Безопасность и экологичность дипломного проекта

Защита от опасности поражения электрическим током

Электрический ток является опасным для человеческого организма, при контакте человека с источниками тока (например, токоведущими частями машин), приводит к тому, что человек становиться частью электрической цепи и через него течет ток. Проходя через организм, электрический ток производит 3 вида воздействия: термическое, электролитическое и биологическое.

Термическое действие проявляется в ожогах наружных и внутренних участков тела, нагреве кровеносных сосудов и крови и т. п., что вызывает в них серьёзные функциональные расстройства.

Электролитическое — в разложении крови и другой органической жидкости, вызывая тем самым значительные нарушения их физико-химических составов и ткани в целом.

Биологическое действие выражается в раздражении и возбуждении живых тканей организма, что может сопровождаться непроизвольными судорожными сокращениями мышц, в том числе мышц сердца и лёгких. При этом могут возникнуть различные нарушения в организме, включая механическое повреждение тканей, а также нарушение и даже полное прекращение деятельности органов дыхания и кровообращения.

Величина электрического тока, проходящего через тело человека, является основным фактором, обусловливающим исход поражения. Вместе с тем большое значение имеют длительность воздействия тока, его частота, а также некоторые другие факторы. Сопротивление тела человека и величина приложенного к нему напряжения также влияют на исход поражения, но лишь постольку, поскольку они определяют величину тока, проходящего через человека.

Человек начинает ощущать воздействие проходящего через него тока малой величины: 0,6−1,5 мА при переменном токе с частотой 50 Гц и 5−7 мА при постоянном токе. Этот ток называется порогом ощутимых токов или пороговым ощутимым током. Бульшие токи вызывают судороги мышц и неприятные болезненные ощущения, которые с ростом тока усиливаются и распространяются на всё бульшие участки тела. При 10−15 мА боль становиться едва переносимой, а судороги мышц рук оказываются настолько значительными, что человек не в состоянии их преодолеть; в результате он не может разжать руку, в которой зажата токоведущая часть, он не может отбросить от себя провод и т. п., то есть он не в состоянии самостоятельно нарушить контакт с токоведущей частью и оказывается как бы прикованным к ней. Такой же эффект производят и токи бульшей величины. Все это токи носят название неотпускающих, а наименьший из них — 10−15 мА при частоте 50 Гц (и 50−80 мА при постоянном токе) называется порогом неотпускающих токов или пороговым неотпускающим током.

Ток 25−50 мА при частоте 50 Гц воздействует на мышцы не только рук, но и туловища, в том числе и на мышцы грудной клетки, в результате чего дыхание сильно затрудняется. Длительное воздействие этого тока может вызвать прекращение дыхания, после чего спустя некоторое время наступит смерть от удушья. Ток более 50 мА вплоть до 100 мА при 50 Гц ещё быстрее нарушает работу лёгких и сердца. Однако в этом случае, как и при меньших токах, первыми по времени поражаются лёгкие и затем — сердце.

Переменный ток от 100 мА до 5 А при частоте 50 Гц и постоянный от 300 мА до 5 А действуют непосредственно на мышцу сердца, что весьма опасно для жизни, поскольку спустя 1−2с с момента замыкания цепи этого тока через человека может наступить фибрилляция. При этом прекращается кровообращение и в организме возникает недостаток кислорода, что, в свою очередь, приводит к прекращению дыхания, то есть наступает смерть. Эти токи называют фибрилляционными, а наименьший из них — пороговым фибрилляционным током.

Ток более 5 А, как правило, фибрилляцию сердца не вызывает. При таких токах происходит немедленная остановка сердца, минуя состояние фибрилляции, а также паралич дыхания. В случае, если действие тока было кратковременным (до 1−2с) и не вызвало повреждение сердца (в результате нагрева, ожога и т. п.), то после отключения тока сердце, как правило, самостоятельно возобновляет нормальную деятельность. Дыхание при этом самостоятельно не восстанавливается и требуется немедленная помощь пострадавшему в виде искусственного дыхания.

Длительность прохождения тока через живой организм существенно влияет на исход поражения: чем продолжительнее действие тока, тем больше вероятность тяжёлого поражения или смертельного исхода. Такая зависимость объясняется тем, что с увеличением времени воздействия тока на живую ткань растёт величина этого тока, повышается вероятность совпадения момента прохождения тока через сердце с уязвимой фазой Т сердечного цикла (0,2с).

Путь тока в теле пострадавшего играет существенную роль в исходе поражения. Если на пути тока оказываются жизненно важные органы — сердце, органы дыхания, головной мозг, то опасность поражения весьма велика, поскольку ток воздействует непосредственно на эти органы. Когда ток проходит по иным путям, то воздействие на жизненно важные органы может быть лишь рефлекторным, благодаря чему вероятность тяжёлого поражения резко снижается. Так как сопротивление кожи на разных участках тела различно, то влияние пути тока на исход поражения зависит и от места приложения токоведущих путей к телу пострадавшего.

Возможных путей тока в теле человека очень много; наиболее часто встречаются следующие: правая рука — ноги, левая рука — ноги, рука — рука и нога — нога. Опасность того или иного пути тока можно оценивать по тяжести поражения, а также по значению тока, протекающего через сердце, при данной петле.

Известно, что значение тока, проходящего через сердце человека (в процентах от величины общего тока, проходящего через тело), составляет при пути правая рука — ноги — 6,7%; левая рука — ноги — 3,7%; рука — рука — 3,3%; нога — нога — 0,4% [15].

Таким образом наиболее опасным является путь правая рука — ноги, а наименее опасным — путь нога — нога.

Постоянный ток, как показывает практика, примерно в 4−5 раз безопаснее, чем переменный ток промышленной частоты (50 Гц). Однако это справедливо для относительно небольших напряжений — до 250−300 В. При более высоких напряжениях опасность постоянного тока возрастает.

Опасность поражения зависит от окружения и условий контакта, например во влажных средах опасным считается напряжение порядка 12 В, в сухих — порядка 36 В.

К защитным мерам от опасности прикосновения к токоведущим частям электроустановок относятся: изоляция, ограждение, блокировка пониженные напряжения, электрозащитные средства, сигнализация и плакаты. Надежная изоляция проводов от земли и корпусов электроустановок создает безопасные условия для обслуживающего персонала. Основная характеристика изоляции — сопротивление. Во время работы электроустановок состояние электрической изоляции ухудшается вследствие нагрева, механических повреждении, влияния климатических условий и окружающей производственной среды. Состояние изоляции характеризуется сопротивлением току утечки.

Защитное заземление предназначено для устранения опасности поражения электрическим током в случае прикосновения к корпусу и к другим нетоковедущим частям электроустановок, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (рисунок 30). При этом все металлические нетоковедущие части электроустановок 7 соединяются с землей с помощью заземляющих проводников 2 и заземлителя 3.

Рисунок 30 — Схема защитного заземления в однофазной двухпроводной сети.

Рисунок 31 — Схема защитного зануления.

Заземлитель — это проводник или совокупность металлически соединенных проводников, находящихся в соприкосновении с землей или ее эквивалентом. Заземлители бывают искусственные, предназначенные исключительно для целей заземления, и естественные — находящиеся в земле металлические предметы иного назначения.

Для заземления оборудования в первую очередь используют естественные заземлители: железобетонные фундаменты, а также расположенные в земле металлические конструкции зданий и сооружений.

Согласно ПУЭ сопротивление заземления в электроустановках до 1000 В не должно превышать 4 Ом.

Защитное зануление, так же как и защитное заземление, предназначено для устранения опасности поражения электрическим током при замыкании на корпус электроустановок. Защитное зануление осуществляется присоединением корпусом и других конструктивных нетоковедущих частей электроустановок к неоднократно заземленному нулевому проводу (рисунок 31).

Защитное зануление превращает пробой на корпус в короткое замыкание между фазным и нулевым проводами и способствует протеканию тока большой силы через устройства защиты сети, а в конечном итоге быстрому отключению поврежденного оборудования от сети. Из приведенной схемы (рисунок 31) видно, что при замыкании на корпус фаза окажется соединенной накоротко с нулевым проводом, благодаря чему через защиту (плавкий предохранитель или автомат) потечет ток короткого замыкания, который и вызовет перегорание предохранителя или отключение автомата. Чтобы защита быстро срабатывала, ток короткого замыкания должен быть достаточно большим. Правила требуют, чтобы ток короткого замыкания был в 3 раза больше номинального тока плавкой вставки предохранителя или расцепителя автоматического отключения. Это требование выполняется, если нулевой провод имеет проводимость не менее 50% проводимости фазного провода. В качестве нулевых проводов можно использовать стальные полосы, металлические оплетки кабелей, металлоконструкции зданий, подкрановые пути и др.

Системы защитного отключения — это специальные электрические устройства, предназначенные для отключения электроустановок в случае появления опасности пробоя на корпус. Так как основной причиной замыкания на корпус токоведущих частей оборудования является нарушение изоляции, то системы защитного отключения осуществляют постоянный контроль за сопротивлением изоляции или токами утечки между токоведущими и нетоковедущими деталями конструкции оборудования. При достижении опасного уровня оборудование отключается до того момента, когда произойдет пробой на корпус и появится реальная опасность поражения электрическим током.

Таким образом, системы защитного отключения обеспечивают наибольшую электробезопасность при прикосновении к корпусам электроустановок. Однако, являясь достаточно сложными электрическими устройствами с определенной надежностью срабатывания, они применяются чаще всего в сочетании с защитным заземлением и защитным занулением.