Параметры электрической сети и цепи поражения

Если человек касается одновременно двух точек, между которыми существует напряжение, и при этом образуется замкнутая цепь, через его тело проходит ток. Значение этого тока зависит от схемы прикосновения, т.е. от того, каких частей электрической установки касается человек, а также от параметров электрической сети.

На рис.1.8 представлено двухфазное (двухпроводное) прикосновение к токоведущим частям; при этом человек оказывается под рабо

чим напряжением сети, и ток, протекающий через его тело, равен:

Ток , протекающий через тело человека, элементы электрической сети, пол (грунт), будем называть поражающим, в отличие от тока нагрузки, который на человека влияния не оказывает. Цепь протекания поражающего тока называется цепью поражения.

Рис.1.8. Двухфазное (двухпроводное) прикосновение к

токоведущим частям:

а) в трехфазной сети; б) в однофазной сети

Напряжение прикосновения – напряжение между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землей при одновременном прикосновении к ним человека или животного.

Во всех случаях контакта человека с проводящими частями электроустановки, нормально или случайно находящимися под напряжением, это напряжение прикладывается ко всей цепи человека, куда входят сопротивления тела человека, обуви, пола или грунта, на котором стоит человек, и т.п. Напряжение прикосновения прикладывается только к человеку и его можно определить как падение напряжения в теле человека:

При двухпроводном прикосновении в однофазной сети (рис.1.8б) напряжение прикосновения равно фазному напряжению электроустановки, а в трехфазной сети (рис.1.8а) – линейному напряжению. И чем больше , тем более опасно прикосновение к токоведущим частям.

Электрическое сопротивление различных тканей тела человека неодинаково: кожа, кости, жировая ткань, сухожилия и хрящи имеют относительно большое сопротивление, а мышечная ткань, кровь, лимфа и особенно спинной и головной мозг – малое. Удельное объемное сопротивление тканей человека при воздействии тока частотой 50 Гц представлено в табл.1.2.

Из этих данных следует, что по сравнению с другими тканями кожа обладает очень большим удельным сопротивлением, которое является главным фактором, определяющим сопротивление тела человека в целом.

Строение кожи весьма сложно. Кожа состоит из двух основных слоев: наружного, называемого эпидермисом, и внутреннего, являющегося собственно кожей и носящего название дермы (рис.1.9).

Наружные слои кожи – эпидермис – в свою очередь состоит из пяти слоев, из которых самый верхний является, как правило, более толстым, чем все остальные слои вместе взятые, и называется роговым.

Таблица 1.2

Удельное объемное сопротивление тканей тела человека

Наименование тканей тела человека	Удельное объемное сопротивление [Ом×м]
Кожа сухая	3.103 – 2.104
Кости (без надкостницы)	103 – 2.106
Жировая ткань	30 – 60
Мышечная ткань	1,5 – 3
Кровь	1 – 2
Спинномозговая жидкость	0,5 – 0,6

Роговой слой включает в себя несколько десятков рядов мертвых ороговевших клеток, имеющих вид чешуек, плотно прилегающих одна к другой. Каждая такая чешуйка представляет собой плотную роговую оболочку, как бы сплюснутую маленькую подушечку, содержащую небольшое количество воздуха.

Рис.1.9. Схема вертикального разреза кожи:

а– наружный слой кожи – эпидермис; б– внутренний слой кожи – дерма; 1 – роговой слой; 2 – ростковый слой; 3 – волос; 4 – сальные железы; 5 – кровеносные сосуды; 6 – чувствительные нервные окончания; 7 – потовые железы; 8 – подкожная жировая клетчатка

Роговой слой лишен кровеносных сосудов и нервов и поэтому является слоем неживой ткани. Толщина его на разных участках тела различна и колеблется в пределах 0,05 – 0,2 мм. Наибольшей толщины он достигает в местах, подвергающихся постоянным механическим воздействиям, в первую очередь, на подошвах ног и ладонях рук, где, утолщаясь, он может образовывать мозоли.

Роговой слой обладает относительно высокой механической прочностью, плохо проводит теплоту и электричество и является как бы защитной оболочкой, покрывающей все тело человека. В сухом и незагрязненном состоянии этот слой можно рассматривать как диэлектрик: его удельное сопротивление достигает 10⁵– 10⁶Ом.м, т.е. в сотни и тысячи раз превышает сопротивление других слоев кожи и внутренних тканей организма.

Другие слои эпидермиса, лежащие под роговым слоем и образованные в основном из живых клеток, можно условно объединить в один так называемый ростковый слой. В основании этого слоя непрерывно происходят деление и развитие новых живых клеток, а вверху – ороговение и отмирание клеток, которые при этом изменяют свою форму, уплотняются, пропитываются особым белковым веществом и становятся клетками рогового слоя, восполняя постоянно слущивающиеся с поверхности кожи мертвые клетки.

Электрическое сопротивление росткового слоя благодаря наличию в нем отмирающих и находящихся в стадии ороговения клеток может в несколько раз превышать сопротивление внутреннего слоя кожи (дермы) и подкожных (внутренних) тканей организма, хотя по сравнению с сопротивлением рогового слоя оно невелико.

Внутренний слой кожи – дерма – состоит из прочных волокон соединительной и эластической ткани, переплетающихся между собой и образующих густую прочную сетку, которая и служит основой всей кожи.

Между этими волокнами находятся кровеносные и лимфатические сосуды, нервные окончания и корни волос. Здесь же расположены потовые и сальные железы, выводные протоки которых выходят на поверхность кожи, пронизывая эпидермис.

Дерма является живой тканью, электрическое сопротивление ее незначительно: оно во много раз меньше сопротивления эпидермиса. Проблема определения сопротивления человеческого тела весьма сложна вследствие своеобразного поведения отдельных тканей организма и его биологической реактивности.

Говоря об электрическом сопротивлении человеческого организма, обычно различают внешнее сопротивление (сопротивление кожи) и внутреннее сопротивление (сопротивление внутренних тканей: мышц, нервов и т.д.). Исследованиями установлено, что сопротивление внутренних органов не зависит от величины приложенного напряжения и зависит только от изменения температуры тела и в среднем может быть принято 500 – 1000 Ом.

Наибольшее сопротивление току оказывает верхний лишенный кровеносных сосудов и нервов роговой слой (эпидермис) кожи. Этот слой при некоторых условиях представляет собой как бы наслоенный изолятор. Сопротивление кожи с увеличением толщины этого слоя возрастает.

Сопротивление кожи даже для одного и того же участка тела человека изменяется в очень широких пределах и зависит от состояния кожи, величины поверхности и плотности прилегания контакта, величины и продолжительности проходящего тока, величины приложенного напряжения. Сопротивление кожи отдельных участков тела связано с количеством имеющихся в них потовых желез, характером кровеносных сосудов и некоторыми другими факторами, пока еще не выявленными.

Влага, пот, проводящие химические вещества, токопроводящая пыль (металлическая, угольная и др.) значительно снижают сопротивление кожи.

Повышенная чувствительность некоторых лиц к электрическому току во многих случаях может быть объяснена усиленной деятельностью потовых желез. Вследствие увлажнения кожи человека сопротивление ее уменьшается, а эффект физиологического воздействия тока увеличивается.

Сопротивление кожи тем меньше, чем большая поверхность соприкасается с токоведущими частями (ТВЧ). Сопротивление кожи изменяется обратно пропорционально площади контакта. Это особенно важно иметь в виду при электросварочных работах, когда работающий значительной поверхностью своего тела соприкасается с металлическими частями и в случае попадания под напряжение опасность поражения током увеличивается.

При увеличении тока, проходящего через кожу, сопротивление ее уменьшается, что объясняется ее нагревом, увеличивающим все большее и большее потовыделение. По данным наблюдений, сопротивление тела человека, составляющее при токе 0,1 мА около 500 кОм, снижается при токе 10 мА до 8 кОм. Снижение сопротивления кожи от длительности протекания тока объясняется нагревом и электролитическим изменением кожи.

Весьма существенное влияние на сопротивление кожи оказывает величина приложенного напряжения. Это объясняется тем, что в верхнем роговом слое, кроме указанных выше электролитических изменений, может наступить явление пробоя. Начало этого явления, в особенности при тонкой коже, наступает при 10 – 30 В. Однако, влияние его на сопротивление резко увеличивается лишь при напряжении 250 В и выше, когда, в конечном счете, сопротивление тела приближается к его сопротивлению при снятой коже.

Сопротивление кожи может быть приблизительно выражено следующим образом:

где – сопротивление кожи на единицу поверхности контакта, Ом×мм/см²;

– толщина кожи, мм;

– поверхность контакта, см².

Величины и могут отличаться не только у различных лиц, но даже у одного лица они могут изменяться в широких пределах в зависимости от приложенного напряжения и времени воздействия электрического тока (см. табл.1.3).

Таблица 1.3