Задание по лабораторной работе

1) Изучить лабораторный стенд и порядок выполнения работы;

2) Записать силу тока, напряжение и со слов испытуемого, ощущения, вызываемые проходящим током;

3) Оценить и записать свою чувствительность к электрическому току.

6.3. Теоретический материал.  Технический прогресс сопровождается широким внедрением электричества во все области промышленного производства и быта. При эксплуатации электрифицированного оборудования при определенных значениях величины тока и напряжения возникает опасность поражения обслуживающего персонала, которая усугубляется тем, что человек не в состоянии без специальных приборов обнаружить ее дистанционно.

Для оптимального выбора методов безопасности важно иметь четкое представление о действии электрического тока на организм человека, знать допустимые величины тока и напряжения прикосновения, влияние на исход поражения рода тока, частоты и т.д.

Проходя через организм, ток производит термическое, электролитическое, биологическое и механическое действие. Термическое действие проявляется в перегреве тканей вплоть до ожогов отдельных участков тела, перегреве кровеносных сосудов, сердца, мозга и других органов, что вызывает в них серьезные функциональные расстройства. Электролитическое воздействие вызывает разложение крови и плазмы, значительное нарушение их физико-химических составов и ткани в целом. Биологическое действие выражается в разделении и возбуждении живых тканей организма, что может сопровождаться непроизвольными судорожными сокращениями мыщц, сердца и легких. Механическое действие тока приводит к расслоению, разрыву тканей организма в результате электродинамического эффекта, а также мгновенного взрывоподобного образования пара из тканевой жидкости и крови.

Любое из этих действий тока может привести к травмам или гибели людей. Электрические травмы разделяются на местные электротравмы и общие (электрические удары).

Местные электротравмы – это местные нарушения целостности тканей организма. К местным электротравмам относятся: электрические ожоги, электрические знаки, металлизация кожи, электроофтальмия, механические повреждения. Электрический ожо г 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 ⁰С. 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 связана с проникновением в нее мельчайших частиц металла при его расплавлении под действием электрической дуги. Электроофтальмия - воспаление наружных оболочек глаз в результате воздействия ультрафиолетовых лучей электрической дуги. Травма сопровождается сильной болью и резью в глазах, временной потерей зрения. 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 и даже переломы костей. Кроме того, при испуге и шоке человек может упасть с высоты и получить травму.

Наибольшую опасность представляют электрические удары.

Электрический удар представляет собой возбуждение живых тканей организма проходящим через него электрическим током, сопровождающееся непроизвольным сокращением мышц. В зависимости от исхода поражения электрические удары делят на 4 степени:

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 и (или) дыхания;

IV - клиническая смерть, т.е. отсутствие дыхания и кровообращения.

При клинической смерти у человека отсутствуют признаки жизни: нет дыхания, сердце не работает, болевые раздражения не вызывают никаких реакций, зрачки глаз расширены и не реагируют на свет. Первыми начинают погибать очень чувствительные к кислородному голоданию клетки коры головного мозга. Длительность клинической смерти определяется временем с момента прекращения сердечной деятельности и дыхания до начала гибели клеток коры головного мозга и в большинстве случаев она составляет от 4 - 6 до 7 - 8 мин. Затем наступает биологическая смерть.

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.

Электрическим ударам обычно подвергается свыше 80% пострадавших от тока, 55% из них сопровождается и местными электротравмами, в основном, ожогами.

На исход поражения человека электрическим током влияют сила тока, приложенное напряжение, род и частота тока, продолжительность его воздействия и путь прохождения через тело человека, сопротивление тела человека, индивидуальные особенности организма и состояние окружающей среды.

Основным фактором, обуславливающим степень поражения человека, является сила тока. Характер воздействия тока на человека в зависимости от силы и вида тока приведен в табл. 6.1. При этом следует учесть, что приведенные данные до некоторой степени являются условными и зависят от индивидуальных особенностей человека.

Таблица 6.1

Характер воздействия тока на организм человека

(пути тока рука-рука, рука-нога, напряжение 220В)

Значение силы тока, мА	Переменный ток, 50 Гц	Постоянный ток
0,6- 1,5	Начало ощущений - слабый зуд, пощипывание кожи под электродами	Не ощущается
2,0 - 4,0	Ощущение тока распространяется на запястье руки, слегка сводит руку	Не ощущается
5,0 - 7,0	Болевые ощущения усиливаются во всей кисти руки, сопровождаясь судорогами; слабые боли во всей руке	Зуд, ощущение нагрева
8,0 - 10,0	Судороги в руках, трудно, но можно оторваться от электродов	Усиление ощущения нагрева

 

Продолжение таблицы 6.1

Значение силы тока, мА	Переменный ток, 50 Гц	Постоянный ток
10 - 15	Едва переносимые боли во всей руке, усиливающиеся с увеличением времени протекания тока. Руки невозможно оторвать от электродов	Еще большее усиление ощущения нагрева кожи под электродом
20 - 25	Руки парализуются мгновенно, сильные судороги и боли, дыхание затруднено	Еще большее усиление ощущения нагрева кожи, незначительные сокращения мышц рук
25 - 50	Очень сильная боль в руках и груди, дыхание крайне затруднено. При длительном воздействии может наступить паралич дыхания или ослабление деятельности сердца с потерей сознания	Ощущение сильного нагрева, судороги рук, затруднение дыхания
50 - 80	Паралич дыхания, нарушение работы сердца. При длительном протекании тока может наступить фибрилляция сердца	То же
100	Фибрилляция сердца через 2-3 с; через несколько секунд - паралич дыхания	Паралич дыхания при длительном протекании тока
300	То же за меньшее время	Фибрилляция сердца через 2-3 с, паралич дыхания
Более 5000	Немедленный паралич дыхания, возможна временная остановка сердца в период протекания тока. При длительном протекании тока (несколько секунд) тяжелые ожоги, разрушение тканей.

 

 

Для характеристики воздействия электрического тока установлены три критерия:

пороговый ощутимый ток (наименьшее значение силы тока, вызывающего при прохождении через организм человека ощутимые раздражения);

пороговый неотпускающий ток (наименьшее значение силы тока, вызывающего судорожные сокращения мышц руки, в которой зажат проводник, что затрудняет самостоятельное освобождение человека от контакта с токоведущей частью);

пороговый фибрилляционный ток (наименьшее значение силы тока, вызывающего фибрилляцию сердца. т.е. хаотические и разновременные сокращения отдельных групп волокон сердечной мышцы с частотой примерно в 10 раз более обычной, в результате чего прекращается кровообращение, а затем и дыхание).

Пороговый фибрилляционный ток зависит от времени. При времени действия 1с величина около 70 мА, а при времени 0,1 с - 700 мА. В первом приближении значение тока, вызывающего фибрилляцию сердца в 0,5% случаев можно определить по формуле:

                         ,                                             (6.1)

где m - масса человека, кг; t - время воздействия, с.

Формула (6.1) справедлива для t от 0,03 до 3 с.

Условные значения силы тока при протекании по пути рука-рука, рука-нога приведены в табл. 6.2.

 

Таблица 6.2

Условные значения силы тока при протекании по пути рука-рука, рука-нога

Род тока	Пороговый ощутимый ток, мА	Пороговый неотпускающий ток, мА	Пороговый фибрилляционный ток, мА
Переменный ток частотой 50 Гц	0,5 - 1,5	10 - 15	100
Постоянный ток	5 - 7	50 - 80	300

 

Необходимо отметить, что выпрямленные токи, содержащие постоянную и переменную составляющие, совместно воздействуют на организм человека (в то время как приборы показывают только постоянную составляющую). Поэтому при однополупериодном выпрямлении пороговые значения тока по постоянной составляющей в 1,5 раза ниже, чем для постоянного тока. Для двухполупериодного выпрямления пороговые значения выпрямленного и постоянного токов приблизительно одинаковы.

В литературе приводятся зависимости, связывающие величину силы тока, проходящего через человека, с приложенным напряжением. В частности, П.А. Долиным [1] предложена следующая формула

                                                                          (6.2)

где U_h - напряжение прикосновения[6], В; I_h - сила тока, проходящего через человека, мА; I_h - сила тока, проходящего через человека, мА.

Формула (6.2) справедлива при длительном (несколько секунд) приложении напряжения U_h ³ 5В на участках рука-рука, а также с некоторым приближением рука-нога и нога-нога.

Степень поражения зависит также от рода и частоты тока. Переменный ток по характеру воздействия опаснее постоянного (см. табл. 6.1. и 6.2), но это характерно только для напряжений до 500 В; при больших напряжениях постоянный ток опаснее переменного с частотой 50 Гц. Наиболее опасной частотой переменного тока для человека является частота 50-60 Гц. От 0 до 50 Гц повышается опасность поражения в виде электроударов; дальнейшее повышение частоты снижает эту опасность, а при частотах 450 - 500 Гц она полностью исчезает, но сохраняется опасность ожогов. В целом наиболее опасными (с вероятностью 90% и выше) являются токи с частотами 20-100 Гц.

Упрощенно изменение опасности тока с изменением частоты можно объяснить следующим образом. Если к клетке живой ткани приложить постоянное напряжение, то во внутриклеточном веществе, которое можно рассматривать как электролит, будет происходить распад молекул на положительные и отрицательные ионы. Эти ионы начнут перемещаться к оболочке клетки, причем положительные ионы будут стремиться к отрицательному электроду, а отрицательные к положительному, что вызовет нарушение нормального состояния клетки и протекающих в ней биохимических процессов.

При переменном токе ионы будут перемещаться то в одну, то в другую сторону, следуя за изменением полярности. Если частота тока такова, что за полупериод ион успевает пройти все внутриклеточное расстояние, а в течение следующего полупериода - то же расстояние, но в обратном направлении, то этот процесс соответствует большему нарушению нормального естественного состояния клетки.

При частоте тока выше некоторого предела (50 - 60 Гц) ион не успевает достигнуть оболочки клетки, как произойдет изменение полярности, что отвечает меньшему нарушению нормального состояния клетки. А при дальнейшем повышении частоты длина пробега ионов будет сокращаться вплоть до полного прекращения движения ионов (на частотах выше 450 - 500 кГц).

Продолжительность протекания тока через тело человека очень сильно влияет на исход поражения в связи с тем, что с течением времени резко падает сопротивление тела человека, растет значение этого тока, накапливаются отрицательные последствия воздействия тока на организм и, наконец, повышается вероятность совпадения момента прохождения тока через сердце с уязвимой фазой кардиоцикла. Эта фаза (длительность около 0,2 с) характеризует окончание сокращения желудочков сердца и переход их в расслабленное состояние, при котором сердце имеет наибольшую чувствительность к току. При совпадении времени прохождения тока с этой фазой кардиоцикла возникает фибрилляция сердца, а при несовпадении - вероятность ее возникновения резко уменьшается.

Наиболее опасным путем прохождения тока через человека является путь, проходящий через жизненно важные органы - сердце, легкие, головной мозг. Статистика показывает, что число травм с потерей сознания при прохождении тока по пути правая рука - ноги составляет 87%, голова - руки - 92%, голова - ноги - 88%, рука - рука - 83%, нога - нога - 15%.

На исход поражения током оказывает влияние величина электрического сопротивления тела человека. Следует иметь в виду, что сопротивление различных тканей человека неодинаково. Это подтверждается следующими данными по удельному сопротивлению (в Ом×м) при токе частотой 50 Гц:

Кожа сухая                                                            3×10³ - 2×10⁴;

Кости (без подкостницы)                             10⁴ - 2×10⁶;

Жировая ткань                                             30 – 60;

Мышечная ткань                                                   1,5 – 3;

Кровь                                                            1 – 2;

Спиномозговая жидкость                            0,3 - 0,6.

Общее электрическое сопротивление тела человека при сухой, чистой и неповрежденной коже, измеренное при напряжении до 15 - 20 В находится в пределах 3 - 1000 кОм, сопротивление внутренних тканей тела 300 - 500 Ом.

Сопротивление отдельных частей тела с возрастом увеличивается. А с ростом напряжения сопротивление тела быстро падает из-за пробоя роговых слоев кожи. Нужно помнить, что наличие на коже влаги, царапин, порезов и т.д. резко уменьшает величину сопротивления. При расчетах, связанных с обеспечением электробезопасности, сопротивление тела человека принимают равным 1 кОм.

Исход поражения током в значительной степени определяется индивидуальными особенностями людей. Ток, вызывающий лишь слабые ощущения у одного человека, может быть неотпускающим для другого. Характер воздействия тока зависит от толщины изолирующего кожного покрова (эпидермиса), влажности кожи, возраста человека, состояния нервной системы, организма в целом, а также от веса человека и его физического развития. Отмечено, что для женщин пороговые значения тока приблизительно в 1,3 раза ниже, чем у мужчин. Люди, страдающие болезнями сердца, легких, органов внутренней секреции, кожи, нервными заболеваниями, как правило, получают более тяжелые электротравмы. Квалификация также сказывается на результатах воздействия тока и дело здесь не в «привычке» к электрическому току, ибо никакая тренировка не вырабатывает в организме иммунитета к току, а в опыте, умении правильно оценить степень опасности, применить рациональные приемы освобождения от тока.

По чувствительности к электротоку всех людей можно разделить на 4 группы:

1. Особо чувствительные, пороговый ощутимый ток возникает уже при U < 12 В. Таких людей около 2 %. Их нельзя использовать при обслуживании электроустановок.

2. Повышенной чувствительности (U = 12…24 B). Таких людей около 45%. Для них ограничен доступ к обслуживанию электроустановок.

3. Нормальной чувствительности (U = 24…36 B). Таких людей около 40%. Им отдают предпочтение при отборе для работы на электроустановках.

4. Пониженной чувствительности (U > 36 В). Таких около 12%. Они пользуются льготами и преимуществами при приеме на работу по эксплуатации электроустановок.

Существенное влияние на электроопасность оказывают условия окружающей среды. Поэтому «Правила устройства электроустановок» (ПУЭ) устанавливают следующие категории помещений и условий работ:

с повышенной опасностью – работа выполняется в помещениях при наличии в них одного из следующих признаков: сырость (относительная влажность воздуха более 75% длительно), наличие токопроводящих полов, выделение токопроводящей пыли, температура воздуха более 30^оС (длительно), возможность одновременного прикосновения человека к металлоконструкциям зданий, имеющим соединение с землей, технологическим оборудованием и к металлическим корпусам электрооборудования;

особо опасные – работа в помещениях при наличии особой сырости (относительная влажность воздуха близка к 100%, стены, потолок, пол покрыты влагой); химически активной среды, постоянно или длительно разрушающей изоляцию и токоведущие части электрооборудования; наличие одновременного действия двух и более факторов или условий, соответствующих помещениям с повышенной опасностью;

без повышенной опасности – работа выполняется в помещениях, в которых отсутствуют факторы или условия, определяющие особую и повышенную опасность.

Для правильного проектирования способов и средств защиты людей от поражения электрическим током необходимо знать допустимые уровни напряжений прикосновения и значений токов, протекающих через тело человека.

В табл. 6.3 приведены нормы предельно допустимых напряжений прикосновения U_h, В и токов I_h,, мА, установленных для пути тока рука-рука и рука-ноги при нормальном (неаварийном) режиме работы электроустановки (ГОСТ 12.1.038) [2].

Таблица 6.3

Нормы предельно допустимых напряжений прикосновения U_h и токов I_h, проходящих через тело человека

Род тока	Uh, B	Ih, мА
	не более
Переменный, 50 Гц	2,0	0,3
Переменный, 400 Гц	3,0	0,4
Постоянный	8,0	1,0

 

Предельно допустимое напряжение прикосновения U_h и токи I_h при аварийном режиме работы электроустановок переменного тока при времени действия t < 1,0 с подчиняются условию U_h = I_h =  .

При продолжительности действия 1…3 с допустимое U_h=36 B, a I_h=6 мА.

Поскольку с ростом продолжительности воздействия предельно допустимые токи уменьшаются, при оказании помощи человеку, находящемуся под действием электрического тока, необходимо как можно быстрее отключить ток выключением рубильника, путем перерезания или перерубания электропровода, искусственным коротким замыканием проводов или замыканием провода на землю. Лучшим из способов является тот, который в конкретной обстановке может быть осуществлен немедленно и безопасно.

При невозможности быстрого разрыва цепи электротока следует оттянуть пострадавшего от электроустановки за сухую одежду. Если одежда и обувь сырые, необходимо воспользоваться диэлектрическими перчатками или обмотать руки сухой одеждой.

Меры первой доврачебной медицинской помощи зависят от состояния пострадавшего после освобождения его от действия тока.

Если пострадавший в сознании, но до этого был в состоянии обморока, его следует уложить и до прибытия врача обеспечить полный покой, наблюдая за пульсом и дыханием.

Если пострадавший находится в бессознательном состоянии, но с сохранившимся устойчивым дыханием и пульсом, его следует уложить, расстегнуть пояс и одежду, обеспечить приток свежего воздуха. Периодически нужно давать вдыхать пары нашатырного спирта, смачивать лицо холодной водой, растирать и согревать тело.

Если пострадавший дышит плохо – редко и судорожно или если дыхание постепенно ухудшается, в то время как во всех этих случаях продолжается нормальная работа сердца, необходимо начать искусственное дыхание по способу «изо рта в рот» или «изо рта в нос» (взрослому человеку 10 – 12 вдуваний в одну минуту, т.е. через 5 – 6 с). При вдыхании в рот необходимо зажать пострадавшему нос.

При отсутствии дыхания и пульса нужно делать искусственное дыхание и непрямой (наружный) массаж сердца (после двух глубоких вдуваний 15 надавливаний на грудную клетку). Оказывать помощь нужно до прибытия врача, т.к. только он имеет право констатировать состояние смерти. Известно много случаев, когда искусственное дыхание и массаж сердца, проводимые непрерывно в течение 3-4 часов, возвращали пострадавших к жизни.

После оказания первой помощи ни в коем случае нельзя допускать пострадавшего к работе, во избежание осложнений его следует отправить в больницу.

Для обеспечения электробезопасности в соответствии с ПУЭ применяются следующие технические способы и средства, используемые отдельно или в сочетании друг с другом:

1. Защитное заземление.

2. Зануление.

3. Выравнивание потенциалов.

4. Защитное отключение.

5. Электрическое разделение сетей.

6. Изоляция токоведущих частей (рабочая, дополнительная, усиленная, двойная). В сетях напряжением до 1000 В сопротивление изоляции за последним предохранителем должно быть не ниже 0,5 МОм на фазу.

7. Компенсация токов замыкания на землю.

8. Малое напряжение (до 42 В).

9. Оградительные устройства.

10. Предупредительная сигнализация, блокировка, знаки безопасности.

11. Изолирующие защитные и предохранительные приспособления.