Виды воздействия электрического тока на человека

Путь тока.

Поражение будет  более тяжелым, если на пути тока оказываются  сердце, грудная клетка, головной и  спинной мозг. В практике обслуживания электроустановок ток, протекающий  через тело человека, попавшего под  напряжение, идет, как правило, по пути "рука—рука" или "рука—ноги". Однако он может протекать и по другим путям, например, "голова—ноги", "спина—руки", "нога—нога" и др. Степень поражения в этих случаях зависит от того, какие органы человека попадут под воздействие тока, а также от силы тока, проходящего непосредственно через сердце. Так, при протекании тока по пути "нога—нога" через сердце проходит 0,4 % общего тока, а по пути "рука—рука" — 3,3 %. Сила неотпускающего тока по пути "рука-рука" приблизительно в 2 раза меньше, чем по пути "правая рука—ноги".

Род тока

Ток промышленной частоты  является самым неблагоприятным. При  увеличении частоты (более 50 Гц) значения ощутимого и неотпускающего тока возрастают. С уменьшением частоты от 50 Гц до 0 значения неотпускающего тока также возрастают и при частоте, равной нулю (постоянный ток), становятся больше примерно в 3 раза.

Значения фибрилляционного тока при частотах 50-100 Гц равны. С повышением частоты до 200 Гц сила фибрилляционного тока возрастает примерно в 2 раза, а до 400 Гц — почти в 3,5 раза. Повышение частоты питающего напряжения электроустановок применяют как одну из мер электробезопасности.

Окружающая среда.

Влажность и температура  воздуха, наличие заземленных металлических  конструкций и полов, токопроводящей пыли оказывают дополнительное влияние  на условия электробезопасности. 

Степень поражения  электрическим током во многом зависит  от плотности и площади контакта человека с токоведущими частями. Во влажных помещениях с высокой  температурой или в наружных электроустановках  складываются неблагоприятные условия, при которых площадь контакта человека с токоведущими частями  увеличивается. Наличие, заземленных  металлических конструкций и  полов создает повышенную опасность  поражения вследствие того, что человек  практически постоянно связан с  одним полюсом (землей) электроустановки. В этом случае любое прикосновение  человека к токоведущим частям сразу  приводит к двухполюсному включению  его в электрическую цепь. Toкoпроводящая пыль также создает условия для электрического контакта как с токоведущими частями, так и с землей.

Электрическое сопротивление  тела человека

Сила тока Iч, проходящего через какой-либо участок тела человека, зависит от подведенного напряжения Uпр (напряжения прикосновения) и электрического сопротивления zт оказываемого току данным участком тела,       

Iч = Uпр / zт

На участке между  двумя электродами электрическое  сопротивление тела человека в основном состоит из сопротивлений двух тонких наружных слоев кожи, касающихся электродов, и внутреннего сопротивления  остальной части тела.

Плохо проводящий ток  наружный слой кожи, прилегающий к  электроду, и внутренняя ткань, находящаяся  под этим слоем, как бы образуют обкладки конденсатора емкостью С с сопротивлением rн. В наружном слое кожи ток протекает по двум параллельным путям: через активное наружное сопротивление rн и емкость С, (рисунок 1) электрическое сопротивление которой

xc = 1/ (ωС)

где ω = 2nf — угловая  частота, Гц; f — частота тока, Гц.

Тогда полное сопротивление  наружного слоя кожи для переменного  тока  zн = rн xc /√ rн2 +xc 2

Сопротивление rн и емкость С зависят от площади электродов (площадь контакта). С ростом площади контакта rн уменьшается; а емкость С увеличивается. Поэтому увеличение площади контакта приводит к уменьшению полного сопротивления наружного слоя кожи.

Опыты показали, что  внутреннее сопротивление тела человека rв можно рассматривать как чисто активное. Таким образом, для пути тока "рука—рука" общее электрическое сопротивление тела может быть представлено схемой замещения, приведенной на рисунке 2. С увеличением частоты тока из-за уменьшения xc сопротивление тела человека уменьшается и при больших частотах (более 10 кГц) практически становится равным внутреннему сопротивлению rв . Зависимость сопротивления тела человека от частоты приведена на рисунке 3.

Между током, протекающим  через тело человека, и приложенным  к нему напряжением существует нелинейная зависимость: с увеличением напряжения сила тока растет быстрее. Это объясняется  главным образом нелинейностью  электрического сопротивления тела человека. Так, при напряжении на электродах 40—45 В в наружном слое кожи возникают значительные напряженности электрического поля, при которых полностью или частично происходит пробой наружного слоя, что снижает полное сопротивление тела человека (рисунок 4). При напряжении 127—220 В оно практически падает до значения внутреннего сопротивления тела. Это сопротивление принимается равным 1 кОм.

Зная допустимые значения силы токов для различной  длительности воздействия и полное сопротивление тела человека zт можно определить допустимое напряжение прикосновения    

Uпр доп=Iдоп zт

где    Iдоп  - допустимая сила тока. 

Рисунок 1. Электрическая  схема замещения сопротивления  наружного слоя кожи:

a — схема контакта электрода с телом человека; б— электрическая схема замещения;

1 — электрод; 2—  наружный слой кожи; 3— внутренняя  область кожи

Рисунок  2.Электрическая схема замещения сопротивления тела человека

1 – электрод, 2 –  наружное сопротивление кожи  рук, rвр , rвк – внутреннее сопротивление рук и корпуса

Рисунок  3.Зависимость сопротивления тела человека zт от частоты токаf

Рисунок 4.Зависимость  сопротивления тела zт человека от напряжения. U

 

При эксплуатации и ремонте электрического оборудования и сетей человек может оказаться  в сфере действия электрического поля или непосредственном соприкосновении  с находящимися под напряжением  проводками электрического тока. В  результате прохождения тока через  человека может произойти нарушение  его жизнедеятельных функций.

Опасность поражения электрическим током  усугубляется тем, что, во первых, ток не имеет внешних признаков и как правило человек без специальных приборов не может заблаговременно обнаружить грозящую ему опасность; во вторых, воздействия тока на человека в большинстве случаев приводит к серьезным нарушениям наиболее важных жизнедеятельных систем, таких как центральная нервная, сердечно-сосудистая и дыхательная, что увеличивает тяжесть поражения; в третьих, переменный ток способен вызвать интенсивные судороги мышц, приводящие к не отпускающему эффекту, при котором человек самостоятельно не может освободиться от воздействия тока; в четвертых, воздействие тока вызывает у человека резкую реакцию отдергивания, а в ряде случаев и потерю сознания, что при работе на высоте может привести к травмированию в результате падения.

Электрический ток, проходя через тело человека, может оказывать биологическое, тепловое, механическое и химическое действия. Биологическое действие заключается  в способности электрического тока раздражать и возбуждать живые ткани  организма, тепловое - в способности  вызывать ожоги тела, механическое - приводить к разрыву тканей, а химическое - к электролизу крови.

Воздействие электрического тока на организм человека может явиться причиной электротравмы. Электротравма - это травма, вызванная воздействием электрического тока или электрической дуги. Условно электротравмы делят на местные и общие. При местных электротравмах возникает местное повреждение организма, выражающиеся в появлении электрических ожогов, электрических знаков, в металлизации кожи, механических повреждениях и электроофтальмии (воспаление наружных оболочек глаз). Общие электротравмы, или электрические удары, приводят к поражению всего организма, выражающемуся в нарушении или полном прекращении деятельности наиболее жизненно важных органов и систем - легких (дыхания), сердца (кровообращения).

Характер  воздействия электрического тока на человека и тяжесть поражения  пострадавшего зависит от многих факторов.

Оценивать опасность воздействия электрического тока на человека можно по ответным реакциям организма. С увеличением  тока четко проявляются три качественно  отличные ответные реакции. Это прежде всего ощущение, более судорожное сокращение мышц (неотпускание для переменного тока и болевой эффект постоянного) и, наконец, фибрилляция сердца. Электрические токи, вызывающие соответствующую ответную реакцию, подразделяют на ощутимые, неотпускающие и фибрилляционные.

2. Факторы, определяющие исход поражения электрическим током

К факторам, влияющим на исход поражения электрическим  током, относят: величину тока, величину напряжения, время действия, род  и частоту тока, путь замыкания, сопротивление  человека, окружающую среду, фактор внимания.

Величина  тока

По величине тока, токи подразделяются на:

неощущаемые (0,6 - 1,6мА);

ощущаемые (3мА);

отпускающие (6мА);

неотпускающие (10-15мА);

удушающие (25-50мА);

фибрилляционные (100-200мА);

тепловые  воздействия (5А и выше).

Величина  напряжения и

Время действия

По ГОСТ 12.1.038-82 ССБТ «Предельно допустимые величины напряжений и токов. Электробезопасность». Факторы величины напряжения и время воздействия электрического тока, приведены в табл. 1.

Таблица 1

Время действия, сек.	Длител	До 30	1	0,5	0,2	0,1
Величина тока, мА.	1	6	50	100	250	500
Величина напряжения, В.	6	36	50	100	250	500

При кратковременном  воздействии (0,1-0,5с) ток порядка 100мА не вызывает фибрилляции сердца. Если увеличить длительность воздействия  до 1с, то этот же ток может привести к смертельному исходу. С уменьшением  длительности воздействия значение допустимых для человека токов существенно  увеличивается. При изменении времени  воздействия от 1 до 0,1с допустимый ток возрастает в 16 раз.

Кроме того, сокращение длительности воздействия  электрического тока уменьшает опасность  поражения человека исходя из некоторых  особенностей работы сердца. Продолжительность  одного периода кардиоцикла (рис. 2.1.) составляет 0075-0,85с.

 

В каждом кардиоцикле наблюдается период систолы, когда желудочки сердца сокращаются (пик QRS) и выталкивают кровь в артериальные сосуды.

Фаза Т соответствует окончанию сокращения желудочков и они переходят в расслабленное состояние. В период диастола желудочки наполняются кровью. Фаза Р соответствует сокращению предсердий. Установлено, что сердце наиболее чувствительно к воздействию электрического тока во время фазы Т кардиоцикла. Для того чтобы возникла фибрилляция сердца, необходимо совпадение по времени воздействия тока с фазой Т, продолжительность которой 0,15-0,2с. С сокращением длительности воздействия электрического тока вероятность такового совпадения становится меньше, а следовательно, уменьшается опасность фибрилляции сердца. В случае несовпадения времени прохождения тока через человека с фазой Т токи, значительно превышающие пороговые значения, не вызовут фибрилляции сердца.

Значение	Характер воздействия
тока, мА	Переменный ток 50 Гц	Постоянный ток
0,6--1,6	Начало ощущения -- слабый зуд, пощипывание кожи под электродами	Не ощущается
2--4	Ощущение тока распространяется и  на запястье руки, слегка сводит руку	Не ощущается
5--7	Болевые ощущения усиливаются во всей кисти руки, сопровождаются судорогами; слабые боли ощущаются во всей руке, вплоть до предплечья. Руки, как правило, можно оторвать от электродов	Начало ощущения. Впечатление нагрева  кожи под электродом
8--10	Сильные боли и судороги во всей руке, включая предплечье. Руки трудно, но в большинстве случаев еще  можно оторвать от электродов	Усиление ощущения нагрева
10--15	Едва переносимые боли во всей руке. Во многих случаях руки невозможно оторвать от электродов. С увеличением  продолжительности протекание тока боли усиливаются	Еще большее усиление ощущения нагрева как под электродами, так и в прилегающих областях кожи
20--25	Руки парализуются мгновенно, оторваться от электродов невозможно. Сильные  боли, дыхание затруднено	Еще большее усиление ощущения нагрева  кожи, возникновение ощущения внутреннего  нагрева. Незначительные сокращения мышц рук
25--50	Очень сильная боль в руках и  груди. Дыхание крайне затруднено. При  длительном токе может наступить  паралич дыхания или ослабление деятельности сердца с потерей сознания	Ощущение сильного нагрева, боли и  судороги в руках. При отрыве рук  от электродов возникают едва переносимые  боли в результате судорожного сокращения мышц
50--80	Дыхание парализуется через несколько  секунд, нарушается работа сердца. При  длительном протекании тока может наступить  фибрилляция сердца	Ощущение очень сильного поверхностного и внутреннего нагрева, сильные  боли во всей руке и в области  груди. Затруднение дыхания. Руки невозможно оторвать от электродов из-за сильных  болей при нарушении контакта
100	Фибрилляция сердца через 2-3 с; еще через несколько секунд -- паралич сердца	Паралич дыхания при длительном протекании тока
300	То же действие за меньшее время	Фибрилляция сердца через 2-3 с; еще через несколько секунд -- паралич дыхания
более 5000	Дыхание парализуется немедленно -- через доли секунды. Фибрилляция сердца, как правило, не наступает; возможна временная остановка сердца в период протекания тока. При длительном протекании тока (несколько секунд) тяжелые ожоги, разрушения тканей