Психологічні та соціальні причини травматизму

Відповідно з ПУЕ розрізняють три категорії виробничих приміщень за ступенями небезпеки ураження людей електричним струмом[45]:

1. Приміщення без підвищеної небезпеки, в яких відсутні умови, що створюють підвищену або особливу небезпеку.

2. Приміщення з підвищеною небезпекою, які характеризуються наявністю в них одного з наступних умов (і, відповідно, факторів [33]), що створюють підвищену небезпеку:

а) вогкості (g³ 75 %) або струмопровідного пилу (металевого, вугільного, графітового тощо);

б) струмопровідної підлоги (металевої, земляної, залізобетонної, цегляної тощо);

в) постійної або тривалий час (більше однієї доби) високої температури (t°³ 35°C);

г) можливості одночасного доторкання людини до електропровідної стіни, або до маючих з’єднання зі землею металоконструкцій будівлі, технологічних апаратів, механізмів тощо, з одного боку, і до металевих корпусів електрообладнання, – з іншого боку.

3. Приміщення особливо небезпечні, якіхарактеризуються наявністю одного із наступних умов, що створюють особливу небезпеку:

а) особлива вогкість, тобто відносна вологість повітря g в приміщенні близька 100 % (стеля, стіни, підлога та предмети в приміщенні покриті вологістю;

б) хімічно активне або органічне середовище (приміщення, в яких постійно або тривало наявні агресивні пари, гази, рідини, утворюються відкладення або плісняви, які руйнують ізоляцію і струмопровідні частини електрообладнання);

в) одночасно двох або більше умов підвищеної небезпеки.

Очевидно, внутрішні або зовнішні електроустановки, які експлуатуються на відкритому повітрі або під навісом, прирівнюються до електроустановок в особливо небезпечних приміщеннях.

__________________________________________________________________________________________

2.4. Напруга дотику та напруга кроку

_____________________________________________________________________________

Дві основні причини ураження людини електричним струмом. Пряме доторкання. Непряме доторкання. Робота електричного струму, опір людини та тяжкість ураження. Критерій електробезпеки А.П. Кисельова. Параметри, які впливають на результат ураження людини електричним струмом.

Напруга дотику. Зона розтікання струму замикання на землю. Залежність напруги дотику від відстані від заземлювача. Опір розтікання струму замикання на землю. Напруга на заземлювачі. Зона нульового потенціалу. Залежність напруги дотику від відстані від заземлювача. Формула напруги дотику. Коефіцієнти напруги дотику. Гранично допустимі значення напруги дотику та струму, що протікає через тіло людини нормальному (неаварійному) та аварійному режимі електроустановки.

Напруга кроку. Залежність напруги кроку від відстані від заземлювача. Емпірична формула напруги кроку. Нелінійність потенціальної кривої j (x) та рівень безпеки людини. Коефіцієнт напруги кроку.

Підсумуємо вищевикладене. Тяжкість ураження електричним струмом визначається факторами та чинниками електричного і неелектричного характеру, а також факторами виробничого (навколишнього) середовища.

Ураження людини електричним струмом має дві основні причини:

1. Пряме доторкання (дотик)–електричний контакт людини, тобто випадкове або навмисне доторкання до двох або більше провідних частин і утворення єдиного неперервного провідного кола. Таким чином, пряме доторкання є контактом людини з струмопровідними частинами, які знаходяться під напругою, або наближення до них на небезпечну відстань.

2. Непряме доторкання (дотик)–електричний контакт людини з відкритою провідною частиною (наприклад, корпусом електродвигуна), що виявився під напругою в результаті пошкодження ізоляції.

 Ураженняорганізму людини струмом силою I викликано прикладеною напругоюU(напругою дотику чи напругою кроку), а тяжкість ураження залежить від параметрів, які визначають роботу струму: прикладена напруга, сила струму, що проходить через тіло людини, проміжок часу проходження струму через тіло людини. Тяжкість ураження залежить також від загального опору тіла людиниZ_h, який має складний активно-ємнісний характер.

Формалізуємо вище сказане. Розглянемо змінний струм, миттєве значення якого має вигляд

                                                    i = I_m· sinωt,                                                           (2.10)

де I_m– амплітудне значеннясили змінного струму, I = I_m/ – діюче значення сили змінного струму.

Ступінь ураження людини змінним електричним струмомвизначається величиною поглиненої організмом електричної енергіїЕ, яка рівна роботі електричного струму ∆A, тобто ∆A = Е .

У першому наближенні будемо нехтувати впливом електричної ємностіC тіла людини та вважати, що загальний опір тіла людини Z_т рівний активному опору (Z_т≈ R_т). Тоді, за визначенням, робота електричного струму за проміжок часу∆t визначається за формулою

                                         ∆A = I· U· ∆t,                                                    (2.11)

деU=U_m/ – діюче значення напруги змінного струму,U_m– амплітудне значення напруги. Якщо вважати, що ∆A= const, то ступінь небезпеки ураження людини струмом не зміниться, якщо при збільшенні тривалості часу ∆t протікання струму через тіло людини одночасно зменшуються числові значення величин струму I та напруги U. Ця обставина врахована при розробці ГОСТ 12.1.038-82.

Критерій електробезпеки K, встановлений А.П. Кисельовим, має вигляд [36]:

                                               K = I_h×t£ 50 ¸65, мА×с,                                                  (2.12)

деI_h– струм через тіло людини, мА;t– тривалість протікання струму, с.

Разом з тим, результат ураження людини електричним струмом визначається не тільки взаємопов'язаними параметрами електричного кола (сила струму, напруга, електричний опір тіла людини, частота), але й залежить від великого числа об'єктивних факторів і суб'єктивних чинників. До них відноситься:

§ категорія приміщення за небезпекою електротравм;

§ проміжок часу протікання струму ∆t;

§ шлях струму через тіло людини (“петлі струму ”);

§ наявність активної R_т та реактивної X(ємнісної) складових електричного опору тіла людини, який має комплексний характер:

                                                         = R_т+jX_т,                                                           (2.13)

                                           ê ç=Z_т= ,                                                   (2.14)

де j– комплексне число, |X|= X=1/(ωC), ω=2 π f– кутова швидкість,f– частота струму;

§ складна залежність загального опору тіла людини Z_твід прикладеної напруги U (зі збільшеннямU нелінійно зменшується Z);

§ індивідуальні особливості людини;

§ стан здоров'я людини тощо;

Зазначимо, що ряд базових понять електробезпеки унормовані. Існують державні нормативні акти з охорони праці (ДНАОП) і нормативно-правові акти з охорони праці (НПАОП), які підлягають державній реєстрації в Міністерстві юстиції України [28]. Серед НПАОП виділимо ГОСТ 12.1.038-82 [11], в якому йдеться мова про гранично допустимі значення напруг доторкання і струмів.

Відповідно ГОСТ 12.1.009-76 ССБТнапруга дотику U_д–напруга між двома точками кола струму, яких одночасно торкається людина [12]. ПУЕ трактує напругу дотику як напругу, яка виникає на тілі людини або тварини у випадку одночасного доторкання до двох провідних частин [45]. 

На рис. 2.4 зображена ситуація доторкання людини до корпусу аварійної (пошкодженої) електроустановки, наприклад до неструмопровідної частиниелектродвигуна–частини електроустановки, яка нормально не перебуває під напругою, але може опинитись під напругою в аварійних режимах роботи [44]. Напруга дотику U_д– це різниця потенціалів між точкою kна корпусі електроустановки, до якої торкається кінчиком пальця руки людина, та точкою x, на якій він стоїть. Формула напруги дотику така:

                                                                      U_д = j_k – j                                                            (2.15)

Струм від частин електроустановки, які знаходяться під напругою, проходить в землю через електрод, який здійснює контакт із ґрунтом. Цей електрод називається заземлювачем. Характерним показником заземлювача є опір струму розтікання R_з – опір ґрунту струму замикання на землю в межах зони розтікання.

У свою чергу, зона розтікання струму замикання на землю–зона землі, за межами якої електричний потенціал, обумовлений струмами замикання на землю, може бути умовно прийнятий рівним нулю. Напруга на заземлювачі визначається згідно закону Ома для ділянки кола:

U_з = I_з× R_з = j_max                                                                            (2.16)

Як видно з рис. 2.4, коли людина стоїть ногами безпосередньо на заземлювачі та доторкається до корпусу електрообладнання (x = 0), то напруга дотику дорівнює нулю (U_д = 0, j_k = j_x) – це безпечний випадок, хоча вона знаходиться під потенціалом заземлювача. Зі збільшенні відстані від заземлювача напруга дотику зростає і досягає максимального значення, рівного потенціалу заземлювача (U_д =j_max=I_з×R_з) приблизно на відстані 20 м.

Висновок: напруга дотику U_дзбільшується в міру того, як збільшується відстань від заземлювача (місця замикання струму на ґрунт), і за межами зони розтікання струму дорівнює напрузі на корпусі обладнання відносно ґрунту, тобто U_д = U_к.

За законом Ома для дільниці кола струм через людину, обумовлений напругою дотику

                                                        I_h.д = U_д / R_h,                                                                                (2.17)

де R_h– опір кола людини.Розглянемо випадок замикання фази на заземлений корпус електродвигуна (рис. 2.4).

Замикання на корпус–випадкове з’єднання частин електроустановки, які знаходяться під напругою, з її конструктивними частинами, які нормально не знаходяться під напругою [59].

Електричний струм стікає через заземлювач R_зв землю, виникає зона розтікання струму, яка підвищує потенціал точок ґрунту. Це підвищення графічно зображується кривою розподілу потенціалу на поверхні ґрунту, де максимум j_з –потенціал заземлювача.

Чисельно напруга дотику рівна різниці потенціалів точки kкорпусу і точки x ґрунту, на якій знаходиться нога людини:

                                                     U_д = j_k – j_x = U_к a₁a₂ ,                                            (2.18)

де U_к – напруга на корпусі обладнання відносно точки поверхні ґрунту, яка знаходиться поза зони розтікання струму замикання на ґрунт; a₁– коефіцієнт напруги дотику, який враховує форму потенційної кривої і залежить від типу заземлювача і відстані від людини до заземлювача.

                                                   a₁ = 1 – j_k / j_x£ 1,                                                      (2.19)

Значення a₁ табульовані ( є в спеціальних таблицях з електробезпеки). Для x = 0, a₁»0, а за межами зони розтікання струму замикання на ґрунт a₁=1. Потенціал точок ґрунту j_xвизначається за формулою потенційної кривої j (x), яка залежить відтипу заземлювача та умов його заглиблення в землю. Очевидно, напруга дотику не більша напруги на заземлювачі, тобто U_д£U_з, звідси

                                                         U_д = U_з×a₁ .                                                                                 (2.20)

Другий коефіцієнт напруги дотику a₂враховує падіння напруги на опорі опорної поверхні ніг. Якщо ноги розташовуються на відстані кроку, то

                                              a₂ = 1 / (1 + 1,55 r / R_h*),                                                     (2.21)

а якщо ноги розташовуються поряд, то

                                               a₂ = 1 / (1 + 2,2 r / R_h*),                                                  (2.22)

де r– питомий опір ґрунту, Ом×м; R_h*– неповний опір кола людини (без врахування опору опорної поверхні ніг).

Для змінного струму промислової частоти (50 Гц) при нормальному (неаварійному) режимі електроустановки напруга дотику та струм, що протікає через тіло людини повинні задовольняти нерівності: U_д£ 2,0 В, I£ 0,3 мА. За умови високих температур (t°³25°C) і відносної вологості (g³75 %) вказані значення напруги та струму повинні бути зменшені в три рази.

Гранично допустимі значення напруг дотику і струмів при аварійному режимі виробничих установок напругою до 1кВ з глухозаземленою або ізольованою нейтраллю і вище 1кВ з ізольованою нейтраллю не повинні перевищувати значень, вказаних в табл. 2.3.

Таблиця 2.3

Гранично допустимі значення напруги дотику U_д та сили струму, що проходять через тіло людини у разі аварійного режиму роботи промислових (побутових) електроустановок

Потрібно відзначити, що середні гранично допустимі значення напруг дотику і струмів при аварійному режимі побутових установок приблизно в три рази менші за відповідні значення виробничих установок. Зокрема, при тривалості дії струму більше 1 с відповідні величини, нормуються таким чином: U_д = 12 В, I = 2 мА.

Зазначимо, що аварійний режим усувається автоматичними пристроями за короткий час, що зменшує вірогідність збігу двох випадковостей – дотику людини до корпусу електроустановки й аварії останньої.Безпечною напругою дотику звично умовно вважається 12 В, хоча при особливо несприятливих умовах і при 12 В можливі електротравми: встановлені одиничні випадки смертельних уражень людини електричним струмом при напрузі 12 В промислової частоти в умовах приміщень зпідвищеною небезпекою або в особливо небезпечних.

На електроустановках напругою 36 В і 42 В електротравми вже мають далеко не одиничний характер [55]. Велике число всебічних спостережень і моделювання електротравм показує, що значення струму ураження (50 Гц), при якому наступає летальний наслідок, може викликатися напругою, значення якої входить в ряд малих напруг (6,0 В, 12,0 В, 24,0 В, 28,5 В, 36,0 В, 42,0 В, 50,0 В).

Зазначимо, що безпечним струмом можна вважати такий струм, який протягом тривалого часу (декілька годин) може проходити через людину, не завдаючи їй школи і не викликаючи ніяких відчуттів. Очевидно, значення безпечного струму промислової частоти набагато менший порогового відчутного струму та вважається рівним такому найбільшому значенню –50 – 75 мкА. Найбільше значення безпечного постійного струму складає 100 – 125 мкА [6].

У відповідністю з ПУЕ [45], струм замикання на землю створює зону розтікання, тобто частину землі (локальна земля), яка знаходиться в електричному контакті з заземлювачем і електричний потенціал якої не обов’язково рівний нулю. Термін “земля” використовується ПУЕ в сенсі як “земля в зоні розтікання”.

Стікання струму в землю через окремий заземлювач супроводжується виникненням на заземлювачі, в землі навколо заземлювача і на поверхні землі (ґрунті) в зоні розтікання струму електричних потенціалів відносно зони нульового потенціалу. У свою чергу, зона нульового потенціалу–провідна частина землі (відносна земля), яка знаходиться за межами зони впливу будь-якого заземлюючого пристрою, електричний потенціал якої умовно прийнятий за нульовий.

Розглянемо окремий заземлювач у вигляді електроду (стрижня циліндричної форми), який забитий у землю. За допомогою проводу визначеного поперечного перерізу до заземлювача приєднано електрообладнання, яке знаходиться в аварійному стані (режимі). При цьому з електрообладнання в заземлювач стікає струм, який розтікається в землі. В результаті виникає зона розтікання струму та нерівномірне зростання потенціалів точок в землі та на поверхні ґрунту (верхньому шару землі): максимум потенціалу буде для точок над заземлювачем, а на відстані більше 20 м від заземлювача (поза зоною розтікання струму) починається зона нульового потенціалу (рис. 2.5).

Напруга кроку обумовлена розтіканням струму замикання на землю. Відповідно ГОСТ 12.1.009-76 напруга кроку U_к–напруга між двома точками кола струму (x, x + a), які знаходяться одна від другої на відстані кроку (a), на яких одночасно стоїть людина  [12]. У свою чергу, ПУЕ трактує напругу кроку, як напругу між двома точками на поверхні локальної землі, які розташовані на відстані a = 1 м одна від одної, що відповідає довжині великого кроку людини [45]:

                                                                   U_к = j_x – j_x+a                                                                                                                                                                                                          (2.23)

Cтрум через людину, обумовлений напругою кроку:

                                                         I_h.к.=U_к / R_h.                                                                      (2.24)

Нелінійність потенціальної кривої j (x) призводить до того, що при наближенні людини до заземлювача напруга кроку збільшується (рис. 2.5). Для зменшення небезпеки ураження струмом необхідно зменшити до мінімуму довжину кроку – “гусячий рух”. За межами зони розтікання струму (більше 20 м від місця замикання струму на землю) напруга кроку дорівнює нулю.

Належить відзначити, що умови ураження людини електричним струмом при наявності крокової напруги відрізняються від умов ураження людини напругою дотику. У першому випадку струм йде через груднину, де розташовані серце і легені, а в другому – через ноги. Значна напруга кроку викликає судому в ногах, людина падає, після чого коло струму замикається уздовж всього тіла людини, що, як правило, призводить до негативного наслідку.

Чисельно напруга кроку рівна різниці потенціалів точок, на яких знаходяться ноги людини. При розташуванні однієї ноги людини на відстані x від заземлювача і ширині кроку аможна отримати емпіричну формулу напруги кроку [15]:

                                                   U_к = U_з b₁ b₂ ,                                                                               (2.25)

деU_з– напруга на заземлювачі.

У формулі (2.24) коефіцієнт b₁ –коефіцієнт напруги кроку, який враховує форму потенціальної кривої та залежить від виду заземлювача, відстані від місця замикання на землю (x) і довжини кроку (а):

                                  b₁ = (j_x – j_x+a) / j_з< 1.                                                   (2.26)

Значення b₁  табульовані, аналогічно коефіцієнту напруги дотикуa₁. Другий співмножник – коефіцієнт напруги кроку b₂, який враховує падіння напруги на опорній поверхні ніг (0 £b₂£ 1):

                                           b₂ = 1 / (1 + 6,2r / R_h*) ,                                                  (2.27)

де R_h*– неповний опір кола людини (без врахування опору опорної поверхні ніг).

Сила струму через людину, обумовлена напругою кроку:

                                                   I_h.к.=U_к / R_h .                                                          (2.28)

Як видно з останніх формул, при збільшенні довжини кроку ата зменшенні  питомого опору ґрунту rступінь ураження людини електричним струмом збільшується.

__________________________________________________________________________________________

2.5. Статистика електротравматизму

_____________________________________________________________________________

Споживання первинної енергії та формула стійкого розвитку. Особливості небезпеки електротравматизму. Статистика електротравматизму.

Світове виробництво електроенергії на теперішній час перевищує 0,05% енергії, яку отримує наша планета від Сонця, а до кінця ХХІ століття може зрости до 0,4-0,5% і більше. Це відповідаєспрощеній формулі стійкого розвитку (3-2-1): споживання первинної енергії щорічно зростає приблизно на 2%, валовий світовий продукт (ВСП) щорічно зростає приблизно на 3%, у той же час кінцева енергоємність ВСП знижується у середньому приблизно на 1% за рік[29].

Електрифікація всіх сфер людської діяльності ставить на перший план питання про захист персоналу, які обслуговують електроустановки, а також інших осіб, які можуть підпадати під небезпеку ураження струмом. Небезпека електротравматизму має свої особливості:

- електричний струм неможливо виявити ні за зовнішнім виглядом, ні за звуком, ні за запахом;

- швидкість ураження струмом практично миттєва, тому людина, як правило, не спроможна самостійно звільнити себе від проводів або деталей, які знаходяться під напругою;

- усвідомлення небезпеки відбувається занадто пізно, коли вже не можна самостійно і свідомо вжити дій захисту, оскільки при проходженні небезпечного струму м’язи скорочуються з такою силою, що людина не може самостійно відірватися від струмопровідних частин, а параліч дихальної системи призводить до того, що людина не може покликати на допомогу;

- електричний струм, проходячи через тіло людини, може спричиняти термічну, хімічну, світлову, механічну та біологічну дії.

За статистичними даними, кількість травм, викликаних електричним струмом, становить 11–17 % від загального числа нещасних випадків із смертельними наслідками.

Електротравми в загальному виробничому травматизмі складають 1–1,5 %, а в енергетиці – 3 – 5 %. Проте серед нещасних випадків зі смертельним наслідком електротравми становлять 20 – 40 % на виробництві, а в енергетиці до 60% , займаючи одне з перших місць.

ДВèІз загального числа смертельних випадків до 80 % припадає на експлуатацію електроустановках напругою до 1 кВ, а решта– на електроустановки напругою понад 1 кВ.Останнє пояснюється тим, щоелектроустановки, які працюють під напругою до 1 кВ мають значно ширше розповсюдження, ніж електроустановки напругою понад 1 кВ. Окрім цього, з обладнанням, яке працює під напругою до 1 кВ контактує величезна кількість людей, які зазвичай не зважають на величезну небезпеку електричного струму.

Найбільш електротравм відбувається у сільському господарстві (біля 31 %), далі йдуть: будівництво (біля 16 %), комунальне господарство (біля 9 %), електричні станції, підстанції (біля 8 %), вугільна промисловість (біля 4 %), залізничний транспорт (біля 4 %), хімічна та нафтохімічна промисловість (біля 3 %), зв'язок (біля 3 %), деревообробна та паперова промисловість (біля 3 %), текстильна промисловість (біля 2 %), металургія (біля 2 %).

Електротравми розподілені за обладнанням: електрообладнання підстанцій і мереж (біля 42 %), електропривод (біля 22 %), освітлення (біля 9 %), зварювання (біля 8 %), транспорт (біля 7 %), підйомно-транспортне обладнання (біля 5 %), електроінструмент (біля 3 %).

За видами робіт розподіл електротравм такий: ремонт електричної мережі (біля 41 %), доторкання до голого проводу мережі (біля 28 %), підключення електроустановок (біля 14 %), інші причини (біля 17 %).

За професіями розподіл електротравм такий: електропрофесії (біля 48 %), інші професії (біля 52 %). Таке співвідношення говорить про те, що ймовірність ураження струмом кваліфікованих працівників (електриків, електромонтерів, електрозварювальників, робітників, які обслуговують електрообладнання тощо) значно вища, ніж працівників неелектричних професій. За умовою доторкання: одночасно до двох фаз мережі (біля 10 %), до однієї фази (біля 60 %), до корпусу аварійного електрообладнання (біля 25 %), попадання під напругу кроку (біля 5 %). Більш детальне висвітлення питань виробничого електротравматизму в Україні є в дослідженні [23]. Зазначимо, що широка електрифікація сфери побуту призвела до того, що електротравматизм зі літальним наслідком поза виробництвом та сферою обслуговування займає вагоме місце в загальному травматизмі. Причина цього криється в людському чиннику [33] (див. табл. 2.2).ƒ