Основи електробезпеки

Основні поняття

Слово "електрика" походить від грецького слова elektron (янтар).

Одне з визначень електричного струму, це впорядкований рух заряджених частинок.

Сила струму (I) визначається кількістю електрики (заряду), яке проходить за одиницю часу через площу перетину провідника:

I = q / t (для постійного струму), (7)

де q - заряд; t - час.

У 1948 році, на IX Міжнародній конференції з мір та ваг, за одиницю сили струму прийнятий ампер (А), за іменем французького вченого Андре Ампера (1775-1836).

Прийнявши I = 1 А, а t = 1 с, отримаємо одиницю кількості електрики в 1 кулон (К), названу на честь французького фізика Шарля Кулона (1736-1806).

Електрична напруга (U) - це різниця потенціалів між двома точками електричного кола, це робота, яка здійснюється при проходженні по ділянці кола електричного заряду.

За одиницю напруги прийнятий 1 вольт (В), що отримала назву на честь італійського вченого Алессандро Вольта (1745-1827).

Висока напруга небезпечно, наприклад, високовольтна лінія електропередачі (100 кВ) і земля створюють умови (різниця потенціалів), де може бути здійснена робота в 100 кДж, що порівнянно з падінням вантажу в 1000 кг з висоти 10 м.

Опір (R) - фізична величина провідника, характеризує протидію електричному ланцюзі проходженню електричного струму:

R = U / I. (8)

При U = 1 В і I = 1 А, опір приймається рівним 1 Ом. Одиниця отримала свою назву на честь німецького фізика Георга Ома (1787-1854).

Робота електричного струму (А) визначається за формулою:

А = U * I * t = U * q. (9)

Потужністю електричного струму (P) називається робота, яка виконується за одиницю часу:

P = A / t = (U * I * t) / t = U * I. (10)

Потужність прийнято позначати в ватах (Вт) на честь англійського винахідника Джеймса Уатта:

1 Вт = 1 В * 1 А.

Наприклад, потужність електролампи можлива 100 Вт, електроплити 500 Вт або 1 кВт, потужність електровоза можлива 4000 кВт і більше.

Дія електричного струму на людину

У порівнянні з іншими небезпеками, електричний струм відрізняється тим, що людина не може його виявити заздалегідь за допомогою органів чуття (аналізаторів).

Початок практичного використання електричного струму пов'язане з відкриттям у 1802 році російським фізиком В. Петровим (1761-1834) електричної дуги.

Вже в 1862 році з'явилися перші повідомлення про поразку людини електричним струмом. В даний час електрострум не тільки добрий помічник людині, а й причина пожеж, вибухів та інших надзвичайних ситуацій. Щорічно в світі від електроструму гине приблизно до 25 і більше тисяч чоловік.

Кількість електротравм на виробництві порівняно невелика (2-3%) від загальної кількості виробничих травм. Однак з летальним результатом вони становлять 12-15% від загальної кількості смертельних травм. Статистика показує, що електротравматизму знаходиться в безпосередній залежності від рівня організації експлуатації електрогосподарства підприємства.

Електротравми відбуваються з наступних причин:

· Організаційні (порушення вимог правил та інструкцій, недоліки в навчанні персоналу);

· Технічні (погіршення електричної ізоляції, відсутність огороджень, сигналізації та блокування, дефекти монтажу і ін);

· Психофізіологічні (перевтома, невідповідність психофізіологічних показань даної професії та ін.)

Види травм, пов'язаних з дією електричної енергії на людину, можуть бути різні за тяжкості і залежать від ряду факторів, у тому числі від фізичного стану живого організму, емоційного та фізичного напруження, роду і частоти електроструму, шляху протікання електроструму, схеми включення тіла людини в електромережу. Проходячи через організм людини, електричний струм чинить термічне, електролітичне і біологічне дії в організмі.

Біологічна дія струму на тіло людини проявляється подразненням і порушенням живих тканин, що супроводжується мимовільним судомним скороченням м'язів легенів і серця. Це відповідні реакції організму, які обумовлені порушенням біоелектричних процесів, що протікають в організмі людини. Подразнюючу дію струму на тканини організму може бути прямим або непрямим. Пряма дія обумовлена ​​проходженням струму безпосередньо через тканини, які відчувають роздратування. Непряме, або рефлекторне, дія проявляється в порушенні тканин, за якими струм не протікає.

Ураження людини електричним струмом буває двох видів:

1. У вигляді електротравм, які можуть бути у вигляді місцевого пошкодження тканин людини, опіків шкіри, механічних пошкоджень, засліпленні електродуги (електроофтальмія), опіку електродуги (температура більш 3500оС). Можливі переломи кісток із-за сильного скорочення м'язів під дією електроструму. У місцях впливу електричного струму залишаються характерні плями на шкірі жовтого або сірого кольору;

2. У вигляді електроудар, які виникають при проходженні електроструму через тіло людини. При цьому змінюється склад крові, можливі розриви м'язів і нервів, що призводять до паралічів. По тяжкості електроудар поділяються на 4 ступені:

а) 1 ступінь - судоми;

б) 2 ступінь - судоми з втратою свідомості;

в) 3 ступінь - втрата свідомості з порушенням серцевої діяльності;

г) 4 ступінь - клінічна смерть (відсутнє дихання і серцева діяльність).

Умовно безпечними, тобто протягом кількох годин не відчував і не завдають шкоди людині, вважаються електроструму:

· Постійні, з силою до 100 мкА;

· Змінні (50 Гц), з силою до 50 мкА.

Поріг відчутності електроструму прийнятий:

· Для постійного, з силою приблизно 5-7 мА (відчуття тепла);

· Для змінного (50 Гц), з силою приблизно 1 мА (відчуття поколювання).

Неотпускающий електрострум, супроводжуваний відчуттям болю і викликає судорожне скорочення м'язів, виникає:

· Для постійного, при силі 50-80 мА;

· Для змінного (50 Гц), при силі 10-15 мА.

Електрострум, що призводить до зупинки серця, називають фібрілляціонного.

Клінічну смерть викликає постійний електрострум силою 90-100 мА. Змінний струм силою 100 мА може викликати зупинку серця і параліч дихання при тривалості впливу більш 3-х секунд. Змінний електрострум силою більше 300 мА викликає параліч дихання і серця при тривалості впливу більше 0,1 секунди.

Короткочасний вплив змінного струму з частотою понад 500 кГц не супроводжується електроудар (не викликає зупинку роботи серця і легенів), але призводить до електротравма.

Постійний електрострум частіше викликає опіки і призводить до смертельного результату. Найбільш небезпечний змінний струм з частотою 20-100 Гц, струм з частотою менше 20 Гц і більше 100 Гц представляє меншу небезпеку.

Загроза поразки електричним струмом зростає із збільшенням тривалості його впливу на людину. Опір тіла людини протіканню електроструму вже через 30 секунд зменшується приблизно на 25%, а через 90 секунд - на 70%.

Вплив електроструму залежить від точки дотику, тобто від опору ділянки шкіри. У середньому розрахунковий опір людини прийнято вважати рівним 1000 Ом, але мова, наприклад, має опір до 100 Ом, а ороговілі ділянки шкіри можуть мати 10 і більше кОм. На шкірі людини є дуже чутливі точки - електрорецептори, що мають опір менше 100 Ом.

Максимальної чутливістю володіє спинний мозок, що має опір не більше 0,5 Ом.

Вплив електроструму індивідуально:

1. Поріг відчуття електроструму у жінок на 30, а у дітей на 50% нижче, ніж у чоловіків;

2. Для однієї людини електрострум може бути вже неминучий (судорожне скорочення м'язів кистей рук), а для іншого тільки слабо відчутним;

3. Люди з більшою масою тіла і кращої фізичною підготовкою переносять вплив електроструму легше;

4. Хворі (особливо з нервовими розладами, шкірними та серцево-судинними захворюваннями) переносять вплив електроструму важче;

5. Підвищена чутливість до електроструму відзначається при стомленні і в стані сп'яніння;

6. Чим більш зосереджений і уважний чоловік у момент впливу електроструму, тим менше він постраждає, оскільки такий стан сприяє упорядкуванню внутрішніх біологічних полів і, відповідно, зруйнувати їх складніше.

Можливі схеми ураження людини електрострумом

Ураження людини електричним струмом залежить від шляху проходження, виду струму (постійний чи змінний), сили і точки дотику (опору).

Дуже небезпечні, але зустрічаються рідко, такі схеми включення людини в електромережу:

1. Двофазне включення: петля "голова-руки". При цьому електрострум проходить через життєво важливі органи людини: головний мозок, серце і легені;

2. Однофазне включення з глухозаземленою нейтраллю: петля "голова-ноги". У цьому випадку електрострум проходить через все тіло людини, вражаючи життєво важливі органи.

Менш небезпечні схеми включення, але зустрічаються частіше, наступні:

1. Однофазне включення: петля "рука-ноги". Статистично до 87% від всіх електротравм;

2. Двофазне включення: петля "рука-рука". Електрострум проходить через грудну клітку людини. Уражаються серце і легені;

3. При контакті електричного провідника із землею, при пробої ізоляції на землю в електричній установці, а також у місцях розташування заземлення чи грозозахисного пристрої, поверхня землі може виявитися під електричною напругою. Виникає, так зване, крокові напругу для двох точок, розташованих на різних відстанях від місця торкання провідника і землі. Виникає петля "нога - нога".

Ураження людини від електроструму залежить і від зовнішніх умов. Так, наприклад, приміщення залежно від електроопасності поділяються на:

1. Особливо небезпечні:

· Велика вогкість (відносна вологість близько 100%);

· Наявність хімічно активних парів (руйнується електроізоляція);

· Наявність 2-х і більш небезпечних факторів (вогкість, висока температура, струмопровідний підлогу і т.п.);

2. Підвищено небезпечні:

· Вогкість (відносна вологість понад 75%);

· Висока температура (більше +35 оС);

· Струмопровідний підлогу (земля, метал);

3. Безпечні - сухі допоміжні приміщення, житлові приміщення.

В даний час в робочих приміщеннях часто організується можливість приготування і прийому їжі, відповідно доцільно враховувати можливість ураження людини електрострумом в наступних випадках:

· Одночасно торкнутися розетки (або провідника) з несправним корпусом (старої ізоляцією) і батареї центрального опалення;

· При спробі набрати води з крана, наприклад, в електрочайник, включений в мережу (або помити під краном включений електроприлад).

Забезпечення безпеки при роботі з електрострумом

Електробезпека забезпечується дотриманням ряду умов. При цьому необхідно:

1. Враховувати вимоги нормативної документації.

Так, наприклад, згідно з ГОСТ 12.1.038-82, при виборі і розрахунку технічних пристроїв та інших засобів захисту, враховуються три основних параметри: сила струму, що протікає через тіло людини, напруга дотику і тривалість протікання струму.

Міжгалузеві правила по охороні праці при експлуатації електроустановок (ПОТ Р М-016-01; РД 153-34.0-03.150-00) регулюють такі питання, як, вимоги до персоналу, оформлення документів, випробування та ін Наприклад:

- При обслуговуванні електроустановок з напругою понад 1000 В одноосібна робота дозволена працівникові має 4 групу з електробезпеки, таку ж групу повинен мати старший по зміні, інші працівники можуть мати 3 групу;

- При обслуговуванні електроустановок з напругою до 1000 В допускається 3 група з електробезпеки.

Технічні вимоги до електроустановок викладені в «Правилах пристрою електроустановок (ПУЕ)», затверджених наказом Міністерства енергетики Російської Федерації від 8 липня 2002 року № 204.

2. Застосовувати засоби індивідуального захисту.

Електрозахисні кошти поділяються на основні та додаткові.

Основними називаються такі засоби, ізоляція яких надійно витримує робочу напругу електроустановки. При використанні цих засобів допускається дотик до струмоведучих частин, що знаходяться під напругою. До основних електрозахисних засобів при роботі з електроустановками напругою до 1000 В належать: ізолюючі кліщі, покажчики напруги, діелектричні рукавички і монтерський інструмент з ізолюючими ручками.

Додатковими називаються такі ізолюючі засоби, які самі по собі не можуть забезпечити безпеку від ураження струмом. Вони є додатковим заходом захисту до основним захисним засобам. До додаткових захисних засобів відносяться в електроустановках:

- До 1000 В - діелектричні калоші, килимки та підставки;

- Напругою вище 1000 В - діелектричні рукавички, рукавиці, калоші, боти, килимки і ізолюючі підставки;

3. При високій напрузі використовувати захист відстанню (таблиця 14).

Таблиця 14

Залежність безпечної відстані (м) від величини електричної напруги (кВ)

При напрузі до 1000 В безпечну відстань до повітряних ліній визначається в 0,6 метра, а для решти електроустановок не нормується і визначається відсутністю дотику;

4. Враховувати, що крокові напругу небезпечно до 20 метрів від точки дотику провідника із землею. У разі потрапляння в зону дії крокової напруги, рекомендується виходити ковзним кроком (не відриваючи ніг від поверхні землі) так, щоб ступні ніг постійно стикалися один з одним;

5. Використовувати електроінструмент, що працює при безпечній напрузі струму. При розрахунку безпечної напруги необхідно враховувати:

- Опір людини, прийняте для розрахунків рівним 1000 Ом;

- Визначення, що безпечним вважається електрострум такої сили, коли він може самостійний відрив людини від електроустановки, що під напругою (для струму промислової частоти - 0,01 А, для постійного струму - 0,05 А).

Межа небезпечної напруги при цьому складе:

U = I * R = 0,04 А * 1000 Ом = 40 В.

Для сухих приміщень (відносна вологість менше 60%) з урахуванням, що шкіра людини має опір 3 і більше кОм, безпечним можна вважати напругу до 36-40 В;

6. Збільшувати опір за рахунок ізоляції струмоведучих частин та ізоляції рукояток інструментів. Опір ізоляції має бути не менше числа, яке зазначає напруга мережі, збільшеного в тисячу разів, але не менше 0,5 МОм.

Під час роботи електроустановок, стан електричної ізоляції погіршується за рахунок нагрівання, механічних ушкоджень, впливу кліматичних умов і навколишнього виробничого середовища (наявність хімічно активних речовин, негативних температурних режимів та ін.) Контроль ізоляції проводиться періодично (не рідше одного разу на три роки) з застосуванням спеціальних пристроїв (мегаомметром).

При роботі з напругою до 1000 В використовувати в якості засобів індивідуального захисту гумові рукавички, гумові килимки, гумові боти і галоші, а при роботі з напругою понад 1000 В використовуються спеціальні ізолюючі штанги та кліщі;

7. Використовувати захисне відключення, що спрацьовує протягом не більше 0,2 секунди у разі пошкодження (пробою);

8. Враховувати, що електричне розділення мережі дозволяє підвищити опір на її окремих ділянках;

9. Застосовувати огороджувальні пристрої. Огородження застосовуються як суцільні, так і сітчасті. Огородження повинні бути вогнестійкими;

10. Використовувати автоматичне блокування, що забезпечує зняття напруги у випадках несанкціонованого проникнення за огородження;

11. Застосовувати сигналізацію (світлову, звукову та ін);

12. Використовувати організаційні заходи - організація навчання, інструктування та перевірки знань електробезпеки, проведення медичних оглядів, оформлення нарядів-допусків і т.п.;

13. Застосовувати технічні засоби захисту від електроструму:

а) захисне заземлення. Корпус приладу (верстата) заземлюється провідником з опором менше 0,4 Ом. У разі дотику людини до пошкодженого корпусу, він не отримає удар електрострумом, тому що опір людини набагато більше, ніж заземлювального провідника;

б) занулення із заземленням нульового дроту генератора. У цьому випадку корпус приладу (верстата) з'єднаний із заземленим нульовим проводом, що мають опір менше 4 Ом. При замиканні фази на корпус відбудеться переривання електромережі, так як згорять запобіжники;

14. Слідкувати за станом провідників і розеток у робочих та санітарно-побутових приміщеннях.

Враховуючи велику потенційну небезпеку електричного струму в житті людини, необхідна комплексна захист з періодичним навчанням (инструктированием) персоналу.

Статичне і атмосферну електрику

Статична електрика виникає від зіткнення двох різнорідних тіл. Накопичення зарядів статичної електрики відбувається як при терті сипучих речовин, так і при перекачуванні рідин (наприклад, нафти). Сприяє цьому явищу сухе повітря. Іскровий заряд статичної електрики, часто досягає напруги в декілька тисяч вольт.

Шкідливе прояв статичної електрики можливо у вигляді:

1. Вибухів і пожеж від іскор, що виникають за рахунок різниці потенціалів двох неоднорідних тіл (сягає 10 і більше кВ, при цьому бензин, наприклад, запалюється від розряду при напрузі 1000 В, пил вибухає при розряді до 5 кВ);

2. Негативного впливу на здоров'я людини. Особливо страждає нервова і серцево-судинна система;

3. Негативного впливу на ЕОМ (можлива втрата інформації).

В якості профілактики появи статичної електрики використовують наступне:

1. Збільшують електропровідність повітря шляхом підвищення вологості (до 70%);

2. Заземлюють ємності з пожежо-та вибухонебезпечними речовинами провідниками з опором до 100 Ом (наприклад, металеві ланцюги на бензовоз);

3. Застосовують іонізацію повітря використовуючи радіоактивні речовини або ультрафіолетове випромінювання;

4. Використовують "антистатики";

5. Обмежують швидкість пересипання (переливання) речовин. Наприклад, бензин переливають зі швидкістю не більше 4 м / с.

Атмосферний електрику небезпечно проявом у вигляді лінійних розрядів (блискавок), яких виникає на планеті приблизно 100 кожну секунду. Атмосферні електричні заряди можуть мати напругу до 1 мільярда вольт, сила струму блискавки досягає 200 тисяч ампер. Час існування лінійних розрядів оцінюється від 0,1 до 1 секунди. Температура сягає 6-10 тисяч градусів Цельсія.

Наслідки прояви блискавки можливі в наступному:

1. Пожежа або смертельний результат при прямому влученні;

2. При попаданні поблизу (до 1 м) можливий смертельний випадок внаслідок електромагнітної індукції.

Під час грози небезпечно перебувати під самотньо стоять деревами, особливо дубом, тополею, ясенем, модриною, сосною, ялиною і липою. Менш небезпечні береза ​​і клен. Також під час грози не можна знаходитися біля багаття (електропровідність нагрітого повітря зростає), не слід купатися, кататися в човні, ховатися під навісами ізольованими, в стогах сіна, під металевими огорожами, поблизу труб і проводів.

Перебуваючи на відкритому просторі, краще присісти в суху яму, траншею. Тіло повинно мати по можливості меншу площу дотику із землею. Не варто бігти, а якщо ви їдете в машині - краще зупинитися.

Для захисту об'єктів від блискавок використовують громовідводи, що складаються з блискавкоприймача, токопроводніка і заземлювального пристрою. Як блискавкоприймача використовують металеві штирі з площею перерізу не менше 50 мм2. Блискавкоприймач заземлюється через токопроводнік. Зона безпеки залежить від висоти блискавкоприймача і в радіусі складає приблизно 1,5 його висоти.

Більш рідкісними і менш вивченими за небезпекою для людини є так звані кульові блискавки. У популярній літературі пропонуються наступні заходи безпеки у разі проникнення такий блискавки в будинок:

1. Оскільки траєкторія польоту кульової блискавки практично не передбачувана, не варто робити різких рухів і, тим більше, втікати, так як можна викликати повітряний потік, по якому згусток енергії піде слідом за вами;

2. Тримайтеся подалі від електроприладів та проводки, не торкайтеся металевих предметів;

3. Навіть якщо блискавка зникла (зазвичай через десятки секунд) не втрачайте пильності, тому що після таких "візитів" можливі пожежі.

Допомога потерпілому від електроструму

Слід пам'ятати, що у важких випадках поразки від електроструму, у потерпілого припиняється серцева діяльність і зупиняється дихання, наступає стан клінічної смерті. Максимум за 3-5 хвилин необхідно виконати наступне:

1. Звільнити потерпілого від дії електричного струму, скориставшись рубильником, вимикачем або запобіжником. При цьому бути більш уважним, якщо потерпілий знаходиться на висоті, тому що можливе падіння після відключення струму внаслідок припинення дії неотпускающего струму. Якщо неможливо відключити електрострум, то подальші дії з порятунку постраждалого залежать від величини напруги електроструму:

а) якщо напруга до 1000 В можна використовувати сухі предмети не провідники (палиці, дошки, мотузки), застосовують діелектричні (гумові) рукавички, боти. Можна окремо перерубати проводи інструментом з дерев'яною ручкою;

б) при напрузі більше 1000 В необхідно використовувати всі засоби захисту в сукупності: гумові рукавички і боти; ізолюючі штанги та кліщі, покажчики напруги;

в) у разі контакту людини з повітряною лінією електропередач, для звільнення потерпілого від провідника, можна зробити штучне замикання. При цьому беруть металевий дріт, заземлюють один кінець, на інший кінець прив'язують вантаж і закидають на лінію повітряної електропередачі (запропонований спосіб застосовується тільки в разі крайньої необхідності);

2. Після звільнення потерпілого від дії електроструму, виконати реанімаційні та інші заходи долікарської допомоги (дана тема освоюється студентами на лабораторно-практичних заняттях).

3. Якщо працівник піддався впливу електроструму, і, при цьому, відсутні видимі наслідки, то все одно необхідно викликати лікаря.