Действие электрического тока на организм человека

Воздействие электрического тока на организм человека проявляется весьма разнообразно. Оно может быть тепловым (ожог), механическим (разрыв тканей), химическим (электролиз) и биологическим (сокращение мышц, паралич дыхания и сердца).

Электрические ожоги – это ожоги кожи, тканей мышц, кровеносных сосудов, возникающие вблизи электрической дуги, а также ожоги глаз в результате сильного ультрафиолетового излучения.

Механизм поражения электрическим током еще недостаточно изучен. Однако можно сказать, что смертельный исход при поражении в большинстве случаев является

результатом расстройства сердечной деятельности и дыхания, шока, ожогов.

Исследованием установлено, что ток порядка 0,01 А уже вызывает легкое раздражение нервной системы и даже судороги. При увеличении силы тока до 0,03 А мышцы могут потерять возможность сокращаться. При 0,06 А наступает паралич дыхательных путей. Смертельным считается ток близкий к 0,1 А.

Струм (змінний та постійний) більше 5 А викликає миттєву зупинку серця, минаючи стан фібриляції.

Таким чином, чим більший струм проходить через тіло людини, тим більшою є небезпека ураження.

Поражение людей током происходит чаще всего вследствие:

· прикосновения к неизолированным токоведущим частям – оголенным проводам, контактам источников питания, электродвигателей, рубильников, ламповых патронов, предохранителей и другой аппаратуры или приборов, находящихся под напряжением (рис.1);

Рис. 1. Примеры опасных для жизни случаев поражения человека электрическим током (пунктирной стрелкой указан путь тока).

· прикосновения к частям электроустановок, оборудования и аппаратуры, не предназначенным для прохождения тока (например, к корпусу электродвигателя), но в результате повреждения изоляции оказавшихся под опасным напряжением;

· прикосновения к токопроводящим частям, не являющимися частями электрооборудования, но случайно оказавшимся под напряжением (например, к сырым стенам, металлическим конструкциям здания);

· нахождения вблизи места соединения з землей оборванного провода электросети;

· несоблюдения правил техники безопасности в быту (рис.2).

Рис. 2. Некоторые случаи поражения человека электрическим током в быту.

2.2. Факторы, влияющие на степень поражения электрическим током.

Степень поражения электрическим током в основном зависит от электрического сопротивления тела человека, которое в свою очередь зависит от:

· состояния кожи (целости, чистоты и влажности);

· площади соприкосновения электродов и плотности контакта с электродами;

· значения и рода электрического тока и приложенного напряжения;

· частоты тока;

· времени прохождения тока;

· общего состояния нервной системы;

· пути прохождения тока (см. приложение).

Чим вище значення напруги, тим більша небезпека ураження електричним струмом. Умовно безпечною для життя людини прийнято вважати напругу, що не перевищує 42 В (в Україні така стандартна напруга становить 36 та 12 В), при якій не повинен статися пробій шкіри людини, що призводить до різкого зменшення загального опору її тіла.

Електричний опір тіла людини залежить, в основному, від стану шкіри та центральної нервової системи. Загальний електричний опір тіла людини можна представити як суму двох опорів шкіри та опору внутрішніх тканин тіла. Найбільший опір проходженню струму чинить шкіра, особливо її зовнішній ороговілий шар (епідерміс), товщина якого становить близько 0,2 мм. Опір внутрішніх тканин тіла незначний і становить 300…500 Ом, В цьому можна переконатися, коли до язика прикласти контакти батарейки, при цьому відчувається легке пощіпування. Коли ці ж контакти прикласти до шкіри тіла, то відчутних подразнень не виникає, оскільки опір сухої шкіри (епідермісу) значно більший.

Переменный ток опаснее постоянного только при напряжении ниже 450…500 В. Выше этого предела опасность переменного и постоянного тока одинакова. Диапазон опасных частот находится в пределах до 500 Гц, причем самой опасной является промышленная частота 50 Гц. Неповрежденная, сухая и чистая кожа, а следовательно, и тело человека имеет сопротивление до десятков кОм. Поврежденная, загрязненная и влажная кожа имеет малое сопротивление, которое может снизиться до 200 … 1000 Ом. За расчетное электрическое сопротивление тела человека принято считать 1000 Ом.

Сопротивление кожи, а, следовательно, и сопротивление тела человека падает при увеличении:

· площади соприкосновения с электродами;

· приложенного напряжения, так как происходит пробой диэлектрика кожи;

· тока, так как происходит разогрев кожи и потовыделение.

Утомление, болезненное состояние, повышенная влажность тела или одежды усугубляет тяжесть электротравмы. И наоборот, сухая, чистая, неповрежденная кожа повышает сопротивление человеческого организма действию электрического тока. Верхний роговой слой кожи по своим свойствам близок к диэлектрику.

Неблагоприятное влияние на человеческий организм может оказать электромагнитное поле. Переменное электромагнитное поле промышленной частоты при напряжении 330 кВ и выше отрицательно влияет на нервную систему человека, при этом у человека повышается частота пульса и снижается работоспособность.

Создаваемое токами ВЧ и СВЧ поле вредно действует на человеческий организм.

2.3. Защита от опасности прикосновения к токоведущим частям.

Обслуживание электрооборудования должно производиться с применением изолирующих защитных средств (рис. 3) – диэлектрических печаток (а), бот (б), галош (в), резиновых ковриков (д), изолирующих подставок (г), которые в установленные сроки проходят периодические испытания, а перед каждым их применением должны проверяться путем внешнего осмотра.

Рис. 3. Изолирующие защитные средства, применяемые для предупреждения электротравматизма:

а – резиновые перчатки; б – резиновые боты; в – резиновые галоши; г – изолированная подставка; д – изолирующая дорожка и коврик.

У всего электрооборудования высокого и низкого напряжений, независимо от наличия ограждений, следует вывешивать предупредительные плакаты.

.

2.4. Защита от переходных и высоких напряжений.

Защитой от напряжения, появившегося на металлических корпусах электроустановок в результате нарушения изоляции, служат защитное заземление, зануление и защитное отключение.

Защитное заземление представляет собой преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Оно применяется в сетях с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В и при любом режиме нейтрали в сетях напряжением выше

1000 В. Защитное заземление уменьшает напряжение на корпусе относительно земли до безопасного значения, следовательно, уменьшается и ток, протекающий через тело человека.

На схеме действия защитного заземления (рис. 4, а) показано, что напряжение, приложенное к человеку в случае прикосновения к оборудованию, можно снизить увеличением проводимости заземляющего устройства.

Проводимости g_ч, g₁, g₂ (рис. 4, б) очень малы по сравнению с проводимостью заземлителя g₃, и ими можно пренебречь. Тогда напряжение, приложенное к человеку, можно представить выражением:

U_ч=U g₂/g₃

или

U_ч=U r₃/r₂,

Рис.4. Схема защитного заземления в двухпроводной сети;

а – электрическая схема; б – схема замещения.

где U – напряжение, приложенное к корпусу, В; g₂ – проводимость изоляции провода, 1/Ом; g₃ – проводимость заземлителя, 1/Ом; r₃ – сопротивление заземлителя, Ом; r₂ – сопротивление изоляции провода, Ом.

Ток, протекающий через человека,

I_ч=U r₃/(R_ч r₂).

Заземляющие устройства (рис. 5, а) состоят из искусственных заземлителей: стальных труб (уголков) 6 и контурной шины 5, расположенных непосредственно в земле, при помощи которых осуществляется надежное соединение с землей и создается малое сопротивление растеканию тока. Корпуса электроустановок 1 присоединяются параллельно к магистральной шине 4, которая соединяется с контурной шиной. Заземлители могут быть и естественными. В качестве естественных заземлителей можно использовать металлические конструкции зданий, свинцовые оболочки кабелей и др. Не разрешается использовать трубопроводы.

Сопротивление заземляющего устройства является основным показателем, характеризующим пригодность его в качестве заземляющего устройства.

Рис. 5, а. Схема защитного заземления

Рис. 5, б. Схема заземляющего устройства:

1 – вертикальные заземлители; 2 – горизонтальный заземлитель; 3 –заземляющий проводник.

Болтовое соединение и сварное крепление при выполнении защитного заземления.

Рис. 6. Присоединение заземляющих проводников к элементам электрооборудования должно осуществляться параллельно (не последовательно) к контурной шине.

Пример схемы защитного заземления в сетях с глухозаземленной нейтралью.

В электроустановках напряжением до 1000 В сопротивление заземления не должно превышать 4 Ом, а при мощности источников питания (генераторов, трансформаторов) не более 100 кВ∙А – 10 Ом.

Контроль защитного заземления проводится как перед вводом в эксплуатацию, так и периодически - ежегодно (при наибольших подсыхании и промерзании грунта). Измерение сопротивления проводится измерителями заземления МС–0,8; М–416; М–1103 и др.

Зануление – преднамеренное соединение корпусов электроустановок с нулевым проводом от заземленной наглухо нейтрали источника питания (рис. 7).

Зануление устраивается в сетях с заземленной нейтралью напряжением до 1000 В, так как защитное заземление не обеспечивает достаточно надежную и полноценную защиту.

Рис. 7. Схема зануления.

R₀ – сопротивление заземления нейтрали источника тока; R_n – сопротивление повторного заземления нулевого защитного проводника.

Назначение зануления то же, что и заземления: устранить опасность поражения людей током при пробивании фазы на корпус. Это происходит автоматически выключением поврежденной электрической установки от электрической сети.

Принцип действия зануления - превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание с целью вызвать ток большой силы, способный обеспечить срабатывание защиты (плавкие предохранители, автоматы) и благодаря этому автоматически отключить поврежденную электроустановку от электрической сети. При пробивании фазы на корпус ток идет через трансформатор, фазный провод, предохранитель, корпус электроустановки, нулевой провод. Так как сопротивление при коротком замыкании мало, ток достигает значительных величин и защитное устройство срабатывает. Однако зануление, как защитное средство, не обеспечивает в полной мере безопасность. Во время короткого замыкания в нулевом проводе возникает опасность поражения, которая будет существовать пока не произойдет отключение поврежденного электрооборудования благодаря сгоранию предохранителя. В нулевом проводе запрещается ставить предохранители.

Защитное отключение – это автоматическое отключение всех фаз участка сети, обеспечивающее безопасные для человека сочетания тока и времени его протекания при замыканиях на корпус или снижения уровня изоляции ниже определенного значения.

Захисне вимикання – це швидкодіючий захист, який забезпечує быстрое автоматичне вимкнення електрообладнання (не більше ніж 0,2 с) при виникненні в ньом небезпеки ураження струмом.

Існує багато схем захисного вимикання.

В зависимости от принципа действия устройства защитного отключения оно может защищать от поражения при однофазном прикосновении или только при прикосновении к заземленным частям, оказавшимся под напряжением. Одна из схем защитного отключения приведена на рис. 8.

Основным элементом схемы является защитное реле напряжения Н с постоянно разомкнутими контактами. При замыкании на корпус одной фазы корпус окажется под напряжением выше допустимого, контакты реле Н замкнутся, сердечник выключающей катушки КВ втягивается и размыкает цепь питания электроустановки.

Опасность поражения при случайном прикосновении человека к токоведущим частям, которые могут оказатся под напряжением, может возникнуть при замыкании фазы на корпус электрооборудования при снижении сопротивления фаз относительно земли, замыкании фаз на землю, при появлении в сети более высокого напряжения и вследствие замыкания в трансформаторе между обмотками.

Рис. 8. Схема устройства защитного отключения, которое реагирует на напряжение корпуса относительно земли.

1 -корпус; 2 – автоматический выключатель; КВ - выключающая катушка; Н – реле напряжения; R_з – сопротивление защитного заземления; R_д – сопротивление дополнительного заземления.

В этих случаях происходит изменение электрических параметров электрооборудования и сети. Изменение этих параметров до определенного значения, при котором возникает опасность поражения человека электрическим током, вызовет формирование сигнала, который обеспечит срабатывание устройства защитного отключения, т.е. автоматическое выключение поврежденного электрооборудования.

В сетях напряжением до 1 кВ в качестве выключателей в устройствах защитного отключения применяются контакторы, оборудованные электромагнитным управлением в виде удерживающей катушки, магнитные пускатели, трехфазные контакторы переменного тока, оборудованные тепловым реле для автоматического отключения при перегрузке потребителей.

Защитное отключение рекомендуется применять в качестве основного или вспомогательного защитного средства, если безопасность не может быть обеспечена путем устройства заземления или по экономическим соображениям. Чаще всего оно используется в условиях повышенной опасности поражения электрическим током или взрывоопасности.