Действие электрического тока на организм

При прохождении через тело человека электрический ток производит следующие виды действия:

- термическое – заключается в нагреве до высокой температуры поверхностей тела и внутренних органов, находящихся на пути тока. Результатом могут стать ожоги кожи, разрушения или обугливание тканей, серьезные функциональные расстройства внутренних органов;

- биологическое – проявляется в раздражении и возбуждении живых тканей организма, вследствие чего наблюдается судорожное сокращение мышц, способное привести к остановке дыхания, разрыву тканей и органов, вывихам конечностей, спазмам голосовых связок;

- электролитическая – проявляется в электролизе (разложении) жидкостей, в том числе крови, изменении их физико-химического состава, а также существенно меняет функциональный состав клеток;

- механическое – проявляется в расслоении тканей и в отрыве отдельных частей тела.

Поражения электрическим током могут носить общий (электрический удар) или локальный характер (местные травмы).

Местные электрические травмы вызваны воздействием электрического тока или электрической дуги. Местные травмы излечиваются, и работоспособность пострадавшего восстанавливается полностью или практически полностью, они бывают пяти видов:

- электрические ожоги – наиболее распространенная разновидность (до 65%), в зависимости от условий поражения могут быть токовыми, дуговыми или смешанными. Токовый ожог возникает при прохождении через тело тока значительной силы, такая форма ожога достаточно легкая. Электрическая дуга опасна из-за высокой температуры в столбе разряда (4 000 – 15 000°С) и интенсивного инфракрасного и ультрафиолетового излучения. Наиболее тяжелой формой ожога является смешанное действие приходящего тока и электрической дуги;

- электрические знаки –пятна серого, бледно-желтого или лимонного цветов на поверхности кожи, круглой или овальной формы размером 1 – 5 мм с углублением посередине. Возникают только в результате действия тока, являются безболезненными и не требуют лечения;

- металлизация кожи – проникновение в верхние слои кожи человека мельчайших частиц металла, расплавленного под действием электрической дуги. Имеет место при коротком замыкании, разъединении электрической цепи под нагрузкой. Также является безболезненной и не требует лечения.

- электроофтальмия – воспаление наружных оболочек глаз под действием ультрафиолетового излучения электрической дуги. Болезнь длится несколько дней, в течение которых больной не может смотреть на свет, также возможна частичная потеря зрения.

- механические повреждения – косвенное следствие действия электрического тока, выраженное в судорожном сокращении мышц, которое может привести к разрывам кожи, кровеносных сосудов и нервных тканей, вывихам суставов и переломам костей. Данный вид травмы требует длительного лечения.

Электрический удар – возбуждение живых тканей организма проходящим электрическим током, которое сопровождается судорожным сокращением мышц. Последствия –нарушение дыхания и кровообращения, электрический шок или клиническая смерть. При этом человек может не иметь электрических травм.

Электрический шок – тяжелая нервно-рефлекторная реакция организма на раздражение электрическим током, имеющая две последовательные фазы: возбуждение (появляется реакция на боль и повышается давление) и торможение (истощается нервная система, падает давление, наступает состояние депрессии). Шоковое состояние длится от десяти минут до нескольких суток, после чего наступает выздоровление или смерть.

Клиническая смерть – переходный период от жизни к смерти с момента остановки сердечной деятельности до начала распада белковых структур. Длится от 6 до 8 минут у молодых здоровых людей, после чего наступает биологическая смерть. Признаками клинической смерти являются отсутствие дыхания и пульса, посинение кожи, остановка и фибрилляция сердца, отсутствие реакции на свет. Различают четыре степени электрического удара:

- 1 степень – судорожное сокращение мышц без потери сознания;

- 2 степень – судорожное сокращение мышц с потерей сознания, но без нарушения дыхания и сердцебиения;

- 3 степень – судорожное сокращение мышц с потерей сознания с нарушением дыхания или сердцебиения или дыхания и сердцебиения;

- 4 степень – клиническая смерть.

Самостоятельная работа № 6

УСЛОВИЯ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ

Цель работы: научиться рассчитывать параметры поражения электрическим током в случае однофазного включения человека в трехфазную сеть.

 

Задача 1. Определить последствия однофазного включения человека в трехфазную сеть переменного тока с заземленной нейтралью в помещении с деревянным полом (R_пол = 100 000 Ом). Сопротивление обуви прохождению электрического тока принять равным (R_об = 30 000 Ом).

Решение

В промышленности используется два вида трехфазных сетей. Наиболее распространенной является четырехпроводная с заземленной нейтралью (рис. 6.2), поскольку от нее можно получать одновременно фазное (220 В) и линейное (380 В) напряжение. Такие сети используют в помещениях с повышенной опасностью, где невозможно обеспечить высокий уровень изоляции, и в разветвленных сетях. Если возможно поддерживать высокий уровень изоляции проводов и когда емкость сети относительно земли невелика, используют трехпроводную сеть с изолированной

нейтралью.

 

Рис. 6.2 – Включение человека в трехфазную четырехпроводную систему

 

При прикосновении человека к фазному проводу трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью ток проходит через тело человека, затем через землю и через заземление нейтрали. Силу тока, проходящего через тело человека, можно определить по формуле

В сетях переменного тока фазное напряжение (между фазой и нейтральным проводом) 220 В, сопротивление человеческого тела принимаем равным 1 кОм, а сопротивление заземления нейтрали значительно меньше, чем другие сопротивления, поэтому им можно пренебречь. Тогда сила тока

мА.

Такая сила тока не является опасной для человека.

 

Задания для самостоятельной работы № 6

Задача 1. Определить силу тока, проходящего сквозь тело человека при его включении в трехфазную сеть переменного тока с заземленной нейтралью, если электрическое сопротивление пола R_пол, а сопротивление обуви человека R_об. Заземление выполнено проводником длины l. Данные для расчета взять из табл. 6.2.

Таблица 6.2

№ варианта	Rпол, кОм	Rоб, кОм	l, м	материал проводника
			3,0	медь
			3,5	алюминий
			3,0	медь
			4,5	алюминий
			4,0	медь
			6,0	алюминий
			4,0	медь
			3,0	алюминй
			4,0	медь
			3,0	алюминий
			4,5	медь
			4,0	алюминий
			3,3	медь
			4,0	алюминий
			3,0	медь
			4,0	алюминий
			3,5	медь
			4,0	алюминий
			4,0	медь
			3,5	алюминий
			4,5	медь
			3,5	алюминий
			2,8	медь
			5,0	алюминий
			4,0	медь
			3,5	алюминий
			3,0	медь
			2,5	алюминий
			4,0	медь
			4,5	алюминий

Практическое занятие № 6

ИЗМЕРЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ГРУНТА

Цель работы: изучение средств и методов измерения удельного электрического сопротивления грунтов различных типов.

Приборы и инструменты: измеритель сопротивлений заземлений МС-08, групповые заземлители, вспомогательный заземлитель, компенсационный заземлитель-зонд, соединительные провода.

Теоретическая часть

Электрофизические свойства грунта, в котором находится заземлитель, определяются прежде всего его удельным сопротивлением. Чем меньше удельное сопротивление, тем более благоприятные условия для расположения заземлителя.

Удельное сопротивление грунта – сопротивление между противоположными плоскостями куба земли с ребром длины 1 м. Единица измерения удельного сопротивления – ом на метр (Ом·м).

Чтобы оценить величину удельного сопротивления грунта, сравним его с наиболее распространенным электротехническим материалом – медью. Так, куб меди таких же размеров имеет сопротивление 1,72·10^-8 Ом·м. При 20°С и средней влажности удельное сопротивление грунта составляет примерно ρ = 100 Ом·м, то есть земля имеет удельное сопротивление в 5,7 млрд. раз больше.

В табл. 6.3. приведены приближенные значения удельных сопротивлений различных типов почвы при средней влажности.

Таблица 6.3 – Удельное электрическое сопротивление грунтов ρ_гр

Тип грунта	Расчетное значение, Ом·м	Возможные пределы колебаний, Ом·м
Глина		8…70
Суглинок		40…150
Песок		400…1000
Супесок		150…400
Торф		-
Чернозем		9…53
Садовая земля		30…60
Мергель и известняк		1000…2000

 

При оборудовании заземляющих устройств необходимо знать не приближенные, а точные значения удельных сопротивлений грунта в данном месте. Получение такой информации возможно только непосредственными измерениями на местах.

Свойства почвы могут меняться в зависимости от ее влажности и температуры, поэтому удельное сопротивление может иметь разные значения в разные времена года из-за высыхания или промерзания. Эти факторы учитываются при измерениях удельного сопротивления земли сезонными коэффициентами. В табл. 6.4 приведены коэффициенты, учитывающие состояние земли во время измерений.

Таблица 6.4 – Сезонные коэффициенты сопротивления грунта

Заземлитель	k 1	k 2	k 3
Вертикальный длины 3 м	1,15	1,00	0,92
Вертикальный длины 5 м	1,10	1,00	0,95
Горизонтальный длины 10 м	1,70	1,00	0,75
Горизонтальный длины 50 м	1,60	1,00	0,80

 

Коэффициент k₁ применяется, если земля влажная и измерениям предшествовало выпадение большого количества осадков; k₂ – земля нормальной влажности и измерения предшествовало выпадение небольшого количества осадков; k₃ – земля сухая, количество осадков ниже нормы.

Измерение удельного сопротивления почвы обычно проводят в теплое время года. В данной лабораторной работе используется измеритель заземлений типа МС-08 (рис. 6.3). Прибор имеет собственный источник питания в виде генератора, приводимого во вращательное движение с помощью ручки. Если в процессе измерения стрелка прибора колеблется, это является признаком наличия посторонних токов в земле. Чтобы избежать погрешности в измерениях достаточно изменить частоту вращения ручки. Однако следует заметить, что для обеспечения надлежащей точности измерения эта частота должна находиться в пределах 90...150 об/мин.

Измеритель заземления МС-08 имеет три шкалы: 0 – 1000 Ом, 0 – 100 Ом и 0 – 10 Ом. Удельное сопротивление грунта измеряют шкалой на 1000 Ом. Прибор работает по принципу магнитоэлектрического логометра, он содержит две рамки, одна из которых включается как амперметр, а другая – как вольтметр. Эти обмотки действуют на ось прибора в противоположных направлениях, благодаря чему отклонения стрелки прибора пропорциональны сопротивлению.

Рис. 6.3 – Измеритель заземлений МС-08

 

Шкала прибора градуирована в омах, источником питания при измерении служит генератор Г постоянного тока, приводимого во вращение от руки. На общей с генератором оси укреплены прерыватель П1 и выпрямитель П2 (рис. 6.4).

Рис. 6.4 – Электрическая схема измерителя заземлений МС-08: Г – генератор, Р – реостат, Л – логометр, П1 – прерыватель, П2 – выпрямитель, П3 – переключатель.

 

Измерение удельного сопротивления грунта следует выполнять в стороне от трубопроводов и других металлических конструкций, которые могут внести погрешность в результаты. Схема измерения показана на рис. 6.5.

Рис. 6.5 – Схема измерения удельного сопротивления грунта

 

Чем больше значение а, тем больший объем почвы охватывается электрическим полем электродов и более точными являются результаты измерений. Изменяя расстояние а, можно получить зависимость удельного сопротивления земли от разнесения электродов. При однородной структуре грунта значение ρ не зависит от расстояния а (изменения могут быть вследствие разной степени влажности).

Таким образом, используя зависимость ρ от расстояния между электродами, можно судить о величинах удельных сопротивлений на разной глубине. Удельное сопротивление грунта определяют по формуле

(6.4)

где R – сопротивление прибора, Ом.

Измерения удельного сопротивления желательно выполнять в нескольких местах, рассчитывая затем среднее значение. Электроды следует забивать в землю для более плотного контакта, ввертывание стержней для целей измерения не рекомендуется.

 

Порядок выполнения работы

1. Установить электроды в исследуемый грунт на расстоянии а (не менее 8 м) друг от друга, подключив их к прибору, как показано на рис. 6.4.

2. Установить переключатель прибора МС-08 в положение «Регулировка», после чего начать вращать ручку генератора с частотой 90...120 об/мин, изменяя положение ползуна реостата до совпадения стрелки индикатора с красной чертой на шкале прибора.

3. Если стрелка не устанавливается против красной черты при любом положении реостата Р, необходимо принять меры к уменьшению сопротивления в цепи зонда (забить его глубже, увлажнить землю около него соленой водой, забить рядом другой зонд и соединить его с первым).

4. Перевести переключатель в положение «Измерение х» и провести измерение сопротивления защитного заземления, вращая ручку генератора с частотой 120 об/мин.

5. Определить удельное сопротивление грунта по формуле (6.4).

6. Повторить эксперимент еще два раза при других положениях электродов, после чего определить среднее сопротивление по формуле

6. Результаты измерений и расчетов занести в табл. 6.5 отчета.

Таблица 6.5 – Результаты измерений и расчетов

№ исследования	Отсчет по прибору R, Ом	Удельное сопротивление ρ, Ом·м	Среднее значение ρср, Ом·м
1 опыт
2 опыт
3 опыт

 

7. По полученным результатам ρ_ер определить тип грунта по табл. 6.3.

Вопросы для самоконтроля

1. Что называется удельным сопротивлением грунта?

2. Для чего необходимо знать удельное сопротивление грунта?

3. Какие факторы влияют на величину удельного сопротивления?

4. Опишите методику измерения удельного сопротивления грунта?

5. От чего зависит электрическое сопротивление тела человека?

6.Назовите факторы, определяющие тяжесть поражения электрическим током.

7. Какие виды действия оказывает электрический ток на организм человека?

8. Чему принимается равным расчетное сопротивление тела человека?