Электрический ток

Получив в конце прошлого столетия первые понятия о возможностях электрической энергии, человек всего за полтора-два поколения настолько плотно окружил себя этой энергией.

Энергетики из года в год осваивают огромные мощности, вводят в эксплуатацию сотни миллионов километров линий электропередач. Современная электротехника представляет собой машины-гиганты величиной с трехэтажный дом и батарейки ручных часов размером меньше кнопки, мачты высоковольтных ЛЭП напряжением более 1000 кВ и микроэлементы, работу которых могут зафиксировать только самые чувствительные приборы. Бурное развитие электроэнергетики ставило и ставит до сих пор немало сложных проблем научного и практического характера, в том числе и в вопросах электробезопасности. Так каждый год от поражения электрическим током гибнет до 30 тысяч человек. Источниками этих поражений являются отдельные части электроустановок с отсутствующей или поврежденной изоляцией; посторонние предметы, случайно оказавшиеся в соприкосновении с неисправным источником электротока; токи высокого напряжения, ЛЭП, телефонные линии и др.

Электрический ток по физической сущности – упорядочное движение заряженных частиц под действием электрического поля. За направление электротока принято направление движения положительных зарядов.

Отношение заряда Dq, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени Dt, к этому интервалу времени называется силой тока (I) и измеряется в амперах (А).

Если сила тока и направление со временем не изменяется, электрический ток называют постоянным током. Ток, сила или направление которого (или то и другое вместе) изменяются во времени называют переменным. Основные характеристики тока: сила (I, A), сопротивление (R, Ом), напряжение (U, В) мощность (P, Вт).

Прикоснувшись к проводнику, находящемуся под напряжением, человек, если он плохо изолирован от земли или одновременно касается объекта с другим значением потенциала включает себя в электрическую цепь.

Проходя через организм человека, электроток производит термическое, электролитическое, механическое и биологическое действия. Термическое действие тока проявляется ожогами отдельных участков тела, нагревом до высокой температуры органов, расположенных на пути тока, вызывая в них значительные функциональные расстрой­ства. Электролитическое действие тока выражается в разложении органической жидкости, в том числе крови, в нарушении ее физико-химического состава. Механическое действие тока приводит к расслоению, разрыву тканей организма в результате электродинамического эффекта, а также мгновенного взрывоподобного образования пара из тканевой жидкости и крови. Биологическое действие тока проявляется раздражением и возбуждением живых тканей организма, а также нарушением внутренних биологических процессов.

Исход действия электрического тока на организм человека зависит от величины тока, его напряжения, частоты, продолжительности воздействия, пути тока и общего состояния человека.

Пороговым (ощутимым) является ток силой около 1 мА. При увеличении силы тока человек начинает ощущать неприятные болезненные сокращения мышц, а при токе 12—15 мА уже не в состоянии управ­лять своей мышечной системой и не может само­стоятельно оторваться от источника тока. Такой ток называется неотпускающим. Действие тока свыше 25 мА на мышечные ткани ведет к парали­чу дыхательных мышц и остановке дыхания. При дальнейшем увеличении силы тока может наступить фибрилляция (судорожное сокращение) сердца. Ток силой 100 мА считают смертельным.

Предельно допустимые уровни напряжения прикосновения для сухих, отапливаемых с токонепроводящими по­лами помещений без повышенной опасности не должен превышать - 42 В, для помещений с повышенной опасно­стью (металлические, земляные, кирпичные полы, сырость, возможность касания заземленных эле­ментов конструкций) - 36 В, для особо опасных помещений, имеющих химически активную среду, бытовые электроустановки напряжением до 1000 В и частотой 50 Гц - 12 В.

Для человеческого организма опасны как переменный, так и постоянный ток. Согласно физиологическому закону Дюбуа-Реймона возбужденная ткань реагирует на воздействие электрического тока в моменты его возрастания и убывания, т.е. на изменения тока во времени. Соответственно наиболее опасным при одинаковом напряжении является переменный ток промышленной частоты 50 Гц, который во времени изменяется по величине и направлению и оказывает раздражающее действие на ткани и органы; каждый период тока является как бы самостоятельным раздражающим импульсом. Постоянный ток ощущается в моменты включения и отключения от источника питания цепи, в которую включился человек. Поэтому электролитическое возбуждение ткани он может вызвать только при относительно больших значениях.

Частота переменного тока 50 Гц воспринимается отдельными тканями и органами различно. Скелетные мышцы способны воспроизводить такую же частоту раздражения и отвечать на нее нормальным сокращением. Для мышцы сердца, предел частоты раздражения которой не превосходит 5-6 раз в секунду, раздражение током 50 Гц является чрезмерным и нарушает нормальное функционирование этого органа.

Угроза поражения электрическим током возрастает с увеличением продолжительности его воздействия и уменьшением сопротивления тела человека. Сопротивление организма электрическому току определяется сопротивлением рогового слоя кожи, составляющее при сухой и неповрежденной коже 100 кОм. Если эти условия состояния кожи не выполняются, то сопротивление падает до 1 кОм. Наименьшим сопротивлением обладают нервные волокна и мускулы. Внутреннее сопротивление тела человека не превышает нескольких сот Ом и существенной роли не играет. Нездоровье, утомление, голод, опьянение, эмоциональное возбуждение приводят к снижению сопротивления. Так через 30 с сопротивление тела человека протеканию тока падает примерно на 25%, а через 90 с - на 70%.

Опасность электротравмы зависит от вида электрической петли прохождения тока по телу. Наиболее опасна та петля тока, путь которой лежит через сердце (рис. 2.3).

Электротравмы условно разделяют на общие и местные. К общим относят электрический удар, вызывающий поражение внутренних органов, к местным травмам наружные поражения ткани: ожоги, электрические знаки, металлизацию кожи, механические повреждения, электроофтальмии.

Характерной особенностью электрического удара является поражение нервной системы, мышц грудной клетки и желудочков сердца. Остановка сердечной деятельности вызвана фибрилляцией - хаотическим и неправильным во времени сокращением мышечных волокон желудочков сердца. В состоянии фибрилляции вместо слаженного сокращения начинаются разрозненные подергивания отдельных волокон (рис. 2.4). После небольшого промежутка времени деятельность сердца как насоса в системе кровообращения прекращается, отсутствие циркуляции крови приводит в течение нескольких минут к смерти. Воздействие сильного электрического тока пересекающего дыхательный центр, расположенный в мозге, или проходящий через грудную область, способно вызвать длительную остановку дыхания и привести к смерти от удушья. В зависимости от патологических процессов, возникающих при поражении электрическим током, принята классификация электротравм по степени их тяжести:

I степень - наличие судорожного сокращения мышц без потери сознания;

II степень - судорожное сокращение мышц и потеря сознания;

III степень - потеря сознания и нарушение функций сердечной деятельности или дыхания;

IV степень - клиническая смерть.

Среди видов электрических травм различают:

Токовый ожог — ожог кожи в месте контакта тела с токоведущей частью в электроустановках с напряжением не выше 1-2 кВ. Электрическая дуга, обладающая высокой температу­рой и большой энергией, может вызвать обширные ожоги, обугливание и даже бесследное сгорание больших участков тела.

Электрические знаки — это пятна серого и бледно-желто­го цвета, царапины, ушибы на поверхности кожи человека, под­вергнувшейся действию тока. Форма знака может соответство­вать форме токоведущей части, которой коснулся пострадавший. Лечение электрических знаков в большинстве случаев заверша­ется благополучно, пораженное место восстанавливает чувстви­тельность и эластичность.

Металлизация кожи представляет собой проникновение в верхние слои кожи мельчайших частиц металла, расплавившего­ся под действием электрической дуги или растворенного в элек­тролитах электролизных ванн. В пораженном месте кожа стано­вится шероховатой, жесткой и приобретает соответствующую окраску (например, зеленую — от соприкосновения с медью). Работы, при которых есть вероятность возникновения электрической дуги, следует выполнять в очках, а одежда работающего должна быть застегнута на все пуговицы.

Электроофтальмия — это воспаление наружных оболочек глаз в результате воздействия мощного потока ультрафиолето­вых лучей при электрической дуге.

Механические повреждения могут возникнуть в результате непроизвольных судорожных сокращений мышц под действием электрического тока. Механические повреждения (разрывы кожи, кровеносных сосудов, переломы костей) относят к травмам, требующим продолжительного лечения.

Степень опасности и возможность поражения электрическим током зависят также от условий включения в электросеть. Если человек замыкает своим телом два фазных провода действующей установки, он попадает под полное линейное напряжение сети. Если учесть, что расчетное сопротивление тела человека принимается 1000 Ом, то при двухфазном прикосновении к действующим частям установки, напряжение в которой 100 В, может оказаться уже смертельным, так как ток, проходящий через тело человека, достигает величины 100 мА.

В случае прикосновения человека к одной фазе установки он попадает под напряжение, действующее между данным проводом и землей. При этом степень опасности поражения человека зависит от наличия заземления нейтрали.

При прикосновении к системе с изолированной нейтралью в электрическую цепь, кроме сопротивления самого человека, его обуви и пола, включается сопротивление изоляции проводов других фаз.

При падении на землю оборванного электрического провода, при пробое изоляции на землю в электрической установке, а также в местах расположения заземления, поверхность может оказаться под электрическим напряжением. Образуется зона растекания токов замыкания в радиусе до 20 м от заземлителя. Между двумя точками поверхности земли в этой зоне, отстоящими друг от друга на расстоянии шага (0,8 м), обра­зуется шаговое напряжение.

Шаговое напряжение зависит от силы тока, распределения потенциала на поверхности земли, длины шага, положения че­ловека относительно заземлителя и направления по отношению к месту замыкания. Шаговое напряжение считается безопасным если оно не превышает 40 В. Чем ближе будет находиться чело­век к месту соприкосновения провода с землей, тем под большим шаговым напряжением он окажется (рис. 2.5).

Движение человека по окружности, все точки которой распо­ложены на одинаковом расстоянии от места замыкания, безопас­но, так как разность потенциалов на ногах человека будет равна нулю. Если при движении в радиальном направлении дистанция между стопами превышает 0,6-0,9 м (средняя длина шага человека), то создаваемое шаговое напряжение может оказаться смертельным. В случае попадания под опасное напряжение необходимо выходить из зоны растекания токов замыкания шагами (в пределах 25-30 см) или прыжками на одной ноге.

При гигиеническом нормировании предельно допустимые напряжения прикосновения и токи протекающие через тело человека (рука —рука, рука—нога) при нормальном (неаварийном) режиме работы электроустановок производственного и бытового назначения постоянного и переменного тока частотой 50 и 400 Гц устанавливает ГОСТ 12.1.038-82.

Для обеспечения безопасности электроустановокодним из главных условий является высокий уровень состояния изоляции, предназначенной для предупреждения возможности коротких замыканий проводов и возникновения пожаров, а также уменьшения расхода электроэнергии на утечки тока. Испытание изоляции производится с помощью специального прибора - магомметра не реже одного раза в три года испытателями энергосбыта районной электросети.

Для защиты от поражения электрическим током при работе с электрооборудованием, находящимся под напряжением, необхо­димо использовать общие и индивидуальные электрозащитные средства. К общим средствам защиты относятся: защитныеограждения; заземление, зануление и отключение корпусов элек­трооборудования; применение безопасного напряжения 12-36 В; предупредительные плакаты, вывешиваемые у опасных мест; автоматические воздушные выключатели.

Ограждению подлежат все токоведущие неизолированные части электрических устройств (провода, шины, контакты рубильников и предохранителей и т. п.). Снятие закрытий и ограждений должно быть возможно лишь при помощи ключей и инструментов.

Защитное заземление, зануление и автоматическое отключе­ние предназначены для снижения напряжения или полного от­ключения электроустановок, металлические корпуса которых оказались под напряжением. Заземлению подлёжат каркасы распределительных щитов, инструменты осветительной арматуры, корпуса электрических машин и др. В качестве искусственных заземлителей применяют: специально забиваемые в землю металлические стержни, трубы диаметром 25-50 мм и длиной 2-3 м, металлические полосы размером 40х4мм, горизонтально прокладываемые в земле.

В качестве заземляющих проводников целесообразно исполь­зовать металлические конструкции зданий, металлические тру­бопроводы, имеющие соединение с землей. Широкое использование естественных заземлителей сокращает расходы и продолжительность работ по устройству заземлений.

В четырехпроводных сетях, питаемых трансформатором с глухо заземленной нейтралью, для защиты от опасности поражения электротоком применяют защитное зануление. Этот вид защиты представляет собой соединение металлических частей установки, не находящихся под напряжением, с заземленным в трансформаторном пункте нулевым проводом. В случае по­явления напряжения на корпусе установки происходит короткое замыкание в сети, сгорают предохранители, что приводит к отключению напряжения от электроустановки.

В условиях скалистого грунта или подвижного характера работ, когда электробезопасность не может быть обеспечена путем устройства заземления, средством защиты от электротравматизма при однофазном замыкании на землю служит защитное отключение. Оно осуществляется с помощью аппарата, встроенного в распределительное или пусковое устройство. К общим средствам защиты также относят предупредительные плакаты, которые в зависимости от назначения подразделяются на предостерегающие, запрещающие, напоминающие.

Индивидуальные защитные средства делятся, на основные и дополнительные. Основными защитными изолирующими средствами в установках до 1000 В являются штанги изолирующие, клещи изолирующие и электроизмерительные указатели напряжения, диэлектрические перчатки, слесарно-монтажный инструмент с изолирующими рукоятками. Изоляция перечисленных средств длительно выдерживает рабочее напряжение электроустановки и позволяет прикасаться к токоведущим частям, находящимся под напряжением. Дополнительными называются средства, которые сами по себе не могут при данном напряжении обеспечить защиту от поражения током. Они лишь дополняют основные средства, могут служить для защиты от шагового и напряжения прикосновения. К дополнительным защитным средствам в установках до 1000 В относятся диэлектрические галоши, диэлектрические коврики, изолирующие подставки.

Поиск по сайту: