Факторы, влияющие на поражение электротоком

Степень поражения электрическим током зависит от:

- общего электрического сопротивления или обратного ему параметра - проводимости организма, которые зависят от индивидуальных особенностей тела человека;

- параметров электрической цепи (напряжение, сила и род тока, частота колебаний), под действие которой попал человек пути прохождения тока через тело человека;

- условий включения в электросеть;

- продолжительности воздействия;

- условий внешней среды (температура, влажность, наличие токопроводящей пыли и др.).

По степени воздействия на человека различают три пороговых значения тока: ощутимый, неотпускающий и фибрилляционный.

Ощутимым называют электрический ток, который при прохождении через организм человека вызывает ощутимое раздражение. Ощущение от протекания переменного электрического тока, как правило, начинается от значения 0,6 мА.

Неотпускающим называют ток, который при прохождении через организм человека вызывает непреодолимые судорожные сокращения мышц рук, ног или других частей тела, соприкасающихся с токоведущим проводником. Переменный ток промышленной частоты, протекая но нервным волокнам, поглощает управляющие биотоки коры головного мозга, что приводит к возникновению эффекта «приковывания» к месту прикосновения. Человек не может самостоятельно оторваться от токоведущей части проводника.

Фибрилляционным называется ток, вызывающий при прохождении через организм человека фибрилляцию сердца - разновременные некоординированные сокращения отдельных мышечных волокон сердца, в конечном итоге приводящие к остановке сердца и параличу дыхания. Характер воздействия силы тока на организм человека приведен в табл. 8.1.

Таблица 8.1

Ток, мА	Переменный ток 50 Гц	Постоянный ток
0.6... 1,5	Порог ощущения - слабый зуд, пощипывание кожи	Не ощущается
2...4	Сильное дрожание пальцев	Не ощущается
5...7	Судороги во всей кисти руки	Порог ощущения - зуд, нагрев кожи
10...15	Неотпускающие токи, непреодолимые судорожные сокращения мышц руки, в которой зажат проводник. Человек не может самостоятельно освободить руку от контакта с проводником	Значительное усиление ощущения нагрева кожи, сокращение мышц руки
20...25	Оторвать руки от проводника кожи невозможно. Сильные боли, дыхание затруднено	Еще большее усиление ощущения нагрева кожи, судороги
50...80	Паралич дыхания через несколько секунд, сбои в работе сердца. При длительном протекании тока может возникнуть фибрилляция сердца	Неотпускающие токи, то же, что при переменном токе 10...15 мА
90...100	Фибрилляция сердца, через 2...3 с дыхание прекращается	Паралич дыхания при длительном протекании тока

Низкое электросопротивление организма способствует более тяжелым последствиям поражения электрическим током. Электросопротивление тела человека снижают такие показатели, как физиологическое и психологическое состояние (утомление, алкогольное опьянение, голод, заболевание, эмоциональное возбуждение).

Общее электрическое сопротивление человеческого организма суммируется из сопротивлений каждого из участков тела, расположенных на пути прохождения тока. Они обладают различным электросопротивлением. Наибольшее электросопротивление имеет верхний роговой слой кожи, в котором отсутствуют нервные окончания и кровеносные сосуды. При влажной или поврежденной коже электросопротивление составляет около 1000 Ом. При сухой, без повреждений, кожи электросопротивление многократно возрастает. Между током, протекающим через тело человека, и приложенным к нему напряжением существует нелинейная зависимость - с увеличением напряжения сила тока растет быстрее. Это объясняется, главным образом, нелинейностью электрического сопротивления тела человека. Так, при напряжении на электродах 40...45 В, в наружном слое кожи возникает значительная напряженность электрического поля, при которой полностью или частично происходит пробой наружного слоя кожи, что снижает полное сопротивление тела человека. При напряжении 127...220 В оно практически падает до значения внутреннего сопротивления тела. Чем длительнее процесс протекания тока, тем сопротивление кожи будет падать быстрее. Суммарное сопротивление внутренних сред тела человека не превышает нескольких сот Ом. В качестве расчетных значений сопротивления человеческого организма принимают 1000 Ом при напряжении 50 В и выше. Для напряжения 36 В принимают сопротивление 6000 Ом.

Оценка опасности прикосновения к токоведущим частям сводится к определению силы тока, протекающего через тело человека, и сравнению его с допустимым значением. Тяжесть поражения человека пропорциональна силе тока, прошедшего через его тело. Ток силой более 0,05 А может быть смертельным для человека при продолжительности воздействия 0,1 с. Но ток, проходящий через тело человека, зависит от напряжения, под которым оказался пострадавший, и суммарного электрического сопротивления цепи, в которое входит и электросопротивление тела человека.

Переменный ток более опасен, чем постоянный, однако при высоком напряжении (более 500 В) опаснее становится постоянный ток.

Наиболее опасен частотный диапазон переменного тока от 20 до 100 Гц. Основная масса промышленного оборудования работает на частоте 50 Гц (входящей в этот опасный диапазон). Высокочастотные токи менее опасны. Токи высокой частоты могут вызвать лишь поверхностные ожоги, так как они распространяются только по поверхности тела человека.

Путь электрического тока через тело человека во многом определяет степень поражения организма.

Наиболее часто в практике встречаются такие варианты:

- человек дотрагивается двумя руками до токоведущих проводов или частей оборудования, находящихся под напряжением. В этом случае движение тока идет от одной руки к другой через легкие и сердце. Путь этот принято называть «рука-рука»;

- при прикасании одной рукой к источнику тока, стоя двумя ногамина земле; путь протекания тока «рука-ноги»;

- при стекании тока на землю от неисправного электрооборудования. Земля в радиусе до 20 м получает потенциал напряжения, уменьшающийся с удалением от заземлителя. Человек, стоящий обеими ногами в этой зоне, оказывается под разностью потенциалов, так как каждая из его ног получает разный потенциал напряжения, зависящий от удаленности от заземлителя. В результате возникает электрическая цепь «нога-нога», напряжение которой называют шаговым;

- прикосновение головой к токоведущим частям может создать электрическую цепь, где путь тока будет: «голова—руки» или «голова-ноги»(см. рис. 8.1):

Рис. 8.1. Варианты путей прохождения электрического тока

через тело человека:

1 — «рука—рука»; 2 — «рука—ноги»; 3 — «рука—нога»;

4 — «руки—ноги»; 5 — «нога—нога»; 6 — «голова—ноги»;

7 — «голова—рука»; 8 — «голова—нога»

Наиболее опасными являются те варианты, в которых в зону поражения попадают жизненно важные органы и системы организма — головной мозг, сердце, легкие. Это цепи: «голова-руки», «голова-ноги», «руки-ноги», «рука-рука».

Так, переменный ток частотой 50 Гц и напряжением 220 В, которые являются стандартными для отечественных электрических сетей, при прохождении по пути «рука-нога» в зависимости от силы тока может оказывать различное воздействие.

Протекание постоянного тока по телу человека вызывает болевое ощущение в месте прикосновения и в суставах конечностей. Как правило, воздействие постоянного тока на организм человека вызывает ожоги или болевой шок, который в тяжелых случаях может привести к остановке дыхания или сердца.

Величина тока, проходящего через тело человека, зависит от того, при каких условиях произошло включение человека в электрическую цепь.

Наиболее типичными в практике являются две схемы включения: даухфазное - между двумя фазами электрической цепи и однофазное - между фазой и землей (рис. 8.2).

Рис. 8.2. Схема пути электрического тока:

а — при двухфазном прикосновении; б — при однофазном соприкосновении в системе

При двухфазном включении (см. рис. 8.2 а) величина тока, протекающего через тело человека, будет равна

(8.1)

где I_чел – ток, протекающий через тело человека, А;

U_л и U_ф – линейное и фазное напряжение сети, В;

R_чел – сопротивление тела человека, Ом;

R_од – сопротивление одежды, Ом.

Сопротивление одежды учитывается только в том случае, если человек прикоснулся к токоведущей части участком тела, защищенным одеждой.

При одновременном касании к обеим фазам через одежду это сопротивление удваивается. Величина электрического сопротивления одежды зависят от вида и влажности ткани. Для хлопчатобумажной ткани при площади электрода 100 см² она составляет: для сухой ткани -10…15 кОм, для влажной - 0,5…1,0 кОм.

При наиболее неблагоприятных условиях (касание токоведущих частей оголенными участками тела с поврежденной кожей) ток, проходящий через тело человека, может достигать величины, равной 380 мА, что безусловно опасно для жизни человека

(380 мА).

Прикосновение человека к одной фазе (однофазное включение) значительно менее опасно, чем двухфазное. Это объясняется тем, что, во-первых, человек оказывается в этом случае под фазным напряжением, которое в раз меньше линейного, и, во-вторых, в цепи оказывается последовательно включенным ряд дополнительных сопротивлений (пола, обуви и др.).

Величина тока, проходящего через тело человека при однофазном включении, составит:

в сети с заземленной нейтралью (см. рис. 8.2 б)

; (8.2)

в сети с изолированной нейтралью (см. рис. 8.2 в)

, (8.3)

где R_об – сопротивление обуви человека, Ом;

R_п – сопротивление пола, на котором стоит человек, Ом;

R_из – сопротивление изоляции одной фазы сети относительно земли, Ом;

R_н – сопротивление заземления нейтрали, Ом.

В расчетах сопротивление резиновой обуви принимается не менее 5 × 10⁴ Ом, сухого пола из кирпича – не менее 11 × 10⁶ Ом×м, линолеума – не менее 2 × 10⁶ Ом×м, дубового паркета – не менее 1,7 × 10⁶ Ом×м, бетона – не менее 0,6 × 10⁶ Ом×м, изоляция проводов относительно земля – не менее 0,6 × 10⁶ Ом. Мокрые полы имеют сопротивление во много раз меньше.

Рассмотрим наиболее неблагоприятный случай, когда человек стоит на сыром грунте или токопроводящем (металлическом) полу в сырой обуви. Тогда R_п = 0 и R_об = 0, сопротивлением нейтрали, максимальное значение которого не превышает 4 Ом, можно пренебречь, а величина проходящего через человека тока составит:

в сети с заземленной нейтралью

(220 мА);

в сети с изолированной нейтралью

(10 мА).

Ток, проходящий через тело человека в первом случае (220 мА),безусловно опасен для его жизни.

Если же человек стоит на изолирующем полу в токонепроводящей (резиновой) обуви, то величина тока, проходящего через его тело, резко снижается и составит:

в сети с заземленной нейтралью

(2 мА);

в сети с изолированной нейтралью

(1,7 мА).

Приведенные примерыпоказывают, какое исключительное значение для безопасности работающего с электроустановками имеют изолирующие полы и обувь, а в сети с изолирующей нейтралью также и сопротивление изоляции проводов относительно земли.

При прочих равных условиях однофазное включение человека в сеть с изолирующей нейтралью менее опасно, чем в сети с заземленной нейтралью.

При падении оборванного провода на грунт, при повреждении изоляции или пробое фазы на корпус оборудования происходит растекание тока замыкания в грунте. Распределение потенциалов на поверхности земли при растекании тока с полусферического или иного заземлителя (труба, пластина, оборванный провод, соприкасающийся с землей) подчиняется гиперболическому закону.

Нахождение человека в зоне растекания тока в непосредственной близости от заземлителя может быть опасным. Выходить из зоны необходимо по радиусу очень мелкими шагами (до 30 см). Чем шире шаг, тем большее напряжение испытывает человек, так как с увеличением длины шага увеличивается разность потенциалов, под которыми находится каждая нога. Напряжение, образующееся за счет разности потенциалов между двумя точками поверхности земли, отстоящими друг от друга в радиальном направлении на расстоянии шага (0,8 м), называют шаговым напряжением (рис. 8.3). На величину шагового напряжения, кроме ширины шага и положения человека относительно заземлителя, влияет еще и сила тока. Ток, протекающий через тело человека при шаговом напряжении «нога - нога» не затрагивает жизненно важных органов. Однако при значительном шаговом напряжении возникают судороги ног, человек падает и электрическая цепь замыкается через все тело упавшего.

Рис. 8.3. Напряжение шага:

а - средняя расчетная ширина шага человека; х - расстояние от точки замыкания на землю до ближайшей к ней ноге человека; j- потенциал в точке замыкания; U_з - напряжение замыкания; U_ш - напряжение шага

Длительность протекания тока через тело человека влияет на исход поражения из-за его нарастания во времени и уменьшения сопротивления самого тела, а также из-за накапливания в организме отрицательных последствий воздействия тока.

Предельно допустимые уровня напряжений прикосновения и токов при аварийном режиме производственных установок напряжением до 1000 Вв зависимости от длительности воздействия на работающих приведены в табл. 8.2.

Таблица 8.2

Род тока	Нормируемая величина	Предельно допустимые уровни, не более, при продолжительности t воздействия тока, с
	0,1	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	св. 1,0
Переменный 50 Гц	U, в I, мА
Переменный 400 Гц	U, в I, мА
Постоянный	U, в I, мА

Индивидуальные свойства человека - состояние здоровья, масса человека и его физическое развитие, подготовленность к работе с электрическими установками и другие факторы также оказывают влияние на исход поражения.

Значительно возрастает опасность поражения людей с заболеваниями кожи, сердца, легких, а также находящихся в состоянии возбуждения, депрессии, опьянения. Большую роль играет и фактор внимания. Если человек подготовлен к электрическому удару, то степень опасности резко снижается.

Условия внешней среды. Повышенная температура, влажность, наличие химически активной среды значительно увеличивают опасность поражения человека электрическим током. Это связано с тем, что при нагреве и выделении пота снижается сопротивление тела человека, а при увлажнении - сопротивление одежды, обуви и полов. Кроме того, химически активная среда оказывает разрушающее действие на изоляцию токоведущих частей электрооборудования.

Случаи поражения людей из-за воздействия напряжения шага относительно редки. Они могут произойти, например, вблизи упавшего на землю провода (в такие моменты до отключения линии нельзя допускать людей и животных на близкое расстояние к месту падения провода). Наиболее опасны напряжения шага при ударе молнии.

Оказавшись в зоне шагового напряжения, выходить из нее следует небольшими шагами в сторону, противоположную месту предполагаемого замыкания на землю, и в частности лежащего на земле провода.

По степени опасности поражения человека током все помещения делят на три класса: без повышенной опасности, помещения с повышенной опасностью, особо опасные помещения.

Помещения без повышенной опасности характеризуются нормальной температурой и влажностью, отсутствием токопроводящей пыли, наличием нетокопроводящих полов. В таких помещениях можно пользоваться электрифицированным инструментом напряжением до 220 В. К помещениям без повышенной опасности относятся рабочие комнаты административно-управленческого персонала, вычислительные центры, приборные, диспетчерские, инструментальные и другие цеха.

Помещения с повышенной опасностью имеют либо повышенную относительную влажность воздуха, длительно превышающую 75 %, либо температуру воздуха, постоянно или периодически превышающую 35 °С, технологическую токопроводящую пыль, оседающую на проводах и внутри электрических машин и аппаратов, токопроводящие полы (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные). Такие условия встречаются в производственных помещениях транспортных предприятий, зонах технического обслуживания и ремонта, сварочных, термических и других отделениях.

Особо опасные помещения характеризуются наличием одного из следующих признаков: особой сырости (потолок, стены, пол и предметы в помещении покрыты влагой, относительная влажность воздуха близка к 100 % ), химически активной среды (постоянно или длительно содержатся агрессивные пары, газы, жидкость, образуются отложения или плесень, действующие разрушающе на изоляцию и токоведущие части электрооборудования), одновременного наличия двух иди более условии повышенной опасности.

Открытые или наружные электроустановки, эксплуатирующиеся на открытом воздухе или под навесами, приравниваются к электроустановкам в особо опасных помещениях.