Какая величина электрического тока считается удерживающий

Воздействие электрического тока на организм человека

Прикоснувшись к проводнику, находящемуся под напряжением, человек становится частью электрической цепи. В этом случае через тело человека проходит электрический ток, который оказывает специфическое действие на организм: термическое, электролитическое, механическое и биологическое.

При термическом действии происходит перегрев и нормальное функционирование органов на пути прохождения тока. Электролитическое действие тока выражается в электролизе жидкости в тканях организма, в том числе крови, и нарушении ее физико-химического состава. Механическое действие приводит к разрыву тканей, расслоению, ударному действию испарения жидкости из тканей организма. Механическое действие связано с сильным сокращением мышц, вплоть до их разрыва. Биологическое действие тока выражается в раздражении и перевозбуждении нервной системы. В правилах эксплуатации электрических приборов четко прописано, что касание человеком проводов и конструкций, находящихся под напряжением разделяют на прямое и косвенное прикосновение. Прямое прикосновение — электрический контакт людей или животных с токоведущими частями, находящимися под напряжением без изоляции. Косвенное прикосновение — это электрический контакт людей или животных с открытыми проводящими частями, оказавшимися под напряжением при поврежденной изоляции. Человек, находящийся в зоне поражения тока и касающийся при этом корпуса оборудования, оказывается под напряжением прикосновения, возникающее между двумя проводящими частями.

Виды электротравм

1. Судорожное сокращение мышц без потери сознания
2. Судорожное сокращение мышц с потерей сознания, но с сохранением дыхания и работой сердца
3. Потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или дыхания (или того и другого вместе)
4. Клиническая смерть, то есть отсутствие дыхания и кровообращения – переходное состояние от жизни к смерти, наступающее с момента прекращения деятельности сердца и легких. У человека при этом отсутствуют все признаки жизни. Однако в первый момент во всех клетках про-должаются обменные процессы (клеточное дыхание) хотя и на очень низком уровне, но воздействуя на сердце и легкие можно оживить организм. Длительность клинической смерти определяется временем с момента прекращения сердечной деятельности и дыхания до начала гибели клеток коры головного мозга, в большинстве случаев 4-6 мин (редко 7-8 мин).

Характер и последствия поражения обуславливаются рядом факторов, влияющих на исход поражения.

Факторы воздействия электрического тока

Главным и определяющим фактором воздействия электрического тока на тело человека является сила тока. Предельно допустимая неощутимая величина переменного тока 0,3 мА. Эта величина считается условно безопасной.

Человек начинает ощущать воздействие проходящего через него тока при увеличении силы тока до 0,6 – 1,6 мА с частотой переменного тока 50 Гц и 5 – 7 мА для постоянного тока. Эти значения называются пороговыми ощутимыми токами. Для переменного тока характер ощущения проявляется в виде пощипывания, легкого дрожания пальцев, для постоянного тока – в виде зуда, ощущения нагрева.

При увеличении силы тока до 10 мА для переменного тока и 50 мА постоянного тока возникает второе пороговое значение – неотпускающий или удерживающий ток. При этом происходит судорожное сокращение мышц и человек не в состоянии самостоятельно освободиться от действия тока (разжать пальцы и отпустить токопровод, за который он взялся).

При значениях переменного тока 100 мА, а постоянного 300 мА его воздействие передается непосредственно на мышцу сердца. При длительности воздействия 0,5 сек может наступить остановка или фибрилляция сердца. Это третье пороговое значение токов – фибрилляционный ток.

Как следует из сравнения пороговых значений токов, одни и те же воздействия вызываются большими значениями постоянного тока, чем пе- ременного. Следовательно, переменный ток более опасен, чем постоянный ток. Однако, даже небольшой постоянный ток (ниже порога ощущения) при быстром разрыве цепи дает очень сильные удары, вплоть до судорог мышц рук.

Зависимость прохождения электрического тока через тело человека

Большое значение имеет путь прохождения электрического тока через тело человек, т.е. какими частями или участками тела человек касается токоведущей части. Основные «петли тока» это рука-рука, рука-нога, рука- голова, нога-нога, голова-нога. Наиболее опасны те пути, при которых электрический ток проходит через жизненно важные органы — головной или спинной мозг (голова-руки, голова-ноги), сердце и легкие (руки-ноги).

Степень опасности и исход поражения электрическим током зависят от схемы «включения» человека в электрическую цепь. Возможны два варианта прикосновения человека к сети: между двумя фазами — двухфазное и между фазой и нулевой точкой – однофазное. Наибольшую опасность представляет двухфазное прикосновение.

Электрическое сопротивление тела и приложенное напряжение также влияют на исход поражения, поскольку определяют величину тока через организм. Сопротивление тела человека обусловлено не только физическими свойствами, но психоэмоциональным состоянием.

Сопротивление тела человека электрическому току складывается из трех составляющих: сопротивления кожи (в местах контактов), внутренних органов и емкости человеческого кожного покрова.

Сопротивление тела у различных людей (мужчин, женщин, детей), измеренное в разное время и в различных условиях неодинаково. Расчетное сопротивление тела человека принято 1000 Ом.

Сопротивление тела человека зависит от многих факторов:

• — места приложения электродов,
• — площади касания — с увеличением площади касания сопротивление
• уменьшается.
• — величины тока и времени его прохождения — сопротивление уменьшается при увеличении тока и времени его прохождения, что связано снарушением процессов терморегуляции в организме: за счет усиления местного нагрева кожи и внутренних органов сосуды расширяются, усиливается снабжение этих участков кровью, что увеличивает потовыделение. Сопротивление влажной кожи уменьшается, ток еще более возрастает, усиливая нагрев и т.д.
• — приложенного напряжения — повышение напряжения уменьшает сопротивление тела человека в десятки раз: во-первых, за счет нарушения процессов терморегуляции из-за увеличения тока; во-вторых, за счет развития процессов пробоя кожи при величине приложенного напряжения выше 50 В.

Так что не забывайте, что электричество не только облегчает нам жизнь, но в определенной ситуации и угрожает ей!

Как оценивается опасность поражения человека током электроустановки в электросетях различной конфигурации

Знание процессов, протекающих в электроустановках, позволяет энергетикам безопасно эксплуатировать оборудование любого напряжения и вида тока, выполнять ремонтные работы и техническое обслуживание электрических систем.

Избежать случаев поражения током электроустановки помогает информация, излагаемая в ПУЭ, ПТБ и ПТЭ — основных документов, созданных лучшими специалистами на основе анализа несчастных случаев с людьми, пострадавшими от опасных факторов, сопровождающих работу электрической энергии.

Обстоятельства и причины попадания человека под действие электрического тока

Руководящие документы по безопасности выделяют три группы причин, объясняющих поражение работников электрическим током:

1. непреднамеренное, нечаянное приближение к токоведущим частям с напряжением на расстояние, меньшее безопасного или прикосновение к ним;

2. возникновение и развитие аварийных ситуаций;

3. нарушения требований, указанных в руководящих документах, предписывающих правила поведения работников в действующих электроустановках.

Оценка опасностей поражения человека заключается в определении расчетами величин токов, которые проходят через тело пострадавшего. При этом приходится учитывать много ситуаций, когда контакты могут возникнуть в случайных местах электроустановки. К тому же, приложенное к ним напряжение изменяется в зависимости от многих причин, включающих условия и режимы работы электрической схемы, ее энергетические характеристики.

Условия поражения человека током электроустановки

Чтобы через тело пострадавшего стал протекать ток, необходимо создать электрическую цепь подключением его минимум к двум точкам схемы, обладающей разностью потенциалов — напряжением. На электрическом оборудовании возможны проявления следующих условий:

1. одновременное двухфазное или двухполюсное прикосновение к различным полюсам (фазам);

2. однофазное или однополюсное прикосновение к потенциалу схемы, когда человек имеет непосредственную гальваническую связь с потенциалом земли;

3. случайное создание контакта с проводящими элементами электроустановки, которые оказались под напряжением в результате развития аварии;

4. попадание под действие напряжения шага, когда разность потенциалов создана между точками, на которых одновременно находятся ноги или другие части тела.

При этом может возникнуть электрический контакт пострадавшего с токоведущей частью электроустановки, который рассматривается ПУЭ как прикосновение:

2. либо косвенное.

В первом случае он создается непосредственным контактом с токоведущей частью, включенной под напряжение, а во втором — при прикосновениях к не изолированным элементам схемы, когда на них прошел опасный потенциал в случае развития аварии.

Чтобы определить условия безопасной эксплуатации электроустановки и подготовить для работников внутри нее рабочее место, необходимо:

1. проанализировать случаи вероятного создания путей прохождения электрического тока через организм обслуживающего персонала;

2. сравнить его максимально возможную величину с действующими минимально допустимыми нормативами;

3. принять решение о выполнении мер обеспечения электрической безопасности.

Особенности анализа условий поражения людей в электроустановках

Для оценки величины тока, проходящего через тело пострадавшего в сети постоянного или переменного напряжения, используются следующие виды обозначений для:

• Rh — у тела человека;
• R0 — для устройства заземления;

Rиз— слоя изоляции относительно контура земли;

Ih — через тело человека;

Iз — замыкания на контур земли;

Uc — цепи постоянного либо однофазного переменного токов;

При этом возможны следующие типовые схемы подключения пострадавшего к цепям напряжения в сетях:

1. постоянного тока при:

• однополюсном касании контакта проводника с потенциалом, изолированным от контура земли;
• однополюсном касании потенциала схемы с заземлённым полюсом;
• двухполюсном контакте;

2. трехфазных сетей при;

• однофазном контакте с одним из потенциальных проводников (обобщенный случай);
• двухфазном контакте.

Схемы поражения в цепях постоянного тока

Однополюсный контакт человека с потенциалом, изолированным от земли

Под действием напряжения Uc по последовательно созданной цепочке из потенциала нижнего проводника, тела пострадавшего (рука-нога) и контур земли через удвоенное сопротивление изоляции среды протекает ток Ih.

Однополюсный контакт человека с заземленным потенциалом полюса

В этой схеме ситуацию усугубляет подключение к контуру земли одного потенциального провода с сопротивлением R0, близким к нулю и значительно меньшим, чем у тела пострадавшего и слоя изоляции внешней среды.

Сила искомого тока приблизительно равна отношению напряжения сети к сопротивлению человеческого тела.

Двухполюсный контакт человека с потенциалами сети

Напряжение сети напрямую прикладывается к телу пострадавшего, а ток через его организм ограничивается только его собственным незначительным сопротивлением.

Общие схемы поражения в цепях переменного трехфазного тока

Создание контакта человека между фазным потенциалом и землей

В общем случае между каждой фазой схемы и потенциалом земли имеется свое сопротивление и создается емкость. Нейтраль обмоток источника напряжения имеет обобщенное сопротивлением Zн, величина которого в разных системах заземления цепи меняется.

Формулы расчета проводимостей каждой цепочки и общей величины тока Ih через фазное напряжение Uф представлены на картинке формулами.

Образование контакта человека между двумя фазами

Наибольшую величину и опасность представляет ток, проходящий через цепочку, созданную между непосредственными контактами тела пострадавшего с фазными проводами. При этом часть тока может пройти по пути через землю и сопротивления изоляции среды.

Особенности двухфазного прикосновения

В цепях постоянного и трехфазного переменного токов создание контактов между двумя различными потенциалами наиболее опасно. При такой схеме человек попадает под действие наибольшего напряжения.

В схеме с источником питания постоянного напряжения величина тока через пострадавшего вычисляется по формуле Ih=Uc/Rh.

В трехфазной сети переменного тока это значение вычисляется по соотношению Ih=Uл/Rh= √3 Uф/Rh.

Считая, что среднее электрическое сопротивление тела человека составляет 1 килоом , рассчитаем ток, который возникает в сети постоянного и переменного напряжения 220 вольт.

В первом случае он составит: Ih=220/1000=0,22А. Этой величины в 220 мА достаточно для того, чтобы пострадавший подвергся судорожному сжатию мышц, когда без посторонней помощи он освободиться от воздействия случайного прикосновения уже не в состоянии — удерживающий ток.

Во втором случае Ih=(220 · 1,732)/1000 =0,38А. При таком значении в 380 мА возникает смертельная опасность поражения.

Также обращаем внимание на то, что в сети переменного трехфазного напряжения положение нейтрали (может быть изолирована от земли или наоборот — подсоединена накоротко) очень мало влияет на величину тока Ih. Его основная доля идет не через цепочку земли, а между потенциалами фаз.

Если человек применил средства защиты, обеспечивающие его надежную изоляцию от контура земли, то они в подобной ситуации окажутся бесполезными и не помогут.

Особенности однофазного прикосновения

Трехфазная сеть с глухо заземленной нейтралью

Пострадавший прикасается к одному из фазных проводов и попадает под разность потенциалов между ним и контуром земли. Такие случаи происходят чаще всего.

Хотя напряжение фазы относительно земли меньше чем линейное в 1,732 раза, такой случай остается опасным. Ухудшить состояние пострадавшего может:

• режим нейтрали и качество ее подключения;
• электрические сопротивления диэлектрического слоя проводов относительно потенциала земли;
• вид обуви и ее диэлектрические свойства;
• сопротивление грунта в месте нахождения пострадавшего;
• другие сопутствующие факторы.

Значение тока Ih в этом случае можно определить по соотношению:

Напомним, что сопротивления: человеческого тела Rh, обуви Rоб, пола Rп и заземления у нейтрали R0, принимаются в Омах.

Чем меньше величина знаменателя, тем сильнее создается ток. Если работник носит токопроводящую обувь, например, промочил ноги или подошвы подбиты металлическими гвоздями, и вдобавок находится на металлическом полу или сырой земле, то можно считать, что Rоб=Rп=0. Так обеспечивается самый неблагоприятный случай для жизни пострадавшего.

При фазном напряжении в 220 вольт получим Ih=220/1000=0,22 А. Или ток смертельной опасности 220 мА.

Теперь рассчитаем вариант, когда работник использует средства защиты: диэлектрическую обувь (Rоб=45 кОм) и изолирующее основание (Rп=100 кОм).

Ih=220 /(1000 +45000+10000)=0,0015 А.

Получили безопасную величину тока 1,5мА.

Трехфазная сеть с изолированной нейтралью

Здесь отсутствует прямая гальваническая связь нейтрали источника тока с потенциалом земли. Фазное напряжение приложено к сопротивлению слоя изоляции Rиз, обладающей очень высокой величиной, которая контролируется при эксплуатации и постоянно поддерживается в исправном состоянии.

Цепь протекания тока через тело человека зависит от этой величины в каждой из фаз. Если учесть все слои сопротивления току, то его величину можно просчитать по формуле: Ih=Uф/(Rh+Rоб+Rп+(Rиз/3)).

Во время самого неблагоприятного случая, когда созданы условия максимальной проводимости через обувь и пол, выражение примет вид: Ih=Uф/(Rh+(Rиз/3)).

Если рассматривать сеть 220 вольт с изоляцией слоя в 90 кОм, то получим: Ih=220/(1000+(90000/3)) =0,007 А. Такой ток в 7 мА будет хорошо ощущаться, но смертельную травму обеспечить не сможет.

Обратим внимание, что мы в рассматриваемом примере умышленно упустили сопротивление грунта и обуви. Если их учесть, то ток снизится до безопасной величины, порядка 0,0012 А или 1,2 мА.

1. в схемах с изолированной нейтралью безопасность работников обеспечить проще. Она напрямую зависит от качества диэлектрического слоя проводов;

2. при одинаковых обстоятельствах прикосновения к потенциалу одной фазы схема с заземленной нейтралью представляет наибольшую опасность, чем с изолированной.

Аварийный режим однофазного прикосновения в трехфазной сети с заземленной нейтралью

Рассмотрим случай касания металлического корпуса электрического прибора, если внутри него пробита изоляция диэлектрического слоя у потенциала фазы. Когда человек прикоснется к этому корпусу, то через его тело пойдет ток на землю и далее через нейтраль к источнику напряжения.

Схема замещения показана на картинке ниже. Сопротивлением Rн обладает создаваемая прибором нагрузка.

Сопротивление изоляции Rиз совместно с R0 и Rh ограничивает ток междуфазного прикосновения. Он выражается соотношением: Ih=Uф/(Rh+Rиз+Rо).

При этом, как правило, еще на стадии проекта, выбирая материалы для случая, когда R0=0 стараются соблюдать условие: Rиз> ( Uф/ Ihg) —Rh.

Величина Ihg называется порогом неощутимого тока, значение которого человек не будет чувствовать.

Делаем вывод: сопротивление диэлектрического слоя всех токоведущих частей относительно контура земли определяет степень безопасности электроустановки.

По этой причине все подобные сопротивления нормированы и учтены утвержденными таблицами. С этой же целью нормируют не сами сопротивления изоляции, а токи утечек, которые через них протекают при испытаниях.

В электроустановках по разным причинам может возникнуть авария, когда потенциал фазы непосредственно касается контура земли. Если на воздушной ЛЭП один из проводов под действием различного типа механических нагрузок оборвался, то как раз в этом случае и проявляется подобная ситуация.

При этом в месте контакта провода с землей образуется ток, который создает вокруг точки касания зону растекания — площадку, на поверхности которой появляется электрический потенциал. Его величина зависит от тока замыкания Iз и удельного состояния почвы r.

Человек, оказавшийся в границах этой зоны, попадает под действие напряжения шага Uш, как показано на левой половинке картинки. Площадь зоны растекания ограничивается контуром, где потенциал отсутствует.

Значение напряжения шага рассчитывается по формуле: Uш=Uз∙β1∙β2.

В ней учитывается напряжение фазы в месте растекания тока — Uз, которое уточняется коэффициентами характеристик растекания напряжения β1 и влияния сопротивлений обуви и ног β2. Величины β1 и β2 публикуются в справочниках.

Значение тока сквозь тело пострадавшего вычисляется выражением: Ih= ( Uз∙β1∙β2 )/ Rh.

На правой части рисунка в положении 2 пострадавший создает контакт с замкнувшим на землю потенциалом провода. Он оказывается под влиянием разности потенциалов между точкой касания рукой и контуром земли, которая выражается напряжением прикосновения Uпр.

В этой ситуации ток вычисляют по выражению: Ih=(Uф.з.∙ α )/ Rh

Значения коэффициента растекания α могут меняться в пределах 0÷1 и учитывают характеристики, влияющие на Uпр.

В рассмотренной ситуации действуют те же выводы, что и при создании однофазного контакта пострадавшим в нормальном режиме эксплуатации электроустановки.

Если же человек расположен за пределами зоны растекания тока, то он находится в безопасной зоне.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

3.4.2 Основные факторы, определяющие степень воздействия электрического тока на человека.

Возможные последствия поражения зависят от многих факторов: — параметров электрической цепи (напряжения, сопротивления человеческого тела); — величины, частоты и рода тока; — времени воздействия тока на тело человека; -пути прохождения тока через тело человека; -окружающих условий среды (температура, влажность, атмосферное давление, материал полов и др.); — индивидуальных особенностей человека (рис. 3.4.1) Влияние основных параметров электротока на степень поражения человека Рассмотрим влияние основных параметров на степень поражения человека. Значение напряжения существенно влияет на величину тока поражения. Однако между этими величинами нет пропорциональной зависимости. Это объясняется нелинейностью электрического сопротивления тела человека. Главным элементом, имеющим наибольшее сопротивление организма человека току, является верхний роговой слой кожи. Его сопротивление колеблется от 600 до 200 000 Ом/см 2 при сухом и неповрежденном состоянии. Сопротивление потной кожи резко снижается — в отдельных случаях до 1000 Ом и ниже. Теория объясняет прохождение тока в подкожную область тела через пот и потовые железы в обход рогового слоя, или уменьшением сопротивления контакта между кожей и электродом. Протекание тока через кожу вызывает ее потение, что со временем приводит к возрастанию тока до опасных пределов. Сопротивление кожи человека уменьшается с увеличением приложенного напряжения. При напряжении 36В пробой рогового слоя происходит медленно, а при напряжении 380В пробой наступает мгновенно. Увеличение площади соприкосновения существенно уменьшает переходное сопротивление и увеличивает проходимость. При снятом верхнем слое сопротивление кожи человека снижается до 1000 Ом/см 2 . Внутренние органы имеют сопротивление в среднем 1000 Ом/см 2 . Учитывая, что это значение наиболее стабильно, за расчетное сопротивление принимается 1000 Ом/см 2 , равное внутреннему сопротивлению тела человека. Влияет и род тока. Так, при частоте переменного тока 60Гц максимально выдерживаемый человеком ток, при котором можно преодолеть сокращение мышц рук, равен 10 мА (0,01 А), в то время как человек сохраняет ту же способность при постоянном токе 50. 80 мА (0,05. 0,08 А). Постоянный ток напряжением до 250В менее опасен, чем равный ему переменный. Однако с повышением напряжения постоянный ток становится более опасным. Частота тока оказывает влияние на степень поражения человека. Наиболее опасен переменный ток промышленной частоты 50. 60 Гц. Одинаковое воздействие на человека оказывают токи 50. 200 Гц—до 10 мА, 1000 Гц— до 20 мА, 7000 Гц—до 35 мА. Чем дольше человек находится под воздействием тока, тем сильнее последствия поражения. Международные комиссии предлагали ограничить время действия токовой защиты до 0,03 с для токов до 300 мА и принять следующие численные значения:

На основе исследований и практического опыта можно принять допустимый интервал времени прохождения электрической цепи через тело человека от 0,01 до 2 с. По последствиям действия на организм человека токи подразделяются на пороговые, отпускающие и удерживающие. Значения пороговых токов зависят от человека, места соприкосновения с телом человека, напряжения и находятся в пределах от 0,6 до 5 мА (0,005 А), когда человек начинает ощущать протекание тока. Отпускающими токами считаются такие, при которых человек еще может сам прервать электроцепь, проходящую через его тело. Значение отпускающего переменного тока составляет менее 0,01 А, а постоянного — 0,05. 0,07 А. Удерживающими токами считаются такие, при которых человек не может без помощи извне освободиться, то есть прервать цепь. Здесь мы встречаемся с несоответствием скорости влияния тока и скорости условных рефлексов, когда человек понимает, что он погибает, но понимает это слишком поздно, так как мышцы тела уже парализованы. Значения переменного удерживающего тока находятся в пределах 0,01А, постоянного тока — более 0,07 А. Поражение человека не происходит при напряжении 12. 16В и силе тока менее 0,01А при благоприятных окружающих условиях, а ток напряжением 36В, который некоторые исследователи считают безопасным, может оказаться смертельным. Пример. Человек попал под напряжение 36В. Сопротивление человека может быть 400, 800, 1000 Ом.

; ;

Как видно, при напряжении 36В при определенных условиях может произойти несчастный случай со смертельным исходом. Следует помнить, что на теле человека есть уязвимые участки с пониженным сопротивлением тканей. И если провод касается уязвимых участков тела, то смерть может наступить при малых напряжениях и токе 10. 70 мкА (0,000010—0,000070 А). Известны случаи со смертельным исходом при напряжении 15-20В. В одном случае обнаружены метки на тыльной стороне кисти и большого пальца. Западногерманский ученый Ульрих предлагает определить смертельную величину тока с учетом опасных точек расчетным путем: (3.4.1) где І – переменный ток с частотой 50 Гц, протекающий через тело человека, мА: Кн – коэффициент, учитывающий изменение величины тока в зависимости от возможных прикосновений тела человека к сети тока. Значения коэффициента Кн приведены на схеме (рис. 3.4.1.) для различных комбинаций мест приложения напряжения через поврежденную кожу (в скобках даны значения величины Кн при прикосновении двумя руками к местам, находящимся под напряжением).

Рис.3.4.1 Основные факторы, определяющие степень поражения человека электрическим током

Если при прикосновении двумя руками к установке, находящейся под напряжением 220В, 50Гц Кн=0,4 то смертельная величина тока, согласно /3.1/, равна 200 мА(рис.3.4.2.). Условия поражения электрическим током Электродвигатели строительных машин и механизмов и других различных электроустановок питаются трехфазным током, напряжением 380/200В, а осветительные приборы – однофазным током с напряжением 220/127В. Ток может подаваться: — по четырехпроводной сети с изолированной нейтралью; — по четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью; — по трехпроводной сети с изолированной нейтралью; — по трехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью. Изолированной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная через большое сопротивление, соизмеримое с сопротивлением изоляции фазных проводов.

Рис.3.4.2 Схема расположения опасных точек на теле человека.

Сети с изолированной нейтралью применяют в тех случаях, когда имеется возможность контролировать и поддерживать высокий уровень изоляции проводов и когда емкость сети относительно земли незначительна (мало разветвленные сети не подверженные воздействию агрессивной среды, находящихся под постоянным надзором квалифицированного персонала – сети небольших предприятий, передвижных электроустановок и т.д.) Глухозаземленной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная непосредственно к заземляющему устройству или через малое сопротивление. Сети с глухозаземленной нетралью применяются при значительной протяженности и разветвленности, когда невозможно обеспечить высокий уровень изоляции (высокая влажность, агрессивность среды и т.д.), невозможно контролировать и поддерживать высокий уровень изоляции, либо когда емкостные токи из-за высокой разветвленности достигают опасных значений для человека (сети крупных промышленных предприятий). Фазные провода А, В, С называются линейными проводами, напряжение между любыми двумя из них 380В. Степень опасности и возможность поражения электротоком зависят от условий включения в сеть. (рис. 3.4.1) 1. Самым опасным является прикосновение человека к двум различным фазам, находящимся под напряжением. Человек оказывается включенным на полное линейное напряжение в сети и сила тока, проходящего через человека, (3.4.2) где U_л—линейное напряжение сети, В; R_r—сопротивление тела человека, Ом. В этом случае при всех напряжениях в сети сила тока I_r>0,01 А, значительно больше удерживающего тока. При этом в считанные доли, происходит пробой кожного покрова и по телу человека замыкается электрическая цепь. Особо опасно прохождение тока рядом с жизненно важными органами: сердце, грудная клетка, печень и так далее, что может вызвать фибрилляцию сердца, потерю сознания и привести к летальному исходу. При двухфазном прикосновении ток, проходящий через человека, практически не зависит от режима нейтрали сети. Следовательно, двухфазное прикосновение является одинаково опасным как в сети с изолированной, так и с заземленной нейтралью (при равенстве линейных напряжений этих сетей). 2. При одновременном соприкосновении человека с линейным и нулевым проводом имеет место однофазное включение. Опасность поражения током в этом случае, по сравнению с линейным, в 1,73 меньше и определяется уравнением (3.4.3) Первый и второй случаи еще очень опасны и потому, что ток проходит по кратчайшему пути через руки и жизненно важные органы человека, парализуя их работу. Следует отметить, что прикосновение человека двумя руками к разным проводам происходит редко, чаще одной рукой, т. е. при однофазном включении.

Рис.3.4.3 Схема двухфазного включения: а-сети постоянного и однофазного тока; б-сети трехфазного тока

3. При однополюсном прикосновении к двухпроводной сети величина тока, проходящего через человека, (3.4.4)

где, R_n – сопротивление изоляции пола, Ом; R_об – сопротивление изоляции обуви, Ом. 4. При однофазном (однополюсном) прикосновении в сети с глухозаземленной нейтралью через тело человека пройдет ток. (3.4.5) где, R_о — сопротивление заземления нейтрали, Ом

Рис 3.4.4 Схема однофазного включения при нормальном режиме роботы: а-трехфазные сети с глухозаземленой нейтралью; б-трехфазные сети с изолированной нейтралью.

Сопротивление заземления нейтрали ничтожно мало и им можно пренебречь R_о = 0, поэтому, (3.4.6) т.к. U_ф меньше U_л в , то величина тока поражения будет значительно меньше, чем при двухфазном включении и зависит от величины сопротивления пола и обуви. 5. При однофазном включении человека в трехфазную сеть с изолированной нейтралью величина тока, проходящего через человека, будет меньше, чем при аналогичном включении в сети с глухозаземленной нейтралью (при исправной сети). Это связано с тем, что добавляется сопротивление изоляции (R_A; R_B; R_C) и емкости (С_A; С_B; С_C) фаз. Если пренебречь емкостным сопротивлением, т.е. С_A = С_B = С_C = 0, то (3.4.7) где, R_u – сопротивление изоляции одной фазы, Ом, R_U = R_A = R_B = R_C а при R_n = R_об = 0 (3.4.7) В случае заземления нейтрали через человека пройдет меньший ток, т.к. сила тока существенно зависит от состояния изоляции, подбора полов в помещениях, где установлена электроаппаратура, спецобуви и так далее. Например, сухие полы имеют сопротивление до 1 *10 6 Ом•м. Не учтение влияния сопротивления пола помещения и обуви может привести к несчастному случаю. Из сравнения приведенных выше формул видно, что ток, проходящий через человека, при условиях, соответствующих формулам (3.4.3. и (3.4.4), будет меньше, так как при однофазном включении ток не проходит через жизненно важные органы. Выше рассмотрены условия поражения человека при нормальной работе электросети. В случае аварийных режимов (замыкания корпуса или одной из фаз на землю) ток, которой проходит через тело человека при соприкосновении с исправной фазой определяется (3.4.9) где, R_к – сопротивление короткого замыкания, Ом R_к — весьма мало и им можно пренебречь, тогда ток поражения (3.4.10) т.е. ток поражения равен, практически току поражения при двухфазном включении в электрическую цепь, что очень опасно для человека. В сетях с глухозаземленной нейтралью срабатывает защита при возникновении короткого замыкания . Поэтому, можно сделать следующие выводы: в условиях малой протяженности сети и сохранения постоянного высокого сопротивления изоляции, малой вероятности замыкания на землю (при наличии автоматического контроля изоляции на землю) — сети с изолированной нейтралью менее опасны, чем с глухозаземленной; в условиях разветвленной сети с глухозаземленной нейтралью большой протяженности, когда нет возможности поддерживать постоянно высокий уровень изоляции сети, а при большом количестве потребителей не исключено возникновение замыкания на корпус — сети с глухозаземленной нейтралью имеют преимущество, заключающееся в отсутствии влияния сопротивления сети относительно земли (активного емкостного) на ток поражения и автоматическом отключении участка с поврежденной изоляцией при замыкании на корпус.

Воздействие электрического тока на организм человека

Первые упоминания об электричестве, относятся к IV веку до нашей эры в трудах греческого философа Аристотеля, а в V веке д. н. э., ученый Фалес Милетский упоминал об этом явление в своих трудах. В дальнейшем, вплоть до 17 века в истории человечества не зафиксированы упоминания об электричестве. В конце 18-го века впервые упоминается о влиянии электрического тока на человеческий организм, но в то время ученые еще мало знали о том какую опасность представляет ток для человека.

Основные понятия

Электрический удар – возбуждение живых тканей организма протекающим через него электрическим током, сопровождающееся непроизвольными судорожными сокращениями мышц.

Формула 1 – Расчет силы тока.

Как мы знаем, по степени электропроводимости все вещества делятся на 3 вида (Рисунок 1)

Человеческое тело довольно хорошо проводит электрический ток, а ток проходя через наш организм при превышении определенно его значения способен вызывать различные неприятные последствия, вплоть до летального исхода. Величина тока проходящего через тело попавшего под напряжение, зависит в первую очередь от величин напряжения и сопротивления организма. Сопротивление организма складывается из внутреннего – внутренние ткани, сосуды, и внешнего – кожа.

Внутреннее сопротивление у всех людей относительно мало, и составляет примерно 1000 Ом. Причем если кровь, мышечная ткань, костный и головной мозг имеют удельное сопротивление всего лишь 0,5–1 Ом/м, то сопротивление жира, костей, сухожилий и хрящей достигает 3-20 кОм/м. Сопротивление же чистой сухой кожи может достигать 100 кОм, как раз оно и определяет общее сопротивление тела человека.

Сопротивление человека зависит от многих факторов:

• места приложения электродов;
• площади касания (площадь соприкосновения больше – сопротивление организма меньше);
• время прохождения тока (при увеличении длительности нахождения человека под напряжением — сопротивление организма уменьшается тк в нем нарушаются процессы терморегуляции, происходит местный нагрев внутренних органов и кожи, она выделяет пот, соответственно проводимость кожи возрастает а сопротивление уменьшается, что еще больше увеличивает нагрев…;
• величины приложенного напряжения — с повышением напряжения уменьшается сопротивление тела в десятки раз: во-первых, за счет упомянутого выше нарушения процесса терморегуляции; во-вторых, за счет развития процессов пробоя кожи при величине приложенного напряжения выше 50 В. при этом величина сопротивления кожи уменьшается до 300 – 500 Ом.

В среднем, общее сопротивление средне-статического человека составляет 50 кОм, оно у всех людей разное, может меняться со временем, в течение жизни, и даже в течении суток и зависит не только от физического состояния кожи, но и от психоэмоционального состояния человека. Прикоснувшись к неизолированному проводнику электрического тока, человек сам становиться «элементом» электрической цепи, и ток протекая через организм оказывает на него специфическое действие.

Характер и последствия воздействия на человека

Характер и последствия опасного и вредного воздействия на человека электрического тока зависит от многих факторов:

1. от величины и рода (переменный или постоянный) протекающего тока;
2. продолжительности его воздействия (чем больше время действия тока на человека, тем тяжелее последствия);
3. пути протекания;
4. от физического и психологического состояния человека;
5. от состояния внешней среды, например при высокой влажности воздействие электричества на организм будет сильнее.

Величина и тип протекающего тока является главным фактором от которого зависит исход его воздействия на организм человека (или животного).

По степени воздействия на человека от величины ток делится на три пороговых значения:

• Человек начинает ощущать воздействие проходящего сквозь него переменного тока при значении 0,6 мА, прямого начиная с 5-7 мА. Эти значения называются пороговыми ощутимыми токами.
• Следующий порог – порог неотпускающего (удерживающего) тока. Его значение для переменного тока составляет ≥10 мА, для постоянного ≥50 мА.
• Третье пороговое значение – фибрилляционный ток. Это значение переменного тока 100 мА, а постоянного 300 мА, при длительности воздействия такого тока 0,5 сек, может наступить остановка сердца или его фибрилляция.

В таблице 1 приведены различные реакции организма человека на электрический ток в зависимости от его силы и типа.

Сила тока, мА

Характер воздействия

Постоянный ток

Переменный ток 50 Гц

Начало ощущения — слабый зуд, пощипывание кожи под электродами

Ощущение тока распространяется и на запястье руки, слегка сводит руку

Начало ощущения. Впечатление нагрева кожи под электродом

Болевые ощущения усиливаются во всей кисти руки, сопровождаются судорогами. Руки, как правило, можно оторвать от электродов

Усиление ощущения нагрева

Сильные боли и судороги во всей руке, включая предплечье. Руки трудно оторвать от электродов

Усиление ощущения нагрева

Едва переносимые боли во всей руке. Руки невозможно оторвать от электродов.

Еще большее усиление ощущения нагрева кожи.

Руки парализуются мгновенно, оторваться от электродов невозможно. Сильные боли, дыхание затруднено

Ощущение сильного нагрева, боли и судороги в руках. При отрыве рук от электродов возникают едва переносимые боли в результате судорожного сокращения мышц

Очень сильная боль в руках и груди. Дыхание крайне затруднено. При длительном токе может наступить паралич дыхания или ослабление деятельности сердца с потерей сознания

Ощущение очень сильного поверхностного и внутреннего нагрева, сильные боли во всей руке и в области груди. Затруднение дыхания. Руки невозможно оторвать от электродов из-за сильных болей при нарушении контакта

Дыхание парализуется через несколько секунд, нарушается работа сердца. При длительном протекании тока может наступить фибрилляция сердца

Паралич дыхания при длительном протекании тока

Фибрилляция сердца через 2-3 с; еще через несколько секунд — паралич сердца

Фибрилляция сердца через 2-3 с; еще через несколько секунд — паралич дыхания

То же действие за меньшее время

Дыхание парализуется немедленно — через доли секунды. Фибрилляция сердца, как правило, не наступает; возможна временная остановка сердца в период протекания тока. При длительном протекании тока (несколько секунд) тяжелые ожоги, разрушения тканей

Как видно из таблицы 1, переменный ток более опасен чем постоянный. Тем не менее, даже небольшой, ниже порога ощущения постоянный ток, дает сильные удары способные вызвать судороги мышц. А при значении напряжения выше 500 В уже опаснее постоянный ток так как он обладает большой «липучестью» и от него практически невозможно самостоятельно освободиться.

В то же время, хотя переменный ток считается более опасным для человека, но это касается в основном частоты 50 Гц. С увеличением частоты, даже с учетом что сопротивление организма падает и ток текущий через него увеличивается – опасность поражения снижается электротоком и полностью исчезает при частоте 450 — 500 гГц, т.к. при высокой частоте возникает так называемый «skin» эффект – ток идет по поверхности организма, те по коже, и не может поразить человека. Но с токами такой частоты мы практически не сталкиваемся ни в быту, ни на производстве, в отличие от 50 герцового переменного напряжения, которое является стандартом в электросетях России.

Типы поражения электрическим током

В зависимости от того, какой наступает исход от электроудара, выделяют 5 типов:

1. судорожные сокращения мышц, человек находится в сознании;
2. судорожные сокращения мышц, человек без сознания, дыхание и работа сердца присутствуют;
3. отсутствие дыхания с нарушением работы сердца;
4. электрический шок, сильное расстройство дыхания, расстройство функционирования кровеносной и нервной системы, наступление глубокой депрессии которая может длиться от нескольких десятков минут до нескольких суток и в конечном итоге наступает либо полное выздоровление, либо биологическая смерть;
5. клиническая смерть, отсутствует дыхания, остановка сердца. Ее еще называют мнимой смертью, длится 6-8 минут, является переходным состоянием от жизни к смерти. По прошествии указанного времени, если не проводить реанимационные мероприятия – наступает биологическая смерть.

Также, большое значение имеет и путь, по которому проходит ток через организм т.е. какими частями тела человек касается токопроводящей части. Чаще всего люди «включаются» в электрическую цепь таким образом, что ток проходит по петлям: «рука-ноги», «рука-рука», «нога-нога», «рука-голова», «ноги-голова».

Наибо̀лее опасны петли прохождения, при которых ток проходит через самые важные жизненные органы: сердце, головной мозг, спинной мозг которые к тому же имеют наименьшее электрическое сопротивление в организме и соответственно пропускают через себя бо̀льшее значение силы тока. Отсюда напрашиваются очевидные выводы что наиболее опасные петли «рука-рака» и пути проходящие через голову, а путь «нога-нога» наименее опасный, но тем не менее это не так, так как при этом возникает шаговое напряжение, ноги парализуются – человек оказывается в лежачем состояние и поражение током наносится всему организму.

Есть два варианта подключения организма к электрической цепи:

1. двухфазное – человек одновременно прикасается частями тела к двум фазам (рис 2),
2. однофазное – прикосновение к фазе и нулевой точке (рис 3).

Где, а – сеть с изолированной нейтралью; б – сеть с глухозаземленной нейтралью.

Двухфазное подключение самое опасное, так как в этом варианте ток зависит только от напряжения и сопротивления человека (формула 1) и будет иметь максимальное значение чем при однофазном подключение (см. рис 3).

• а – сеть с изолированной нейтралью;
• б – сеть с глухозаземленной нейтралью.
• в – сеть с заземленной нейтралью

При варианте a на рисунке 3, к сопротивлению человека — Rч, добавляется сопротивление обуви Rоб, Rп – сопротивление пола, сопротивление изоляции фаз – Rиз. Те формула силы тока примет следующий вид (формула – 2).

Формула 2 – Сила тока, проходящего через человека при однофазном подключение с изолированной нейтралью.

• U_ф – фазное напряжение, В;
• R_ч – сопротивление человека (принимается равным 1000 Ом.

При расчетах принимается наименьшее сопротивление (при сильном опьянении, с мокрой или поврежденной кожей);

• R_об – сопротивление обуви;
• R_п – сопротивление пола;
• R_из – сопротивление изоляции.

С учетом что сопротивления пола-обуви-изоляции имеют на порядки большие значения чем сопротивление человека – то и протекающий при таком варианте ток через человека гораздо слабее и менее опасный чем при 2х фазном подключении.

В аварийном режиме (см. рисунок 3б) когда одна из фаз коротит на корпус или уходит в землю, или происходит касание в месте с поврежденной изоляцией – человек может оказаться под полным линейным напряжением, ток проходящий через организм в таком случае рассчитывается по формуле 3:

Формула 3 – Сила тока, проходящего через человека при однофазном подключение в аварийном режиме.

Величина тока при однофазном подключении человека к сети с заземленной нейтралью рассчитывается по формуле 4.

Формула 4 – Сила тока, проходящего через человека при однофазном подключение с заземленной нейтралью.

Виды воздействия электрического тока на организм человека

По типу воздействия на человеческий организм электричества выделяют следующие виды:

• Биологическое– проявляется раздражением и возбуждением тканей организма, нарушением биологических процессов, в результате чего может произойти остановка сердца и дыхания. Также ток может подавить весьма биотоки протекающие в теле человека, и тем самым вызвать серьезные расстройства в организме вплоть до его гибели.
• Термическое– ожоги отдельных участков тела: кожи в месте соприкосновения с электродами и внутренних органов и сосудов на пути прохождения электрического тока, а также от воздействия электрической дуги или искры, образующихся при коротком замыкание или приближении человека близко к местам находящимся под высоким напряжением.
• Электролитическое— разложение биологических жидкостей, в том числе крови, в результате чего нарушается их физико-химический состав.
• Механическое– приводит к расслоению, разрыву тканей организма в результате электродинамического эффекта, а также взрывоподобного образования пара, образующегося при вскипании биологических жидкостей под действием тока. От сильных судорог могут возникать вывихи, разрыва мышц, сухожилий и даже переломы.

Основные виды поражения в результате воздействия электрического тока

Электрические ожоги — самая распространенная электротравма, возникает в результате локального воздействия тока на ткани. Ожоги бывают двух видов — контактный и дуговой. Контактный ожог является следствием преобразования электрической энергии в тепловую и возникает в основном в электроустановках напряжением до 1 000 В. Дуговой ожог обусловлен воздействием электрической дуги, создающей высокую температуру. Дуговой ожог возникает при работе в электроустановках различных напряжений, часто является следствием случайных коротких замыканий в установках выше 1000 В и до 10 кВ или ошибочных операций персонала. Поражение возникает от перемены электрической дуги или загоревшейся от нее одежды.

Электрические знаки – пятна серого или бледно-желтого цвета, образующиеся на коже. Происходит как бы омертвление верхнего слоя пораженного участка кожи и ее затвердевание наподобие мозоли. Обычно электрические знаки безболезненны и при лечении бесследно исчезают. Знаки после поражения током появляются приблизительно у 11-20 % пострадавших.

Металлизация кожи – проникновение в нее мельчайших частиц металла при его расплавлении и разбрызгивании в случае образования электрической дуги. Металл может проникнуть в кожу также вследствие электролиза в местах соприкосновения человека с токоведущими частями. Возникает приблизительно у каждого десятого пострадавшего. С течением времени пораженный участок кожи регенерирует и приобретает нормальный вид и эластичность. Однако, при поражении глаз, лечение бывает безрезультатным и в результате травмы наступает слепота.

Электроофтальмия – воспаление наружных оболочек глаз в результате воздействия ультрафиолетового излучения электрической дуги. Характерные проявления болезни: слезотечение, частичное ослепление и светобоязнь; боль в глазах продолжается обычно несколько дней.

Механические повреждения проявляются под действием тока непроизвольным судорожным сокращением мышц. Это может привести к разрыву кожи, кровеносных сосудов и нервных тканей. Такие травмы возникают при контакте с напряжением ниже 380 В, когда человек не теряет сознания и пытается самостоятельно освободиться от источника тока.

Основные причины поражения электрическим током

Самые частые причины по которым люди оказываются под действием электротока следующие:

• прикосновение к неизолированным токоведущим при котором возникает напряжение прикосновения;
• появление напряжения на частях установок и машин, не находящихся под напряжением в нормальных условиях эксплуатации (корпуса, пульты и др.), что чаще всего происходит вследствие повреждения изоляции;
• образование электрической дуги между токоведущей частью и человеком, что возможно в электрических установках напряжением 1 кВ;
• воздействие напряжения шага (в основном при обрыве провода линии электропередачи когда происходит его замыкание на землю);
• несогласованные и ошибочные действия персонала, отсутствие надзора за электроустановками под напряжением и ряд других организационных причин.

Предугадать электротравмы трудно, так как электричество невидимо, не имеет запаха. И хотя электротравматизм на производстве случается гораздо реже других видов травм – но находиться на первом месте по тяжести и по количеству смертельных исходов от них. К сожалению немалая часть несчастных случаев происходит из-за несоблюдения правил безопасности при работе с электроустановками, а также недостаточной квалификации работников.

Также часть смертельных исходов происходит потому что не все после электрического удара обращаются к врачу, а как было описано выше, существуют виды травм, при которых если не проводить лечение, смерть может наступить не сразу.

Очень важно в организациях проводить периодические инструктажи и объяснять работникам об опасности электрического тока, рассказывать о безопасных способах работы с электроустановками, обучать оказанию первой помощи пострадавшим.