电对人体的危害方式有两种:人体的不同部位接触有电位差的带电体,电流通过人体时发生的;在带电设备附近工作时,尽管人体并未接触带电体,也可能有风吹、针刺等不适状况出现,这是空间电场引起的。
1.电流对人体的危害
(1)人体电阻
人体电阻因人而异,且不同的情况下其数值会变化。皮肤潮湿和出汗会使人体电阻降低;人体通过电流时电阻也会发生变化,接触的电压越高,通过的电流越大,通电的时间越长,人体电阻也会降低。带电作业时,人体电阻一般按1 000Ω考虑。
(2)人体电流
如果人体被串接于闭合电路中,人体中就会流过电流,其大小按计算。Zr为人体的阻抗,包括人体内阻抗和皮肤阻抗两部分。人体内阻抗大部分是电阻,仅有一小部分的电容分量。皮肤阻抗可看作是一个阻容网络,随电压、频率、电流持续时间、接触面积、接触压力、皮肤湿度和温度的变化而变化。
(3)电击
电击对人体造成损伤的主要因素是流经人体的电流大小,一般分为暂态电击和稳态电击。
①暂态电击
暂态电击是人接触电场中对地绝缘的导体的瞬间,积累在导体上的电荷以火花放电的形式通过人体对地突然放电。放电电流变化复杂,通常都以火花放电的能量来衡量其对人体产生危害的程度。表1-3-1为人体对暂态电击产生生理反应的能量阈值。
表1-3-1 人体对暂态电击产生生理反应的能量阈值(mJ)
②稳态电击
人体对工频稳态电流的生理反应分为感知、震惊、摆脱、呼吸痉挛和心室纤维性颤动。人体对稳态电击产生生理反应阈值见表1-3-2。
表1-3-2 人体对稳态电击产生生理反应的电流阈值(mA)
心室纤维性颤动被认为是电击引起死亡的主要原因,电流经中枢神经系统反射引起心室颤动。超过摆脱阈值的电流,可能致命。必须采取措施限制通过人体的电流,使其小于引起人体伤害电流的最小值,确保人身安全。
绝缘工具的电阻远大于人体电阻,利用绝缘工具可有效减小通过人体的电流。
(4)电流对人体的伤害
①热
电流通过人体时,因为有人体电阻,产生热效应,造成接触部位的皮肤烧(灼)伤或局部出现炭化。
②电光
发生弧光放电时,产生不可见光、红外线对眼睛造成伤害,表现为角膜炎或结膜炎。
③化学
电流通过人体,会产生化学效应,引起人体内部组织发生电解现象,造成电烙印或皮肤金属化,严重时可能引起人体机能失常。
④辐射
磁场能量对人体有辐射,导致工作人员感觉头晕、乏力和神经衰弱等不适。
⑤生理
电流通过人体内部,会对人体产生强烈刺激,可能会发生肌肉收缩痉挛等症状。
⑥其他
其他伤害有接触触电等。主要有高压电弧触电和高压跨步触电等。
2.绝缘工具及绝缘子泄漏电流(www.daowen.com)
(1)绝缘工具的泄漏电流
绝缘材料在电场作用下,有电流流过,该电流称为泄漏电流。绝缘工具上的泄漏电流主要指沿绝缘材料表面流过的电流,由绝缘介质本身及外来杂质的离子移动所引起。
在间接作业中,作业人员使用绝缘工具时,人体与绝缘工具串联,流过绝缘工具的泄漏电流全部流经人体。绝缘工具的电阻远远大于人体电阻,因而,流经人体的电流主要由绝缘工具的电阻大小决定。
(2)绝缘子串的泄漏电流
干燥洁净的绝缘子串,单片绝缘子的绝缘电阻在500MΩ以上,电容小,阻抗值高,泄漏电流不超过几十微安。但当空气湿度较大时,绝缘子表面泄漏电流可达毫安级。因此,带电摘除绝缘子挂点或横担侧绝缘子时,地电位作业人员需穿着全套屏蔽服。
3.电场对人体的危害
自然界中存在着正、负两种电荷,电荷周围存在着电场,相对于观察者是静止的,且电量不随时间而变化的电场为静电场。在直流电压下,两电极之间的电场就是静电场。瞬间的工频电场也可以近似地按静电场考虑。
带电作业中,所遇到的电场几乎都是不对称分布的极不均匀的电场。作业人员与带电体及大地之间,构成了各种各样的电极结构。主要的电极结构有:导线-人与构架、导线-人与横担、导线与人-构架、导线与人-横担、导线与人-导线等。由于带电作业现场环境和带电设备布局的差异性、带电作业工具和作业方式的多样性、人在作业过程中位置的变化等因素,人在带电作业中所处的电场变化多端。
电场的不均匀程度与电极形状和极间距离有关。在相同电极形状的条件下,极间距离增大,电场不均匀程度随之增加。对于空气介质,电场的不均匀程度可由间隙击穿前在高压电极周围是否发生电晕为依据。击穿前没有电晕现象为稍不均匀电场,击穿前发生电晕现象则为极不均匀电场。
自导线至地面的空间电场分布是极不均匀的。图1-3-3为按单根导线平行地面架设的最理想状态按理论计算出的电位分布情况。由于电场强度对地高度间存在指数函数关系,因此在靠近导线附近3%~9%的区域内是高电位区,其相应的场强分布规律是相同的。
图1-3-3 单根导线平行地面架设时电位分布情况
图1-3-4为人体处于导线与地面间空间内的电位分布图。电力线的密度头顶和脚跟较大,其他部位有少量密度很低电力线。所以,作业人员在导线附近作业时,沿着电场纵向的人体凸出部位,其体表场强一定较高,其他部位体表场强不高。
工频强电场对人体的影响,可分为短时效应和长期效应。工频强电场对人体的长期效应是大家最关心的问题。1982年,世界健康组织关于输电系统产生的电磁场对人体健康影响的研究表明,场强至20kV/m不会有害健康。我国相关试验单位的研究结果表明,40kV/m时未发现对动物的生物机能带来影响;当场强到100kV/m时,会出现对动物的生物机能带来影响;当电场强度超过240kV/m时,相当于人体体表有0.08μA/cm2的电流流入肌体,裸露的皮肤上开始感觉到有风吹感,其原因是电场中带电体的尖端附近的气体游离和移动;场强继续增加时,会有蛛网感、异声感、针刺感。蛛网感,这是强电场引起电荷在汗毛上集聚,使之竖起牵动皮肤形成的一种感觉。所以,人体皮肤对表面局部场强的电场感知水平一般为240kV/m。
图1-3-4 人体处于导线与地面空间内的电位分布图
4.静电感应对人体的危害
(1)静电感应现象
工频电场可以视为静电场,当导体处于电场中,因静电感应使导体表面产生感应电荷。感应电场与原来的电场叠加,使原来的电场产生畸变。导体所引起电场畸变部分的电场将增大。且导体的曲率半径越小,其表面的电场强度增大越多。
(2)表征静电感应的物理量
电场强度、感应电压、感应电流。
(3)由静电感应引起的电击
带电作业人员开展地电位作业和中间电位作业时,可能会因为静电感应遭受电击。通过现场实际测量,当作业人员处在220kV线路铁塔平口距中导线1.6m处时,感应电压高达800~1 700V。感应电压通过裸露部位对接地体放电的一瞬间,瞬间暂态电流值较大,远超过1mA人体感知水平,可能造成高处坠落的意外人身事故。
①人体对地绝缘
图1-3-5是人体对地绝缘时的情况。人体电阻较小,强电场中可视为导体。当人体对地绝缘时,因静电感应使人体处于某一电位。此时,如果人体暴露部位触及接地体时,人体感应电荷会通过接触点对接地体放电,把这个现象称为电击。当放电能量达到一定数值,就会使人产生刺痛感。作业人员穿绝缘鞋攀登至铁塔窗口附近时就属于这种情况,因离带电导线较近,感应电荷较多,此时触摸塔材,手就会产生放电刺痛感。
图1-3-5 人体对地绝缘的情况
②人体处于地电位
图1-3-6是人体处于地电位时的情况。对地绝缘的金属物体在电场中因静电感应而积累一定量的电荷,并使其处于某一电位。如果处于地电位的作业人员用手去触摸金属体,感应电荷通过人体对地放电,会使人遭受电击。地面作业人员在强电场中触摸悬空吊起的大件金属工具或停电设备上的金属部件时都属于这种情况。
图1-3-6 人处于地电位的情况
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