Безопасное обращение с электричеством

Почему-то сложилось так, что о страшном влиянии электрического тока на человеческий организм пишется не в учебниках физики [см., например, 1–3], а только в специальной литературе для электриков-профессионалов, да в различных материалах по технике безопасности. А ведь это надо знать всем, даже тем, кто по своей специальности и образованию очень далёк от электричества – ведь все мы пользуемся бытовыми электрическими приборами. Приведу выдержки из «Справочника по технике безопасности» П.А.Долина [4]:

«При прохождении тока частотой 50 Гц через тело человека по пути рука–рука или рука–нога (значения токов дано в миллиамперах):

0,6–1,5 мА. Начало ощущения – слабый зуд, покалывание кожи под электродами.
8–10 мА. Сильные боли и судороги во всей руке, руку трудно, но ещё можно оторвать от электродов.
20–25 мА. Судороги мышц настолько значительны, что человек не в состоянии их преодолеть, не может разжать руку, в которой зажата проводящая часть, сильные боли, дыхание затруднено.
100 мА. Фибрилляция или остановка сердца через 2–3 секунды, а ещё через несколько секунд – паралич дыхания».

Скрипач, встав на табуретку, выворачивает перегоревшую электрическую лампочку, и в руках может оказаться стеклянный баллон, оторвавшийся от металлического цоколя лампочки. При попытке извлечь цоколь из патрона (рукой или плоскогубцами с неизолированными ручками) он может попасть под напряжение со всеми вытекающими отсюда последствиями. Четырнадцатилетний школьник хозяйничает на кухне до возвращения родителей с работы. Пытаясь согреть электрочайник, он нечаянно проливает воду на основание чайника. В центре этого основания расположены разнополярные контакты, находящиеся под напряжением. Мальчик пытается вытереть пролитую воду и с достаточной долей вероятности оказывается под напряжением. Женщина на кухне, обнаружив, что электротостер не функционирует, замечает, что он начинает разогреваться, если включённый в розетку шнур слегка пошевелить. И она занимается этими манипуляциями до тех пор, пока одна из жил шнура не отламывается и оголённым концом не задевает её руку. Порой подобные операции приводят к смертельному поражению электрическим током.

Во всех странах отслеживается частота смертельного электротравматизма (ЧСЭТ), определяемая как отношение числа случаев смертельного электротравматизма к численности населения той или иной страны. Профессор Р.В.Карякин приводит следующие данные: в 1952 г. ЧСЭТ в России составляла 3,1•10^–6, в Германии 3,0•10^–6 [5]. В Германии с тех пор ЧСЭТ существенно уменьшилась, а в России, наоборот, продолжает неуклонно расти. Сложившаяся ситуация объясняется главным образом техническими недостатками, устранение которых в настоящее время форсируется, однако не может не зависеть и от недостаточной осведомлённости населения об опасности электрического тока в различных конкретных ситуациях.

Тело человека является резистором, обладающим сопротивлением, и способно проводить электрический ток [6]. Электрическое сопротивление тела складывается из внутреннего сопротивления (без учёта сопротивления кожи), которое может быть малым (до ~1000 Ом), и сопротивления кожи на входе и выходе. сопротивление неповреждённой кожи (без царапин и трещин) значительно больше, чем внутреннее. Однако при относительно небольшом напряжении верхний тонкий роговой слой кожи может быть пробит, и её защитные свойства исчезнут. Мокрая и потная кожа, с царапинами и другими повреждениями обладает значительно более слабыми защитными свойствами. Сопротивление тела зависит также от размера поверхности соприкосновения, характера состояния пострадавшего и других факторов.

Рассмотрим два случая подсоединения человека к источнику электрического тока:

1. Стоящий на земле человек одной рукой касается одного полюса источника, а другой – другого. Образуется замкнутая цепь, и через тело протекает электрический ток.

2. Человек касается рукой только одного полюса.

С точки зрения учебника физики замкнутой цепи для тока во втором случае нет, и человек как будто не подвергается опасности. Однако на практике, как бы ни была хороша изоляция токоведущих частей сети от земли, она всё же неидеальна, и по ней может протекать некоторый ток, именуемый током утечки. С учётом сказанного вторая схема будет выглядеть, как показано на рисунке. На самом деле ток утечки равномерно распределён по всей длине кабелей (проводов). Условно же его сопротивление утечки можно показать с помощью резисторов r¹ и r². Согласно этой схеме, через тело человека при прикосновении даже к одному полюсу протекает электрический ток.

Я до сих пор помню испуг, смешанный с удивлением, когда один из авторов, тогда ещё молодой специалист, получил электрический удар, прикоснувшись одной рукой к шине генератора постоянного тока. Удивление, видимо, было вызвано тем, что в сознании где-то отложилось: «Прикосновение к одному полюсу (отсутствие замкнутой цепи) вполне безопасно».

Пока мы рассматривали варианты с источником постоянного тока. В быту же, как правило, используются источники переменного тока, стандартное напряжение которых в России обычно не превышает 220 В. При этом схема, рассмотренная выше, остаётся той же, но увеличивается ток утечки за счёт появления емкостно1го сопротивления. Сетевое напряжение 220 В в жилых зданиях получается путём трансформации из более высокого (10 кВ и более). Поэтому источник переменного тока обозначим обмоткой трансформатора.

В большинстве стран, в том числе и в России, для электроснабжения жилых и общественных зданий используют трёхфазную систему с глухо заземлённой нейтралью. На рисунке изображена схема источника электрического тока применительно к отдельной квартире. В такой схеме протекание тока при прикосновении человека даже к одному полюсу возможно и при полном отсутствии токов утечки.

Схема

Самая распространённая нагрузка бытовой цепи – электрическая лампа. Существует правило: устанавливать выключатель (К) только в фазном проводе (ФП). Тогда при отключённом выключателе перегоревшую лампу можно пальцами вывернуть из патрона, не подвергаясь опасности попадания под напряжение, – прикасаться руками к металлической юбке патрона в этом случае вполне безопасно. Однако это правило введено недавно. Для облегчения его выполнения изоляция фазного (ФП) и нулевого (НП) проводов должна иметь разную расцветку. Следует, однако, помнить, что большинство электропроводок, главным образом в старых домах, выполнено до введения этого правила, так что конкретный выключатель может оказаться установленным в нулевом проводе. Внешне это никак не проявляется, но человек, решивший, что размыканием выключателя обезопасил себя, при работе с патроном лампы рискует оказаться под напряжением!

В случае же нестационарного подключения (например, к розетке настольной лампы или торшера) ошибочное подключение вообще непредсказуемо. Но есть хотя бы возможность обезопасить себя следующим образом: все манипуляции с лампой и патроном должны выполняться при видимом разрыве цепи, для чего надо предварительно выдернуть вилку из розетки сети.

Величина тока в электрической цепи определяется законом Ома. Например, сопротивление обычных ламп накаливания сравнительно велико (сотни ом), поэтому сила тока в них получается малой (десятые доли ампера). Если, исключив нагрузку, соединить провода между собой, получим существенно меньшее сопротивление, и ток может стать весьма большим. Это режим короткого замыкания. Развивающиеся при этом большие токи очень быстро раскаляют провода, что может вызвать возгорание. По данным специалистов, более трети всех пожаров происходит по причине возгорания электропроводки [7].

Для защиты от короткого замыкания применяются предохранители с плавкими вставками и автоматические выключатели. В предохранителе в качестве чувствительного элемента используется отрезок откалиброванной тонкой проволоки, быстро сгорающий (расплавляющийся) при коротком замыкании и разрывающий тем самым цепь тока. Чувствительным элементом автоматического выключателя являются электромагнитное и биметаллическое устройства. В жилых помещениях в основном применяются предохранители и автоматические выключатели резьбового типа (пробочные). Они вворачиваются в патрон квартирного щитка аналогично лампам накаливания с резьбовыми цоколями (патронами).

Необходимо уделять особое внимание электропроводке жилого помещения. Нагрев, а также старение изоляции проводов приводит к её разрушению, что может вызвать увеличение тока утечки между проводами. В некоторых случаях этого достаточно, чтобы вызвать пожар. Для локального возгорания достаточно небольшой мощности – всего 40–60 Вт [7].

Нередко электросети в жилых помещениях очень старые. При их проектировании не учитывался современный набор применяемых в быту электроприборов. Добавление электрочайников, печей СВЧ, стиральных машин, ростеров, тостеров, кипятильников большой мощности, холодильников, соковыжималок, утеплителей полов в кухнях, ванных и туалетах может перегрузить электросеть и привести к пожару. Поэтому:

При любых работах в квартирной электросети необходимо предварительно вывернуть и вынуть пробки и (или) автоматические выключатели.
Правильно выбирайте плавкие вставки к предохранителям и не применяйте самоделки (жучки), которые могут привести к пожару.
Не оставляйте открытыми электровыключатели, розетки, распределительные коробки.
Всегда сначала подключайте шнур к прибору и только затем к сети (к розетке).
Не вытирайте пыль с приборов, включённых в сеть.
Не наполняйте водой электрочайники и кофеварки в подключённом к сети состоянии.
Тщательно следите за нагрузкой электросети своей квартиры по показаниям счётчика и при необходимости обращайтесь за советом к соответствующим службам жилищного комплекса.

Литература

1. Пёрышкин А.В., Родина Н.А. Физика-8. – М., 1993.
2. Мякишев Г.Я. и др. Физика-10. Физика-11. – М.: Просвещение, 1998.
3. Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики. Т. 2. Электричество и магнетизм. – М., 1957.
4. Долин П.А. Справочник по технике безопасности. – М., 1982.
5. Карякин Р.Н. Заземляющие устройства электроустановок: Справочник. – М., 2000.
6. Найфельд М.Р. Что такое заземление и защитные меры безопасности. – М., 1966.
7. Душкин Н.Д., Монахов В.К., Старшинов В.А. Рекомендации по проектированию, монтажу и эксплуатации электроустановок зданий при применении устройств защитного отключения. – М.: Изд-во МЭИ, 2001.