Мценский филиал ФГБОУ ВПО Государственный университет- учебно-научно-производственный комплекс Индустриальный факультет Кафедра «Электротехнические и физико-математические. - презентация

1 Мценский филиал ФГБОУ ВПО Государственный университет- учебно-научно-производственный комплекс Индустриальный факультет Кафедра «Электротехнические и физико-математические дисциплины » ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ Специальность: Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования 2014 И.И. Чудинова

2 Тема 1 Виды поражений электрическим током. 1 Общие сведения 2 Местная электротравма 3 Электрический удар

3 1 Общие сведения В общей массе травм на производстве с временной утратой трудоспособности вес электротравм незначителен - не более 2%. Но среди травм с летальным исходом электротравмы занимают ведущее место - более 12%, то есть каждая седьмая смертельная травма вызвана электрическим током.

4 Проходя через организм человека, электрический ток производит: термическое действие; электролитическое действие; механическое действие; биологическое действие.

5 Электролитическое действие тока выражается в разложении органической жидкости, в том числе и крови, что сопровождается значительными нарушениями их физико-химического состава. Термическое действие тока проявляется в ожогах отдельных участков тела, нагреве до высокой температуры кровеносных сосудов, нервов, сердца, мозга и других органов, находящихся на пути тока, что вызывает в них серьезные функциональные расстройства.

6 Биологическое действие тока проявляется в раздражении и возбуждении живых тканей организма, а также в нарушении внутренних биологических процессов. Механическое (динамическое) действие тока выражается в расслоении, разрыве и других подобных повреждений тканей организма, в том числе мышечной ткани, стенок кровеносных сосудов, сосудов легочной ткани и др., в результате электродинамического эффекта, а также мгновенного взрывоподобного образования пара от перегретой током тканевой жидкости и крови.

7 Все электротравмы, можно свести к двум видам: местные электротравмы, когда возникает местное повреждение организма; общие электротравмы ( электрические удары), когда поражается весь организм. Примерное распределение несчастных случаев от электрического тока: 20% - местные; 25% - электрические удары; 55% - смешанные травмы.

8 Местная электротравма – ярко выраженное местное нарушение целостности тканей тела. Чаще это поверхностные повреждения (кожа, иногда связок и костей). Опасность местных травм зависит от места и степени повреждения тканей. Как правило, местные травмы излечиваются, работоспособность восстанавливается. 2 Местная электротравма

9 Характерные местные электротравмы: электрические ожоги – 40%; электрические знаки – 7%; металлизация кожи – 3%; механические повреждения –0,5%; электроофтальмия – 1,5%; смешанные травмы – 23%. Местные электротравмы

10 Электротравма. Рис Контактная электротравма при нарушении изоляции электрического утюга (220 в). Знаки тока. 1. До лечения. 2. В период лечения. 3. После заживления. 4. Контактная электротравма (220 в). Знаки тока на предплечье. 5. Знаки тока при электротравме от вилки провода (220 в). 6. Контактная электротравма лица и волосистой части головы с поражением кости. 7. Ожог электрической дугой лица, шеи и верхней конечности при ремонте электроустановки под напряжением (380

11 Электрический ожог - самая распространенная электротравма. В зависимости от условий возникновения различают два основных вида ожога: токовый (контактный), возникающий при прохождении тока непосредственно через тело человека в результате его контакта с токоведущей частью; дуговой, обусловленный воздействием на тело электрической дуги.

12 Токовый ожог возникает в ЭУ напряжением не выше 2 кВ. При более высоких U образуется электрическая дуга. Ожог тем опаснее, чем больше I и время его прохождения. Сопротивление кожи больше чем сопротивление внутренних тканей, поэтому она и сгорает. (При токах высоких частот могут возникнуть ожоги внутренних тканей). Дуговой ожог наблюдается в ЭУ различных напряжений. При этом в установках U до 6 кВ ожоги являются следствием случайных КЗ. В установках более высоких U дуга возникает при случайном приближении человека к токоведущим частям, находящимся под U, на расстояние при котором происходит пробой воздушного промежутка между ними; при повреждении изолирующих защитных средств.

13 Электрические знаки представляют собой резко очерченные пятна серого или бледно-желтого цвета на поверхности тела человека, подвергшегося действию тока. Размер пятен 1-5 мм. Обычные электрические знаки безболезненны, лечатся легко. Металлизация кожи – проникновение в верхние слои кожи мельчайших частиц металла, расплавившегося под действием электрической дуги, возникающей при КЗ. Мельчайшие брызги расправленного металла под влиянием возникших динамических сил и теплового потока разлетаются во все стороны с большой скоростью.

14 Механические повреждения. Чаще всего это следствие резких непроизвольных судорожных сокращений мышц под действием электрического тока. В результате могут произойти: - разрывы сухожилий, кожи, кровеносных сосудов и нервной ткани; -вывих суставов; - даже переломы костей. Механические повреждения происходят при работе в основном в электроустановках до 1000 В при относительно длительном воздействии тока.

15 Электроофтальмия – воспаление наружных оболочек глаз – роговицы и коньюктивы (слизистой оболочки, покрывающей глазное яблоко), возни- кающие в результате воздействия мощного потока ультрафиолетовых лучей. Такое облучение возможно при наличии электрической дуги, которая является источником излучения ультрафиолетовых и инфракрасных лучей. Предупреждение электроофтальмии обеспечивается применением защитных очков.

16 3 Электрический удар Электрический удар – это возбуждение живых тканей организма протекающим через него током, проявляющееся в непроизвольных судорожных сокращениях различных мышц тела. При этом нарушается работа всех органов: - сердца, - легких, - центральной нервной системы.

17 Пять степеней электрического удара : 1. Судорожное, едва ощутимое сокращение мышц; 2. Судорожное сокращение мышц с сильными болями, без потери сознания; 3. Судорожное сокращение мышц с потерей сознания, но сохранившимися дыханием и работой сердца; 4. Потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или дыхания (и то и другое); 5. Клиническая смерть.

18 Факторы, от которых зависит исход воздействия электрического тока : значение и длительность протекания тока; род и частота тока; пути прохождения; индивидуальные свойства.

19 Фибрилляция – хаотические разновременные сокращения волокон сердечной мышцы (фибрилл) при которых сердце не в состоянии гнать кровь по сосудам. Фибрилляция сердца может наступить в результате прохождения через тело человека по пути рука-рука или рука-ноги переменного тока более 50 мА частотой 50 Гц в течение нескольких секунд. Токи меньше 50 мА и больше 5 А фибрилляции сердца у человека, как правило, не вызывают.

20 Электрический шок это своеобразная тяжелая нервно-рефлекторная реакция организма в ответ на чрезмерное раздражение электрическим током, сопровождающаяся глубокими расстройствами кровообращения, дыхания, обмена веществ и т. п.

21 Тема 2 Возможные схемы включения человека в цепь тока Каждый случай поражения электрическим током имеет свои индивидуальные особенности. Все множество причин протекания через тело человека тока подразделяется на следующие типовые схемы: 1. Двухполюсное прикосновение; 2. Однополюсное прикосновение; 3. Остаточный заряд; 4. Наведенный заряд; 5. Заряд статического электричества; 6. Напряжение шага; 7.Электрический пробой воздушного промежутка.

22 3.1 Двухполюсное (двухфазное) прикосновение В этом режиме человек двумя точками тела касается разнополярных токоведущих частей. Рисунок 1.1 Схема включения человека в цепь

23 Условия формирования цепи Это относительно редкие случаи - как правило, они являются следствием грубого нарушения правил ТБ. Обычно они возникают в электроустановках U ниже 1000 В в процессе работы под U с применением неисправных защитных средств, а также в результате небрежности при эксплуатации электрооборудования с неогражденными голыми токоведущими частями (открытые рубильники, незащищенные клеммные платы, экспериментальные работы и т.п.).

24 Возможные последствия двухполюсного прикосновения. U прикосновения равно рабочему, и поэтому в сетях переменного тока U выше 1000 В ток через тело человека превышает значения порогового неотпуска (16 мА) и фибриляционного (100 мА). Поэтому обычно такой контакт с токоведущими частями завершается летальным исходом (если пострадавшему своевременно не оказана помощь).

25 Состав защитных мероприятий. В этом режиме сопротивление тела человека включается параллельно сопротивлению нагрузки сети. Поэтому выявить факт наличия человека в цепи автоматическими средствами защиты невозможно. Поэтому необходимо выполнять в полном объеме организационные защитные мероприятия и использовать защитные средства, предусмотренные Правилами безопасности при работе без снятия напряжения вблизи и на токоведущих частях, находящихся под напряжением.

26 Пример: Электрик, стоя на площадке мачтовой ТП, производил ремонт проводов линии, не находящейся под напряжением. Заодно решил проверить прочность крепления на изоляторах проводов, оставшихся под напряжением. Не имея когтей, предохранительного пояса и диэлектрических перчаток, встал на металлическую перекладину опоры ЛЭП, потерял равновесие и ухватился правой рукой за изолятор нулевого провода, а левой - фазного.

27 3.2 Однополюсное (однофазное) прикосновение Схема включения человека в цепь. В режиме однофазного прикосновения человек касается токоведущей части только одной точкой тела Рисунок 1.2- Однофазное прикосновение человека к токоведущей части Рисунок 1.3- Однофазное прикосно- вение человека к корпусу

28 Происходит непосредственное прикосновение человека к токоведущей части, когда он тем или иным образом нарушает правила техники безопасности. Рисунок 1.2- Однофазное прикосновение человека к токоведущей части Условия формирования цепи.

29 Рисунок 1.3- Однофазное прикосновение человека к корпусу Чаще однофазное прикосновение возникает в условиях, когда человек ТБ не нарушает, прикасаясь не к токоведущей части, а к корпусу электротехнического изделия

30 Если в изделии имеется неисправность типа замыкания фазы на корпус, параметры контура тока I h, будут такие же как и при прикосновении к токоведущим частям. Именно в этом режиме происходит наибольшая часть травм от электрического тока.

31 Возможные последствия однофазного прикосновения. Здесь контур тока I h замыкается либо через сопротивления утечки Z ф в сетях, изолированных от земли), либо через сопротивление заземления нейтрали источника электроэнергии R 0. В общем виде режим 1ф прикосновения менее опасен, чем режим 2ф прикосновения, так как здесь значение напряжения прикосновения ограничивается сопротивлением утечки. Но в сетях с заземленной нейтралью, а также в сетях с изолированной нейтралью, но имеющих большую емкость, опасность этого режима адекватна опасности режима двухфазного прикосновения.

32 Состав технических средств защиты. В зависимости от вида ЭУ, условий эксплуатации, в зависимости от вида ЭУ, условий эксплуатации и назначения электроприемников применяют: -защитное заземление, -зануление, -защитное отключение, -защитное шунтирование, -защитное разделение сетей -и контроль изоляции.

33 3.3 Остаточный заряд Под остаточным понимается заряд на конденсаторе, сохраняющийся некоторое время после отключения источника питания. Схема включения человека в цепь Схема включения человека в эл. цепь формируется при прикосновении его к одной из обкладок конденсатора. Условия формирования цепи Всякая сеть или устройство обладают емкостью относительно корпуса и между полюсами (фазами). Если R изоляции велико, то после снятия рабочего U либо после измерений мегомметром потенциал на токоведущих частях, обусловленный остаточным зарядом емкости, может сохраняться длительное время.

34 При прикосновения человека к токоведущей части, в этом случае, возникает переходный процесс разряда емкостей через его тело. Аналогичные процессы, происходят и при работе в цепях с индуктивностями. Согласно Правилам эксплуатации электроустановок (ПТЭЭ), необходимо ежегодно отключать силовые трансформаторы и контролировать омическое сопротивление их обмоток. В переносных омметрах обычно применяют источники постоянного напряжения 4-6 В. При отключении омметра, например, от обмотки НН в процессе разряда ее индуктивности импульс тока трансформируется в обмотку ВН. Если в этот момент человек касается полюса обмотки ВН, то вторичная травма неизбежна.

35 Возможные последствия действия остаточного заряда Обозначения на схеме: R h - сопротивление тела человека; R 1 и R 2, С 1 и С 2 - эквивалентные сопр-я изоляции и емкости полюсов относительно земли; С 12 -эквивалентная емкость между полюсами (в том числе конденсаторов фильтров выпрямителей), U 0 -остаточное напряжение. Рисунок 1.4- Схема травмирования током при действии остаточного заряда Принимаем (R 1,R 2 ) >> R h, что правомерно, т. к. при низких значениях сопротивления изоляции остаточный заряд быстро исчезает и сеть, с точки зрения возможности поражения человека током, становится безопасной.

36 Упрощаем расчетную схему, разделеляя емкости С,, на две по- следовательно включенные емкости значением 2 С 12 каждая.

37 Окончательная расчетная схема позволяет определить ток разряда емкости С С 12 через сопротивление R h при начальном напряжении U 0 /2 по формуле: Максимальное значение тока I h определяется величиной остаточного напряжения U 0 и сопротивления тела человека, а длительность переходного процесса зависит от величины емкостей относительно земли и между полюсами сети. Обычный результат действия остаточного заряда - вторичные травмы.

38 Защитные мероприятия Из формулы для I h следует одно из основных правил техники безопасности: после снятия рабочего напряжения не берись за токоведущие части, предварительно не разрядив емкости. Для разряда емкостей следует: 1)присоединить провод разрядника (щупа) к заземленной конструкции (детали); 2) затем коснуться щупом токоведущей части. Изменять указанную последовательность операций нельзя, т. к.в этом случае ток разряда пройдет через тело человека.

39 3.4 Наведенный заряд Схема включения человека в цепь В этом режиме человек прикасается к металлическому нетоковедущему предмету (конструкции), находящемуся в зоне внешнего электромагнитного поля. Если человек находится в электрическом поле и держится за заряженный объект, например, за намоточную бобину для пленки, возможно, что его тело зарядится. Условия формирования цепи Условия формирования наведенных зарядов разнообразны. Наведенные заряды формируются на объемных металлических предметах, находящихся в зоне действия электромагнитных полей

40 Такое происходит и в случае, когда оператор дотрагивается до заряженных объектов или материалов – из-за изолирующей обуви заряд накапливается в теле. Когда оператор трогает металлические детали оборудования, заряд может стечь и спровоцировать электроудар. При перемещении людей по синтетическим ковровым покрытиям порождается статический заряд при контакте между ковром и обувью. Электроудары, которые получают водители, покидая свою машину, провоцируются зарядом, возникшим между сиденьем и их одеждой в момент подъема. Решение этой проблемы – дотронуться до металлической детали автомобиля, например, до рамы дверного проема, до момента подъема с сиденья. Это позволяет заряду безопасно стекать на землю через кузов автомобиля и его шины.

41 При монтаже ЭУ в электрических кабелях предусматриваются запасные жилы. Когда емкости рабочих жил (фаз) относительно земли не равны между собой, на отключенных запасных жилах возникает наведенный заряд, потенциал которого относительно земли может достигать 150 В при напряжении 380 В в основной сети.

42 3.5 Заряд статического электричества Схема включения человека в цепь В этом режиме человек прикасается к металлическому предмету, изолированному от земли, или к конструкции из изоляционного материала, несущим заряд статического электричества. Возможен также режим прикосновения к заземленной металлической конструкции, когда человек на- ходится на полу из изоляционного материала и сам несет заряд статического электричества. Условия формирования цепи Заряды статического электричества образуются при перемещении (трении) твердых, жидких или газообразных диэлектриков относительно других проводящих или непроводящих ток материалов.

43

44 Возможные последствия действия статического электричества Возможность формирования зарядов статического электричества существенно увеличилась с массовым применением пластических материалов (трубопроводы, покрытие полов и пр.), обладающих высоким сопротивлением.

45 Тело человека относительно земли имеет емкость около 200 пФ. Если он находится на изолирующем полу (линолеум), то в результате трения одежды о кожу на нем может накопиться заряд с энергией до 0,43 мДж. Значение потенциала тела относительно земли превышает 500 В; в случае прикосновения к заземленному металлическому предмету (батарея отопления, шкафчик с рабочей одеждой и пр.) человек почувствует удар током (ток разряда собственной емкости).

46 Такие заряды наибольшую опасность представляют для элементов микросхемотехники при монтаже печатных плат Обычно во избежание выхода их из строя жало паяльника заземляют либо на руку монтажницы надевают заземленный браслет; наиболее эффективная мера – обязательная замена одежды на х/б, исключающую возможность генерирования электростатического заряда.

47 Основные виды разрядов статического электричества: а) разряды между проводящими телами - формируются в результате электризации и накопления заряда на изолированных проводящих телах (человек, металлическая тара для жидкостей и сыпучих материалов, транспортные средства на резиновых шинах, гребные валы на судах и пр.); б) разряды с заряженного диэлектрика на проводящие конструкции (резиновые либо пластмассовые резервуары; бочки и канистры для хранения и транспортировки нефтепродуктов и сыпучих материалов; диэлектрические трубы, по которым перемещаются эти материалы, и т.п.);

48 в) коронирование диэлектриков – разряд, обусловленный разностью потенциалов между внутренней и наружной поверхностями конструкции (трубы для транспортировки жидких и сыпучих материалов, пневмотранспортные трубопроводы); г) разряды в следе скольжения – возникают в процессе электризации твердых поверхностей путем трения.

49 Защитные мероприятия Защита обеспечивается путем формирования цепей для снятия заряда статического электричества (заземление металлоконструкций, снижение омического сопротивления изоляционных материалов путем введения в них проводящих примесей, периодического обливания изоляционных кон- струкций проводящими жидкостями и т.п.).

50 Напряжение шага - разность потенциалов двух точек поверхности земли, на которых находится человек, при этом в расчетах ширина шага принимается равной а = 0,8 м. 6 Напряжение шага

51 Схема включения человека в цепь Действию напряжения шага человек подвергается в зоне растекания тока, то есть на поверхности земли вблизи места замыкания на землю. Условия формирования цепи В зоне растекания тока, в соответствии с выражением ϕ (x) = k/x, различны потенциалы всех точек на поверхности земли. Рисунок 1.5- Напряжение шага человека (растекание тока)

52 Возможные последствия действия напряжения шага Напряжение шага зависит от 2 основных факторов: - максимального потенциала в зоне растекания тока ϕ зам ; - удаления человека от места замыкания (х).

53 В наиболее удаленных точках зоны растекания тока напряжение шага невелико, а ток через тело человека I h = U ш /R h протекает по пути «нога-нога». По мере возрастания напряжения U ш при приближении человека к месту замыкания: -ток возрастает и может в итоге достичь значения порогового неотпускающего тока; -в результате судорожной реакции человек падает, при этом размер «шага» увеличивается (расстояние стало «руки-ноги») с соответствующим возрастанием значения U ш, а в путь тока включается область сердца. Так без видимых внешних причин может наступить летальный исход.

54 Электрический пробой воздушного промежутка Схема включения человека в цепь Эта схема поражения током характерна для высоковольтных цепей. В равномерном электрическом поле (например, между обкладками плоского конденсатора) электрическая прочность воздушного промежутка равна 3-4 кВ/мм в зависимости от влажности воздуха, то есть электрический пробой воздушного промежутка размером 1 мм происходит при U= 3-4 кВ между обкладками конденсатора. Когда человек той или иной частью тела приближается к высоковольтной токоведущей части, в воздушном зазоре также формируется электрическое поле, но это поле неравномерное, типа игла-плоскость либо игла-линия. Электрическая прочность воздушного промежутка в неравномерном поле существенно ниже, она может уменьшаться до значения 4 кВ/см.

55 Условия формирования цепи Пусть человек проник в трансформаторную будку 6/0,38 кВ и приблизил палец к токоведущей части, находящейся под потенциалом 6 кВ.

56 Потенциал тела человека равен потенциалу земли (ноль), поэтому разность потенциалов в воздушном зазоре «палец - токоведущая часть» составляет 6 кВ. При таком напряжении происходит электрический пробой воздушного промежутка и формируется дуговой разряд. При неблагоприятных условиях, когда цепь тока не прерывается, термическую травму завершает биологическое поражение током.

57 Возможные последствия электрического пробоя воздушного промежутка При дуговом разряде (ожоге дугой) разрушаются кожные покровы, мышечная и костная ткани. Защитные мероприятия Защита людей от опасности рассматриваемого режима достигается путем обеспечения недоступности токоведущих частей оборудования.

58 Тема 3 Электрическое сопротивление земли 1Общие сведения 2Электрическое сопротивление грунта

59 1Общие сведения Земля является плохим проводником электрического тока: проводимость ее в несколько миллиардов раз меньше проводимости металлов. Однако поскольку площадь земли, через которую проходит ток, обычно весьма велика, сопротивление земли оказывается сравнительно небольшим. Грунт представляет собой дисперсное пористое тело, состоящее из трех частей: твердой, жидкой (связаннная вода и свободная вода) и газообразной.твердойжидкойсвязаннная водасвободная водагазообразной. Рисунок - Схематичная структура грунта: 1 твердая часть; 2 связанная вода; 3 свободная вода; 4 газообразная часть (воздух, пары воды)

60 2 Составные части грунта Твердая часть грунта это мелкие частицы различных минералов, являющиеся продуктом разрушения и выветривания горных пород, а также перегноя органической части почвы. Размеры этих частиц обычно находятся в пределах от сотых долей микрона до 1 мм. Газообразная часть грунта воздух и водяной пар, заполняющие не занятые водой пространства в грунте, а также содержащиеся в свободной воде в виде местных включений.

61 Жидкая часть грунта это так называемый почвенный раствор вода и растворенные в ней вещества, которые содержатся также в твердой и газообразной частях грунта. Воду условно можно разделить на две формы: связанную и свободную. Связанная вода тонкая водяная пленка, окружающая твердые частицы грунта и удерживаемая ими с большой силой. Это явление объясняется наличием на поверхности почвенных частиц электрически не насыщенных активных центров, которые обусловливают притяжение к их поверхности молекул воды и ионов растворенных в ней солей. Свободная вода вода, не ориентированная около почвенных частиц. Она может свободно перемещаться в порах и пустотах грунта.

62 3Электрическое сопротивление грунта Оно характеризуется его объемным уд. сопротивлением ρ, т. е. сопротивлением куба грунта с ребром длиной 1 м. Единицей объемного уд сопротивления является Ом на метр (Ом м). Значение ρ земли колеблется в широких пределах: от десятков до тысяч Ом м. Оно зависит от многих факторов, в том числе от: влажностивлажности, температурытемпературы, рода грунтарода грунта, степени его уплотненностистепени его уплотненности, от времени годаот времени года.

63 Зависимость ρ грунта от влажности Грунты любого рода песок, глина, чернозем в абсолютно сухом состоянии обладают большим уд. сопротивлением (свыше 10 4 Ом м), т.е. являются практически непроводниками тока. Если же грунт увлажнить, то сопротивление его уменьшится в десятки и даже сотни раз благодаря растворению в воде солей, кислот и оснований, содержащихся в грунте, а также за счет проводимости самой воды.

64 Зависимость ρ грунта от температуры Температура грунта изменяется в зависимости от многих причин и оказывает существенное влияние на его уд. сопротивление. Бурное испарение влаги и как следствие этого стремительный рост сопротивления грунта происходят при температуре 100°С и выше. Такой нагрев может быть результатом прохождения через заземлитель больших токов. Высушивание грунта происходит и под воздействием температуры окружающего воздуха, т. е. при температуре почвы, значительно меньшей 100°С. В этом случае влаги лишается верхний слой почвы толщиной обычно не больше 5060 см. Поэтому при устройстве заземлений в целях экономии металла заземлители размещают в земле ниже этого уровня. При 0°С, т. е. при замерзании влаги в грунте, его удельное сопротивление возрастает скачкообразно в несколько раз, поскольку сопротивление льда, как правило, выше сопротивления воды.

65 Таким образом, образовавшийся в грунте лед в виде линз и тонких прослоек не только не участвует в проведении тока, но и препятствует его прохождению по грунту, уменьшая проводящее сечение грунта и удлиняя путь тока. В районах вечной мерзлоты, которые занимают около 25% суши земного шара, слой вечномерзлого грунта, простираясь в глубину на десятки и сотни метров, обладает очень большим уд. сопротивлением, которое практически никогда не изменяется. Лишь у верхнего слоя земли толщиной от 0,5 до 4,5 м ρ снижается в летнее время в несколько раз, достигая обычных значений. Но зимой, когда температура этого слоя опускается ниже температуры глубинных слоев, его ρ оказывается в несколько раз больше удельного сопротивления этих слоев. Поэтому в районах вечной мерзлоты очень трудно создать качественное заземление, т. е. обладающее малым сопротивлением.

66 Влияние рода грунта на его удельное сопротивление Существует много родов грунта глина, суглинок, песок, супесок, чернозем, садовая земля, торф, лёсс и др., сильно различающихся физической структурой и химическими свойствами. Род грунта непосредственно не оказывает влияния на его удельное сопротивление, поскольку сухой грунт любого рода тока практически не проводит. Однако различные грунты содержат неодинаковое количество растворимых веществ, обладают различной дисперсностью, имеют различную способность удерживать свободную воду и поэтому, будучи увлажненными, оказывают различное сопротивление электрическому току.

67 Приближенные значения удельных электрических сопротивлений различных грунтов и воды Грунт, водаУдельное сопротивление, Ом*м Грунт, водаУдельное сопротивление, Ом*м Возможные пределы колебаний При влажности 10-20% к массе грунта Возможные пределы колебаний При влажности 10-20% к массе грунта Глина8-7040Каменисты й Суглинок Скалистый Песок Вода морская 0,2-1- Супесок Вода речная Торф Вода прудовая Чернозем9-5320Вода грунтовая Садовая земля Вода в ручьях

68 Зависимость ρ грунта от его уплотненности Степень уплотненности грунта оказывает влияние на его удельное сопротивление: чем выше плотность, т.е. чем лучше утрамбован грунт, тем меньше его удельное сопротивление. Объясняется это тем, что с уплотнением грунта исчезают свободные пространства между его частицами, благодаря чему увеличивается токопроводящее сечение и повышается способность удерживать влагу, а следовательно, повышается проводимость грунта. Поэтому при устройстве заземлений необходимо тщательно трамбовать грунт, что в конечном итоге дает реальную экономию металла.

69 Зависимость ρ грунта от времени года Время года влияет на уд. сопротивление грунта, поскольку атмосферные условия, изменяющиеся в течение года, изменяют содержание влаги в грунте, его температуру и количество растворенных в нем солей. Степень и характер изменений ρ в течение года зависят от многих факторов рода грунта, климатических условий местности, погодных условий данного года и т. п. Поэтому заранее определить, как будет изменяться ρ в течение года в интересующем нас месте, невозможно. Опытом установлен ряд простых закономерностей. Снижение уд. сопротивления происходит, как правило, в весенние и осенние месяцы года, когда дожди и тающий снег резко увеличивают содержание влаги в почве. Благоприятное влияние оказывает весной и повышение температуры почвы. Увеличение ρ происходит зимой и летом вследствие замерзания и испарения влаги, причем более высокие значения ρ наблюдаются зимой.

70 Наибольшему влиянию подвержены верхние слои грунта, которые зимой промерзают, весной и осенью раньше и обильнее других слоев насыщаются влагой, а летом раньше прогреваются и высыхают Более глубокие слои земли обладают более стабильным удельным сопротивлением. Поэтому заземлители, глубоко закопанные в землю, в том числе вертикальные стержневые, выполняют свою задачу лучше, чем полосовые заземлители, прокладываемые вблизи поверхности земли. При проектировании заземляющих устройств необходимо в качестве расчетного брать наибольшее возможное в течение года значение ρ, т. е. ориентироваться на худший случай.

71 Измерение ρ производятся, как правило, в теплое время года (май октябрь) и измеренное удельное сопротивление ρ изм умножается на коэффициент сезонности ψ, учитывающий возможное повышение сопротивления в течение года и состояние (увлажненность) земли во время измерений. В итоге получается расчетное значение удельного сопротивления для однородной земли, Ом*м, ρ расч = ρ изм ψ. Признаки климатических зон для определения коэффициентов сезонности ψ Характеристика климатической зоны Климатические зоны СССР IIIIIIIV Средняя многолетняя низшая температура (январь), С От –20 до – 15 От –14 до – 10 От – 10 до 0 От 0 до +5 Средняя многолетняя высшая температура (июль), С От +16 до +18 От +18 до +22 От +22 до +24 От +24 до +26 Среднегодовое количество осадков, см Продолжительность замерзания вод, дни

72 Климатическая зона по табл. 2.2 Состояние земли во время измерений ее сопротивления Повышенной влажности Нормальной влажности Малой влажности Вертикальный электрод длинной 3 м I1,91,71,5 II1,71,51,3 III1,3 1,2 IV1,31,11,0 Вертикальный электрод длинной 5 м I1,51,41,3 II1,41,31,2 III1,31,21,1 IV1,21,11,0 Горизонтальный электрод длинной 10 м I9,35,54,1 II5,93,52,6 III4,22,52,0 IV2,51,51,1 Горизонтальный электрод длинной 50 м I7,24,53,6 II4,83,02,4 III3,22,01,6 IV2,21,41,12 Коэффициенты сезонности y для однородной земли

73 Неотпускающий ток. Электрический ток, вызывающий при прохождении через человека непреодолимые судорожные сокращения мышц руки в которой зажат проводник называется неотпускающим. При постоянном токе неотпускающих токов нет, но в момент отрыва ощущается боль. Ток, при котором человек может самостоятельно оторвать руки от электродов (когда можно выдержать боль) принят за порог неотпускающих токов и составляет примерно мА.

74

75 Тема 4 ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ИСХОД ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ 1Общие положения 2 Электрическое сопротивление тела человека. 3 Факторы от которых зависит полное сопротивление тела человека 4 Характер воздействия на человека токов разного значения.

76 Большинство тканей тела человека содержит большое количество воды ( до 65% массы). Поэтому живую ткань можно рассматривать как электролит т.е. раствор, разлагающийся химически при прохождении по нему тока. Сопротивление тела человека, т.е. сопротивление между двумя электродами, наложенными на поверхность тела, у разных людей различно. Неодинаковым оно оказывается и у одного и того же человека в разное время и в разных условиях измерения. 1Общие положения

77

78 2 Электрическое сопротивление тела человека. Тело человека является проводником электрического тока. Однако проводимость живой ткани в отличие от обычных проводников обусловлена не только её физическими свойствами, но и сложнейшими биохимическими и биофизическими процессами, присущими лишь живой материи. Сопротивление тела человека является переменной величиной, нелинейно зависящей от множества факторов (состояние кожи, параметров электрической цепи, физиологического состояния и состояния окружающей среды).

79 Электрическое сопротивление различных тканей тела человека неодинаково: -кожа, кости, жировая ткань, сухожилия и хрящи имеют относительно большое сопротивление, -мышечная ткань, кровь, лимфа и особенно спинной и головной мозг малое сопротивление. Например, удельное объемное сопротивление: -сухой кожи составляет 3*10 3 – 2*10 4 Ом*м, -крови 1 – 2 Ом * м при частоте тока 50 Гц.

80 Следовательно, кожа обладает очень большим удельным сопротивлением, которое является главным фактором, определяющим сопротивление тела человека в целом. Строение кожи весьма сложно.Строение кожи Кожа состоит из двух основных слоев: -наружного, называемого эпидермисом, - и внутреннего, являющегося собственно кожей и носящего название дермы.

81 Сопротивление тела человека принимают состоящим из трех последовательно включенных сопротивлений: - двух одинаковых сопротивлений наружного слоя кожи, т. е. эпидермиса, 2z н (которые в совокупности составляют так называемое наружное сопротивление тела человека) - и одного, называемого внутренним сопротивлением тела R в (которое включает в себя сопротивление внутренних слоев кожи и сопротивление внутренних тканей тела) (рисунок 1.8). Рисунок 1.8- К определению сопротивления тела человека 1 – электроды; 2 – наружный слой кожи – эпидермис (роговой и ростковый слои); 3 – внутренние ткани тела (включая внутренний слой кожи – дерму)

82 Составляющие электрического сопротивления наружного слоя кожи Активное сопротивление наружного слоя кожи R н, Ом, зависит от удельного объемного сопротивления эпидермиса, значения которого находятся в пределах ρ н =10 4 – 1O 5 Ом*м, а также от площади электрода S (м 2 ) и толщины эпидермиса d (м):

83 Емкостное сопротивление обусловлено тем, что в месте прикосновения электрода к телу человека образуется как бы конденсатор: -обкладки это электрод и хорошо проводящая ток дерма; - а диэлектриком – наружный слой кожи (эпидермис). Обычно это плоский конденсатор, емкость которого зависит от площади электрода S (м 2 ), толщины эпидермиса d (м) и диэлектрической проницаемости эпидермиса ε, которая в свою очередь зависит от многих факторов: частоты приложенного напряжения, температуры кожи, наличия в коже влаги и др. При токе 50 Гц значения ε находятся в пределах от 100 до 200. Емкость конденсатора, Ф: где: ε 0 =8,85*10 12 Ф/мэлектрическая постоянная. Как показывают опыты, С н колеблется в пределах от нескольких сотен пикофарад до нескольких микрофарад.

84 Внутреннее электрическое сопротивление тела человека Значение активной составляющей внутреннего сопротивления R в Ом, зависит: -от длины и поперечного сечения участка тела, по которому проходит ток, -от удельного объемного сопротивления внутренних тканей организма ρ в, Усредненное значение ρ в при токе с частотой до 1000 Гц составляет 1,5 – 2,0 Ом*м..

85 Т.о. внутреннее сопротивление тела считается чисто активным, хотя, строго говоря, оно также обладает емкостной составляющей. активнымемкостной Внутреннее сопротивление R в практически не зависит от: -площади электродов, - частоты тока, -от значения приложенного напряжения. R в 500 – 700 Ом. Внутреннее емкостное сопротивление. Живую клетку можно представить себе как оболочку с весьма малой проводимостью, заполненную жидкостью, хорошо проводящей ток. Однако эта проводимость оказывается незначительной по сравнению с довольно большой ионной проводимостью клетки и ею можно пренебречь.

86 Эквивалентная схема сопротивления тела человека для рассмотренных условий На основании этой схемы выражение для определения полного сопротивления тела человека в комплексной форме Z h, Ом, имеет вид где Z Н – сопротивление наружного слоя кожи в комплексной форме, Ом; ω =2p f – угловая скорость, рад/с; f – частота тока, Гц.

87 Эту схему можно упростить, представив сопротивление тела человека как параллельное соединение активного сопротивления тела человека R h и емкости тела С h При этом При малой емкости (когда ее можно принять равной нулю) полное сопротивление тела человека оказывается равным сумме активных сопротивлений обоих слоев эпидермиса и внутреннего сопротивления тела, Ом, т. е

88 При сухой, чистой и неповреждённой коже сопротивление тела, измеренное при напряжении до В, колеблется в пределах примерно (от 3до100)·10 3 Ом.

89 3 Факторы от которых зависит полное сопротивление тела человека В целом, значение полного сопротивления тела человека зависит от ряда факторов: 1-состояния кожи;1-состояния кожи 2-от параметров электрической цепи – места приложения электродов к телу человека, значений тока и приложенного напряжения, рода и частоты тока, площади электродов, длительности прохождения тока;места приложения электродовзначений токаприложенного напряжениярода и частоты токаплощади электродов длительности прохождения тока 3-физиологических факторов и окружающей среды.3-физиологических факторов и окружающей среды Расчетное электрическое сопротивление тела человека переменному току частотой 50 Гц при анализе опасности поражения человека током принимается равным 1000 Ом.

90 3.1Зависимость сопротивления тела человека от состояния кожи Повреждение рогового слоя порезы, царапины, ссадины и другие микротравмы могут снизить сопротивление тела человека до значения, близкого к значению его внутреннего сопротивления (500 – 700 Ом), что безусловно увеличивает опасность поражения человека током.

91 Увлажнение кожи понижает ее сопротивление. Например, увлажнение сухих рук сильно подсоленной водой, снижает сопротивление тела на 30 – 50%, а дистиллированной водой – на 15 – 35%. Объясняется это тем, что влага, попавшая на кожу, растворяет находящиеся на ее поверхности минеральные вещества и жирные кислоты, выведенные из организма вместе с потом и кожным салом, и становится более электропроводной. При длительном увлажнении наружный слой кожи разрыхляется, насыщается влагой, в и сопротивление его почти полностью утрачивается. Т. о., работа сырыми руками или в условиях, вызывающих увлажнение каких-либо участков кожи, создает предпосылки для тяжелого исхода в случае попадания человека под U.

92 Потовыделение Пот хорошо проводит электрический ток, т.к. в его состав входят вода и растворенные в ней минеральные соли, и некоторые продукты обмена веществ. При интенсивном потовыделении, когда выводные протоки расширяются и по ним перемещается непрерывная струя пота, сопротивление кожи резко падает. Следовательно, работа в условиях, вызывающих усиленное потовыделение, усугубляет опасность поражения человека током.

93 Загрязнение кожи различными веществами, в особенности хорошо проводящими ток (металлическая или угольная пыль, окалина и т.п.), сопровождается снижением ее сопротивления, также как при увлажнении кожи. Кроме того, токопроводящие вещества, проникая в выводные протоки потовых и сальных желез, создают в коже длительно существующие токопроводящие каналы, резко понижающие ее сопротивление. Т. о., токарь по металлу, шахтер и лица других специальностей, у которых руки загрязняются токопроводящими веществами, подвержены большей опасности поражения током, чем лица, работающие чистыми руками.

94 3.2 Влияние параметров электрической цепи на полное сопротивления тела человека Место приложения электродов оказывает влияние потому, что сопротивление кожи у одного и того же человека неодинаково на разных участках тела. Разница в значениях сопротивления кожи на разных участках тела объясняется рядом факторов, в том числе: а) различной толщиной рогового слоя кожи; б) неравномерным распределением потовых желез на поверхности тела; в) неодинаковой степенью наполнения кровью сосудов кожи. Наименьшим сопротивлением обладает кожа лица, шеи, рук на участке выше ладоней и в особенности на стороне, обращенной к туловищу, подмышечных впадин, тыльной стороны кисти руки.

95 Влияние значения тока на сопротивление тела человека Увеличение тока, проходящего через тело человека, сопровождается усилением местного нагрева кожи и раздражающего действия на ткани. Это в свою очередь вызывает рефлекторно, т. е. через центральную нервную систему, быструю ответную реакцию организма в виде расширения сосудов кожи, а следовательно, усиление снабжения ее кровью и повышение потоотделения, что и приводит к снижению электрического сопротивления кожи в этом месте.

96 Зависимость сопротивления тела человека от значения приложенного напряжения Повышение напряжения U h, приложенного к телу человека, вызывает уменьшение в десятки раз полного сопротивления тела человека z h которое в пределе приближается к наименьшему значению сопротивления внутренних тканей тела (примерно 300 Ом). Это объясняется ростом тока, проходящего через кожу, и пробоем рогового слоя кожи под влиянием приложенного напряжения.

97 Напряжение, которое, будучи приложено к телу человека вызывает пробой рогового слоя, т.е. пробивное напряжение U пр, В, где d р толщина рогового слоя, мм. Так, при d p =0,05 мм и Е пр =500 – 2000 В/мм получим: U пр =50 – 200 В. Следовательно, пробой рогового слоя кожи возможен при напряжении около 50 В и выше.

98 Зависимость сопротивления тела человека от приложенного напряжения

99 Влияние рода и частоты тока на сопротивление тела человека Опыты показывают, что сопротивление тела человека постоянному току больше, чем переменному любой частоты. При f=0 сопротивление имеет наибольшее значение, с ростом частоты z h уменьшается (за счет уменьшения емкостного сопротивления) и в пределе становится равным внутреннему сопротивлению тела R В. Зависимость сопротивления тела человека от частоты приложенного напряжения.

100 Зависимость сопротивления тела человека от площади электродов Площадь электродов S оказывает непосредственное влияние на полное сопротивление тела человека: чем больше S, тем меньше z h. Рис подтверждает эту зависимость. Но с ростом частоты f зависимость z h от S уменьшается, и при частоте 10 – 20 кГц влияние площади электродов утрачивается полностью. При больших частотах, например 10 – 20 кГц, z h становится равным R В.

101 Влияние длительности протекания тока на сопротивления тела человека Длительность протекания тока заметно влияет на сопротивление кожи, а следовательно, на z h в целом за счет усиления со временем кровоснабжения участков кожи под электродами, потовыделения и т. п. Опыты показывают, что при небольших напряжениях (до 20 – 30 В) за 1– 2 мин сопротивление понижается обычно на 10 – 40% (в среднем на 25%), а иногда и больше. При увеличении напряжения, а следовательно, при росте тока через тело человека сопротивление тела снижается быстрее, что объясняется, по- видимому, более интенсивным воздействием на кожу тока большего значения. Замеры, произведенные в США во время одной электрической казни, показали, что сопротивление тела человека, равное 800 Ом в момент включения под напряжение 1600 В, снизилось через 50 с до 516 Ом, т. е. на 35%.

102 3.3 Влияние физиологических факторов и параметров окружающей среды на сопротивление тела человека Физиологические факторы и параметры окружающей среды оказывают влияние на величину Z h, хотя и в значительно меньшей степени, чем другие факторы. Пол и возраст. У женщин, как правило, сопротивление тела меньше, чем у мужчин; У детей меньше, чем у взрослых, У молодых людей меньше, чем у пожилых. Объясняется это, очевидно, тем, что у одних людей кожа тоньше и нежнее, у других толще и грубее Физические раздражения, возникающие неожиданно для человека: болевые (уколы и удары), звуковые, световые и пр. – могут вызвать на несколько минут снижение сопротивления тела на 20 – 50%.

103 Существенное влияние на исход электротравм оказывают факторы окружающей среды. Повышенные температура и влажность увеличивают электроопасность. При этом не только уменьшается электрическое сопротивления тела, но и снижается общая сопротивляемость организма электрическому току. Опасность поражения уменьшается с повышением давления окружающего воздуха, а с понижением давления увеличивается. Увеличенное содержание кислорода в воздухе понижает чувствительность организма к электрическому току, а уменьшенное повышает. Содержание углекислого газа оказывает противоположное влияние на чувствительность организма к электрическому току.

104 Влияние пути прохождения тока на исход поражения Путь прохождения тока в теле человека играет существенную роль в исходе поражения. Если на пути тока оказываются жизненно важные органы – сердце, легкие, головной мозг, то опасность поражения весьма велика. Если же ток проходит иными путями, то воздействие его на жизненно важные органы может быть лишь рефлекторным, а не непосредственным. При этом опасность тяжелого поражения хотя и сохраняется, но вероятность ее резко снижается.

105 Характерные, обычно встречающимися в практике, являются не более 15 Петель

106 Характеристика наиболее распространенных путей тока в теле человека Путь тока Частота возникновения данного пути тока,% Доля терявших сознание во время воздействия тока,% Значение тока, проходящего через область сердца, в % от общего тока, проходящего через тело Рука – рука40833,3 Правая рука - ноги20876,7 Левая рука – ноги17803,7 Нога - нога6150,4 Голова - ноги5886,8 Голова - руки4927,0 Прочие865-

107 Опасность петли зависит от значения тока, проходящего через область сердца: чем больше этот ток, тeм опаснее петля. Предполагается, что при наиболее распространенных путях в теле человека через сердце протекает 0,4 – 7% общего тока. Наиболее опасными являются петли голова – руки; голова – ноги, когда ток может проходить через головной и спинной мозг. К счастью, эти петли возникают относительно редко. Следующим по опасности является путь правая рука – ноги, который по частоте возникновения занимает второе место. Наименее опасным является путь нога – нога, который именуется нижней петлей.нижней петлей

108 Условно различают три степени воздействия тока на организм человека и три его пороговых значения: -ощутимый, -неотпускающий и - фибрилляционный. Ощутимый ток электрический ток, вызывающий при прохождении через организм ощутимые раздражения. Человек начинает ощущать воздействие проходящего через него тока 0,5-1,5 мА при переменном токе частотой 50 Гц и 5-7 мА при постоянном токе. Это воздействие ограничивается при переменном токе слабым зудом и легким покалыванием, а при постоянном токе ощущением нагрева кожи на участке, касающемся токоведущей части. Указанные значения тока являются граничными (пороговыми), с которых начинается область ощутимых токов. 4 Характер воздействия на человека токов разного значения.

109 Неотпускающий ток электрический ток, вызывающий при прохождении через человека непреодолимые судорожные сокращения мышц руки, в которой зажат проводник. Пороговый неотпускающий ток наименьшее значение неотпускающего тока. Его значение для переменного тока с частотой 50 Гц составляет мА, а пороговое значение неотпускающего тока при постоянном токе составляет мА. Фибрилляционный ток электрический ток, вызывающий при прохождении через организм фибрилляцию сердца. Пороговый фибрилляционный ток наименьшее значение фибрилляционного тока. При частоте 50 Гц фибрилляционным является ток в пределах от 50 мА до 5 А, а пороговым фибрилляционным током ток 100 мА. При постоянном токе пороговым фибрилляционным током считается ток 300 мА, а верхним пределом 5 А.

110 с с начала воздействия тока. При частоте 50 Гц фибрилляционными являются токи в пределах от 100 мА до 5 А, а пороговым фибрилляционным током – 100 мА. При постоянном токе пороговым фибрилляционным током считается ток 300 мА, а верхним пределом фибрилляционного тока 5 А. Следует подчеркнуть, что эти данные справедливы при условии длительного прохождения тока через человека (не менее 2 – 3 с) по пути рука – рука или рука – ноги. Если же ток проходит через тело человека быстрее, то значение фибрилляционного тока возрастает. При ином пути тока в теле человека фибрилляционные токи могут иметь большие или меньшие значения. Так, например, в случае прикосновения к токоведущей части непосредственно грудью фибрилляция сердца может наступить при токе, значительно меньшем 100 мА, поскольку в этом случае значительная часть этого тока будет проходить через сердце. Интересно отметить, что в медицинской практике зарегистрировано несколько случаев возникновения фибрилляции сердца, вызванных очень малыми токами, стекающими с введенного в сердце электрода или катетера. Исследования показали, что в этих условиях (когда электрод касается непосредственно сердца) фибрилляция наступает при токах 40 – 300 мкА, т. е. примерно в 1000 раз меньших, чем при обычных условиях. Порог фибрилляционного тока Ток 100 мА и более (при 50 Гц), проходя через тело человека по тому же пути (рука – рука или рука – ноги), распространяет свое раздражающее действие на мышцу сердца, расположенную глубоко в груди. Это обстоятельство является опасным для жизни человека, поскольку через 1– 2 с с момента замыкания цепи этого тока через человека может наступить фибрилляция или остановка сердца. При этом прекращается кровообращение и, следовательно, в организме возникает недостаток кислорода; это в свою очередь быстро приводит к прекращению дыхания, т. е. наступает смерть. Таким образом, при токе 100 мА и более первым прекращает работу сердце, а затем легкие, причем поражение сердца наступает быстро: обычно не более чем через 2 с начала воздействия тока. При частоте 50 Гц фибрилляционными являются токи в пределах от 100 мА до 5 А, а пороговым фибрилляционным током – 100 мА. При постоянном токе пороговым фибрилляционным током считается ток 300 мА, а верхним пределом фибрилляционного тока 5 А. Следует подчеркнуть, что эти данные справедливы при условии длительного прохождения тока через человека (не менее 2 – 3 с) по пути рука – рука или рука – ноги. Если же ток проходит через тело человека быстрее, то значение фибрилляционного тока возрастает

111 Интересно отметить, что в медицинской практике зарегистрировано несколько случаев возникновения фибрилляции сердца, вызванных очень малыми токами, стекающими с введенного в сердце электрода или катетера. Исследования показали, что в этих условиях (когда электрод касается непосредственно сердца) фибрилляция наступает при токах 40 – 300 мкА, т. е. примерно в 1000 раз меньших, чем при обычных условиях.

112

113 Стр 22

114

115

116