Факторы, влияющие на опасность поражения электрическим током

Их делят на 3 группы:

-электрического характера;

-неэлектрического характера;

-факторы окружающей среды.

Факторы электрического характера – это сила тока, напряжение и частота. Следует заметить, что основным поражающим фактором является сила тока.

Согласно ГОСТ 12.1.000-82 «ССБТ. Электробезопасность. Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов» предельно допустимый ток при частоте 50Гц – 0,3мА; при 400Гц – 0,4мА; при постоянном токе – 1мА. Предельно допустимое напряжение прикосновения при частоте 50Гц – 2В; при 400Гц – 3В; при постоянном токе – 8В. Напряжение прикосновения - это напряжение между двумя точками цепи, которых одновременно касается человек. Т.е., это напряжение приложенное к телу человека. Эти нормы устанавливались исходя из реакции ощущения при продолжительности действия тока на человека не более 10 минут в сутки.

При влажности воздуха более 75% и температуре более 25⁰С значения предельно допустимых тока и напряжения уменьшаются в 3 раза.

Наиболее опасными являются частоты 20-200Гц; при больших и меньших частотах опасность поражения уменьшается, а при частоте свыше 450-500 Гц такая опасность вообще исчезает. Имеется в виду опасность смертельного поражения из-за остановки сердца или легких. Но это отнюдь не означает отсутствие других негативных воздействий на организм, таких как ожоги, термическое воздействие на ткани и т. д.

При напряжении до 380В постоянный ток менее опасен, чем переменный с частотой 50Гц; при напряжении более 600В более опасен постоянный ток, а в диапазоне 380-600В их действие на организм примерно одинаково.

Причины, почему ток разной частоты обладает разной опасностью, изучены еще недостаточно, но упрощенно их можно представить следующим образом.

Если к организму приложено постоянное напряжение, то в клетках его происходит электролитическая диссоциация, т.е. распад молекул на положительные и отрицательные ионы. В электрическом поле эти ионы смещаются к оболочке клетки в соответствии со своим зарядом, т.е. анионы, имеющие отрицательный заряд, в стороны анода, а катионы с положительным зарядом - в сторону катода. Это движение ионов нарушает протекание в клетках организма естественных биохимических процессов.

При переменном токе направление перемещения ионов меняется в соответствии с полярностью. При небольших частотах ионы достигают оболочки клетки, останавливаются на ней некоторое время и с изменением полярности движутся в обратном направлении. С ростом частоты время таких пауз в движении ионов, т.е. остановок на оболочке клетки, становится все меньше. Наиболее негативные последствия имеет ситуация, когда ионы находятся в непрерывном движении и пробегают наибольшее расстояние в клетке. Т.е., это движение от одного края клетки до другого без пауз на ее оболочке. Это и соответствует диапазону частот от 20 до 200 Гц. С дальнейшим ростом частоты ионы не успевают достигнуть оболочки клетки до изменения полярности, длина их пробега сокращается и степень нарушения биохимических процессов в организма уменьшается. При частотах 450-500 Гц и выше поступательное движение ионов практически прекращается, под влиянием электромагнитного поля они выполняют лишь незначительные колебания вокруг своего стационарного положения и поэтому нарушения в состоянии клеток организма минимальны.

Факторы неэлектрического характера – это петли тока, длительность поражения, вид прикосновения к токоведущей части, физическое и нервно-психологическое состояние человека.

Петля тока – это путь тока в теле человека. Наиболее опасны петли тока «рука-рука» (она же наиболее часто возникает – до 40% случаев), «голова – рука», «голова - ноги», т.к. здесь поражаются жизненно важные органы человека – сердце, легкие, мозг. Наименее опасной считается петля «нога – нога», т.е. так называемая нижняя петля.

С увеличением длительности действия возрастает вероятность поражения током. Эквивалентное действие тока на организм приближенно можно представить следующими цифрами:

Время действия, с

Длительно

До 30

1

0,7

0,5

0,2

 

Ток, мА

1

6

65

75

100

250

Подобное явление объясняется накоплением негативных последствий от действия тока в организме, таких как, нарушение функций центральной нервной системы, изменение состава крови, местное разрушение тканей организма от выделяющейся теплоты.

Во-вторых, с ростом длительности воздействия тока возрастает опасность совпадения момента прохождения тока через сердце с наиболее уязвимой фазой кардиоцикла. Как известно, кардиоцикл состоит из двух периодов:

1.Желудочки сердца находятся в расслабленном состоянии и заполняются кровью; этот период называют диастола;

2.Сердце сокращается и выталкивает кровь в артерии; этот период называют систола.

Установлено, что сердце наиболее чувствительно к электрическому току в период, когда заканчивается сокращение желудочков и они переходят в расслабленное состояние. Этот период составляет примерно 0,2с. Если в этот момент через сердце проходит ток, то он может вызвать так называемую фибрилляцию. Это явление, когда волокна сердечной мышцы – фибриллы – начинают хаотично сокращаться и сердце становится не в состоянии гнать кровь по сосудам. В обычном состоянии они одновременно сокращаются по импульсу из синусового узла (это нервно-мышечный аппарат сердца), а затем расслабляются. Если будет поступать дополнительное раздражение, т.е. дополнительный импульс, например, от тока, то будут происходить внеочередные сокращения сердца, может нарушиться одновременность и ритмичность сокращения фибрилл, т.е. наступить фибрилляция.

Поскольку при фибрилляции сердце не способно эффективно прогонять кровь по кровеносной системе, то нарастает гипоксия, т.е. недостаток кислорода в крови. Работоспособность сердца быстро утрачивается и уже максимум через несколько минут может наступить полная остановка сердца.

И третьей причиной повышения вероятности поражения током является снижение сопротивления кожи. С увеличением длительности его воздействия происходит местный нагрев кожи, усиливается раздражение тканей. Ответной реакцией организма является рефлекторное расширение сосудов кожи, усиление снабжения их кровью и повышение потоотделения. Сопротивление кожи в этом месте снижается, что приводит к росту силы тока и росту опасности поражения им.

Ток 3-5мА действует раздражающе на руку в месте соприкосновения с проводником; при 8-10мА ток охватывает всю руку; при токе около 20мА разжать руку невозможно и ток 20-25мА называют током прихвата или неотпускающим током. Следует отметить, что эти значения относятся к наиболее распространенному переменному току частотой 50 Гц. У постоянного тока это величина примерно 50-80 мА. Надо сказать также, что пороговое значение тока прихвата зависит и от физиологии человека. При токе 50-100мА нарушается сердечная деятельность и дыхание и при дальнейшем увеличении тока наступает фибрилляция сердца. Ток 100мА считается смертельно опасным.

Виды прикосновения к токоведущим частям. Поражение человека электрическим током возможно лишь при замыкании цепи через него. Как известно, в промышленности наиболее часто используются трехфазные и, гораздо реже, однофазные сети. Трехфазная сеть имеет нейтраль, т.е точку, где напряжение относительно всех внешних выводов обмотки одинаково по абсолютной величине. Эта нейтраль может быть заземлена либо изолирована от земли. Заземленную нейтраль еще называют нулевой точкой.

Возможно двухфазное (а) и однофазное (б) включение человека в электрическую цепь. (На рис. показана трехпроводная схема с заземленной нейтралью).

При двухфазном включении сила тока, протекающего через человека:

I_ч = U_л/R_ч =» 1,73U_ф/R_ч;

при однофазном включении: I_ч = U_ф/(R_ч + R_п + R_об + R_о),

где R_ч – электрическое сопротивление человека, которое принимают в расчетах обычно 1000 Ом;

R_п – сопротивление пола (» 6000 Ом);

R_об – сопротивление обуви (» 5000 Ом);

R_о – сопротивление заземленной нейтрали, которым можно пренебречь.

Т.о., при двухфазном включении сила тока: I_ч» 1,73*220/1000 = 0,38А = 380мА, что значительно превышает смертельно опасный порог; при однофазном включении: I_ч = 220/(1000 + 6000 + 5000)» 0,022А = 22мА, что соответствует току прихвата.

Электрическое сопротивление изоляции выбирают из расчета 1000 Ом на 1В приложенного напряжения.

Шаговое напряжение – это разность потенциалов между точками на расстоянии шага. Оно возникает при замыкании на землю токоведущих частей оборудования и величина его зависит от напряжения в месте контакта U_к, расстояния до него, удельного сопротивления грунта и величины шага S. Поэтому рекомендуется выходить из зоны поражения либо мелкими шагами, либо на одной ноге. Запрещается приближаться к месту замыкания на землю на расстояние ближе 4м в закрытых помещениях, и ближе 8м – на открытой местности. С увеличением расстояния от места замыкания плотность тока растекания в земле снижается и на расстоянии около 20м она практически равна нулю, т.е. опасность поражения отсутствует.

Следует заметить, что сама по себе нижняя петля тока, которая образуется от шагового напряжения, не несет обычно непосредственной угрозы жизни; основной ток протекает вдали от жизненно важных органов – сердца, легких, мозга. Но может произойти судорожное сокращение мышц и падение человека на землю. Тогда уже образуется более опасная петля тока «рука – ноги». К тому же, если длина шага человека около 70-80 см, то при падении расстояние между точками касания земли будет примерно равно росту человека, т.е. 170-180 см. Т.о., возрастет и напряжение, действующее на человека, в 2-2,5 раза. Это уже создает реальную угрозу серьезного поражения током.

Вдоль ЛЭП устанавливается охранная зона шириной 10м при напряжении 20кВ; 15м при 35кВ; 20м при 110кВ.

Состояние человека существенно влияет на опасность поражения током. Нервное и физическое утомление, заболевания, применение лекарств, алкоголя снижают сопротивление тела человека в 2-5 раз. Аналогично действует загрязнение воздуха, повышенная его температура, различные излучения. Сопротивление тела у женщин меньше, чем у мужчин; у детей меньше, чем у взрослых. Как уже отмечалось, основное сопротивление тела обусловлено его кожным покровом. Повреждения наружного слоя кожи – эпидермиса, т.е. порезы, царапины, другие микротравмы, почти на два порядка снижают сопротивление тела – с примерно 50 – 70 кОм до 500 – 700 Ом. Аналогичное действие оказывает увлажнение или загрязнение кожи, усиление потоотделения.

Факторы окружающей среды. В зависимости от характеристики производственной среды согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) производственные помещения делятся на три категории:

1.Помещения с повышенной опасностью характеризуются наличием одного из условий: сырость; электропроводящая пыль; токопроводящие полы, стены, потолки; температура выше 30⁰С; влажность выше 70%; возможность одновременного прикосновения к заземленным конструкциям и металлическому корпусу электрооборудования. Например, это помещения электроустановок, котельные, аглофабрики, доменные и сталеплавильные цеха. Условно-безопасное напряжение для неизолированных проводников в них до 36В.

2.Особо опасные помещения характеризуются наличием одного из условий: влажность 100%; химически активная среда; наличие двух и более условий повышенной опасности. Примеры таких помещений: термические цеха и участки, туннели, подвалы, колодцы, отделения с мокрыми процессами обогащения, отделения цианирования. Условно-безопасное напряжение в них до 12В.

3.Помещения без повышенной опасности характеризуются отсутствием условий повышенной и особой опасности. Это, например, офисные, конструкторские помещения. Условно-безопасное напряжение в них до 65В.