 |
Средние значения пороговых токов
|
|
|
|
Элементарные сведения по общей электротехнике
Электрические заряды. Законы взаимодействия атомов и молекул можно понять и объяснить на основе представления о том, что в природе существуют электрические заряды.
Самое простое и повседневное явление, в котором обнаруживается факт существования в природе электрических зарядов, - это электризация тел при соприкосновении. Это явление называется электромагнитным взаимодействием, а физическая величина, определяющая это взаимодействие называется электрическим зарядом и обозначается буквой q.
Способность электрических зарядов к взаимному притяжению и взаимному отталкиванию объясняют существованием двух различных видов зарядов (один – положительный, другой - отрицательный). Между электрическими зарядами одного знака действуют силы отталкивания. Между электрическими зарядами разного знака действуют силы притяжения.
Появление положительного электрического заряда всегда сопровождается появлением равного по абсолютному значению отрицательного электрического заряда. Ни положительный, ни отрицательный заряд не могут исчезнуть в отдельности один от другого, они могут лищь взаимно нейтрализовать друг друга, если равны по абсолютному значению.
Основной закон взаимодействия зарядов экспериментальным путем был сформулирован французским физиком Шарлем Кулоном и гласит- сила взаимодействия двух заряженных тел прямо прапорциональна произведению значений их зарядов и обратно прапорциональна квадрату расстояния между ними.
За единицу заряда в Международной системе принят кулон (Кл).
Кулон – это заряд, проходящий за 1 секунду через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А.
|
|
|
Электрическое поле. Взаимодействие электрических зарядов объясняется тем, что вокруг каждого электрического заряда существует электрическое поле.
Напряженность электрического поля. Физическая величина, равная отношению силы, с которой электрическое поле действует на точечный электрический заряд, к значению этого заряда, называется напряженностью электрического поля.
Потенциал. Электрический заряд в электростатическом поле обладает потенциальной энергией Wp, прапорциональной заряду q. В одной точке электростатического поля разные заряды могут обладать различной потенциальной энергией, но отношение потенциальной энергии Wp к заряду q для данной точки поля оказывается постоянной величиной. Эту величину принимают за энергетическую характеристику данной точки поля.
Физическая величина, равная отношению потенциальной энергии электрического заряда в электрическом поле к заряду, называется потенциалом φэлектрического поля:
φ= Wp/q.
Отсюда потенциальная энергия Wp заряда в электростатическом поле равна произведению заряда q на потенциал φэлектрического поля в данной точке: Wp= qφ.
Если в некоторой точке пространства двумя зарядами одновременно созданы электрические поля с потенциалами φ 1 и φ2, то потенциал φдвух электрических полей равен алгебраической сумме потенциалов φ 1 и φ2:
φ=φ 1 + φ2.
Аналогичным образом можно найти потенциал электрического поля, созданного любым числом электрических зарядов.
Разность потенциалов. Мерой изменения энергии при взаимодействиях тел является работа. При перемещении электрического заряда в электростатическом поле работа сил поля равна произведению заряда на разность потенциалов начальной и конечной точек траектории движения заряда.
Напряжение. Отношение работы, совершаемой любым электрическим полем при перемещении положительного заряда из одной точки поля в другую, к значению заряда называется напряжением между этими точками:
|
|
|
U=А/q.
В электростатическом поле напряжение между двумя любыми точками равно разности потенциалов этих точек: U1,2=φ1 - φ2.
Единица напряжения и разности потенциалов в системе СИ называется вольтом (В): U=А/q, 1 В = 1 Дж/1 Кл.
Проводники и диэлектрики.
По электрическим свойствам тела можно разделить на проводники и диэлектрики. Проводниками называют тела, через которые электрические заряды могут переходить от заряженного тела к незаряженному. Способность проводников пропускать через себя электрические заряды объясняется наличием в них свободных носителей заряда. Примерами проводников могут служить металлические тела в твердом и жидком состоянии, жидкие растворы электролитов.
Диэлектриками или изоляторами называются такие тела, через которые электрические заряды не могут переходить от заряженного тела к незаряженному. Примерами диэлектриков могут служить воздух, стекло, плексиглаз, эбонит, сухое дерево, бумага.
Электрический ток
Электрическим током называется упорядоченное движение электрических зарядов. За направление электрического тока принято направление движения положительных зарядов.Электрические заряды могут двигаться упорядоченно под действием электрического поля. Поэтому достаточным условием для существования электрического тока является наличие электрического поля и свободных носителей электрического заряда.
Электрическое поле могут создать два разноименно заряженных тела.
Соединив их проводником можно получить электрический ток, протекающий в течении короткого интервала времени.
Отношение заряда Δq, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени Δt, к этому интервалу времени называется силой тока I:
I=Δq / Δt
Если сила тока со временем не изменяется, электрический ток называ-ют постоянным током.
Закон Ома для участка цепи. Немецкий физик Георг Ом обнаружил, что отношение напряжения U между концами проводника (участка электричес-кой цепи), к силе тока I, в цепи есть величина постоянная:
U/I=R=const.
Эту величину R называют электрическим сопротивлением проводника.
|
|
|
Единица электрического сопротивления в системе СИ – ом (Ом). Электрическим сопротивлением 1 Ом обладает такой участок цепи, на котором при силе тока 1 А напряжение равно 1 В:
1 Ом = 1 В/1 А
Электрическое сопротивление проводника прямо пропорционально его длине l и обратно пропорционально площади S поперечного сечения:
l
R = p –
S
Постоянный для данного вещества параметр p называется удельным электрическим сопротивлением вещества.
Установленную зависимость силы тока I от напряжения U и электрического сопротивления R участка цепи называют законом Ома для участка цепи:
I = U / R
Сила тока I прямо пропорциональна напряжению U и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению R участка цепи.
Действие электрического тока на организм человека, величина поражающего тока, опасность приближения к токоведущим частям, основные меры предосторожности при работах в электроустаноавках и порядок оказания первой помощи пострадавшим
Проходя через организм человека, электрический ток оказывает термическое,электролитическое, биологическое воздействие.
Термическое воздействие заключается в нагреве до высокой температуры тканей и биологических сред организма (кровеносных сосудов, нервов, сердца, мозга и других органов), что ведет к перегреву всего организма и, как следствие, нарушению обменных процессов и другим серьезным функциональным расстройствам. Термическое действие проявляется в ожогах кожного покрова или внутренних органов.
Электролитическое воздействие заключается в разложении крови, плазмы и прочих физиологических растворов организма, после чего они уже не могут выполнять свои функции.
Биологическое воздействие связано с раздражением и возбуждением нервных волокон и других органов, приводящим к нарушению внутренних биоэлектрических процессов, что может сопровождаться самопроизвольным судорожным сокращением мышц, в том числе сердца и легких.
Основными причинами поражения током являются:
|
|
|
1). Случайное прикосновение к токоведущим частям, находящимся под напряжением;
2). Появление на отключенных токоведущих частях, на которых работают люди, вследствие ошибочного или произвольного включения;
3). Появление напряжения на металлических конструктивных частях установки вследствие замыкания фазы на корпус;
4). Появление напряжения шага на поверхности земли вследствие замыкания фазы на землю;
5). Наличие остаточного заряда.
Результат поражения человека электрическим током зависит от многих факторов. Важнейшими из них являются величина и продолжительность действия тока, род и частота тока, пути прохождения через тело человека, физическое и психологическое состояние человека и индивидуальные свойства его организма. Так, сопротивление человека в нормальных условиях при сухой неповрежденной коже составляет сотни кОм, но при неблагоприятных условиях может упасть до 1 кОм.
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.
Различают два основных вида поражения электрическим током:
- электрические травмы,
- электрические удары.
Электрической травмой называется местное повреждение целостности тканей организма, вызванное действием электрического тока или электрической дуги. Самой распространенной электрической травмой является электрический ожог. Ожог может возникать как вследствие прямого действия электрического тока, (при прохождении тока через организм), так и косвенным путем (в результате действия электрической дуги при случайных коротких замыканиях). В отдельных случаях электрические ожоги сопровождаются другими травмами: электрическими знаками, металлизацией кожи и механическими повреждениями.
Электрические знаки — это четко очерченные пятна серого или бледно-желтого цвета на поверхности кожи, подвергшейся действию тока. Они твердые, но не болезненны и через некоторое время "сходят" бесследно вместе с верхним слоем кожи.
Металлизация кожи происходит в случае проникновения в кожу мелких частичек металла, расплавленного под действием электрической дуги (обычно при коротких замыканиях). Поверхность кожи болезненна, приобретает темный оттенок и металлического отблеска.
|
|
|
Механические повреждения возникают в результате самопроизвольных судорожных сокращений мышц под действием тока, проходящего через человека. При этом могут произойти разрывы кожи, кровеносных сосудов и нервных тканей, а также ушибы и вывихи.
Из всех видов поражения током наиболее опасными являются электрические удары. Во время электрического удара происходит возбуждение живых тканей организма током, который проходит через него, сопровождающееся непроизвольными судорожными сокращениями мышц.
Электрические удары могут быть условно разделены на четыре степени:
- судорожные сокращения мышц без потери сознания;
- с потерей сознания, но с сохранением дыхания и работы сердца;
- потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или дыхания (или того и другого вместе);
- клиническая смерть, т.е. отсутствие дыхания и кровообращения.
Клиническая смерть — это переходный период между жизнью и смертью, начинается с момента остановки деятельности сердца и легких. Человек, находящийся в состоянии клинической смерти, не проявляет никаких признаков жизни: у нее отсутствуют дыхание, сердцебиение, реакции на болевые ощущения; зрачки глаз расширены и не реагируют на свет. Однако следует помнить, что в этом случае организм еще можно оживить, если правильно и своевременно подать ему помощь. Продолжительность клинической смерти может составлять 5-8 мин. Если помощь не будет подана своевременно, то наступает биологическая (истинная) смерть.
Человек начинает ощущать раздражающее действие переменного тока промышленной частоты силой 0,5—1,5 мА и постоянного тока, 5—10 мА. Эти токи называют пороговыми или ощутимыми. Они не представляют серьезной опасности для деятельности организма человека и, так как при такой силе тока возможно самостоятельное освобождение человека от контакта с токоведущими частями, то допустимо его длительное протекание через тело человека. По мере возрастания величины переменного тока его раздражающее действие становится более сильным, появляется боль в мышцах, сопровождаемая судорогами. Для переменного тока промышленной частоты сила неотпускающего тока находится в пределах 6—10 мА и более, возникает опасность длительного протекания тока через тело человека. Длительное воздействие таких токов может привести к затруднению и нарушению дыхания. Постоянный ток не вызывает неотпускающего эффекта, а приводит к сильным болевым ощущениям, сила такого тока 15—80 мА и более.
Основной фактор, обусловливающий ту или иную степень поражения человека, - сила тока. Для характеристики его воздействия на человека установлены три критерия:
· пороговый ощутимый ток - наименьшее значение тока, вызывающего ощутимые раздражения;
· пороговый неотпускающий ток - значение тока, вызывающее судорожные сокращения мышц, не позволяющие пораженному освободиться от источника поражения;
· пороговый фибрилляционный ток - значение тока, вызывающее фибрилляцию сердца.
Фибрилляцией называются хаотические и разновременные сокращения волокон сердечной мышцы, полностью нарушающие ее работу.
При протекании тока в несколько сотых долей ампера возникает опасность нарушения работы сердца. Может возникнуть фибрилляция сердца, то есть беспорядочные, некоординированные сокращения волокон сердечной мышцы, при этом сердце не в состоянии гнать кровь по сосудам, происходит остановка кровообращения. Фибрилляция длится, как правило, несколько минут, после чего следует полная остановка сердца. Процесс фибрилляции сердца необратим, и сила тока, вызывающая его, является смертельной. Как показывают экспериментальные исследования, пороговые фибрилляционные токи зависят от массы организма, длительности протекания тока и его пути.
Средние значения пороговых токов
| Ток | Значение тока | ||
| порогового ощутимого, мA | порогового неотпускающего, мА | порогового фибрил-ляционного, мА | |
| Переменный частотой 50 Гц | 0,5... 1,5 | 6... 10 | 50...100 |
Работники из числа электротехнического и электротехнологического персонала, обслуживающие или организующие обслуживание действующих электроустановок и электротехнологического оборудования, а также производящие в них электромонтажные работы, при поступлении на работу должны пройти медицинский осмотр и проверку знаний норм и правил работы в электроустановках в объеме необходимой группы по электробезопасности. До допуска к самостоятельной работе они должны быть обучены приемам освобождения пострадавшего от действия электрического тока и оказанию первой доврачебной помощи пострадавшим.
Работники, обслуживающие электроустановки, должны постоянно помнить об опасном действии электрического тока на человека и при работе строго выполнять правила охраны труда.
Характерным случаем попадания под напряжение является соприкосновение с одним полюсом или фазой источника тока. Напряжение, действующее при этом на человека, называется напряжением прикосновения. Особенно опасны участки, расположенные на висках, спине, тыльных сторонах рук, голенях, затылке и шее.
При работе на действующих электроустановках опасно не только непосредственное прикосновение к токоведущим частям. Часто причиной поражения электрическим током является повреждение изоляции токоприемников. В этом случае металлический корпус токоприемника находится в контакте с оголенными токоведущими частями и прикосновение к нему может стать опасным, хотя внешне этого заметить невозможно.
Повышенную опасность представляют помещения с металлическими, земляными полами, сырые. Особенно опасные – помещения с парами кислот и щелочей в воздухе. Безопасными для жизни является напряжение не выше 42 В для сухих, отапливаемых с токонепроводящими полами помещений без повышенной опасности, не выше 36 В для помещений с повышенной опасностью (металлические, земляные, кирпичные полы, сырость, возможность касания заземленных элементов конструкций), не выше 12 В для особо опасных помещений, имеющих химически активную среду или два и более признаков помещений с повышенной опасностью.
На исход поражения сильно влияет сопротивление тела человека. Наибольшим сопротивлением (3...20 кОм) обладает верхний слой кожи (0,2 мм), состоящий из мертвых ороговевших клеток, тогда как сопротивление спинномозговой жидкости 0,5...0,6 Ом. Общее сопротивление тела за счет сопротивления верхнего слоя кожи достаточно велико, но как только этот слой повреждается - его значение резко снижается.
При расчетах, связанных с электробезопасностью, сопротивление тела человека принимают равным 1 кОм.
По статистике электротравматизма в исходе поражения током большое значение имеет его путь. Поражение будет более тяжелым, если на пути тока оказываются сердце, легкие, головной и спинной мозг.
В практике обслуживания электроустановок ток, протекающий через тело человека, попавшего под напряжение, идет чаще всего по пути «рука — рука» или «рука — нога». Возможных путей тока в теле человека (петли тока) достаточно много, причем наибольшую опасность представляют петли, проходящие через область сердца. При протекании тока по пути «нога — нога» через сердце проходит 0,4 % общего тока, а по пути «рука — рука» 3,3 %. Сила неотпускающего тока по пути «рука — рука» приблизительно в два раза меньше, чем по пути «рука — нога».
Исследования по определению влияния рода тока на опасность поражения человека показали, что переменный ток частотой 50 Гц является самым неблагоприятным. При увеличении частоты (выше 50 Гц) сила ощутимого и неотпускающего токов возрастает. Также растет сила этих токов при убывании частоты. Например, установлено, что сила фибрилляционного тока при 400 Гц примерно в 3,5 раза превышает ток при частоте 50 Гц, поэтому повышение частоты тока применяют как одну из мер повышения электробезопасности.
Длительность действия тока существенно влияет на исход поражения, так как с течением времени резко падает сопротивление кожи человека, более вероятным становится поражение сердца и возникают другие отрицательные последствия.
Оказание помощи при поражении электрическим током делится на два этапа:
- освобождение пострадавшего от соприкосновения с находящейся под напряжением частью электроустановки;
- оказание первой помощи до прибытия врача.
Спасение жизни человека, пораженного электрическим током, во многом зависит от быстроты и правильности действий оказывающих ему помощь лиц. Доврачебную помощь нужно начать оказывать немедленно, по возможности на месте происшествия, одновременно вызвав медицинскую помощь.
Прежде всего нужно как можно скорее освободить пострадавшего от действия электрического тока. Если нельзя отключить электроустановку от сети, то следует сразу же приступить к освобождению пострадавшего от токоведущих частей, используя при этом изолирующие предметы. Если он находится на высоте, то необходимо предотвратить возможность его травмирования при падении.
Освобождая человека от напряжения до 1000 В, следует воспользоваться канатом, палкой, доской и другим сухим предметом, не проводящим ток. Пострадавшего можно оттянуть за сухую одежду. При оттаскивании его за ноги не следует касаться обуви или одежды без изоляции своих рук, так как обувь и одежда могут быть сырыми и проводить электрический ток. Чтобы изолировать руки, нужно воспользоваться диэлектрическими перчатками, а при их отсутствии обмотать руку любой сухой материей. При этом рекомендуется действовать одной рукой.
От токоведущих частей напряжением свыше 1000 В пострадавшего следует освобождать с помощью штанги или изолирующих клещей, рассчитанных на соответствующее напряжение. При этом надевают диэлектрические перчатки и боты. Важно помнить об опасности шагового напряжения, когда провод лежит на земле.
Если нельзя быстро отключить питание линии электропередачи, то нужно замкнуть провода накоротко, набросив на них гибкий провод достаточного сечения. Один конец последнего предварительно заземляют (присоединяют к металлической опоре, заземляющему спуску и др.). Если пострадавший касается одного провода, то достаточно заземлить только этот провод. Доврачебная помощь после освобождения пострадавшего зависит от его состояния и оказывается в соответствии с Инструкцией по оказанию первой помощи при несчастных случаях на производстве. Порядок ее оказания в данном методическом пособии не рассматривается.
|
|
|
