Основи охорони праці - Запорожець О.І. - Розділ 12. Ураження електричним струмом

12.1. Причини і види ураження електричним струмом. Терміни та визначення електробезпеки

При технічній експлуатації електроустаткування промислових підприємств електротравми можуть виникати з таких причин:

- дотик безпосередній до струмопровідних частин електроустановок, які діють під напругою. Це може статися через несправність огороджувальних пристроїв електроустановок, помилкові дії персоналу, коли роботи виконуються поблизу чи безпосередньо на струмопровідних елементах, що знаходяться під напругою, а також з появою напруги (в результаті помилкової подачі) на раніше вимкнених електроустановках і ділянках мережі;

- важкі і смертельні нещасні випадки (понад 200), проаналізовані В.Е.Манойловим, показали, що на випадковий дотик, не викликаний виробничою необхідністю і помилковою подачею напруги, в процесі ремонтів і оглядів електроустановок, припадає близько 53 % усіх електротравм;

- дотик до металевих конструктивних частин електроустановок, які не повинні знаходитися під напругою, але на корпусах, кожухах і огороджувальних пристроях може з'явитися напруга в результаті електричного пробою чи природного старіння ізоляції електроустановок, а також при замиканні оголених проводів через обрив і падіння на конструктивні частини електроустановок і при відсутності захисного заземлення, ці причини складають близько 22 % усіх травм;

- дотик інструментом і предметами, що мають малий опір, до ізоляції, до струмопровідних частин, а також до неметалевих частин електроустановок, які виявилися під напругою через заводські дефекти в конструкції, під час монтажу і виготовлення. На ці причини припадає 14 % електротравм;

- дотик до стін, підлог, будівельних конструкцій, які виявилися під кроковою напругою. Крокова напруга виникає при розтіканні електричного струму від трубопроводів, будівельних конструкцій, рейкових шляхів, на які перейшов електричний струм в результаті падіння проводів чи погіршення ізоляції. Такі причини складають 2-3 %;

- дія дуги при операціях із відмикальними пристроями та інші причини. Вони складають близько 6 %.

Перегляд електротравм, проведений В.Е.Манойловим, показав, що електротравми через помилкову подачу напруги на електроустановки під час їх ремонтів і оглядів зумовлюються незадовільною організацією ремонтних робіт, недостатнім знанням працівниками правил з техніки безпеки.

Дуже великий відсоток електротравм при випадковому дотику, не викликаному виробничою необхідністю (до 30 %), і невеликий -при дотику в процесі роботи (до 2 %) дозволяє зробити висновок, що працівники, не пов'язані з експлуатацією електроустановок, не знають, яку небезпеку становить електричний струм для людини.

У ДСТУ 2843-94 "Електротехніка. Основні поняття. Терміни та визначення" установлені терміни і визначення основних понять електробезпеки.

Електробезпека - система організаційних і технічних заходів і засобів, що забезпечують захист людей від шкідливого і небезпечного впливу електричного струму, електричної дуги, електромагнітного поля і статичної електрики.

Електротравма - травма, зумовлена впливом електричного струму чи електричної дуги.

Електротравматизм - явище, що характеризується сукупністю електротравм.

Електричне замикання на корпус - випадкове електричне сполучення струмопровідної частини з металевими не струмоведучими частинами електроустановок.

Електричне замикання на землю - випадкове електричне сполучення струмоведучої частини безпосередньо із землею або не-струмопровідними провідними конструкціями, або предметами, не ізольованими від землі.

Струм замикання на землю - струм, що проходить через місце замикання на землю.

Зона розтікання струму замикання на землю - зона землі, за межами якої електричний потенціал, обумовлений струмами замикання на землю, може бути умовно прийнятий рівним нулю.

Напруга щодо землі - напруга щодо місця землі, що знаходиться поза зоною розтікання струму замикання на землю.

Електричний струм не виявляється органами чуття людини. Ураження людини електричним струмом небезпечне тому, що електричний струм може виникнути зненацька на металевих неструмопровідних частинах електроустановок, апаратів, механізмів, а також на поверхні землі, коли людина не застосовує засобів захисту.

Ураження електричним струмом відносяться до небезпечних факторів, що відображаються на всьому організмі. Проте всі електротравми умовно поділяють на два основних види: місцеві електротравми, коли виникає місцеве ураження організму, електричний опік, електричні знаки, металізація шкіри; загальні електротравми, коли уражається весь організм людини через порушення нервової системи, нормальної діяльності життєво важливих органів і систем - електричний удар.

Електричний опік - найбільш поширена електротравма. Це струмовий опік у мережах до 2 кВ і опік дугою. Температура дуги може бути до 3500 °С. Дуга може виникати при випадкових коротких замиканнях в електроустановках до 6 кВ під час проведення робіт під напругою, на щитах і зборках, виміру переносними приладами та інш. У мережах з напругою вище 10 кВ дуга може виникати під час наближення людини до струмопровідних частин, що знаходяться під напругою.

Електричні знаки - це плями сірого чи блідо-жовтого кольорів. Конфігурація електричного знака відповідає формі струмопровідної частини, до якої доторкнулася людина. Такі ураження в більшості випадків безболісні.

Металізація шкіри є наслідком проникнення углиб шкіри парів металу, коли ділянка тіла знаходиться поблизу від місця утворення електричної дуги. Таке ураження можливе при вимкненні відкритих рубильників і при коротких замиканнях.

Хворобливе відчуття опіку і присутність стороннього тіла зникає з відмиранням ушкодженої шкіри.

Електричний удар. Сутність його полягає в тому, що струм, протікаючи по всьому тілу людини, подразнює численні периферичні нервові закінчення, розташовані як на поверхні тіла, так і на поверхні його внутрішніх органів, так сильно, що в організмі настає після цього гальмування координованої роботи нервової системи. Результатом цього подразнення і наступного гальмування є параліч серцевої діяльності, дихання й електричний шок

Параліч серцевої діяльності. Діяльність серця може бути паралізована як при безпосередньому діянні електричного струму, що проходить через область серця - первинна фібриляція, так і через рефлекторний спазм артерій - вторинна фібриляція. Фібриляція серця викликає порушення кровообігу і якщо не прийняти відповідних заходів, що відновлюють серцеву діяльність, то настає смерть людини. Фібриляція серця - некоординовані хаотичні посмикування численних волокон серцевого м'яза, при яких "насосна" функція його припиняється.

Параліч дихання. Параліч дихання є наслідком впливу електричного струму на м'язи грудної клітки, що забезпечують процес дихання. Утруднення дихання людина починає відчувати вже при 20-25 мА змінного струму, що підсилюється зі зростанням значення струму. При тривалому впливі такого струму настає асфіксія -удушення через нестачу кисню і надлишок вуглекислоти в організмі людини.

Електричний шок. Це нервово-рефлекторна реакція організму, що супроводжується розладом дихання, кровообігу, обміну речовин та ін.ш.

Ступінь небезпеки впливу електричного струму залежить від:

- сили електричного струму, що протікає через людину;

- роду і частоти електричного струму;

- шляху протікання електричного струму через тіло людини;

- тривалості впливу струму на людину;

- індивідуальних особливостей людини;

- умов зовнішнього середовища, в якому працює людина.

Сила електричного струму, що протікає через людину, є основним чинником, що визначає результат ураження електричним струмом. Значення напруги, під якою опинилася людина, і опір її тіла впливають на результат ураження людини лише в тій мірі, в якій напруга та опір людини визначають значення електричного струму, що протікає через людину.

Якщо збільшується сила електричного струму, небезпека ураження людини теж збільшується. Розрізняють кілька станів людини, що виникають при визначених значеннях струму.

Відчутний струм - електричний струм силою від 0,6 до 1,5 мА, що викликає під час проходження через організм відчутне подразнення.

Струм, що не відпускає - електричний струм, що викликає при проходженні через людину непереборні судорожні скорочення м'язів руки, в якій затиснута струмопровідна частина. При струмі 3-5 мА (50 Гц) подразнюється вся кисть руки, яка торкається струмопровідних частин, при 8-10 мА біль охоплює всю руку, а при 15 мА судороги м'язів рук стають непереборними, а біль нестерпним. Людина при цьому не може розтиснути руку, в якій затиснута струмопровідна частина.

Граничний фібриляційний струм - найменше значення фібриляційного струму. Значення його лежить у межах від 100 мА до 5 А для струму 50 Гц і від 300 мА до 5 А для постійного струму.

Постійний і змінний струми більше 5 А зумовлюють миттєву зупинку серця, минаючи стан фібриляції. Поряд із зупинкою серця відбувається припинення дихання, що навіть після короткочасного впливу варто відновлювати шляхом штучного дихання. Тривала дія великих струмів, крім того, викликає великі опіки тіла, руйнування внутрішньої структури тканини організму, ураження окремих органів, що призводять до смертельного результату.

Опір тіла людини складається з електричного опору різних тканин тіла, які мають різні значення. Питомий об'ємний опір (Ом-м), наприклад, при змінному струмі 50 Гц складає:

- сухої шкіри - від 3-10³ до 2-10⁴;

- кісток від 1-10⁴ до 2- 10⁶;

- жирової тканини - від 30 до 60;

- м'язової тканини - від 1,5 до 3;

- крові - від 1 до 2;

- спинномозкової рідини - від 0,5 до 0,6.

Шкіра має найбільший питомий опір, що, головним чином, і визначає електричний опір тіла людини. Шкіра людини має два основних шари: зовнішній - епідерміс і внутрішній - дерма. Зовнішній шар шкіри складається з рогового і паросткового шарів. Роговий шар шкіри являє собою кілька десятків шарів ороговілих клітин, що мають лускату будову і щільно прилягають один до одного. У цьому шарі немає кровоносних судин і нервів. Товщина рогового шару на окремих ділянках тіла може досягати 0,2 мм і більше. На долонях і підошвах, що піддаються механічним впливам, товщина цього шару найбільша. Роговий шар найбільш міцний, у сухому стані його питомий електричний опір 10⁵-10⁶ Ом-м.

Обміряний між двома електродами, накладеними на поверхню тіла при напрузі до 15-20 В, опір тіла людини може складати 3-10³1-10⁵ Ом. Якщо на цій ділянці видалити (зіскребти) тільки роговий шар шкіри, то опір зменшиться до 1-10³-5-10³ Ом, а якщо весь зовнішній шар шкіри (епідерміс) - то до 500-700 Ом. Електричний опір тканин під шкірою людини при цілком вилученій шкірі приблизно 300-500 Ом.

Таким чином, з цього можна зробити висновок, що електричний опір тіла людини при ввімкненні її в ланцюг струму складається з трьох послідовно ввімкнених опорів (рис.12.1), два з яких - опір зовнішнього шару шкіри (епідермісу) Z_е і внутрішнього опору тканин тіла і? . У свою чергу, опір епідермісу Z_е складається з активної і?_е і ємкісної складових С_є, ввімкнених паралельно. Обкладками конденсатора С_є є електрод, що доторкається до поверхні шкіри, з одного боку, і добре провідні тканини, що лежать під зовнішнім шаром шкіри, з другого, а діелектриком між ними є шар епідермісу.

Якщо шкіра зволожена, то вона має в півтора-два рази менший опір, ніж суха, тому що волога розчиняє на поверхні шкіри солі і кислоти, що виділяються з організму з потом і тоді опір шкіри буде менший. Тривале зволоження робить роговий шар шкіри, внаслідок його насичення вологою, майже цілком провідним. Таким чином, потовиділення і забруднення шкіри роблять шкіру людини електропровідною, і, отже, захисна функція рогового шару шкіри, як діелектрика, в таких умовах втрачається. Ураження електричним струмом в таких умовах збільшується, тому що за інших рівних умов електричний струм, що протікає через людину, зростає і зростає небезпека людини.

Опір тіла людини може різко змінюватися і залежить від місця дотику електричного провода до тіла, величини струму, що протікає по тілу, прикладеної напруги, роду і частоти струму, площі дотику до струмопровідної частини, тривалості протікання електричного струму.

Електричний опір тіла людини залежить від місця дотику до струмопровідної частини, тому що, по-перше, змінюється довжина шляху проходження електричного струму, по-друге, через різну товщину рогового шару шкіри, по-третє, через нерівномірність розподілу потових залоз по поверхні тіла.

Найменший опір має шкіра обличчя, шия, пахові западини, руки на ділянці вище долонь із внутрішньої сторони і тильної сторони кисті руки. Більший електричний струм у людини викликає швидку рефлекторну реакцію організму, що виявляється в підвищеному потовиділенні в місці дотику струмопровідної частини, що, в свою чергу, сприяє зниженню електричного опору шкіри в місці дотику, зростанню струму і небезпеки людини.

Більш підвищена напруга, у ланцюзі якої виявляється людина, викликає зменшення опору в десятки разів, що в мережі може складати 300 Ом. Пояснюється це пробоєм рогового шару, що може виникати навіть при напрузі близько 50 В.

Постійному струму опір тіла людини більший, ніж змінному електричному струму будь-якої частоти. Зі зростанням частоти повний опір тіла людини зменшується, тому що зменшується ємкісна складова повного опору. У принципі, якщо частота зростає до безкінечності, то повний опір тіла людини прагне до внутрішнього опору тіла . Велика площа струмоведучої частини, до якої доторкається людина, зменшує повний опір тіла людини.

Якщо протікання струму через людину тривале, то воно сприяє зниженню повного опору тіла людини, внаслідок підвищеного кровопостачання і, отже, підвищеного потовиділення. При напругах 2030 В за 1-2 хв. опір може знижуватися в середньому на 25 %.

Опір тіла людини (електричний ) залежить від фізіологічних факторів і навколишнього середовища. Опір тіла в жінок менше, ніж у чоловіків, у дітей менше, ніж у дорослих. Несподівані звукові й світлові подразники, а також болючі уколи й удари здатні викликати зниження опору тіла людини на 20-50 % протягом декількох хвилин. У закритих приміщеннях, де парціальний тиск кисню менше, опір тіла людини зменшується, а, отже, небезпека ураження збільшується.

Рід і частота електричного струму впливають на результат ураження людини. Досвід показує, що змінний струм 50 Гц у більшій мірі подразнює організм людини, ніж рівний йому постійний. Однак це має місце лише при напругах до 300 В. Вважається, що при напругах вище 300 В небезпека постійного струму переважає над змінним струмом 50 Гц.

Якщо частота електричного струму збільшується від 0 до 50 Гц небезпека ураження збільшується, оскільки зростає струм через людину через ємкісну складову опору тіла людини. Однак при подальшому збільшенні частоти електричного струму, що діє на людину, спостерігається зниження небезпечного впливу електричного струму, зокрема електричного удару, небезпека якого цілком відсутня при частоті близькій до 10 кГц.

При частотах 10 кГц і вище існує тільки небезпека опіку при дотику до струмопровідних частин.

Шлях електричному струму, що протікає через людину, відіграє значну роль при ураженні, тому що на його шляху можуть виявитися життєво важливі органи тіла людини - серце, легені, головний мозок та інш.

Найбільш небезпечними шляхами, що іменуються петлями струму, є петлі голова - руки і голова - ноги, коли струм може проходити через головний і спинний мозок. Ці петлі в практиці експлуатації електроустановок зустрічаються рідко.

Більшу небезпеку становить дотик людини до струмопровідних частин електроустановок вразливими рефлексогенними зонами - скроні, шия, груди, який може призвести до електричного удару.

Тривалість впливу електричного струму в значній мірі визначає результат ураження, тому що зі збільшенням часу впливу величина струму через тіло людини зростає, потім знижується захисна функція організму, а також підвищується ймовірність впливу струму на м'яз серця, коли він знаходиться в найбільш уразливому стані.

М'яз серця в різні фази його діяльності 1-1,5 с неоднаково чутливий до електричного струму. Вважається, що найбільш вразливою є фаза, що триває порядку 0,2 с - період, коли закінчується скорочення шлуночків серця, і м'яз його переходить у розслаблений стан.

Якщо під час цієї фази через серце проходить електричний струм, то при деяких його значеннях може виникати фібриляція серця.

Тому, чим менша тривалість протікання струму через організм людини, тим менша ймовірність його впливу на м'яз серця у вразливій фазі. Іншими словами, при тривалості впливу струму на людину, що дорівнює тривалості кардіоцикла 0,75-1 с, небезпека виникнення фібриляції серця велика. При тривалості впливу електричного струму 0,2 с і менше, небезпека виникнення фібриляції мала, а, отже, небезпека ураження струмом людини різко зменшується.

Індивідуальні особливості організму. Людина, що страждає захворюваннями серцево-судинної системи або органів внутрішньої секреції і нервової системи, більше піддається впливу електричного струму, ніж здорові.

Тоді коли людина в зосередженому стані, наприклад, підготовлена до можливості впливу електричного струму, то вона менше піддається небезпеці впливу струму, за інших рівних умов.

Умови зовнішнього середовища визначають результат ураження в тій мірі, в якій вони сприяють зниженню значення електричного струму, що протікає через людину, і обмежують фактори, які знижують електричний опір організму.