ЕЛЕКТРОБЕЗПЕКА
Дія електричного струму на організм людини:
Людина своїми органами відчуття без спеціальних приладів не може визначити електричний струм на відстані на відміну від інших небезпечностей (відкриті люки, обертові частини механізмів та ін.). Тому цю небезпеку вона виявляє тоді, коли торкається струмопровідної частини і струм проходить через її тіло.
Під час проходження через організм людини електричний струм чинить електромагнітну, термічну та біологічну дії, що викликає різні порушення. Серед травм, які спричиняє дія електричного струму на організм людини, можна виділити електричні удари, електрометалізацію шкіри, враження очей, опіки, електричні знаки на тілі, механічні пошкодження тіла.
Електричний удар характеризується дією електричного струму на нервову систему і м'язи людини. Наслідком електричного удару може бути часте биття серця, судоми, параліч органів дихання і серця, що може призвести до смерті.
Найнебезпечнішим для людини є фібриляція серця, або зупинення серця. Фібриляція являє собою неритмічне скорочення і розслаблення волокон (фібрил) серцевих м'язів. При цьому серце не забезпечує рух крові через хаотично часті скорочення. Під час фібриляції порушується кровообіг і доставка кисню тканинам організму, що призводить до загибелі клітин головного мозку. Під час зупинення серця його м'язи розслаблюються і залишаються у такому стані.
Електрометалізація шкіри проявляється у проникненні в шкіру частинок розплавленого металу внаслідок його розбризкування під час горіння електричної дуги або внаслідок електролізу, який виникає в місцях доторкання людини до струмопровідних частин. Місце враження з часом набуває нормального вигляду.
Враження очей (електроофтальмія) виникає внаслідок дії ультрафіолетового випромінювання під час горіння електричної дуги або опіків, що супроводжують короткі замикання електричних кіл.
Електричні опіки спричиняє безпосередньо електрична дуга, а також електричний струм. Під час проходження електричного струму через тканини людського тіла виділяється тепло, яке залежить від прикладеної напруги і струму. При нагріванні тканин до температури 60 — 70 °С білок згортається і виникає опік.
Електричні знаки - це плями сірого або жовто-білого кольору. Вони з'являються на тій частині шкіри людини, яка мала контакт із струмопровідними частинами.
До електричних травм належать також механічні пошкодження, які виникли під час різних мимовільних рухів, непритомності або падіння з висоти при враженні електричним струмом.
Залежно від умов, які підвищують або знижують небезпеку враження людини електричним струмом, наявні такі чинники:
- клас приміщення за ступенем безпеки враження електричним струмом;
- сила враження;
- опір людини;
- струм, який проходить через тіло людини;
- тривалість дії струму на організм людини;
- шлях проходження струму в тілі людини;
- вплив навколишнього середовища.
Вплив напруги мережі на наслідки електротравм. Величина напруги мережі (електроустановки) має вплив на наслідки електротравми, але прямої залежності в цьому немає.
Аналіз небезпечних випадків, спричинених дією електричного струму, показує, що враження напругою інколи навіть нижче 36 В призводить до смертельних наслідків, і трапляється, що людина, вражена напругою в тисячі вольт, залишається живою.
Експериментальні дані показують, що за інтенсивністю діяння напруга змінного струму впливає на організм людини сильніше, ніж постійного струму. Так, напруга постійного струму, яку відчуває людина, в 1,5-1,8 раза вища, ніж напруга змінного струму промислової частоти 50 Гц. Різниці між діянням змінного та постійного струму практично не буде, якщо проходження небезпечного струму для людини визначається долями секунди.
Вражаюча напруга змінного струму визначається не за номінальною напругою мережі, а за амплітудним її значенням.
Опір людини - це величина змінна і залежить від багатьох причин. У колі струму, який проходить через тіло людини, основним опором є верхній роговий шар шкіри. Коли шкіра суха і непошкоджена, її опір складає десятки і навіть сотні кілоом. Опір внутрішніх тканин людського організму дуже малий, не більше 600-1000 Ом. Це означає, якщо шкіра людини волога або поранена, то її опір не буде перевищувати опору внутрішніх органів. За нормативними документами умовно прийнято величину опору людини 1000 Ом.
Опір людини нелінійно зменшується при збільшенні напруги враження (див. таблицю).
При напрузі 200-300 В виникає електричний пробій верхнього шару шкіри і загальний опір людини зменшується до мінімального.
Опір людини змінюється від тривалості дії струму на її організм, щільності, площини та місця контакту.
Опір людини великою мірою залежить від індивідуальних особливостей організму. Це пояснюється фізичним розвитком людини, її масою, станом нервової системи та ін.
Вплив напруги враження на опір людини:
| Напруга, В | Опір, Ом | Струм, А |
| 6 | 6000 | 0,001 |
| 12 | 4000 | 0,003 |
| 18 | 3000 | 0,006 |
| 36 | 2000 | 0,018 |
| 75 | 1150 | 0,065 |
| 80 | 1065 | 0,075 |
| 100 | 1000 | 0,1 |
| 140 | 800 | 0,175 |
| 175 | 700 | 0,25 |
| 200 | 600 | 0,366 |
Особливо зменшується опір людини, коли вона стомлена, хвора, голодна або перебуває у стані алкогольного сп'яніння.
Ступінь небезпеки враження електричним струмом значно знижується, коли людина знає, що через її тіло може пройти електричний струм, і ніби чекає цього. Це називається чинником уваги.
Дія струму на організм людини. Одним з головних чинників, що впливають на ступінь враження людини електричним струмом, є струм, який проходить через тіло людини.
Найбільш характерними є граничні значення струму: відчутний, невідпускаючий, фібриляційний.
Експериментальні дані показують, що одна людина з тисячі відчуває струм частотою 50 Гц величиною 0,63 мА, 500 людей з тисячі, тобто 50%, відчувають струм 1,11 мА і 999 людей з тисячі відчувають струм 1,59 мА.
За відчутний граничний струм прийнято величину 0,6 - 1,5 мА змінного струму частотою 50 Гц і 5-7 мА - постійного. Цей струм викликає безболісні подразнення тіла людини, легке тремтіння рук. Керування м'язами при цьому не втрачається, і людина самостійно може звільнитися від струмопровідних предметів.
Граничний невідпускаючий струм під час проходження через тіло людини викликає нездоланні судорожні скорочення м'язів руки, в якій затиснуто провідник. Людина самостійно не може звільнитися від дії струму, оскільки втрачає керування м'язами. За пороговий невідпускаючий струм прийнято величину 10- 15 мА змінного струму частотою 50 Гц і 50-80 мА - постійного. За пороговий фібриляційний струм прийнято значення 80-100 мА змінного струму частотою 50 Гц і 100-300 мА постійного.
Тривалість дії струму на організм людини. Ступінь враження електричним струмом цілком залежить від тривалості дії його на організм людини.
Серце здорової людини скорочується 60-80 разів за секунду. Тривалість одного серцевого циклу можна вважати таким, що дорівнює одній секунді.
Тривалість дії струму небезпечна і тим, що при цьому опір шкіри значно зменшується, переважно, через потовиділення, що виникає під час нагрівання у місцях контакту. А це означає, що струм враження при тривалій його дії на організм людини зростає, наприклад, з порогового невідпускаючого до фібриляційного.
Отже, чим менша тривалість дії струму на організм людини, тим менший ступінь враження її електричним струмом.
Шлях проходження струму в тілі людини. При враженні людини електричним струмом можливий будь-який шлях замикання електричного кола через її тіло. Доторкання до струмопровідних частин може здійснюватися в двох, трьох і більше місцях. Найнебезпечнішим є замикання струму через серце і органи дихання, а також дотик до струмопровідних частин чутливими до струму місцями.
Під час проходження струму по шляху голова - руки через серце людини проходить 7% загального струму, права рука - ноги - 6,7, голова - ноги - 6,8, ліва рука - ноги - 3,7, рука - рука - 3,3, нога - нога - 0,4%.
Струм у тілі людини проходить по тканинах з меншим питомим опором.
Вплив навколишнього середовища на ступінь враження людини електричним струмом. Основними чинниками повітряного середовища, які впливають на ступінь враження людини електричним струмом, є волога, температура, атмосферний тиск, електричні та магнітні поля.
Аналіз електротравм показує, що при вдиханні людиною повітря підвищеної вологості її електричний опір не тільки знижується, а й зменшується загальна стійкість організму до електричного струму.
Підвищення температури середовища, в якому працюють люди, супроводжується значним потовиділенням, що є причиною значного падіння опору людей. І взагалі перегрівання організму підвищує чутливість людини до електричного струму, що підтверджує підвищений електротравматизм в країнах з жарким кліматом.
Технічні способи і засоби від враження електричним струмом
Для захисту людей від враження електричним струмом нормативними документами передбачено: ізоляцію струмопровідних частин; електричний розподіл мереж; малу напругу; захисне заземлення; занулення; захисне вимкнення; зрівнювання та вирівнювання потенціалів.
Ізоляція струмопровідних частин є однією з головних засобів електробезпеки.
Надійність роботи електроустаткування повною мірою залежить від стану ізоляції його струмопровідних частин. Для ізоляції вибирають діелектричні матеріали потрібної товщини і форми. У конструктивних елементах устаткування практичне використання мають матеріали, які замінюють метал.
Для деталей устаткування, які не перебувають під напругою, широко використовують як засіб ізоляції фарбування. Найкращих результатів досягають при використанні лаків, смол, емалевих фарб. Під час експлуатації електроустаткування стан ізоляції періодично перевіряють.
Надійним засобом захисту електробезпеки є підлога, яку кладуть з ізоляційного матеріалу. Крім того, з метою електробезпеки використовують допоміжні ізолюючі пристрої, прокладаючи їх на підлозі (дерев'яні решітки, гумові килимки).
Добрі ізоляційні властивості мають дерев'яні й асфальтові підлоги. Підлоги з цементу або ксилоліту мають погані ізоляційні якості.
Електропобутову техніку, а також переносний електричний інструмент випускають з подвійною ізоляцією. У цих електроспоживачах, крім основної, є допоміжна ізоляція струмопровідних частин від корпусу.
Електричний розподіл мереж. Електричні мережі з великими розгалуженнями мають малий активний опір ізоляції і значну ємність відносно землі. Тому дотик до струмопровідних частин є небезпечним для життя людини. Для зниження небезпеки враження електричним струмом мережу з великими розгалуженнями розподіляють на невеликі мережі за допомогою роздільних трансформаторів. При цьому збільшується опір ізоляції на ділянці, де використовується такий трансформатор, і тим самим знижується небезпека враження електричним струмом.
Роздільні трансформатори повинні задовольняти спеціальні технічні вимоги щодо надійності роботи. їх виготовляють з екраном між первинною і вторинною обмотками для запобігання попаданню напруги з первинної обмотки на вторинну. Коефіцієнт трансформації у роздільних трансформаторах дорівнює одиниці.
Вторинна напруга роздільних трансформаторів не повинна перевищувати 380 В. Від одного трансформатора дозволяється живлення тільки одного електроприймача з номінальним струмом розчіплювача автомата (або плавкої вставки запобіжника) не більше 15 А. Вторинну обмотку роздільного трансформатора заземлювати заборонено. Корпус трансформатора заземлюють або занулюють залежно від нейтралі мережі.
Роздільні трансформатори використовують в особливо небезпечних приміщеннях, на будівельних майданчиках та ін.
Мала напруга. За діючими нормативними документами з метою електробезпеки використовують знижувальну напругу. Це номінальна напруга між фазами і стосовно до землі не більше 42 В змінного струму і 110 В постійного струму.
Для отримання малої напруги використовують двообмоткові трансформатори. Корпус трансформатора заземлюють або занулюють залежно від режиму нейтралі мережі, від якої живиться первинна обмотка трансформатора. Обов'язково заземлюють один з виводів вторинної обмотки для запобігання переходу напруги первинної обмотки у вторинну при пошкодженні ізоляції.
Захисне заземлення - навмисне електричне з'єднання металевих неструмопровідних частин електроустановки із заземленою з метою забезпечення електробезпеки. Воно призначене для зменшення до безпечного рівня напруги дотикання під час замикання напруги на корпус електроустановки.
Захисне заземлення використовують в мережах з ізольованою нейтраллю. Ефективність його при цьому пояснюється тим, що струм замикання на землю не залежить від опору заземлення, що має місце в мережах із заземленою нейтраллю напругою до 1000 В. У цих мережах заземлення неефективне, тому що при зменшенні опору заземлення струм буде зростати. У мережах із заземленою нейтраллю вище 1000 В заземлення виконують тому, що в цьому разі замикання на землю є коротким (спрацьовує максимальний струмовий захист).
Отже, захисне заземлення використовують в мережах напругою до 1000 В з ізольованою нейтраллю і в мережах напругою вище 1000 В незалежно від нейтралі.
При дотику людини до заземленого корпусу, на якому з'явилася напруга, майже весь струм пройде через заземлювач, опір якого значно менший, ніж опір людини. Струм, який пройде через людину, буде тим менший, чим менший опір заземлення і більший опір людини та ізоляції.
Занулення - навмисне електричне з'єднання з нульовим захисним провідником металевих неструмопровідних частин, які можуть опинитися під напругою.
Занулення використовують у чотирипровідних мережах із заземленою нейтраллю, оскільки в цих мережах неможливо зменшити напругу корпусу устаткування, який в аварійному режимі перебуває в контакті з струмопровідними частинами. Занулення знижує потенціал корпусу і перетворює замкнення на занулений корпус в однофазне коротке замикання, внаслідок якого спрацьовують апарати захисту і вимикають пошкоджену ділянку електричного кола. Таким чином значно зменшується тривалість режиму замикання на корпус. Захисним вимкненням називають швидкодіючий захист, який забезпечує автоматичне вимкнення електроустановки при виникненні в ній небезпеки враження електричним струмом. У схемах захисного вимкнення є чутливий елемент (датчик) автоматичного пристрою, який реагує на вхідну величину.
Вхідною величиною може бути: напруга корпусу відносно землі; напруга фази відносно землі; струм замикання на землю; напруга нульової послідовності; струм нульової послідовності та ін.
Напруга корпусу відносно землі виникає при замиканні на корпус. Якщо корпус заземлений або замикання відбулося безпосередньо на землю, то виникає струм заземлення, який і буде вхідною величиною схеми вимкнення.
При замиканні на землю змінюється напруга фаз відносно землі та виникає напруга між нейтраллю джерела і землею. Ця напруга називається напругою нульової послідовності. Основною перевагою захисного вимкнення є швидке вимкнення електроустановки в аварійному режимі. В основному схеми захисного вимкнення спрацьовують із самого початку розвитку пошкоджень, а не під час повного замикання.
Зрівнювання та вирівнювання потенціалів. Для підвищення електробезпеки зрівнювання та вирівнювання потенціалів має дуже важливе значення. Так, якщо людина доторкнулася до двох точок, які мають приблизно однакові потенціали (напруга між ними буде дорівнювати нулю), то через її тіло не пройде електричний струм. Коли неможливо знизити величину потенціалу частин устаткування відносно землі або відносно одна одної, слід забезпечити вирівнювання потенціалів. Для цього всі електропровідні частини електроустаткування з’єднують між собою. Це колони, ферми, балки та інші конструкції будинків, корпуси устаткування електричних установок, трубопроводи, оболонки і броньовані покриття кабелів та ін.
Для вирівнювання потенціалу землі або підлоги відносно потенціалу заземлювального пристрою, який прокладено в землі або під підлогою, закладають у землю або під підлогу стальні штаби.
Крім перелічених способів захисту людини від враження електричним струмом, використовують також блокування, огороджувальні пристрої, знаки безпеки, плакати, попереджувальну сигналізацію.
