Курс лекций по безопасности жизнедеятельности

Биологическое воздействие тока проявляется как раздражение и возбуждение живых тканей организма, что сопровождается непроизвольными судорожными сокращениями мышц, в том числе легких и сердца. В результате могут возникнуть различные нарушения и даже полное прекращение деятельности органов кровообращения и дыхания.

Это многообразие действий электрического тока может привести к двум видам поражения: электрическим травмам и электрическим ударам.

Электрические травмы представляют собой четко выраженные местные  повреждения тканей организма, вызванные воздействием электрического тока или электрической дуги.

Различают следующие  электрические травмы: электрические  ожоги, электрические знаки, металлизация кожи, электроофтальмия и механические повреждения.

Электрический ожог –  самая распространенная  электротравма. Ожоги бывают двух видов: токовый (или контактный) и дуговой.

Металлизация кожи –  это проникновение в верхние  слои кожи мельчайших частичек металла, расплавившегося под действием электрической дуги. Металлизация сопровождается ожогом кожи, вызываемым нагревшимся металлом.

Электроофтальмия –  поражение глаз, вызванное интенсивным  излучением электрической дуги, спектр которой содержит вредные для глаз ультрафиолетовые и ультракрасные лучи.

Механические повреждения  возникают в результате резких непроизвольных судорожных сокращений мышц под действием тока, проходящего через тело человека.

Электрический удар –  это возбуждение живых тканей организма проходящим через него электрическим током, сопровождающееся непроизвольными судорожными сокращениями мышц. Электрические удары условно делятся на следующие четыре степени: I – судорожное сокращение без потери сознания; II –  потеря сознания, но сохранение дыхания и работы сердца; III – потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или дыхания; IV – клиническая смерть, т.е. отсутствие дыхания и кровообращения.

Причинами смерти в результате поражения  электрическим током могут быть: прекращение работы сердца, прекращение  дыхания и электрический шок.

Прекращение работы сердца как следствие воздействия тока на мышцу сердца наиболее опасно. Это воздействие  может быть прямым, когда ток протекает через область сердца, и рефлекторным, когда ток проходит через центральную нервную систему. В обоих случаях может произойти остановка сердца или наступить его фибрилляция (беспорядочное сокращение мышечных волокон сердца -фибрилл), что приводит к прекращению кровообращения.

Электрический шок – своеобразная тяжелая нервно-рефлекторная реакция организма на сильное раздражение электрическим током, сопровождающееся глубокими расстройствами кровообращения, дыхания, обмена веществ и т.п. Шоковое состояние длится от нескольких минут до суток. После этого может наступить полное выздоровление как результат своевременного лечебного вмешательства или гибель организма из-за полного угасания жизненно важных функций.

Характер и последствия воздействия  на человека электрического тока зависят от следующих факторов:

- значения тока, проходящего через  тело человека;

- электрического сопротивления  человека;

- уровня приложенного к человеку напряжения;

- продолжительности воздействия  электрического тока;

- пути тока через тело человека;

- рода и частоты электрического  тока;

- условий внешней среды и  других факторов.

Электрическое сопротивление  тела человека. Тело человека является неоднородным проводником электрического тока. Наибольшее сопротивление электрическому току оказывает кожа.

Сопротивление тела человека при сухой, чистой и неповрежденной коже (измеренное при напряжении 15-20 В) колеблется от 3 до 100 кОм и более, а сопротивление внутренних слоев тела составляет всего 300-500 Ом.

В качестве расчетной  величины при переменном токе промышленной частоты применяют активное сопротивление тела человека, равное 1000 Ом.

В действительных условиях сопротивление тела человека не является постоянной величиной. Оно зависит от ряда факторов, в том числе от состояния кожи, состояния окружающей среды, параметров электрической цепи и др.

С увеличением тока и  времени его прохождения сопротивление  тела человека падает, так как при этом усиливается местный нагрев кожи, что приводит к расширению ее сосудов, к усилению снабжения этого участка кровью и увеличению потовыделения.

С ростом напряжения, приложенного к телу человека, сопротивление кожи уменьшается в десятки раз, это объясняется электрическим пробоем рогового слоя кожи.

С увеличением частоты  тока сопротивление тела будет уменьшаться, и при 10-20 кГц наружный слой кожи практически утрачивает сопротивление электрическому току.

Величина тока и напряжение. Основным фактором, обусловливающим  исход поражения электрическим током, является сила тока, проходящего через тело человека. Напряжение, приложенное к телу человека, также влияет на исход поражения, поскольку оно определяет значение тока, проходящего через человека.

Ощутимый ток –  электрический ток, вызывающий при  прохождении через организм ощутимые раздражения. Ощутимые раздражения вызывают переменный ток силой 0,6- 1,5 мА и постоянный – силой 5-7 мА.

Неотпускающий ток –  электрический ток, вызывающий при  прохождении через человека непреодолимые судорожные сокращения мышц руки, в которой зажат проводник. Пороговый неотпускающий ток составляет 10-15мА переменного тока и 50-60 мА постоянного. Фибрилляционный ток – электрический ток, вызывающий при прохождении через организм фибрилляцию сердца. Пороговый фибрилляционный ток составляет 100 мА переменного тока и 300 мА постоянного при длительности действия 1-2 с по пути рука – рука или рука – ноги. Фибрилляционный ток может достичь 5 А. Ток больше 5 А фибрилляцию сердца не вызывает. При таких токах происходит мгновенная остановка сердца.

Продолжительность воздействия  электрического тока. Продолжительное действие тока приводит к тяжелым, а иногда и смертельным поражениям.

Путь тока через тело человека. Ток может пройти через  жизненно важные органы: сердце, легкие, головной мозг и др. Наиболее часто  встречающиеся петли тока: рука – рука, рука – ноги и нога – нога. Наиболее опасны петли голова – руки и голова – ноги, но эти петли возникают относительно редко.

Род и частота электрического тока. Постоянный ток примерно в 4-5 раз  безопаснее переменного.

Наибольшую опасность  представляет ток с частотой от 50 до 100 Гц; при дальнейшем повышении частоты опасность поражения уменьшается и полностью исчезает при частоте 45-50 кГц. Эти токи сохраняют опасность ожогов.

Индивидуальные свойства человека. Установлено, что физически  здоровые и крепкие люди легче переносят электрические удары.

Условия внешней среды. Сырость, токопроводящая пыль, едкие  пары и газы, разрушающее действующие  на изоляцию электроустановок, а также  высокая температура окружающего воздуха понижают электрическое сопротивление тела человека, что еще больше увеличивает опасность поражения его током.

В зависимости от наличия  перечисленных условий, «Правила устройства электроустановок» делят все  помещения по опасности поражения  людей электрическим током на следующие классы: без повышенной опасности, с повышенной опасностью, особо опасные, а также территории размещения наружных электроустановок.

 Помещения с повышенной  опасностью характеризуются наличием  в них одного из следующих  условий: сырости (относительная  влажность воздуха длительно превышает 75%); высокой температуры (выше +35ºС);  токопроводящей пыли; токопроводящих полов; возможности одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям  с одной стороны, и металлическим корпусам электрооборудования – с другой.

Особо опасные помещения характеризуются наличием одного из следующих условий: особой сырости (относительная влажность воздуха близка к 100%);  химически активной или органической среды;  одновременно  двух и более условий повышенной опасности.

Условия и причины поражения электрическим током

Напряжение между двумя  точками цепи тока, которых одновременно касается человек, называется напряжением прикосновения. Опасность такого прикосновения, оцениваемая значением тока, проходящего через тело человека, или же напряжением прикосновения, зависит от ряда факторов: схемы замыкания цепи тока через тело человека, напряжением сети, схемы самой сети, режима ее нейтрали (т.е. заземлена или изолирована нейтраль), степени изоляции токоведущих частей от земли, а также от значения емкости токоведущих частей относительно земли и т.п.

Наиболее типичны два  случая замыкания цепи тока через  тело человека: когда человек касается одновременно двух проводов и когда он касается лишь одного провода. Применительно к сетям переменного тока первую схему обычно называют двухфазным прикосновением, а вторую – однофазным.

Двухфазное прикосновение  более опасно, поскольку к телу человека прикладывается наибольшее в данной сети напряжение – линейное, и поэтому через человека пойдет больший ток.

Однофазное прикосновение происходит во много раз чаще, чем двухфазное, но оно менее опасно, поскольку напряжение, под которым оказывается человек, не превышает фазного, т.е. меньше линейного в 1,73 раза.

Основные причины поражения  электрическим током:

1) Случайное прикосновение к токоведущим частям, находящимся под напряжением в результате: ошибочных действий при проведении работ; неисправности защитных средств, которыми пострадавший касался токоведущих частей и др.

2) Появление напряжения  на металлических конструктивных частях электрооборудования в результате: повреждения изоляции токоведущих частей; замыкания фазы сети на землю; падения провода (находящегося под напряжением) на конструктивные части электрооборудования и др.

3) Появление напряжения  на отключенных токоведущих частях в результате: ошибочного включения отключенной установки; замыкания между отключенными и находящимися под напряжением токоведущими частями; разряда молнии в электроустановку и др.

4) Возникновения напряжения  шага на участке земли, где находятся человек, в результате: замыкания фазы на землю; выноса потенциала протяженным токопроводящим предметом (трубопроводом, железнодорожными рельсами); неисправностей в устройстве защитного заземления и др.

Напряжением шага называется напряжение между точками земли, обусловленное растеканием тока замыкания на землю при одновременном касании их ногами человека.

Если человек будет  находится в зоне растекания тока, например, при повреждении воздушной линии электропередачи, или нарушении изоляции силового  кабеля, проложенного в земле, или при стекании тока через заземлитель и стоять при этом на поверхности земли, имеющей разные потенциалы в местах, где расположены ступни ног, то на длине шага возникает напряжение U_ш = φ_х ─ φ_х+8, где φ_х и φ_х+8,  - потенциалы расположения точек ног; S = 0,8 м – длина шага.

Электрический ток, протекающий  через тело человека в этом случае, зависит от значения тока замыкания на землю, сопротивления  основания пола и обуви, а также от расположения ступней ног.

Напряжение шага может быть равным нулю, если обе ноги человека находятся на эквипотенциальной линии, т.е. линии электрического поля, обладающей одинаковым потенциалом. Напряжение шага может быть уменьшено до минимума, если свести ступни ног вместе. Наибольший электрический потенциал будет в месте соприкосновения проводника с землей. По мере удаления  от этого места потенциал поверхности грунта уменьшается, и на расстоянии, примерно равном 20 м, он может быть принят равным нулю.

Напряжение шага всегда меньше напряжения прикосновения. Кроме того, протекание тока по нижней петле «нога – нога» менее опасно, чем по пути «рука – нога». Однако в практике немало случаев поражения людей при воздействии напряжения шага. Поражение при напряжении шага усугубляется тем, что из-за судорожных сокращений мышц ног человек может упасть, после чего цепь тока замыкается на теле через жизненно важные органы. Кроме того, рост человека обусловливает большую разность потенциалов, приложенных к его телу.

Способы и  меры электробезопасности

Для обеспечения электробезопасности применяют отдельно или в сочетании один с другим следующие технические способы и средства защиты: недоступность токоведущих частей, находящихся под напряжением; электрическое разделение сети;  малые напряжения;  двойная изоляция; выравнивание потенциалов;  защитное заземление;  зануление;  защитное отключение и др. К техническим способам и средствам также относятся: предупредительная сигнализация, знаки безопасности, средства индивидуальной и коллективной защиты, предохранительные приспособления и др.

Недоступность токоведущих  частей электроустановок для случайного прикосновения может быть обеспечена рядом способов: изоляцией токоведущих частей, ограждением, различными блокировками, размещением токоведущих частей на недоступном расстоянии.

Изоляция является основным способом электробезопасности в  сетях до 1000 В, так как применение изолированных проводов обеспечивает достаточную защиту от напряжения при прикосновении к ним. В то же время использование изолированных проводов при напряжении выше 1000 В не менее опасно, чем применение голых, так как повреждения изоляции обычно остаются незамеченными, если провод подвешен на изоляторах. А при высоких напряжениях опасно даже приближение к токоведущим частям, так как возможен пробой воздуха при малом расстоянии до человека и последующее поражение его током.

Ограждения в виде корпусов, кожухов, оболочек используются в электрических машинах, аппаратах, приборах. Сплошные ограждения являются обязательными для электроустановок, расположенных в местах, где бывает неэлектротехнический персонал (уборщицы и др.).

На испытательных стендах  и других установках с повышенным напряжением, где часто работают люди, применяются блокировки: механические и электрические. Механические блокировки находят применение в электрических аппаратах – рубильниках, пускателях, автоматических выключателях и др., работающих в условиях, в которых предъявляются повышенные требования безопасности (судовые, подземные и тому подобные электроустановки). Электрические блокировки осуществляют разрыв цепи специальными контактами, которые устанавливаются на дверях ограждений, крышках и дверцах кожухов.