Лекции по БЖД

56. Воздействие электрического  тока на человека. Пороговые значения токов.

Действие электрического тока на живую  ткань носит своеобразный и разносторонний характер. Проходя через организм человека, электрический ток производит термическое, электрическое механическое и биологическое действия. Термическое действие тока проявляется в ожогах отдельных участков тела, нагреве до высокой температуры кровеносных сосудов, нервов, сердца, мозга и других органов, находящихся на пути тока, что вызывает в них серьезные функциональные расстройства. Электролитическое действие тока выражается в разложение органической жидкости, в том числе и крови, что сопровождается значительными нарушениями их физико-химического состава. Механическое (динамическое) действие тока выражается в расслоении, разрыве и других подобных повреждений различных тканей организма (мышечной ткани, стенок кровеносных сосудов, сосудов легочной ткани и др.) в результате электродинамического эффекта, а также мгновенного взрывоподобного образования пара от перегретой током тканевой жидкости и крови. Биологическое действие тока проявляется в раздражении и возбуждении живых тканей организма, а также в нарушении внутренних биоэлектрических процессов, протекающих в нормально действующем организме. Перечисленные действия электрического тока на организм человека нередко приводят к различным электротравмам, которые условно разделяются на местные и общие. К местным электротравмам относятся: электрические ожоги и знаки (метки), металлизация кожи, механические повреждения, электроофтальмия (воспаление наружных оболочек глаз). К общим электротравмам относится электрический удар, при котором поражается (или создается угроза поражения) весь организм из-за нарушения нормальной деятельности жизненно важных органов. Общие электротравмы или электрические удары по тяжести делятся на четыре степени. I степень характеризуется судорожным сокращением мышц без потери сознания; II степень - сокращение мышц с потерей сознания, но сохранившимся дыханием и работой сердца; III - потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или дыхания (или того и другого сразу); IV - клиническая (“мнимая”) смерть, т. е. отсутствие дыхания и кровообращения. Длительность клинической смерти составляет обычно 4–5 мин, иногда 7– 8 мин. Электрический ток, вызывающий соответствующую ответную реакцию, подразделяется на ощутимый, не отпускающий и фибрилляционный. Ощутимым называется ток, вызывающий при прохождении через организм ощутимые раздражения, а пороговым ощутимым током – его наименьшее значение. Не отпускающим называется ток, вызывающий при прохождении через человека непреодолимые судорожные сокращения мышц руки, в которой зажат проводник, а пороговым не отпускающим -наименьшее значение не отпускающего тока. Фибрилляционным называется ток, вызывающий при прохождения через организм фибрилляцию сердца, а пороговым фибрилляционным – наименьшее значение фибрилляционного тока. Фибрилляция сердца–это хаотические разновременные сокращения волокон сердечной мышцы (фибрилл), при которых сердце не в состоянии гнать кровь по сосудам. Поражающее действие электрического тока зависит от следующих факторов: значения и длительности протекания тока через тело человека, рода и частоты тока, индивидуальных свойств человека. При расчетах сопротивление тела человека принимается равным 1000 Ом. ТАБЛИЦА I, мА; Переменный (50 Гц); Постоянный - 0,5-1,5; Ощутимый. Легкое дрожание пальцев.; Ощущений нет. - 5-7; Судороги в руках.; Ощутимый ток. Легкое дрожание пальцев. - 8-10; Не отпускающий ток. Руки с трудом отрываются от пов-ти, при этом сильная боль.; Усиление нагрева рук. - 20-25; Паралич мышечной системы (невозможно оторвать руки).; Незначительное сокращение мыщц рук. - 50-80; Паралич дыхания.; При 50мА не отпускающий ток. - 90-100; Паралич сердца.; Паралич дыхания. - 100; Фибриляция ; 300 мА фибриляция.

57. Аварийные режимы электроустановок. Напряжение прикосновения, шаговое напряжение.

Уровни напряжений прикосновения  и сила тока при аварийном режиме эл. установок по ГОСТ 12.1.038-82 ПДУ, при t, с 0,01 – 0,08 (свыше 1). Переменный f = 50 Гц; U_Д = 650 В (36В) I_Д =

(6 мА); Переменный f = 400 Гц; U_Д = 650 В (36В); I_Д = (6 мА); Постоянный U_Д = 650 В (40 В) I_Д = 15 мА

Напряжение  прикосновения – это разность потенциалов точек эл. цепи, которых  человек касается одновременно, обычно в точках расположения рук и ног. Напряжение шага – это разность потенциалов j1 и j2 в поле растекания тока по поверхности земли между точками, расположенными на расстоянии шага (» 0,8 м). Электрическое замыкание на землю - это случайное электрическое соединение токоведущей части непосредственно с землей и нетоковедущими проводящими конструкциями, или предметами, не изолированными от земли. В случае замыкания на землю или на корпус заземленного оборудования происходит растекание тока в земле. Зоной растекания тока считается зона земли, за пределами которой электрический потенциал, обусловленный токами замыкания на землю, может быть условно принят равным нулю. Рассмотрим распределение потенциала в зоне растекания тока. При стекании тока через одиночный заземлитель полусферической формы в однородный и изотропный грунт плотность тока на расстоянии х в точке А: ? = Iз / 2?х² , где Iз - ток замыкания на землю, А; х - расстояние от центра-полусферы, м. Падение напряжения в элементарном слое dx dU=Edx,где Е = δρ - напряженность электрического поля, В/м; ρ - удельное сопротивление грунта, Ом*м. Потенциал точки А на поверхности грунта (или напряжение этой точки относительно бесконечно удаленной точки с нулевым потенциалом) определяется т. е. потенциал точки по мере удаления ее от земли уменьшается по гиперболическому закону. Схема растекания тока в земле через полусферический заземлитель и распределение потенциала на поверхности земли

Максимальный  потенциал будет на поверхности заземлителя (напряжение на заземлителе): где хз - радиус заземлителя, м; Rз = ? / 2πυз - сопротивление растеканию (сопротивление заземлителя), Ом. На расстоянии 1 м от заземлителя потенциал составляет примерно 68% от максимального значения, на расстоянии 10 м - 92%. Точки, потенциалы которых весьма малы и могут быть приняты равными нулю, считаются годящимися вне зоны растекания тока и называются “землей” в электротехническом смысле слова. В зоне растекания тока человек может оказаться под разностью потенциалов, например, на расстоянии шага. Напряжение между двумя точками цепи тока, находящихся одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек, называется напряжением шага: . Значение напряжения шага зависит от ширины шага и удаленности человека от места замыкания на землю. По мере удаления от места замыкания напряжение шага уменьшается. где - коэффициент напряжения шага - учитываем форму потенциальной кривой. Напряжения шага и прикосновения

С учетом сопротивлений обуви Rоб и растеканию тока с ног человека Rн полное сопротивление человека Rпч = Rч + Rоб + Rн = Rч / ?₂, где β₂ = Rч / Rпч - коэффициент, учитывающий падение напряжения в дополнительных, сопротивлениях цепи человека. Тогда напряжение шага будет Uш= Uз ?₁ Rч / Rпч = Uз ?₁ β₂. Ток через человека в зоне растекания Iч = Iз Rз ?₁ β₂ / Rч. При замыкании на землю через корпус заземленного оборудования, корпус также окажется под потенциалом (напряжением) заземлителя. В случае прикосновения к корпусу человек оказывается под напряжением прикосновения, представляющего собой напряжение (разность потенциалов) между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек. Разность потенциалов между корпусом электроустановки и точкой А, на которой стоит человек будет где - коэффициент напряжения прикосновения - учитывает форму потенциальной кривой. По мере удаления человека от заземлителя напряжение прикосновения возрастает. С учетом сопротивлений обуви и растекания тока с ног напряжение прикосновения . Ток через человека

Нормирование  напряжения прикосновения и токов

Согласно ГОСТ 12.1.038–82 установлены предельно допустимые уровни напряжений прикосновения U и токов I. Приведены уровни при пути прохождения тока от одной руки к другой от руки к ногам при нормальном режиме электроустановок. ТАБЛИЦА Род и частота тока; U, B, Не более; I, mA; t, мин – Переменный (50 Гц); 2,0; 0,3; 10 в сутки – Переменный (400 Гц); 3,0; 0,4; – Постоянный; 8,0; 1,0.

Напряжения прикосновения и  токи, а также продолжительности  воздействия t установлены исходя из реакции ощущения. Значения напряжений и токов для лиц, выполняющих работу в условиях высоких температур (выше 25°С) и относительной влажности воздуха (выше 75%) нормируются в три раза меньше При аварийном режиме производственных электроустановок с частотой 50 Гц, напряжением выше 1000 В, с глухим заземлением нейтрали нормирование производится в таблице: Продолжительность воздействия, t мин; 0,1; 0,2; 0,5; 0,7; 1,0; 1-5 – ПДУ напряжения прикосновения U, B; 500; 400; 200; 130; 100; 65.

58. Факторы, влияющие на исход  поражения человека электрическим  током.

Степень опасного и вредного воздействия  на человека электрического тока и  электрической дуги зависит: от рода и величины напряжения и тока; частоты электрического тока; пути тока черед тело человека; продолжительности воздействия электрического тока; условий внешней среды. Большинство из перечисленных факторов влияют в свою очередь на электрическое сопротивление тела человека. Сопротивление человека резко уменьшается при увлажнении и загрязнении кожи или ее повреждении. Оно зависит также от места приложения электродов к телу человека. Влияние места приложения электродов обусловлено различной толщиной рогового слоя на различных участках. С повышением напряжения, приложенного к телу человека, возможен пробой рогового слоя кожи (при напряжении 50 В и выше), что приводит к уменьшению сопротивления человека. С увеличением тока, проходящего через тело человека, усиливается местный нагрев кожи, что в свою очередь повышает потоотделение и уменьшает сопротивление кожи. Сопротивление человека зависит от рода и частоты тока. Разница сопротивлений особенно велика при малых напряжениях (до 5...10 В). С увеличением напряжения эта разница уменьшается и, начиная с 40.. .50 В, сопротивление постоянному и переменному (50 Гц) току становится практически одинаковым. Степень опасности зависит также от пути прохождения тока через тело человека. Наиболее опасный путь - это путь через жизненно важные органы: сердце, легкие, спинной мозг и т. д. При увеличении продолжительности воздействия электрического тока сопротивление уменьшается вследствие усиления кровоснабжения участков кожи под электродами, потовыделения и т. д. На степень опасности поражения влияют индивидуальные свойства человека. Повышенной восприимчивостью к воздействию электрического тока обладают лица, страдающие рядом заболеваний, в первую очередь болезнями кожи, сердечно-сосудистой и нервной системы, легких и др. Условия внешней среды также влияют на сопротивление человека, а следовательно, на степень поражения электрическим током. Поэтому, согласно ПУЭ, помещения разделяются на: сухие, влажные, сырые, особо сырые, жаркие, пыльные (с токопроводящей и не токопроводящей пылью); с химически активной или органической средой. Во всех помещениях, кроме сухих, сопротивление человека уменьшается. В отношении опасности поражения электрическим током помещения разделяются согласно ПУЭ на три категории. 1. Помещения с повышенной опасностью, характеризующиеся наличием одного из следующих признаков: сырости, когда относительная влажность превышает 75%; высокой температурой воздуха, превышающей +35°С; токопроводящей пыли; токопроводящих полов; возможности одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, механизмам и т. п., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования, с другой. 2. Особо опасные помещения, характеризующиеся наличием одного из трех условий: особой сырости, когда относительная влажность воздуха близка к 100%; химически активной среды, когда содержащие пары или образующие отложения действуют разрушающе на изоляцию и токоведущие части электрооборудования; двух или более признаков одновременно, свойственных помещениям с повышенной опасностью. 3. Помещения без повышенной опасности характеризуются отсутствием признаков повышенной и особой опасности. Тяжесть поражения электрическим током в большой степени зависит от вида прикосновения к токоведущим частям и от режима сети.

59. Двух-, трех- и четырехпроводные  линии электропередачи. Основные  схемы прикосновения человека.

Случаи поражения человека током  возможны лишь при замыкании электрической  цепи через тело человека или, иначе говоря, при прикосновении человека не менее чем к двум точкам цепи, между которыми существует некоторое напряжение. Опасность такого прикосновения, оцениваемая значением тока, проходящего через тело человека, или же напряжением прикосновения, зависит от ряда факторов: схемы включения человека в цепь, напряжения сети, схемы самой сети, режима ее нейтрали, степени изоляции токоведущих частей от  земли, а также от значения емкости токоведущих частей относительно земли и т.п. Рис. Случаи включения человека в цепь тока: а - двухфазное включение; б, в - однофазное включение.

Схемы включения человека в электрическую  цепь могут быть различными. Однако наиболее характерными являются две схемы включения: между двумя проводами и между одним проводом и землей. Разумеется, во втором случае предполагается наличие электрической связи между сетью и землей. Применительно к сетям переменного тока первую схему обычно называют двухфазным включением, а вторую – однофазным. Двухфазное включение, т. е. прикосновение человека одновременно к двум фазам, как правило, более опасно, поскольку к телу человека прикладывается наибольшее в данной сети напряжение–линейное, и поэтому через тело человека пойдет больший ток (А): Ih = 1,73*Uф*Rh = Uл*Rh где Uл– линейное напряжение, т. е. напряжение между фазными проводами сети, равное , В; Uф – фазное напряжение, т. е. напряжение между началом и концом одной обмотки источника тока (трансформатора, генератора) или между фазным и нулевым проводами. Нетрудно представить, что двухфазное включение является одинаково опасным в сети как с изолированной, так и с заземленной нейтралями. При двухфазном включении опасность поражения не уменьшится и в том случае, если человек надежно изолирован от земли, т.е. если он имеет на ногах резиновые галоши или боты либо стоит на изолирующем (деревянном) полу, или на диэлектрическом коврике. Однофазное включение происходит значительно чаще, но является менее опасным, чем двухфазное, поскольку напряжение, под которым оказывается человек, не превышает фазного. Соответственно меньше оказывается ток, проходящий через тело человека.

Кроме того, на значение этого тока влияют также режим нейтрали-источника  тока, сопротивление 

изоляции и емкость проводов относительно земли, сопротивление пола, на котором стоит человек, сопротивление его обуви и другие факторы. Рис. Прикосновение человека к проводу трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью: а – при нормальном режиме; б – при аварийном режиме. В трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью силу тока (А), проходящего через тело человека, при прикосновении к одной из фаз сети в период ее нормальной работы определяют следующим выражением в комплексной форме

(1), где Z–комплекс полного сопротивления одной фазы относительно земли. Ом, Z = r / (1+ jwCr), r и С–соответственно сопротивление изоляции провода (Ом) и емкость провода (Ф) относительно земли (приняты для упрощения одинаковыми для всех проводов сети). Если емкость проводов относительно земли мала, т. е. С ? 0, что обычно имеет место в воздушных сетях небольшой протяженности, то уравнение примет вид (2). Если же емкость велика, а проводимость изоляции незначительна, т. е. r ˜ 8 что обычно имеет место в кабельных сетях, то сила тока (А), проходящего через тело человека будет (3), где хс – емкостное сопротивление, равное 1/wC, Ом; w–угловая частота, рад/с. Из выражения (2) следует, что в сетях с изолированной нейтралью, обладающих незначительной емкостью между проводами и землей, опасность для человека, прикоснувшегося к одной из фаз в период нормальной работы сети, зависит or сопротивления проводов относительно земли: с увеличением сопротивления опасность уменьшается. Поэтому очень важно в таких сетях обеспечивать высокое сопротивление изоляции и контролировать ее состояние для своевременного выявления и устранения возникших неисправностей.

Однако в  сетях с большой емкостью относительно земли роль изоляции проводов в обеспечении  безопасности прикосновения утрачивается, что видно из уравнения (3). При аварийном режиме работы сети, т. е. когда возникло замыкание одной из фаз на землю через малое сопротивление rзм, ,сила тока (А), проходящего через тело человека, прикоснувшеюся к исправной фазе, будет (А) (4), а напряжение прикосновения (5). Если принять, что rзм = 0, или по крайней мере считать, что rзм << Rh (так обычно бывает на практике), то согласно выражению (5) , т. е. человек окажется под действием линейного напряжения. В действительных условиях rзм > 0, поэтому напряжение, под которым окажется человек, прикоснувшийся в аварийный период к исправной фазе трехфазной сети с изолированной нейтралью, будет значительно больше фазного и несколько меньше линейного напряжения сети. Таким образом, этот случай прикосновения во много раз опаснее прикосновения к той же фазе сети при нормальном режиме работы (см. уравнения (2) и (5), имея в виду, что r / 3 >> rзм).

Рис. Прикосновение человека к фазному проводу трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью: а–при нормальном режиме; б–при аварийном режиме В трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью проводимость изоляции и емкостная проводимость проводов относительно земли малы по сравнению с проводимостью заземления нейтрали, поэтому при определении силы тока, проходящего через тело человека, касающегося фазы сети, ими можно пренебречь. При нормальном режиме работы сети сила тока (А), проходящего черед тело человека, будет Ih = Uф / (Rh + r0) (6), где r0–сопротивление заземления нейтрали. Ом. Как правило, r0 <= 10 Ом, сопротивление же тела человека Rh не опускается ниже нескольких сотен Ом-м. Следовательно, без большой ошибки в уравнении (6) можно пренебречь значением r0 и считать, что при прикосновении к одной из фаз трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью человек оказывается практически под фазным напряжением Uф, а ток, проходящий через него, равен частному от деления Uф на Rh.. Отсюда следует, что прикосновение к фазе трехфазной сети с заземленной нейтралью в период нормальной ее работы более опасно, чем прикосновение к фазе нормально работающей сети с изолированной нейтралью [ср. уравнения (2) и (6)], но менее опасно прикосновения к неповрежденной фазе сети с изолированной нейтралью в аварийный период [ср. уравнения (4) и (6)|, так как rзм может в ряде случаев мало отличаться от r0. При аварийном режиме, когда одна из фаз сети замкнута на землю через относительно малое сопротивление rзм, силу тока, проходящего через тело человека, касающегося исправной фазы, определяют по уравнению . Напряжение прикосновения (В) будет (7). Рассмотрим два характерных случая. 1. Если сопротивление замыкания провода на землю rзм считать равным нулю, то уравнение (7) примет вид . Следовательно, в данном случае человек окажется под воздействием линейного напряжения сети.