Действие электрического тока на организм человека. Параметры, определяющие тяжесть поражения эл. током человека Напряжение прикосновения, шага, наведенное напряжение.
Воздействие электрического тока
Проходя через тело человека, ток оказывает термическое, электролитическое, механическое и биологическое воздействие.
Термическое воздействие проявляется ожогами отдельных участков тела, нагревом кровеносных сосудов, нервов и других тканей, вызывая в них существенные функциональные расстройства. Электролитическое воздействие выражается в разложении биологических жидкостей, в том числе крови, в результате чего нарушается их физико-химический состав. Механическое воздействие приводит к расслоению, разрыву тканей организма в результате электродинамического эффекта, а также взрывоподобного образования пара, образующегося при вскипании биологических жидкостей под действием тока. Биологическое воздействие проявляется раздражением и возбуждением тканей организма, нарушением жизненно важных биологических процессов, в результате чего возможны остановка сердца и прекращение дыхания. Внешний ток может подавить весьма малые биотоки, протекающие в теле человека, и тем самым вызвать серьезные расстройства в организме вплоть до его гибели.
Рассмотренные воздействия тока на организм часто приводят к электротравмам, которые условно разделяют на общие (электрические удары) и местные, причем часто они возникают одновременно, образуя смешанные электропоражения.
Под электрическим ударом понимают возбуждение тканей организма проходящим через него током, проявляющееся в виде судорог мышц тела. Тяжесть последствий такого воздействия различна: от слабого сокращения мышц в местах входа и выхода тока до существенных нарушений, в том числе прекращения функционирования сердца и легких. Даже при несмертельной электротравме электрокардиограмма пострадавшего несет на себе признаки коронарной недостаточности, а морфологические исследования в ряде случаев показывают наличие инфаркта миокарда. Нередко у пострадавших наблюдаются отдаленные (от 10 дней до 2 лет и более после травмы) последствия электроударов: заболевания щитовидной железы, половых органов, раннее появление артериосклероза, развитие диабета, сердечно-сосудистых, вегетативно-эндокринных и нервно-психических расстройств.
Классификация электрических травм
Местные электротравмы — это местные нарушения целостности тканей организма. К местным электротравмам относятся:
- электрический ожог — бывает токовым и дуговым; токовый ожог связан с прохождением тока через тело человека и является следствием преобразования электрической энергии в тепловую (как правило, возникает при относительно невысоких напряжениях электрической сети); при высоких напряжениях электрической сети между проводником тока и телом человека может образоваться электрическая дуга, возникает более тяжелый ожог — дуговой, т. к. электрическая дуга обладает очень большой температурой — свыше 3500 °С;
- электрические знаки — пятна серого или бледно-желтого цвета на поверхности кожи человека, образующиеся в месте контакта с проводником тока; как правило, знаки имеют круглую или овальную форму с размерами 1-5 мм; эта травма не представляет серьезной опасности и достаточно
быстро проходит;
- металлизация кожи — проникновение в верхние слои кожи мельчайших частичек металла, расплавившегося под действием электрической дуги; в зависимости от места поражения травма может быть очень болезненной, с течением времени пораженная кожа сходит; поражение же глаз может закончиться ухудшением или даже потерей зрения;
- электроофтальмия — воспаление наружных оболочек глаз под действием потока ультрафиолетовых лучей, испускаемых электрической дугой; по этой причине нельзя смотреть на сварочную электродугу; травма сопровождается сильной болью и резью в глазах, временной потерей зрения, при сильном поражении лечение может быть сложным и длительным; на электрическую дугу без специальных защитных очков или масок смотреть нельзя;
- механические повреждения возникают в результате резких судорожных сокращений мышц под действием проходящего через человека тока, при непроизвольных мышечных сокращениях могут произойти разрывы кожи, кровеносных сосудов, а также вывихи суставов, разрывы связок идаже переломы костей; кроме того, при испуге и шоке человек может упасть с высоты и получить травму.
Как видим, электрический ток очень опасен и обращение с ним требует большой осторожности и знания мер обеспечения электробезопасности.
Параметры, определяющие тяжесть поражения электрическим током (рис. 2.27). Основными факторами, определяющими степень поражения электрическим током, являются: сила тока, протекающего через человека, частота тока, время воздействия и путь протекания тока через тело человека.
Сила тока. Протекание через организм переменного тока промышленной частоты (50 Гц), широко используемого в промышленности и в быту, человек начинает ощущать при силе тока 0,6... 1,5 мА (мА — миллиампер равен 0,001 А). Этот ток называют пороговым ощутимым током.
Большие токи вызывают у человека болезненные ощущения, которые с увеличением тока усиливаются. Например, при токе 3...5 мА раздражающее действие тока ощущается всей кистью, при 8... 10 мА — резкая боль охватывает всю руку и сопровождается судорожными сокращениями мышц кисти и предплечья.
При 10... 15 мА судороги мышц руки становятся настолько сильными, что человек не может их преодолеть и освободиться от проводника тока. Такой ток называется пороговым неотпускающим током.
При токе величиной 25...50 мА происходят нарушения в работе легких и сердца, при длительном воздействии такого тока может произойти остановка сердца и прекращение дыхания.
Начиная с величины 100 мА протекание тока через человека вызывает фибрилляцию сердца — судорожные неритмичные сокращения сердца; сердце перестает работать как насос, перекачивающий кровь. Такой ток называется пороговым фибрилляционным током. Ток более 5А вызывает немедленную остановку сердца, минуя состояние фибрилляции.
Частота тока. Наиболее опасен ток промышленной частоты — 50 Гц. Постоянный ток и ток больших частот менее опасен, и пороговые значения для него больше.
Так, для постоянного тока:
- пороговый ощутимый ток — 5...7 мА;
- пороговый неотпускающий ток — 50...80 мА;
- фибрилляционный ток — 300 мА.
Путь протекания тока. Опасность поражения электрическим током зависит от пути протекания тока через тело человека, так как путь определяет долю общего тока, которая проходит через сердце. Наиболее опасен путь «правая рука—ноги» (как раз правой рукой чаще всего работает человек). Затем по степени снижения опасности идут: «левая рука—ноги», «рука—рука», «ноги—ноги».
Время воздействия электрического тока. Чем продолжительнее протекает ток через человека, тем он опаснее. При протекании электрического тока через человека в месте контакта с проводником верхний слой кожи (эпидермис) быстро разрушается, электрическое сопротивление тела уменьшается, ток возрастает, и отрицательное действие электротока усугубляется. Кроме того, с течением времени растут (накапливаются) отрицательные последствия воздействия тока на организм.
Определяющую роль в поражающем действии тока играет величина силы электрического тока, протекающего через организм человека. Электрический ток возникает тогда, когда создается замкнутая электрическая цепь, в которую оказывается включенным человек.
Таким образом, чем больше напряжение, тем больше и опаснее электрический ток. Чем больше электрическое сопротивление цепи, тем меньше ток и опасность поражения человека.
Электрическое сопротивление цепи равно сумме сопротивлений всех участков, составляющих цепь (проводников, пола, обуви и др.). В общее электрическое сопротивление обязательно входит и сопротивление тела человека.
Электрическое сопротивление тела человека при сухой, чистой и неповрежденной коже может изменяться в довольно широких пределах — от 3 до 100 кОм (1 кОм = 1000 Ом), а иногда и больше. Основной вклад в электрическое сопротивление человека вносит наружный слой кожи — эпидермис, состоящий из ороговевших клеток. Сопротивление внутренних тканей тела небольшое — всего лишь 300...500 Ом.
Поэтому при нежной, влажной и потной коже или повреждении эпидермиса (ссадины, раны) электрическое сопротивление тела может быть очень небольшим. Человек с такой кожей наиболее уязвим для электрического тока. У девушек более нежная кожа и тонкий слой эпидермиса, нежели у юношей; у мужчин, имеющих мозолистые руки, электрическое сопротивление тела может достигать очень больших величин, и опасность их поражения электротоком снижается. В расчетах на электробезопасность обычно принимают величину сопротивления тела человека, равную 1000 Ом.
Электрическое сопротивление изоляции проводников тока, если она не повреждена, составляет, как правило, 100 и более килоом.
Электрическое сопротивление обуви и основания (пола) зависит от материала, из которого сделано основание и подошва обуви, и их состояния — сухие или мокрые (влажные). Например, сухая подошва из кожи имеет сопротивление примерно 100 кОм, влажная подошва — 0,5 кОм; из резины соответственно 500 и 1,5 кОм. Сухой асфальтовый пол имеет сопротивление около 2000 кОм, мокрый — 0,8 кОм; бетонный соответственно 2000 и 0,1 кОм; деревянный — 30 и 0,3 кОм; земляной — 20 и 0,3 кОм; из керамической плитки — 25 и 0,3 кОм. Как видим, при влажных или мокрых основаниях и обуви значительно возрастает электроопасность.
Поэтому при пользовании электричеством в сырую погоду, особенно на воде, необходимо соблюдать особую осторожность и принимать повышенные меры обеспечения электробезопасности.
Для освещения, бытовых электроприборов, большого количества приборов и оборудования на производстве, как правило, используется напряжение 220 В. Существуют электросети на 380, 660 и более вольт; во многих технических устройствах применяются напряжения в десятки и сотни тысяч вольт. Такие технические устройства представляют исключительно высокую опасность. Но и значительно меньшие напряжения (220, 36 и даже 12 В) могут быть опасными в зависимости от условий и электрического сопротивления цепи R..
Значительное влияние на исход поражения при электротравмах оказывают индивидуальные особенности человека.
Характер воздействия тока (табл.) зависит от массы человека и его физического состояния. Здоровые и физически крепкие люди легче переносят электрические удары. Повышенная восприимчивость к электрическому току отмечена у лиц, страдающих болезнями кожи, сердечно-сосудистой системы, органов внутренней секреции, нервными и др.
Табл. Характер воздействия тока
| Ток, проходящий через тело человека, мА | Переменный (50 Гц) ток | Постоянный ток |
| 0,5 -1,5 | Начало ощущений: слабый зуд, пощипывание кожи | Не ощущается |
| 2-4 | Ощущение распространяется на запястье; слегка сводит мышцы | Не ощущается |
| 5-7 | Болевые ощущения усиливаются во всей кисти; судороги; слабые боли во всей руке до предплечья | Начало ощущений: слабый нагрев кожи под электродами |
| 8-10 | Сильные боли и судороги во всей руке, включая предплечье. Руки трудно оторвать от электродов | Усиление ощущения нагрева кожи |
| 10 - 15 | Едва переносимые боли во всей руке. Руки невозможно оторвать от электродов. С увеличением продолжительности протекания тока усиливаются | Значительный нагрев под электродами и в прилегающей области кожи |
| 20-25 | Сильные боли. Руки парализуются мгновенно, оторвать их от электродов невозможно. Дыхание затруднено | Ощущение внутреннего нагрева, незначительное сокращение мышц рук |
| 25 -50 | Очень сильная боль в руках и в груди. Дыхание крайне затруднено. При длительном воздействии может наступить остановка дыхания или ослабление сердечной деятельности с потерей сознания | Сильный нагрев, боли и судороги в руках. При отрыве рук от электродов возникают сильные боли |
| 50-80 | Дыхание парализуется через несколько секунд, нарушается работа сердца. При длительном воздействии может наступить фибрилляция сердца | Очень сильный поверхностный и внутренний нагрев. Сильные боли в руке и в области груди. Руки невозможно оторвать от электродов из-за, сильных болей при отрыве |
| 80-100 | Фибрилляция сердца через 2-3 с; еще через несколько секунд - остановка дыхания | То же действие, выраженное сильнее. При длительном действии остановка дыхания |
| То же действие за меньшее время | Фибрилляция сердца через 2-3 с; еще через несколько секунд остановка дыхания | |
| более 5000 | Фибрилляция сердца не наступает; возможна временная остановка его в период протекания тока. При протекании тока в течение нескольких секунд тяжелые ожоги и разрушение тканей |
Более уязвимы к воздействию электрического тока люди, имеющие повышенную потливость. Повышенная температура окружающей среды и высокая влажность не единственная причина высокой потливости, интенсивное потоотделение часто наблюдается при вегетативных расстройствах нервной системы, а также в результате испуга, волнения.
В состоянии возбуждения нервной системы, депрессии, утомления, опьянения и после него люди более чувствительны к протекающему току.
Предельно допустимые напряжения прикосновения и токи для человека устанавливаются ГОСТ 12.1.038—82*
Электростатические заряды возникают на поверхностях некоторых материалов, как жидких, так и твердых, в результате сложного процесса контактной электризации. Электризация возникает при трении двух диэлектрических или диэлектрического и проводящего материала, если последний изолирован. При разделении двух диэлектрических материалов происходит разделение электрических зарядов, причем материал, имеющий большую диэлектрическую проницаемость заряжается положительно, а меньшую — отрицательно. Чем больше различаются диэлектрические свойства материалов, тем интенсивнее происходит разделение и накопление зарядов. На соприкасающихся материалах с одинаковыми диэлектрическими свойствами (диэлектрической проницаемостью) зарядов не образуется.
Интенсивность образования электрических зарядов определяется различием в электрических свойствах материалов, а также силой и скоростью трения. Чем больше сила и скорость трения и больше различие в электрических свойствах, тем интенсивнее происходит образование электрических зарядов.
Например, электростатические заряды образуются на кузове двигающегося в сухую погоду автомобиля, если резина колес обладает хорошими изолирующими свойствами. В результате между кузовом и землей возникает электрическое напряжение, которое может достигнуть 10 кВ (киловольт) и привести к возникновению искры при выходе человека из автомобиля — разряд через человека на землю.
На производстве в различных технологических процессах также образуются большие электрические заряды, потенциалы которых могут достигать десятков киловольт. Например, заряды могут возникнуть при измельчении, пересыпании и пневмотранспортировке твердых материалов, при переливании, перекачивании по трубопроводам, перевозке в цистернах диэлектрических жидкостей (бензина, керосина и др.), при обработке на токарных станках диэлектрических материалов (эбонита, оргстекла и т. д.), при сматывании тканей, бумаги, пленки (например, полиэтиленовой). К примеру, при пробуксовывании резиновой ленты транспортера относительно роликов или ремня ременной передачи относительно шкива могут возникнуть электрические заряды с потенциалом до 45 кВ.
Кроме трения, причиной образования статических зарядов является электрическая индукция, в результате которой изолированные от земли тела во внешнем электрическом поле приобретают электрический заряд. Особенно велика индукционная электролизация электропроводящих объектов. Например, на металлических предметах (автомобиль и т. п.), изолированных от земли, в сухую погоду под действием электрического поля высоковольтных линий электропередач или грозовых облаков могут образовываться значительные электрические заряды.
На экранах мониторов и телевизоров положительные заряды накапливаются под действием электронного пучка, создаваемого электронно-лучевой трубкой.
Опасные и вредные факторы статического электричества. При прикосновении человека к предмету, несущему электрический заряд, происходит разряд последнего через тело человека. Величины возникающих при разрядке токов не велики, и они очень кратковременны. Поэтому электротравм не возникает. Однако, разряд, как правило, вызывает рефлекторное движение человека, что в ряде случаев может привести к резкому движению руки, падению человека с высоты или его попаданию в опасную производственную зону.
Кроме того при образовании заряда с большим электрическим потенциалом вокруг них создается электрическое поле повышенной напряженности. Установлено, что электрическое поле повышенной напряженности вредно для человека. При длительном пребывании человека в таком поле наблюдаются функциональные изменения в центральной нервной системе, сердечно-сосудистой и других системах. Для человека, находящегося в электростатическом поле, характерна повышенная утомляемость, сонливость, снижение внимания, скорости двигательных и зрительных реакций.
Наибольшая опасность электростатических зарядов заключается в том, что искровой разряд может обладать энергией, достаточной для воспламенения горючей или взрывоопасной смеси. Искра, возникающая при разрядке электростатических зарядов, является частой причиной пожаров и взрывов. При напряжении 3 кВ искровой разряд может вызвать воспламенение почти всех паро- и газовоздушных смесей; при 5 кВ — воспламенение большей части горючих пыл ей.
Так, удаление из рабочей зоны пыли из диэлектрического материала с помощью вытяжной вентиляции может привести к накоплению в газоходах электростатических зарядов и отложений пыли. Появление искрового разряда в этом случае может вызвать воспламенение или взрыв пыли. Известны случаи очень серьезных аварий на предприятиях в результате взрывов в системах вентиляции.
При перевозке легковоспламеняющихся жидкостей, при их перекачке по трубопроводам, сливе из цистерны или за счет плескания жидкости в ней накапливаются электростатические заряды, и может возникнуть искра, которая воспламенит пары жидкости.
Наибольшую опасность статическое электричество представляет на производстве и на транспорте, особенно при наличии пожаровзрывоопасных смесей, пыли и паров легковоспламеняющихся жидкостей.
В бытовых условиях (например, при хождении по ковру) накапливаются небольшие заряды, и энергии возникших искровых разрядов недостаточно для инициирования пожара в обычных условиях быта.