Действие электрического тока на организм человека

Размещено на http://www.allbest.ru/

Действие электрического тока на организм человека

Цель занятия: Определить последствия при поражении человека электрическим током, что необходимо делать при данной ситуации. Перечислить факторы, влияющие на исход поражения электрическим током. Ознакомить студентов со средствами индивидуальной защиты, используемыми в электроустановках.

1. Виды поражений

Проходя через тело человека, ток оказывает следующие виды воздействия:

1) термическое (ожоги и т.п.);

2) электролитическое (разложение электролитов: крови, тканевых жидкостей);

3) механическое (судорожное сокращение мышц, отдергивание и т.п.);

4) биологическое (спазм, судороги, фибрилляция сердца, т.е. хаотическое, беспорядочное сокращение волокон (фибрилл) сердечной мышцы.

Человек дистанционно не может определить, находится ли установка под напряжением или нет.

Ток, который протекает через тело человека, действует на организм не только в местах контакта и по пути протекания тока, но и на такие системы, как кровеносная, дыхательная и сердечно-сосудистая.

Опасность получения электротравм имеет место не только при прикосновении, но и через напряжение шага и через электрическую дугу.

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.

В большинстве случаев электротравмы излечиваются, но иногда при тяжелых ожогах травмы могут привести к гибели человека.

Различают следующие электрические травмы:

- электрические ожоги;

- электрические знаки;

- металлизация кожи;

- электроофтальмия;

- механические повреждения.

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

Токовый ожог обусловлен прохождением тока через тело человека в результате контакта с токоведущей частью и является следствием преобразования электрической энергии в тепловую.

Различают четыре степени ожогов: I - покраснение кожи; II - образование пузырей; III - омертвение всей толщи кожи; IV - обугливание тканей. Тяжесть поражения организма обуславливается не степенью ожога, а площадью обожженной поверхности тела.

Токовые ожоги возникают при напряжениях не выше 1-2 кВ и являются в большинстве случаев ожогами I и II степени; иногда бывают и тяжелые ожоги.

Дуговой ожог. При более высоких напряжениях между токоведущей частью и телом человека образуется электрическая дуга (температура дуги выше 35000С и у нее весьма большая энергия), которая и причиняет дуговой ожог. Дуговые ожоги, как правило, тяжелые - III или IV степени.

Электрические знаки - четко очерченные пятна серого или бледно-желтого цвета на поверхности кожи человека, подвергшейся действию тока. Знаки бывают также в виде царапин, ран, порезов или ушибов, бородавок, кровоизлияний в кожу и мозолей.

В большинстве случаев электрические знаки безболезненны и лечение их заканчивается благополучно.

Металлизация кожи - это проникновение в верхние слои кожи мельчайших частичек металла, расплавившегося под действием электрической дуги. Это может произойти при коротких замыканиях, отключениях рубильников под нагрузкой и т.п. 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. Кроме того, возможно попадание в глаза брызг расплавленного металла. Защита от электроофтальмии достигается ношением защитных очков, которые не пропускают ультрафиолетовых лучей и обеспечивают защиту глаз от брызг расплавленного металла.

Механические повреждения возникают в результате резких непроизвольных судорожных сокращений мышц под действием тока, проходящего через тело человека. В результате могут произойти разрывы кожи, кровеносных сосудов и нервной ткани, а также вывихи суставов и даже переломы костей. К этому же виду травм следует отнести ушибы, переломы, вызванные падением человека с высоты, ударами о предметы в результате непроизвольных движений или потери сознания при воздействии тока.

Электрический удар - это возбуждение живых тканей организма проходящим через него электрическим током, сопровождающееся непроизвольными судорожными сокращениями мышц. В зависимости от исхода воздействия тока на организм электрические удары условно делятся на следующие четыре степени: I - судорожное сокращение мышц без потери сознания; II - судорожное сокращение мышц, потеря сознания, но сохранение дыхания и работы сердца; III - потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или дыхания (либо того и другого вместе); 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.

поражение электрический ток пороговый

2. Факторы, влияющие на исход поражения электрическим током

1. Род тока (постоянный или переменный) и частота.

2. Величина силы тока и напряжения.

3. Время прохождения тока через организм человека.

4. Путь, или петля прохождения тока. Наиболее опасным является путь прохождения тока через сердечную мышцу и дыхательную систему.

Наиболее часто встречающиеся пути:

- нога-нога - 0,4 % энергии проходит через сердце;

- рука-рука - 3,4 %;

- левая рука-нога - 3,6 %;

- правая рука-нога - 6,7 % (наиболее опасный путь).

5. Место контакта с током (действие тока на организм усиливается при замыкании контактов в акупунктурных точках (зонах).

6. Род и частота тока. Наиболее опасным является переменный ток с частотой 20-100 Гц. При частоте меньше 20 или больше 100 Гц опасность поражения током заметно снижается. Токи частотой более 500 Гц не вызывают электрического удара, однако они могут вызвать термические ожоги. Считается, что в интервале напряжений 450-500 В вне зависимости от рода тока действие одинаково; ниже 450 В - поражение переменным током сильнее, чем постоянным током; выше 500 В - опаснее постоянный ток. Наибольшую опасность представляет переменный ток промышленной частоты (50-60 Гц).

7. Фаза сердечной деятельности. Фибрилляция и остановка сердца могут возникнуть, если время протекания тока через сердце совпадает с так называемой фазой Т на электрокардиограмме человека, когда сердце находится в расслабленном состоянии и наиболее чувствительно к воздействию электрического тока. Фаза Т в общем периоде кардиоцикла (0,75-1 с) занимает 0,2 с. Поэтому все отключающие устройства тока должны проектироваться со временем срабатывания менее 0,2 с.

8. Состояние организма человека (прежде всего, нервной системы).

9. Условия окружающей среды (температура, влажность и др.).

Повышенная температура, влажность повышают опасность поражения электрическим током. Чем ниже атмосферное давление, (а значит, степень насыщенности организма кислородом), тем выше опасность поражения.

3. Пороговые значения токов

Можно выделить 3 основные реакции организма на прохождение тока.

1. Ощущение тока.

2. Судорожное (непреодолимое) сокращение мышц.
3. Фибрилляция сердца.

Минимальные значения токов, вызывающих основные реакции, называются пороговыми значениями токов. В связи с этим различают токи:

1) ощутимый;

2) неотпускающий;

3) фибрилляционный.

Для переменного тока пороговые значения составляют: 0,6-1,5 мА - ощутимый ток; 6-20 мА - неотпускающий ток; 100 мА - фибрилляционный ток.

В электроустановках за «смертельный» порог берется значение фибрилляционного тока.

Для каждого порогового значения тока существует минимальное допустимое время воздействия: 10 мин - для ощутимого тока; 3 с - для неотпускающего тока; 1с - для фибрилляционного тока.

4. Сопротивление тела человека

Экспериментально было установлено, что сопротивление тела человека имеет активно-емкостный характер и слагается из Rк - сопротивление кожи человека, Ск - емкость, образованная за счет диэлектрических свойств кожного покрова и Rвн - электрическое сопротивление внутренних органов. Поверхностный кожный покров, состоящий из наслоения ороговевших клеток, имеет большое сопротивление - в сухом состоянии кожи оно может иметь значения до 500 кОм. Сопротивление внутренних органов человека составляет 400-600 Ом. Емкость кожи составляет 100-150 пФ.

В электрических расчетах за расчетное значение сопротивления тела человека принято Rh, равное 1000 Ом. При этом емкостной составляющей пренебрегают. Не учитывают также нелинейность сопротивления тела человека его зависимость от приложенного напряжения, длительности протекания тока и др.

5. Ситуационный анализ поражения током

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

Типы электрических сетей

Согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) разрешены 4 вида электрических сетей:

1. С изолированной нейтралью

1) напряжением до 1000 В;

2) напряжением свыше 1000 В;

2. С глухозаземленной нейтралью

1) до 1000 В;

2) свыше 1000 В.

На значение тока большое влияние оказывает режим нейтрали сети, сопротивление изоляции проводов относительно земли, сопротивление пола (или основания), на котором стоит человек, и некоторые другие факторы.

Двухфазное прикосновение/



Рис. Схема прохождения тока через тело человека при двухфазном прикосновении: а - общая схема; б - векторная диаграмма напряжений фаз относительно земли

Ток, проходящий через тело человека в этом случае не зависит от режима нейтрали и будет равен

где UЛ - линейное напряжение; Uф - фазное напряжение; Rh - сопротивление тела человека.

Двухфазное прикосновение считается наиболее опасным, поскольку человек оказывается под линейным напряжением, которое в раз больше фазного.

Однофазное прикосновение

А. Однофазное прикосновение в сетях с заземленной нейтралью

Рис. Схема прохождения тока через тело человека при однофазном прикосновении в сети с заземленной нейтралью

Ток, проходящий через тело человека, будет равен

где rн ? 4 Ом - сопротивление заземление нейтрали; rn, rоб, rод - сопротивление пола, обуви, одежды.

Б. Однофазное прикосновение в сетях с изолированной нейтралью

Рис. Схема прохождения тока через тело человека при однофазном прикосновении в сети с изолированной нейтралью

В сетях с изолированной нейтралью условия электробезопасности определяются сопротивлениями изоляции и емкостью относительно земли. Ток, проходящий через тело человека:

Если емкость проводов относительно земли мала, т.е. Сф > 0, что обычно бывает в воздушных сетях небольшой протяженности, то ток через тело человека будет равен



где Rф - сопротивление изоляции фазы.

Если же емкость велика, а проводимость изоляции незначительна, т.е. Rф>?, что обычно бывает в кабельных сетях, то сила тока через тело человека будет равна

где Хс = 1/?C; Ом - емкостное сопротивление; ? - угловая частота, рад/с.

Таким образом, при поддержании параметров сети Rф и Сф на соответствующем нормам уровне можно добиться обеспечения электробезопасных условий эксплуатации сети. Поэтому при эксплуатации электрических сетей, работающих в режиме изолированной нейтрали, особое значение имеет контроль изоляции. По требованию безопасности Rиз ? 0,5 МОм. Приведенные формулы справедливы для работы установок в нормальном режиме (т.е. при сохранении нормативных значений сопротивления изоляции). В аварийных ситуациях человек попадает под действие линейного напряжения (при неисправности изоляции фаз). К аварийным режимам относятся режимы, для которых характерно следующее:

1) происходит случайное электрическое соединение частей электроустановки, находящихся пол напряжением, с землей или заземленными конструкциями;

2) появление напряжения на нетоковедущих частях оборудования. В первом случае возникает явление стекания тока на землю:



Рис. Распределение потенциала по поверхности земли при отекании тока на землю

Потенциал токоведущей части падает до потенциала ?3, где ?3 = J3*r3; J3 - ток замыкания; r3 - сопротивление цепи в точке заземления.

Далее потенциал начинает снижаться. (На расстоянии 20 м ??0).

В связи с этим возникают следующие понятия:

1) Напряжение прикосновения - напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек.

Рис. Схема возникновения напряжения прикосновения

2) Напряжение шага - разность потенциалов между точками цепи тока, находящихся на расстоянии шага а (а = 0,8 м).

где ? - коэффициент шагового напряжения.

Напряжение шага зависит от потенциала замыкания и свойств грунта (удельного сопротивления грунта).

Рис. Схема возникновения шагового напряжения

6. Классификация помещений по опасности поражения электрическим током согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ)

1. Помещения без повышенной опасности. Отсутствуют признаки повышенной опасности по п.2.

2. Помещения с повышенной опасностью поражения электрическим током. Характеризуются наличием одного из следующих признаков:

1) повышенная температура воздуха (длительно превышает + 35°С);

2) повышенная влажность (> 75%);

3) токопроводящая пыль;

4) токопроводящий пол;

5) возможность одновременного прикосновения к нетоковедущим частям электрооборудования с одной стороны, и имеющим соединение с землей металлоконструкциям, с другой стороны.

3. Особо опасные помещения. Для них характерно:

1) наличие особой сырости (влажность близка к 100 %, конденсация паров влаги на поверхности изоляции проводов);

2) наличие химически активной среды (пары кислот, щелочей и т.п.);

3) наличие одновременно двух и более признаков по п.2.

7. Методы и средства обеспечения электробезопасности

Выбор средств защиты зависит от:

1) режима нейтрали электрической сети;

2) применяемого напряжения;

3) условий эксплуатации.

Средства электробезопасности

1) общетехнические;

2) специальные;

3) средства индивидуальной защиты.

8. Общетехнические средства защиты

1. Рабочая изоляция.

2. Двойная изоляция.

3. Недоступность токоведущих частей (используются оградительные средства - кожух, электрический шкаф, использование блочных схем и др.).

4. Блокировки безопасности (механические, электрические).

5. Малое напряжение. Малое напряжение, согласно стандарту - напряжение 42В и менее. Для переносных светильников - 36В, для особо опасных помещений и вне помещений - 12 В.

6. Меры ориентации (использование маркировок отдельных частей электрооборудования, надписи, предупредительные знаки, разноцветная изоляция, световая сигнализация).

9. Специальные средства защиты

Наибольшее распространение среди технических мер защиты человека в сетях до 1000 В получили:

- защитное заземление;

- зануление;

- защитное отключение.

Защитное заземление - это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей электроустановки, которые могут оказаться под напряжением (рис.).

Рис. Принципиальная схема защитного заземления

Защитное действие заземления основано на снижении напряжения прикосновения при попадании напряжения на нетоковедущие части (вследствие замыкания на корпус или других причин), что достигается уменьшением разности потенциалов между корпусом электроустановки и землей как из-за малого сопротивления заземления, так и повышения потенциала примыкающей к оборудованию поверхности земли. Чем меньше сопротивление заземления, тем выше защитный эффект.

Значение сопротивления защитного заземления определяется из условия обеспечения на корпусе электроустановки допустимого напряжения прикосновения.

Защитное заземление применяется в трехфазной трехпроводной сети напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и выше 1000 В с любым режимом нейтрали.

Согласно ГОСТ 12.1.030-81 для трехфазных сетей с заземленной нейтралью источника питания при межфазном напряжении 220, 380, 660 В и однофазных сетей напряжением 127, 220, 380 В сопротивление заземления должно быть не более 8, 4, 2 Ом соответственно; в сетях с изолированной нейтралью до 1000 В R3 не более 4 Ом в сочетании с контролем сопротивления изоляции.

При напряжениях от 1 кВ до 35 кВ включительно R3 = 250/I3, где I3 - ток однофазного замыкания на землю, но не более 10 Ом.

При больших токах замыкания на землю (т.е. I3 более 500А), что характерно для линий 110 кВ и выше, I3 < 0,5 Ом (в четырехпроводных трехфазных сетях с заземленной нейтралью напряжением до 1000 В и качестве защитной меры в стационарных установках применяется зануление (рис.).

Рис. Принципиальная схема зануления электроустановки: Н - нулевой провод; R0 - сопротивление заземления нейтрали. Rn - повторное заземление нулевого провода

Зануление - это преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Защитное действие зануления состоит в следующем. При пробое изоляции на корпус образуется цепь с очень малым сопротивлением: фаза - корпус - нулевой провод - фаза. Следовательно, пробой на корпус при наличии зануления превращается в однофазное короткое замыкание (КЗ).

Возникающий в цепи ток резко возрастает, в результате чего срабатывает максимальная токовая зашита, эффективно отключающая поврежденный участок сети. Для обеспечения надежного отключения необходимо, чтобы ток КЗ превышал номинальный ток защиты: Iкз ? КIном, где Iном - номинальный ток плавкой вставки или ток уставки расцепителя автомата; К - коэффициент кратности, равный 3 для плавких вставок и автоматов с обратнозависимой от тока характеристикой, при отсутствии заводских данных для автоматов с номинальным током до 100 А кратность тока КЗ относительно величины уставки следует принимать равной 1,4; для прочих автоматов - 1,25.

Для схемы зануления необходимо наличие в сети нулевого провода, заземления нейтрали источника и повторного заземления нулевого провода.

Назначение нулевого провода - создание для тока КЗ цепи с малым сопротивлением, чтобы этот ток был достаточным для срабатывания защиты, т.е. быстрого отключения поврежденной установки от сети.

Назначение повторного заземления нулевого провода, которое для воздушных сетей осуществляется через каждые 250 м, состоит в уменьшении потенциала зануленных корпусов при обрыве нулевого провода и замыкания фазы на корпус за местом обрыва. Поскольку повторное заземление значительно уменьшает опасность поражения током, но не устраняет ее полностью, необходима тщательная прокладка нулевого провода, чтобы исключить обрыв. Нельзя ставить в нулевом проводе предохранители, рубильники и другие приборы, нарушающие целостность нулевого провода.

Назначение заземления нейтрали - снижение до минимального значения напряжения относительно земли нулевого провода и всех присоединенных к нему корпусов при случайном замыкании фазы на землю.

В соответствии с ГОСТ 12.1.030-81 защитное заземление или зануление электроустановок следует выполнять:

- при номинальном напряжении 380 В и выше переменного тока, а также 440 В и выше постоянного тока - во всех случаях;

- при номинальном напряжении от 42 до 380 В переменного тока и от 110 до 440 В постоянного тока - при работах в условиях с повышенной опасностью и особо опасных;

- при всех напряжениях во взрывоопасных помещениях.

Заземляющие устройства бывают естественными (используются конструкции зданий) - в этом случае нельзя использовать те элементы, которые при попадании искры приводят к аварии (взрывоопасные).

Искусственные - специальные заземлители.

Защитное отключение - это быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении опасности поражения током. Такая опасность может возникнуть, в частности: при замыкании фазы на корпус электрооборудования; при снижении сопротивления изоляции фаз относительно земли ниже определенного предела; при появлении в сети более высокого напряжения; при прикосновении человека к токоведущей части, находящейся под напряжением.

Любой из этих параметров, а точнее - изменение его до определенного предела, при котором возникает опасность поражения человека током, может служить импульсом, вызывающим срабатывание защитно-отключающего устройства, т.е. автоматическое отключение опасного участка цепи.

Защитное отключение может применяться в качестве единственной меры защиты в передвижных электроустановках напряжением до 1000 В либо в сочетании с защитным заземлением или занулением.

Разделение электрической сети. Согласно ГОСТ 12.1.009-76 это разделение электрической сети на отдельные электрически не связанные между собой участки с помощью разделительного трансформатора.

В сетях с изолированной нейтралью ток через человека Ih при однофазном прикосновении зависит от сопротивления изоляции Rф и емкости сети Сф относительно земли. Когда значения RФ и СФ таковы, что ток Ih превышает длительно допустимый, целесообразно разделение сети с помощью разделительных трансформаторов с коэффициентом трансформации 1:1 на несколько более коротких сетей, сопротивления изоляции которых будут выше, а емкость относительно земли меньше по сравнению с сетью в целом.

10. Средства защиты, используемые в электроустановках

Средства защиты, используемые в электроустановках, по своему назначению подразделяются на дне категории: основные и дополнительные.

Классификация электрозащитных средств приведена в табл.

Таблица

Классификация средств защиты, используемых в электроустановках

ВидыСредств	Наименование средств защиты при напряжении электроустановки
	До 1000 В	Свыше 1000 В
Основные	Изолирующие штанги, изолирующие и электроизмерительные клещи, указатели напряжения, диэлектрические перчатки, слесарно-монтажный инструмент с изолирующими ручками	Изолирующие штанги, изолирующие и электроизмерительные клещи, указатели напряжения, изолирующие устройства и приспособления для работ на высоковольтных линиях с непосредственным прикосновением электромонтера к токоведущим частям
Дополнительные	Диэлектрические галоши, диэлектрические коврики, переносные заземления, изолирующие подставки и накладки, оградительные устройства, плакаты и знаки безопасности	Диэлектрические перчатки и боты, диэлектрические коврики, изолирующие подставки и накладки, индивидуальные изолирующие комплекты, диэлектрические колпаки, переносные заземления, оградительные устройства, плакаты и знаки безопасности

Основные электрозащитные средства - это средства защиты, изоляция которых длительно выдерживает рабочее напряжение электроустановок, и которые позволяют прикасаться к токоведущим частям, находящимся под напряжением.

Дополнительные электрозащитные средства - это средства защиты, дополняющие основные средства, а также служащие для защиты от напряжения прикосновения и напряжения шага, которые сами по себе не могут при данном напряжении обеспечить защиту от поражения током, а применяются совместно с основными электрозащитными средствами.

Все электрозащитные средства перед эксплуатацией проходят приемосдаточные испытания и периодически (через 6-36 месяцев) подвергаются контрольным осмотрам и эксплуатационным электрическим испытаниям повышенным напряжением.

11. Первая помощь при поражениях электрическим током

Первая помощь при несчастных случаях, вызванных поражением электрическим током, состоит из двух этапов: освобождение пострадавшего от действия тока и оказание ему первой доврачебной медицинской помощи.

Освобождение пострадавшего от действия тока. Первым, действием должно быть быстрое отключение той части установки, к которой прикасается пострадавший. Если быстро отключить установку нельзя, надо отделить пострадавшею от токоведущих частей.

Способы оказания первой помощи. Оказание первой помощи зависит от состояния, в котором находится пораженный электрическим током. Для определения этого состояния необходимо немедленно:

- уложить пострадавшего на спину на твердую поверхность;

- проверить наличие у пострадавшего дыхания, пульса;

- выяснить состояние зрачка - узкий или расширенный (расширенный зрачок указывает на резкое ухудшение кровоснабжения мозга). Но всех случаях поражения электрическим током необходимо вызвать врача независимо от состояния пострадавшего.

При этом следует немедленно начать оказание соответствующей помощи:

- если сознание отсутствует, но сохранились устойчивые пульс и дыхание, нужно ровно и удобно уложить пострадавшего на подстилку, расстегнуть одежду, обеспечить приток свежего воздуха и полный покой; давать пострадавшему нюхать нашатырный спирт и обрызгивать его водой;

- если пострадавший плохо дышит (резко, судорожно), делать искусственное дыхание и наружный массаж сердца;

- если отсутствуют признаки жизни (дыхание, сердцебиение, пульс), также надо делать искусственное дыхание и массаж сердца. Заключение о смерти может сделать только врач. Первую помощь нужно оказывать немедленно и непрерывно, тут же на месте.

Заключение

Поражение электрическим током возможно только при замыкании электрической цепи через тело человека, для чего необходимо прикосновение человека не менее чем к двум точкам цепи, между которыми существует напряжение. Опасность такого прикосновения оценивается прежде всего силой тока, проходящего через человека, или напряжением прикосновения. Но она зависит также и от схемы включения человека в цепь, схемы и напряжения цепи, режима ее нейтрали, степени изоляции токоведущих частей от земли и других факторов.

Вопросы по теме

1. Какие воздействия оказывает ток, проходя через тело человека?

2. Какие различают электрические травмы по сути своей природы?

Используемая литература

1. «Безопасность жизнедеятельности» С.В.Белов;

2. «Охрана труда в машиностроении» Е.Я.Юдин, С.В.Белов, С.К. Баланцев.

Размещено на Allbest.ur

...