Действие электрического тока на организм человека. Технический прогресс в судостроении характеризуется увеличением энерговооруженности судов и насыщением их современными видами электрооборудования. Дальнейшее развитие средств автоматизации судовождения и управления энергетическими установками, рост уровня механизации палубных и ремонтных работ привели к увеличению суммарной протяженности судовых энергетических коммуникаций, которая достигает сотен километров. Все это требует повышенного внимания к вопросам электробезопасности на флоте.
На современных судах весь судовой экипаж, а не только специалисты-электромеханики, связан с обслуживанием электрооборудования и различных электрических приборов. Поэтому в условиях плавания на морском судне электротравма возможна как в процессе эксплуатации электротехнического оборудования, так и при выполнении других работ на камбузе и прачечной, в танке, котле или цистерне, при глажении белья и т.д. Для повышения безопасности труда на морских судах важно, чтобы каждый член экипажа, независимо от его специальности, хорошо ориентировался в вопросах электробезопасности.
Анализ травматизма на флоте позволил определить следующие основные причины несчастных случаев от воздействия электрического тока прикосновение или приближение на опасное расстояние к не изолированным токоведущим частям электрооборудования, появление напряжения на не токоведущих металлических частях электрооборудования (на корпусах электромашин, станков и пр.) в результате пробоя изоляции, повреждения заземляющих и отключающих устройств, ошибочное включение сети, с токоведущими частями которой работали люди, возникновение шагового напряжении на поверхности земли в зоне растекания тока, снижение сопротивления изоляции токоведущих частей, своевременно не обнаруженное вследствие неудовлетворительного контроля технического состояния. низкая трудовая дисциплина и нарушение правил техники безопасности.
Действие электрического тока на организм человека может вызвать электрические травмы и электрические удары.
Электрические травмы, возникающие в результате прямого воздействия электротока характеризуются внешними повреждениями тканей ожогами, электрическими знаками, металлизацией кожи, механическими повреждениями, ослеплением электрической дугой.
Ожоги могут возникнуть при протекании электрического тока через организм человека, а также в результате действия электрической дуги. При легких ожогах на коже появляются покраснения или пузыри. Тяжелые ожоги, вызываемые электрической дугой или током высоких параметров, характеризуются омертвением пораженных участков кожи и обугливанием тканей.
Электрические знаки представляют собой четко обозначенные пятна на коже со следами кровоизлияний. Возникают они при контакте с токоведущими частями электрооборудования, появляются в местах входа и выхода тока. Как правило, они безболезненны и быстро излечиваются.
Металлизация кожи возникает в результате неглубокого проникновения в кожу мельчайших частиц металла, испаряющегося под действием электрической дуги. Эта травма характеризуется появлением шероховатости, покраснением и болевыми ощущениями от ожога кожи. Со временем болезненные явления исчезают бесследно.
Механические повреждения могут возникнуть в результате непроизвольных судорожных сокращений мышц под влиянием электрического тока, проходящего через организм человека.
Механические повреждения представляющие собой редкий случай электротравматизма, характеризуются разрывами тканей, вывихами суставов, переломами костей.
Ослепление электрической дугой (электроофтальмия) характеризуется воспалением слизистых оболочек глаз, головной болью, нестерпимой резью в глазах, спазмами век и частичным ослеплением При современном и эффективном лечении электроофтальмия излечивается за несколько дней.
Электрический удар, представляющий наибольшую опасность из всех видов электротравм, может возникнуть в результате рефлекторного (т. е. через нервную систему) воздействия тока как малых, так и высоких параметров, характеризуется поражением центральной нервной системы, органов дыхания и кровообращения, судорожными сокращениями мышц, фибрилляцией сердца и может привести к смерти человека
Характер и последствия поражения человека электрическим током зависят от ряда факторов: силы тока, продолжительности его действия, пути тока через тело человека, рода, частоты и напряжения тока, сопротивления топа человека, состояния окружающей среды и изоляции токоведущих частей электрооборудования.
Рассмотрим характер влияния на организм человека электрического тока с различными параметрами. Сила тока, проходящего через человека, является определяющим фактором при исходе поражения. Электрические токи можно условно классифицировать в зависимости от их величины и характера физиологического воздействия на человека.
Токи, вызывающие лишь покалывание в пальцах и легкое жжение, т с незначительные раздражения нервных окончаний в коже, называют пороговыми. Величина их колеблется в пределах 0.6—1.5 мА (переменные токи частотой 50—60 Гц) и 5—7 мА (постоянные). При действии переменных токов, не превышающих 8—10 мА. человек ощущает сильную боль в пальцах и кистях рук. Кроме того, могут возникнуть судороги мышц.
При такой величине переменных токов, называемых отпускающими, у человека, вошедшего в контакт с токоведущей частью оборудования, сохраняется возможность самостоятельно освободиться от нее.
Наибольшей величиной отпускающего постоянного тока считается ток силой 50—70 мА, переменного — 10 мА. Переменный ток промышленной частоты, сила которого превышает 20—15 мА, вызывает сильные и болезненные судороги мышц, не позволяющие человеку разжать руку, отбросить провод, т.е. самостоятельно освободиться от токоведущей части оборудования.
Ток такой величины, называемый пороговым неотпускающим, может вызвать потерю сознания и смерть человека. Ток силой 100 мА и более является безусловно смертельным для человека, вызывая остановку сердца или фибрилляцию.
Фибрилляция характеризуется беспорядочными хаотическими сокращениями волокон сердечной мышцы (фибрилл), что приводит к нарушению функции сердца и его остановке.
Исход поражения электрическим током во многом зависит от времени его протекания через организм человека. Чем дольше человек подвержен воздействию тока, тем выше вероятность поражения. Это объясняется следующим. С увеличением времени воздействия тока резко повышается температура участка тела в месте контакта, что приводит к снижению сопротивления верхнего защитного слоя кожи и соответственно к возрастанию силы тока до опасной величины, способной вызвать поражение организма.
Воздействие переменного тока промышленной частоты в течение 0.01 с считается безопасным для человека. Время безопасного воздействия постоянного тока равно 0.05 с. Чем выше напряжение тока в сети, тем меньше потребуется времени для поражения человека. Для здоровья человека представляет опасность воздействие как переменного, так и постоянного тока, хотя практикой установлено, что постоянный ток напряжением до 500 В действует слабее на организм человека, чем переменный. При напряжении 500 В опасен как переменный, так и постоянный ток. При увеличении напряжения свыше 500 В опасность поражения от воздействия переменным током преобладает. Постоянный ток до определенного уровня напряжения ощущается только в моменты включения и выключения.
Физиологическое действие его на организм человека в основном тепловое. Частота переменного тока существенно влияет на исход поражения. Наиболее опасным является ток промышленной частоты 40— 60 Гц. При повышении частоты до 450—500 Гц даже с ростом силы тока опасность поражения несколько снижается. Токи высокой частоты (выше 200 кГц) с точки зрения возможности электрического удара опасности не представляют, хотя и могут вызывать тяжелые ожоги. Токи сверхвысоких частот также не опасны для жизни человека, но создаваемые ими электромагнитные поля могут оказать вредное воздействие на человека и вызвать патологические изменения в его организме.
Степень поражения человека электрическим током зависит и от пути тока через его организм, т.е. от положения точек входа и выхода тока. Исход поражения при этом будет определяться силой тока, прошедшего через жизненно важные органы человека (сердце, легкие, мозг).
Наиболее опасен путь тока по линии от рук к ногам. В этом случае электроток поражает центральную нервную систему, органы кровообращения и дыхания. Однако человек.может быть поражен электротоком и в случае наименее опасного его пути через организм — от ноги к ноге, хотя через сердце при этом пройдет лишь около 0.4 общей величины тока.
Исход воздействия тока на человека зависит от электрического сопротивления его тела. Это сопротивление изменяется в широком диапазоне (от сотен до миллиона Ом) в зависимости от ряда факторов психофизического состояния, изоляции человека относительно земли, состояния окружающей среды и т.д.
Электрическое сопротивление организма человека складывается из сопротивлений его кожных покровов и внутренних тканей. Сопротивление тканей внутренних органов человека невелико и находится в пределах от 600 до 1000 Ом. Сопротивление верхнего ороговевшего слоя чистой сухой кожи (эпидермиса) достигает значительной величины (миллионов Ом).
Этот слой и выполняет основные биологические защитные функции организма человека при воздействии на него электрического потенциала. Однако при увлажнении и повреждении кожи ее электрическое сопротивление значительно уменьшается. Увеличение параметров тока и времени его воздействия на человека снижает защитную роль кожи. В этом случае снижение сопротивления кожи и последующий электрический пробой ее обусловливаются потоотделением в месте контакта с электрическим проводником, которое вызвано тепловым воздействием тока. Таким образом, общее сопротивление тела становится равным сопротивлению внутренних тканей. В связи с этим за расчетную среднюю величину электрического сопротивления организма человека условились принимать 1000 Ом.
Сложный механизм электротравмы и исход поражения человека электротоком зависят от многих факторов, основные из которых рассмотрены выше.
Как же установить критерии безопасности электротока для практического его использования?
Из-за постоянно меняющегося сопротивления человеческого тела нельзя заранее установить величину проходящего через него тока. Известно также, что при равных сопротивлениях электрических цепей напряжение является основным фактором, порождающим в каждой из них ток определенной силы. Поэтому для установления безопасных условий эксплуатации электрического оборудования исходят обычно не из силы поражающего тока, а из величины безопасного напряжения.
Разумеется, напряжение не является основным критерием опасности поражения электротоком, но так как его легче фиксировать, на практике оперируют величинами допустимых напряжений. В зависимости от окружающих условий и качества изоляции человека относительно земли условно безопасными считаются напряжения 12 и 36 В. Однако полностью безопасными даже эти, сравнительно низкие величины напряжений считать нельзя, так как на исход поражения влияет соотношение электрического сопротивления человека и приложенного напряжения.
Определим уровень «безопасного» напряжения при работе с переменным током силой, равной силе безопасного порогового отпускающего тока Iпорог = 10 мА
где Rч=1000 Ом — принимаемое для расчетов среднее электрическое сопротивление тела человека. Таким образом, даже незначительные напряжения (12, 36 В) при неблагоприятных условиях могут быть смертельно опасными для человека. Поэтому разделение напряжений на низкие и высокие ни в какой мере не отражает технических условий безопасности, а следовательно, и не может свидетельствовать о безопасности низкого напряжения и об опасности высокого.
Применение пониженного напряжения (не выше 36 В) для питания ручных электроинструментов и переносных ламп лишь снижает вероятность поражения электротоком, но не устраняет его опасности. Анализом электротравматизма установлено, что опасность поражения человека электротоком возрастает при увеличении напряжения до 200 В, не повышается при напряжениях от 200 до 800 В и снова резко увеличивается с ростом напряжения свыше 800 В.
В практике эксплуатации судового электрооборудования при определении защитных мер пользуются рекомендованной классификацией электроустановок напряжением до 1000 В и свыше 1000 В. Безопасность обслуживания судового электрооборудования во многом зависит от морального и физического состояния людей, а также от уровня их профессиональной подготовленности.
Анализ опасности поражения током в электрических цепях. При ремонтных работах на судах широко используется электротехническое оборудование, умелое обращение с которым снижает вероятность поражения электротоком защитной роли изоляции ее проводов осуществляется защитное разделение цепи на небольшие электрически не связанные между собой участки. Разделенные с помощью разделительных трансформаторов участки отличаются значительным сопротивлением изоляции и малой емкостью проводов относительно земли.
Благодаря защитному разделению цепей удается намного повысить их безопасность при обслуживании.
Согласно Правилам Регистра в целях улучшения условий электробезопасности на морских судах предусматриваются обязательные защитные заземления стационарного, передвижного и переносного электрооборудования. Защитным заземлением (рис. 1) называют преднамеренное электрическое соединение металлическим проводником какого-либо электрического устройства с землей или ее эквивалентом (металлическим корпусом судна).
Заземлению подлежат все нетоковедущие металлические части судового электрооборудования, которые вследствие повреждения изоляции могут оказаться под напряжением. Прикосновение к металлическим частям оборудования, оказавшимся под напряжением и не имеющим непосредственного контакта с землей, так же опасно, как и прикосновение к не изолированной токоведущей части цепи (фазе).
Назначение заземления — снизить напряжение, обусловленное «замыканием на.корпус», до безопасного уровня и предупредить поражение человека электротоком. На судах заземляются корпуса электрических машин, их пуско-регулирующая аппаратура, корпуса трансформатором, металлорежущих станком, распределительных устройств, кожухи рубильником, коммутационная и защитная аппаратура, светильники, измерительная аппаратура и приборы управления судном, металлические оболочки кабелей, ручной электроинструмент, предназначенный для работы при напряжениях выше 24 В постоянного и 12 В переменного тока.
Заземляющим устройством называют совокупность металлического заземлителя, находящегося в непосредственном контакте с землей или ее эквивалентом, и заземляющих проводов, служащих для соединения заземлителей и металлических частей электрооборудования. Заземляющие соединения выполняются из меди или другого немагнитного эквивалентного ей металла.
Правилами Регистра определяются сечения заземляющих проводов в зависимости от мощности электрогенераторов. Минимальное сечение заземляющего провода от 2,5 мм^2 (для мелких приборов) до 4 мм^2. Сила тока, проходящего через тело человека, определяется сопротивлением защитного заземления, чем меньше сопротивление заземления, тем ниже эта величина, т. е. вероятность поражения электротоком снижается.
Сопротивление защитного заземления нормируется. Так, для установок напряжением до 1000 В оно но должно превышать 4 Ом, в установках напряжением свыше 1000 В с малыми токами замыкания на землю и без компенсации емкостных токов — не более 10 Ом и т. д. Расчет и нормирование сопротивлений заземляющих устройств производятся исходя из условий безопасности при случайном прикосновении человека к оборудованию, оказавшемуся под напряжением. В судовых цепях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью нормированное наибольшее напряжение прикосновения Uпр = 40 В считается безопасным.
Согласно Правилам устройства электроустановок в цепях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью наибольшая возможная сила тока замыкания на землю Iут не превышает 10 А. Тогда минимальное сопротивление заземления Rз, обеспечивающее снижение напряжения прикосновения до безопасной величины, будет.
Практически же сила токов утечки не превышает 4—6 А, поэтому при величине нормированного сопротивления заземления Rз = 4 Ом напряжение прикосновения еще более снижается Uпр=Iут*Rз = 6*4 = 24В.
Практически при наличии малых сопротивлений и напряжение прикосновения будет несколько больше фазного, но меньше линейного. Правилами Регистра запрещено применение на судах систем переменного трехфазного тока с заземленной нейтралью в связи с их повышенной опасностью.
Защитные меры от поражения электрическим током
Электробезопасность — это система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного воздействия электрического тока.
К основным мерам, снижающим опасность поражения электрическим током относятся: технический контроль надежности изоляции токоведущих частей электрического оборудования и обеспечение недоступности для случайного прикосновения к ним, использование малых напряжений тока (24,36, 50 В переменного; 24, 36, 55 В постоянного) для питания переносных электроинструментов и светильников и применение непроводящих материалов для изготовления их корпусов, защитное заземление, зануление и защитное автоматическое отключение оборудования при возникновении опасности поражения током; электрическое разделение цепи, ограждения, блокировка, применение изолирующих средств индивидуальной защиты, организация безопасной эксплуатации электротехнических устройств.
Пробой изоляции, замыкание тока на землю (корпус) представляют большую опасность для обслуживающего персонала. Изоляция с течением времени под воздействием неблагоприятных условий окружающей среды может прийти в негодность, потерять свои изолирующие свойства. Нормы сопротивления изоляции судового электрооборудования устанавливаются Правилами Регистра в зависимости от величины напряжения (от 1 до 5 МОм).
Сопротивление изоляции измеряют при снятом напряжении с помощью мегомметров. Особого внимания и контроля требует изоляция электротехнического оборудования, расположенного в сырых помещениях, с химически активной средой, снижающей качество изоляции. Измерение сопротивления изоляции судовых цепей щитовыми приборами должно проводиться не реже одного раза в сутки. Кроме того, не реже одного раза в месяц переносным мегомметром измеряют сопротивление изоляции всех фидеров машин, приборов и переносного электрооборудовании и вносят результаты измерений в журнал. Включение в сеть электрооборудования с пониженным сопротивлением изоляции запрещается.
Недоступность токоведущих частей электрооборудования для случайного прикосновения обеспечивается надежной их изоляцией, продуманным рациональным размещением кабельных и фидерных трасс, а также устройством автоматической блокировки ограждений и т. д.
Окружающая среда оказывает большое влияние на усиление или ослабление опасности поражения электротоком. С учетом этого Правилами техники безопасности на судах морского флота произведено разделение всех помещений по степени опасности поражения людей электротоком на три категории.
1. Помещения с повышенной опасностью, характеризующиеся наличием одного из следующих условий сырости, когда относительная влажность длительное время превышает 75% (к группе сырых относят все жилые и общественные судовые помещения), высокой температуры (жаркими называют помещения, в которых температура воздуха длительное время превышает +30°С). токопроводящей пыли, когда по условиям технологического процесса выделяется пыль (угольная, металлическая и пр.), проводящая электроток, токопроводящих палуб (стальных, бетонных и т.п.), возможности одновременного касания человеком металлических мастей оборудования, имеющих непосредственный контакт с корпусом судна и металлических корпусов электрооборудования.
2. Особо опасные помещения, которые характеризуются наличием одного из трех условий, создающих особую опасность, особой сырости, когда относительная влажность воздуха близка к 100%-ной (борта, переборки, палубы, все находящиеся в помещении предметы покрыты влагой, к особо сырым судовым помещениям относят камбузы, прачечные и т д ). химически активной среды, т.е. наличием в воздухе агрессивных паров или газов, разрушающе действующих на изоляцию и токоведущие части электрооборудования, одновременным наличием двух или более условий, свойственных помещениям с повышенной опасностью.
3. Помещения без повышенной опасности, в которых отсутствуют условия, свойственные помещениям рассмотренных выше двух категорий.
В целях снижения емкости относительно земли разветвленной электрической цепи большой протяженности, а также для повышения и малой емкости проводов относительно земли (С1=С2=С3=0) будет определяться:
где Rч=rч+rоб+rп — полное сопротивление цепи человека, равное сумме сопротивлений тела человека, его обуви и пола, Ом.
Из выражения следует, что опасность для человека будет зависеть от величины сопротивления изоляции проводов, а также от того, как надежно человек изолирован относительно земли.
Проиллюстрируем сказанное примером. Если считать, что сопротивления изоляции проводов всех фаз меньше допустимого R =60 000 Ом) и равны между собой, среднерасчётное сопротивление тела человека Rч=1000 Ом, а фазовое напряжение Uф=200 В, то величина тока, проходящего через человека, составит в этом случае I=220/(1000+60000/3)=0,010А.
Ток такой силы опасности не представляет, т.е. при надежной изоляции токоведущих частей цепи и самого человека относительно земли прикосновение к одной из фаз в период нормальной работы сети не будет опасным для жизни. Снижение уровней сопротивлений изоляции проводов и человека относительно земли (в случае одновременного касания фазы и корпуса судна и пр.) значительно увеличивает вероятность тяжелого поражения электротоком.
При замыкании одной из фаз на землю через малое сопротивление Rз, т.е. при аварийном режиме работы сети, прикосновение человека к неповрежденной фазе будет смертельно опасным. В этом случае человек будет подвержен действию полного линейного напряжения и через него пройдет ток силой (А):
где Rз — незначительное сопротивление (Ом), через которое одна из фаз в трехфазной сети с изолированной нейтралью замкнута на землю (аварийный случай). При прикосновении человека к одной фазе трехфазной четырехпроводной цепи с заземленной нейтралью влияние защитных свойств изоляции проводов (фаз) практически сводится к нулю. Это объясняется тем, что емкостная проводимость проводов относительно земли будет значительно меньше проводимости нейтрали и поэтому при расчете величины тока ею пренебрегают (рис.2).
При однофазном касании о цепи с заземленной нейтралью человек оказывается под воздействием фазного напряжения и тока (А), величина которого может быть определена из выражения:
где R0 — сопротивление нейтрали, Ом.
Пренебрегая незначительной величиной R0 и подставляя числовые значения фазового напряжения в трехфазных промышленных установках (В) и расчетного сопротивления тела человека (Ом), получим величину тока, который проходит через тело человека
Ток такой силы смертельно опасен для человека. Следовательно, даже при нормальном режиме работы сети с заземленной нейтралью прикосновение человека к одной из ее фаз намного опаснее аналогичного касания сети с изолированной нейтралью. В случае пробоя одной из фаз (аварийное состояние сети) и касания человеком поврежденной фазы опасность поражения значительно возрастает, так как увеличивается напряжение прикосновения.
Напряжением прикосновения называют часть напряжения электрической цепи приходящуюся только на тело человека, т.е. напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек.
Анализ травматизма на флоте позволил определить следующие основные причины несчастных случаев от воздействия электрического тока прикосновение или приближение на опасное расстояние к не изолированным токоведущим частям электрооборудования, появление напряжения на не токоведущих металлических частях электрооборудования (на корпусах электромашин, станков и пр.) в результате пробоя изоляции, повреждения заземляющих и отключающих устройств, ошибочное включение сети, с токоведущими частями которой работали люди, возникновение шагового напряжении на поверхности земли в зоне растекания тока, снижение сопротивления изоляции токоведущих частей, своевременно не обнаруженное вследствие неудовлетворительного контроля технического состояния. низкая трудовая дисциплина и нарушение правил техники безопасности.
Действие электрического тока на организм человека может вызвать электрические травмы и электрические удары.
Электрические травмы, возникающие в результате прямого воздействия электротока характеризуются внешними повреждениями тканей ожогами, электрическими знаками, металлизацией кожи, механическими повреждениями, ослеплением электрической дугой.
Ожоги могут возникнуть при протекании электрического тока через организм человека, а также в результате действия электрической дуги. При легких ожогах на коже появляются покраснения или пузыри. Тяжелые ожоги, вызываемые электрической дугой или током высоких параметров, характеризуются омертвением пораженных участков кожи и обугливанием тканей.
Электрические знаки представляют собой четко обозначенные пятна на коже со следами кровоизлияний. Возникают они при контакте с токоведущими частями электрооборудования, появляются в местах входа и выхода тока. Как правило, они безболезненны и быстро излечиваются.
Металлизация кожи возникает в результате неглубокого проникновения в кожу мельчайших частиц металла, испаряющегося под действием электрической дуги. Эта травма характеризуется появлением шероховатости, покраснением и болевыми ощущениями от ожога кожи. Со временем болезненные явления исчезают бесследно.
Механические повреждения могут возникнуть в результате непроизвольных судорожных сокращений мышц под влиянием электрического тока, проходящего через организм человека.
Механические повреждения представляющие собой редкий случай электротравматизма, характеризуются разрывами тканей, вывихами суставов, переломами костей.
Ослепление электрической дугой (электроофтальмия) характеризуется воспалением слизистых оболочек глаз, головной болью, нестерпимой резью в глазах, спазмами век и частичным ослеплением При современном и эффективном лечении электроофтальмия излечивается за несколько дней.
Электрический удар, представляющий наибольшую опасность из всех видов электротравм, может возникнуть в результате рефлекторного (т. е. через нервную систему) воздействия тока как малых, так и высоких параметров, характеризуется поражением центральной нервной системы, органов дыхания и кровообращения, судорожными сокращениями мышц, фибрилляцией сердца и может привести к смерти человека
Характер и последствия поражения человека электрическим током зависят от ряда факторов: силы тока, продолжительности его действия, пути тока через тело человека, рода, частоты и напряжения тока, сопротивления топа человека, состояния окружающей среды и изоляции токоведущих частей электрооборудования.
Рассмотрим характер влияния на организм человека электрического тока с различными параметрами. Сила тока, проходящего через человека, является определяющим фактором при исходе поражения. Электрические токи можно условно классифицировать в зависимости от их величины и характера физиологического воздействия на человека.
Токи, вызывающие лишь покалывание в пальцах и легкое жжение, т с незначительные раздражения нервных окончаний в коже, называют пороговыми. Величина их колеблется в пределах 0.6—1.5 мА (переменные токи частотой 50—60 Гц) и 5—7 мА (постоянные). При действии переменных токов, не превышающих 8—10 мА. человек ощущает сильную боль в пальцах и кистях рук. Кроме того, могут возникнуть судороги мышц.
При такой величине переменных токов, называемых отпускающими, у человека, вошедшего в контакт с токоведущей частью оборудования, сохраняется возможность самостоятельно освободиться от нее.
Наибольшей величиной отпускающего постоянного тока считается ток силой 50—70 мА, переменного — 10 мА. Переменный ток промышленной частоты, сила которого превышает 20—15 мА, вызывает сильные и болезненные судороги мышц, не позволяющие человеку разжать руку, отбросить провод, т.е. самостоятельно освободиться от токоведущей части оборудования.
Ток такой величины, называемый пороговым неотпускающим, может вызвать потерю сознания и смерть человека. Ток силой 100 мА и более является безусловно смертельным для человека, вызывая остановку сердца или фибрилляцию.
Фибрилляция характеризуется беспорядочными хаотическими сокращениями волокон сердечной мышцы (фибрилл), что приводит к нарушению функции сердца и его остановке.
Исход поражения электрическим током во многом зависит от времени его протекания через организм человека. Чем дольше человек подвержен воздействию тока, тем выше вероятность поражения. Это объясняется следующим. С увеличением времени воздействия тока резко повышается температура участка тела в месте контакта, что приводит к снижению сопротивления верхнего защитного слоя кожи и соответственно к возрастанию силы тока до опасной величины, способной вызвать поражение организма.
Воздействие переменного тока промышленной частоты в течение 0.01 с считается безопасным для человека. Время безопасного воздействия постоянного тока равно 0.05 с. Чем выше напряжение тока в сети, тем меньше потребуется времени для поражения человека. Для здоровья человека представляет опасность воздействие как переменного, так и постоянного тока, хотя практикой установлено, что постоянный ток напряжением до 500 В действует слабее на организм человека, чем переменный. При напряжении 500 В опасен как переменный, так и постоянный ток. При увеличении напряжения свыше 500 В опасность поражения от воздействия переменным током преобладает. Постоянный ток до определенного уровня напряжения ощущается только в моменты включения и выключения.
Физиологическое действие его на организм человека в основном тепловое. Частота переменного тока существенно влияет на исход поражения. Наиболее опасным является ток промышленной частоты 40— 60 Гц. При повышении частоты до 450—500 Гц даже с ростом силы тока опасность поражения несколько снижается. Токи высокой частоты (выше 200 кГц) с точки зрения возможности электрического удара опасности не представляют, хотя и могут вызывать тяжелые ожоги. Токи сверхвысоких частот также не опасны для жизни человека, но создаваемые ими электромагнитные поля могут оказать вредное воздействие на человека и вызвать патологические изменения в его организме.
Степень поражения человека электрическим током зависит и от пути тока через его организм, т.е. от положения точек входа и выхода тока. Исход поражения при этом будет определяться силой тока, прошедшего через жизненно важные органы человека (сердце, легкие, мозг).
Наиболее опасен путь тока по линии от рук к ногам. В этом случае электроток поражает центральную нервную систему, органы кровообращения и дыхания. Однако человек.может быть поражен электротоком и в случае наименее опасного его пути через организм — от ноги к ноге, хотя через сердце при этом пройдет лишь около 0.4 общей величины тока.
Исход воздействия тока на человека зависит от электрического сопротивления его тела. Это сопротивление изменяется в широком диапазоне (от сотен до миллиона Ом) в зависимости от ряда факторов психофизического состояния, изоляции человека относительно земли, состояния окружающей среды и т.д.
Электрическое сопротивление организма человека складывается из сопротивлений его кожных покровов и внутренних тканей. Сопротивление тканей внутренних органов человека невелико и находится в пределах от 600 до 1000 Ом. Сопротивление верхнего ороговевшего слоя чистой сухой кожи (эпидермиса) достигает значительной величины (миллионов Ом).
Этот слой и выполняет основные биологические защитные функции организма человека при воздействии на него электрического потенциала. Однако при увлажнении и повреждении кожи ее электрическое сопротивление значительно уменьшается. Увеличение параметров тока и времени его воздействия на человека снижает защитную роль кожи. В этом случае снижение сопротивления кожи и последующий электрический пробой ее обусловливаются потоотделением в месте контакта с электрическим проводником, которое вызвано тепловым воздействием тока. Таким образом, общее сопротивление тела становится равным сопротивлению внутренних тканей. В связи с этим за расчетную среднюю величину электрического сопротивления организма человека условились принимать 1000 Ом.
Сложный механизм электротравмы и исход поражения человека электротоком зависят от многих факторов, основные из которых рассмотрены выше.
Как же установить критерии безопасности электротока для практического его использования?
Из-за постоянно меняющегося сопротивления человеческого тела нельзя заранее установить величину проходящего через него тока. Известно также, что при равных сопротивлениях электрических цепей напряжение является основным фактором, порождающим в каждой из них ток определенной силы. Поэтому для установления безопасных условий эксплуатации электрического оборудования исходят обычно не из силы поражающего тока, а из величины безопасного напряжения.
Разумеется, напряжение не является основным критерием опасности поражения электротоком, но так как его легче фиксировать, на практике оперируют величинами допустимых напряжений. В зависимости от окружающих условий и качества изоляции человека относительно земли условно безопасными считаются напряжения 12 и 36 В. Однако полностью безопасными даже эти, сравнительно низкие величины напряжений считать нельзя, так как на исход поражения влияет соотношение электрического сопротивления человека и приложенного напряжения.
Определим уровень «безопасного» напряжения при работе с переменным током силой, равной силе безопасного порогового отпускающего тока Iпорог = 10 мА
Uдоп = Iпорог * Rч = 0,010 * 1000 =10В,
где Rч=1000 Ом — принимаемое для расчетов среднее электрическое сопротивление тела человека. Таким образом, даже незначительные напряжения (12, 36 В) при неблагоприятных условиях могут быть смертельно опасными для человека. Поэтому разделение напряжений на низкие и высокие ни в какой мере не отражает технических условий безопасности, а следовательно, и не может свидетельствовать о безопасности низкого напряжения и об опасности высокого.
Применение пониженного напряжения (не выше 36 В) для питания ручных электроинструментов и переносных ламп лишь снижает вероятность поражения электротоком, но не устраняет его опасности. Анализом электротравматизма установлено, что опасность поражения человека электротоком возрастает при увеличении напряжения до 200 В, не повышается при напряжениях от 200 до 800 В и снова резко увеличивается с ростом напряжения свыше 800 В.
В практике эксплуатации судового электрооборудования при определении защитных мер пользуются рекомендованной классификацией электроустановок напряжением до 1000 В и свыше 1000 В. Безопасность обслуживания судового электрооборудования во многом зависит от морального и физического состояния людей, а также от уровня их профессиональной подготовленности.
Анализ опасности поражения током в электрических цепях. При ремонтных работах на судах широко используется электротехническое оборудование, умелое обращение с которым снижает вероятность поражения электротоком защитной роли изоляции ее проводов осуществляется защитное разделение цепи на небольшие электрически не связанные между собой участки. Разделенные с помощью разделительных трансформаторов участки отличаются значительным сопротивлением изоляции и малой емкостью проводов относительно земли.
Благодаря защитному разделению цепей удается намного повысить их безопасность при обслуживании.
Согласно Правилам Регистра в целях улучшения условий электробезопасности на морских судах предусматриваются обязательные защитные заземления стационарного, передвижного и переносного электрооборудования. Защитным заземлением (рис. 1) называют преднамеренное электрическое соединение металлическим проводником какого-либо электрического устройства с землей или ее эквивалентом (металлическим корпусом судна).
Рис. 1. Принципиальная схема защитного заземления
Заземлению подлежат все нетоковедущие металлические части судового электрооборудования, которые вследствие повреждения изоляции могут оказаться под напряжением. Прикосновение к металлическим частям оборудования, оказавшимся под напряжением и не имеющим непосредственного контакта с землей, так же опасно, как и прикосновение к не изолированной токоведущей части цепи (фазе).
Назначение заземления — снизить напряжение, обусловленное «замыканием на.корпус», до безопасного уровня и предупредить поражение человека электротоком. На судах заземляются корпуса электрических машин, их пуско-регулирующая аппаратура, корпуса трансформатором, металлорежущих станком, распределительных устройств, кожухи рубильником, коммутационная и защитная аппаратура, светильники, измерительная аппаратура и приборы управления судном, металлические оболочки кабелей, ручной электроинструмент, предназначенный для работы при напряжениях выше 24 В постоянного и 12 В переменного тока.
Заземляющим устройством называют совокупность металлического заземлителя, находящегося в непосредственном контакте с землей или ее эквивалентом, и заземляющих проводов, служащих для соединения заземлителей и металлических частей электрооборудования. Заземляющие соединения выполняются из меди или другого немагнитного эквивалентного ей металла.
Правилами Регистра определяются сечения заземляющих проводов в зависимости от мощности электрогенераторов. Минимальное сечение заземляющего провода от 2,5 мм^2 (для мелких приборов) до 4 мм^2. Сила тока, проходящего через тело человека, определяется сопротивлением защитного заземления, чем меньше сопротивление заземления, тем ниже эта величина, т. е. вероятность поражения электротоком снижается.
Сопротивление защитного заземления нормируется. Так, для установок напряжением до 1000 В оно но должно превышать 4 Ом, в установках напряжением свыше 1000 В с малыми токами замыкания на землю и без компенсации емкостных токов — не более 10 Ом и т. д. Расчет и нормирование сопротивлений заземляющих устройств производятся исходя из условий безопасности при случайном прикосновении человека к оборудованию, оказавшемуся под напряжением. В судовых цепях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью нормированное наибольшее напряжение прикосновения Uпр = 40 В считается безопасным.
Согласно Правилам устройства электроустановок в цепях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью наибольшая возможная сила тока замыкания на землю Iут не превышает 10 А. Тогда минимальное сопротивление заземления Rз, обеспечивающее снижение напряжения прикосновения до безопасной величины, будет.
Rз = Uпр/Iут = 40/10 = 4 Ом,
Практически же сила токов утечки не превышает 4—6 А, поэтому при величине нормированного сопротивления заземления Rз = 4 Ом напряжение прикосновения еще более снижается Uпр=Iут*Rз = 6*4 = 24В.
Практически при наличии малых сопротивлений и напряжение прикосновения будет несколько больше фазного, но меньше линейного. Правилами Регистра запрещено применение на судах систем переменного трехфазного тока с заземленной нейтралью в связи с их повышенной опасностью.
Защитные меры от поражения электрическим током
Электробезопасность — это система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного воздействия электрического тока.
К основным мерам, снижающим опасность поражения электрическим током относятся: технический контроль надежности изоляции токоведущих частей электрического оборудования и обеспечение недоступности для случайного прикосновения к ним, использование малых напряжений тока (24,36, 50 В переменного; 24, 36, 55 В постоянного) для питания переносных электроинструментов и светильников и применение непроводящих материалов для изготовления их корпусов, защитное заземление, зануление и защитное автоматическое отключение оборудования при возникновении опасности поражения током; электрическое разделение цепи, ограждения, блокировка, применение изолирующих средств индивидуальной защиты, организация безопасной эксплуатации электротехнических устройств.
Пробой изоляции, замыкание тока на землю (корпус) представляют большую опасность для обслуживающего персонала. Изоляция с течением времени под воздействием неблагоприятных условий окружающей среды может прийти в негодность, потерять свои изолирующие свойства. Нормы сопротивления изоляции судового электрооборудования устанавливаются Правилами Регистра в зависимости от величины напряжения (от 1 до 5 МОм).
Сопротивление изоляции измеряют при снятом напряжении с помощью мегомметров. Особого внимания и контроля требует изоляция электротехнического оборудования, расположенного в сырых помещениях, с химически активной средой, снижающей качество изоляции. Измерение сопротивления изоляции судовых цепей щитовыми приборами должно проводиться не реже одного раза в сутки. Кроме того, не реже одного раза в месяц переносным мегомметром измеряют сопротивление изоляции всех фидеров машин, приборов и переносного электрооборудовании и вносят результаты измерений в журнал. Включение в сеть электрооборудования с пониженным сопротивлением изоляции запрещается.
Недоступность токоведущих частей электрооборудования для случайного прикосновения обеспечивается надежной их изоляцией, продуманным рациональным размещением кабельных и фидерных трасс, а также устройством автоматической блокировки ограждений и т. д.
Окружающая среда оказывает большое влияние на усиление или ослабление опасности поражения электротоком. С учетом этого Правилами техники безопасности на судах морского флота произведено разделение всех помещений по степени опасности поражения людей электротоком на три категории.
1. Помещения с повышенной опасностью, характеризующиеся наличием одного из следующих условий сырости, когда относительная влажность длительное время превышает 75% (к группе сырых относят все жилые и общественные судовые помещения), высокой температуры (жаркими называют помещения, в которых температура воздуха длительное время превышает +30°С). токопроводящей пыли, когда по условиям технологического процесса выделяется пыль (угольная, металлическая и пр.), проводящая электроток, токопроводящих палуб (стальных, бетонных и т.п.), возможности одновременного касания человеком металлических мастей оборудования, имеющих непосредственный контакт с корпусом судна и металлических корпусов электрооборудования.
2. Особо опасные помещения, которые характеризуются наличием одного из трех условий, создающих особую опасность, особой сырости, когда относительная влажность воздуха близка к 100%-ной (борта, переборки, палубы, все находящиеся в помещении предметы покрыты влагой, к особо сырым судовым помещениям относят камбузы, прачечные и т д ). химически активной среды, т.е. наличием в воздухе агрессивных паров или газов, разрушающе действующих на изоляцию и токоведущие части электрооборудования, одновременным наличием двух или более условий, свойственных помещениям с повышенной опасностью.
3. Помещения без повышенной опасности, в которых отсутствуют условия, свойственные помещениям рассмотренных выше двух категорий.
В целях снижения емкости относительно земли разветвленной электрической цепи большой протяженности, а также для повышения и малой емкости проводов относительно земли (С1=С2=С3=0) будет определяться:
Iч=3*Uф/(3Rч+R), или Iч = Uф/(Rч+R/3),
где Rч=rч+rоб+rп — полное сопротивление цепи человека, равное сумме сопротивлений тела человека, его обуви и пола, Ом.
Из выражения следует, что опасность для человека будет зависеть от величины сопротивления изоляции проводов, а также от того, как надежно человек изолирован относительно земли.
Проиллюстрируем сказанное примером. Если считать, что сопротивления изоляции проводов всех фаз меньше допустимого R =60 000 Ом) и равны между собой, среднерасчётное сопротивление тела человека Rч=1000 Ом, а фазовое напряжение Uф=200 В, то величина тока, проходящего через человека, составит в этом случае I=220/(1000+60000/3)=0,010А.
Ток такой силы опасности не представляет, т.е. при надежной изоляции токоведущих частей цепи и самого человека относительно земли прикосновение к одной из фаз в период нормальной работы сети не будет опасным для жизни. Снижение уровней сопротивлений изоляции проводов и человека относительно земли (в случае одновременного касания фазы и корпуса судна и пр.) значительно увеличивает вероятность тяжелого поражения электротоком.
При замыкании одной из фаз на землю через малое сопротивление Rз, т.е. при аварийном режиме работы сети, прикосновение человека к неповрежденной фазе будет смертельно опасным. В этом случае человек будет подвержен действию полного линейного напряжения и через него пройдет ток силой (А):
При однофазном касании о цепи с заземленной нейтралью человек оказывается под воздействием фазного напряжения и тока (А), величина которого может быть определена из выражения:
Iч=Uф/(Rч+R0),
где R0 — сопротивление нейтрали, Ом.
Рис 2. Схема касания человеком одной фазы трехфазной четырехпроводной цепи с заземленной нейтралью.
Пренебрегая незначительной величиной R0 и подставляя числовые значения фазового напряжения в трехфазных промышленных установках (В) и расчетного сопротивления тела человека (Ом), получим величину тока, который проходит через тело человека
Iч=220/1000=0,22 А
Ток такой силы смертельно опасен для человека. Следовательно, даже при нормальном режиме работы сети с заземленной нейтралью прикосновение человека к одной из ее фаз намного опаснее аналогичного касания сети с изолированной нейтралью. В случае пробоя одной из фаз (аварийное состояние сети) и касания человеком поврежденной фазы опасность поражения значительно возрастает, так как увеличивается напряжение прикосновения.
Напряжением прикосновения называют часть напряжения электрической цепи приходящуюся только на тело человека, т.е. напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек.
