Теоретичні відомості. До небезпечних виробничих факторів відносять підвищене значення напруги в електричному ланцюзі, замикання якої може пройти через тіло людини

До небезпечних виробничих факторів відносять підвищене значення напруги в електричному ланцюзі, замикання якої може пройти через тіло людини. Електричний струм, який проходить через тіло людини, може призвести до пошкодження організму людини, спричинюючи термічну, електролітичну та біологічну дію.

Термічна дія виражається у опіках окремих ділянок тіла, нагріві кровоносних судин, нервів та інших тканин. Електролітична дія виражається у розкладі крові та інших органічних рідин, що викликає значні порушення у їх фізико-хімічному складі. Біологічна дія виражається у подразненні та збудженні живих тканин організму (що супроводжується мимовільними судорожними скороченнями м’язів), а також в порушенні внутрішніх біоелектричних процесів, які протікають у нормально діючому організмі і тісним чином пов’язані з його життєвими функціями. Як результат можуть виникнути різні порушення в організмі, в тому числі порушення і навіть повне припинення діяльності органів дихання та кровообігу. Подразнююча дія струму на тканини організму може бути прямою, коли струм проходить безпосередньо по цим тканинам, та рефлекторною, тобто через центральну нервову систему, коли шлях струму лежить поза цими тканинами.

Ця різноманітність дії електричного струму нерідко призводить до різних електротравм, які умовно можна звести до двох видів: місцеві електротравми та загальні електротравми (електричний удар).

Місцеві електротравми – це чітко виражені місцеві пошкодження тканин організму, які викликані дією електричного струму або електричної дуги. Розрізняють наступні місцеві електротравми: електричні опіки, електричні знаки, металізацію шкіри, механічні пошкодження та електроофтальмію.

Електричні опіки можуть бути викликані протіканням струму через тіло людини, а також дією електричної дуги на тіло. У першому випадку опік виникає як наслідок перетворення енергії електричного струму у теплову і є порівняно легким (почервоніння шкіри, утворення пухирів). Опіки, що викликані електричною дугою, мають, як правило тяжкий характер (омертвіння ураженої ділянки шкіри, обвуглювання та згорання тканин).

Електричні знаки – це чітко окреслені плями сірого або блідо-жовтого кольору діаметром 1-5мм на поверхні шкіри людини, яка піддалась дії струму. Електричні знаки не є болісними, і лікування їх закінчується, як правило, успішно.

Металізація шкіри – це проникнення у верхні шари шкіри найдрібніших частинок металу, який розплавився під дією електричної дуги. Зазвичай через певний час хвора шкіра сходить, а уражена ділянка набуває нормального виду та зникають болісні відчуття.

Механічні пошкодження є наслідком різких мимовільних судорожних скорочень м’язів під дією струму, який проходить через тіло людини. Як результат можуть відбутися розриви шкіри, кровоносних судин та нервової тканини, вивихи суглобів і навіть переломи кісток.

Електроофтальмія – запалення зовнішніх оболонок очей, які виникають як результат дії потужного потоку ультрафіолетових променів електричної дуги. Зазвичай хвороба продовжується декілька днів. У випадку ураження рогової оболонки очей лікування вважається більш складним та тривалим.

Електричний удар – це збудження живих тканин організму електричним струмом, що проходить через нього, що супроводжується мимовільними судорожними скороченнями м’язів. Розрізняють наступні чотири ступені ударів: І – судорожні скорочення м’язів без втрати свідомості; ІІ – судорожні скорочення м’язів із втратою свідомості; ІІІ – втрата свідомості та порушення серцевої діяльності або дихання (або і того і іншого разом); ІV – клінічна смерть, тобто відсутнє дихання та кровообіг.

Наслідок дії струму залежить від ряду факторів, у тому числі від величини та тривалості протікання через тіло людини струму, роду і частоти струму і індивідуальних властивостей людини. Електричний опір тіла людини і прикладена до нього напруга також впливають на наслідок ураження, оскільки вони визначають значення струму, яке проходить через тіло людини.

Електричний опір тіла людини складається з опору шкіри та опору внутрішніх тканин. Шкіра, а саме її верхній шар, який називається епідермісом, має товщину до 0,2мм і складається в основному з мертвих ороговілих клітин, характеризується великим опором, який і визначає загальний опір тіла людини. Опір нижній шарів шкіри і внутрішніх тканин людини є незначним. При сухій чистій і неушкодженій шкірі опір тіла людини коливається в межах 2000-2000000 Ом. При зволоженні і забрудненні шкіри, а також при пошкодженні шкіри (під контактами) опір тіла стає меншим – біля 500Ом, тобто доходить до значення яке дорівнює опору внутрішніх тканин тіла. При розрахунках опір тіла людини приймають зазвичай рівним 1000 Ом.

Значення струму, який протікає через тіло людини, є головним фактором, від якого залежить наслідок ураження: чим більшим є струм, тим небезпечніше його дія. Людина починає відчувати струм, який через неї протікає промислової частоти відносно малого значення: 0,6-1,5мА. Цей струм називається пороговим відчутним струмом.

Струм 10-15мА (при 50Гц) викликає сильні і дуже болісні судоми м’язів рук, які людина подолати не в змозі, тобто вона не може розжати руку, якою доторкається до струмоведучої частини, не може відкинути дріт від себе і опиняється нібито прикованою до струмоведучої частини. Такий струм має назву порогового невідпускаючого.

При 100 мА струм спричиняє безпосередню дію також і на м’яз серця; при тривалості протікання більше 0,5 с такий струм може викликати зупинку або фібриляцію серця, тобто швидкі хаотичні і різночасні скорочення волокон серцевого м’язу (фібрил), при яких серце перестає працювати як насос. Як результат в організмі припиняється кровообіг і настає смерть. Цей струм називають фібриляційним.

Тривалість протікання струму через тіло людини впливає на наслідок ураження через те, що із часом струм різко збільшується за рахунок зменшення опору тіла і накопичуються негативні наслідки дії струму на організм.

Рід і частота струму в значній мірі визначають наслідок ураження. Найбільш небезпечним є змінний струм із частотою 20-100 Гц. При частоті менше 20 або більше100Гц небезпека ураження струмом помітно знижується. Струм частотою вище 500кГц не чинить подразнюючої дії на тканини і тому не викликає електричного удару. Однак він може викликати термічні опіки.

При постійному струмі порогів відчутний струм підвищується до 6-7мА, пороговий невідпускаючий струм – до 50-70 мА, а фібриляцій ний при тривалій дії більше 0,5с – до 300 мА.

На наслідок ураження електричним струмом впливає величина прикладеної напруги – від неї залежить пробій шкіри людини. Пробій шкіри можливий при напрузі більше 50В, а при напрузі більше 200В пробій є неминучим.

Гранично допустима напруга визначається наступним чином:

U_гр.доп ≤ 50/t В -при t ≤ 1 с;

U_гр.доп ≤ 36 В -при t>1 с.

Важливе значення має шлях струму в тілі людини – найбільш небезпечним є проходження струму через дихальні м’язи і серце. Розрізняють 15 таких характерних шляхів: рука - рука, ліва рука - ноги, права рука - ноги, нога - нога та інш.

Індивідуальні властивості людини — стан здоров’я, підготовленість до роботи з електричним обладнанням та інші фактори — також має значення для наслідку ураження. Обтяжують ураження захворювання серцево-судинної системи, центральної нервової системи, туберкульоз та інш. Наявність алкогольного сп’яніння також негативно впливає на наслідок ураження у зв’язку із зниженням уваги та реакції людини. Тому обслуговування електричного обладнання доручається особам, які пройшли медичний огляд і спеціальне навчання.

Вірогідність ураження електричним струмом залежить і від факторів зовнішнього середовища: кліматичних умов у приміщенні (температура, вологість, атмосферний тиск, вміст кисню та вуглекислого газу), а також наявність струмопровідного пилу, металевих конструкцій, які з’єднані з землею, струмопровідної підлоги та інших факторів.

Якщо людина торкається одночасно двох точок, між якими існує напруга, і при цьому утворюється замкнутий ланцюг, через тіло людини проходить струм. Значення цього струму залежить від схеми дотику і від параметрів електричної мережі. В залежності від режиму нейтралі генератору електричного струму (трансформатора) всі електричні мережі поділяють на мережі із ізольованою та глухо заземленою нейтраллю.

Для оцінки небезпеки ураження в мережах 3-фазного струму необхідно визначити шлях струму через людину (схему замикання), величину струму, який протікає через людину, та порівняти її з допустимою величиною.

При однофазному дотику до мережі з ізольованою нейтраллю при справній ізоляції величина струму, який протікає через людину, I_л залежить від величини фазної напруги U, опору ізоляції аз R _із та опору тіла людини R _л:

I_л = U / (R_л + R_із /3). (1)

Якщо опір ізоляції є великим (більше 500 кОм), то такий дотик буде безпечним. При низькій якості ізоляції мережа стає небезпечною, оскільки в цьому випадку величина струму, який протікає через людину, обмежується тільки опором тіла людини.

Однофазний дотик до мережі із заземленою нейтраллю є небезпечним при будь-якому опорі ізоляції, оскільки величина струму, який протікає через людину, в цьому випадку обмежується тільки опором тіла людини:

I_л = U / R_л . (2)

При двохфазному дотику тяжкість ураження не залежить від режиму нейтралі та якості ізоляції, оскільки величина струму, який протікає через людину також обмежується тільки опором тіла, але цей випадок є більш небезпечним, оскільки напруга, прикладена до людини, виявляється в рази більшою, ніж при однофазному дотику:

. (3)

У випадку пробою фази на корпус обладнання, яке в нормальних умовах не має бути під напругою, людина, яка працює із цим обладнанням, виявляється в режимі однофазного дотику.

Таким чином, найбільш безпечною є мережа з ізольованою нейтраллю при високій якості ізоляції. Однак при збільшенні довжини мереж збільшується паразитна ємкість дротів відносно землі, що призводить до збільшення небезпеки ураження людини ємкісною струму. Тому мережі з ізольованою нейтраллю застосовують тільки в тих випадках, коли довжина мереж невелика та є можливість постійного контролю якості ізоляції. В інших випадках при напрузі мережі до 1000 В застосовують, як правило, мережі з глухозаземленою нейтраллю. Перевагою цих мереж є збереження умов безпеки при погіршенні стану ізоляції і в аварійному режимі (пробої фази на корпус). При напрузі вище 1000 В за технологічними вимогами мережі з напругою до 35 кВ включно мають ізольовану нейтраль, а вище – глухозаземлену.

Напруга дотику та кроку. При пробої ізоляції та стіканні електричного струму в землю виникає так зване поле розтікання струму. Теоретично воно простягається о безкінечності. Насправді ж вже на відстані 20 м від місця замикання шар землі, через який проходить струм, є настільки великим, що густина струму тут практично дорівнює нулю. Отже, і потенціал землі на відстані більше 20 м від місця замикання теж практично дорівнює нулю.

Зміна потенціалу на поверхні землі залежить від виду заземлювачу, ґрунту та відстані до місця замикання.

При півшаровому заземлювачі, що розташований на поверхні землі, зміна потенціалу в залежності від відстані від нього (Х, м) описується рівнянням

, (4)

де I ₃ - струм замикання, А;

- питомий електричний опір ґрунту, Ом м.

Потенціал самого заземлювача у відповідності з формулою (27) буде дорівнювати:

, (5)

Оскільки, опір проводів, які з’єднують корпус обладнання з повторним заземленням R _п, є незначним, вважають, що потенціал заземлювача дорівнює потенціалу корпусу відносно землі, а отже, напруга корпусу та заземлювача відносно землі рівні між собою, тобто U _к.з =U _з.з.

З урахуванням наведеного вище рівняння (28) можна записати у вигляді

. (6)

При дотику до корпусу обладнання, яке знаходиться під напругою, руки людини будуть під потенціалом корпусу , а ноги - під потенціалом основи , на якій вона стоїть.

Різниця потенціалів між точками, яких одночасно торкається людина, називається напругою дотику U _дот:

. (7)

Замінивши у виразі (30) його значення з формули (29) та його значення з формули (27), одержуємо:

. (8)

У виразі (31) перший множник згідно до формули (29) являє собою напругу корпусу U _к.з або заземлювача U _з.з відносно землі, другий множник позначимо .

Підставляючи ці значення у вираз (31), одержуємо напругу дотику у полі розтікання заземлювача будь-якої конфігурації:

. (9)

Напруга дотику з урахуванням падіння напруги у додаткових опорах підлоги R _під та взуття R _об визначається за формулою

, (10)

де - коефіцієнт, що враховує падіння напруги в опорах основи (підлоги) та взуття,

. (11)

Аналіз рівнянь (31)...(34) показує, що при знаходженні людини на відстані Х=Х₃ від заземлювача напруга дотику дорівнює нулю (). При Х 20 м стає рівною 1, а напруга дотику – рівною максимальному значенню, тобто напрузі корпусу (заземлювача) відносно землі (U _дот= U _к.з). Зі збільшенням напруги підлоги (основи) на взуття напруга дотику знижується. При R _під =R _осн= напруга дотику U _дот прагне до нуля.

Людина, яка знаходиться в полі розтікання струму, опиняється під напругою кроку U _ш, якщо його ноги розташовані в точках із різними потенціалами, тобто

. (12)

З урахуванням виразу (27) і при ширині кроку a, м, рівняння (35) прийме вигляд

. (13)

Підставивши з рівняння (29) значення першого множника, яке дорівнює U _з.з або U _к.з (напруга заземлювача або корпусу обладнання відносно землі), і позначивши

,

одержуємо напругу кроку:

, (14)

де - коефіцієнт напруги кроку, який враховує форму потенціальної кривої розтікання струму в землі.

Напруга кроку, як і напруга дотику, залежить від опору основи R _оcн та взуття R _вз. Вплив цих опорів враховується коефіцієнтом

. (15)

В кінцевому рахунку напруга кроку визначається виразом

. (16)

Аналіз рівнянь (36) та (39) показує, що найбільша напруга кроку виникає при Х=0, коли людина однією ногою стоїть на заземлювачі, а інша знаходиться на відстані ширини нормального кроку (0,8 м). При Х> 5...10 м коефіцієнт напруги кроку , отже, і кроку теж прагне до нуля (). Зі збільшенням опору основи R _осн та взуття R _вз коефіцієнтом зменшується, що призводить до зниження напруги кроку.

Поиск по сайту: