Факторы, влияющие на исход воздействия электрического тока

Характер и последствия поражения человека электрическим током зависят от ряда факторов, в том числе и от электрического сопротивления тела человека, величины и длительности протекания через него тока, рода и частоты тока, схемы включения человека в электрическую цепь, состояния окружающей среды и индивидуальных особенностей организма.

Исход воздействия электрического тока зависит от ряда факторов:

1. Электрическое сопротивление тела человека Rч складывается из сопротивления кожи и сопротивления внутренних тканей.

Верхний слой кожи (эпидермис) толщиной 0,2 мм состоит в основном из мёртвых орого-вевших клеток и обладает большим сопротивлением, которое и определяет общее сопротив-ление тела человека. Сопротивление внутренних тканей человека незначительно и составляет 300 500 Ом.

При сухой чистой и неповреждённой коже R_ч колеблется в пределах от 2тыс. до 2млн. Ом. При увлажнении и загрязнении R_ч оказывается наименьшим 300 500 Ом. При расчётах сопротивление тела человека принимают равным R_ч = 1000 Ом.

Сопротивление тела человека величина нелинейная, зависящая от многих величин.

Сопротивление тела человека меняется в широких пределах и зависит от:

состояния кожи (сухая, влажная, чистая, повреждённая и т. п.);

плотности контакта;

величины тока через человека и приложенного напряжения;

частоты тока;

времени воздействия тока на человека;

пути прохождения тока через организм в момент травмы.

В табл. 7.1 приведена зависимость сопротивления человека от приложенного напряжения.

Таблица 7.1.

Зависимость сопротивления тела человека от напряжения.

Сопротивление кожи человека быстро уменьшается под влиянием тока и в случае пробоя кожи решающее значение имеет внутреннее сопротивление.

2. Величина тока, протекающего через тело человека, является главным фактором, от которого зависит исход поражения: чем больше ток, тем опаснее его действие (табл. 7.2).

Таблица 7.2.

Характер воздействия электрического тока на организм человека.

Из приведенной таблицы можно выделить следующее:

• 1. Человек начинает ощущать протекающий через него ток относительно малого значения: 0,6 1,5 мА. Этот ток называется пороговым ощутимым током. Наибольшее значение тока при котором человек сохраняет способность самостоятельно и произвольно освободиться от контакта с частями, находящимися под напряжением называется отпускающим током. Точное значение этой величины указать трудно, т.к. она, в зависимости от разнообразных условий, колеблется в широких пределах.
• 2. Ток 10 15 мА вызывает сильные и весьма болезненные судороги мышц рук, которые человек преодолеть не в состоянии, т. е. он не может разжать руку, которой касается токоведущей части, не может отбросить провод от себя и оказывается как бы прикованным к токоведущей части. Такой ток называется пороговым неотпускающим.
• 3. При 100 мА и более ток оказывает непосредственное влияние и на мышцу сердца, вызывая его остановку или фибрилляцию, т. е. быстрые хаотические и разновременные сокращения волокон сердечной мышцы (фибрилл), при которых сердце перестаёт работать как насос. В результате этого в организме прекращается кровообращение и наступает смерть. Ток такой величины называется смертельным током.
• 3. Индивидуальные особенности людей в значительной степени определяют исход поражения. Ток, вызывающий лишь слабые ощущения у одного человека, может быть неотпускающим для другого. Характер воздействия при одном и том же значении тока зависит от состояния нервной системы, от массы человека и его физического развития, химического состава крови, количества проводящих щелочей и кислот и т. д. Данные табл. 7.1 действительны только для 1,5% людей, у остальных те же воздействия вызываются при бульших значениях тока. Для женщин пороговые значения примерно в 1,5 раза ниже и объясняется более слабым физическим развитием женщин. У одного и того же человека пороговые значе-ния тока меняются в зависимости от состояния организма, утомления и т. п.

Внимательность и сосредоточенность при работе в электроустановках позволяют избежать несчастных случаев, и повысить сопротивляемость организма. На электротравму отзывается весь организм и, если он здоров, а нервная система не возбуждена, то более вероятно, что человек сможет освободиться от токоведущих частей.

Внимательность у утомлённого человека снижается. Недопустимо алкогольное опьянение приводящее к потере контроля над поступками и ослаблению сопротивляемости организма воздействию электрического тока.

При некоторых заболеваниях (грудная жаба, повышение функции щитовидной железы и др.) организм не переносит даже не опасного для здоровых людей воздействия тока. Поэтому страдающие такими болезнями лица не допускаются к работе в электроустановках. Практика эксплуатации электроустановок показывает, что три четверти всех электротравм, вызвавших смерть пострадавших, происходит в установках напряжением ниже 1000 В. Значительное число попаданий под напряжение в этих установках объясняется тем, что к ним имеет доступ неэлектротехнический персонал.

4. Продолжительность воздействия тока. Опасность тем меньше, чем меньше продолжительность воздействия тока. Если ток неотпускающий, но ещё не вызывает нарушений дыханияи работы сердца, то быстрое отключение спасает пострадавшего, который не смог бы освободиться сам.

Вероятность наступления фибрилляции, а также остановки сердца зависит от длительности действия тока. При длительном воздействии тока сопротивление тела человека (R_ч) падает и ток возрастает до значения, способного вызвать остановку дыхания и даже фибрилляцию сердца.

Остановка дыхания возникает не мгновенно, а через несколько секунд. При этом, чем больший ток проходит через человека, тем меньше это время. Своевременное отключение пострадавшего от воздействия тока позволяет предотвратить паралич дыхательных мышц.

Нормально сердце сокращается от 60 до 80 раз в минуту, т. е. длительность полного цик-ла (сокращение-расширение) принимается равной 1с (рис. 7.1). В каждом цикле в течение промежутка времени около 0,15 0,20 с сердце наиболее чувствительно к току. Этот промежуток времени носит название фазы Т. В случае несовпадения времени прохождения тока с фазой Т токи значительной величины не вызывают фибрилляции.

Рис. 7.1 Электрокардиограмма здорового человека

При длительности действия тока, равной длительности цикла (период кардиоцикла) ток проходит через сердце и в течение фазы Т. Вероятность поражения при этом наибольшая. Если длительность тока меньше длительности кардиоцикла, возможно не совпадение момента прохождения тока и фазы Т.

Таким образом, чем меньше длительность действия на человека, тем меньше вероятность совпадения времени, в течение которого через сердце проходит ток, с фазой Т.

5. Род и частота тока. Переменный ток частотой 50 60 Гц более опасен, чем постоянный. Из табл. 7.1 также следует, что одни и те же воздействия вызываются бульшими значениями постоянного тока, чем переменного. Однако даже небольшой постоянный ток ниже порога ощущения при быстром разрыве цепи даёт очень резкие удары, иногда вызывающие судороги мыщц рук.

Влияние постоянного тока отлично от перенеенного. Для напряжений менее 500 В переменный ток промышленной частоты опаснее равного ему по напряжению постоянного тока. При напряжениях около 450−500 В опасность тока обоих родов одинакова. При напряжениях более 500 В опаснее постоянный ток.

Найдены эквивалентные по опасности напряжения тока обоих родов (например, 120 В постоянного тока и 42 В переменного тока или 108 В постоянного тока и 36 В переменного тока.

6. Путь тока в теле человека. Наиболее опасно прохождение тока через дыхательные мышцы и сердце. Установлено, что по пути «рука-рука» через сердце проходит 3,3% общего тока; «левая рука-ноги» 3,7%; «правая рука-ноги» 6,7%; «нога-нога"0,4%.

По данным статистики потеря трудоспособности на 3 дня и более наблюдалась по пути тока «рука-рука» в 83% случаев, «левая рука-ноги» в 80%, «правая рука-ноги» в 87%, «нога-нога» в 15% случаев. Возможные пути тока в человеке показаны на рис. 7.2.

Рис. 7.2 Характерные пути тока в теле человека: 1 рука — рука; 2 правая рука — ноги; 3 левая рука — ноги; 4 правая рука — правая нога; 5 правая рука левая нога; 6 левая рука-левая нога; 7 левая рука — правая нога; 8 обе руки — обе ноги; 9 нога — нога; 10 голова — руки; 11 голова — ноги; 12 голова — правая рука; 13 голова — левая рука; 14 голова — правая нога; 15 голова — левая нога

Наиболее опасными из них являются 10 и 11, наименее опасным 9, возникающим при шаговом напряжении. Чаще всего человек поражается током, который проходит по пути 1, 2 и 3.

Ток в теле человека проходит не обязательно по кратчайшему пути, что объясняется большой разницей в удельном сопротивлении различных тканей (костной, мышечной, жиро-вой и т. д), но и предугадать по какому пути он пройдёт невозможно. Достоверно только известно, что наименьший ток через сердце проходит по пути нижней петли «нога — нога», но из этого не следует что нижняя петля безопасна. Любой, даже самый короткий путь тока опасен для организма.

7. Допустимые значения тока, проходящего через человека. Чтобы наметить рациональный комплекс защитных мер и определить необходимые параметры защитных устройств (сопротивление заземления, установку защитного отключения и т. п.), необходимо определить допустимые значения тока, проходящего через человека, и напряжения прикосновения, при которых ещё возможно обеспечить безопасность.

Для расчётов, связанных с обеспечением защиты от поражения электрическим током людей, соприкасающихся с электроустановками, необходимо знать предельную величину длительного безопасного тока Iд.б., а также предельно безопасную величину напряжения прикосновения Uпр. Действующие в нашей стране ПУЭ и ПБ не регламентируют ни предельной безопасной величины тока, ни допустимой величины напряжения прикосновения.

Однако «Правила изготовления взрывозащищённого и рудничного электрооборудования» (ПИВРЭ) предписывают ток в 30 мА как предельно безопасную величину длительного тока, а при автоматической компенсации емкостной составляющей тока утечки 25 мА.

Исходя из указанной величины безопасного тока и минимальной величины сопротивления тела человека в шахтных условиях (пыль, повышенная влажность) R_ч = 1000 Ом, можно определить допустимую величину напряжения прикосновения в шахтах:

Uпр = Iд.б • Rч = 0,030 • 1000 = 30 В.

Хотя «Правила безопасности в угольных шахтах» не регламентируют величину безопасного тока и напряжения прикосновения, однако предписывают автоматическую защиту от утечек тока и прикосновений к токоведущим частям, продолжительность действия которой не должна превышать значений, указанных в табл. 7.3.

Таблица 7.3.

Значения кратковременно допустимых токов и напряжений.

Данная таблица рекомендована Центральным правлением НИТО энергетиков на основании обобщения отечественных и зарубежных исследований для установления значения наибольших допустимых для человека токов в зависимости от длительности их воздействия.

Величиной допустимого тока следует задаваться исходя из тех пороговых значений тока, при которых появляется реальная опасность. В нормальных условиях, когда человеку не угрожают никакие опасности, кроме электрического тока, опасность возникает при неотпускающем токе. В данном случае человек не в состоянии освободиться от токоведущих частей и он совершенно беспомощен. Поэтому недопустимо, чтобы через человека сколько-нибудь длительно проходил ток выше отпускающего. При отпускающем токе человек самостоятельно разрывает цепь и освобождается от тока, т.к. такой ток не вызывает реальной опасности. Следовательно, при случайном прикосновении в нормальных условиях наибольший длительно допустимый ток через тело человека равен порогу неотпускающего тока, т. е. 10 мА.

Если человек работает на высоте, вблизи движущихся или вращающихся частей, а также в других условиях, где резкие, непроизвольные движения могут привести к несчастному случаю или к аварии, опасность возникает уже при токе, превышающем порог ощущения. В таких опасных условиях, а также когда человек в процессе работы вынужден иметь постоянный контакт с частями, находящимися под напряжением, длительно допустимый ток следует принять ниже порога ощущения, т. е. не более 0,5 мА.