Факторы поражения электрическим током. Причины и виды поражения электрическим током, основные поражающие факторы Поражающие факторы в зависимости от силы тока

1. Величина тока – главный фактор, характеризующий степень тяжести электрической травмы. В Приложении М приведены сведения о влиянии на организм человека токов разной величины. Для характеристики такого влияния используют пороговые величины:

- порог чувствительности – минимальная сила тока, которую ощущает человек. Он составляет 0,6...1,5 мА для переменного (частота 50 Гц) и 5...7 мА для постоянного тока. Такой ток безопасен для человека;

- пороговый неотпускающий ток – минимальная сила тока, при которой человек не может самостоятельно оторвать руки от токоведущих частей. По величине такой ток не опасен для человека, однако при длительном воздействии может привести к тяжелым последствиям и даже смерти. При постоянном токе человек может самостоятельно оторвать руку от проводника при любой силе тока, однако в момент отрыва возникают болезненные сокращения мышц, аналогичные возникающим при переменном токе. Человек способен выдержать боль при отрыве от токоведущих частей при силе тока не более 50 – 80 мА.

- пороговый фибриляционный ток – минимальная сила тока, при которой происходит фибрилляция сердечной деятельности пострадавшего. Вызывает смерть потерпевшего, если время прохождения тока превышает 1 с, составляет 100 мА для переменного тока при 50 Гц и 300 мА для постоянного тока. Ток силой более 5 А вызывает немедленную остановку сердца, минуя состояние фибрилляции.

- предельно допустимый ток – максимальная сила тока, которая не вызывает электрической травмы при любой продолжительности действия.

2. Род и частота тока – сопротивление тела человека имеет емкостную составляющую, поэтому изменение частоты приложенного напряжения приводит к изменению полного сопротивления тела и увеличение силы проходящего тока.

Увеличение частоты тока от 0 до 200 Гц приводит к увеличению опасности поражения. При частоте тока 100 кГц и выше существует только опасность ожогов. Дальнейшее повышение частоты снижает опасность поражения переменным током, который вообще исчезает при частоте 450 кГц. При напряжении до 500 В постоянный ток безопаснее (в 4-5 раз), выше 500 В – постоянный ток более опасен. Наиболее опасным для человека является переменный ток частоты 50 Гц при напряжении 220 В. Ориентировочные значения предельных величин для такого тока приведены в табл. 6.1

Таблица 6.1. Пороговые значения переменного тока частоты 50 Гц

3. Электрическое сопротивление тела человека определяется сопротивлением рогового слоя кожи и зависит от приложенного напряжения. Сухая неповрежденная кожа имеет сопротивление 500...500 000 Ом. Влажная загрязненная кожа имеет значительно меньшее сопротивление, что обусловлено проходом тока через потовые железы и подкожную область. Сопротивление тела человека переменному току частоты 50 Гц принимают равным 1 000 Ом.

Живой организм состоит из различных клеток и растворов солей, что обусловливает различное электрическое сопротивление разных частей тела. Кроме того, сопротивление кожи в разных местах человеческого организма сильно отличается, поэтому тяжесть электрической травмы не последним образом зависит от места поражения. Фактор внимания повышает сопротивление тела человека и уменьшает вероятность поражения. Известно, что около 85% электрическим травм возникают в конце рабочей смены из-за ослабления внимания работников.

4. Длительность действия тока – при прохождении тока резко уменьшается сопротивление кожи, что приводит к более тяжелым электрическим травмам: через 30 с сопротивление тела уменьшается на 25%, а через 90 с – на 70%. В табл. 6.2 приведена зависимость предельно допустимой силы тока от продолжительности его действия.

Таблица 6.2 – Предельно допустимые значения силы тока (~50 Гц)

Кроме этого, в организме накапливаются последствия воздействия тока и повышается вероятность совпадения момента прохождения тока с уязвимой Т-фазой сердечного цикла (с периодом в 0,15 – 0,20 с, в течение которого заканчивается сокращение желудочков сердца и они переходят в расслабленное состояние). Вот почему при оказании помощи во-первых, нужно прекратить действие тока.

5. Направление прохождения тока – если на пути тока оказываются жизненно важные органы (сердце, легкие, головной мозг), то опасность поражения очень велика. При других направлениях прохождения тока тяжесть поражения значительно уменьшается. На практике встречается 15 возможных путей прохождения тока в теле человека, самыми распространенными из них являются направления «рука – рука» (40% случаев) и «правая рука – ноги» (20% случаев). Наиболее опасные пути – «голова – руки» и «голова – ноги», которые на практике реализуются достаточно редко. Наименее опасным является путь «нога – нога» (нижняя петля), который возникает при воздействии на человека напряжения шага.

6. Схема включения в электрическую цепь – человек может прикоснуться одновременно к двум фазным проводам сети переменного тока (двухфазное прикосновение), к одному фазному проводу (однофазное прикосновение), приблизиться на опасное расстояние к неизолированным токоведущим частям, коснуться корпуса электрического оборудования, оказавшегося под напряжением или войти в зону действия шагового напряжения.

5. Индивидуальные свойства человека – физически здоровые люди легче переносят электрические удары, чем больные и слабые. Наименее устойчивыми к действию электрического тока являются люди с нервными заболеваниями, заболеваниями кожи, сердечно-сосудистой системы, органов внутренней секреции, легких. Физическое и эмоциональное напряжение повышает опасность поражения человека электрическим током.

Характер и последствия воздействия на человека электрическо­го тока зависят от следующих факторов: электрического сопротивления тела человека; величины напряжения и тока; продолжительности воздействия электрического тока; пути тока через тело человека; рода и частоты электрического тока; условий внешней среды.

Электрическое сопротивление тела человека. Тело человека является проводником электрического тока, правда, неоднородным по электрическому сопротивлению. Наибольшее сопротивление электрическому току оказывает кожа, поэтому сопротивление тела человека определяется главным образом сопротивлением кожи.

Кожа состоит из двух основных слоев: наружного - эпидермиса и внутреннего - дермы. Наружный слой - эпидерма в свою очередь имеет несколько слоев, из которых самый толстый верхний слой называется роговым. Роговой слой в сухом и незагрязненном состоянии можно рассматривать как диэлектрик: его удельное объемное сопротивление достигает 10 5 -10 6 Ом-м, т. е. в тысячи раз превышает сопротивление других слоев кожи и внутренних тканей организма. Сопротивление внутреннего слоя кожи - дермы - незначительно: оно во много раз меньше сопротивления рогового слоя.

Сопротивление тела человека при сухой, чистой и неповрежденной коже (измеренное при напряжении 15 - 20 В) колеблется от 3 до 100 кОм и более, а сопротивление внутренних слоев тела составляет всего 300 - 500 Ом.

Внутреннее сопротивление тела считается активным. Его величина зависит от площади участка тела, по которому проходит ток.

Наружное сопротивление тела состоит как бы из двух параллельно включенных сопротивлений: активного и емкостного. В практике обычно пренебрегают емкостным сопротивлением, которое незначительно, и считают сопротивление тела человека чисто активным и неизменным.

В качестве расчетной величины при переменном токе промышленной частоты применяют активное сопротивление тела человека равное 1000 Ом.

В действительных условиях сопротивление тела человека не является постоянной величиной. Оно зависит от ряда факторов, в том числе от состояния кожи, состояния окружающей среды, параметров электрической цепи и др.

Повреждение рогового слоя (порезы, царапины, ссадины и др.) снижают сопротивление тела до 500-700 Ом, что увеличивает опасность поражения человека током.

Такое же влияние оказывает увлажнение кожи водой или потом. Поэтому, работа с электроустановками влажными руками или в условиях, вызывающих увлажнение кожи, а также при повышенной температуре, вызывающей усиленное потовыделение, усугубляет опасность поражения человека током.

Загрязнения кожи вредными веществами, хорошо проводящими электрический ток (пыль, окалина и т. п.), приводит к снижению ее сопротивления.

На сопротивление тела оказывает влияние площадь контактов, а также место касания, так как у одного и того же человека сопротивление кожи неодинаково на разных участках тела. Наименьшим сопротивлением обладает кожа лица, шеи, рук на участке выше ладоней и в особенности на стороне, обращенной к туловищу, подмышечных впадинах, тыльной стороны кисти и др. Кожа ладоней и подошв имеет сопротивление, во много раз превышающее сопротивление кожи других участков тела.

С увеличением тока и времени его прохождения сопротивление тела человека падает, так как при этом усиливается местный нагрев кожи, что приводит к расширению ее сосудов, К усилению снабжения этого участка кровью и увеличению потовыделения.

С ростом напряжения, приложенного к телу человека, сопротивление кожи уменьшается в десятки раз, приближаясь к сопротивлению внутренних тканей (300-500 Ом). Это объясняется электрическим пробоем рогового слоя кожи, увеличением тока, проходящего через кожу.

С увеличением частоты тока сопротивление тела будет уменьшаться и при 10-20 кГц наружный слой кожи практически утрачивает сопротивление электрическому току.

Величина тока и напряжения. Основным фактором, обусловливающим исход поражения электрическим током, является сила тока, проходящего через тело человека.

Напряжение, приложенное к телу человека, также влияет на исход поражения, поскольку оно определяет значение тока, проходящего через человека.

Таблица 1. Пороговые пределы токов различной величины

Род и частота электрического тока. Постоянный ток примерно в 4-5 раз безопаснее переменного. Это вытекает из сопоставления пороговых ощутимых, а также неотпускающих токов для постоянного и переменного токов. Это положение справедливо лишь для напряжений до 250 - 300 В. При более высоких напряжениях постоянный ток более опасен, чем переменный (с частотой 50 Гц).

Для переменного тока играет роль также и его частота. С увеличением частоты переменного тока полное сопротивление тела уменьшается, что приводит к увеличению тока, проходящего через человека, а следовательно повышается опасность поражения.

Наибольшую опасность представляет ток с частотой от 50 до 1000 Гц; при дальнейшем повышении частоты опасность поражения уменьшается и полностью исчезает при частоте 45 - 50 кГц. Эти токи сохраняют опасность ожогов. Снижение опасности поражения током с ростом частоты становится практически заметным при 1 - 2 кГц.

Продолжительность воздействия электрического тока. Существенное влияние на исход поражения оказывает длитель­ность прохождения тока через тело человека. Продолжительное действие тока приводит к тяжелым, а иногда смертельным поражениям.

Влияние длительности прохождения тока через тело человека на исход поражения можно оценить эмпирической формулой:

I h = 50/t,

где I h - ток, проходящий через тело человека, мА; t - продолжительность прохождения тока, с.

Эта формула действительна в пределах 0,1-1,0 с. Ее используют для определения предельно допустимых токов, проходящих через человека по пути рука - ноги, необходимых для расчета защитных устройств.

При длительном воздействии допустимый безопасный ток принят в 1 мА.

При продолжительности воздействия до 30 с -б мА.

При воздействии 1 с и менее величины токов приведены ниже, однако они не могут рассматриваться как обеспечивающие полную безопасность и принимаются в качестве практически допустимых с достаточно малой ве­роятностью поражения:

Эти токи считаются допустимыми для наиболее вероятных путей их про­текания в теле человека: рука - рука, рука - ноги и нога - нога.

Безопасными значениями тока при данном пути его протекания и длительности воздействия в соответствии с ГОСТ 12.1.038 - 82 руководствуются при проектировании, расчете и эксплуатационном контроле защитных систем

Путь тока через тело человека. Путь прохождения тока через тело человека играет существенную роль в исходе поражения, так как ток может пройти через жизненно важные органы: сердце, легкие, головной мозг и др. Влияние пути тока на исход поражения определяется также сопротивлением кожи на различных участках тела.

Возможных путей тока в теле человека, которые называются также петлями тока, достаточно много. Наиболее часто встречающиеся петли тока: рука - рука, рука - ноги, и нога - нога (табл. 15.1).

Наиболее опасны петли голова - руки и голова - ноги, но эти петли возникают относительно редко.

Таблица 15.1. Характеристика путей тока в теле человека

Индивидуальные свойства человека. Установлено, что физически здоровые и крепкие люди легче переносят электрические удары.

Повышенной восприимчивостью к электрическому току отличаются лица, страдающие болезнями кожи, сердечно-сосудистой системы, органов внутренней секреции, легких, нервными болезнями и др.

Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок предусматривают отбор персонала для обслуживания действующих электроустановок по состоянию здоровья. С этой целью проводится медицинское освидетельствование лиц при поступлении на работу и периодически 1 раз в два года в соответствии со списком болезней и расстройств, препятствующих допуску к обслуживанию действующих электроустановок.

Условия внешней среды. Состояние окружающей воздушной среды, а также окружающая обстановка могут существенным образом влиять на опасность поражения током.

Сырость, токопроводящая пыль, едкие пары и газы, разрушающе действующие на изоляцию электроустановок, а также высокая температура окружающего воздуха, понижают электрическое сопротивление тела человека, что еще больше увеличивает опасность поражения его током.

Воздействие тока на человека усугубляют также токопроводящие полы и близко расположенные к электрооборудованию металлические конструкции, имеющие связь с землей, так как в случае одновременного касания к этим предметам и корпусу электрооборудования, случайно оказавшемуся под напряжением, через человека пройдет ток большой силы.

В зависимости от наличия перечисленных условий, повышающих опасность воздействия тока на человека, «Правила устройства электроустановок» делят все помещения по опасности поражения людей электрическим током на следующие классы: без повышенной опасности, с повышенной опасностью, особо опасные, а также территории размещения наружных электроустановок.

1. Помещения без повышенной опасности характеризуются отсутствием условий, создающих повышенную или особую опасность (п.п. 2 и 3).

2. Помещения с повышенной опасностью характеризуются наличием в них одного из следующих условий, создающих повышенную опасность:

а) сырости (относительная влажность воздуха длительно превышает 75%) или токопроводящей пыли;

б) токопроводящих полов (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные и др.);

в) высокой температуры (выше +35 °С);

г) возможности одновременного прикосновения человека к имеющим соединения с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, механизмам и т. п., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования - с другой.

3. Особо опасные помещения характеризуются наличием одного из следующих условий, создающих особую опасность:

а) особой сырости (относительная влажность воздуха близка к 100%: потолок, стены, пол и предметы в помещении покрыты влагой);

б) химически активной или органической среды (разрушающей изоляцию и токоведущие части электрооборудования);

в) одновременно двух или более условий повышенной опасности (п. 2).

4. Территории размещения наружных электроустановок. По опасности поражения людей электрическим током эти территории приравниваются к особо опасным помещениям.

В химической промышленности многие производственные помещения являются особо опасными.

Электрооборудование следует выбирать с учетом состояния окружающей среды и класса помещения по опасности поражения током, чтобы обеспечить необходимую степень безопасности при его обслуживании.

Так. например, электрическое оборудование, устанавливаемое в сырых, особо сырых и пыльных помещениях, а также в помещениях с химически активной средой, должно быть закрытого типа и иметь соответствующее исполнение: капле- или брызгозащищенное, пыленепроницаемое, продуваемое и т. п.

Электрооборудование и электрические сети, размещаемые в помещениях с химически активной средой, должны выбираться с учетом соответствующего исполнения или покрытия, обеспечивающего защиту их от воздействия этой среды. При выборе мест прокладки электрических сетей и способов защиты их от коррозии следует учитывать свойства окружающей среды.

Для защиты электрооборудования от воздействия химически активной среды необходимо, чтобы оно соответствовало условиям эксплуатации; материал, из которого выполнено электрооборудование, должен быть коррозионностойким; металлические части должны быть надежно защищены лакокрасочным или гальваническим покрытием.

В условиях воздействия химически активных сред следует применять электрооборудование химически стойкого исполнения.

Во взрывоопасных зонах всех классов с химически активными средами должны применяться провода и кабели с поливинилхлоридной изоляцией, а также провода с резиновой изоляцией и кабели с резиновой и бумажной изоляцией в свинцовой или поливинилхлоридной оболочке. Применение проводов и кабелей с полиэтиленовой изоляцией при любых оболочках и покровах запрещается.

Чтобы обеспечить надежную работу электрооборудования в химически активных средах, необходимо исключить возможность проникновения химически активных реагентов в оболочки электрооборудования и применять специальные конструкционные материалы и защитные покрытия. Конструкция вводных устройств электрооборудования должна обеспечивать защиту токоведущих частей, изоляции и мест соединений от воздействия химически активных сред, для которых оно предназначено.

Проходя через организм человека, электрический ток вызывает:

1.термическое действие;

2.электролитическое действие;

3.биологическое действие.

Термическое действие проявляется в ожогах отдельных участков тела, нагреве участков тела.

Электролитическое действие проявляется в разложении крови и других органических жидкостях.

Биологическое действие проявляется как раздражение и возбуждение живых тканей организма, что сопровождается непроизвольными судорожными сокращениями мышц.

Электротравмы:

1.электрические ожоги;

2.электрознаки;

3.металлизация кожи;

4.электроофтальмия;

5.механические повреждения.

Электрический ожог делится на токовый и дуговой. Дуговой ожог возникает при напряжении более 1кВ и, как правило, температура дуги более 3,5 С. Токовый ожог обусловлен прохождением электрического тока через тело человека в результате контакта с токоведущей частью и является следствием преобразования электрической энергии в тепловую.

Электрические знаки – четко очерченные пятна серого или бледно-желтого цвета на поверхности кожи, подвергшейся действию тока. Они бывают в виде царапин, ран, порезов. В большинстве случаев они безболезненные.

Металлизация кожи – проникновение в верхние слои кожи мельчайших частичек металла. Это может произойти при коротких замыканиях и отключении рубильников под нагрузкой.

Электроофтальмия – поражение глаз, вызванное интенсивным излучением электродуги.

Механические повреждения возникают в результате резких непроизвольных судорожных сокращений мышц под действием электрического тока. В результате могут произойти разрывы кожи, кровеносных сосудов и нервной ткани, а также вывихи суставов, даже переломы костей. Эти повреждения являются серьезными травмами, требующими длительного лечения.

Факторы, определяющие опасность поражения электрическим током.

1.Электрическое сопротивление тела человека.

2.Величина разности потенциалов в электрической цепи.

3.Продолжительность воздействия.

4.Путь тока через тело человека.

5.Род и частота электрического тока.

6.Индивидуальные свойства человека.

7.Условия внешней среды.

1. Электрическое сопротивление тела человека .

Наибольшее сопротивление электрическому току оказывает кожа, поэтому сопротивление тела человека определяется главным образом сопротивлением кожи. Электрическое сопротивление тела человека при сухой, чистой и неповрежденной коже, измеренное при 20 В, колеблется от 3-100 кОм, а сопротивление внутренних слоев составляет 300-500 Ом. Электрическое сопротивление тела человека является комплексной величиной, состоит из активного и емкостного, но, как правило, емкостным пренебрегают. Наименьшим сопротивлением обладает кожа лица, шеи, рук на участке выше ладони, особенно на участках, обращенных к туловищу. С увеличением времени воздействия сопротивление тела человека падает, так как при этом усиливается местный нагрев кожи, что приводит к расширению сосудов и усилению снабжения этого участка кровью, а соответственно увеличению потовыделения.

Ощутимый ток – электрический ток, вызывающий при прохождении через организм ощутимые раздражения. Для переменного тока – это 0,6-1,5 мА, для постоянного тока 5-7 мА.

Неотпускающий ток - электрический ток, вызывающий при прохождении через организм непреодолимые судорожные сокращения. Для переменного тока – это 10-15 мА, для постоянного тока 50-60 мА.

Фибрилляционный ток – электрический ток, при котором могут возникнуть несинхронные сокращения сердечной мышцы. Пороговый ток для переменного тока составляет 100 мА, для постоянного – 300 мА. При длительности воздействия 1-2 секунды по пути рука - рука или рука - ноги фибрилляционный ток может достичь 5 А. Более 5 А фибрилляцию сердца не вызывает – происходит мгновенная остановка сердца.

5. Род и частота электрического тока.

Постоянный ток приблизительно в 4-5 раз безопаснее переменного. Значительно меньшая опасность поражения постоянным током подтверждается практикой эксплуатации электрических установок. Это положение справедливо лишь для напряжений 250-300 В. Но большую опасность представляет переменный ток с частотой 50-1000 Гц, при дальнейшем повышении частоты опасность поражения уменьшается и полностью исчезает при частоте 45-50 кГц.

6. Индивидуальные свойства человека.

Установлено, что физически здоровые и крепкие люди легче переносят электрические удары. Повышенной восприимчивостью к электрическому току обладают люди, страдающие заболеваниями сердечно-сосудистой системы, кожи, органов внутренней секреции.

7. Условия внешней среды.

Сырость, токопроводящая пыль, едкие пары и газы разрушающе действуют на изоляцию электрооборудования. Воздействие тока на человека усугубляют также токопроводящие полы и близко расположенные к электрическому оборудованию металлические и заземленные конструкции.

Помещения по опасности поражения электрическим током делятся на:

1) помещения без повышенной опасности;

2) помещения с повышенной опасностью, которые характеризуются наличием одного из следующих условий:

Сырость или токопроводящая пыль;

Токопроводящие полы;

Высокая температура помещения (более 35 С);

Возможность одновременного прикосновения человека к заземленным металлоконструкциям с одной стороны и к металлическим корпусам электрооборудования с другой.

3) особо опасные помещения – характеризуются наличием одного из условий:

Особой сырости (относительная влажность приблизительно 100%);

Наличие химически активной или органической среды;

Наличие одновременно двух или более условий повышенной опасности.

Характер и последствия воздействия на человека электрического тока зависят от следующих факторов:

Электрического сопротивления тела человека;

Величины действующего на человека напряжения и силы тока;

Продолжительности воздействия электрического тока;

Рода и частоты электрического тока;

Пути тока через человека;

Условия внешней среды и факторы трудового процесса.

Электрическое сопротивление тела человека. Тело человека является проводником электрического тока, неоднородным по электрическому сопротивлению. Наибольшее сопротивление электрическому току оказывает кожный покров, поэтому сопротивление тела человека определяется главным образом состоянием кожного покрова.

Кожный покров состоит из двух основных слоёв: наружного – эпидермиса и внутреннего – дермы. Эпидермис также имеет слоистую структуру, в которой самый верхний слой называется роговым. Роговой слой в сухом и незагрязнённом состоянии можно рассматривать как диэлектрик – его удельное электрическое сопротивление достигает 10 5 …10 6 Ом·м, т.е. в тысячи раз превышает сопротивление других слоев кожного покрова и внутренних тканей организма. Сопротивление внутреннего слоя кожного покрова (дермы) незначительно; оно во много раз меньше сопротивления рогового слоя. Сопротивление тела человека при сухом, чистом и неповреждённом кожном покрове колеблется от 3 до 100 кОм и более, а сопротивление внутренних органов составляет всего 300…500 Ом.

В качестве расчётной величины при действии переменного тока промышленной частоты (50 Гц) применяют активное сопротивление тела человека равное 1000 Ом. В действительных условиях сопротивление тела человека не является постоянной величиной. Оно зависит от ряда факторов, в том числе: от состояния кожного покрова и окружающей среды; параметров электрической цепи.

Повреждение рогового слоя кожного покрова (порезы, царапины, ссадины и т.п.) снижают сопротивление тела до 500…700 Ом, что увеличивает опасность поражения электрическим током. Такое же влияние оказывают: увлажнение кожного покрова (например, пόтом); загрязнение вредными веществами (например, пыль, окалина и т.п. вещества).

На сопротивление тела человека оказывает влияние площадь контакта с источником тока, чем она больше, тем меньше сопротивление. До десятков и даже единиц Ом может уменьшаться сопротивление кожного покрова в местах расположения акупунктурных точек на теле человека.

Величина тока и напряжения. Основным фактором, обусловливающим исход поражения электрическим током, является сила тока, проходящего через тело человека. Напряжение, приложенное к телу человека, также влияет на исход поражения, но лишь постольку, поскольку оно определяет величину тока, проходящего через человека.

В практике электротравматизма принято выделять следующие пороги действия электрического тока:

– пороговый электрический ток – величина тока, вызывающая в организме человека едва ощутимые раздражения (небольшое повышение температуры в зоне контакта систочником элекатроэнергии, неуёмное дрожание пальцев рук, повышенное потоотделение и т.п. факторы). Эти ощущения вызывает сила тока: 0,6…1,5 мА (для переменного тока частотой 50 Гц); 5…7 мА (для постоянного тока);

– неотпускающий ток, – величина электрического тока, вызывающая непреодолимые судорожные сокращения мышц рук, в которых зажат проводник. Величина неотпускающего тока при времени действия 1…3 с составляет 10…15 мА для переменного и 50…60 мА для постоянного токов. При такой силе тока человек уже не может самостоятельно разжать руки, в которых зажаты токоведущие части электрооборудования;

– фибрилляционный (смертельный) ток – величина электрического тока, вызывающая фибрилляцию сердца (разновременное и разрозненное сокращение отдельных волокон сердечной мышцы, неспособное поддерживать её самостоятельную работу). При длительности действия 1…3 с по пути рука-рука, рука-ноги величина этого тока составляет ~ 100 мА для переменного и ~ 500 мА для постоянного тока. В то же время сила тока величиной 5 А и более фибрилляцию сердечной мышцы не вызывает – происходит мгновенная остановка сердца и паралич мышц грудной клетки.

Сила пороговых токов считается длительно безопасной величиной для человека.

Безопасных напряжений среди тех величин, которые используются в практической деятельности человека, не существует, поскольку сила тока при любом малом из указанных напряжений может превысить силу пороговых токов при аномально малых сопротивлениях тела человека. Например, контакт полюсов гальванического элемента (U = 1,5 В) с акупунктурными точками человека (R ~ 10 Ом) может вызвать протекание постоянного электрического тока между ними силой 1,5 А, что даже при кратковременном действии превышает смертельную величину в 3 раза.

Продолжительность воздействия электрического тока. С повышением времени протекания тока через человека повышается вероятность прохождения его через сердце в момент наиболее уязвимой для всего кардиоцикла фазы Т (окончание сокращения желудочков и перехода их в расслабленное состояние ~ 0,2 с). Кроме того, с увеличением времени протекания электрического тока через человека усугубляются все негативные явления как местного, так и общего действия.

Род тока и частота переменного электрического тока. Постоянный ток примерно в 4…5 раз безопаснее переменного промышленной частоты (50 Гц). Объяснить этот факт можно сложной структурой сопротивления тела человека. Сопротивление человеческого тела включает в себя активную (омическую) и ёмкостную составляющие, причём последняя возникает при включении человека в электрическую цепь (Рис. 1).

Рис. 1. Упрощённая электрическая схема замещения сопротивления тела человека

Ra – активная (омическая) составляющая; Rс – ёмкостная составляющая

Наличие ёмкостной составляющей обусловлено тем, что между электродом, касающимся тела человека (корпус электрооборудования, провода электросети и т.п.), и землёй (пол, площадка для обслуживания оборудования и т.п.), на которой стоит человек, расположен роговой слой кожного покрова – практически диэлектрик, что образует конденсаторную систему (электрическую ёмкость). Если через человека протекает постоянный ток, то он воздействует только на активную составляющую общего сопротивления (Ra), так как электрическая ёмкость для постоянного тока является разрывом цепи. Переменный ток протекает и через активную и через ёмкостную составляющие общего сопротивления человека (Ra и Rс), что, при прочих равных условиях, приводит к бόльшему отрицательному воздействию на организм.

С повышением частоты переменного тока (относительно 50 Гц) его общее негативное действие снижается, сравниваясь на частоте ~ 1000 Гц с действием постоянного тока. На частоте ~ 50 Гц и выше переменный ток общего действия на человека практически не оказывает. Это явление можно объяснить тем, что наибольшая плотность зарядов (ионов, электронов) в плоскости поперечного сечения проводника при протекании переменного тока высокой частоты наблюдается на периферии этого сечения; если в качестве проводника рассматривать человека, то на периферии поперечного сечения туловища и конечностей мы увидим кожный покров, обладающий сопротивлением, близким к таковому у диэлектриков. Местное действие переменного тока высокой частоты при этом сохраняется.

Это положение справедливо лишь до напряжений 250…300 В. При более высоких напряжениях постоянный ток более опасен, чем переменный с частотой 50 Гц.

Путь тока через тело человека играет существенную роль в исходе поражения, т.к. электрический ток может пройти через жизненно важные органы: сердце, лёгкие, головной мозг и др. Влияние пути тока на исход поражения определяется также величиной сопротивления кожного покрова человека на различных участках его тела.

Количество возможных путей тока через тело человека, называемых петлями тока, достаточно много. Чаще всего встречаются ток протекает по петлям: рука-рука; рука-ноги; нога-нога; голова-руки; голова-ноги. Наиболее опасными являются петли: голова-руки и голова-ноги, но они возникают относительно редко.

Условия внешней среды и факторы трудового процесса оказывают существенное влияние на величину сопротивления кожного покрова и в целом тела человека. Так, например, повышенная температура (~ 30 ° С и выше) и относительная влажность воздуха (~ 70 % и выше) способствуют повышенному потоотделению, а, следовательно, резкому уменьшению активного сопротивления тела человека. Интенсивная физическая работа приводит к аналогичному результату.

Характер и последствия воздействия на человека электрического тока зависит от следующих факторов:

Электрического сопротивления тела человека;

Величины напряжения и тока;

Продолжительности действия электрического тока;

Пути тока через тело человека;

Рода и частоты электрического тока;

Индивидуальные свойства человека;

Условий внешней среды.

Электрическое сопротивление тела человека. Сила тока Ih, проходящего через какой-либо участок тела человека, зависит от подведенного напряжения Uпр (напряжения прикосновения) и электрического сопротивления Z т, оказываемого току данным участком тела:

На участке между двумя электродами электрическое сопротивление тела человека в основном состоит из сопротивлений двух тонких наружных слоев кожи, касающихся электродов, и внутреннего сопротивления остальной части тела.

Плохо проводящий ток наружный слой кожи, прилегающий к электроду, и внутренняя ткань, находящиеся под этим слоем, как бы образуют обкладки конденсатора емкостью С с сопротивлением r н (рис.7.1). Из схемы замещения видно, что в наружном слое кожи ток протекает по двум параллельным путям; через активное наружное сопротивление Rн и емкость, электрическое сопротивление которой

, где Wpf - угловая частота, Гц; f - частота тока, Гц,

Рис. 7.1. Электрическая схема замещения сопротивления наружного слоя кожи

а – схема контакта электрода; б – электрическая схема замещения; 1 – электрод; 2 – наружный слой кожи; 3 – внутренняя область кожи.

Тогда полное сопротивление наружного слоя кожи для переменного тока:

(7.2)

Сопротивление r н и емкость C зависит от площади электродов (площадь контакта). С ростом площади контакта r н уменьшается, а емкость C увеличивается. Поэтому увеличение площади контакта приводит к уменьшению полного сопротивления наружного слоя кожи. Опыты показали, что внутреннее сопротивление тела r в можно рассматривать как чисто активное. Таким образом, для пути тока «рука – рука» общее электрическое сопротивление тела может быть представлено схемой замещения, представленной на рисунке 7.2.

Рис. 7.2. Электрическая схема замещения сопротивления тела человека: 1 – электрод; 2 – наружный слой кожи; r вр , r вк - внутреннее сотротивление рук и корпуса.

С увеличением частоты тока из-за уменьшения Xc сопротивление тела человека уменьшается и при больших частотах (более 10 кГц) практически становится равным внутреннему сопротивлению rв. Зависимость сопротивления тела человека от частоты приведена на рис. 7.3.

Между током, протекающим через тело человека, и приложенным к нему напряжением существует нелинейная зависимость: с увеличением напряжения сила тока растет быстрее. Это объясняется главным образом нелинейностью электрического сопротивления тела человека. Так, при напряжении на электродах 40 … 45 В в наружном слое кожи возникают значительные напряженности электрического поля, при которых полностью или частично происходит пробой наружного слоя, что снижает полное сопротивление тела человека (рис. 7.4.) При напряжении 127…220 В оно практически падает до значения внутреннего сопротивления тела. Внутреннее сопротивление тела считается активным. Его величина зависит от длины поперечного размера участка тела, по которому проходит ток.

В качестве расчетной величины при переменном токе промышленной частоты принимают активное сопротивление тела человека равное 1000 0м.

В действительных условиях сопротивление тела человека не является постоянной величиной. Оно зависит от ряда факторов, в том числе от состояния кожи, состояния окружающей среды, параметров электрической цепи и др.

Повреждение рогового слоя (порезы, царапины, ссадины и др.) снижает сопротивление тела до 500 … 700 Ом, что увеличивает опасность поражения человека током.

Такое же влияние оказывает увлажнение кожи водой или потом. Т.о., работа с электроустановками влажными руками или в условиях, вызывающих увлажнение кожи, а также при повышенной температуре, вызывающей усиленное потовыделение, усугубляет опасность поражения человека током.

Загрязнение кожи вредными веществами, хорошо проводящими электрический ток (пыль, окалина и т.п.) приводят к снижению ее сопротивления.

На сопротивление тела оказывает влияние площадь контактов, а так же место касания, так как у одного и того же человека сопротивление кожи неодинаково на разных участках тела. Наименьшим сопротивлением обладает кожа лица, шеи, рук на участке выше ладоней и в особенности на стороне, обращенной к туловищу, подмышечных впадинах, тыловой стороны кисти и др. Кожа ладоней и подошв имеет сопротивление, во много раз превышающее сопротивление кожи других участков тела.

С увеличение тока и времени его прохождения сопротивление тела человека падает, так как при этом усиливается местный нагрев кожи, что приводит к расширению сосудов, к усилению снабжения этого участка кровью и увеличению потовыделения.

Сопротивление тела человека зависит от пола и возраста людей: у женщин это сопротивление меньше, чем у мужчин, у детей меньше, чем у взрослых, у молодых людей меньше, чем у пожилых. Это объясняется толщиной и степенью огрубления верхнего слоя кожи, Кратковременное (несколько минут) снижение сопротивления тела человека (на 20 …50%) вызывает внешние, неожиданно возникающие физические раздражения: болевые (удары, уколы), световые и звуковые.

Величина напряжения и тока. Основным фактором, обуславливающим исход поражения электрическим током, является сила тока проходящего через тело человека (табл. 7.1)

Напряжение, приложенное к телу человека, также влияет на исход поражения, но лишь, постольку, поскольку оно определяет значение тока, проходящего через человека.

Таблица 7.1

Характер воздействия тока

Из приведенной таблицы можно выделить следующие пороговые значения тока:

О щ у т и м ы й т о к - электрический ток, вызывающий при прохождении через организм ощутимые раздражения, Ощутимые раздражения взывает переменный ток силой 0,6 … 1,5 мА и постоянный – силой 5 … 7 мА. Указанные значения являются пороговыми ощутимымитоками; с них начинается область ощутимых токов.

Н е о т п у с к а ю щ и й т о к – электрический ток, вызывающий при прохождении через человека непреодолимые судорожные сокращения мышц руки, в которой зажат проводник. Пороговый неотпускающий ток составляет 10 … 15 мА переменного тока и 50 … 60 мА постоянного. При таком токе человек уже не может самостоятельно разжать руку, в которой зажата токоведущая часть, и оказывается как бы прикованным к ней.

Ф и б р и л л я ц и о н н ы й т о к – электрический ток, вызывающий при прохождении через организм фибрилляцию сердца. Пороговый фибрилляционный ток составляет 100 мА переменного тока и 300 мА постоянного при длительности 1 … 2 с по пути «рука-рука» или «рука – ноги». Фибрилляционный ток может достичь 5 А. Ток больше 5 А фибрилляцию сердца не вызывает. При таких токах происходит мгновенная остановка сердца.

Пороговые (наименьшие) значения ощутимого, неотпускающего и фибрилляционных токов представляют собой случайные величины, нормируемые значения которых определяются законом распределения и его параметрами. Численные значения токов соответствуют определенной вероятности возникновения данной биологической реакции.

Допустимые для человека токи оценивают по трем критериям электробезопасности.

Первый критерий – ощутимый ток. В качестве первого критерия для переменного тока частотой 50 Гц принят ток I = 0,6 мА, который не вызывает нарушений деятельности организма. Допускаемая длительность протекания такого тока через человека не более 10 мин.

Второй критерий – отпускающий ток. В качестве второго критерия электробезопасности принят ток I = 6 мА, при протекании которого через человека вероятность отпускания равна 99,5%. Длительность воздействия такого тока ограничивается защитной реакцией самого человека.

Третий критерий – нефибрилляционный ток. Это ток промышленной частоты, который при длительном воздействии 1 … 3 с не вызывает фибрилляцию сердца у человека массой 50 кг с некоторым запасом принят равным 50 мА.

Таким образом, величина тока оказывает существенное влияние на степень поражения человека. При одинаковой длительности протекания тока через человека характер воздействия существенно изменяется от ощущения (0,6 … 1,6 мА) до неотпускания (6 … 24 мА) и фибрилляции сердца (более 50 мА).

Продолжительность действия электрического тока. Существенное влияние на исход поражения оказывает длительность прохождения тока через тело человека. Продолжительное действие тока приводит к тяжелым, а иногда смертельным поражениям.

При кратковременном воздействии (0,1 … 0,5 с) ток порядка 100 мА не вызывает фибрилляции сердца. Если увеличить длительность воздействия до 1 с, то этот же ток может привести к смертельному исходу. С уменьшением длительности воздействия значения допустимых для человека токов существенно увеличиваются. Так, при изменении времени воздействия от 1 до 0,1 с допустимый ток возрастет, примерно, в 16 раз.

Кроме того, сокращение длительности воздействия электрического тока уменьшает опасность поражения человека исходя из некоторых особенностей работы сердца.

Схема электрокардиограммы

Продолжительность одного периода кардиоцикла (рис. 7.5.) составляет 0,75 … 0,85 с. В каждом кардиоцикле наблюдается период систолы, когда желудочки сердца сокращаются (пик QRS) и выталкивают кровь в артериальные сосуды. Фаза Т соответствует окончанию сокращения желудочков и они переходят в расслабленное состояние.

В период диастолы желудочки наполняются кровью. Фаза Р соответствует сокращению предсердий. Установлено, что сердце наиболее чувствительно к воздействию электрического тока во время фазы Т кардиоцикла. Для того, чтобы возникла фибрилляция сердца, необходимо совпадение по времени воздействия тока с фазой Т, продолжительность которой 0,15 … 0,2 с. С сокращением длительности воздействия электрического тока вероятность такого совпадения становится меньше, а следовательно, уменьшается опасность возникновения фибрилляции сердца.

В случае несовпадения времени прохождения тока через человека с фазой Т, токи значительно превышающие пороговые значения, не вызовут фибрилляции сердца.

Влияние длительности прохождения тока через тело человека на исход поражения можно оценить эмпирической формулой

I h = 50/ t (7.3)

где I h – ток, проходящий через тело человека, мА; t - продолжительность прохождения тока, с.

Эта формула действительна в пределах 0,1 … 1,0 с. Ее используют для определения предельно допустимых токов, проходящих через человека по пути «рука – ноги», необходимых для расчета защитных устройств.

Пути тока через тело человека. Путь тока в теле человека зависит от того, какими участками тела пострадавший прикасается к токоведущим частям, его влияние на исход поражения проявляется еще и потому, что сопротивление кожи на разных участках тела неодинаково.

Наиболее опасно прохождение тока через дыхательные мышцы и сердце. Так отмечено, что на пути «рука – рука» через сердце проходит 3,3% общего тока, «левая рука – ноги» - 3,7%, «правая рука – ноги» - 6,7%, «нога – нога» - 0,4%, «голова – ноги» - 6,8%, «голова – руки» - 7%.

По данным статистики потеря трудоспособности на три дня и более наблюдалась при пути тока «рука – рука» в 83% случаев, «левая рука – ноги» - 80%, «правая рука – ноги» - 87%, «нога – нога» - в 15% случаев.

Таким образом, путь тока влияет на исход поражения; ток в теле проходит не обязательно по кратчайшему пути, что объясняется большой разницей в удельном сопротивлении различных тканей (костная, мышечная, жировая и т.д.).

Наименьший ток через сердце проходит при пути тока по нижней петле «нога – нога». Однако из этого не следует делать выводы о малой опасности нижней петли (действие шагового напряжения). Обычно если ток достаточно велик, он вызывает судороги ног, и человек падает, после чего ток уже проходит через грудную клетку, т.е. через дыхательные мышцы и сердце.

Род и частота тока. Установлено, что переменный ток более опасен, чем постоянный. Это следует также из табл. 7.1., так как одни и те же воздействия вызываются большими значениями постоянного тока, чем переменного. Однако это характерно для относительно небольших напряжений (до 250 … 300 В). Считают, что напряжение 120 В постоянного тока при одинаковых условиях эквивалентно по опасности напряжению 40 В переменного тока промышленной частоты. При более высоких напряжениях опасность постоянного тока возрастает.

В интервале напряжений 400 … 600 В опасность постоянного тока практически равна опасности переменного тока с частотой 50 Гц, а при напряжении более 600 В постоянный ток опаснее переменного. При попадании под постоянное напряжение особенно резкие болевые ощущения возникают в момент замыкания и размыкания электрической цепи.

Исследования показали, что самыми неблагоприятными для человека являются токи промышленной частоты (50 Гц). С увеличение частоты (от 50 Гц до 0) значения неотпускающего тока возрастают (рис. 7.6.) и при частоте равной нулю (постоянный ток – болевой эффект), они становятся больше примерно в 3 раза.

Рис. 7.6. Зависимость неотпускающего тока от частоты:

1 – для 0,5% испытуемых; 2 – для 99,5% испытуемых

При увеличении частоты (более 50 Гц) значения неотпускающего тока возрастают. Дальнейшее же повышение частоты тока сопровождается снижением опасности поражения, которая полностью исчезает при частоте 45 … 50 кГц. Но эти токи могут вызвать ожоги как при возникновении электрической дуги, так и при прохождении их непосредственно через тело человека. Снижение опасности поражения током с повышением частоты практически заметно при частоте 1000 … 2000 Гц.

Индивидуальные свойства человека. Установлено что, физически здоровые и крепкие люди легче переносят электрические удары.

Повышенной восприимчивостью к электрическому току отличаются лица, страдающие болезнями кожи, сердечно-сосудистыми заболеваниями, органов внутренней секреции, легких, нервными болезнями и др.

Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок предусматривают отбор персонала для обслуживания действующих электроустановок по состоянию здоровья. С этой целью проводится медицинское освидетельствование лиц при поступлении на работу и периодически 1 раз в два года в соответствии со списком болезней и расстройств, препятствующих допуску к обслуживанию действующих электроустановок.

Условия внешней среды. Влажность и температура воздуха, наличие заземленных металлических конструкций и полов, токопроводящей пыли оказывают дополнительное влияние на условия электробезобасности. Степень поражения электрическим током во многом зависит от плотности и площади контакта человека с токоведущими частями. Во влажных помещениях с высокой температурой или наружных электроустановках складываются неблагоприятные условия, при которых площадь контакта человека с токоведущими частями увеличивается. Наличие заземленных металлических конструкций и полов создает повышенную опасность поражения вследствие того, что человек практически постоянно связан с одним полюсом (землей) электроустановки. В этом случае любое прикосновение человека к токоведущим частям сразу приводит к двухполюсному включению его в электрическую цепь. Токопроводящая пыль также создает условия для электрического контакта как с токоведущими частями, так и с землей.

В зависимости от наличия перечисленных условий, повышающих опасность воздействия тока на человека, все помещения по опасности поражения людей электрическим током подразделяются на следующие классы: без повышенной опасности, с повышенной опасностью, особо опасные.

Помещения без повышенной опасности характеризуются отсутствием условий, создающих повышенную или особую опасность.

Помещения с повышенной опасностью характеризуются наличием в них одного из следующих условий, создающих повышенную опасность:

Сырости (относительная влажность воздуха длительно превышает 75%) или токопроводящей пыли;

Токопроводящих полов (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные и др.);

Высокой температуры (выше +35 0 С);

Возможности одновременного прикосновения человека к имеющим соединения с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, механизмам и т. п., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования – с другой.

Особо опасные помещения характеризуются наличием одного из следующих условий, создающих особую опасность:

Особой сырости (относительная влажность воздуха близка к 100%: потолок, стены, пол и предметы в помещении покрыты влагой);

Химически активной или органической среды (разрушающей изоляцию и токоведущие части электрооборудования);

Одновременно двух или более условий повышенной опасности.