Виды воздействия электрического тока на организм человека

Простые коммутаторы с пространственным разделением

Простые коммутаторы с пространственным разделением позволяют одновременно соединять любой вход с любым одним выходом (ординар­ные) или несколькими выходами (неординарные). Такие коммутаторы представляют собой совокупность мультиплексоров, количество которых соответствует количеству выходов коммутатора, при этом каждый вход коммутатора должен быть заведен на все мультиплексоры. Структура этих коммутаторов показана на рис. 9.2.

Рис. 9.2. Простой коммутатор с пространственным разделением

Достоинства:

• возможность одновременного контакта со всеми устройствами;

• минимальная задержка;

Недостатки:

• высокая сложность порядка n x m, где п - количество входов, m - ко­личество выходов;

сложность обеспечения надежности.

Литература:

1. Основные классы современных параллельных компьютеров, Лаборатория НИВЦ МГУ: http://www.parallel.ru/computers/classes.html.

2. Интернет-канал с рейтингом 500 наиболее производительных компьютерных систем в мире: http://www.top500.org.

3. Интернет-Университет Информационных Технологий: http://www.intuit.ru.

4. Ульянов М.В. Архитектуры процессоров. Учебное пособие.- М.: МГАПИ, 2002. - 68 с.

5. Архитектуры и топологии многопроцессорных вычислительных систем. Курс лекций. Учебное пособие / А.В.Богданов, В.В.Корхов, В.В.Мареев, Е.Н.Станкова.- М. «ИНТУИТ», 2004.- 176 с.

6. Шпаковский Г.И. Организация параллельных ЭВМ и суперскалярных процессоров: Учеб. пособие. — Мн.: Белгосуниверситет, 1996. — 296 с.

На производстве число травм, вызванных электрическим током, относительно не велико и составляет 11-12 % от общего числа. Однако, из всех случаев травм со смертельным исходом на долю электротравм приходится порядка 40 %.

Проходя через организм человека, электроток оказывает термическое, электролитическое, механическое и биологическое действие.

Термическое действие тока характеризуется нагревом кожи ткани до высокой температуры, вплоть до ожогов.

Электролитическое воздействие заключается в разложении органической жидкости, в том числе крови, и нарушении ее физико-химического состава.

Механическое действие тока приводит к расслоению и разрыву тканей в результате взрывоподобного образования пара из жидкости тканей и крови и сильного сокращения мышц, вплоть до их разрыва.

Биологическое действие выражается в раздражении тканей и сопровождается прекращением дыхания и остановкой сердца.

8.2. Виды поражения организма человека электрическим током

Электротравмы делят на электрические удары и местные электротравмы.

Электрический удар - это возбуждение групп мышц, приводящий к судорогам, остановке дыхания и сердечной деятельности. Остановка сердца связана с фибрилляцией – хаотическим сокращением волокон сердечной мышцы (фибрилл). Различают 4 степени электрических ударов:

- I – судорожное сокращение мышц без потери сознания;

- II – потеря сознания, но с сохранением дыхания и работы сердца;

- III – потеря сознания с нарушением сердечной деятельности или дыхания (либо то и другое вместе);

- IV – клиническая смерть, т.е. отсутствие дыхания и кровообращения.

Длительность клинической смерти от воздействия электрического тока у здоровых людей составляет 8 мин. За этот период возможно оживление организма (дефибрилляция). В более поздние сроки в клетках и тканях организма возникают необратимые изменения, т.е. наступает биологическая смерть.

К местным электротравмам относят электрические ожоги, электрические знаки, электрометаллизация, механические повреждения, электроофтальмия.

Электрические ожоги возникают при контакте с токоведущей частью или под воздействием электрической дуги, температура которой достигает несколько тысяч градусов. При ожогах обугливающиеся ткани имеют большее сопротивление, чем обычная кожа, что не позволяет электричеству проникать вглубь к жизненно важным органам и системам. 2/3 всех электротравм сопровождается ожогами.

При поражении электрическим током иногда видно только отверстие входа тока, но через 2-3 дня может появиться сильный ожог в непораженной области, так как электричество выбрало путь наименьшего сопротивления – вместо кожи прошло по сосудам и нервам.

U < 380 В «примагничивает» человека и требуется время на отсоединение. Высоковольтный ток такой «липучестью» не обладает. Он отбрасывает человека, но и такого короткого контакта достаточно для серьезных глубоких ожогов.

Электрические знаки представляют собой пятна серого или бледно-желтого цвета круглой или овальной формы, которые появляются на коже, где проходил электрический ток.

Металлизация кожи – это распыление мелких частичек расплавленного металла на открытых участках кожи. Обычно это происходит при коротких замыканиях и при производстве электросварочных работ. При электрометаллизации кожа получает специфическую окраску: с медью – зеленую, со свинцом – серо-желтую.

Механические повреждения органов и тканей – это разрывы кожи, вывихи, переломы костей, которые возникают в результате судорожных сокращений мышц. При непроизвольном сокращении мышц могут ломаться лопатки, шейные позвонки, кости таза, т.е. травмируются те места, где прикрепляется большое количество мышц. Происходит это при U < 380 В, когда человек не теряет сознание и пытается самостоятельно освободиться от источника тока.

Электроофтальмия – это воспаление глаз в результате УФ-излучения от электрической дуги. Лечение этого профессионального заболевания является сложным и длительным процессом.

8.3. Факторы, влияющие на исход поражения человека электротоком

Согласно, ГОСТ 12.1.038-82 «ССБТ. Электробезопасность. Общие требования» степень опасного и вредного воздействия на человека зависит от ряда факторов: напряжения, электрического сопротивления тела человека, силы тока, времени его воздействия, рода и частоты тока, пути тока в организме, индивидуальных свойств человека и условий внешней среды.

Напряжение. Нормативы регламентируют ПДУ напряжения прикосновения при определенной продолжительности воздействия тока. Для переменного тока f=50 Гц U_ПДУ=2 В, I=0.3 мА при продолжительности воздействия не более 10 мин/сут.

Электрическое сопротивление тела человека складывается из сопротивления его внутренних органов (около 500 Ом) и кожных покровов (при сухой коже и отсутствии повреждений – сотни тысяч Ом). В расчетах величину сопротивления тела человека принимают 1000 Ом.

Электросопротивление поврежденной, влажной или загрязненной кожи уменьшается до сопротивления внутренних органов. Увеличение площади и плотности контакта приводит к снижению сопротивления. Наименьшим сопротивлением обладает кожа лица, шеи, подмышечных впадин, наибольшим – кожа ладоней и подошв ног.

Сила тока. Различают три пороговых значения тока:

Пороговые Значения тока	Род тока	Min допустимое время воздействия, сек
I^≈, мА, f=50 Гц	I^─, мА
Ощутимый	0.6 – 1.5	5 – 10
Неотпускающий	5 – 20	50 – 80
Фибриляционный

1. Ощутимый ток вызывает ощутимое раздражение.

2. Неотпускающий ток вызывает судорожные сокращения мышц рук или ног, которые не позволяют самостоятельно оторваться от токоведущих частей.

3. Фибрилляционныйток вызывает фибрилляцию сердца. Через несколько секунд происходит остановка дыхания. Чаще всего смертельные исходы наступают при U < 220 В, так как низкое напряжение заставляет беспорядочно сокращаться сердечные волокна.

Время воздействия тока. Чем длительнее воздействие электрического тока на человека, тем тяжелее последствия.

Род и частота тока. В производственных процессах используется два рода тока: постоянный и переменный. При U < 500 В опаснее переменный ток, а при U > 500 В – опаснее постоянный ток. Наиболее опасным для человека является ток с f = 50–500 Гц. Токи с f > 500 000 Гц не вызывают электрического удара, но вызывают термические ожоги.

Пути тока в организме (петля тока) определяют степень поражения организма. Особенно опасно, когда ток проходит через жизненно важные органы – сердце, легкие, головной мозг. Наиболее вероятные пути протекания тока в организме:

- рука – рука (человек обеими руками дотрагивается до токоведущих проводов или частей оборудования);

Двуфазное прикосновение

Ф

Ф

Ф

I_Ч

где: U_ф – фазное напряжение

U_л – линейное напряжение

R_ч – сопротивление тела человека (1000 Ом)

- рука – ноги (при касании одной рукой к опасному источнику тока);

Однофазное прикосновение

Ф

Ф

Ф

R_ИЗ I_Ч

где: U_ф – фазное напряжение

R_ч – сопротивление тела человека (1000 Ом)

R_из – сопротивление изоляции фазного провода относительно земли (по требованию безопасности R_из ≥ 0.5 МОм)

- руки – ноги (при пробое изоляции токоведущих частей оборудования на корпус);

- нога – нога (при стекании тока на землю от неисправного оборудования);

- голова – руки, голова – ноги и т.д.

Индивидуальные свойства человека. Опасность поражения людей с заболеваниями сердца, кожи, легких, а так же находящихся в состоянии возбуждения, опьянения возрастает. Если человек обучен безопасной работе на электроустановках, то степень опасности снижается.

Условия внешней среды. Повышенная температура, влажность, наличие химически активной среды увеличивают опасность поражения человека электрическим током (снижается сопротивление тела человека, одежды, пола, разрушается изоляция токоведущих частей оборудования).

Согласно ПУЭ, все помещения подразделяют по опасности поражения электрическим током на 3 категории:

1. Помещения без повышенной опасности – с нормальной температурой воздуха, сухие, беспыльные, с изолирующими (деревянными) полами.

2. Помещения с повышенной опасностью характеризуются наличием одного из 5 признаков:

- относительная влажность воздуха j > 75 %;

- t > 35⁰С при длительном воздействии и t > 40⁰С кратковременно;

- наличие токопроводящей пыли (металлическая, угольная);

- наличие токопроводящих полов (земляные, ж/б, кирпичные металлические);

- возможность одновременного прикосновения человека к металлическим корпусам электрооборудования, с одной стороны и к заземленным металлоконструкциям здания, с другой;

3. Помещения особо опасные характеризуются наличием одного из 3 признаков:

- относительная влажность воздуха близка к 100 %;

- наличие химически активной среды, образующей плесень и разрушающей изоляцию;

- одновременное наличие 2 или более признаков повышенной опасности.

Большая часть производственных помещений, а так же работы на земле под открытым небом или под навесом относятся к особо опасным помещениям.

8.4. Защита человека от поражения электрическим током

Все электроустановки делят на работающие под U<1000 В и U>1000 В.

· Изоляция токопроводящих частей. Согласно ПУЭ сопротивление изоляции должно быть > 0.5 МОм. Рабочая изоляция обеспечивает защиту от поражения электротоком. Двойная изоляция состоит из рабочей и дополнительной. Изолированные провода, находящиеся под напряжением выше 1000 В, опасны.

· Электрозащитные средства. Применяют для работы без отключенного напряжения:

- изолирующие штанги (для перемещения проводов); клещи (для вынимания из гнезд плавких предохранителей);

- диэлектрические перчатки, сапоги, коврики;

- переносные заземления;

- ограждения (сплошные металлические листы или сетки), кожухи.

· Предупредительная сигнализация и блокировка:

- звуковые, световые, цветовые сигнализаторы. Их устанавливают в зонах видимости и слышимости персонала.

- блокировки: механические (стопоры, защелки); электрические или электромагнитные. Они преграждают путь в опасную зону или предотвращают поражение электротоком;

- предупредительные плакаты. Красным цветом окрашивают кнопки и рычаги аварийного отключения электроустановок.

· Использование малых напряжений (U<42 В). На производстве применяют U=12 и 36 В для ламп местного освещения, ручного электроинструмента. Эти напряжения не обеспечивают полной безопасности. Безопасным напряжением считают U=10 В.

· Электрическое разделение сетей. Проводят электрическое разделение сетей на короткие электрически не связанные между собой участки с помощью разделяющих трансформаторов. Эти сети обладают высоким сопротивлением изоляции.

· Защитное заземление - это преднамеренное соединение с землей или ее эквивалентом (соприкасающиеся с землей металлоконструкции, водопроводные трубы и т.п.) металлических нетоковедущих частей оборудования.

Цель защитного заземления – уменьшение напряжения прикосновения и шага до безопасных значений при замыкании фазы на корпус.

Применяется в сетях с U < 1000 В с изолированной нейтралью[1]; в сетях U > 1000 В с изолированной и заземленной нейтралью.

Если пробой произошел на изолированный корпус (не заземленный), то ток, проходящий через человека, определяется по формуле:

I_Ч =U_Ф / (R_Ч + R_СИЗ)

где: U_Ф – фазное напряжение пробоя на корпус;

R_Ч – собственное сопротивление человека;

R_СИЗ – сопротивление средств индивидуальной защиты.

Схема защитного заземления трехфазной цепи

с изолированной нейтралью

1

Ф

Ф

Ф

U_пр

U_З

4

3

  Пробой изоляции

U_Г

U₁

U₂

0.8 – 1 м R_З

5

где: 1 - источник электроэнергии (трансформатор); 2 – эпюра стекания напряжения через заземлитель; 3 – корпус электроустановки; 4 – обмотка электродвигателя; 5 – заземлитель.

U_З - потенциал заземленного корпуса;

U_Г - потенциал грунта;

U_пр – напряжение прикосновения;

U₁ - напряжение на ноге, ближней к заземлителю;

U₂ - напряжение на ноге, дальней к заземлителю;

U_Ш – шаговое напряжение;

R_З – сопротивление заземления (показано условно):

- не более 4 Ом в установках, работающих под U < 1000 В;

- не более 0.5 Ом в установках, работающих под U > 1000 В.

При наличии заземления ток пробоя стекает на землю радиально во все стороны. Потенциал заземленного корпуса снижается до значения U_З=I_ЗR_З. При прикосновении к оборудованию человек окажется под напряжением прикосновения, равным U_пр=U_З–U_Г. Чем ближе человек находится к месту замыкания, тем меньше U_пр.

При стекании тока на землю от неисправного оборудования человек находится в зоне растекания тока. Шаговое напряжение – это напряжение между 2 точками цепи тока и равно U_ш = U₁ – U₂. Чем ближе человек находится к месту замыкания, тем больше U_ш и на расстоянии 20 м U_ш=0. Если человек касается земли только в одной точке (стоит на одной ноге), то U_ш=0, поэтому выходить из зоны поражения надо мелкими шагами.

Заземляющее устройство – это совокупность заземлителя и проводников, соединяющих корпус электроустановки с заземлителем. Заземлитель - металлические проводники, соприкасающиеся с землей.

Различают заземлители:

- искусственные (стальные трубы, уголки, прутки);

- естественные (проложенные в земле: водопроводные трубы, металлические конструкции зданий и т.п.).

Вертикальные электроды связывают горизонтальными электродами - стальными полосами или прутками для исключения шагового напряжения.

Типы заземляющих устройств:

выносное или сосредоточенное контурное или распределенное

производственное

здание

Выносное заземляющее устройство. Заземлитель вынесен за пределы площадки, на которой размещено оборудование. Потенциал основания, на котором находится человек, равен или близок к нулю в зависимости от удаленности человека от заземлителя. Применяют в установках U<1000 В. Выносное заземление уменьшает опасность поражения электрическим током. Достоинство: возможность выбора места размещения заземлителей там, где наименьшее сопротивление грунта (сырые, глинистые грунты).

Контурное заземляющее устройство. Одиночные заземлители размещают по контуру площадки, на которой находится оборудование. Безопасность обеспечивается выравниванием потенциала основания, т.е. уменьшением U_пр и U_ш. Применяют в установках U>1000 В и высокой степени электроопасности.

· Защитное зануление - это преднамеренное соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей оборудования.

Нулевой защитный проводник соединяет электроустановку с заземленной нейтралью источника тока (генератора, трансформатора).

Применяется в сетях до 1000 В и с глухозаземленной нейтралью[2].

Цель зануления – создание короткого замыкания между фазным и нулевым проводом. Ток короткого замыкания большой величины обеспечивает быстрое срабатывание защиты. В качестве защиты используют плавкие предохранители или автоматические выключатели, устанавливаемые перед электроустановкой. В результате разрыва цепи электроустановка обесточивается.

I_КЗ ³ k ^. I_НОМ

Согласно требованиям ПУЭ:

k = 1.2–3 - для помещений с нормальными условиями;

k = 1.4–6 - для взрывоопасных помещений.

Схема зануления трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью

I_К

I_К

Ф

Ф

Ф

I_К нулевой рабочий провод 0

нейтраль

3 1

I_К

2

  Пробой изоляции  

5 4 R_П

6

R₀

1 – обмотка электродвигателя;

2 – корпус электроустановки;

3 – предохранители;

4 – нулевой защитный проводник;

5 – заземление нейтрали;

6 – повторного заземление нулевого рабочего провода;

- место возможного обрыва нулевого провода.

Время срабатывания предохранителей составляет десятые доли сек., а электромагнитных автоматических выключателей – сотые доли сек.

В случаеобрыва нулевого рабочего проводамежду точкой зануления и точкой нейтрали сети предусматривается повторное заземление нулевого рабочего провода (R_П) через каждые 250 м. В этом случае ток короткого замыкания стекает по повторному заземлению в землю и через заземление нейтрали попадает на нейтраль, т.о. обеспечивается зануление. Время срабатывания защиты увеличивается до 5-7 с для плавких предохранителей и до 1-2 с при защите автоматами.

· Защитное отключение. Это автоматическое отключение фаз аварийного участка сети. Основная характеристика – быстродействие (не более 0.2 с). Применяют: в передвижных установках напряжением до 1000 В; как дополнение к занулению; при невозможности выполнить заземление (в скальных и мерзлых грунтах).

8.5. Средства защиты от статического электричества

Различные технологические процессы (измельчение, фильтрование и др.) сопровождаются электролизацией материала и оборудования. Возникающий электрический потенциал достигает десятки тысяч вольт. При этом на организм человека действуют слабый длительно протекающий ток, либо кратковременный разряд.

Методы защиты от статического электричества:

· исключающие или уменьшающие образование зарядов;

· устранение зарядов.

Метод исключения или уменьшения зарядовосуществляется за счет:

1. Подбора материала элементов машин, взаимодействующих между собой. По электроизоляционным свойствам вещества располагают в электростатические ряды. Вещество приобретает отрицательный заряд при соприкосновении с материалом, если оно расположено слева от него в электростатическом ряду и положительный – справа. Например, один из таких рядов имеет следующий состав: эбонит, ацетилцеллюлоза, стекло, металлы, полиэтилен, фторопласт. Поэтому, материалы взаимодействующих элементов машин следует выбирать одинаковыми или близко расположенными в электростатическом ряду.

2. Снижение силы и скорости трения, шероховатости взаимодействующих поверхностей. Например, регламентируют предельные скорости перекачки по трубопроводам огнеопасных жидкостей (бензина, керосина).

Метод устранения зарядов осуществляется за счет:

1. защитного заземления;

2. нанесения электропроводного покрытия на неметаллические элементы;

3. осуществления специальной пропитки (например, фильтров);

4. увлажнения воздуха в помещении (увеличивается интенсивность стекания статических зарядов);

5. применения нейтрализаторов статического электричества (коронного типа: индукционные и высоковольтные; радиоизотопные, аэродинамические), которые создают вблизи наэлектризованных поверхностей положительные и отрицательные ионы. Во всех типах этих устройств образуются ионы, которые нейтрализуют накапливающийся заряд.

В индукционном нейтрализаторе на несущей конструкции укреплены разрядные электроды в виде заземленных игл. Около острия игл возникает ударная ионизация воздуха. В высоковольтных нейтрализаторах образуется коронный разряд под действием высокого напряжения. В радиоизотопных нейтрализаторах происходит ионизация воздуха a- и b-излучениями. В аэродинамических нейтрализаторах образованные ионы подаются воздушным потоком к месту образования статического электричества.

В качестве СИЗ применяют антистатические халаты, обувь на кожаной подошве или электропроводной резине и антистатические браслеты.

8.6. Оказание первой медицинской помощи при поражении электрическим током

· Отключить напряжение электроустановки рубильником или автоматом.

· Если отключающее устройство расположено далеко, то необходимо вызвать короткое замыкание сети (для срабатывания защиты сети).

· Если нет возможности отключить напряжение, то в установках до 1000 В необходимо освободить пострадавшего, используя все средства электрозащиты. Если средств защиты под рукой нет, то необходимо:

- использовать сухую одежду пострадавшего; сухую палку, веревки;

- перекусить провод кусачками с изолированными ручками;

- подсунуть под пострадавшего сухую доску (изолировать от соприкосновения с полом, землей).

Действовать следует одной рукой.

· До прибытия врача пострадавшему необходимо обеспечить полный покой, если он находится в сознании. Если пострадавший находится в бессознательном состоянии, но дышит ровно, то необходимо дать понюхать нашатырный спирт. Если пострадавший дышит редко и судорожно, ему следует сделать искусственное дыхание и массаж сердца.

Установки с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В

Эти установки используются в небольших лабораториях.

[1] Нейтраль – общая точка обмоток генераторов или трансформаторов.

Изолированная нейтраль – нейтраль не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через приборы, имеющие большое сопротивление.

[2] Глухозаземленная нейтраль – нейтраль, присоединенная к заземляющему устройству.

Дата добавления: 2014-01-14