Актуальность темы. Основные определения и нормативные документы
Статистические данные производственного травматизма в Украине и за рубежом свидетельствуют о том, что случаи поражений человека электрическим током достаточно редки и составляют примерно один процент. Однако при этом количество электротравм с летальным исходом достигает 20%. Поэтому электробезопасность была, есть и будет основным направлением безопасности труда на производстве. Этот тезис базируется на следующем постулате: "Электроэнергия в XXI веке останется основным источником энергии для производственного оборудования".
Актуальность обучения вопросам электробезопасности в Украине обусловлена главным образом тем, что при численности населения Украины менее 1% от мирового сообщества количество электротравм с летальным исходом превышает 6% от общемировой. Таким образом Украина является одним из немногих лидеров в мире по летальных исходов от электротравм.
ГОСТ 12.1.009-76 ССБТ Электробезопасность. Термины и определения. Определяет электробезопасность как систему организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту человека от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества, а электротравму как травму, вызванную действием на организм человека электрического тока или электрической дуги.
Главный источник поражения человека электрическим током на производстве является электроустановки напряжением до 1000 В. К ним согласно Правил устройства электроустановок (ПУЭ) относятся машины, аппараты, линии электропередач и вспомогательное оборудование, предназначенное для производства, трансформации, передачи, распределения электрической энергии и преобразования ее в другие виды энергии. Такое положение объясняется двумя факторами: самой их распространенности на производстве и в быту, а также достаточно высоким уровнем подготовки работников, обслуживающих электроустановки напряжением свыше 1000 В.
Основные технические и организационные меры электробезопасности изложены в следующей нормативно - технической документации:
- Правила устройства электроустановок (ПУЭ)
- НПАОП 40.1-1.01-97. Правила безопасной эксплуатации электроустановок;
- НПАОП 40.1-1.21-98. Правила безопасной эксплуатации электроустановок потребителей;
- ПТБ - правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей;
- ГОСТы ССБТ;
- Документы Госгорпромнадзора.
Классификация и значение факторов, влияющих на тяжесть поражения электрическим током
Факторы, влияющие на тяжесть поражения электрическим током принято классифицировать на:
- Электрические;
- Неэлектрические;
- Производственной среды.
Электрические факторы:
- Величина тока;
- Сопротивление тела человека;
- Напряжение электрической сети;
- Вид и частота тока.
Величина тока. Анализ электрических факторов с позиции закона Ома свидетельствует о том, что величина тока является интегральным фактором.
В зависимости от величины тока выделяют семь степеней действия электрического тока частотой 50 Гц на человека. Они приведены в табл. 4.1.
Таблица 4.1 - Степени действия электрического тока частотой 50 Гц на человека.
| Сила струму, мА | Характер дії |
| 0,5...1,5 | Пороговий відчутний струм |
| 1,0...8,0 | Відчуття безболісні, керування м’язами не втрачено |
| 8,0...15,0 | Відчуття болісні, керування м’язами не втрачено |
| 20,0...50,0 | Пороговий невідпускаючий струм – відчуття дуже болісні, сильне скорочення м’язів, дихання важке |
| 50,0...100,0 | Параліч дихання, можлива фібриляція серця |
| 100,0...200,0 | Пороговий фібриляційний струм - фібриляція серця, параліч дихання |
| 200,0 і більше | Сильні опіки, параліч дихання |
Анализ табл. 4.1 показывает, что сила тока в 20 ... 50 мА уже может привести к летальному исходу, так как человек самостоятельно не может освободиться от его действия.
Минимальное значение электрического тока, не оказывает негативного влияния на организм человека, определены предельно допустимым током. Он при неаварийном режиме работы электроустановки не должен быть более 0,3 мА для переменного тока и 1 мА для постоянного.
Сопротивление тела человека - неоднозначная величина, которая изменяется в довольно широких пределах от 2 до 100 кОм. Подобное колебания значений сопротивления объясняется следующими факторами:
- Различным сопротивлением элементов тела человека (табл. 4.2);
- Сложностью биохимических и физиологических процессов, которые протекают в теле человека под воздействием электрического тока;
- Напряжением электрической сети;
- Частотой электрического тока;
- Времени действия электрического тока на человека.
Таблица 4.2 - Электрическое сопротивление элементов тела человека
| № п/п | Елемент тіла людини | Питомий об'ємний опір, Ом • м |
| Шкіра суха | 104 | |
| Кістки | 106 | |
| Жирова тканина | 30...60 | |
| М’язова тканина | 1,5...3,0 | |
| Кров | 1...2 | |
| Продовження табл. 4.2 | ||
| № п/п | Елемент тіла людини | Питомий об'ємний опір, Ом • м |
| Спинномозкова рідина | 0,5...0,6 | |
| Роговий шар шкіри (епідерміс) | до 1010 |
Данные табл. 4.2 свидетельствуют о том, что кожа человека является основным фактором, защищает ее от воздействия электрического тока. Однако следует учитывать, что сопротивление кожи может резко уменьшаться при следующих условиях:
- Повреждении ее рогового слоя;
- Появлении влаги на ее поверхности;
- Потоотделении;
- Загрязнении;
- Наличие болезней кожи.
Под действием электрического тока в теле человека возникают достаточно сложные биохимические и физиологические процессы, которые снижают сопротивление тела человека. Влияние напряжения электрической сети на сопротивление тіла людини наведено на рис. 4.1.
Рис. 4.1 - Характер зависимости сопротивления тела человека и силы тока, протекающего через него от приложенного напряжения.
Рисунок показывает, что при увеличении напряжения до бесконечности сопротивление асимптотически приближается к нулю. Однако это справедливо до определенного уровня напряжения - напряжения "пробой". При этом напряжении происходит резкое падение сопротивления человека к нулю.
Анализ приведенной зависимости свидетельствует о том, что при напряжении в несколько вольт сопротивление тела человека превышает 10000 Ом и резко снижается до 1500 Ом при напряжении 100 В и до 300 Ом при напряжении более 1000 В. Последнее является подтверждением того, что для обслуживания электроустановок напряжением свыше 1000 В необходимо иметь высокий уровень подготовки по электробезопасности.
Значение напряжения "пробой" может быть выражено зависимостью
UП = f (σ, d, ε *, ε, δ, s),
где UП - напряжение "пробой", В;
σ - поверхностная плотность электрического заряда, К / м2;
d - расстояние между электродами, м;
ε * - электрическая постоянная, равная 8,85 × 10 -12 Ф / м;
ε - относительная диэлектрическая проницаемость рогового слоя кожи, которая дорив-
ет 200 ... 250.
δ - толщина рогового слоя кожи, м;
s - поверхность контакта тела человека с электрической звеном, м².
Исследование приведенной и подобных зависимостей в электробезопасности производств с напряжением электроустановок к 1000 В неизвестны. Однако актуальность таких исследований трудно недооценить для технологий и оборудования, в которых возникают заряды статического электричества. По данным Я.Я. Васильева и Л.И. Семенова заряды статического электричества при измельчении продуктов в тонкодисперсного состояния могут достигать 10000 ... 11000 В.
Частота электрического тока. Тело человека вследствие сложности биохимических и физиологических процессов, протекающих в нем, является не простым физическим проводником при прохождении электрического тока, а представляет собой сложную систему сопротивлений. Она имеет не только активную, но и емкостную составляющую и моделируется в виде электрической звена (рис. 4.2).
Рис. 4.2 - Модель сопротивления тела человека воздействия электрического тока. 1 - электроды; 2 - наружный слой кожи (эпидермис) 3 - внутренние ткани и органы тела человека; RК, Rвн - соответственно активное сопротивление кожи и внутренних тканей органов человека; XК - емкостное сопротивление внешнего (эпидермального) слоя кожи человека.
Полное сопротивление тела человека при любой частоте электрического тока определяется как
Rf = 2∙ZК + RВН, (4.1)
где Rf, ZR - соответственно сопротивление тела человека и внешнего слоя кожи при любой частоте электрического тока, Ом.
Значение Zк можно определить по известному закону сопротивления электрических сетей при параллельном соединении
(4.2)
Значення ХСлабільне по відношенню до частоти струму, тоді вираз (4.2) запишеться у вигляді
(4.3)
де f – частота струму,
Гц;
С – ємність зовнішнього шару шкіру, Ф.
Вираз (4.3) дозволяє установити вплив частоти струму на опір тіла людини
при f→ ∞Rf = R ВН,а
при f → 0Rf = 2Rк + RВН(4.4)
Неважко помітити, що:
- при великих частотах, в межах 5 – 20 кГц, повний опір тіла людини можна вважати рівним його повному опору;
- При малых частотах, в пределах 10 - 500 Гц, - сумме внутреннего сопротивления и двойном значению сопротивления наружного слоя кожи.
Вывод. Постоянный ток в 4 -5 раз безопаснее переменного.
Время действия тока уменьшает сопротивление тела человека. Эта аксиома объясняется увлажнением кожи от пота и электролитическими процессами в тканях.
Неэлектрические факторы:
- Путь тока через человека;
- Индивидуальные особенности и состояние организма;
- Время, внезапность и непредсказуемость действия тока.
Пути тока через тело человека в электробезопасности получили название петли тока. Их название определяется элементами тела, которые контактируют с электросетью. Наиболее распространенными и известными являются следующие:
- "Рука - рука";
- "Голова - ноги";
- "Рука - ноги".
Тяжесть поражения человека электрическим током существенно определяется петлями тока. Статистические данные свидетельствуют о том, что наибольшее количество тяжелых и смертельных последствий происходит по следующим петлями:
- "Рука - рука" до 40%;
- "Правая рука - ноги" до 20%;
- "Левая рука - ноги" до 17%;
- "Голова - руки", "голова - ноги" до 100%.
Индивидуальные особенности и состояние организма характеризуются:
- Психическими особенностями и чертами характера (холерик, сангвиник, меланхолик)
- Состояния возбуждения нервной системы;
- Наличием депрессии, алкогольного и наркотического опьянения;
- Заболеванием кожи, сердечно-сосудистой системы, органов внутренней секреции, легких;
- Температурой тела, потливостью и т.
Анализ электротравматизма показывает, что холерики, меланхолики и люди, которые психически и физически нездоровые, менее устойчивы к действию электрического тока. Наиболее тяжелые случаи поражения человека электрическим током наблюдаются в состоянии алкогольного и наркотического опьянения. Поэтому законодательство Украины по охране труда категорически запрещает работу человека в таком состоянии.
Внезапность и непредсказуемость действия тока. Установлено, что значения пороговых токов на 30 ... 50% выше для человека, который осознает угрозу и последствия. В этом случае наблюдается полная аналогия с известной истиной: "Предупрежден - значит защищен».
Увеличение времени действия электротока уменьшает сопротивление тела человека за счет интенсификации биохимических процессов в организме и создает условия совпадения максимального импульса тока через сердце с фазой Т кардиоциклах, негативно влияющих на функцию сердца.
Санитарно-гигиенические показатели производственной среды непосредственно влияют на опасность поражения человека электрическим током, а именно:
- Температура воздуха в помещении;
- Влажность воздуха;
- Запыленность воздуха;
- Наличие в воздухе химически активных примесей и т.
За факторами производственной среды ПУЭ выделяют такие категории помещений:
- Без повышенной опасности;
- С повышенной опасностью;
- Особенно опасны.
Категория определяется наличием в помещении факторов повышенной или
особой опасности электротравм. К факторам повышенной опасности относятся:
- Температура в помещении в течение суток превышает 35 ° С;
- Относительная влажность более 75%, но менее полного насыщения (100%);
- Токопроводящая пол - металлическая, бетонная, кирпичная, земляная и тому подобное;
- Токопроводящий пыль;
- Возможность одновременного прикосновения человека к нетоковедущих частей электроустановки и металлоконструкций, имеющих контакт с землей.
Факторы особой опасности: - относительная влажность, которая близка к насыщению (до 100%);
- Агрессивная среда, что повреждает изоляцию.
Помещение с отсутствующими факторами повышенной и особой опасности относятся к помещениям без повышенной опасности.
Помещение принадлежит к помещениям повышенной опасности электро-травм при наличии одного из факторов повышенной опасности. Помещение считается особенно опасным при наличии одновременно двух факторов повышенной опасности.
3. Действие электрического тока на организм человека
Электрический ток при прохождении через организм человека оказывает на него термический, электролитический и биологическое воздействие.
Термический проявляется в нагреве до высокой температуры кровеносных сосудов, нервов, сердца, мозг и др., Или в ожогах отдельных участков тела.
Количество тепла, которое выделяется при прохождении тока через тело человека, определяется по закону Джоуля - Ленца Q = I2 • R • t, (4.5)
где Q - количество тепла, Дж; I - величина тока, проходящего через тело человека, А; R - сопротивление частей тела человека, Ом; t - время действия тока, с.
Электролитический выражается в электролизе (распаде) крови и других органических жидкостей в результате изменения их физико - химического состава и дальнейшего нарушения их функций.
Биологический выражается в раздражении живых тканей и сопровождается судорогами мышц, в том числе легких и сердца, повреждением центральной нервной системы, нарушением полей биопотенциалов человека.
Действие электрического тока приводит к трем видам электротравм: местных, общих и смешанных. Их доля в в общем объеме электротравм составляет соответственно 20, 25 и 55%.
Местные вызванные местными повреждениями организма: электрические ожоги, знаки, металлизация кожи, электроофтальмия и механические повреждения.
Электрические ожоги вызываются прохождением тока через тело человека или от электрической дуги. В первом случае возникает покраснение кожи или образование пузырей. Во втором ожоги имеют тяжелое течение: появляются некрозы на пораженных участках кожи и обугливание тканей.
Электрические знаки - это четко очерченные пятна серого или бледно - желтого цвета диаметром 1 - 5 мм на поверхности кожи человека. Знаки имеют круглую или овальную форму, иногда форму токоведущего элемента или микроблискавкы.
Металлизация кожи - это проникновение во внешние слои кожи дробь-несеньких частиц металла, который расплавился под воздействием электрической дуги. Они имеют высокую температуру, но незначительный запас тепловой энергии. Поэтому не способны проникать через одежду, но особенно опасны для органов зрения.
Электроофтальмия (от греческого oftalmus - глаз) - воспаление наружных оболочек глаза, которое возникает в результате действия мощного потока ультрафиолетовых лучей от электрической дуги. Развивается через 2 - 8 ч. Сопровождается покраснением и воспалением кожи и слизистых оболочек век, слезотечением, гнойными выделениями, вызывает свитлобиль и светобоязнь. Болезнь продолжается несколько дней, чаще 3 ... 5 дней.
Механическое повреждение является последствиями резких непроизвольных судорогам мышц под действием электрического тока. В результате могут произойти разрывы сухожилий, кожи, кровеносных сосудов и нервных тканей, а также вывихи суставов, иногда переломы костей.
Общие электрические травмы или электрические удары и электрический шок характеризуются нарушением деятельности жизненно важных органов или всего организма
Различают четыре степени электрических ударов:
- Судороги мышц без знепритомниння;
- Судороги мышц с знепритомнинням, но с с дыханием, которое сохранилось и работой сердца;
- Знепритомниння и нарушение сердечной деятельности или дыхания (или того и другого вместе);
- Клиническая смерть, то есть прекращение дыхания и кровообращения.
Электрические удары могут не сопровождаться внешними местными повреждениями. Клиническая («мнимая») смерть - это переходный процесс от жизни к смерти, который начинается с момента прекращения деятельности сердца и легких. Отсутствуют все признаки жизни. Человек не дышит, сердце ее не работает, болевые раздражения не вызывают никаких реакций, зрачки глаз расширены и не реагируют на свет. Однако в этот период жизни в организме еще полностью не угасла. В первый момент почти во всех тканях еще продолжаются обменные процессы на очень низком уровне, но достаточные для поддержания минимальной жизнедеятельности. В организме исчерпываются и первыми начинают погибать клетки коры головного мозга, со временем запасы кислорода сокращаются и наступает биологическая смерть. Поэтому длительность клинической смерти определяется временем с момента прекращения сердечной деятельности и дыхания до начала гибели клеток головного мозга и составляет от нескольких до 10-12 минут. В это время пострадавшему необходимо оказать квалифицированную медицинскую помощь (искусственное дыхание, закрытый массаж сердца и т.п.), может восстановить дыхание, кровообращение и вернуть его к жизни.
Электрический шок относится к тяжелой электротравмы, которая вызывается нервно-рефлекторной реакцией организма на действие электрического тока. Шок сопровождается расстройством системы дыхания, кровообращения, обмена веществ и приводит к постепенному затуханию функций организма на протяжении от десятков минут до суток. В этот период пострадавший может выздороветь при активном лечении или умереть при отсутствии последнего.
Смешанные электротравмы наиболее распространенные в электробезопасности и имеют симптомы и последствия местных и общих электротравм.
4. Основные причины и условия поражения человека электрическим током
В безопасности труда принято делить причины травматизма на технические, организационно-технические, организационные и организационно-социальные. В электробезопасности, как основному направлению безопасности труда, необходимость такого разделения очевидна.
Технические причины включают:
- Несовершенство конструкции электроустановок и средств защиты;
- Допущены недостатки при монтаже и ремонте электроустановок;
- Случайное прикосновение;
- Несоответствие устройства электроустановок условиям их применения;
- Появление напряжения на металлических частях электрооборудования.
Организационно - технические причины в основном связаны с исполнительной дисциплиной и состоят из:
- Невыполнение требований действующей научно-технической документации;
- Ошибки в снятии напряжения;
- Отсутствии ограждений, плакатов;
- Отсутствия заземления или ошибки в его налаживании и снятии. Организационные причины наиболее распространенные и к ним относятся:
- Отсутствие должностных инструкций;
- Несоблюдение требований по безопасному выполнению работ;
- Недостаточное обучение правилам безопасности;
- Отсутствие руководства и контроля работ;
- Неэффективная организация труда. Организационно - социальные причины в основном имеют социальный характер и включают:
- Отрицательное отношение к выполнению работы;
- Вынужденное выполнение работ не по специальности;
- Привлечение работников к сверхурочным работам;
- Нарушение производственной дисциплины;
- Привлечение к работе лиц в возрасте до 18 лет.
Статистика причин попадания людей под напряжение предоставляет следующие данные:
- 55,0% работников травмированы в результате прикосновения к неизолированным токоведущим частям электроустановок или к изолированных с поврежденной изоляцией;
- 23,0% от прикосновения к неструмоводних элементов электроустановок, оказавшимся под напряжением в результате повреждения изоляции;
- 2,5% как результат попадания человека под напряжение шага;
- 1,2% пораженных через электрическую дугу;
- 20,0% составляют причины другого характера.
Условия поражения человека электрическим током - включение человека в электросеть или контакт ее тела в двух точках с различным потенциалом. Основные виды электросетей производственных предприятий Украины приведены на рис. 4.3.
Рис 4.3 - Основные виды электросетей
Сети "в" и "г" наиболее распространены на предприятиях промышленности.
Схемы включения человека в электрические сети многовариантные, но наиболее распространенными и вероятными схемами в сети трехфазного переменного тока являются:
- Между проводом и землей (однофазный)
- Между двумя проводами (двухфазный)
- Между двумя проводами и землей одновременно (двух- и однофазное)
- Между двумя точками земли (напряжение шага).
Рис. 4.4 - Однофазное включение в сеть с заземленной нейтралью
Двухфазное включение наиболее распространенное (рис. 4.4). Человек попадает под фазное напряжение в 220 В. Наиболее вероятная петля включение "рука-нога".
Полное сопротивление сети с заземленной нейтралью определяется по формуле 4.6. RП = RЛ + RВ + RПЗ + RО , (4.6)
где RП - полное сопротивление, Ом;
Rл - сопротивление человека, Ом;
RВ - сопротивление обуви, Ом;
RПЗ - сопротивление растекания тока от подошвы обуви в землю, Ом;
RО - сопротивление заземления, Ом.
Величина тока, проходящего через человека, определяется по формуле 4.7.
(4.7.)
де UФ – фазна напруга мережі, що дорівнює 220 В;
RЛ = 1 000 Ом; RВ =50 000 Ом; RПЗ = 60 000 Ом; RО = 10 Ом.
Згідно зі значеннями табл. 4.1 цей струм для людини безпечний.
У випадку, коли людина не має на ногах струмоізолюючого взуття (сире або з металевими елементами) і стоїть на струмопровідній підлозі (земляна, цегляна тощо), тоді RВ = RПЗ = 0.
Отже,
Струм величиною 220 мА для людини смертельно небезпечний.
Как вывод, можно констатировать, что при однофазном включении на поражение человека электрическим током влияет прежде всего окружающую среду. Оно или уменьшает или усиливает действие электрического тока.
В сети с изолированной нейтралью (рис. 4.5) ток проходит через человека и изоляцию проводов. Его значение определяется по формуле 
(4.8)
де RІЗ - опір ізоляції, що дорівнює 90 000 Ом.
У випадку RВ = RПЗ = 0 ІЛ = 7 мА.
Рис. 4.5 – Однофазне включення в мережу з ізольованою нейтраллю
Приведенный пример свидетельствует о том, что в сети с изолированной нейтралью сопротивление изоляции является основным фактором, который защищает человека. В сети с заземленной нейтралью сопротивление изоляции не имеет никакого значения.
Двухфазное включение (рис. 4.6) относится к достаточно редких случаев и заканчивается, как правило, смертельным исходом. Величина тока, которая проходит через тело человека, петля "рука-рука", определяется по формуле
(4.9)
Такой ток, безусловно, является летальным для человека. При однофазном включении сила тока, проходящего через человека, не зависит от режима нейтрали, состояния пола, обувь, сопротивления изоляции проводов. Окружающая среда может только усиливать действие электрического тока за счет снижения сопротивления контактов включения. 
Рис. 4.6 – Двофазне включення
Включення між двома точками землі (рис. 4.7) відбувається при контакті з землею електрострумопровідних проводів, яке трапляється при обриві проводів ліній електропередач, пробої кабельних ліній у землі, пробої ізоляції на електрообладнанні, що має контакт із землею.
Земля відноситься до неоднорідних і нелінійних провідників електричного струму. На її поверхні при контакті з струмопровідним проводом виникає специфічне поле потенціалів. Його характер визначається конструкцією зазем-
Рис 4.7 – Розподіл потенціалів на поверхні землі в зоні розтікання струму
лювача, параметрами електричної мережі, властивостями ґрунту та іншими факторами. Тому з метою спрощення розуміння механізму дії електричного струму при включенні між двома точками землі припустимо, що ґрунт землі є однорідним і ізотропним. Тоді у ньому струм буде розповсюджуватись за всіма напрямками рівномірно і створювати локальне поле підвищених потенціалів радіусом приблизно 20 м, яке наведено на рис. 4.7. У цьому полі на людину буде діяти напруга на відстані кроку (0,6…0,8 м) в напрямку замикання на землю. Ця напруга буде зростати з наближенням до місця замикання і може досягти небезпечного для людини значення. Зволоження ґрунту буде посилювати дію напруги кроку за рахунок її зниження. Тому Правила безпечної експлуатації електроустановок споживачів забороняють наближатися до місця замикання ближче 8 м поза приміщення і 4 м у приміщенні без застосування засобів захисту - діелектричних ботів, калош, сухих дошок, сухого гумового взуття тощо. При їх відсутності переміщення у цій зоні можливе при умовах пересуву ступнів ніг по землі на відстань довжини ступні.