2.7 Лекция 7. (2 часа) Электробезопасность и пожароопасность на производстве
Действие электрического тока на человека и виды поражений; виды электротравм и ударов; электрическое сопротивление тела человека; анализ опасности поражения током в различных электрических сетях; правила устройства электроустановок; защитные средства, заземление, зануление; пожароопасность как фактор производственной среды, техногенной катастрофы; причины пожаров на предприятиях; виды горения, свойства горючих веществ; пределы воспламенения; оценка пожарной опасности промышленных предприятий. огнетушащие вещества и аппараты пожаротушения. пожарная сигнализация.
Электрический ток при прохождении через организм человека производит термическое, электролитическое и биологическое воздействие.
Все виды действия электрического тока на организм человека можно объединить в два основных: электрические травмы и электрические удары.
Электрические травмы — это местные поражения тела: ожоги, металлизация кожи, механические повреждения организма, электроофтальмия, электрические знаки.
Ожог может быть вызван прохождением электрического тока непосредственно через тело человека (токовый ожог) или воздействием электрической дуги (дуговой). Ожоги электрической дугой наиболее опасны и имеют тяжелые последствия, поскольку температура электрической дуги превышает 3500 °С. Ожоги подразделяют на 4 степени: 1-я степень—покраснение кожи; 2-я степень— образование волдырей; 3-я степень — обугливание кожи; 4-я степень — обугливание подкожной клетчатки, мышц, костей.
Металлизация кожи возникает вследствие проникновения в ее верхние слои мельчайших частиц металла, испарившегося или расплавившегося под действием электрической дуги. Такой вид поражения возможен в результате электролитического действия тока.
Механические повреждения являются следствием непроизвольных сокращений мышц организма под действием тока. При этом возможны разрывы кожи, кровеносных сосудов и нервной ткани, вывихи суставов, переломы костей.
Разновидностью электротравмы является электроофтальмия — поражение глаз, вызванное интенсивным излучением электрической дуги, в спектре которой имеются вредные для глаз ультрафиолетовые и инфракрасные лучи.
Электрические знаки — это четко очерченные пятна серого или бледно-желтого цвета на поверхности кожи.
Электрический удар вызывает возбуждение тканей организма проходящим через него электрическим током, сопровождающееся непроизвольными судорожными сокращениями мышц, в том числе мышц сердца и легких. В результате могут возникнуть различные нарушения жизнедеятельности организма и даже полное прекращение деятельности органов дыхания и кровообращения.
Принята следующая классификация электротравм по степени их тяжести: 1 -я степень— судорожное сокращение мышц без потери сознания; 2-я степень — судорожное сокращение мышц с потерей сознания, но с сохранившейся легочной и сердечной или легочной деятельностью; 3-я степень — потеря сознания и нарушение сердечной или легочной деятельности; 4-я степень — клиническая смерть, характеризуемая отсутствием дыхания и кровообращения.
Клиническая смерть — это переходный период от жизни к смерти, наступающий с момента прекращения деятельности сердца и легких. Человек, находящийся в состоянии клинической смерти, не имеет никаких признаков жизни — не дышит, сердце не работает, зрачки глаз расширены и не реагируют на свет, болевые раздражения не вызывают никаких реакций. Между тем в этот период жизнь в организме еще полностью не угасла. Человек может находиться в состоянии клинической смерти от 4-5 до 7-8 минут в зависимости от вида тяжести поражения и индивидуальных особенностей организма. Первыми погибают клетки коры головного мозга от кислородного голодания.
Характер и последствия поражения человека электрическим током зависят от ряда факторов: электрического сопротивления тела человека, напряжения и силы тока, длительности его воздействия, рода и частоты тока, пути прохождения тока в теле человека, индивидуальных свойств организма человека, факторов окружающей среды.
Электрическое сопротивление тела человека неоднородно. Кожа, кости, жировые ткани имеют большее сопротивление, чем кровь, спинной и головной мозг, мышечная ткань. Кожа обладает наибольшим удельным сопротивлением, определяющим сопротивление всего тела человека. При расчетах сопротивление тела человека принимается равным 1000 Ом. Сила электрического тока, проходящего через тело человека, является основным фактором, определяющим исход поражения. В данном случае электрический ток можно подразделить на пороговый ощутимый, пороговый не отпускающий, пороговый фибрилляционный. Приводимые далее величины относятся к переменному току промышленной частоты (50 Гц).
Пороговый ощутимый ток малой силы (от 0,6 до 1,5 мА), вызывает первые ощутимые воздействия, но не травмирует.
Пороговым не отпускающим считается ток величиной 10 — 15 мА. Под его воздействием практически исключается возможность самостоятельного отрыва человека от токоведущих частей установок.
Смертельно опасным считается ток 100 мА и более, который вызывает паралич органов дыхания и фибрилляцию сердца и называется пороговым фибрилляционным. фибрилляция — хаотическое сокращение отдельных волокон сердечной мышцы).
Для переменного тока частотой 50 Гц допустимым значением считается: при длительном воздействии (не ограниченном временем) 1 мА, при воздействии 0,1 с — 500 мА и 1 с — 50 мА.
Iоп=50 мА=0,05 А Uоп=IопRч=0,05*1000=50 В
где Iоп — опасная сила тока, мА (А); Uоп — опасное напряжение. В; Rч— сопротивление тела человека. Ом.
Наиболее опасен переменный ток частотой 20—100 Гц. При частоте меньше 20 Гц и больше 100 Гц опасность снижается. Постоянный ток, одинаковый по значению с переменным, вызывает более слабые сокращения мышц и менее неприятные ощущения и считается в 4—5 раз безопаснее.
При постоянном токе пороговые значения повышаются: для ощутимого тока до 6—7 мА, не отпускающего тока до 50—70 мА и фибрилляционного до 300 мА. Его воздействие в основном тепловое, однако, ожоги могут быть очень тяжелыми и даже смертельными. Меньшая опасность постоянного тока ограничивается значением напряжения 250—300 В. При большем значении напряжения постоянный ток также становится опасным. Действующие правила устройства и эксплуатации электроустановок одинаковы как для переменного, так и для постоянного тока.
Наибольшую опасность представляет прохождение тока через жизненно важные органы: сердце, спинной мозг, органы дыхания и т. д., когда электрический ток протекает по пути "рука — ноги" или "рука — рука".
Анализ опасности поражения током в различных электрических сетях
Точка соединения обмоток питающего трансформатора (генератора) называется нейтральной точкой или нейтралью. Нейтраль источника питания может быть изолированная и заземленная. Заземленной называется нейтраль генератора (трансформатора), присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (например, через трансформаторы тока). Изолированной называется нейтраль генератора или трансформатора, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через большое сопротивление (приборы сигнализации, измерения, защиты, заземляющие дугогасящие реакторы).
Поражение человека электрическим током возникает при замыкании электрической цепи через тело человека. Это происходит в случае прикосновения человека не менее чем к двум точкам электрической цепи, между которыми имеется некоторое напряжение. Включение человека в цепь может произойти по нескольким схемам: между проводом и землей, называемое однофазным включением; между двумя проводами — двухфазным включением.
Однофазное включение представляет собой непосредственное соприкосновение человека с частями электроустановки или оборудования, нормально или случайно находящимися под напряжением. При однофазном включении в сеть с изолированной и заземленной нейтралью человек попадает под фазное напряжение, которое в 1,73 раза меньше линейного, и подвергается воздействию тока, который зависит от фазного напряжения установки, сопротивления тела человека, обуви, пола, заземления нейтрали, изоляции.
При однофазном включении в трехфазную четырехпроводную сеть с заземленной нейтралью силу тока, проходящего через тело человека, можно выразить как:
Iч=Uф/(Rч+rп+rо+rн) => Iч Rч= UфRч/(Rч+rп+rо+rн)
где Uф–фазное напряжение. В; Rч-сопротивление тела человека, Ом; rп- сопротивление пола, на котором находится человек. Ом; rо-сопротивление обуви. Ом; rн — сопротивление заземления нейтр. Ом; Uпр - напряжение прикосновения, В.
В качестве примера рассмотрены два случая однофазного включения человека в трехфазную четырехпроводную электрическую цепь с заземленной нейтралью при линейном напряжении
Uф=
380В; Uл =220 В =
Uф = 1,73 Uф
Случай с неблагоприятными условиями. Человек, прикоснувшийся к одной фазе, находится на сыром грунте или токопроводящем (металлическом) полу, его обувь сырая или имеет металлические гвозди. В соответствии с этим принимаются сопротивления: тела человека = 1000 Ом; грунта или пола rп = 0; обуви rо = 0. Сопротивление заземления нейтрали rн = 4 Ом (в расчете ввиду незначительного значения можно пренебречь).
Через тело человека пройдет смертельно опасный ток:
Iч=Uф/Rч= Uл/(1,73 Rч)= 220/1000 = 0,22 А = 220 мА;
Uпр= Uф= 220 В.
Случай с благоприятными условиями. Человек находится на деревянном сухом полу сопротивлением rп= 100000 Ом, на его ногах сухая токонепроводящая (резиновая) обувь сопротивлением rо = = 45000 Ом. Тогда через тело человека пройдет пороговый, длительно допустимый для человека ток:
Iч=220/(1000+100000+45000)=220/146000=0,0015А=1,5мА
Uпр=220*1000/146000=1,5В
Данные примеры иллюстрируют значение изолирующих свойств пола и обуви для обеспечения безопасности лиц, работающих в условиях возможного контакта с электрическим током.
Двухфазное включение представляет собой одновременное прикосновение человека к двум различным фазам одной и той же сети, находящейся под напряжением. При этом человек оказывается включенным на полное линейное напряжение установки. Сила тока, действующего на человека, зависит от линейного напряжения и сопротивления тела человека Rч. При двухфазном включении сопротивление изоляции проводов не оказывает защитного действия:
Iч =1,73 Uф/Rч=380/1000=0,38А=380мА Uпр=IчRч=380 В
Такое значение силы тока (напряжения) является смертельно опасным для жизни человека. При этом режим нейтрали для двухфазного включения практически не имеет значения. Случаи двухфазного включения сравнительно редки: они наиболее вероятны при работах под напряжением, когда токоведущие части различных фаз расположены на незначительном расстоянии друг от друга.
По технологическим требованиям предпочтение часто отдается четырехпроводной сети, она использует два рабочих напряжения —линейное и фазное. Так, от четырехпроводной сети 380 можно питать как силовую нагрузку — трехфазную, включая ее между фазными проводами на линейное напряжение 380 В, так и осветительную, включая ее между фазным и нулевым проводами, то есть на фазное напряжение 220 В. При этом значительно дешевле электроустановка за счет применения меньшего числа трансформаторов, меньшего сечения проводов и т п.
Сети с заземленной нейтралью применяют там, где невозможно обеспечить хорошую изоляцию электроустановок (из-за высокой влажности, агрессивной среды и пр.) или нельзя быстро отыскать и устранить повреждение изоляции, когда емкостные токи сети вследствие значительной ее разветвленности достигают больших значений, опасных для жизни человека. К таким сетям относятся сети крупных промышленных предприятий, городские распределительные и пр. Существующее мнение о более высокой степени надежности сетей с изолированной нейтралью недостаточно обоснованно. Статистические данные указывают, что по условиям надежности работы обе сети практически одинаковы.
При напряжении выше 1 000В вплоть до 35 кВ сети по технологическим причинам имеют изолированную нейтраль, а выше 35 кВ — заземленную.
Помещения по степени опасности можно отнести: к 1-му классу - конторские помещения и лаборатории с точными приборами, сборочные цехи приборных заводов, часовых заводов и т п.; ко 2-му классу — складские неотапливаемые помещения, лестничные клетки с токопроводящими полами и др.; к 3-му классу — все цехи машиностроительных заводов: гальванические, аккумуляторных батарей и т. п. К ним же относятся участки работы вне помещений.