Воздействие электрического тока на организм человека

Источники электрической энергии не проявляют внешних признаков опасности, поэтому органы чувств человека не обнаруживают грозящей угрозы. Электрический ток поражает внезапно при прикосновении к токоведущим частям электроустановок.

Электрический ток протекает через тело человека, если между двумя его точками имеется разность потенциалов. Напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек, называется напряжением прикосновения.

Характер поражения электрическим током и его последствия зависят от значения и рода тока, пути его прохождения, длительности воздействия, индивидуальных физиологических особенностей человека и его состояния в момент поражения.

Значение тока, проходящего через тело человека, является основным фактором, обуславливающим исход поражения. Человек начинает ощущать воздействие проходящего через него переменного тока с частотой 50 Гц начиная от значений 0,6…1,5мА и постоянного тока 5…7мА. Эти токи называются пороговыми ощутимыми токами. Они не вызывают поражения человека. Однако воздействие таких токов может стать косвенной причиной несчастного случая. Например, потение рук при работе на высоте может привести к падению. Поэтому безопасным считают значение тока до 50 мкА при частоте 50 Гц и 100 мкА при постоянном токе.

При переменном токе в 10…15 мА и постоянном токе в 50…80 мА происходит судорожное сокращение мышц рук и человек не может самостоятельно оторвать руки от токоведущих частей. Наименьшее значение этих токов называется пороговым неотпускающим током. Поэтому, первое прикосновение человека к обесточенным токоведущим частям электроустановок необходимо выполнять тыльной стороной ладони.

При переменном токе в 25…50 мА нарушается работе органов речи и дыхательные движения грудной клетки. Длительное воздействие этого тока может вызвать прекращение дыхания, после чего спустя некоторое время наступает смерть от удушья.

Ток более 50 (80) мА вплоть до 100 мА ( при f=50 Гц) вызывает быстрое нарушение работы легких и сердца. Однако первыми поражаются легкие, а затем сердце.

Ток 100 мА … 5А при f=50 Гц и от 300 мА … 5А при постоянном токе в течение 1…2 секунд вызывает фибрилляцию сердца. При этом прекращается кровообращение, в организме возникает недостаток кислорода, что в свою очередь приводит к прекращению дыхания, т.е. наступает клиническая смерть. Человеческий мозг, лишенный кровоснабжения, живет в течение 5…8 минут, а затем погибает. Наступает биологическая смерть. Поэтому очень важно быстро оказать первую помощь пострадавшему, т.е. приступить к производству искусственного дыхания и массажа сердца.

Примечание. Так как значение протекающего тока через тело человека зависит от многих факторов, то приведенные значения тока в различных источниках могут колебаться в некоторых пределах.

Род тока и частота. Как показывает практика эксплуатации электроустановок постоянный ток безопаснее переменного с частотой 50 Гц примерно в 4…5 раз. Однако это справедливо для напряжения до 250…300В. Это связано со сложными биологическими процессами, происходящими в клетках организма. Снижение опасности поражения током с ростом частоты становится практически заметной при f=1000…2000 Гц, и при f=400…500 кГц полностью исчезает. Но при этом сохраняется опасность ожогов.

Путь прохождения тока в теле пострадавшего играет существенную роль в исходе поражения. Наиболее опасный – это путь проходящий через головной и спинной мозг, сердце, легкие. Как показывает анализ электротравматизма, пути прохождения тока «правая рука – ноги», «рука –рука» встречаются наиболее часто, реже встречаются пути «голова – ноги», «голова – руки», «нога – нога». Путь «нога - -нога» является наименее опасным. Он возникает в том случае, если человек попадает в зону растекания тока, возникающую при падении провода на землю или пробое изоляции на заземленный корпус.

Длительность прохождения тока через тело человека оказывает существенное влияние на исход поражения: чем продолжительнее действие тока, тем больше вероятность тяжелого смертельного поражения. Объясняется это тем, что со временем увеличивается ток, проходящий через тело человека (за счет уменьшения сопротивления тела), и появляется вероятность совпадения прохождения тока через сердце с фазой, в которой сердце имеет наибольшую чувствительность к току.

Индивидуальные свойства человека играют заметную роль в исходе поражения. Установлено, что физически здоровые и крепкие люди легче переносят электрические удары, нежели больные и слабые. Поэтому правила техники безопасности предусматривают отбор по состоянию здоровья для обслуживания электроустановок и прохождения один раз в два года медкомиссии.

Немаловажное влияние на исход поражения оказывает психофизиологическая подготовленность работника к воздействию тока. Если человек внимателен, сосредоточен при выполнении работы, подготовлен к тому, что он может подвергаться воздействию электрического тока, то травма может оказаться менее тяжелой. При заболеваниях сердечно-сосудистой, нервной системы, кожи, при алкогольном опьянении электротравма может быть чрезвычайно серьезной даже при небольших воздействующих токах.

Кроме того для работы в электроустановках допускаются лица достигшие 18 летнего возраста после проверки их теоретической и практической подготовки на рабочем месте и имеющих удостоверение на допуск к работам в электроустановках

Электрическое сопротивление тела человека

Тело человека является проводником электрического тока, при этом разные ткани тела оказывают току разное сопротивление. Наибольшим сопротивлением обладает кожа: её уникальное объемное сопротивление достигает 3*10⁵…2*10⁶ Ом*см. Другие ткани, в том числе мышечная ткань, кровь и особенно спинной и головной мозг имеют малое сопротивление. Следовательно, сопротивление тела человека определеятся главным образом сопротивлением кожи.

Кожа состоит из двух основных слоев: наружного – эпидермиса и внутреннего – дермы.

Наружный слой (эпидермис) имеет несколько слоев, из которых самый верхний называют роговым. Роговый слой состоит из многих рядов омертвевших ороговевших клеток; он лишен кровеносных сосудов и нервов и является слоем неживой ткани, покрывающей тело человека.

Роговый слой имеет толщину на разных участках тела от 0,05 до 0,2 мм; на ладонях и подошвах, утолщаясь, он может образовывать мозоли, т.е. иметь значительную толщину.

Роговый слой плохо проводит тепло и электричество. В сухом и незагрязненном состоянии роговый слой можно рассматривать как диэлектрик: его удельное объемное сопротивление составляет 10⁷…10⁸ Ом*см.

Другие слои эпидермиса, лежащие под роговым слоем и образованные в основном из живых клеток, можно условно объединить в один так называемый ростковый слой. Обычно он в несколько раз тоньше рогового слоя и обладает значительно меньшим сопротивлением.

Внутренний слой (дерма) является живой тканью. В нем находятся кровеносные сосуды, нервы, корни волос, потовый и сальные железы, выводные протоки которых выходят на поверхность кожи, пронизывая эпидермис. Электрическое сопротивление дермы не велико.

С опротивление тела человека при сухой, чистой и неповрежденной коже, измеренное при напряжении 15…20В, колеблется в пределах от 3 до 100 кОм. Если на участках кожи, где прикладываются электроды, соскоблить роговый слой, сопротивление тела упадет до 1…5 кОм, а при удалении всего верхнего слоя (эпидермиса) – до 0,5…0,7 кОм. Если же под электродами полностью удалить кожу, то сопротивление составить 0,3…0,5 кОм. Р исунок 1. Схема измерения сопротивления тела человека

Сопротивление тела человека (рисунок 1.), т.е. сопротивление между электродами 1, можно условно считать состоящим из трех последовательно включенных сопротивлений: двух одинаковых сопротивлений эпидермиса Rн (сопротивления между электродом 1, роговым слоем 2, ростковым слоем 3 и дермой 4) и внутреннего сопротивления Rв, которое включает в себя два сопротивления дермы 4 и сопротивление внутренних тканей тела 5.

Рисунок 2. Эквивалентная схема сопротивления тела человека

Наружное сопротивление тела обладает не только активной Rн, но и емкостной Сн составляющей (рисунок 2). Одной обкладкой конденсатора Сн являются токоведущие части 1, второй – дерма 4, а диэлектриком эпидермис 2.

Согласно приведенной эквивалентной схеме полное сопротивление тела человека будет равно

Так как значение емкости Сн мало, то для токов промышленной частоты сопротивление тела человека будет равно

Rz=Rв+2*Rн

Сопротивление тела человека зависит от приложенного напряжения, значения и частоты тока, времени прохождения и состояния кожи.

С увеличением приложенного напряжения сопротивление тела человека Rz уменьшается, что объясняется электрическим пробоем рогового слоя.

С увеличением тока и времени его прохождения через тело человека Rz уменьшается, так как усиливается местный нагрев кожи, что приводит к расширению ее сосудов и увеличению потовыделения.

Так как сопротивление кожи на различных участках тела неодинаково, то сопротивление зависит от площади и плотности контактов и места их приложения.

Переменный ток представляет большую опасность, чем постоянный ток такого же значения. С увеличением частоты тока сопротивление тела человека за счет емкостной составляющей уменьшается и при f=(10…20) кГц можно считать, что наружный слой кожи не имеет сопротивления электрическому току.

Сопротивление тела человека в сильной степени зависит от состояния кожи. Порезы, царапины, ссадины, увлажнения и потовыделение, загрязнение токопроводящими веществами могут уменьшать сопротивление кожи Rн.

Поэтому при расчетах сопротивление тела человека Rч току промышленной частоты считают неизменным и равным 1000 Ом.