Основы электробезопасности

Основы электробезопасности

Насыщенность современных лабораторий электрооборудованием чрезвычайно высока. Прежде всего следует отметить используемые в качестве основных источников тепла различные электронагревательные приборы мощностью от нескольких ватт до десятков киловатт, в том числе электроплитки, сушильные шкафы и термостаты, электропечи, приборы для выпаривания, перегонки и высушивания с электроподогревом и т. д. (см. гл. 6). Разнообразны применяемые в лабораториях электродвигатели как малой мощности, например для лабораторных мешалок, так и мощные — для механических вакуумных насосов (до 1,1 кВт), центрифуг (до 2,0 кВт) и ультрацеитрифуг (до 7,5 кВт), компрессоров. Во многих лабораториях широко используются источники электрического тока, в том числе гальванические элементы и батареи, аккумуляторы, преобразователи тока, блоки питания. Потребляют электроэнергию также различные источники света, многочисленные приборы для оптического, спектрального, .рентгеноструктурного, хроматографического и других видов анализа, приборы и-машины для механических испытаний

Источники опасности

Высокая опасность поражения персонала химических лабораторий электрическим током определяется рядом факторов. Широкое распространение электрических приборов в повседневной жизни привело к общему повышению грамотности в вопросах электробезопасности. Теперь, пожалуй, нет необходимости убеждать кого-либо в недопустимости установки «жучков» или необходимости изоляции токоведущих проводов. С другой стороны, именно привыкание человека к постоянному обращению с электрооборудованием и создает чрезвычайно опасную иллюзию сравнительной безопасности электрического тока' [29]. Широко распространено мнение, что ток напряжением 220 В и ниже не представляет опасности для жизни. Это мнение подкрепляется «личным опытом»: практически каждый взрослый .человек неоднократно получал удары током без какого-либо вреда для здоровья. Недооценка опасности приводит к пренебрежительному отношению к правилам техники безопасности, а нередко и "к преднамеренному их нарушению. Это недопустимо, так как химические лаборатории по степени опасности поражения людей электрическим током относятся к помещениям с повышенной опасностью, а нередко — к особо опасным. Особая опасность обусловлена возможностью воздействия на электрооборудование химически активной среды.

В очень тяжелых условиях эксплуатации находится аппаратура, работающая внутри вытяжных шкафов,— сушильные шкафы, электроплитки, ЛАТР, электромоторы. В ходе реакций или через неплотности в укупорке в объем вытяжного шкафа могут выделяться чрезвычайно вредные для электрооборудования кислые газы и пары — оксиды азота, галогеноводороды, оксид серы(П), а из хромовой смеси — летучий оксид хрома (111). К быстрому выходу из строя электрических приборов приводят брызги электролитов, органических растворителей, агрессивных жидкостей, а также водяные пары, в больших количествах образующиеся, например, при использовании кипящих водяных бань.

Опасность поражения людей электрическим током при работе в вытяжных шкафах повышается в связи с возможностью одновременного прикосновения к металлическим корпусам электрооборудования и заземленным водопроводным и газовым коммуникациям.

Постоянный источник опасности в химических лабораториях — самодельные электроприборы. Поскольку промышленность не обеспечивает полностью потребности химиков в оборудовании, было бы нецелесообразно запрещать самостоятельное изготовление некоторых приборов. Удобны снабженные электоической обмоткой приборы для определения температуры плавления, электрообогреваемые приборы для перегонки твердых веществ, ректификационные колонки и колонки для сушки газов гранулированным адсорбентом, погружные электронагреватели для масляных бань и жидкостных термостатов и т. д. [11]. Однако изготовление и ремонт подобного оборудования нужно поручать квалифицированным электрикам, хорошо знакомым с условиями эксплуатации приборов.

Статистические данные о несчастных случаях при работе с электрическими приборами в лабораториях практически отсутствуют. Хотя доля электротравм в числе прочих причин, вызвавших временную потерю трудоспособности, в разных лабораториях различна, в среднем они занимают третье место после химических ожогов и порезов стеклом. Нельзя не считаться также с высокой вероятностью смертельного исхода при действии электрического тока на организм человека.

Необходимый уровень электробезопасности может быть достигнут только при проведении комплекса взаимосвязанных мероприятий, направленных не только на совершенствование защитных средств и повышение надежности электрооборудования, но также на обучение работников правилам безопасной работы с электрическими приборами и повышение квалификации обслуживающего персонала.

Действие электрического тока на организм человека

При действии электрического тока на человека могут иметь место поражения двух видов: электротравмы и электрические удары.

Электротравмами называются местные повреждения тканей организма, вызванные воздействием электрического тока или электрической дуги. Наиболее характерной разновидностью электротравм являются электрические ожоги, обусловленные термическим воздействием тока или электрической дуги. К электротравмам относят также электрические знаки, металлизацию кожи, электрофтальмиюляющиеся следствием резких судорожных .движений под действием тока.

Электрический удар представляет собой резкое возбуждение живых тканей проходящим через организм током. В зависимости от силы воздействия электрические удары принято условно подразделять на четыре степени:

1. судорожное сокращение мышц без потери сознания;
2. потеря сознания  при сохранении дыхания;
3. потеря сознания, нарушение дыхания и/или сердечной деятельности;
4. клиническая смерть, возникающая в результате прекращения дыхания, прекращения работы сердца или электрического шока, т. е. поражения центральной нервной системы.

Исход поражения электрическим током зависит от разных причин, многие из которых в настоящее время еще недостаточно изучены. К числу важнейших факторов следует отнести:

• параметры тока и электрической цепи — род тока,
• частота, напряжение;
• условия поражения — путь тока в теле, время его
• действия;
• физиологическое и психологическое состояние организма в момент поражения — влажность кожи, пол, возраст, болезни, утомление, ослабление внимания;
• факторы внешней среды — температура, влажность, атмосферное давление, парциальный состав воздуха, электрические и магнитные поля, загрязнение воздуха.

Однако, даже зная точные численные значения каждого из факторов, предсказать результат воздействия тока на организм можно только с определенной степенью вероятности. Это неудивительно, если учесть, что живой организм представляет собой чрезвычайно сложную систему. Даже в специальной медицинской литературе нет единого мнения относительно механизмов поражения электрическим током, противоречивы оценки влияния различных факторов на исход поражения [32].

При решении вопросов электробезопасности важно тока на организм, а на минимальные, пороговые значения тока, напряжения и других параметров цепи, которые при неблагоприятных условиях смогут оказаться причиной поражения.

Наибольшую опасность представляет переменный ток низкой частоты, в том числе ток промышленной частоты— 50 Гц. Пороговые значения для постоянного тока в 3—5 раз выше, чем для переменного частотой 50 Гц. Так, пороговый ощутимый ток при частоте 50 Гц составляет 0,5—1,5 мА, при частоте 10 кГц — около 30 мА, а для постоянного тока 5—7 мА.

Теки на уровне порогового ощутимого не представляют непосредственной опасности для здоровья. Однако неожиданное воздействие таких токов на работающего человека при неблагоприятных обстоятельствах может вызвать опасные вторичные эффекты. Даже легкий неожиданный удар током вызывает непроизвольное отдергивание рук, что может привести, например, к поломке стеклянной аппаратуры, к проливу огнеопасных или агрессивных жидкостей. Из сказанного следует сделать вывод: в условиях химической лаборатории опасно воздействие на человека любого ощутимого тока.

Очень важной величиной является пороговый не-отпускающий ток, то есть минимальный ток, прохождение которого через кисть руки вызывает настолько, сильные судорожные сокращения мышц, что человек не может самостоятельно освободиться от зажатого в руке проводника. Средние значения порогового неот-пускающего тока частотой 50 Гц для взрослых мужчин составляют 15 мА. Во многих инструкциях переменный ток силой до 15 мА.считается безопасным. Даже если учитывать только непосредственную опасность действия электрического тока на организм и исключить возможность вторичных эффектов, с такой оценкой все равно нельзя согласиться.

Во-первых, для женщин значение порогового неот-пускающего,тока уменьшается в среднем на 30% и составляет 10 мА. Было бы несправедливо не принимать во внимание особенности организма женщин при рассмотрении вопросов электробезопасйости, тем более, что они составляют большую часть персонала современных лабораторий.

Во-вторых, как уже было сказано, средние значения поражающих факторов не годятся в качестве критериев при решении проблем безопасности. В 50% случаев пороговьде неотпускающие токи оказываются меньше средних значений, например, для 0,5% мужчин границей неотпускающего тока (50 Гц) служит ток, равный 9 мА, для женщин — 6 мА.

Можно ли считать, что протекание тока силой менее 6 мА через организм человека вполне безопасно? Ни в коем случае! Пороговые значения неотпускающе-го тока определяются экспериментально — при этом испытуемый держит электрод в руке. На практике электрическая цепь далеко не всегда возникает,по схеме ладонь—ладонь или ладонь—ноги. Вполне вероятны и в действительности происходят поражения, при которых ток проходит через тыльную часть руки, предплечье или голень. В то же время на теле человека, в том числе на тыльной части рук, имеются чувствительные к току (активные) места. Образование электрических цепей с участием этих уязвимых мест, приводит к тяжелым поражениям и смерти даже при очень малых токах. Важно, что смерть наступает и в тех случаях, когда путь тока не лежит через жизненно важные органы — сердце, легкие, мозг. Зарегистрированы поражения со смертельным исходом при напряжении 220 В и ниже, когда с токоведущими частями соприкасалась только одна рука и путь тока проходил от тыльной стороны руки к ладони или даже с одной стороны пальца на другую.

Если раньше наличие особо чувствительных точек на теле человека оспаривалось, то теперь, когда игло-рефлексотерапия стала признанным методом лечения и обрела научный фундамент, существование участков кожи, уязвимых к действию раздражителей, уже не вызывает сомнения. Таким образом, нормативы и правила электробезопасности не вполне отвечают современным знаниям о действии электрического тока на организм.

Особую опасность представляют токи выше пороговых неотпускающих! При протекании через туловище тока силой 25—50 мА (наиболее вероятные пути: рука—рука, рука—ноги) крайне затрудняются дыхание и работа сердца. Если продолжительность деиствия тока не превышает нескольких секунд, дыхание, как правило, нормализуется. Если же пострадавший сам не в состоянии разорвать цепь, а помощь оказать некому (например, пострадавший, нарушая инструкцию, работал в помещении один), вскоре наступает потеря сознания, а через 3—4 мин возможна смерть от удушья. При длительном протекании тока силой 50— 80 мА через область сердца происходят опасные нарушения сердечной деятельности вплоть до фибрилляции. Токи силой 100—150 мА вызывают фибрилляцию серд-,ца и паралич дыхания через 2—3 с.

Приведенным данным не противоречат факты сравнительно благополучных исходов при поражении большими токами. Так, при кратковременном (менее 0,20— 0,25 с) действии тока силой от нескольких сотен мА до 3—5 А решающим фактором, влияющим на исход поражения, является фаза кардиоцикла. В разные пе-риоды кардиоцикла сердце неодинаково восприимчиво к внешним раздражителям. Фибрилляция наиболее вероятна, если электрический удар по времени совпадает с уязвимой для сердца фазой кардиоцикла, составляющей около 150—200 мс. При действии тока на сердечную мышцу вне этого периода фибрилляция менее вероятна.

Токи силой более 5 А, независимо от фазы кардиоцикла, вызывают не фибрилляцию сердца, а одновременное сокращение всех волокон сердечной мышцы и остановку, дыхания. Если действие тока было кратковременным и не вызвало повреждения сердца, то после отключения тока деятельность сердца может восстановиться самостоятельно. Для восстановления дыхания в таких случаях требуется, как правило, применение искусственного дыхания.

Хотя действие электрического тока на организм характеризуется его силой, практически измерить эту величину можно лишь в эксперименте. В условиях реального поражения значения действующих токов могут быть только вычислены, для чего необходимо знать напряжение цепи и сопротивление тела человека. Определение минимального значения сопротивления тела человека необходимо также для решения важнейшего вопроса электробезопасности: каковы минимальные значения напряжений, которые при включении в цепь тела человека могут создать токи, вызывающие опасные поражения.

Сопротивление человеческого тела — величина непостоянная. Наибольшим сопротивлением обладает сухая неповрежденная кожа. На разных участках тела В зависимости от толщины эпидермиса, степени наполнения капилляров кровью, количества потовых желез и других факторов сопротивление кожи колеблется от десятков до сотен килоом.

Огрубевшие или мозолистые участки кожи на ладонях обладают особенно высоким сопротивлением. Поэтому при «включении» человека в сеть напряжением 220 и даже 380 В сопротивление кожи обычно оказывается достаточным, чтобы ограничить ток до таких значений, при которых происходит лишь более или менее сильное раздражение или удар током 1 степени, как правило не причиняющий вреда здоровью. Так, при напряжении 100 В и сопротивлении кожи 100 кОм . через тело пройдет ток около 1мА, который обладает раздражающим действием, но, если он не попадает в активные точки, не смертелен.

Увлажнение кожи резко снижает ее защитные свойства. В условиях лаборатории весьма вероятно загрязнение рук электролитом, что снижает сопротивление Кожи иногда в несколько раз. Такое же действие оказывает увлажнение ладоней в результате потоотделения. Продолжительное воздействие на кожу рук теплой воды (например, при мытье посуды) или высокой влажности (например, при длительной работе в резиновых перчатках) вызывает набухание рогового слоя кожи и снижение сопротивления в десятки раз.

Электропроводимость кожи, как и всего организма в целом, обусловлена не только физико-химическими, но может быть даже в большей степени биофизическими и биохимическими факторами. Так, сопротивление кожи снижается в 2 раза и более под действием физических раздражителей — резкого звука, световой вспышки, легкого удара, а также под влиянием эмоциональных состояний. В несколько раз различается электропроводимость отдельных участков кожи ладоней, что не может быть объяснено только различием в толщине рогового слоя. Наконец, кожа почти полностью лишается своих защитных свойств в результате точечных пробоев, которые могут происходить при напряжениях, превышающих 15—20 В.

Точные оценки электропроводимости внутренних тканей и органов тела весьма затруднительны. Поэтому, учитывая возможность одновременного действия различных неблагоприятных факторов, при решении вопросов электробезопасности за расчетное значение полного сопротивления тела

Путь тока	Напряжение, В:
	до 65	127	220	выше 220
От ладоней к тыльной части руки или к плечу	3,2	2,5	0,8	0,65
От тыльной части руки или плеча к ноге	3,6	2,8	1.2	0,8
От ладони к ногам, от ладони	4,4	3,4	1,6	1,2

человека принимают 1000 Ом. Ниже представлены рекомендуемые [32] расчетные значения сопротивления тела человека (в кОм) при различном напряжении в сети:

Пользуясь этими цифрами, можно рассчитать максимально возможные токи при «включении» человека в сеть с известным напряжением. Так, если человек попадает под полное линейное напряжение 65 В, то при сопротивлении 3200 Ом через руку пройдет ток около 20 мА, который значительно превышает порог неотпус-кающего тока. При неблагоприятном стечении обстоятельств такой ток может оказаться смертельным.

Разумеется, вероятность смертельного исхода от электрического удара в сетях напряжением 65 В и ниже значительно меньше, чем в сети напряжением 220 В, однако она. не равна нулю. Ежегодно регистрируются десятки случаев смертельных поражений не только «сварочным напряжением» 65 В, но и «безопасным» напряжением 36 и даже 12 В. При этом поражающее напряжение, как правило, бывает ниже линейного напряжения сети и в отдельных случаях составляет всего 4—5 В.

Очевидно, было бы целесообразно вообще (Отказаться от терминов «безопасное напряжение» и «напряжение безопасности». Применение этих терминов к напряжениям 65, 36 и 12 В, не являющимся безусловно безопасными, имеет отрицательный психологический  эффект,  снижая   внимание  персонала. ГОСТ 12.1.009—76 квалифицирует термин «безопасное напряжение» как недопустимый.

Во многих случаях замена малых напряжений в помещениях с повышенной опасностью, на напряжение 220 В с одновременным повышением качества изоляции и надежности изготовления оборудования не только оправдана экономически, но привела бы к повышению уровня электробезопасности.

Защита от поражения электрическим током

Поражение людей электрическим током происходит при совпадении следующих обстоятельств:

1. отсутствие или нарушение заземления прибора;
2. появление на корпусе прибора электрического напряжения вследствие замыкания на корпус или пробоя на корпус;
3. одновременное прикосновение к корпусу поврежденного прибора или к токоведущим частям с нарушенной изоляцией и к заземленному оборудованию (другой электроприбор с исправным заземлением, водопроводные или газовые трубы, отопительные батареи) либо ситуация, когда человек прикасается к поврежденному прибору, стоя на влажном полу.

Основными мерами предотвращения поражений электрическим током в лабораториях являются защита от прикосновения к находящимся под напряжением частям электрооборудования и применение защитного заземления. Прочие меры защиты — защитное отключение, применение малых напряжений — имеют ограниченное применение.

Поскольку, как уже было сказано, в условиях лабораторий опасно воздействие на человека любого ощутимого тока, защите от случайного прикосновения подлежат все токоведущие части' независимо от напряжения.

В соответствии с ГОСТ 12.2.0070—75, по способу защиты человека от поражения электрическим током изделия подразделяются на 5 классов.

У изделий класса 0 есть только основная (рабочая) изоляция и нет элементов для заземления или какой-либо  иной  дополнительной  защиты. Рабочая изоляция отделяет находящиеся под напряжением детали от ограждающих металлических частей (корпуса, металлической арматуры и др.) и тем самым обеспечивает нормальное функционирование аппаратуры. Одновременно она выполняет функцию защиты от прикосновений. При повреждении изоляции, что в реальных условиях эксплуатации вполне вероятно, на корпусе электроприбора или других электропроводящих частях может возникнуть напряжение. Нормальное функционирование аппаратуры при этом, как правило, не нарушается и повреждение может оставаться незамеченным до тех пор, пока кто-либо не окажется в цепи тока.

Особенно опасна работа с электрооборудованием класса 0 вблизи от заземленных коммуникаций или заземленных приборов. Категорически запрещается использование в пределах одного рабочего места электроприборов класса 0 и заземленного оборудования.

В большинстве инструкций по технике безопасности содержится требование, согласно которому расстояние от электроприборов до заземленных коммуникаций должно быть не менее 1,5 м [50]. Выполнение этого пункта значительно уменьшило бы опасность, связанную с использованием изделий класса 0, однако в реальных условиях лаборатории это вряд ли возможно. Лабораторные столы- и вытяжные шкафы имеют подводку воды и газа, поэтому работа с электрооборудованием неизбежно проводится в непосредственной близости от заземленных водопроводных и газовых труб. .

Правила электробезопасности для лабораторий не ограничивают использование электрооборудования класса 0. Следует, однако, иметь в виду, что применение электроприборов, в которых единственной защитой от поражения электрическим током служит рабочая изоляции, не исключает возможности поражения работников даже в случае добросовестного выполнения ими всех требований техники безопасности. Такое положение противоречит основным принципам техники безопасности и не может считаться приемлемым. Проблема может быть решена только полной заменой потенциально   опасного   электрооборудования изделиями

Аппаратура, имеющая дополнительную защиту от поражения электрическим током с помощью защитного заземления (или зануления), относится к классам 01 или 1. Изделия класса 01 имеют двухжильный сетевой шнур, а заземление корпуса или других доступных для прикосновения металлических частей осуществляется независимо от подключения к питающей сети. Электроприборы снабжены специальными зажимами для присоединения заземляющего провода, что необходимо сделать до включения прибора в сеть.

Аппараты класса 1 отличаются способом присоединения к системе защитного заземления. Как правило, заземляющий провод проходит в общей оболочке с токоведущими проводами, т. е. приборы имеют трехжиль-ный сетевой шнур и сетевую вилку с заземляющим контактом. К классу 1 относятся и аппараты, рассчитанные на постоянное присоединение к питающей сети, поскольку заземление производится при их установке и не может быть отсоединено без помощи инструмента.

Различие в способах присоединения к цепи защитного заземления обусловливает существенную разницу в -уровнях электробезопасности, обеспечиваемых изделиями классов 01 и 1.

Аппаратура, класса 01 в процессе эксплуатации в результате небрежности, недобросовестности или по случайным причинам может оказаться незаземленной. Поскольку отсутствие заземления не влияет на работу. прибора, он длительное время может оставаться без дополнительной защиты; нарушение изоляции в этом случае может повлечь за собой поражение персонала электрическим током.

Заземление аппаратуры класса 1 происходит автоматически при включении вилки в розетку. Цепь заземления замыкается раньше, чем цепь питания; размыкание происходит в обратном порядке, С точки зрения электробезопасности весьма существенно, что приборы класса 1 не могут оказаться незаземленными, так как вилка с заземляющим контактом не входит в обычную розетку.

Одна из наиболее действенных мер по снижению электротравматизма в лабораториях — перевод всего электрооборудования'на систему заземления по классу 1. Основные трудности при внедрении аппаратов класса 1 связаны с необходимостью одновременного перемонтажа всех сетевых розеток, имеющихся в лаборатории, и штепсельных вилок у приборов класса 01. Существующая практика временной установки в одном помещений розеток с заземляющим контактом и без него облегчает переходный период, но не может быть рекомендована, поскольку при этом существенно снижается уровень электробезопасности — в непосредственной близости могут оказаться включенными приборы классов 0 и 1.

Опыт эксплуатации аппаратуры класса 1 показывает, что переход^на более эффективный способ защиты сам по себе еще не гарантирует высокого уровня электробезопасности. Поражения электрическим током при работе с приборами класса 1 связаны, главным образом, с обрывом заземляющего провода, а также с ошибками при неквалифицированном монтаже сетевой розетки или вилки.

Обрыв заземляющего провода, в отличие от обрыва фазного провода, не приводит к нарушениям в работе прибора и может быть обнаружен либо при профилактическом осмотре или ремонте, либо, в случае повреждения изоляции и замыкания на корпус, после поражения током кого-либо из работников. Если оборванный заземляющий провод касается одного из токоведущих проводов, возникает серьезная опасность, поскольку в этом случае на корпусе прибора появляется фазное напряжение. Появление фазного напряжения может быть следствием ошибки при монтаже вилки или сетевой розетки, если заземляющий провод соединен с то-коведущим контактом. Такие ошибки возможны при починке вилок и розеток неквалифицированными работниками.

Некоторые недостатки используемых в настоящее время пластмасс, прежде всего их недостаточная механическая прочность и термостойкость, ограничивают широкое применение изделий класса 11 в лабораториях. Появление и внедрение в практику новых полимерных материалов приводит к постепенному снижению значения заземления как защитной меры. Можно надеяться, что в недалеком будущем основной мерой защиты от поражения электрическим током станет усиленная изоляция. '

В аппаратах класса 111 защита осуществляется за счет питания от источника низкого-на пряжения (не более 24 В постоянного или переменного тока). Однако в условиях химических лабораторий аппараты этого класса не получили распространения.

При использовании электроаппаратуры любых классов поражения электрическим током так или иначе связаны с повреждением изоляции. Поэтому в системе мероприятий по предупреждению электротравматизма основное внимание должно уделяться контролю изоляции и профилактике ее повреждений.

В особо тяжелых условиях эксплуатации находится изоляция электроаппаратуры, постоянно работающей в вытяжном шкафу. В химических лабораториях нередко используют бытовое электрооборудование: электроплитки, электромоторы и т. п. Их изоляция не рассчитана на воздействие агрессивных химических веществ; поэтому на сетевые шнуры с полихлорвиниловой изоляцией или хлопчатобумажной оплеткой необходимо по всей длине надевать резиновый шланг.

Если в результате неосторожности или аварии находящееся под током электрооборудование (электронагреватель, ЛАТР и т. п.) оказалось облитым водой, а тем более раствором электролита.или органической жидкостью, прибор необходимо немедленно отключить. Вновь приступать к его эксплуатации можно только после тщательной очистки, высушивания и проверки надежности изоляции, то есть практически не ранее чем на следующий день.

Повреждения изоляции у вилки возникают также . вследствие значительных механических нагрузок при выдергивании вилки за шнур, что может привести к обрыву жил. Возникающая в результате обрыва электрическая дуга приводит к перегоранию изоляции, нередко в этом заключается причина болезненных ожогов кистей рук. Починка вилок часто производится неквалифицированными работниками с нарушением элементарных правил, что дополнительно повышает опасность поражения электрическим током.

Опасность повреждения изоляции в месте ввода сетевого шнура в корпус прибора связана с возможностью контакта оголенного провода с электропроводящим корпусом и как следствие — с появлением напряжения на корпусе. От чрезмерного изгиба в месте ввода в корпус прибора и в вилку сетевой шнур должен быть защищен упругой изолирующей втулкой. Если втулка отсутствует, допускается заменить ее отрезком резинового шланга.