие, головной мозг, то опасность поражения достаточно большая, поскольку ток непосредственно влияет на эти органы. Если же ток проходит другими путями, то его влияние на жизненно важные органы может быть только рефлекторным, а не непосредственным. При этом, хотя опасность тяжелого поражения и сохраняется, но вероятность его снижается. К тому же, поскольку путь тока определяется местом контакта тела с токопроводящими частями, то его влияние на исход поражения предопределяется еще и различным сопротивлением кожи на различных участках кожи.
Возможных путей тока в теле человека много. Однако характерных, которые встречаются на практике — не более 15 петель (рис. 3.12). Наиболее распространенные из них приведены в табл. 3.4.
Опасность различных путей тока можно оценить по относительному количеству случаев потери сознания в течение действия тока (третья графа табл. 3.4). Опасность петли можно оценить также по значению тока, которое проходит через сердце: чем больше этот ток, тем опаснее путь. При наиболее распространенных путях через тело человека через сердце протекает 0,4—7% общей величины тока (четвертая графа табл. 3.3).
Индивидуальные свойства человека.Известно, что здоровые и физически крепкие люди легче переносят электрические удары, чем больные и слабые. Особенно восприимчивы к электрическому току лица, которые имеют заболевания кожи, сердечно-сосудистой и нервной систем, органов внутренней секреции, легких.
Важное значение имеет психическая подготовка к возможной опасности поражения током. В подавляющем большинстве случаевнеожиданный электрический удар даже при низком напряжении приводит к тяжелым последствиям. Когда человек ожидает удара, степень поражения значительно снижается. В этом контексте большое значение приобретают степень внимания, сосредоточенность человека на выполняемой работе, усталость. Квалификация человека также существенно отражается на последствиях влияния электрического тока-. Опыт, умение адекватно оценить опасную ситуацию позволяют снизить опасность поражения. В связи с этим требования безопасности предусматривают обязательную медицинскую проверку персонала, обслуживающего электроустановки до начала работы и периодически через каждые 1—2 года.