Электрический ток и его влияние на человека.. Термическое воздействие тока
 Скачать 0.73 Mb.
|
|
Электрический ток оказывает на человека термическое, электролитическое, биологическое и механическое воздействие. Термическое воздействие тока проявляется ожогами отдельных участков тела, нагревом до высокой температуры органов, что вызывает в них значительные функциональные расстройства. Электролитическое воздействие в разложении различных жидкостей организма (воды, крови, лимфы) на ионы, в результатечего происходит нарушение их физико-химического состава и свойств. Биологическоедействие тока проявляется в виде раздражения и возбуждения тканей организма, судорожного сокращения мышц, а также нарушения внутренних биологических процессов. Механическое воздействие приводит к расслоению, разрыву тканей организма. Действие электрического тока на человека приводит к травмам или гибели людей. Электрические травмы разделяются на общие (электрические удары) и местные электротравмы (рис. 2.26). Наибольшую опасность представляют электрические удары. Электрический удар — это возбуждение живых тканей проходящим через человека электрическим током, сопровождающееся судорожными сокращениями мышц; в зависимости от исхода воздействия тока различают четыре степени электрических ударов: I — судорожное сокращение мышц без потери сознания; II — судорожное сокращение мышц с потерей сознания, но с сохранившимися дыханием и работой сердца; III — потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или дыхания (или того и другого вместе); IV — клиническая смерть, т. е. отсутствие дыхания и кровообращения. Кроме остановки сердца и прекращения дыхания причиной смерти может быть электрический шок — тяжелая нервно-рефлекторная реакция организма на сильное раздражение электрическим током. Шоковое состояние длится от нескольких десятков минут до суток, после чего может наступить гибель или выздоровление в результате интенсивных лечебных мероприятий.           Рис. 2.26. Классификация электрических травм Местные электротравмы — это местные нарушения целостности тканей организма. К местным электротравмам относятся: - электрический ожог— бывает токовым и дуговым; токовый ожог связан с прохождением тока через тело человека и является следствием преобразования электрической энергии в тепловую (как правило, возникает при относительно невысоких напряжениях электрической сети); при высоких напряжениях электрической сети между проводником тока и телом человека может образоваться электрическая дуга, возникает более тяжелый ожог — дуговой, т. к. электрическая дуга обладает очень большой температурой — свыше 3500 °С; - электрические знаки — пятна серого или бледно-желтого цвета на поверхности кожи человека, образующиеся в месте контакта с проводником тока; как правило, знаки имеют круглую или овальную форму с размерами 1-5 мм; эта травма не представляет серьезной опасности и достаточно быстро проходит; - металлизация кожи — проникновение в верхние слои кожи мельчайших частичек металла, расплавившегося под действием электрической дуги; в зависимости от места поражения травма может быть очень болезненной, с течением времени пораженная кожа сходит; поражение же глаз может закончиться ухудшением или даже потерей зрения; - электроофтальмия— воспаление наружных оболочек глаз под действием потока ультрафиолетовых лучей, испускаемых электрической дугой; по этой причине нельзя смотреть на сварочную электродугу; травма сопровождается сильной болью и резью в глазах, временной потерей зрения, при сильном поражении лечение может быть сложным и длительным; на электрическую дугу без специальных защитных очков или масок смотреть нельзя; - механические повреждения возникают в результате резких судорожных сокращений мышц под действием проходящего через человека тока, при непроизвольных мышечных сокращениях могут произойти разрывы кожи, кровеносных сосудов, а также вывихи суставов, разрывы связок идаже переломы костей; кроме того, при испуге и шоке человек может упасть с высоты и получить травму. Как видим, электрический ток очень опасен и обращение с ним требует большой осторожности и знания мер обеспечения электробезопасности. Параметры, определяющие тяжесть поражения электрическим током (рис. 2.27). Основными факторами, определяющими степень поражения электрическим током, являются: сила тока, протекающего через человека, частота тока, время воздействия и путь протекания тока через тело человека. Сила тока. Протекание через организм переменного тока промышленной частоты (50 Гц), широко используемого в промышленности и в быту, человек начинает ощущать при силе тока 0,6... 1,5 мА (мА — миллиампер равен 0,001 А). Этот ток называют пороговым ощутимым током. Большие токи вызывают у человека болезненные ощущения, которые с увеличением тока усиливаются. Например, при токе 3...5 мА раздражающее действие тока ощущается всей кистью, при 8... 10 мА — резкая боль охватывает всю руку и сопровождается судорожными сокращениями мышц кисти и предплечья. При 10... 15 мА судороги мышц руки становятся настолько сильными, что человек не может их преодолеть и освободиться от проводника тока. Такой ток называется пороговым неотпускающим током.
При токе величиной 25...50 мА происходят нарушения в работе легких и сердца, при длительном воздействии такого тока может произойти остановка сердца и прекращение дыхания. Рис. 2.27. Параметры, определяющие тяжесть поражения электрическим током Начиная с величины 100 мА протекание тока через человека вызывает фибрилляцию сердца — судорожные неритмичные сокращения сердца; сердце перестает работать как насос, перекачивающий кровь. Такой ток называется пороговым фибрилляционным током. Ток более 5А вызывает немедленную остановку сердца, минуя состояние фибрилляции. Частота тока. Наиболее опасен ток промышленной частоты — 50 Гц. Постоянный ток и ток больших частот менее опасен, и пороговые значения для него больше. Так, для постоянного тока: - пороговый ощутимый ток — 5...7 мА; - пороговый неотпускающий ток — 50...80 мА; - фибрилляционный ток — 300 мА.
Путь протекания тока. Опасность поражения электрическим током зависит от пути протекания тока через тело человека, так как путь определяет долю общего тока, которая проходит через сердце. Наиболее опасен путь «правая рука—ноги» (как раз правой рукой чаще всего работает человек). Затем по степени снижения опасности идут: «левая рука—ноги», «рука—рука», «ноги—ноги». На рис. 2.28 изображены возможные пути протекания тока через человека. Рис. 2.28. Характерные пути тока в теле человека: 1 — рука-рука; 2 — правая рука-ноги; 3 — левая рука-ноги; 4 — правая рука-правая нога; 5 — правая рука-левая нога; 6 — левая рука-левая нога; 7 — левая рука-правая нога; 8 — обе руки-обе ноги; 9 — нога-нога; 10 — голова-руки; 11 — голова-ноги; 12 — голова-правая рука: 13 — голова-левая рука; 14 — голова-правая нога; 15 — голова-левая нога Время воздействия электрического тока. Чем продолжительнее протекает ток через человека, тем он опаснее. При протекании электрического тока через человека в месте контакта с проводником верхний слой кожи (эпидермис) быстро разрушается, электрическое сопротивление тела уменьшается, ток возрастает, и отрицательное действие электротока усугубляется. Кроме того, с течением времени растут (накапливаются) отрицательные последствия воздействия тока на организм. Определяющую роль в поражающем действии тока играет величина силы электрического тока, протекающего через организм человека. Электрический ток возникает тогда, когда создается замкнутая электрическая цепь, в которую оказывается включенным человек. По закону Ома сила электрического тока /равна электрическому напряжению U, деленному на сопротивление электрической цепи R: 1= U/R. Таким образом, чем больше напряжение, тем больше и опаснее электрический ток. Чем больше электрическое сопротивление цепи, тем меньше ток и опасность поражения человека. Электрическое сопротивление цепи равно сумме сопротивлений всех участков, составляющих цепь (проводников, пола, обуви и др.). В общее электрическое сопротивление обязательно входит и сопротивление тела человека. Электрическое сопротивление тела человека при сухой, чистой и неповрежденной коже может изменяться в довольно широких пределах — от 3 до 100 кОм (1 кОм = 1000 Ом), а иногда и больше. Основной вклад в электрическое сопротивление человека вносит наружный слой кожи — эпидермис, состоящий из ороговевших клеток. Сопротивление внутренних тканей тела небольшое — всего лишь 300...500 Ом. Поэтому при нежной, влажной и потной коже или повреждении эпидермиса (ссадины, раны) электрическое сопротивление тела может быть очень небольшим. Человек с такой кожей наиболее уязвим для электрического тока. У девушек более нежная кожа и тонкий слой эпидермиса, нежели у юношей; у мужчин, имеющих мозолистые руки, электрическое сопротивление тела может достигать очень больших величин, и опасность их поражения электротоком снижается. В расчетах на электробезопасность обычно принимают величину сопротивления тела человека, равную 1000 Ом. Электрическое сопротивление изоляции проводников тока, если она не повреждена, составляет, как правило, 100 и более килоом. Электрическое сопротивление обуви и основания (пола) зависит от материала, из которого сделано основание и подошва обуви, и их состояния — сухие или мокрые (влажные). Например, сухая подошва из кожи имеет сопротивление примерно 100 кОм, влажная подошва — 0,5 кОм; из резины соответственно 500 и 1,5 кОм. Сухой асфальтовый пол имеет сопротивление около 2000 кОм, мокрый — 0,8 кОм; бетонный соответственно 2000 и 0,1 кОм; деревянный — 30 и 0,3 кОм; земляной — 20 и 0,3 кОм; из керамической плитки — 25 и 0,3 кОм. Как видим, при влажных или мокрых основаниях и обуви значительно возрастает электроопасность. Поэтому при пользовании электричеством в сырую погоду, особенно на воде, необходимо соблюдать особую осторожность и принимать повышенные меры обеспечения электробезопасности. Для освещения, бытовых электроприборов, большого количества приборов и оборудования на производстве, как правило, используется напряжение 220 В. Существуют электросети на 380, 660 и более вольт; во многих технических устройствах применяются напряжения в десятки и сотни тысяч вольт. Такие технические устройства представляют исключительно высокую опасность. Но и значительно меньшие напряжения (220, 36 и даже 12 В) могут быть опасными в зависимости от условий и электрического сопротивления цепи R.. Значительное влияние на исход поражения при электротравмах оказывают индивидуальные особенности человека. Характер воздействия тока ( табл. ) зависит от массы человека и его физического состояния. Здоровые и физически крепкие люди легче переносят электрические удары. Повышенная восприимчивость к электрическому току отмечена у лиц, страдающих болезнями кожи, сердечно-сосудистой системы, органов внутренней секреции, нервными и др. Табл. Характер воздействия тока
Более уязвимы к воздействию электрического тока люди, имеющие повышенную потливость. Повышенная температура окружающей среды и высокая влажность не единственная причина высокой потливости, интенсивное потоотделение часто наблюдается при вегетативных расстройствах нервной системы, а также в результате испуга, волнения. В состоянии возбуждения нервной системы, депрессии, утомления, опьянения и после него люди более чувствительны к протекающему току. Предельно допустимые напряжения прикосновения и токи для человека устанавливаются ГОСТ 12.1.038—82* (табл. 2.14) при аварийном режиме работы электроустановок постоянного тока частотой 50 и 400 Гц. Для переменного тока частотой 50 Гц допустимое значение напряжения прикосновения составляет 2 В, а силы тока — 0,3 мА, для тока частотой 400 Гц соответственно — 2 В и 0,4 мА; для постоянного тока — 8 В и 1 мА. Указанные данные приведены для продолжительности воздействия тока не более 10 мин в сутки. Таблица 2.14. Предельно допустимые уровни напряжения и токов
Анализ схем включения человека в электрическую цепь Так как от сопротивления электрической цепи R существенно зависит величина электрического тока, проходящего через человека, то тяжесть поражения во многом определяется схемой включения человека в цепь. Схемы образующихся при контакте человека с проводником цепей зависят от вида применяемой системы электроснабжения. Наиболее распространены электрические сети, в которых нулевой провод заземлен, т. е. накоротко соединен проводником с землей. Прикосновение к нулевому проводу практически не представляет опасности для человека, опасен только фазный провод. Однако разобраться, какой из двух проводов нулевой, сложно — по виду они одинаковы. Разобраться можно используя специальный прибор — определитель фазы. На конкретных примерах рассмотрим возможные схемы включения человека в электрическую цепь при прикосновении к проводникам. Двухфазное включение в цепь. Наиболее редким, но и наиболее опасным, является прикосновение человека к двум фазным проводам или проводникам тока, соединенным с ними (рис. 2.29). В этом случае человек окажется под действием линейного напряжения. Через человека потечет ток по пути «рука—рука», i. е. сопротивление цепи будет включать только сопротивление тела (Я).
Рис. 2.29. Двухфазное включение в цепь: а — изолированная нейтраль; б — заземленная нейтраль Если принять сопротивление тела в 1 кОм, а электрическую сеть напряжением 380/220 В, то сила тока, проходящего через человека, будет равна Iч = Uл /Rч= 380 В / 1000 Ом = 0,38 А = 380 мА. Это смертельно опасный ток. Тяжесть электротравмы или даже жизнь человека будет зависить прежде всего от того, как быстро он освободится от контакта с проводником тока (разорвет электрическую цепь), ибо время воздействия в этом случае является определяющим. Значительно чаще встречаются случаи, когда человек одной рукой соприкасается 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. 2.30). В этом случае ток проходит через человека по пути «рука—ноги» или «рука—рука», а человек будет находиться под фазным напряжением. В первом случае сопротивление цепи будет определяться сопротивлением тела человека (Rч, обуви (Ro6), основания (Roc), на котором стоит человек, сопротивлением заземления нейтрали (Rн), и через человека потечет ток Iч= Uф /(Rч + Roб + R0C + Rн). Сопротивление нейтрали RHневелико, и им можно принебречь по сравнению с другими сопротивлениями цепи. Для оценки величины протекающего через человека тока примем напряжение сети 380/220 В. Если на человеке надета изолирующая сухая обувь (кожаная, резиновая), он стоит на сухом деревянном иолу, сопротивление цепи будет большим, а сила тока по закону Ома небольшой. Например, сопротивление пола 30 кОм, кожаной обуви 100 кОм, сопротивление человека 1 кОм. Ток, проходящий через человека Iч = 220 В / (30 000 + 100 000 + 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 IЧ= 220 В / (3000 + 1000) Ом = 0,055 А = 55 мА. Этот ток может вызвать нарушение в работе легких и сердца, а при длительном воздействии и смерть. Если человек стоит на влажной почве в сухих и целых резиновых сапогах, через тело проходит ток Iч = 220 В / (500 000 + 1000) Ом = 0,0004 А = 0,4 мА. Воздействие такого тока человек может даже не почувствовать. Однако даже небольшая трещина или прокол на подошве сапога может резко уменьшить сопротивление резиновой подошвы и сделать работу опасной. Перед тем как приступить к работе с электрическими устройствами (особенно длительное время не находящимися в эксплуатации), их необходимо тщательно осмотреть на предмет отсутствия повреждений изоляции. Электрические устройства необходимо протереть от пыли и, если они влажные — просушить. Мокрые электрические устройства эксплуатировать нельзя! Электрический инструмент, приборы, аппаратуру лучше хранить в полиэтиленовых пакетах, чтобы исключить попадание в них пыли или влаги. Работать надо в обуви. Если надежность электрического устройства вызывает сомнения, надо подстраховаться — подложить под ноги сухой деревянный настил или резиновый коврик. Можно использовать резиновые перчатки.
Рис. 2.30. Однофазное прикосновение в сети с заземленной нейтралью: а — нормальный режим работы; б — аварийный режим работы (повреждена вторая фаза) Второй путь протекания тока возникает тогда, когда второй рукой человек соприкасается с электропроводящими предметами, соединенными с землей (корпусом заземленного станка, металлической или железобетонной конструкцией 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 Iч = UФ / RЧ = 220 В / 1000 Ом = 0,22 А = 220 мА. Эта величина тока смертельно опасна. При работе с электрическими устройствами 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 (рис. 2.30, б), 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 цепь в сети с изолированной нейтралью (рис. 2.31). 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. На этой схеме прямоугольниками условно показаны электрические сопротивления гА, гв, гсизоляции провода каждой фазы и емкости СА, Св, Сскаждой фазы относительно земли. Для упрощения анализа примем rA = rB=rc=r, л СА= С£ = Сс = С
Рис. 2.31. Однофазное прикосновение в сети с изолированной нейтралью: а — нормальный режим работы; б — аварийный режим работы (повреждена вторая фаза) Если человек прикоснется к одному из проводов или к 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. Таким образом, образуется замкнутая электрическая цепь, в которую, в отличие от ранее рассмотренных случаев, включено сопротивление изоляции фаз. Так как электрическое сопротивление исправной изоляции составляет десятки и сотни килоом, то общее электрическое сопротивление цепи значительно больше сопротивления цепи, образующейся в сети с заземленным нулевым проводом. Т. е. ток через человека в такой сети будет меньше, и прикосновение к одной из фаз сети с изолированной нейтралью безопаснее. |
