Действие электрического тока на человека

Используя электротехнические изделия на производстве или в быту, человек может попасть под действие электрического тока.

При этом тяжесть поражения электрическим током будет зависеть от множества факторов, в том числе: значения протекающего через человека тока, значения и рода напряжения, времени воздействия электрического тока на организм человека, мест контакта элементов электрической цепи с телом человека, индивидуальных особенностей человека, окружающей среды и окружающей человека обстановки; типа электроустановки; особенностей эксплуатации электроустановки и др.

Только одно приведенное перечисление факторов свидетельствует о сложности и многообразии процессов, происходящих при воздействии электрического тока на человека, а исход поражения обуславливается комплексом физических и биологических явлений, взаимосвязанных и взаимообусловленных.

Действие электрического тока на человека

А. Виды электротравм

Большинство специалистов и исследователей в области электробезопасности указывают на следующие действия, которые производит электрический ток, проходя через организм человека:

• термическое действие – проявляется в ожогах отдельных участков тела, нагреве до высоких температур внутренних тканей человека, что вызывает в них серьезные функциональные расстройства;
• электролитическое действие – проявляется в разложении органической жидкости, в том числе и крови, что вызывает значительные нарушения их физико-химического состава;
• механическое действие – приводит к разрыву тканей и переломам костей;
• биологическое действие - проявляется в раздражении и возбуждении живых тканей в организме, а также в нарушении внутренних биоэлектрических процессов, присущих нормально действующему организму; с биологической точки зрения исход поражения человека электрическим током может быть следствием тех физиологических реакций, которыми ткани отвечают на протекание через них электрического тока.

В физиологическом смысле действие электрического тока является экзогенным, то есть обусловленным факторами внешней среды. Реакции, происходящие при возникновении электрической цепи через тело человека, бывают различными, начиная от легкого раздражения и локальной судороги, кончая летальным исходом. Подобно любому другому физическому раздражителю электрический ток действует не только местно, повреждая ткани, но и рефлекторно (действия, вызванные реакцией нервной системы в ответ на раздражение электрическим током).

Все многообразие действий электрического тока на организм человека приводит к различным электротравмам.

Электротравма – травма (резкое, внезапное изменение здоровья человека), вызванная воздействием электрического тока или электрической дуги.

Электротравма (по В. Манойлову) – нарушение анатомических соотношений и функций тканей и органов, сопровождающееся местной и общей реакцией организма и вызванное ненормальным состоянием электрооборудования или электрических сетей.

Условно все электротравмы можно свести к следующим видам:

• местные электротравмы – ярковыраженные местные нарушения целостности тканей, местные повреждения организма, вызванные воздействием электрического тока или электрической дуги;
• общие электротравмы (электрические удары) – травмы, связанные с поражением всего организма из-за нарушения нормальной деятельности жизненно важных органов и систем человека.
• смешанные электротравмы.

Приблизительное распределение по видам электротравм (по П. Долину) в процентах от всех несчастных случаев, связанных с электротравмами в промышленности:

• местные электротравмы - 20%;
• электрические удары - 25%;
• смешанные электротравмы – 55%.

Напряжение прикосновения

Согласно нормативным документам напряжение прикосновения – это напряжение между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землей при одновременном прикосновении к ним человека или животного.

Другими словами напряжением прикосновения (для человека) U_пр называется напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек, или падение напряжения в сопротивлении тела человека, В:

U_пр = I_h R_h, (2.35)

где I_h — ток, проходящий через человека по пути "рука - ноги", A; R_h — сопротивление тела человека, Ом.

В области защитных заземлений, занулений и т. п. одна из этих точек имеет потенциал заземлителя j_з, а другая — потенциал основания в том месте, где стоит человек, j_осн. При этом напряжение прикосновения:

U_пр = j _з - j _осн. (2.36)

Если принять во внимание характер изменения потенциала по поверхности грунта и пренебречь сопротивлением растеканию тока основания, то U_пр = j _зa₁,

где a₁ — коэффициент, называемый коэффициентом напряжения прикосновения или просто коэффициентом прикосновения, учитывающим форму потенциальной кривой:

(2.37)

Поскольку напряжение прикосновения зависит от значения потенциала заземлителя и от характера его потенциальной кривой, опасность для человека будет различной при использовании различных типов одиночных заземлителей и групповых заземлителей:

· Напряжение прикосновения при одиночном заземлителе;

· Напряжение прикосновения при групповом заземлителе.

Напряжение прикосновения с учетом падения напряжения в сопротивлении основания, на котором стоит человек. Ток, стекающий в землю через человека, стоящего на земле, полу или другом основании, преодолевает сопротивление не только тела человека, но и этого основания, вернее, тех его участков, с которыми имеют контакт подошвы ног человека (сопротивление обуви в данном случае во внимание не принимается).

Сопротивление основания, на котором стоит человек, правильнее называть (аналогично сопротивлению заземлителя) сопротивлением растеканию тока основания ног; нередко это сопротивление именуют также сопротивлением растеканию тока основания или сопротивлением растеканию тока ног человека.

Все положения, рассмотренные выше, справедливы для случаев, когда сопротивление растеканию основания, на котором стоит человек, равно нулю. В действительных условиях это сопротивление не равно нулю и в ряде случаев бывает довольно велико.

Следовательно, разность потенциалов (jз - jосн) = jзa1, В, оказывается приложенной не только к сопротивлению тела человека Rh, Ом, но и к последовательно соединенному с ним сопротивлению основания Rосн, Ом, на котором стоит человек (рис. 2.14): jзa1= Ih (Rh +Rосн).

Рис. 2.14. К определению напряжения прикосновения с учетом падения напряжения в сопротивлении растеканию тока основания, на котором стоит человек:

1 — потенциальная кривая;

2 — кривая, характеризующая изменение Uпр с изменением расстояния от заземлителя

Заменив в этом выражении ток Ih, А, проходящий через человека, его значением из (2.35), получим:

откуда напряжение прикосновения с учетом падения напряжения в сопротивлении растеканию основания, В:

или

где a2 — коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий падение напряжения в сопротивлении растеканию основания, на котором стоит человек:

        (2.41)

Напряжение шага

Напряжением шага называется напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, принимаемым равным 1 м, на которых одновременно стоит человек, или, иначе говоря, падение напряжения в сопротивлении тела человека, В:

U_ш = I_h R_h, (2.42)

где I_h — ток, проходящий через человека по пути нога — нога, A; R_h — сопротивление тела человека, Ом.

В области защитных устройств от поражения током — заземления, зануления и др.— интерес представляют в первую очередь напряжения между точками на поверхности земли (или иного основания, на котором стоит человек) в зоне растекания тока с заземлителя. Без учета сопротивления растеканию тока основания напряжением шага будет являться разность потенциалов j _х, В, и j _х+а , В, двух точек на поверхности земли в зоне растекания тока, которые находятся на расстоянии х и (х + а) от заземлителя и на расстоянии шага а одна от другой и на которых стоит человек (рис. 2.15).

Рис. 2.15. Напряжение шага при одиночном заземлителе

Таким образом, напряжение шага, В, будет:

U_ш = j _х - j _х+а. (2.43)

Поскольку j _х, и j _х+а являются частями потенциала заземлителя j _з, то разность их также есть часть этого потенциала. Поэтому выражение (2.43) мы вправе записать в виде:

U_ш = j _з b₁, (2.44)

где b₁ — коэффициент напряжения шага или просто коэффициент шага, учитывающий форму потенциальной кривой:

_(2.45)

Напряжение шага определяется отрезком АВ (рис. 2.15), длина которого зависит от формы потенциальной кривой, т. е. от типа заземлителя, и изменяется от максимального значения до нуля с изменением расстояния от заземлителя:

• напряжение шага при одиночном заземлителе;
• напряжение шага при групповом заземлителе.

Пример. Определение расчетных удельных сопротивлений двухслойной земли

Определить расчетные удельные сопротивления двухслойной земли r_1- расч и r_2- расч на участке земли в III климатической зоне. При сооружении заземлителя предполагается использовать вертикальные стержневые электроды длиной 5 м с заглублением в землю верхних концов на 0,8—0,9 м. Измерения сопротивлений земли проводилось методом послойного зондирования с использованием зонда диаметром d=12 мм. Во время измерений земля была сухая, количество осадков — ниже нормы.

В итоге измерений R_{n изм} и вычислений r_{n изм} и r_{h изм} (по 2.51 и 2.52) получены следующие данные:

Здесь п — порядковый номер измерения (или погружения, слоя), l_n — глубина погружения зонда, м; h_n — толщина слоя (глубина очередного погружения), м.

Здесь п — порядковый номер измерения (или погружения, слоя), l_n — глубина погружения зонда, м; h_n — толщина слоя (глубина очередного погружения), м.

По табл. 2.5 в соответствии с условиями задачи находим h_c = 1,8 м и y = 1,5. Следовательно, лишь первые два слоя (ступени) оказываются в пределах h_c и их r_{h изм} умножаем на y. Получаем значения расчетных удельных сопротивлений всех слоев грунта:

r₁ = 215*1,5 = 322 Ом*м; r₄ = 95 Ом*м;

r₂ =155*1,5=232 Ом*м; r₅ = 93 Ом*м; r₃ = 193 Ом*м;

r₆ = 65 Ом*м.

Очевидно, что в данном случае первые три слоя (ступени), как имеющие значительно большие r , следует отнести к верхнему слою двухслойной земли, а другие три — к нижнему. Мощность верхнего слоя при этом будет h₁ = 2,8 м.

Искомые расчетные удельные сопротивления верхнего и нижнего слоев двухслойной земли согласно (2.54) и (2.55) будут:

Действие электрического тока на человека

Используя электротехнические изделия на производстве или в быту, человек может попасть под действие электрического тока.

При этом тяжесть поражения электрическим током будет зависеть от множества факторов, в том числе: значения протекающего через человека тока, значения и рода напряжения, времени воздействия электрического тока на организм человека, мест контакта элементов электрической цепи с телом человека, индивидуальных особенностей человека, окружающей среды и окружающей человека обстановки; типа электроустановки; особенностей эксплуатации электроустановки и др.

Только одно приведенное перечисление факторов свидетельствует о сложности и многообразии процессов, происходящих при воздействии электрического тока на человека, а исход поражения обуславливается комплексом физических и биологических явлений, взаимосвязанных и взаимообусловленных.