СОПРОТИВЛЕНИЕ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА. Попытки определить численное значение электрического сопротивления тела человека начались ещё в конце прошлого века. Уже первые исследования показали, что общее электрическое сопротивление между двумя электродами, наложенными на тело одного и того же человека, следует разделить на две части: сопротивление кожи и кровеносных сосудов и сопротивление нервов. Внутреннее сопротивление у всех людей примерно одинаково и составляет 600-800 Ом. Из этого можно сделать вывод, что сопротивление тела человека определяется в основном величиной наружного сопротивления, а конкретно - сопротивлением кожи, в первую очередь её верхним слоем - эпидермисом толщиной лишь 0,2 мм. Если сопротивление кожи принять за 1, то сопротивление внутренних тканей, костей, лимфы крови составит 0,15-0,20, а сопротивление нервных волокон - всего лишь 0,025 («нервы» - отличные проводники электрического тока!). Именно поэтому опасно приложение электродов к акупунктурным точкам. Сопротивление тела человека не является постоянной величиной: в условиях повышенной влажности оно снижается в 12 раз, в воде - в 25 раз, резко его снижает принятие алкоголя. Зато во время сна оно возрастает в 15-17 раз. В качестве минимального сопротивления тела человека принимают величину 1000 Ом, но вообще эта величина может колебаться от нескольких сотен Ом до нескольких МОм. Таким сопротивлением обладает сухая, неповрежденная, чистая кожа.

ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ЧЕЛОВЕКА. Многие патологические (болезненные) состояния человека вызывают сдвиги в тепловой и биоэлектрохимической напряженности организма, что сказывается на исходе электротравмы. Приведем основные физиологические факторы, наличие которых усугубляет тяжесть поражения человека электрическим током:

Утомление в конце рабочего дня.

Алкогольное опьянение.

Фармакологический фон.

Нарушение функции щитовидной железы.

Стенокардия.

Заболевания нервной системы.

Болезнь легких (пневмония).

Болезни кожи.

ФАКТОР ВНИМАНИЯ. Фактор внимания играет в исходе поражения человека электрическим током большую роль. С тем, кто находится в состоянии сосредоточенного внимания, обыкновенно ничего не случается. Здесь имеется в виду не так называемое непроизвольное внимание, которое вызывается каким-нибудь неожиданным событием, а то внимание, которое усилием воли направляется нами на ожидаемые явления, события и раздражения. Англичане говорят: «Человек, ум которого подготовлен, стоит двух».

ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА. Многолетние эксперименты и наблюдения патофизиологов показали, что повышение температуры окружающей среды, снижение атмосферного давления резко повышают чувствительность к току. Кроме того, такие факторы производственной среды, как сырость, токопроводящая пыль, едкие пары и газы также увеличивают опасность поражения человека электрическим током. Неблагоприятное влияние факторов окружающей среды на опасность поражения людей электрическим током нашло отражение в нормативных материалах. Производственные помещения по степени опасности поражения людей электрическим током в соответствии с ПУЭ подразделяются на три категории.

Помещения без повышенной опасности характеризуются отсутствием условий, создающих «повышенную опасность» и «особую опасность».

Помещения с повышенной опасностью, характеризуются наличием одного из следующих условий, создающих повышенную опасность:

сырость (относительная влажность воздуха длительное время превышает 75%); токопроводящей пыли и токопроводящих полов (металлических, земляных, железобетонных, кирпичных); высокой температуры (температура воздуха длительно превышает 35С независимо от времени года и различных тепловых излучений); возможность прикосновения человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям здания, технологическим аппаратам, механизмам, с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования - с другой.

3. Особо опасные помещения характеризуются наличием одного из следующих условий, создающих особую опасность:

особой сырости (относительная влажность близка к 100%, потолок, стены, пол и предметы в помещении покрыты влагой); химически активной среды (помещения, в которых постоянно или длительно содержатся пары или образуются отложения, действующие разрушающе на изоляцию и токоведущие части электрооборудования); одновременное наличие двух и более условий повышенной опасности.

Распределение электротравм по напряжениям электроустановок

Установок напряжением выше 1000 В неизмеримо меньше, чем ниже 1000 В, но статистика показывает, что в действительности поражений малым напряжением значительно больше. Распределение по профессиям лиц, пораженных малым напряжением, следующее (в процентах):

Электросварщики………………………………………. 30,6

Электромонтеры…………………………………………20,6

Рабочие других специальностей………………….. 13,5

Ученики и подсобные рабочие……………………. 26,2

Инженерно-технические работники………………. 9,1

Итого………. 100,0

Пострадавшие на установках всех напряжений и разного рода тока в период 1988-1997 гг. Распределялись (в процентах) по профессиям следующим образом:

Лица электропрофессий………………………………………………. 48,0

Лица неэлектропрофессий……………………………………………52,0

Итого…………………100,0

Причем в последние годы сохраняется тенденция к увеличению пострадавших от электрического тока лиц, не связанных с обслуживанием электроустановок.

Причинами поражения электрическим током можно назвать следующие:

1. Случайное прикосновение к токоведущим частям, находящимся под напряжением в результате:

ошибочных действий при проведении работ;

неисправности защитных средств, которыми пострадавший касался токоведущих частей;

2. Появление напряжения на металлических конструктивных частях электрооборудования в результате:

повреждение изоляции токоведущих частей;

замыкание фазы сети на землю;

падение провода, находящегося под напряжением, на конструктивные части электрооборудования.

3. Появление напряжения на отключенных токоведущих частях в результате:

ошибочного включения отключенной установки;

замыкания между отключенными и находящимися под напряжением токоведущими частями;

разряда молнии на электроустановку.

4. Возникновение напряжения шага на участке земли, где находится человек, в результате:

замыкания фазы на землю;

выноса потенциала протяженным токопроводящим предметом (трубопроводом, железнодорожными рельсами);

неисправностей в устройстве защитного заземления.

Обеспечение электробезопасности

Электробезопасность на производстве обеспечивается соответствующей конструкцией электроустановок; применением технических способов и средств защиты; организационными и техническими мероприятиями (ГОСТ 12.1.019 - 79 и ГОСТ 12.1.030 - 81).

Основными техническими способами и средствами защиты от поражения электрическим током, используемыми отдельно или в сочетании друг с другом, являются:

Защитное заземление - преднамеренное электрическое соединение с землей или её эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Защитному заземлению подлежат металлические части электроустановок, доступные для соприкосновения человека и не имеющие других видов защиты, обеспечивающих электробезопасность. Областью применения защитного заземления являются трехфазные трехпроводные сети напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и сети напряжением выше 1000 В с любым режимом нейтрали.

Защитное зануление - преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. В сети с занулением нужно различать нулевой защитный проводник и нулевой рабочий проводник. Нулевым защитным проводником называется проводник, соединяющий зануляемые части с заземленной нейтральной точкой обмотки источника тока. Нулевой рабочий проводник используют для питания током электроприемников и тоже соединяют с заземленной нейтралью трансформатора или генератора. Защита человека от поражения электрическим током в сетях с занулением осуществляется тем, что при замыкании одной из фаз на зануленный корпус в цепи этой фазы возникает ток короткого замыкания, который воздействует на токовую защиту (плавкий предохранитель, автомат), в результате чего происходит отключение аварийного участка от цепи.

Защитное отключение - быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения током. Принцип защиты человека в этом случае заключается в ограничении времени протекания через тело человека опасного тока. Устройство защитного отключения (УЗО) постоянно контролирует сеть и при изменении её параметров, вызванном подключением человека в сеть, отключает сеть или её участок.

Применение малого напряжения. Малое напряжение - это номинальное напряжение не более 42 В, применяемое для уменьшения опасности поражения током при работах в помещениях с повышенной опасностью и в особо опасных. Однако электроустановки и с таким напряжением представляют опасность при двухфазном прикосновении. Малое напряжение используют для питания электроинструмента, светильников стационарного освещения, переносных ламп в помещениях с повышенной опасностью или особо опасных. Источниками малого напряжения могут быть специальные понижающие трансформаторы с вторичным напряжением 12 - 42 В.

Электрическое разделение сети - это разделение электрической сети на отдельные электрически не связанные между собой участки с помощью специальных разделяющих трансформаторов. В результате изолированные участки сети обладают большим сопротивлением изоляции и малой емкостью проводов относительно земли, за счет чего значительно улучшаются условия безопасности.

Двойная изоляция - это электрическая изоляция, состоящая из рабочей и дополнительной изоляции. Рабочую изоляцию используют для изоляции токоведущих частей электроустановки, обеспечивая её нормальную работу и защиту от поражения электрическим током. Дополнительная изоляция предусматривается дополнительно к рабочей для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения рабочей изоляции. Двойную изоляцию широко применяют при создании ручных электрических машин.

Оградительные устройства применяются для того, чтобы исключить даже случайные прикосновения к токоведущим частям электроустановок. К ним относятся временные переносные ограждения: щиты, клетки, изолирующие накладки, изолирующие колпаки.

Предупредительная сигнализация бывает световая и звуковая. Световая сигнализация предупреждает о наличии или отсутствии напряжения, штатном режиме автоматических линий. К сигнализирующим устройствам относятся приборы-указатели: вольтметры, амперметры.

Блокировка - это совокупность методов и средств, обеспечивающих закрепление рабочих органов аппаратов, машин или элементов электрических схем в определенном состоянии, которое сохраняется и после снятия блокирующего воздействия. Широко используется электрическая блокировка, осуществляемая с помощью электрических связей цепей управления, контроля и сигнализации блокируемого оборудования. Электрическая блокировка сравнительно просто решается установкой конечных выключателей.

Знаки безопасности. Человек хорошо воспринимает и запоминает зрительные образы и различные цвета. На этом основано широкое применение на предприятиях цвета в качестве закодированного носителя информации об опасности. Цвета сигнальные и знаки безопасности регламентированы ГОСТ 12.4.026 - 76.

Наиболее распространенными техническими средствами защиты являются защитное заземление и зануление. Рассмотрим способы организации и проектирования защитного заземления.

Защитное заземление

Защитному заземлению подлежат металлические части электроустановок, доступные для прикосновения человека и не имеющие других видов защиты, обеспечивающих электробезопасность. Защитное заземление выполняют во всех случаях при переменном напряжении 380 В и выше, при постоянном напряжении 440 В и выше, в помещениях с повышенной опасностью, в особо опасных и в наружных установках при переменном напряжении от 42 до 380 В и постоянном - 110…440 В. Областью применения защитного заземления являются трехфазные трехпроводные сети напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и сети напряжением выше 1000 В с любым режимом нейтрали.

Заземляющее устройство состоит из заземлителя (одного или нескольких металлических элементов, погруженных на определенную глубину в грунт) и заземляющих проводников, соединяющих заземляемое оборудование с заземлителем. В зависимости от расположения заземлителей относительно заземляемого оборудования заземляющие устройства делят на выносные и контурные. Заземлители выносного заземляющего устройства располагаются на некотором удалении от заземляемого оборудования. Контурное заземляющее устройство, заземлители которого располагаются по контуру вокруг заземляемого оборудования на небольшом расстоянии друг от друга (несколько метров), обеспечивает лучшую степень защиты.

Различают заземлители искусственные, предназначенные исключительно для целей заземления, и естественные - находящиеся в земле металлические предметы для иных целей.

Для искусственных заземлителей применяют обычно вертикальные и горизонтальные электроды. В качестве вертикальных электродов используют стальные трубы диаметром 3-5 см и стальные уголки размером от 40х40 до 60х60 мм длиной 2,5-3 м. В последние годы находят применение стальные прутки диаметром 10-12 мм и длиной до 10 см. Для связи вертикальных электродов и в качестве самостоятельного горизонтального электрода используют полосовую сталь сечением не менее 4х12 мм и сталь круглого сечения диаметром не менее 6 мм.

В качестве естественных заземлителей можно использовать: проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопроводы, за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывных газов, а также трубопроводов, покрытых изоляцией для защиты от коррозии.

Согласно Правилам устройства электроустановок сопротивление заземляющего устройства в электроустановках напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью должно быть не более 4 Ом; в электроустановках с изолированной нейтралью напряжением выше 1000 В сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 10 Ом

Расчет защитного заземления

Цель расчета - определение количества и размеров заземлителей и составление плана размещения заземлителей и заземляющих проводников.

Исходными данными для расчета заземляющих устройств являются:

напряжение заземляемой установки;

режим нейтрали установки;

величина тока замыкания на землю (для установок с напряжением выше 1000 В);

удельное сопротивление грунта;

план размещения заземляемого оборудования;

характеристика естественных заземлителей (сопротивление растеканию тока, количество и размеры).

Таблица 20. Наибольшие допустимые значения сопротивления защитных заземлений в электрических установка

Таблица 21. Допустимые для человека величины тока

2. Определяется расчетное удельное сопротивление грунта , в котором предлагается размещать электроды заземления (табл. 22).

Таблица 22. Удельные электрические сопротивления грунтов

3. Предварительно определяется конфигурация заземлителя (в ряд, по контуру и т.д.) с учетом возможности размещения его на отведенной территории (рис. 14 и 15).

Рис. 14 Рис. 15

Выбираются тип и размеры заземлителей - вертикальных электродов и соединительной полосы.

Определяется сопротивление растеканию тока с одного заземлителя по соответствующим формулам табл. 23.

Таблица 23. Определение сопротивления одиночных заземлителей растеканию тока

6. Определяется необходимое количество параллельно соединенных заземлителей:

-, (18)

7. Для связи вертикальных электродов применяются горизонтальные электроды - стальная полоса или пруток.

Длина горизонтального электрода при расположении заземлителей по контуру определяется по формуле

,

где длина соединительного проводника;

расстояние между заземлителями;

количество заземлителей.

Длина соединительного электрода (проводника) при расположении заземлителей в ряд определяется по формуле

( ).

8. Определяется сопротивление растеканию тока горизонтального электрода по соответствующей формуле табл. 23.

9. Определяется сопротивление растеканию тока искусственных заземлителей

_____________________ (19)

где г - коэффициент использования горизонтального электрода с учетом вертикальных электродов, определяется по табл. 24.

в-коэффициент использования вертикальных электродов, учитывающий их взаимное экранирование; определяется по таблице 25.

Полученное сопротивление искусственных электродов не должно превышать требуемое сопротивление д.

Таблица 24. Коэффициент использования в вертикальных электродов группового заземлителя

Таблица 25. Коэффициенты использования горизонтального полосового электрода, соединяющего вертикальные электроды

Примечание: Знаком +++ отмечены огнетушители, наиболее эффективные при тушении пожара данного класса; ++ огнетушители, пригодные для тушения пожара данного класса; + огнетушители, недостаточно эффективные при тушении пожара данного класса; - огнетушители, непригодные для тушения пожара данного класса.