bezopasnost_zhiznedeyatelnosti_uchebnik_bezopasnost_truda_na_zheleznodorozhnom_transporte_2014

		Окончание табл. 5.1
1	2	3
50—100	Паралич дыхания. Начало	Болевой порог ощущений на-
	«трепетания желудочков	гревания. Сокращение мышц
	сердца». Возможна фиб-	рук. Судороги. Затруднение
	рилляция сердца, приво-	дыхания
	дящая к смерти
100—500	Фибрилляция сердца, са-	Паралич дыхания, возможна
	мовосстановление сердеч-	фибрилляция сердца
	ного ритма невозможно
3000—5000	Дыхание парализуется мгновенно. Сильные ожоги в местах
	контакта. Возможна остановка сердца, но фибрилляция не
	наступает.

Из приведенных в табл. 5.1 данных видно, что с увеличением силы тока четко проявляются три качественно отличные ответные реакции организма: ощущение, судорожное сокращение мышц (неотпускающий эффект для переменного и болевой эффект для постоянного тока) и, наконец, фибрилляция сердца. Электрические

токи, вызывающие указанные реакции организма человека, получили, соответственно, названия ощутимые, неотпускающие и фибрилляционные токи, а их минимальные значения принято называть

пороговыми.

Ощутимые токи не представляют серьезной опасности для деятельности организма человека, и так как при такой силе тока возможно самостоятельное освобождение человека от контакта с токоведущими частями, допустимо его длительное протекание через тело человека.

В тех случаях когда раздражающее действие тока становится настолько сильным, что человек не в состоянии освободиться от контакта, возникает опасность длительного протекания тока через тело человека. Длительное воздействие неотпускающих токов может привести к затруднению и нарушению дыхания. Постоянный ток не вызывает неотпускающего эффекта, а приводит к сильным болевым ощущениям.

При протекании тока в несколько сотых долей ампера возникает опасность возникновения фибрилляции сердца, т.е. беспорядочного, нескоординированного сокращения волокон сердечной

181

мышцы, при этом сердце не в состоянии гнать кровь по сосудам, происходит остановка кровообращения. Фибрилляция длится, как правило, несколько минут, после чего следует полная остановка сердца. Процесс фибрилляции сердца необратим и сила тока, вызывающего его, является смертельной.

Экспериментальные и теоретические исследования показали, что пороговые значения указанных токов представляют собой случайные величины, при этом значения ощутимых и неотпускающих токов распределяются по нормальному закону, а значения фибрилляционных — по логарифмически-нормальному закону.

Во многих случаях длительность воздействия является определяющим фактором, от которого зависит конечный исход поражения. С уменьшением длительности воздействия значения допустимых для человека токов существенно увеличиваются. При уменьшении времени воздействия от 1 до 0,01 с допустимый ток возрастет в

11раз.

Постоянный и переменный токи оказывают различное воздейс-

твие на организм человека главным образом при напряжениях до 500 В. При таких напряжениях степень поражения постоянным током меньше, чем переменным той же величины. Считают, что напряжение 120 В постоянного тока при одинаковых условиях эквивалентно по опасности напряжению 50 В переменного тока промышленной частоты. При напряжении 500 В и выше различий в воздействии постоянного и переменного токов практически не наблюдается.

Исследования показали, что самыми неблагоприятными для человека являются токи промышленной частоты (50 Гц). При увеличении частоты (более 50 Гц) значения неотпускающего тока возрастают. С уменьшением частоты (от 50 Гц до 0) значения неотпускающего тока также возрастают и при частоте, равной нулю (постоянный ток — болевой эффект), они становятся больше примерно в 3 раза.

Как показывает статистика электротравматизма, в исходе электротравмы большое значение имеет путь тока, который идет, как правило, по пути «рука — рука» или «рука — ноги» (около 80 % электротравм). Однако он может протекать и по другим путям, например, «голова — ноги», «спина — руки», «нога — нога» и др. Степень поражения в этих случаях зависит от того, какие органы

182

человека попадут под воздействие тока, а также силы тока, проходящего непосредственно через сердце.

Допустимые значения токов, представленные в разд. 5.2, установлены для пути тока «рука-рука», «рука-ноги».

5.2. Электрическое сопротивление тела человека

Сила тока, который определяет исход поражения, зависит от напряжения электроустановки и электрического сопротивления цепи тока, в которое входит и сопротивление тела человека.

Основным фактором, определяющим сопротивление тела человека, является кожа, ее тонкий роговой наружный слой, в котором нет кровеносных сосудов и который обладает очень большим удельным сопротивлением (около 106 Ом·см). При контакте с электродом этот плохо проводящий ток наружный слой кожи и внутренняя ткань, находящаяся под этим слоем, как бы образуют обкладки конденсатора емкостью С и сопротивлением его изоляции rн. Сопротивление изоляции rн и емкость С зависят от площади электродов (площадь контакта), с ростом которой сопротивление изоляции уменьшается а емкость увеличивается. Тогда на участке цепи тока между двумя электродами (место контакта) общее электрическое сопротивление тела человека можно представить схемой замещения (рис. 5.1) из сопротивлений двух наружных слоев кожи и внутреннего сопротивления rв остальной части тела. Опыты показали, что внутреннее сопротивление тела человека можно рассматривать как чисто активное. Между током, протекающим через тело человека, и напряжением существует нелинейная зависимость: с увеличением напряжения ток растет быстрее. Это объясняется главным образом нелиней-

ностью электрического сопротивления тела человека. Так, при напряжении на электродах 40—45 В

в наружном слое кожи возникают большие напряженности электрического поля, при которых пол-

ностью или частично происходит пробой наружного слоя, что сни-

жает полное сопротивление тела Рис. 5.1. Электрическая схема заме- человека. С увеличением элект- щения сопротивления тела человека

183

Рис. 5.2. Зависимость полного сопротивления тела человека от напряжения

рического напряжения полное сопротивление тела человека уменьшается (рис. 5.2) и при напряжении 120—140 В падает до значения внутреннего сопротивления.

Из схемы замещения видно, что с ростом частоты тока сопротивление человека из-за емкости С в цепи тока

уменьшается и при больших частотах стремится к внутреннему сопротивлению. Опыты подтвердили эти выводы, что свидетельствует о правомочности схемы замещения.

Зная допустимые значения токов Iдоп для различной длительности воздействия и полное сопротивление тела человека Zч, можно определить допустимое напряжение Uдоп

Uдоп = Iдоп Zч.

В табл. 5.2 приведены установленные в зависимости от времени

воздействия предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов при аварийном режиме производственных электро-

установок напряжением до 1000 В с глухозаземленной или изолированной нейтралью и выше 1000 В с изолированной нейтралью.

Таблица 5.2

Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов при продолжительности воздействия тока t, с

		Нормируемая	Продолжительность воздействия тока t, с
	Род тока
			0,01—					Свыше
		величина		0,1	0,2	0,5	1,0
			0,08					1,0
	Переменный	U, В	550	340	160	105	60	20
	50 Гц	I, мА	650	400	190	125	50	6
	Постоянный	U, В	650	500	400	250	200	40
	ток	I, мА						15

184

Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов, протекающих через тело человека при продолжительности воздействия более 1 с, приведенные в табл. 5.2 соответствуют отпускающим (переменным) и неболевым (постоянным) токам.

При измерении токов и напряжений прикосновения сопротивление тела человека в электрической цепи при частоте 50 Гц должно моделироваться резистором сопротивления: при времени воздействия до 0,5 с — 0,85 кОм, более 0,5 с — 1 кОм.

Напряжения прикосновения и токи, протекающие через тело человека при нормальном (неаварийном) режиме работы электроус-

тановки, не должны превышать значений, указанных в табл. 5.3. Напряжения прикосновения и токи приведены при продолжительности воздействия не более 10 мин в сутки и установлены исходя из реакции ощущения.

Таблица 5.3

Предельно допустимые токи и напряжения прикосновения при нормальном режиме работы электроустановки

Род тока	U, В		I, мА
		Не более
Переменный, 50 Гц	2,0		0,3
Постоянный	8,0		1,0

5.3.Опасность прикосновения к токоведущим частям

воднофазных и трехфазных сетях

Тяжесть электротравмы, оцениваемая величиной тока, проходящего через тело человека, зависит от целого ряда факторов — схемы включения человека в цепь, напряжения сети, схемы самой сети и режима работы ее нейтрали.

Схемы включения человека в цепь тока могут быть различными. При этом различают: прямое прикосновение — электрический

контакт человека с токоведущими частями, находящимися под напряжением, и косвенное прикосновение — электрический контакт

человека с открытыми проводящими частями, оказавшимися под напряжением при повреждении изоляции.

При прямом прикосновении наиболее характерными схемами включения являются: между двумя проводами (двухполюсное при-

185

косновение) и между проводом и землей (однополюсное прикосновение).

Двухполюсное прикосновение, как правило, более опасно, поскольку сопротивление цепи тока состоит только из сопротивления тела человека, а ток через человека зависит от напряжения электроустановки и не зависит от режима работы нейтрали сети. Как показывает практика эксплуатации электроустановок, однофазное прикосновение происходит много чаще, чем двухполюсное. В этом случае последствия такого прикосновения существенно зависят от схемы самой сети и режима работы ее нейтрали.

На рис. 5.3 приведена схема однополюсного прикосновения че-

ловека к проводу изолированной от земли однофазной сети. Через

r1 и r2 обозначены сопротив-

ления изоляции проводов се-

ти относительно земли. При

своевременном и качествен-

ном обслуживании электро-

оборудования сопротивление

изоляции токоведущих частей

обычно поддерживается на

одинаковом уровне, т.е. r1 =

Рис. 5.3. Схема прямого прикосновения

= r2 = rиз, а сила тока, проте-

человека в изолированной от земли од-

кающего через тело человека,

нофазной сети

Iч = U/(rиз+2Rч). Из этого ра-

венства можно сделать вывод,

что сила тока, протекающего

через человека, следовательно,

и электрическая безопасность

во многом определяются со-

противлением изоляции сети.

На рис. 5.4 представлена

схема однофазной сети, в ко-

торых один из полюсов ис-

точника питания соединен с

Рис. 5.4. Схема прямого прикоснове-

землей через малое сопротив-

ния человека в однофазной сети, один

ление ro. В этом случае имеем

из полюсов которой соединен с землей

заземленную однофазную сеть.

через малое сопротивление

Из сравнения схем прикосно-

186

вения человека в изолированной
и заземленной однофазных сетях
видно их подобие. Если учесть,
что rо << r1 и rо << r2, то Iч =
= U/Iч.
Отсюда следует, что единст-
венным фактором при данном на-
пряжении, ограничивающем си-
лу тока, протекающего через тело
человека в заземленных однофаз-		Рис. 5.5. Схема прикосновения чело-
ных сетях, является сопротивле-		века к одной из фаз трехфазной сети
ние тела человека.	Опасность	с изолированной нейтралью
эксплуатации таких	электроус-
тановок очевидна.
Трехфазные сети бывают только переменного напряжения и мо-
гут быть выполнены по схеме с изолированной или заземленной
нейтралью. На рис. 5.5 показана схема прикосновения человека к
одной из фаз трехфазной сети с изолированной нейтралью. На ней
через r1—r3 обозначены сопротивления изоляции, а через С1—С3 —
емкости фаз сети относительно земли.
Предположим, что параметры сети — сопротивления изоляции
r1—r3 равны между собой и равны rиз и С1 = С2 = С3 = С. Оценку
их влияния на опасность прикосновения будем вести отдельно.
При С = 0 сила тока, протекающего через тело человека:

Iч = 3U/(3Rч + rиз).

(5.1)

При U = 220 В, Rч = 1 кОм и rиз = 7 кОм, сила тока Iч = 66 мА, что опасно, а при rиз = 500 кОм, Iч = 1,3 мА, что вызывает у чело-

века только ощущение тока. Из выражения (5.1) и примеров расчета очевидна защитная роль сопротивления изоляции сети. Поддерживая сопротивление изоляции на достаточно высоком уровне, можно в сети с изолированной нейтралью с малой емкостью приблизить однофазное прикосновение к безопасным условиям.

Теперь рассмотрим сеть, обладающую большой емкостью, т.е. когда емкостное сопротивление (1/2πfC) существенно меньше сопротивления изоляции rиз. Тогда сила тока, протекающего через тело человека при однополюсном прикосновении, равна

Iч = 6UπfC/ 1+ 3 6π2 f 2C 2Rч2 .

187

		При U = 220 В, Rч = 1 кОм, f =
		= 50 Гц и С = 0,5 мкФ сила тока
		Iч = 93 мА, т.е. достигает значения
		фибрилляционного тока. Емкость ка-
		бельной сети зависит от марки кабе-
		ля, условий его прокладки (в земле,
		кабельных каналах, лотках и т.д.) и
		длины кабеля.
	Рис. 5.6. Схема трехфазной сети	На рис. 5.6 показана схема трех-
		фазной сети с глухозаземленной ней-
	с глухозаземленной нейтралью
		тралью. Пусть к фазе L прикоснулся
	человек. Тогда сила тока, протекающего через тело человека, со-
	ставит
		Iч = U/Rч.

В этом случае, как и при прикосновении в однофазной сети, опасность поражения будет всецело определяться напряжением сети и электрическим сопротивлением тела человека. В реальных условиях возможно включение последовательно с сопротивлением тела человека сопротивления его обуви rоб, пола помещения rп. Ориентировочно сопротивление обуви можно принять равным 1,5—8000 кОм (последнее для рантовых ботинок с микропористой подошвой). Сопротивление пола (кОм) принимается следующим:

–деревянный, сухой — 10 000;

–деревянный пол, смоченный водой — 20—25;

–бетонный пол, сухой — 75;

–бетонный пол, сырой — 1,5.

Из этих данных видно, что обувь и пол могут существенно повлиять на силу тока, протекающего через тело человека. Однако рассчитывать на защитные свойства обуви и пола нельзя, так как в рабочих помещениях всегда имеется большое количество аппаратуры, металлических конструкций, связанных электрически с землей, и к которым возможно прикосновение человека. В этом случае ток не проходит через обувь человека или пол помещения и, как было рассмотрено выше, единственным элементом, ограничивающим силу тока, проходящего через тело человека, будет его электрическое сопротивление.

188

Из рассмотренного ясно, что применение той или иной схемы энергоснабжения (однофазной или трехфазной, изолированной или глухозаземленной) существенно изменяет условия электрической безопасности при однополюсном прикосновении человека к токоведущим частям. При двухполюсном прикосновении схема электроснабжения не влияет на электробезопасность человека. В этом случае при прикосновении человека к токоведущим частям в установках напряжением 110, 220 или 380 В электрическое сопротивление тела человека практически падает до внутреннего и вполне вероятно протекание через него фибрилляционного тока. Увеличение частоты электроустановки в этом случае может сыграть решающую роль в снижении вероятности поражения током, так как пороговое значение фибрилляционного тока с увеличением частоты возрастает.

Аналогичное положение и при однополюсном прикосновении человека к токоведущим частям установки с глухозаземленной нейтралью. Здесь человек оказывается под фазным напряжением и увеличение частоты электроустановки также может повысить безопасность обслуживающего персонала.

Иначе обстоит дело в сети с изолированной нейтралью. Сила тока, протекающего через тело человека, зависит от сопротивления изоляции и емкости сети, причем с повышением частоты электроустановки емкостная проводимость (2πfС)возрастает. Следовательно, возрастает и сила тока, протекающего через тело человека:

Iч = 6UπfC/ 1+ 3 6π2 f 2C 2Rч2 .

Таким образом, в установках с изолированной нейтралью повышение частоты повышает опасность поражения человека электрическим током.

5.4. Опасность напряжений прикосновения и шага при замыкании токоведущих частей электроустановки на землю

Замыкание токоведущих частей электроустановки на землю сопровождается протеканием через нее тока или, как принято говорить, происходит растекание тока в земле. Такое растекание происходит через проводник, находящийся в непосредственном кон-

189

Рис. 5.7. Схема растекания тока в земле через полусферический заземлитель

такте с землей, который может быть случайным (обрыв провода воздушной линии) или преднамеренным. В этом случае проводник, находящийся в контакте с землей, называется заземлителем. При этом между корпусами оборудования и землей, а также между отдельными точками грунта, где происходит растекание тока, возникают напряжения, что представляет опасность для человека. Для оценки опасности возникающего напряжения необходимо определить закон распределения потенциалов на поверхности грунта при растекании в нем тока.

Рассмотрим схему растекания тока в земле считая, что ток стекает в землю через полусферический заземлитель радиусом a, погруженный в однородный грунт с удельным сопротивлением ρ

(рис. 5.7). В этом случае ток

замыкания будет стекать с

поверхности заземлителя по

направлению радиусов от за-

землителя, как от центра сферы. С увеличением расстояния от заземлителя плотность тока уменьшается из-за возрастания

сечения земли, через которое протекает ток, и соответственно уменьшается разность потенциалов двух соседних точек

поверхности земли в рассматриваемом направлении. Потенциал произвольной точки A, находящейся на расстоянии x от центра заземлителя, относительно бесконечно удаленных точек земли

ϕx = Iзρ/2πx,

(5.2)

т.е. распределение потенциалов по поверхности земли при растекании тока с полусферического заземлителя подчиняется гиперболическому закону при максимальном значении потенциала, равного потенциалу заземлителя:

ϕз = Iзρ/2πа.

На расстоянии 1 м от заземлителя падение напряжения составляет 68 %, на расстоянии 10 м — 92 % потенциала заземлителя.

190