Основные понятия
Слово “электричество” произошло от греческого слова elektron (янтарь).
Одно из определений электрического тока, это упорядоченное движение заряженных частиц.
Сила тока (I) определяется количеством электричества (заряда), которое проходит за единицу времени через площадь сечения проводника:
I = q/t (для постоянного тока), (7)
где q - заряд; t - время.
В 1948 году, на IX Международной конференции по мерам и весам, за единицу силы тока принят ампер (А), по имени французского учёного Андре Ампера (1775-1836).
Приняв I = 1 А, а t = 1 с, получим единицу количества электричества в 1 кулон (К), названную по имени французского физика Шарля Кулона (1736-1806).
Электрическое напряжение (U) – это разность потенциалов между двумя точками электрической цепи, это работа, которая совершается при прохождении по участку цепи электрического заряда.
За единицу напряжения принят 1 вольт (В), получившую название в честь итальянского учёного Алессандро Вольта (1745-1827).
Высокое напряжение опасно, например, высоковольтная линия электропередачи (100 кВ) и земля создают условия (разность потенциалов), где может быть совершена работа в 100 кДж, что сравнимо с падением груза в 1000 кг с высоты 10 м.
Сопротивление (R) - физическая величина проводника, характеризующая противодействие электрической цепи прохождению электрического тока:
R = U/I. (8)
При U = 1 В и I = 1 А, сопротивление принимается равным 1 Ом. Единица получила своё название в честь немецкого физика Георга Ома (1787-1854).
Работа электрического тока (А) определяется по формуле:
А = U * I * t = U * q. (9)
Мощностью электрического тока (P) называется работа, совершённая за единицу времени:
P = A/t = (U * I * t)/t = U * I. (10)
Мощность принято обозначать в ваттах (Вт) в честь английского изобретателя Джеймса Уатта:
1 Вт = 1 В * 1 А.
Например, мощность электролампы возможна 100 Вт, электроплиты 500 Вт или 1 кВт, мощность электровоза возможна 4000 кВт и более.
Действие электрического тока на человека
В сравнении с другими опасностями, электрический ток отличается тем, что человек не может его обнаружить заранее с помощью органов чувств (анализаторов).
Начало практического использование электрического тока связано с открытием в 1802 году русским физиком В. Петровым (1761-1834) электрической дуги.
Уже в 1862 году появились первые сообщения о поражении человека электрическим током. В настоящее время электроток не только добрый помощник человеку, но и причина пожаров, взрывов и других чрезвычайных ситуаций. Ежегодно в мире от электротока погибает примерно до 25 и более тысяч человек.
Количество электротравм на производстве сравнительно невелико (2-3%) от общего количества производственных травм. Однако с летальным исходом они составляют 12-15% от общего количества смертельных травм. Статистика показывает, что электротравматизм находится в непосредственной зависимости от уровня организации эксплуатации электрохозяйства предприятия.
Электротравмы происходят по следующим причинам:
· организационные (нарушение требований правил и инструкций, недостатки в обучении персонала);
· технические (ухудшения электрической изоляции, отсутствие ограждений, сигнализации и блокировки, дефекты монтажа и др.);
· психофизиологические (переутомление, несоответствие психофизиологических показаний данной профессии и др.).
Виды травм, связанных с воздействием электрической энергии на человека, могут быть различны по тяжести и зависят от ряда факторов, в том числе от физического состояния живого организма, эмоционального и физического напряжения, рода и частоты электротока, пути протекания электротока, схемы включения тела человека в электросеть. Проходя через организм человека, электрический ток оказывает термическое, электролитическое и биологическое действия в организме.
Биологическое действие тока на тело человека проявляется раздражением и возбуждением живых тканей, что сопровождается непроизвольным судорожным сокращением мышц лёгких и сердца. Это ответные реакции организма, которые обусловлены нарушением биоэлектрических процессов, протекающих в организме человека. Раздражающее действие тока на ткани организма может быть прямым или непрямым. Прямое действие обусловлено прохождением тока непосредственно через ткани, испытывающие раздражение. Непрямое, или рефлекторное, действие проявляется в возбуждении тканей, по которым ток не протекает.
Поражение человека электротоком бывает двух видов:
1. В виде электротравм, которые могут быть в виде местного повреждения тканей человека, ожогов кожи, механических повреждений, ослеплении электродугой (электроофтальмия), ожога электродугой (температура более 3500оС). Возможны переломы костей из-за сильного сокращения мышц под действием электротока. В местах воздействия электрического тока остаются характерные пятна на коже жёлтого или серого цвета;
2. В виде электроударов, которые возникают при прохождении электротока через тело человека. При этом изменяется состав крови, возможны разрывы мышц и нервов, приводящие к параличам. По тяжести электроудары подразделяются на 4 степени:
а) 1 степень - судороги;
б) 2 степень - судороги с потерей сознания;
в) 3 степень - потеря сознания с нарушением сердечной деятельности;
г) 4 степень - клиническая смерть (отсутствует дыхание и сердечная деятельность).
Условно безопасными, т.е. в течение нескольких часов не ощущающиеся и не наносящие вред человеку, считаются электротоки:
· постоянные, с силой до 100 мкА;
· переменные (50 Гц), с силой до 50 мкА.
Порог ощутимости электротока принят:
· для постоянного, с силой примерно 5-7 мА (ощущение тепла);
· для переменного (50 Гц), с силой примерно 1 мА (ощущение покалывания).
Неотпускающий электроток, сопровождаемый ощущением боли и вызывающий судорожное сокращение мышц, возникает:
· для постоянного, при силе 50-80 мА;
· для переменного (50 Гц), при силе 10-15 мА.
Электроток, приводящий к остановке сердца, называют фибрилляционным.
Клиническую смерть вызывает постоянный электроток силой 90–100 мА. Переменный ток силой 100 мА может вызвать остановку сердца и паралич дыхания при продолжительности воздействия более 3-х секунд. Переменный электроток силой более 300 мА вызывает паралич дыхания и сердца при длительности воздействия более 0,1 секунды.
Кратковременное воздействие переменного тока с частотой более 500 кГц не сопровождается электроударом (не вызывает остановку работы сердца и лёгких), но приводит к электротравмам.
Постоянный электроток чаще вызывает ожоги и приводит к смертельному исходу. Наиболее опасен переменный ток с частотой 20-100 Гц, ток с частотой менее 20 Гц и более 100 Гц представляет меньшую опасность.
Угроза поражения электрическим током возрастает с увеличением продолжительности его воздействия на человека. Сопротивление тела человека протеканию электротока уже через 30 секунд уменьшается примерно на 25%, а через 90 секунд – на 70%.
Воздействие электротока зависит от точки прикосновения, т.е. от сопротивления участка кожи. В среднем расчётное сопротивление человека принято считать равным 1000 Ом, но язык, например, имеет сопротивление до 100 Ом, а ороговевшие участки кожи могут иметь 10 и более кОм. На коже человека есть очень чувствительные точки - электрорецепторы, имеющие сопротивление менее 100 Ом.
Максимальной чувствительностью обладает спинной мозг, имеющий сопротивление не более 0,5 Ом.
Воздействие электротока индивидуально:
1. Порог ощущения электротока у женщин на 30, а у детей на 50% ниже, чем у мужчин;
2. Для одного человека электроток может быть уже неотпускающим (судорожное сокращение мышц кистей рук), а для другого только слабо ощутимым;
3. Люди с большей массой тела и лучшей физической подготовкой переносят воздействие электротока легче;
4. Больные (особенно с нервными расстройствами, кожными и сердечно-сосудистыми заболеваниями) переносят воздействие электротока тяжелее;
5. Повышенная чувствительность к электротоку отмечается при утомлении и в состоянии опьянения;
6. Чем более сосредоточен и внимателен человек в момент воздействия электротока, тем меньше он пострадает, так как такое состояние способствует упорядочению внутренних биологических полей и, соответственно, разрушить их сложнее.
Возможные схемы поражения человека электротоком
Поражение человека электротоком зависит от пути прохождения, вида тока (постоянный или переменный), силы и точки соприкосновения (сопротивления).
Очень опасные, но встречаются редко, следующие схемы включения человека в электросеть:
1. Двухфазное включение: петля “голова-руки”. При этом электроток проходит через жизненно важные органы человека: головной мозг, сердце и лёгкие;
2. Однофазное включение с глухозаземленной нейтралью: петля “голова-ноги”. В этом случае электроток проходит через всё тело человека, поражая жизненно важные органы.
Менее опасные схемы включения, но встречающиеся чаще, следующие:
1. Однофазное включение: петля “рука-ноги”. Статистически до 87% от всех электротравм;
2. Двухфазное включение: петля “рука-рука”. Электроток проходит через грудную клетку человека. Поражаются сердце и лёгкие;
3. При контакте электрического проводника с землёй, при пробое изоляции на землю в электрической установке, а также в местах расположения заземления или грозозащитного устройства, поверхность земли может оказаться под электрическим напряжением. Возникает, так называемое, шаговое напряжение для двух точек, расположенных на разных расстояниях от места касания проводника и земли. Возникает петля “нога – нога”.
Поражение человека от электротока зависит и от внешних условий. Так, например, помещения в зависимости от электроопасности подразделяются на:
1. Особо опасные:
· большая сырость (относительная влажность около 100%);
· наличие химически активных паров (разрушается электроизоляция);