Действие электрического тока на живую ткань

1.Действие электрического тока на организм человека

электрический ток организм человек

Действие электрического тока на живую ткань в отличие от действия других материальных факторов (пара, химических веществ, излучения и др.) носит своеобразный и разносторонний характер. Проходя через организм человека, электрический ток производит термическое, электролитическое и механическое воздействия, являющиеся физикохимическими процессами, присущими как живой, так и неживой материи; одновременно электрический ток производит и биологическое действие, которое является специфическим процессом, свойственным лишь живой ткани:

* 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.

* Электролитическое действие тока проявляется в разложении органических жидкостей, в том числе и крови, что сопровождается значительными нарушениями их физикохимического состава.

* Механическое (динамическое) действие тока выражается в разрыве, расслоении и других повреждениях различных тканей организма, в том числе мышечной ткани, стенок кровеносных сосудов, сосудов легочной ткани и др.

* Биологическое действие тока проявляется в раздражении и возбуждении живых тканей организма, а также в нарушении внутренних биоэлектрических процессов, протекающих в нормально действующем организме и связанных с его жизненными функциями.

Электрический ток, проходя через организм, раздражает живые ткани, вызывая в них ответную реакцию — возбуждение, являющееся одним из основных физиологических процессов и характеризующееся тем, что живые образования переходят из состояния относительного физиологического покоя в состояние специфической для них деятельности.

Так, если электрический ток проходит непосредственно через мышечную ткань, то возбуждение, обусловленное раздражающим действием тока, проявляется в виде непроизвольного сокращения мышц. Это так называемое прямое, или непосредственное, раздражающее действие тока на ткани, по которым он проходит.

Однако действие тока может быть не только прямым, но и рефлекторным, то есть осуществляться через центральную нервную систему. Иначе говоря, ток может вызывать возбуждение тех тканей, которые не находятся у него на пути. Дело в том, что электрический ток, проходя через тело человека, вызывает раздражение рецепторов — особых клеток, имеющихся в большом количестве во всех тканях организма и обладающих высокой чувствительностью к воздействию факторов внешней и внутренней среды.

Центральная нервная система перерабатывает нервный импульс и передает его подобно исполнительной команде к рабочим органам: мышцам, железам, сосудам, которые могут находиться вне зоны прохождения тока.

2.Факторы определяющие исход поражения электрическим током

Основными факторами, определяющими исход поражения, являются:

— величина тока и напряжения;

— продолжительность воздействия тока;

— сопротивление тела;

— петля («путь») тока;

— психологическая готовность к удару.

Величина тока и напряжения.

Электрический ток, как поражающий фактор, определяет степень физиологического воздействия на человека. Напряжение следует рассматривать лишь как фактор, обуславливающий протекание того или иного тока в конкретных условиях — чем больше напряжение прикосновения, тем больше поражающий ток.

По степени физиологического воздействия можно выделить следующие поражающие токи:

— 0.8 — 1.2 мА — пороговый ощутимый ток (то есть то наименьшее значение тока, которое человек начинает ощущать);

— 10 — 16 мА — пороговый неотпускающий (приковывающий) ток, когда из-за судорожного сокращения рук человек самостоятельно не может освободиться от токоведущих частей;

— 100 мА — пороговый фибрилляционный ток; он является расчетным поражающим током. При этом необходимо иметь в виду, что вероятность поражения таким током равна 50% при продолжительности его воздействия не менее 0.5 секунды.

Следует отметить, что никакое напряжение нельзя признать полностью безопасным и работать без средств защиты. Так, например, автомобильный аккумулятор имеет напряжение 12−15 Вольт и не вызывает поражения электрическим током при прикосновении (ток через тело человека меньше порогового ощутимого тока). Но при случайном замыкании клемм аккумулятора возникает мощная дуга, способная сильно обжечь кожу или сетчатку глаз; также возможны механические травмы (человек инстинктивно отшатывается от дуги и может неудачно упасть). Точно также человек инстинктивно отшатывается при прикосновении к сети временного освещения (36 Вольт, ток уже ощущается), что грозит падением с высоты, даже если ток, протекающий через тело невелик, и не мог бы вызвать поражения сам по себе.

Таким образом, сколь угодно низкое напряжение не отменяет использования средств защиты, а лишь изменяет их номенклатуру (вид), например, при работе с аккумулятором следует пользоваться защитными очками. Производить работы на токоведущих частях без применения средств защиты можно только при полном снятии напряжения!

Продолжительность воздействия тока Установлено, что поражение электрическим током возможно лишь в стоянии полного покоя сердца человека, когда отсутствуют сжатие (систола) или расслабление (диастола) желудочков сердца и предсердий. Поэтому при малом времени воздействие тока может не совпадать с фазой полного расслабления, однако всё, что увеличивает темп работы сердца, способствует повышению вероятности остановки сердца при ударе током любой длительности. К таким причинам следует отнести: усталость, возбуждение, голод, жажду, испуг, принятие алкоголя, наркотиков, некоторых лекарств, курение, болезни и т. п.

Сопротивление тела Величина непостоянная, зависит от конкретных условий, меняется в пределах от нескольких сотен Ом до нескольких мегом. С достаточной степенью точности можно считать, что при воздействии напряжения промышленной частоты 50 Герц, сопротивление тела человека являйся активной величиной, состоящей из внутренней и наружной составляющих. 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 — состоянием кожи рук толщиной всего лишь 0.2 мм (в первую очередь ее наружным слоем — эпидермисом). Примеров тому немало, вот один из них. Рабочий опускает в электролитическую ванну средний и указательный пальцы руки и получает смертельный удар. Оказалось, что причиной гибели явился имевший место порез кожи на одном из пальцев. Эпидермис не оказал своего защитного действия, и поражение произошло при явно безопасной петле тока. Действительно, если оценить этот факт в относительных единицах и принять сопротивление кожи 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!). Кстати, именно поэтому опасно приложение электродов к так называемым акупунктурным точкам. Так как они соединены нервными волокнами, поражающий ток может возникнуть при очень малых напряжениях. Именно один из таких случаев описан в литературе, когда поражение человека произошло при напряжении 5 Вольт. Сопротивление тела не является постоянной величиной: в условиях повышенной влажности оно снижается в 12 раз, в воде — в 25 раз, резко снижает его принятие алкоголя. Таким образом, к факторам состояния человека, существенно увеличивающим вероятность смертельного поражения человека электрическим током следует отнести:

всё, что увеличивает темп работы сердца — усталость, возбуждение, принятие алкоголя, наркотиков, некоторых лекарств, курение, болезни;

все, что уменьшает сопротивление кожи — потливость, порезы, принятие алкоголя.

Путь («петля») тока через тело человека При расследовании несчастных случаев, связанных с воздействием электрического тока, прежде всего выясняется, по какому пути протекал ток. Человек может коснуться токоведущих частей (или металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением) самыми различными частями тела. Отсюда — многообразие возможных путей тока.

Наиболее вероятными признаны следующие:

«правая рука — ноги» (20% случаев поражения);

«левая рука — ноги» (17%);

«обе руки — ноги» (12%);

«голова — ноги» (5%);

«рука — рука» (40%);

«нога — нога» (6%).

Все петли, кроме последней, называются «большими», или «полными» петлями, ток захватывает область сердца и они наиболее опасны. В этих случаях через сердце протекает 8−12 процентов от полного значения тока.

Петля «нога — нога» называется «малой», через сердце протекает всего 0.4% от полного тока. Эта петля возникает, когда человек оказывается в зоне растекания тока, попадая под шаговое напряжение. Шаговым называется напряжение между двумя точками земли, обусловленное растеканием тока в земле, при одновременном касании их ногами человека. При этом чем шире шаг, тем больший ток протекает через ноги. Такой путь тока не несет прямой опасности жизни, однако под его действием человек может упасть и путь протекания тока станет опасным для жизни.

3. Допустимые значения напряжений прикосновения и токов по ГОСТ 12.1.038−82

Напряжения прикосновения и токи, протекающие через тело человека при нормальном (неаварийном) режиме электроустановки, не должны превышать значений, указанных в табл.1.

Таблица 1

Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов при аварийном режиме производственных электроустановок напряжением до 1000 В с глухозаземленной или изолированной нейтралью и выше 1000 В с изолированной нейтралью не должны превышать значений, указанных в табл.2.

Таблица 2

Предельно допустимые значения напряжений прикосновения при аварийном режиме производственных электроустановок с частотой тока 50 Гц, напряжением выше 1000 В, с глухим заземлением нейтрали не должны превышать значений, указанных в табл.3.

Таблица 3

Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов при аварийном режиме бытовых электроустановок напряжением до 1000 В и частотой 50 Гц не должны превышать значений, указанных в табл.4.

Таблица 4

4. Назначение, принцип действия и область применения защитного зануления

Зануление — это преднамеренное электрическое соединение открытых проводящих частей электроустановок, не находящихся в нормальном состоянии под напряжением, с глухозаземлённой нейтральной точкой генератора или трансформатора, в сетях трёхфазного тока; с глухозаземлённым выводом источника однофазного тока; с заземлённой точкой источника в сетях постоянного тока, выполняемое в целях электробезопасности.

Защитное зануление является основной мерой защиты при косвенном прикосновении в электроустановках до 1 кВ с глухозаземлённой нейтралью.

Рис. 1. Схема зануления в сети с глухо заземленной нейтралью Принцип работы зануления: если напряжение (фаза) попадает на соединённый с нулем металлический корпус прибора, происходит короткое замыкание. Сила тока в цепи при этом увеличивается до очень больших величин, что вызывает быстрое срабатывание аппаратов защиты (автоматические выключатели, плавкие предохранители), которые отключают линию, питающую неисправный прибор. В любом случае, ПУЭ регламентируют время автоматического отключения поврежденной линии. Для номинального фазного напряжения сети 380/220 В оно не должно превышать 0,4 с.

Зануление осуществляется специально предназначенными для этого проводниками. При однофазной проводке — это, например, третья жила провода или кабеля.

Для того, чтобы отключение аппарата защиты произошло в предусмотренное правилами время, сопротивление петли «фаза-ноль» должно быть небольшим, что, в свою очередь, накладывает на все соединения и монтаж сети жесткие требования качества, иначе зануление может оказаться неэффективным.

Помимо быстрого отключения неисправной линии от электроснабжения, благодаря тому, что нейтраль заземлена, зануление обеспечивает низкое напряжение прикосновения на корпусе электроприбора. Это исключает вероятность поражения током человека. Поскольку нейтраль заземлена, зануление можно рассматривать как специфическую разновидность заземления.

Рис. 2. Принцип действия зануления При случайном обрыве нулевого защитного проводника и замыкании фазы на корпус за местом обрыва (при отсутствии повторного заземления) напряжение относительно земли участка нулевого защитного проводника за местом обрыва и всех присоединенных к нему корпусов, в том числе корпусов исправных установок, окажется близким по значению фазному напряжению сети. Это напряжение будет существовать длительно, поскольку поврежденная установка автоматически не отключится, и ее будет трудно обнаружить среди исправных установок, чтобы отключить вручную.

Если же нулевой защитный проводник будет иметь повторное заземление, то при обрыве его сохранится цепь тока Iз, А, через землю, благодаря чему напряжение зануленных корпусов, находящихся за местом обрыва, снизится Задача Рассчитать общее равномерное освещение производственного помещения. Расчет выполнить методом коэффициента использования светового потока для ламп накаливания и люминесцентных ламп. Сравнить результат расчета.

Исходные данные:

— Насос =13 кВт;

— Вентилятор = 1,5 кВт ;

— Токарный станок = 5,5 кВт;

— Сверлильный станок = 2,2 кВт;

— Центрифуга = 7,5 кВт;

— Компрессор = 14 кВт;

— Двухфазный сварочный трансформатор = 22 кВт;

— Однофазовый понижающий трансформатор = 4 кВт;

— K_п — коэффициент кратности пускового тока = 5…6,25;

— cos — номинальный коэффициент мощности электроприемника 0,7…0,9;

— номинальный коэффициент полезного действия электродвигателя =0,75…0,95;

— = 2,5 — для электродвигателей, запускаемых в холостую (легкие условия пуска).

— = 2 — для электродвигателей, запускаемых под нагрузкой (тяжёлые условия пуска).

1. Определяется номинальный ток приемника и электрической энергии, т. е. ток, который он потребляет из сети в длительном установившемся режиме, работая с номинальной нагрузкой.

где P — номинальная мощность на валу электродвигателя, кВт;

U_л — номинальное линейное напряжение (напряжение между фазами) сети, В;

cos? номинальный коэффициент мощности, показывающий, какая часть полной мощности, потребляемой электродвигателем из сети, идет на выполнение полезной работы;

? номинальный коэффициент полезного действия электродвигателя.

— для насоса, А ;

— для вентилятора ;

— для токарного станка

— для сверлильного станка ;

— для центрифуги ;

— для компрессора

Номинальный ток двухфазного электроприемника, включенного между двумя фазами, определяется по формуле:

где S — полная номинальная мощность, потребляемая электроприемником из сети, кВА;

— для двухфазного сварочного трансформатора:

.

Номинальный ток однофазного электроприемника, включенного между фазным и нулевым рабочим проводником, определяется по формуле:

где U — номинальное фазное напряжение сети, В;

— для однофазного понижающего трансформатора:

.

2. Для асинхронных электрических двигателей с короткозамкнутым ротором определяется пусковой ток по формуле:

где I_пуск — пусковой ток электродвигателя, А;

I_н — номинальный ток электродвигателя, А;

K_п — коэффициент кратности пускового тока, показывающий во сколько раз пусковой ток электродвигателя превышает номинальный ток.

— для насоса ;

— для вентилятора ;

— для токарного станка ;

— для сверлильного станка ;

— для центрифуги ;

3. Для электродвигателей с короткозамкнутым ротором определяется требуемое значение тока плавкой вставки по формуле где? коэффициент перегрузки плавкой вставки, учитывающий допускаемую кратковременную токовую перегрузку.

— для насоса ;

— для вентилятора ;

— для токарного станка ;

— для сверлильного станка ;

— для центрифуги ;

— для компрессора .

4. Определяется требуемое значение тока плавкой вставки для защиты группы электроприемников. Требуемый ток плавкой вставки для защиты группы электроприемников, не имеющих пусковых токов, определяется как сумма номинальных токов защищаемых электроприемников:

где? сумма номинальных токов всех защищаемых электроприемников, А.

Требуемый ток плавкой вставки для защиты группы электроприемников, пусковые токи которых превышают номинальные, определяется из условия, что электроприемник, имеющий наибольший пусковой ток, запускается, а все остальные работают в номинальном режиме:

где I_пуск — наибольший пусковой ток электроприемника в группе, А;

— сумма номинальных токов всех электроприемников без учета запускаемого, А;

— коэффициент запаса плавкой вставки для запускаемого электроприемника.

.

Исходя из полученного значения выбирали групповой предохранитель ПН 250 ток .

Результаты расчета представлены в табл.1.

Таблица 1. Результаты расчета и выбора плавких вставок предохранителей

Список использованной литературы

1.Учебное пособие «БЖД в условиях производства. Расчеты под редакцией доцента Воробьева Е. Б. Ростов н/Д, 2007 г — 148с

2."Охрана труда на ж. д. транспорте". Под редакцией Сибарова Ю.Г.-М.: Транспорт, 1981 г.- 270 с

3.Вайнштейн Л. И. Меры безопасности при эксплуатации электроустанок потребителей. — М.: Энергия, 1977. — 176 с.

4.Правила устройства электроустановок 7-е издание.