Небезпека ураження електрострумом та його дія на людину

де I - струм, який проходить крізь людину, мА; R_л - опір людини, Ом.

Від величини напруги залежить можливість пробою шкіри і наступне за тим різке зниження загального опору тіла (при великих значеннях напруги опір тіла людини наближається до своєї найменшої межі 300 Ом).

Пробій епідермісу можливий при напрузі 50 В та більше, а напруга 200 В завжди викликає пробій зовнішнього шару шкіри. Відомі випадки.ураження струмом (навіть зі смертельним наслідком) при напругах 30 і 65 В (холостий хід електрозварювальних апаратів), однак найбільш поширені випадки електротравматизму при напругах 127; 220 і 380 В.

Рід і частота струму, що проходить крізь тіло людини, мають великий вплив на наслідок ураження. За результатами багатьох досліджень, постійний струм напругою до 500 В в 45 разів менш небезпечний для людини, ніж змінний струм промислової частоти тієї ж напруги. Це пояснюється тим, що змінний струм справляє на живі тканини людського організму більш дратуючу дію, ніж постійний.

Найбільш небезпечним є змінний струм промислової частоти 20...100 Гц. При збільшенні або зменшенні його частоти за цими межами, значення невідпускаючого струму зростають, і він стає безпечнішим, і при частоті, яка дорівнює 0 (постійний струм), вони збільшуються приблизно в 3 рази. При частотах понад 500 Гц майже відсутній електричний удар, основний вид ураження - опік.

Електричний опір тіла людини - змінна величина, яка має нелінійну залежність від багатьох факторів, в тому числі від стану шкіри, параметрів електричного кола, фізіологічних факторів та стану навколишнього середовища. Головним опором в колі струму, що проходить крізь тіло людини, є верхній роговий шар шкіри (епідерміс), товщина якого складає 0,05...0,2 мм. При сухій непошкодженій та чистій шкірі опір тіла людини коливається від 3000 до 100 000 Ом, а іноді й більше. При пошкодженому роговому шарі шкіри опір внутрішніх тканин зменшується від 700 до 500 і навіть до 300 Ом.

Електричний опір людини еквівалентний сумарному опору кількох елементів, що включені послідовно: тіло людини r_тл, одягу (при торканні ділянки тіла, що захищена одягом) r_од, взуття r_вз та опорної поверхні ніг r_н, Ом:

R_л = r_тл + r_од + r_вз + r_н

Із рівняння можна зробити висновок: велике значення мають ізоляційні властивості підлоги та взуття для забезпечення безпеки людей від ураження струмом.

Індивідуальні особливості людини відіграють помітну роль у наслідку ураження. Встановлено, що здорові та фізично витривалі люди легше переносять електричний удар, ніж хворі та слабкі. Опір тіла людини зменшується при алкогольному сп'янінні, а також у людей, що страждають хворобами шкіри, легенів, серцево-судинними, нервовими хворобами та ін. Небезпека електротравми також значно підвищується через перевтому, наслідком якої є розсіяність уваги, порушення координації рухів і зниження швидкості реакції. Як доводить статистика, кількість уражень в кінці зміни та понаднормовий час зростає. Таким чином, опір тіла людини є змінною величиною, яка залежить від фізіологічних факторів, стану здоров'я, психічного стану. Тому правила безпеки передбачають відбір за станом здоров'я персоналу для обслуговування діючого електроустаткування. Для цього проводиться медичний огляд.

При проведенні різних розрахунків по забезпеченню електробезпеки умовно приймають нормативний опір тіла людини R_л = 1000 Ом.

Шлях струму у тілі людини помітно впливає на наслідок ураження, небезпека якого особливо велика, якщо він проходить через життєво важливі органи: серце, легені, головний мозок. В тілі людини струм проходить не по найкоротшій відстані між електродами, а рухається, головним чином, уздовж потоку тканинної рідини кров'яних та лімфатичних судин і оболонок нервових стволів, що мають найбільшу електропровідність.

У тілі людини шлях струму називають петлями струму і їх дуже багато. Найчастіше зустрічаються: права рука - ноги, ліва рука - ноги, рука - рука, нога - нога. Небезпеку тієї чи іншої петлі струму можна оцінювати по важкості ураження, а також за значенням струму, що проходить крізь серце при даній петлі.

Тривалість дії струму, як і сила струму - головний фактор, що визначає наслідок електротравми. Збільшення тривалості впливу струму на людину поглиблює важкість ураження через зниження опору тіла за рахунок зволоження шкіри потом і відповідно збільшення струму, що проходить крізь неї, виснаженню захисних сил організму, які протидіють впливу електричного струму. Чим більший час людина буде знаходитися під дією електричного струму, тим можливіший важкий або смертельний наслідок. Швидке відключення невідпускного струму дозволяє попередити порушення дихання та роботи серця. Ще важливіша тривалість протікання крізь людину фібриляційних струмів. Чим менший час протікання, тим вище значення порогового фібриляційного струму.

Стан навколишнього середовища часто буває визначальним при ураженні електричним струмом. У вологих приміщеннях з високою температурою умови для забезпечення електробезпеки несприятливі, тому що при цьому терморегуляція організму людини здійснюється, в основному, за допомогою потовиділення, а це приводить до зменшення опору тіла людини. Струмопровідний пил підвищує можливість випадкового електричного контакту людини з токоведучими частинами і землею. Тому необхідно створювати такі санітарно-гігієнічні умови на робочих місцях, які б забезпечили високий рівень електробезпеки.

Якщо людина торкається одночасно двох точок електричної частини електроустановки, між якими існує напруга, то при цьому утворюється замкнуте електричне коло, через тіло людини проходить струм. Величина цього струму залежить від схеми дотику людини, напруги кола, схеми самого електричного кола, режиму нейтралі електричного кола, опору тіла людини, якості ізолювання струмоведучих частин від землі, ємності струмоведучих частин відносно землі тощо.

Найбільшу небезпеку для людини становить двофазний (двополюсний) дотик до електричного кола, тому що в цьому випадку людина опиняється під лінійною напругою мережі. На рис.1 наведено одночасний дотик людини до двох полюсів електричного кола постійного струму або однофазного кола і дотик до двох фаз трифазного електричного кола.

Рис. 1. Двофазний (двополюсний) дотик до струмоведучих частин:

а) в мережі постійного струму або однофазного кола;

б) у трифазній мережі

При цьому людина опиняється під робочою напругою мережі і струм, що проходить крізь неї, обчислюється, А:

в мережі постійного струму або однофазному електричному колі:

де U_р - робоча напруга мережі, В;

R_л - опір людини; у трифазному електричному колі:

де U_лін - лінійна напруга, В; U_ф - фазна напруга, В.

У другому випадку значення струму, що проходить через тіло людини, залежить від лінійної напруги мережі та опору людини. Статистика електротравм свідчить, що такі випадки трапляються рідко.

Найбільша кількість електротравм пов'язана з однофазним (однополюсним) дотиком людини до струмоведучих частин, при цьому напруга, під якою опиняється людина, не перевищує фазної напруги. Якщо людина, що стоїть на землі, торкається одного з полюсів або однієї з фаз електричного кола в мережі з ізольованою нейтраллю то струм замикається через тіло людини, землю і далі через опір ізоляції і ємності фаз (рис. 2).

Рис. 2. Однофазний дотик до струмоведучих частин в мережі з

ізольованою нейтраллю

На цьому рисунку опір r_а, r_b, r_с, ємності С_а, С_b, С_с - це розподілені в електричному колі параметри, що зумовлені активною, проводимістю ізоляції та ємністю фаз відносно землі. В такій мережі напругою до 1000 В за умови її малої довжини ємнісним опором ізоляції можна знехтувати, і тоді струм, що проходить крізь людину, дорівнює:

де r_із - опір ізоляції фаз мережі відносно землі.

Мережа із заземленою нейтраллю (рис. 3) характеризується тим, що нейтральна точка джерела живлення з'єднана із землею через малий опір R₀:

Рис.3. Однофазний дотик до струмоведучих частин в мережі із

заземленою нейтраллю.

В мережі із заземленою нейтраллю струм проходить через тіло людини в землю і далі через заземлення нейтралі -в мережу. Практично він не залежить від стану ізоляції і визначається за виразом, А:

Оскільки R₀ невелике, його можна не брати до уваги. Тоді

Ми розглянули нормальну роботу мережі. При аварійних режимах (замикання на корпус або замикання на землю) умови змінюються.

Наприклад, якщо одна із фаз замкнена на землю через відносно малий активний опір r_з, величина струму, що проходить через людину при однофазному включенні в мережу із ізольованою нейтраллю (рис.4), буде дорівнювати, А:

Рис. 4. Однофазне включення людини в мережу з ізольованою нейтраллю

R₀

Рис. 5. Однофазне включення людини в мережу з заземленою нейтраллю

де U_лін - напруга, під якою опиняється людина, що підключається до працюючого фазного проводу аварійної трифазної мережі з глухозаземленою нейтраллю (рис. 5). Таким чином, включення людини в аварійну мережу більш небезпечно, ніж в працюючу на нормальному режимі.

В мережах напругою понад 1000 В небезпека однофазного і двофазного дотиків практично однакова. Кожен із цих дотиків дуже небезпечний.

Дія напруги кроку на людину. При замиканні струмоведучих частин безпосередньо на землю чи на корпуси електрообладнання, що мають зв'язок із землею і струмопровідні основи, електричний струм розтікається від місця замикання рівномірно по всіх напрямках напівсфери об'єму землі. По мірі віддалення від місця розтікання густина струму землі зменшується, оскільки збільшується об'єм землі, по якому проходить струм. На відстані від місця замкнення 20 м і більше густина струму стає настільки малою, що практично приймається рівною 0. Такий саме характер має і розподіл потенціалів навкруг місця замикання на землю (рис.6).

Рис. 6. Розподіл потенціалу на поверхні землі в зоні розтікання

струму півсферичного заземлювача

Людина, що стоїть ногами (у взутті, що проводить струм) в зоні розтікання струму на точках з різними потенціалами, знаходиться під впливом різниці потенціалів або, інакше кажучи, під впливом напруги кроку опиняється включеною в електричне коло, внаслідок чого через тіло людини проходить струм напрямком нога - нога.

Крокова напруга - це різниця потенціалів між двома точками в зоні розтікання струму, що знаходяться на відстані кроку, яка дорівнює 0,8 м.

Незважаючи на те, що шлях струму нога-нога відноситься до порівняно небезпечних, існує реальна загроза життю людини. Вона полягає в тому, що людина, яка перебуває підкроковою напругою, падає через судоми ніг і це призводить не тільки до збільшення діючої на неї напруги, але й до появи струму, що проходить по одному із самих небезпечних шляхів: рука-нога. Величина крокової напруги залежить від ширини кроку і відстані до місця замкнення на землю.

При виявленні замикань на землю забороняється наближатися до них на відстань менше 4,0 м в закритих приміщеннях і ближче 8,0 м на відкритій місцевості. Наближення на меншу відстань припускається тільки з метою виконання робіт по усуненню замикання на землю та при необхідності надання допомоги потерпілим. В цих випадках слід користуватися електрозахисними засобами (діелектричними калошами, ботами, рукавицями та ін.).

У разі необхідності виходу із небезпечної зони або входу до неї для надання допомоги слід віддалятися від місця замикання чи наближатися до нього стрибками на одній нозі, або на двох, або мілкими кроками, що не перебільшують довжину ступні. Це зменшує потенціал крокової напруги практично до 0.