7. ZASADY BEZPIECZNEJ OBSŁUGI URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH

7.1. Oddziaływanie prądu na organizm ludzki

W procesie obsługi urządzeń elektrycznych mogą pojawiać się sytuacje, w których na obudowie, nie będącej normalnie pod napięciem, może wystąpić niebezpieczne dla zdrowia i życia użytkownika napięcie elektryczne względem ziemi (np. wskutek uszkodzenie izolacji elektrycznej). W takiej sytuacji dotknięcie obudowy przez osobę obsługującą urządzenie, może spowodować przepływ przez jej ciało prądu doziemnego, mogącego spowodować w organizmie tej osoby zespół zmian chemicznych i biologicznych, niebezpiecznych dla zdrowia, a niekiedy nawet życia. Mówi się wtedy o porażeniu prądem elektrycznym.

Skutki działania prądu elektrycznego na organizm człowieka zależą od wielu czynników, takich jak natężenie prądu przepływającego przez ciało, częstotliwości tego prądu, czasu jego przepływu, drogi przepływu, a nawet od stanu fizycznego i psychicznego. Przy porażeniu trwającym mniej niż 0,2 sekundy człowiek jest praktycznie jednakowo podatny na wpływ prądu zmiennego i stałego. Jednak przy czasach porażenia większych od 0,2 sekundy, wrażliwość ta jest wyraźnie większa dla prądu zmiennego. Wiąże się to z różnym progiem migotania komór serca dla prądu stałego i zmiennego. Próg ten jest wielokrotnie wyższy dla prądu stałego.

W wyniku badań skutków porażenia człowieka prądem ustalono, że jako niebezpieczny dla zdrowia i życia należy traktować długotrwały przepływ prądu zmiennego o natężeniu 25 mA. Takie natężenie może już spowodować zatrzymanie akcji serca i zgon.

Jeżeli chodzi o wpływ drogi przepływu prądu na skutki porażenia, to jako najbardziej niebezpieczny uznaje się przepływ prądu przez głowę, a następnie przepływy drogami obejmującymi serce, tj. od lewej ręki do stóp lub od jednej ręki do drugiej.

W celu uwrażliwienia osób wykonujących prace związane z elektrycznością na potencjalne niebezpieczeństwo, niżej podano skutki, jakie powoduje przepływ prądu zmiennego (50 Hz) o różnych natężeniach, przepływającego między ręką a stopami człowieka. I tak:

• prąd o natężeniu 1 mA - jest praktycznie niewyczuwalny (średnia wartość progu reakcji człowieka wynosi około 0,5 mA),

• prąd o natężeniu kilku do 15 mA - powoduje skurcze mięśni palców i ramion (przy prądzie około 15 mA występują trudności z uwolnieniem dłoni spod napięcia),

• prąd o natężeniu 15 mA do 25 mA - powoduje ból, a skurcz mięśni dłoni nie pozwala uwolnić się spod napięcia, po kilkudziesięciu sekundach następuje wstrzymanie oddechu,

• prąd o natężeniu 25 mA do 75 mA - powoduje bardzo silne skurcze mięśni, i utratę przytomności, nieregularne bicie serca; po kilkunastu sekundach występuje niebezpieczne dla życia migotanie komór serca,

• prąd o natężeniu powyżej 75 mA - już po 1 sekundzie powoduje szok, utratę przytomności i migotanie komór serca, co może doprowadzić do śmierci porażonego,

• prąd o natężeniu powyżej kilkuset miliamperów powoduje oparzenia ciała.

Na rys.7.1 przedstawiono schematyczny przepływ prądu przez ciało człowieka, który dotykając obudowy niezabezpieczonego silnika (brak uziemienia lub połączenia z przewodem ochronnym) z uszkodzoną izolacją jednej z faz silnika, znalazł się pod wpływem napięcia fazowego.

Rys.7.1. Schemat obwodu rażenia prądem elektrycznym [5]

Dotknięcie obudowy silnika ręką, spowoduje przepływ prądu rażenia
, zamykającego się w obwodzie złożonym z uszkodzonej fazy silnika, obudowy, ciała człowieka, ziemi oraz uziemienia punktu neutralnego transformatora. Natężenie tego prądu jest określone wzorem

(7.1)

przy czym:
- napięcie fazowe sieci rozdzielczej,

- rezystancja naskórka,

- rezystancja ciała,

- rezystancja przejścia między stopami i ziemią,

- rezystancja uziomu transformatora.

Rezystancja uziomu
jest znacznie mniejsza od pozostałych rezystancji. Rezystancja naskórka
zależy od wilgotności naskórka. W stanie suchym wynosi około 100
i szybko zmniejsza się wraz ze zwiększeniem wilgotności i uszkodzeniem naskórka, dochodząc nawet do zera. Najmniejsza wartość rezystancji ciała wynosi około 1000 Ω.

W najbardziej niesprzyjających warunkach (
,
,
,
), zgodnie z wzorem 7.1, przez ciało człowieka popłynie prąd 25 mA już przy napięciu 25 V. Zatem taka wartość napięcia dotykowego jest uznawana za wartość bezpieczną.

7.2. Ochrona przed porażeniem elektrycznym

W celu zapobieżenia porażeniom personelu obsługującego, wszystkie urządzenia elektryczne oraz zasilające je instalacje elektryczne, powinny być wykonane zgodnie z obowiązującymi przepisami. Podstawowym dokumentem w tej dziedzinie jest Polska Norma PN-HD 60364-4-41 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przed porażeniem elektrycznym.

Metody i środki ochrony przed porażeniem elektrycznym można podzielić na organizacyjne i techniczne.

Do pierwszej grupy zalicza się odpowiednią organizację pracy, szkolenie personelu, odpowiednie instrukcje obsługi, stawianie wymagań kwalifikacyjnych personelowi oraz wyposażenie personelu obsługującego w odpowiednie środki ochrony.

Metody i środki ochrony technicznej określa wyżej wymieniona norma PN-HD 60364-4-41. Norma ta wprowadza podział wszystkich środków ochrony na:

• środki ochrony podstawowej (ochrony przed dotykiem bezpośrednim),

• ochrony przed uszkodzeniami (ochrony przed dotykiem pośrednim),

• środki ochrony uzupełniającej.

Środki ochrony podstawowej mają zabezpieczać przed zagrożeniami, powstającymi przy dotknięciu elementów, z n a j d u j ą c y c h się pod napięciem. Działanie tych środków polega na uniemożliwieniu przepływu prądu elektrycznego przez ciało człowieka lub na ograniczeniu tego prądu do wartości bezpiecznych. Ochronę tego typu uzyskuje się poprzez izolowanie części czynnych lub przez stosowanie obudów, osłon, ogrodzeń itp., a także poprzez umieszczanie części przewodzących prąd poza zasięgiem rąk.

Środki ochrony przed zagrożeniami, mogącymi wystąpić w przypadku uszkodzeń, mają za zadanie zabezpieczyć obsługę przed zagrożeniami, powstającymi w wyniku dotknięcia dostępnych elementów przewodzących, m o g ą c y c h s i ę z n a l e ź ć pod napięciem wskutek uszkodzenia izolacji oraz przed występowaniem niebezpiecznych napięć dotykowych. Odbywa to się bądź poprzez uniemożliwienie przepływu prądu rażeniowego przez ciało człowieka lub ograniczenie tego prądu do wartości bezpiecznej, bądź przez spowodowanie szybkiego przerwanie przepływu prądu, poprzez samoczynne odłączenie zasilania.

Norma PN-HD 60364-4-41 zaleca stosowanie środków ochrony, będących kombinacją środka ochrony podstawowej i niezależnego środka ochrony przed zagrożeniami występującymi przy uszkodzeniu lub środków stanowiących zarówno ochronę podstawową jak i ochronę przy uszkodzeniu. W specjalnie niebezpiecznych warunkach powinno się stosować ochronę uzupełniającą. W każdej instalacji powinien być zastosowany (jeden lub więcej) środek ochrony, uwzględniający wpływ czynników zewnętrznych.

Bardziej szczegółowe wiadomości na temat ochrony przeciwporażeniowej poszczególnych rodzajów urządzeń elektrycznych zostaną omówione szerzej w ramach przedmiotów specjalistycznych.

---