Теоретическое обоснование и разработка такой системы и отдельных ее узлов - важнейшая часть работ при проектировании объектов в любой отрасли народного хозяйства. Не случайно существует множество подразделов электробезопасности - электробезопасность на производстве, в сельском хозяйстве, в горной промышленности, в передвижных установках, в зданиях и сооружениях и т.д. Но все эти подразделы базируются на общих требованиях, основах электробезопасности.
Теоретические основы электробезопасности изложены в фундаментальных трудах П.Д.Войнаровского, А.А.Смурова, Л.П.Подольского, Б.А.Князевского, П.А.Долина и других ученых. Требования электтробезопасности регламентированы различными Правилами. Первые в России Правила и нормы для электротехнических устройств сильного тока созданы в 1912 г. комиссией, сформированной третьим электротехническим съездом в 1903 г. В настоящее время учет условий электробезопасности на стадии проектирования объектов регламентируют Правила устройства электроустановок ПУЭ-98, а в период эксплуатации - Правила эксплуатации электроустановок потребителей ПЭЭП-92 (более конкретные Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок ПТБ выпуска 1975 г. практически потеряли силу в связи с разработкой новой, но еще не утвержденной редакции).
Если на стадии проектирования объекта документация согласовывается органами надзора, требующими строгого соблюдения требований Правил, то в период эксплуатации многое зависит непосредственно от конкретных лиц, организующих и выполняющих работу. И здесь, руководствуясь производственной необходимомтью, либо корыстными соображениями, либо особенностями своего характера, либо в связи с другими обстоятельствами эти лица вступают в конфликт с требованиями правил безопасности.
Современного человека, окруженного техникой, устрашающими плакатами типа приведенного на рис. 1, не остановишь . 
Эффективным может быть только один путь предупреждения электротравматизма - воспитание осознанного отношения к вопросам электробезопасности на основе понимания работниками сути физических процессов. В настоящее время учебники по электробезопасности читают только учащиеся (при подготовке к экзамену), Правила содержат только требования без пояснений, а другие литературные источники изложены либо популистки, либо декларативно и не дают законченного представления об опасности того или иного нарушения правил.
Вниманию читателей предлагается серия статей, составленных на основе имеющегося опыта преподавания вопросов электробезопасности в ЛЭТИ и на различных предприятиях. Будут изложены:
• современные представления об опасности электрического тока,
• сведения о параметрах электроустановок, влияющих на условия безопасности,
• возможные схемы включения человека в электрическую цепь,
• вопросы применения защитного заземления и зануления,
• вопросы формирования пожаров в электроустановках,
• сведения о технических средствах защиты от поражения током и от пожаров.
Статья 1. ОПАСНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА ДЛЯ ЖИВОГО ОРГАНИЗМАВ общей массе травм на производстве с временной утратой трудоспособности вес электротравм незначителен - не более 2%. Однако среди травм со смертельным (летельным) исходом электротравмы занимают ведущее место - более 12%, то есть считается, что каждая седьмая смертельная травма вызвана электрическим током.
Основные причины массовости смертельного электротравматизма можно сформулировать следующим образом:
• физиологическая несовместимость электрического тока и биологических процессов организме,
• отсутствие внешних признаков опасности оголенных токоведущих частей или металлических конструкций, случайно оказавшихся под напряжением (отсутствуют дым, свечение и другие устрашающие признаки),
• непонимание большинством работающих конкретной опасности контакта с токоведущими частями.
Между тем электрический ток оказывает на человека комплекс физиологических воздействий, которые условно можно разделить на следующие четыре группы:
1. Биологическое воздействие.
2. Термическое воздействие.
3. Химическое воздействие.
4. Вторичные травмы.
Практически все эти воздействия возникают одновременно, но в зависимости от конкретных обстоятельств то или иное воздействие может преобладать и приводить к характерному виду электротравмы. Рассмотрим эти виды действия тока.
Биологическое действие токаПочему электрический ток убивает человека. Жизнь человека зависит от нормального функционирования центральной нервной системы (ЦНС) и сердечно-сосудистой системы (ССС). Центральная нервная система обеспечивает связь человека с окружающим миром. Сердечно-сосудистая система, наряду с другими функциями, снабжает ЦНС и органы человека энергией, необходимой ждля их жизнедеятельности - к каждой клетке организма эта система с частотой пульса доставляет очередные порции кислорода. Сердце - это насос для перекачки крови в организме, непрерывно работающий с момента формирования зародыша в теле матери.
Установлено, что функционирование как ЦНС. Так и ССС основано на электрических процессах. Поэтому ток, пришедший извне, разрушает работу этих систем; он физиологически несовместим с ними.
Почему электрический ток разрушает ЦНС. Важнейшим элементом ЦНС является рефлекторная цепь, включающая в себя рецептор коры головного мозга (датчик внешнего воздействия), кору головного мозга (КГМ) и исполнительный орган (рис.2).
Структура ЦНС. Рецепторы расположены как на внешней поверхности тела, так и внутри организма. Они воспринимают воздействие всех внешних раздражителей (различают температурные, световые, вестибулярные и пр. рецепторы). Например, на языке человека расположены 4000 осязательных ворсинок с 50 рецепторами на каждой из них. Информация от рецептора о превышении того или иного физического параметра через нервные ткани поступает в КГМ - центральный орган нервной системы, своеобразную ЭВМ.
КГМ рассчитывает координаты точки тела, получившей ненормированное воздействие, определяет нужный исполнительный орган и выдает ему соответствующую команду.
Функционирование рефлекторной цепи происходит без участия сознательной деятельности человека. Например, когда становится жарко, мы потеем. Это масса рецепторов сообщила о превышении температуры на поверхности тела, и КГМ отдала команду соответствующим органам на выделение жидкости; при испарении этой жидкости происходит физический процесс поглощения теплоты, и соответственно снижается температура нагрева кожи.
Пусть человек случайно прикоснулся к нагретому жалу паяльника. Температурный рецептор 1, расположенный на коже пальца, через нервные волокна 2 передает в КГМ 3 информацию о превышении температуры на пальце. КГМ определяет координаты точки с повышенной температурой, рассчитывает координаты мышцы, смогущей отдернуть руку от паяльника, и выдает соответствующую команду по нервным волокнам 4.
В рефлекторной цепи информационные и командные сигналы являются импульсами тока.
Реакция ЦНС на электрический ток. Когда человек касается токоведущей части (рис. 3),
его тело замыкает электрическую цепь тока Ih, протекающего по контуру: токоведущая часть - тело человека - обувь - пол - земля - цепь заземления нейтрали сети R0 - нулевой провод. Ток Ih, проходящий через тело человека от внешнего источника, вызывает раздражение всех рецепторов 1, находящихся на его пути. Поэтому каждый из задействованных рецепторов по нервным волокнам 2 выдает информацию в КГМ 3 о наличии соответствующего ему, этому рецептору, физического воздействия (температуры, давления, звука, изменения положения тела, изменения состояния мышц и пр.). Согласно этой информации КГМ вырабатывает команды и передает их по каналам 4 различным исполнительным органам.
Поэтому, даже в простейшем варианте случайного легкого прикосновения пальцем к токоведущей части, формируется несколько разнородных реакций организма - рука отдергивается (как от горячего жала паяльника), выделяется пот (будто при жаре) и пр.
Неотпускающие токи. Количество рецепторов, выдающих ложную информацию в КГМ, зависит от значения тока Ih , протекающего по телу человека. Чем больше ток, тем большее число разнообразных рецепторов выдает ложную информацию и, соответственно, тем большее число команд различным исполнительным органам вырабатывает КГМ.
Когда организм не может одновременно выполнить многообразные команды КГМ, возникает судорожная реакция: мышцы резко сокращаются («закостеневают»), человек не может разжать пальцы и освободиться от токоведущей части, он не может позвать на помощь из-за судороги голосовых связок. После судорожной реакции мышц легких прекращается доступ кислорода в организм, человек теряет сознание, и затем наступает клиническая смерть. Биологическая смерть как необратимое явление наступает через 6-7 минут, когда из-за отсутствия кислорода начинается распад самых чувствительных клеток - клеток коры головного мозга.
Пороговые токи. Ток, при котором человек начинает ощущать его действие, называют пороговым ощутимым током (ПОТ). Ощущение проявляется в виде легкого покалывания, зуда, кислого вкуса на языке и пр. Значение ПОТ для мужчин: 0,5 - 1,5 мА при переменном токе частотой 50 Гц и 4 - 8 мА при постоянном токе. Судорожная реакция возникает при пороговом неотпускающем токе (ПНТ) - 16 мА и 40 - 80 мА соответственно. Как бы не был здоров и физически развит человек, он становится беспомощным и находится на грани гибели, если по его телу протекает ничтожный ток в 16 мА! Женщины более чувствительны к току. Так, для них ПНТ при 50 Гц принят равным 11 мА.
Как электрический ток нарушает функционирование сердца. Сердце - это насос для перекачки крови, работающий всю человеческую жизнь. В обычном режиме этот насос перекачивает 360 литров крови в час, а за всю жизнь - более 200 миллионов литров. Но этот насос - не вечный двигатель. Установлено, что он работает под воздействием электрических процессов.
Электрические явления - основа функционирования сердца. Каждая клетка сердечной мышцы имеет мембрану, обладающую полупроводниковыми свойствами. Клетка состоит из молекул и ионов (катионов и анионов), совершающих непрерывное тепловое движение в соответствии с общими физическими законами.
Пусть в начальный момент времени (рис. 4, а) по обе стороны мембраны содержится равное количество одноименных зарядов, то есть разность потенциалов U = 0 . При этом сердечная мышца расслаблена и желудочек заполняется кровью. В процессе теплового движения анионы свободно проникают в правую половину клетки, но вернуться в левую не могут из-за полупроводниковых свойств мембраны. Аналогично в левой половине клетки накапливаются катионы. Таким образом заряды постепенно разделяются и возрастает разность потенциалов. Когда она достигает значения U = 40 - 65 мВ (так называемый «потенциал покоя»), мышца сжимается и кровь выталкивается из желудочка (рис. 4,б). Функция насоса выполнена. При сжатии мышцы ионы вновь равномерно распределяются по обе стороны мембраны. Вновь U = 0, сердечная мышца расслабляется и желудочек заполняется новой порцией насыщенной кислородом крови. При новом достижении потенциала покоя мышца сжимается и кровь выталкивается из желудочка.
Нормальная длительность кардиоцикла - 0,75 - 1,0 с (60 - 80 ударов сердца в минуту). Чем выше температура тела, тем больше скорость теплового движения ионов, тем быстрее происходит разделение зарядов и, соответственно, чаще бьется сердце.
Так электрические явления приводят в движение насос, перекачивающий кровь человека.
Реакция сердца на электрический ток. Ток Ih, протекающий через область сердца от внешнего источника, может разрушить процесс разделения зарядов в клетках сердечной мышцы, то есть прекратить циклическую деятельность сердца. При этом возникает фибрилляция сердечной мышцы - ее беспорядочное неполное сжатие и сокращение. Сердце не выполняет функцию насоса, и кровь, обогащенная кислородом, не достигает клеток организма. Человек теряет сознание и наступает клиническая смерть. Значение фибрилляционного тока для людей - около 100 мА.
Термическое действие токаИсточниками термического действия тока могут быть:
• токи высокой частоты,
• нагретые током металлические предметы и резисторы,
• электрическая дуга,
• оголенные токоведущие части.
Токи высокой частоты широко применяют в медицине («токи УВЧ») при лечении различных болезней и травм. Нагрев больного органа происходит вследствие выделения в нем активной мощности токами, индуцированными под действием электрического поля. Действие этих токов строго нормировано.
В промышленных установках высокой частоты (электротермия металлов и неметаллов) интенсивность электрических полей определяется параметрами технологического процесса, а не безопасностью человека. Поэтому организм должен быть защищен от их воздействия.
Электрическая дуга. Температура в канале дуги достигает 7000 0С, при которой могут выгорать не только кожные покровы, но и мышечная и , зачастую, костная ткани.
В электрических сетях напряжением 220/380 В дуга возникает, как правило, при различных нарушения правил техники безопасности:
. внезапные короткие замыкания из-за применения неисправной оснастки (рис. 5, а - была нарушена резиновая изоляция защитной сетки переносной лампы), повреждения изоляции гвоздями и рубящими инструментами, наличие незакрепленных проводов, находящихся под напряжением (например, при регулировке аппаратуры),
. внезапные разрывы электрических цепей под нагрузкой,
. электрический пробой воздушных зазоров, например, при неправомерном исполь
зовании ламп накаливания напряжением 220 В для проверки наличия напряжения на шинах 380 В (рис. 5, б - обгорела кожа на незащищенных одеждой участках тела, на лице не ранены только глаза благодаря рефлекторному действию век на яркий свет).
В
не имеющих неисправностей электроустановках напряжением выше 1000 В электрическая дуга обычно возникает вследствие пробоя воздушных промежутков при приближении человека (или связанного с ним предмета) к токоведущей части (рис. 6)воздушных промежутков при приближении человека (или связанного с ним предмета) к токоведущей части (рис. 6)
Действие электрической дуги опасно и для глаз из-за мощного потока ультрафиолетового излучения. Электроофтальмия - воспаление роговицы и слизистой оболочки глаза - развивается через 4 - 8 часов после облучения. Она сопровождается покраснением и воспалением кожи и слизистых оболочек век, слезотечением, гнойными выделениями из глаз, частичной потерей зрения. Пострадавший испытывает головную боль и резкую боль в глазах, усиливающуюся на свету. В тяжелых случаях нарушается прозрачность роговой оболочки, сужается зрачок.
При прикосновении к оголенным токоведущим частям в местах контакта кожи с металлом могут возникнуть электрометки (рис. 7). Внешне они похожи на ожоги кожного покрова.
Организм человека состоит из неполярных и полярных молекул, катионов и анионов. Все эти элементарные частицы находятся в непрерывном хаотическом тепловом движении, обеспечивающем жизнедеятельность организма. При контакте с токоведущими частями в организме человека взамен хаотического формируется направленное, строго ориентированное перемещение ионов и молекул, нарушающее нормальное функционирование организма. При этом значение тока через тело человека может быть ниже порогового ощутимого. Заболевание (необратимые изменения в организме) может наступить при длительных регулярных контактах (например, в гальванических и электролизных цехах).
Вторичные травмы. Реакция человека на действие тока обычно проявляется в виде резкого непроизвольного движения типа отдергивания руки от места контакта с горячим предметом. При таком перемещении возможны механические повреждения органов вследствие падения, удара о рядом расположенные предметы и т. п. (рис. 8).
Перечень рисунков и подрисуночные подписиРис. 1. Пример устрашающего плаката по электробезопасности.
Рис. 2. Структура (а) и функционирование (б) рефлекторной цепи.
Рис. 3. Реакция центральной нервной системы на электрический ток.
Рис. 4 Формирование разности потенциалов в клетке сердечной мышцы.
Рис. 5. Ожог электрической дугой напряжением 380 В при замыкании шин неисправной переносной лампой (а) и при использовании в качестве пробника переносной лампы напряжением 220 В (б).
Рис. 6. Результат воздействия дуги, возникшей между шиной распределительного щита и рукой.
Рис. 7. Электрометки.
Рис. 8. Ожог дугой (термическое действие тока) и отделение головы (вторичная травма) при электротравме на опоре высоковольтной линии 15 кВ.
Четвер, 19.12.2024
