Небезпека ураження електрострумом та його дія на людину
Для персоналу електрогосподарств найважливішими питаннями охорони праці є електробезпека, яка являє собою систему організаційних, технічних заходів та засобів, що забезпечують захист людей від шкідливого та небезпечного впливу електричного струму, електричної дуги, електромагнітного поля і статичної електрики.
Електричне обладнання становить велику потенційну небезпеку для людини, особливо у зв'язку з тим, що органи почуттів не відчувають на відстані електричну напругу на відміну від теплоти, світла, елементів, що рухаються, запаху та інших шкідливих і небезпечних виробничих факторів. Тому, коли струм впливає на людину, її захисна реакція проявляється тільки після безпосереднього контакту з частинами обладнання, що є під напругою.
Дія електричного струму на живу тканину, на відміну від інших фізичних факторів, носить своєрідний і різнобічний характер. Механізм ураження людини електричним струмом надзвичайно складний і супроводжується термічним, механічним, електролітичним та біологічним впливами. При цьому можливі незворотні порушення функціональної діяльності життєво важливих органів людини.
Термічний вплив характеризується нагріванням тканин тіла, кров'яних судин, нервів, серця та інших органів, які знаходяться на шляху струму.
Механічний вплив – це розшарування, розриви та інші подібні ушкодження тканин організму, у тому числі м’язової тканини, стінок кровоносних судин, судин легеневої тканини внаслідок електродинамічного ефекту, а також миттєвого вибухоподібного утворення пари від перегрітої струмом тканинної рідини та крові.
Електролітичний вплив розкладає кров, лімфу та плазму, порушує їх фізико-хімічний склад.
Біологічний вплив виявляється у порушенні біологічних процесів, які відбуваються в організмі, що супроводжуються подразненням або руйнуванням нервових та інших тканин та опіками, аж до повного припинення діяльності органів дихання та кровообігу.
За наслідками електротравми поділяються на місцеві, що супроводжуються явно визначеними місцевими ушкодженнями організму, та загальні, або електричні удари, які призводять до ураження всього організму через порушення функцій життєдіяльності найважливіших органів та систем. Більшість електроуражень (~55%) це сукупність місцевих електротравм та електричних ударів.
Небезпека місцевих електротравм і складність їх лікування залежить від характеру і ушкодження тканини, реакції організму на це ушкодження. Як правило, місцеві електротравми виліковуються і працездатність потерпілого відновлюється повністю або частково. Інколи (частіше при тяжких опіках) людина гине. У цьому разі безпосередньою причиною смерті є не електричний струм (або дуга), а місцеве ушкодження організму, викликане струмом (або електричною дугою).
Характерні види місцевих електротравм: електричні опіки, електричні знаки, металізація шкіри, електрофтальмія і механічні пошкодження.
Електричний опік - найбільш поширена електротравма, що зустрічається у 60...65% потерпілих від електричного струму, більшість з яких складає оперативний персонал, що обслуговує діючі електроустановки.
Електричні опіки виникають в місцях контакту поверхні тіла людини з електродом (контактний або струмовий опік) або під впливом електричної дуги (дуговий опік).
При виділенні великої кількості теплоти опіки можуть уражати не тільки шкіру, але й підшкірний жировий прошарок, м'язи, нерви і кістки. Такі опіки називаються глибинними і заживають досить довго.
Електричні знаки, або електричні позначки, виникають на шкірі людини в місцях її щільного контакту із струмопровідними частинами. Це затверділі плями сірого або блідо-жовтого кольору, як правило, округлої або овальної форми. На відміну від опіків, знаки не викликають больових відчуттів і лікування їх закінчується добре.
Металізація шкіри - проникнення в поверхневі шари шкіри найдрібніших частинок металу, що розплавляється та розпорошується під дією електричної дуги. Це може відбутися під час коротких замикань, відключення роз'єднувачів та рубильників під напругою і та ін. Цей вид електротравми зустрічається у ~10% потерпілих. Металізації шкіри можна уникнути, застосовуючи спецодяг, захисні окуляри.
Електрофтальмія - запалення роговиці зовнішніх оболонок очей, що виникають внаслідок впливу потужного потоку ультрафіолетових променів, які негайно поглинаються клітинами організму і викликають в них хімічні зміни. Таке опромінення можливе при наявності електричної дуги (що виникає, наприклад, при короткому замиканні), яка є джерелом інтенсивного випромінення не тільки видимого електросвітла, але й ультрафіолетових та інфрачервоних променів. Застосування захисних окулярів з безбарвним склом, яке майже не пропускає ультрафіолетове випромінювання, сприяє попередженню захворювання очей.
Механічні пошкодження виникають внаслідок різких мимовільних судомних скорочень м'язів під дією струму, що проходить через людину. В результаті можуть відбутися розриви шкіри, кров'яних судин і нервової тканини, а також вивихи суглобів, навіть переломи кісток. Механічні пошкодження, як правило, є суттєвими травмами, що потребують довгочасного лікування, вони бувають дуже рідко. Механічні пошкодження, викликані, наприклад тим, що людина падає з висоти внаслідок дії струму, до електротравм не відносяться.
Електричний удар - найбільш небезпечний вид електротравми, що супроводжується ураженням організму, при якому спостерігається параліч м'язів опорно-рушійного апарата, м'язів грудної клітини (дихальних), м'язів шлуночків серця. В першому випадку судомні скорочення м'язів не дозволяють людині самостійно звільнитися від контакту з електроустановкою. При паралічі дихання припиняється газообмін та постачання організму кисню, внаслідок чого виникає задуха. При паралічі м'язів серця його робота або припиняється повністю, або деякий час супроводжується тремтінням (фібриляцією).
Фібриляція - це хаотично-швидкі та різночасні скорочення волокнин серцевого м'язу (фібрил), при яких серце перестає працювати як насос, тобто воно неспроможне забезпечувати рух крові по судинах. Внаслідок цього припиняється кровообіг, зупиняється постачання кисню до тканин та органів, що й викликає загибель організму.
Медичною практикою встановлено, що після припинення роботи серця та дихання в результаті кисневого голоду через 5...6 хвилин гинуть клітини центральної нервової системи, від чого настає втрата свідомості та припинення управління функціями усіх органів тіла. Цей стан носить назву "клінічної (уявної) смерті", оскільки клітини інших органів тіла ще живі. Але при тривалій відсутності дихання та кровообігу відбувається припинення життєдіяльності решти клітин та органів і наступає незворотна біологічна смерть. Тому необхідно зразу після вивільнення людини від дії електричного струму, не пізніше перших 5...6 хвилин, надати долікарську допомогу шляхом штучного дихання та непрямого масажу серця, що дасть можливість запобігти смертельному випадку.
Небезпека ураження людини електричним струмом визначається факторами електричного струму (сила струму, напруга, рід та частота струму, електричний опір людини) та неелектричного характеру (індивідуальні особливості людини, тривалість дії струму та його шлях проходження крізь людину), а також стан навколишнього середовища.
Сила струму є головним фактором, що зумовлює ступінь ураження людини. Залежно від цього, встановлюють такі порогові значення струму:
а) поріг відчуття струму - найменший відчутний струм (0,5...1,5 мА змінного та 5...7 мА постійного);
б) поріг невідпускного струму - найменший струм, при якому людина вже не може самостійно керувати м'язами, крізь які проходить струм, і звільнитися від захоплених руками предметів (10...15 мА змінного та 50...80 мА постійного). Менші величини струму називаються відпускаючими. Тривалий допустимий струм - до 10 мА;
в) пороговий фібриляцій ний струм, клінічна смерть (100 мА - 5А змінного та 300 мА - 5А постійного).
Небезпека ураження тим більша, чим більший струм протікає крізь людину, але ця залежність не рівнозначна, тому що небезпека ураження залежить не тільки від значення струму, але й від інших факторів. Струм понад 5 А, як правило, фібриляцію серця не викликає. При такому струмі відбувається зупинка серця (минаючи стан фібриляції), а також параліч дихання.
Величина напруги - один з головних факторів, від якого залежить наслідок ураження електричним струмом, оскільки визначає, згідно з законом Ома, значення струму, який протікає через людину, В: U =I*Rл
де I - струм, який проходить крізь людину, мА; Rл - опір людини, Ом.
Від величини напруги залежить можливість пробою шкіри і наступне за тим різке зниження загального опору тіла (при великих значеннях напруги опір тіла людини наближається до своєї найменшої межі 300 Ом).
Пробій епідермісу можливий при напрузі 50 В та більше, а напруга 200 В завжди викликає пробій зовнішнього шару шкіри. Відомі випадки .ураження струмом (навіть зі смертельним наслідком) при напругах 30 і 65 В (холостий хід електрозварювальних апаратів), однак найбільш поширені випадки електротравматизму при напругах 127; 220 і 380 В.
Рід і частота струму, що проходить крізь тіло людини, мають великий вплив на наслідок ураження. За результатами багатьох досліджень, постійний струм напругою до 500 В в 45 разів менш небезпечний для людини, ніж змінний струм промислової частоти тієї ж напруги. Це пояснюється тим, що змінний струм справляє на живі тканини людського організму більш дратуючу дію, ніж постійний.
Найбільш небезпечним є змінний струм промислової частоти 20...100 Гц. При збільшенні або зменшенні його частоти за цими межами, значення невідпускаючого струму зростають, і він стає безпечнішим, і при частоті, яка дорівнює 0 (постійний струм), вони збільшуються приблизно в 3 рази. При частотах понад 500 Гц майже відсутній електричний удар, основний вид ураження - опік.
Електричний опір тіла людини - змінна величина, яка має нелінійну залежність від багатьох факторів, в тому числі від стану шкіри, параметрів електричного кола, фізіологічних факторів та стану навколишнього середовища. Головним опором в колі струму, що проходить крізь тіло людини, є верхній роговий шар шкіри (епідерміс), товщина якого складає 0,05...0,2 мм. При сухій непошкодженій та чистій шкірі опір тіла людини коливається від 3000 до 100 000 Ом, а іноді й більше. При пошкодженому роговому шарі шкіри опір внутрішніх тканин зменшується від 700 до 500 і навіть до 300 Ом.
Електричний опір людини еквівалентний сумарному опору кількох елементів, що включені послідовно: тіло людини rтл , одягу (при торканні ділянки тіла, що захищена одягом) rод, взуття rвз та опорної поверхні ніг rн, Ом:
Rл = rтл + rод + rвз + rн
Із рівняння можна зробити висновок: велике значення мають ізоляційні властивості підлоги та взуття для забезпечення безпеки людей від ураження струмом.
Індивідуальні особливості людини відіграють помітну роль у наслідку ураження. Встановлено, що здорові та фізично витривалі люди легше переносять електричний удар, ніж хворі та слабкі. Опір тіла людини зменшується при алкогольному сп'янінні, а також у людей, що страждають хворобами шкіри, легенів, серцево-судинними, нервовими хворобами та ін. Небезпека електротравми також значно підвищується через перевтому, наслідком якої є розсіяність уваги, порушення координації рухів і зниження швидкості реакції. Як доводить статистика, кількість уражень в кінці зміни та понаднормовий час зростає. Таким чином, опір тіла людини є змінною величиною, яка залежить від фізіологічних факторів, стану здоров'я, психічного стану. Тому правила безпеки передбачають відбір за станом здоров'я персоналу для обслуговування діючого електроустаткування. Для цього проводиться медичний огляд.
При проведенні різних розрахунків по забезпеченню електробезпеки умовно приймають нормативний опір тіла людини Rл = 1000 Ом.
Шлях струму у тілі людини помітно впливає на наслідок ураження, небезпека якого особливо велика, якщо він проходить через життєво важливі органи: серце, легені, головний мозок. В тілі людини струм проходить не по найкоротшій відстані між електродами, а рухається, головним чином, уздовж потоку тканинної рідини кров'яних та лімфатичних судин і оболонок нервових стволів, що мають найбільшу електропровідність.
У тілі людини шлях струму називають петлями струму і їх дуже багато. Найчастіше зустрічаються: права рука - ноги, ліва рука - ноги, рука - рука, нога - нога. Небезпеку тієї чи іншої петлі струму можна оцінювати по важкості ураження, а також за значенням струму, що проходить крізь серце при даній петлі.
Тривалість дії струму, як і сила струму - головний фактор, що визначає наслідок електротравми. Збільшення тривалості впливу струму на людину поглиблює важкість ураження через зниження опору тіла за рахунок зволоження шкіри потом і відповідно збільшення струму, що проходить крізь неї, виснаженню захисних сил організму, які протидіють впливу електричного струму. Чим більший час людина буде знаходитися під дією електричного струму, тим можливіший важкий або смертельний наслідок. Швидке відключення невідпускного струму дозволяє попередити порушення дихання та роботи серця. Ще важливіша тривалість протікання крізь людину фібриляційних струмів. Чим менший час протікання, тим вище значення порогового фібриляційного струму.
Стан навколишнього середовища часто буває визначальним при ураженні електричним струмом. У вологих приміщеннях з високою температурою умови для забезпечення електробезпеки несприятливі, тому що при цьому терморегуляція організму людини здійснюється, в основному, за допомогою потовиділення, а це приводить до зменшення опору тіла людини. Струмопровідний пил підвищує можливість випадкового електричного контакту людини з токоведучими частинами і землею. Тому необхідно створювати такі санітарно-гігієнічні умови на робочих місцях, які б забезпечили високий рівень електробезпеки.
Якщо людина торкається одночасно двох точок електричної частини електроустановки, між якими існує напруга, то при цьому утворюється замкнуте електричне коло, через тіло людини проходить струм. Величина цього струму залежить від схеми дотику людини, напруги кола, схеми самого електричного кола, режиму нейтралі електричного кола, опору тіла людини, якості ізолювання струмоведучих частин від землі, ємності струмоведучих частин відносно землі тощо.
Найбільшу небезпеку для людини становить двофазний (двополюсний) дотик до електричного кола, тому що в цьому випадку людина опиняється під лінійною напругою мережі. На рис.1 наведено одночасний дотик людини до двох полюсів електричного кола постійного струму або однофазного кола і дотик до двох фаз трифазного електричного кола.
Рис. 1. Двофазний (двополюсний) дотик до струмоведучих частин:
а) в мережі постійного струму або однофазного кола;
б) у трифазній мережі
При цьому людина опиняється під робочою напругою мережі і струм, що проходить крізь неї, обчислюється, А:
в мережі постійного струму або однофазному електричному колі:
де Uр- робоча напруга мережі, В;
Rл - опір людини; у трифазному електричному колі:
де Uлін - лінійна напруга, В; Uф - фазна напруга, В.
У другому випадку значення струму, що проходить через тіло людини, залежить від лінійної напруги мережі та опору людини. Статистика електротравм свідчить, що такі випадки трапляються рідко.
Найбільша кількість електротравм пов'язана з однофазним (однополюсним) дотиком людини до струмоведучих частин, при цьому напруга, під якою опиняється людина, не перевищує фазної напруги. Якщо людина, що стоїть на землі, торкається одного з полюсів або однієї з фаз електричного кола в мережі з ізольованою нейтраллю то струм замикається через тіло людини, землю і далі через опір ізоляції і ємності фаз (рис. 2).
Рис. 2. Однофазний дотик до струмоведучих частин в мережі з
ізольованою нейтраллю
На цьому рисунку опір rа, rb, rс, ємності Са, Сb, Сс - це розподілені в електричному колі параметри, що зумовлені активною, проводимістю ізоляції та ємністю фаз відносно землі. В такій мережі напругою до 1000 В за умови її малої довжини ємнісним опором ізоляції можна знехтувати, і тоді струм, що проходить крізь людину, дорівнює:
де rіз - опір ізоляції фаз мережі відносно землі.
Мережа із заземленою нейтраллю (рис. 3) характеризується тим, що нейтральна точка джерела живлення з'єднана із землею через малий опір R0:
Рис.3. Однофазний дотик до струмоведучих частин в мережі із
заземленою нейтраллю.
В мережі із заземленою нейтраллю струм проходить через тіло людини в землю і далі через заземлення нейтралі -в мережу. Практично він не залежить від стану ізоляції і визначається за виразом, А:
Оскільки R0 невелике, його можна не брати до уваги. Тоді
Ми розглянули нормальну роботу мережі. При аварійних режимах (замикання на корпус або замикання на землю) умови змінюються.
Наприклад, якщо одна із фаз замкнена на землю через відносно малий активний опір rз, величина струму, що проходить через людину при однофазному включенні в мережу із ізольованою нейтраллю (рис.4), буде дорівнювати, А:
 |
Рис. 4. Однофазне включення людини в мережу з ізольованою нейтраллю
 | |||
 |
R0
Рис. 5. Однофазне включення людини в мережу з заземленою нейтраллю
де Uлін - напруга, під якою опиняється людина, що підключається до працюючого фазного проводу аварійної трифазної мережі з глухозаземленою нейтраллю (рис. 5). Таким чином, включення людини в аварійну мережу більш небезпечно, ніж в працюючу на нормальному режимі.
В мережах напругою понад 1000 В небезпека однофазного і двофазного дотиків практично однакова. Кожен із цих дотиків дуже небезпечний.
Дія напруги кроку на людину. При замиканні струмоведучих частин безпосередньо на землю чи на корпуси електрообладнання, що мають зв'язок із землею і струмопровідні основи, електричний струм розтікається від місця замикання рівномірно по всіх напрямках напівсфери об'єму землі. По мірі віддалення від місця розтікання густина струму землі зменшується, оскільки збільшується об'єм землі, по якому проходить струм. На відстані від місця замкнення 20 м і більше густина струму стає настільки малою, що практично приймається рівною 0. Такий саме характер має і розподіл потенціалів навкруг місця замикання на землю (рис.6).
Рис. 6. Розподіл потенціалу на поверхні землі в зоні розтікання
струму півсферичного заземлювача
Людина, що стоїть ногами (у взутті, що проводить струм) в зоні розтікання струму на точках з різними потенціалами, знаходиться під впливом різниці потенціалів або, інакше кажучи, під впливом напруги кроку опиняється включеною в електричне коло, внаслідок чого через тіло людини проходить струм напрямком нога - нога.
Крокова напруга - це різниця потенціалів між двома точками в зоні розтікання струму, що знаходяться на відстані кроку, яка дорівнює 0,8 м.
Незважаючи на те, що шлях струму нога-нога відноситься до порівняно небезпечних, існує реальна загроза життю людини. Вона полягає в тому, що людина, яка перебуває підкроковою напругою, падає через судоми ніг і це призводить не тільки до збільшення діючої на неї напруги, але й до появи струму, що проходить по одному із самих небезпечних шляхів: рука-нога. Величина крокової напруги залежить від ширини кроку і відстані до місця замкнення на землю.
При виявленні замикань на землю забороняється наближатися до них на відстань менше 4,0 м в закритих приміщеннях і ближче 8,0 м на відкритій місцевості. Наближення на меншу відстань припускається тільки з метою виконання робіт по усуненню замикання на землю та при необхідності надання допомоги потерпілим. В цих випадках слід користуватися електрозахисними засобами (діелектричними калошами, ботами, рукавицями та ін.).
У разі необхідності виходу із небезпечної зони або входу до неї для надання допомоги слід віддалятися від місця замикання чи наближатися до нього стрибками на одній нозі, або на двох, або мілкими кроками, що не перебільшують довжину ступні. Це зменшує потенціал крокової напруги практично до 0.