Тема 3 (Электробезопасность)

Виды действия электрического тока (ЭТ) на человека:

1. Термическое:

- ожог отдельных участков тела,

- нагрев внутренних органов, находящихся на пути тока - кровеносных сосудов, нервных тканей, сердца, мозга и др. Вызывает функциональные расстройства и серьезные поражения.

2. Электролитическое – разложение органических жидкостей, находящейся в организме, крови, нарушение их физико-химических свойств.

3. Биологическое – раздражение и возбуждение живых тканей организма, нарушение внутренних биологических процессов. В зависимости от пути протекания действие тока может быть:

- прямым – непроизвольное сокращение мышц,

- рефлекторным – через ЦНС.

4. Механическое – расслоение и разрыв тканей в результате электродинамического эффекта (судорожные реакции), образования пара из тканевой жидкости и крови.

Виды поражения электрическим током

Действия ЭТ вызывает два вида электротравм травм:

- местные – локальное повреждение организма,

- общие – электрический удар, электрический шок.

Распределение НС в промышленности по видам электротравм: местные электротравмы – 20 %, электрические удары – 25 %, смешанные травмы – 55 %.

Местные электротравмы

1. Электрический ожог – самая распространенная травма (более 60 % случаев). Различают два вида ожога:

- токовый (контактный) при непосредственном контакте с ТВЧ. Тяжесть поражения зависит от величины тока. Наибольшие ожоги наблюдаются в месте входа и выхода тока.

- дуговой – в результате воздействия электрической дуги между ТВЧ и телом человека. Может вызвать обширные ожоги, выгорание тканей на большую глубину.

2. Электрические знаки (электрические метки) – пятна серого (бледно-желтого) цвета размерами 1-5 мм. Происходит омертвение и затвердевание пораженного участка кожи. Со временем верхний слой кожи сходит, пораженное место восстанавливается.

3. Металлизация кожи – проникновение частичек металла в верхние слои кожи. Происходит при возникновении КЗ: при отключениях разъединителей, замене предохранителей под нагрузкой, когда частицы расплавленного металла разлетаются и проникают в кожу.

Металлизация возможна в результате электролиза при длительном и плотном контакте с ТВЧ. Частички металла заносятся в кожу электрическим током.

Со временем поврежденная кожа сходит и поврежденный участок восстанавливается.

4. Механические повреждения – разрывы сухожилий, кожи, сосудов, нервных тканей вследствие судорожных сокращений мышц. Возникают при относительно длительном нахождении человека под напряжением в электроустановках до 380 В.

Механические повреждения (ушибы, вывихи, переломы) могут возникать при падении человека вследствие потери сознания.

5. Электроофтальмия – воспаление наружных оболочек глаза – роговицы, конъюктивы (слизистой оболочки, покрывающей глазное яблоко) в результате воздействия потока УФ лучей (сварка, электрическая дуга).

Электроофтальмия развивается через 4-8 часов после УФ облучения.

Проявления: покраснение, воспаление кожи и слизистых оболочек век, выделения из глаз, частичная потеря зрения. Наблюдается несколько дней. Защита - применение СИЗ (защитные очки, щитки).

Общие электротравмы

1. Электрический удар – возбуждение живых тканей организма протекающим током со следующими последствиями:

- судорожные сокращения мышц,

- рассеянность, ослабление памяти и внимания,

- нарушение нормальной работы жизненно важных органов и систем (сердце, легкие, ЦНС).

В зависимости от исхода поражения различают 4 степени электрических ударов:

1 ст. – судорожное сокращение мышц, сопровождающееся сильными болями, без потери сознания;

2 ст. - судорожное сокращение мышц с потерей сознания, но с сохранением дыхания и работы сердца;

3 ст. – потеря сознания и нарушение сердечной деятельности и (или) дыхания;

4 ст. – клиническая смерть (отсутствие дыхания и кровообращения).

Клиническая смерть - период от остановки сердца до начала гибели клеток головного мозга (4 - 8 минут), после чего наступает необратимая биологическая смерть

Электрический удар, даже не приводящий к смертельному исходу, вызывает серьезные изменения в организме, которые проявляются сразу или в последствии (несколько часов, дней, месяцев). Это обострение сердечно-сосудистых заболеваний (аритмия, стенокардия, повышение или понижение кровяного давления); нервные болезни (невроз, эндокринные нарушения и др.).

2. Электрический шок – тяжелая нервно-рефлекторная реакция организма на чрезмерное раздражение электрическим током. Сопровождается расстройствами кровообращения, дыхания, обмена веществ [8, с. 77-78]. Наблюдаются две фазы шокового состояния.

1 – кратковременная фаза возбуждения. Пострадавший не реагирует на боль, наблюдается повышение кровяного давления и другие функциональные изменения.

2 – фаза торможения и истощения нервной системы. Резко снижается кровяное давление, учащается пульс, его наполнение падает, ослабевает дыхание, возникает депрессия при сохранении сознании.

Шоковое состояние длится от нескольких десятков минут до суток. После этого может наступить смерть в результате полного угасания жизненно важных функций. Выздоровление может наступить после активного врачебного вмешательства.

4. Зависимость степени поражения электрическим током от индивидуальных свойств человека и пути тока

Исход поражения во многом зависит от внимания, квалификации (опыта).

Путь тока. (т.н. петля). Наибольшая опасность поражения возникает, если на пути тока оказываются жизненно важные органы: сердце, легкие, головной мозг.

Наиболее распространенными путями тока в теле человека являются:

- рука - рука,

- правая (левая) рука – ноги,

- нога – нога,

- голова – рука,

- голова – ноги.

Путь рука – рука является наиболее распространенным (примерно 40 % случаев), путь правая рука – ноги занимает второе место.

Наиболее уязвимые места на теле: рука на участке выше кисти, шея, висок, спина, передняя часть ноги, плечо. Образование электрической цепи через уязвимые места приводит к смертельным исходам даже при очень малых токах и напряжениях.

5. Характер воздействия электрического тока на человека

Основным поражающим фактором при электротравмах и ударах является электрический ток. Характер его воздействия на человека определяется следующими параметрами:

- величиной тока,

- временем протекания через организм,

- родом тока (переменный, постоянный),

- частотой переменного тока.

6. Величина электрического тока и характер его воздействия на человека

7. Время действия электрического тока и характер поражения

8. Частота электрического тока и характер поражения

С увеличением времени прохождения тока через тело человека уменьшается сопротивление кожи (усиливается потоотделение, возрастает приток крови к участкам кожи под электродами, может возникнуть пробой кожи и др.) тем больше вероятность тяжелого поражения.

Опасность действия на организм постоянного тока (напряжение до 500 В) меньше, чем переменного. Это объясняется физиологическими закономерностями - возбудимая ткань отвечает на электрические воздействия во время изменения тока. Переменный ток оказывает непрерывное раздражающее действие на ткань организма человека, в то время как постоянный ток может вызвать возбуждение живой ткани только при относительно большой его величине.

При напряжении около 500 В действие постоянного тока не менее опасно, а при дальнейшем повышении напряжения опасность постоянного тока становится преобладающей.

9. Электрическая схема замещения сопротивления наружного слоя кожи

10. Электрическая схема замещения сопротивления тела человека

Сила тока I_ч , проходящая через какой-либо участок тела человека, зависит от напряжения прикосновения U_пр и сопротивления z_т , оказываемого току данным участком тела.

I_ч =

На участке между двумя электродами сопротивление тела человека состоит из:

- сопротивления двух тонких слоев кожи, касающихся электродов,

- и внутреннего сопротивления остальной части тела.

Плохо проводящий ток наружный слой кожи (2), прилегающий к электроду (1), и ткань, находящаяся под этим слоем (3), образуют обкладки конденсатора емкостью С и сопротивлением r_н .

Электрическая схема замещения

сопротивления наружного слоя кожи

Из схемы замещения видно, что ток протекает по двум параллельным путям: активное сопротивление r_н и емкость С, имеющей сопротивление:

х_с = ,

где: - угловая частота, Гц, f – частота тока, Гц.

Полное сопротивление наружного слоя кожи для переменного тока будет:

z_н =

Емкость кожи С между поверхностью электрода и мышечной тканью колеблется в пределах от нескольких сотен пф (1 пф = 10 ^–12 Ф) до нескольких мф (1 мф = 10 ^–6 Ф) и зависит от площади электрода, толщины эпидермиса, его диэлектрической проницаемости, которая в свою очередь определяется частотой тока, температурой кожи, наличием в коже влаги и пр. С увеличением площади контакта С увеличивается (х_с снижается).

Активное сопротивление кожи r_н зависит от удельного объемного сопротивления эпидермиса, значения которого находятся в пределах 10 ⁶ – 10 ⁷ Ом , а также площади электрода и толщины эпидермиса.

Увеличение площади контакта приводит к уменьшению полного сопротивления наружного слоя кожи.

Внутреннее сопротивления тела человека r_в меньше сопротивления кожи и рассматривается как чисто активное. Оно зависит от длины и поперечного сечения участка тела, по которому проходит ток, а также от объемного сопротивления внутренних тканей организма. Среднее значение его составляет 150 – 200 Ом .

Электрическая схема замещения

сопротивления тела человека по пути «рука-рука»

С увеличением частоты из-за уменьшения х_с сопротивление тела человека уменьшается. На частоте выше 10 кГц становится равным внутреннему сопротивлению (r_в ) .

r_в = 2 r_вр + r_вк , где: r_вр - сопротивление руки, r_вк - сопротивление корпуса.

Зависимость сопротивления Зависимость сопротивления

телачеловека z_т от частоты тока f тела человека z_т от напряжения U

Между током, протекающим через тело человека, и приложенным напряжением, существует нелинейная зависимость: с увеличением напряжения сила тока растет быстрее. Это объясняется нелинейностью сопротивления тела человека.

При напряжении на электродах 40-45 В в наружном слое кожи возникают значительные напряжения электрического поля, при которых полностью или частично происходит пробой наружного слоя, что снижает полное сопротивление тела человека. При напряжениях 127-220 В полное сопротивление практически падает до значения внутреннего сопротивления тела, которое принимается равным 1 кОм.

Зная допустимые значения силы тока (I_доп ) для различной длительности воздействия и полное сопротивления тела человека (z_т ) можно определить допустимое напряжение прикосновения (U _{пр. доп} ): U _{пр. доп} = I_доп z_т

11. Схема и характер растекания тока в грунте

Замыкание токоведущих частей ЭУ на землю сопровождается протеканием через них тока на землю. Вследствие сопротивления земли имеет место падение напряжения и появляется разность потенциалов между отдельными точками на поверхности. Схема растекания тока в земле при пробое изоляции ЭУ (связь с землей осуществляется через сферический заземлитель).

Схема растекания тока в грунте

Ток замыкания I_з будет стекать с поверхности заземлителя по направлению радиусов от центра сферы. Плотность тока в точке А на поверхности грунта на расстоянии х от центра сферы будет определяться из выражения:

(1)

С увеличением расстояния от заземлителя (х) плотность тока уменьшается вследствие резкого возрастания площади сечения земли, через которое протекает ток. При плотность тока снижается до нуля.

Потенциал какой-либо точки А ( ), находящейся на поверхности грунта с удельным сопротивлением на расстоянии х от центра заземлителя будет определяться выражением:

(2)

Из выражения следует, что распределение потенциалов на поверхности земли при растекании тока с полусферическим заземлителем подчиняется гиперболическому закону. На расстоянии 1 м потенциал снижается до 32 %; на расстоянии 10 м – до 8 %. На расстоянии 20 м потенциал практически равен 0.

12. Напряжение прикосновения при пробое изоляции заземленной электроустановки

13. Напряжение шага при пробое изоляции заземленной электроустановки

Напряжение прикосновения (U_пр ) - напряжение между двумя точками цепи тока, к которым одновременно прикасается человек.

Если человек рукой касается корпуса ЭУ, оказавшийся под напряжением, а ногами стоит в точке А (на расстоянии х от заземлителя) он попадает под напряжение прикосновения определяемое из выражения:

U_пр = ( )

(напряжение – разность потенциалов между двумя точками сети)

- коэффициент, учитывающий форму распределения потенциала на поверхности земли при растекании тока и сопротивление растекания тока с ног человека на землю.

U_ПР зависит от потенциала в точке замыкания (потенциала корпуса ЭУ) и удаления человека от места замыкания: по мере удаления от заземлителя U_пр возрастает.

Точка 1 U_ПР = 0

Точка 2

Точка 3

Зная допустимые токи (I _доп ) для различной длительности воздействия и сопротивление тела человека (R_ч ), можно определить допустимое напряжение прикосновения

Напряжение шага (U_ш ) – напряжение между двумя точками цепи тока, на которых одновременно стоит человек, или падение напряжения на теле человека, включенного в электрическую цепь по пути тока «нога – нога». Ширина шага (а) – 0,8 м (среднее значение).

Напряжение шага зависит от двух основных факторов: потенциала в точке замыкания и удаления человека от места замыкания х.

Потенциал точки на расстоянии х от места замыкания:

Потенциал точки на расстоянии шага (а) от точки х:

Реально напряжение шага ниже разности потенциалов на расстоянии шага за счет сопротивления растеканию тока с ног человека. Учитывается коэффициентом .

Точка 1

Точка 2

Точка 3 U_Ш = 0

Интенсивные судороги возникают при U_ш = 100 -150 В. В результате судороги ног возможно падение человека на землю. При этом увеличивается расстояние между точками касания земли (рука, нога, голова), возрастет разность потенциалов, ток протекает по более опасному пути.

На расстоянии 10-20 м от места замыкания напряжение шага не представляет опасности.

14. Защита от поражения электрическим током. Основные виды защиты

Защитой от прикосновения к токоведущим частям электроустановок является:

- изоляция проводов,

- ограждения,

- блокировкии другие защитные средства.

Высокое сопротивление изоляции проводов относительно земли и корпуса электроустановок создает безопасные условия для обслуживающего персонала. При эксплуатации электроустановок состояние электрической изоляции ухудшается за счет нагревания, механических повреждений, влияния климатических условий и окружающей производственной среды (химически активных веществ, температуры, давления, большой влажности или чрезмерной сухости).

Ограждения, которые бывают сплошными или сетчатыми, должны быть огнестойкими. В установках напряжением выше 1000 В должны соблюдаться допустимые расстояния от токоведущих частей до ограждений.

Блокировка применяется в электроустановках, в которых производятся работы на ограждаемых токоведущих частях. Она автоматически обеспечивает снятие напряжения с токоведущих частей электроустановок при несанкционированном доступе.

Защитой от напряжения, появившегося на корпусах электроустановок в результате нарушения изоляции, является:

- защитное заземление,

- зануление,

- защитное отключение.

15. Защита от напряжения на корпусах электроустановок в результате нарушения изоляции

16. Защитное заземление. Назначение, виды заземлителей

- защитное заземление,

- зануление,

- защитное отключение.

Защитное заземление (в сетях переменного тока до 1000 В). Заключается в соединении нетоковедущих металлических частей электроустановок с землей.

Основным элементом заземляющего устройства является заземлитель. Заземлители могут быть естественными и искусственными.

Естественным заземлителем может быть любой металлический предмет, имеющий достаточную и постоянную поверхность соприкосновения с землей - металлические трубопроводы, металлические конструкции и арматура железобетонных конструкций зданий и сооружений, емкости для хранения воды и пр. В качестве естественных заземлителей нельзя использовать емкости и трубопроводы, содержащие взрыво- и пожароопасные жидкости или газы.

Искусственными заземлителями называют специально закладываемые в землю металлические предметы, имеющие достаточную и постоянную поверхность соприкосновения с землей. В качестве заземлителей используются:

- стальные трубы с толщиной стенок не менее 3,5 мм, диаметром 25-60 мм, длиной 2-3 м;

- угловую сталь и металлические стержни;

- горизонтально проложенные стальные полосы толщиной не менее 4 мм и сечением 48 мм и более.

Естественные и искусственные заземлители соединяются между собой в земле стальной шиной. Электрооборудование также соединяют стальной шиной, общей для производственного помещения, которую соединяют с шиной заземлителей заземляющими проводниками, число которых определяется расчетами и конструктивными особенностями.

Основным показателем, характеризующим систему заземления, является величина сопротивления заземляющего устройства (ЗУ). Измерения производятся непосредственно после устройства заземления, и ежегодно в период наибольшего высыхания грунта

Визуальный осмотр видимой части ЗУ проводится не реже 1 раза в 6 месяцев.

Осмотры ЗУ с выборочным вскрытием грунта – не реже 1 раза в 12 лет.

Сопротивление заземляющего устройства для установок с разным рабочим напряжение должно быть:

660/380 В – не более 2 Ом, 380/220 В – не более 4 Ом, 220/127 В – не более 8 Ом.

Эти данные приведены для случая, когда удельное сопротивление грунта

Сущность защиты человека от поражения током заключается в создании заземления с малым сопротивлением, чтобы падение напряжения на нем не достигало опасного значения. В поврежденной цепи необходимо обеспечить величину тока, достаточного для надежного срабатывания защитных устройств, установленных на источнике питания.

В четырехпроводных сетях с заземленной нейтралью при напряжениях до 1000 В одно защитное заземление (соединение корпуса установки с заземлителем) не обеспечивает надежной защиты. Это объясняется тем, что при пробое изоляции на заземленный корпус величина аварийного тока, ограничиваемая сопротивлением заземлителей, может оказаться недостаточной для срабатывания защиты. По этому защитное заземление представляет собой присоединение корпусов установок (оборудования) через заземляющие провода к заземленному нулевому проводу источника электроэнергии (1 – приемник, 2 – источник электроэнергии, 3 – заземлители, Z _чел - полное сопротивление тела человека).

Схема заземляющей системы с нулевым заземляющим проводом

Данный прием называется занулением, т.е. преднамеренным соединением корпусов электроустановок с нулевым проводом от заземленной нейтрали источника тока. Сущность защиты заключается в том, что при замыкании на корпус в петле, образованной фазным Ф и нулевым 0 проводами возникает ток КЗ.

17. Защитное отключение.

Схема отключения, реагирующая на потенциал корпуса электроустановки

Сущность защитного отключения заключается в автоматическом отключении электроприемника аварийного участка (или сети в целом) при возникновении замыкания на корпус (или непосредственно на землю), а также при снижении сопротивления изоляции ниже допустимой величины. Схема защитного отключения, реагирующего на потенциал корпуса

Электроды вспомогательного заземлителя должны быть размещены в зоне нулевого потенциала, т.е. вне полей растекания токов защитного заземления корпуса R_з или заземления нулевого провода. При замыкании фазы на корпус потенциал корпуса снижается до значения I_з R_з .

Если окажется выше потенциала , при котором напряжение прикосновения еще не достигает допустимого значения, срабатывает реле РН, контакты которого замыкают цепь отключающей катушки ОК.

Схема включения реле напряжения между нулевым проводом и корпусом электроустановки

Реле максимального напряжения РН можно включать между корпусом и нулевым проводом. При замыкании фазы Ф на корпус приемника П срабатывает РН, которое своими контактами шунтирует приемник. Под действием тока КЗ срабатывает предохранитель и отключает приемник от сети.

Схема защитного отключения, реагирующая на ток замыкания на землю.

Токовое реле РТ, обладающее малым сопротивлением, включено в рассечку заземляющего провода. При замыкании фазы на корпус приемника П ток, стекающий на землю, если его величина превысит некоторый предел, при котором напряжение прикосновения имеет наибольшее длительно допустимое значение, вызывает срабатывание РТ. Через его контакты запитывается катушка ОК, отключающая установку от сети.

18. Основные и дополнительные защитные средства при обслуживании электрооборудования

Изолирующие защитные средства служат для защиты персонала от поражения электрическим током, от воздействия электрической дуги и продуктов ее горения. По назначению их разделяют на основные и дополнительные.

Основными называют такие защитные средства, изоляция которых надежно выдерживает рабочее напряжение электроустановок.

Дополнительные не рассчитаны на полное рабочее напряжение и применяются совместно с основными

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: