Факторы, влияющие на исход поражения электрическим током
Действие электрического тока на человека.
Электробезопасность – это система организационных и технических мероприятий и средств, которые обеспечивают защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества. (ГОСТ 12.1.009-76)
Поражение человека электрическим током возможно только при замыкании электрической цепи через тело человека: прикосновении к открытым токоведущим частям оборудования и проводам; прикосновении к корпусам электроустановок, случайно оказавшихся под напряжением (повреждение изоляции); шаговом напряжении; освобождении человека, находящегося под напряжением; действии электрической дуги; воздействии атмосферного электричества во время грозовых разрядов.
Проходя через организм, электрический ток оказывает следующие воздействия: термическое (нагревает ткани, кровеносные сосуды, нервные волокна и внутренние органы вплоть до ожогов отдельных участков тела); электролитическое (разлагает кровь, плазму); биологическое (раздражает и возбуждает живые ткани организма, нарушает внутренние биологические процессы).
Рис. 1. Классификация электрических травм
Электрический удар (общие) – поражение организма человека, вызванное возбуждением живых тканей тела электрическим током и сопровождающееся судорожным сокращением мышц. В зависимости от возникающих последствий электрические удары делятся на четыре степени: 1 – судорожное сокращение мышц без потери сознания; 2 – судорожное сокращение мышц с потерей сознания, но с сохранившимися дыханием и работой сердца; 3 – потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или дыхания (или того и другого); 4 – состояние клинической смерти.
Местные (локальные нарушения целостности тканей организма). Электрический ожог (токовый или дуговой) – токовый ожог является следствием преобразования электрической энергии в тепловую (как правило, возникает при относительно невысоких напряжениях электрической сети); дуговой ожог возникает при высоких напряжениях электрической сети между проводником тока и телом человека, когда образуется электрическая дуга.
Электрические знаки – пятна серого или бледно-желтого цвета овальной формы, диаметром 1-5 мм на поверхности кожи человека, образующиеся м месте контакта с проводником тока. Эта травма не представляет серьезной опасности и быстро проходит.
Металлизация кожи – проникновение в верхние слои кожи мельчайших частичек металла, расплавившегося под действием электрической дуги. В зависимости от места поражения эта травма может быть очень болезненной, с течением времени пораженная кожа сходит, а если поражены глаза, то возможно ухудшение или потеря зрения.
Электроофтальмия – воспаление наружных оболочек глаз под действием потока ультрафиолетовых лучей, испускаемых электрической дугой. По этой причине нельзя смотреть на сварочную электродугу без специальных защитных очков. Травма сопровождается сильной болью и резью в глазах, временной потерей зрения, при сильном поражении потребуется сложное и длительное лечение. Механические повреждения возникают в результате резких судорожных сокращений мышц под действием проходящего через тело человека тока (расслаивает, разрывает различные ткани, стенки кровеносных сосудов; возможны вывихи суставов, разрывы связок и даже переломы костей; кроме того, в состоянии испуга и шока человек может упасть с высоты и получить травму).
Факторы, влияющие на исход поражения электрическим током.
Рис. 2. Параметры, определяющие тяжесть поражения электрическим током
Параметры, определяющие тяжесть поражения электрическим током: А) Сила тока: 1- напряжение электрической сети, 2 - электрическое сопротивление цепи. Б) Частота тока. В) Время воздействия тока. Г) Путь протекания тока.
Параметры, определяющие тяжесть поражения электрическим током, зависят от ряда факторов, основными из них являются: род и величина электрического тока, длительность его воздействия на организм, величина напряжения, воздействующего на организм; частота тока, путь протекания тока в теле человека, электрическое сопротивление тела человека, психофизиологическое состояние организма, его индивидуальные свойства, состояние и характеристика окружающей среды (температура воздуха, влажность, загазованность, запыленность) и др.
Сила тока. Протекающий через организм переменный ток промышленной частоты (50 Гц) человек начинает ощущать с малых значений, с увеличением силы тока растет его отрицательное действие на организм:
- 0,6…1,5 - мА вызывается зуд и легкое пощипывание кожи (пороговый ток ощущения);
- 2…3 мА - наблюдается сильное дрожание пальцев рук;
- 5…7 мА – фиксируются судороги и болевые ощущения в руках;
- 8…10 мА – резкая боль охватывает всю руку и сопровождается судорожными сокращениями мышц кисти и предплечья;
- 10…15 мА – судороги мышц руки становятся настолько сильными, что человек не может их преодолеть и освободиться от проводника тока (пороговый неотпускающий ток);
- 20…25 мА – происходят нарушения в работе легких и сердца, при длительном воздействии такого тока может произойти остановка сердца и прекращение дыхания;
- более 100 мА – протекание тока через человека вызывает фибрилляцию сердца – судорожные неритмичные сокращения сердца; сердце перестает работать как насос, перекачивающий кровь (пороговый фибрилляционный ток);
- более 5 мА – вызывает немедленную остановку сердца, минуя состояние фибрилляции.
Сила тока зависит от напряжения, приложенного к человеку, и сопротивления тела. Чем выше напряжение и меньше сопротивление, тем больше сила тока.
Рис. 3. Характерные пути тока в теле человека
Пути протекания тока. Наиболее опасен ток, проходящий через жизненно важные органы (сердце, легкие, головной мозг), т.е. голова – руки, голова – ноги, рука – рука, рука – ноги.
Частота тока. Наиболее опасен ток промышленной частоты – 50 Гц. Постоянный ток и ток больших частот менее опасен, и пороговые значения для него больше. При протекании тока по пути «рука – рука» или «рука – ноги» пороговые значения силы тока приведены в таблице «Пороговые значения силы тока».
Таблица 1
Пороговые значения силы тока
| Род тока | Пороговый ощутимый ток, мА | Пороговый неотпускающий ток, мА | Пороговый фибрилляционный ток, мА |
| Переменны ток частотой 50 Гц | 0,5…1,5 | 6…10 | 80…100 |
| Постоянный ток | 5,0…7,0 | 50…80 |
Ток, проходящий по пути «нога – нога», часто возникающий при шаговом напряжении, не воздействует на сердце и легкие, но влияет них рефлекторно и, при определенной силе и длительности, способен привести к тяжелому исходу. Кроме того, он может вызывать судороги ног, падение человека и образование более опасного пути (руки – ноги) с большим шаговым напряжением, как длина тела больше длины шага.
При напряжении до 500 В более опасен переменный ток. Это подтверждается тем, что одинаковые с постоянным током воздействия на организм человека он вызывает при силе тока в 4 – 5 раз меньшей. При напряжении свыше 500 В более опасен постоянный ток.
Время воздействия электрического тока. С увеличением длительности воздействия тока растет вероятность тяжелого или смертельного исхода. Наиболее опасная продолжительность действия тока – 1 секунда и более, т.е. не менее периода сердечного цикла (0,75…1 с). Тяжесть поражения электрическим током зависит от ряда факторов и неодинакова в различных ситуациях. Известны случаи гибели от слабых токов при напряжении 12 В и благополучного исхода при действии напряжением 1000 В и более. Это зависит от состояния нервной системы, физического развития человека. Для женщин, например, пороговые значения силы тока примерно в 1,5 раза ниже, чем для мужчин.
Главным определяющим фактором является сила тока,
I = U / R,
Где U – напряжение, В; R – сопротивление, Ом; I – сила тока, А.
Электрическое сопротивление цепи равно сумме сопротивлений всех участков, составляющих цепь (проводников, пола, обуви и др.); в общее электрическое сопротивление входит и сопротивление тела человека. На исход поражения сильно влияет сопротивление тела человека, которое изменяется в очень больших пределах. Наибольшим сопротивлением обладает верхний слой кожи толщиной около 0,2 мм, состоящий из мертвых ороговевших клеток. Общее электрическое сопротивление тела человека при сухой, чистой и неповрежденной коже, измеренное при напряжении 15…20 В, находится примерно в пределах 3…1000 кОм и больше; сопротивление внутренних тканей тела – 300…500 Ом. Поэтому люди с нежной, влажной и потной кожей, а также с повреждениями и ссадинами на коже более уязвимы для электрического тока. При различных расчетах, связанных с обеспечением электробезопасности и расследованием электротравм, сопротивление тела человека принимают равным 1 кОм. Электрическое сопротивление изоляции проводников тока, если она не повреждена, составляет, как правило, 100 кОм и более.
Электрическое сопротивление обуви и основания (пола) зависит от материала, из которого сделано основание и подошва обуви, и их состояния – сухие или мокрые. Например, сухая подошва из кожи имеет сопротивление примерно 100 кОм, влажная подошва – 0,5 кОм; из резины – 500 и 1,5 кОм соответственно. Сухой асфальтовый пол имеет сопротивление около 2000 кОм, мокрый – 0,8 кОм; бетонный – 2000 и 0,1 кОм соответственно; деревянный – 30 и 0,3 кОм; земляной – 20 и 0,3 кОм; из керамической плитки – 25 и 0,3 кОм. Очевидно, что при влажных и мокрых основаниях и обуви риск поражения человека электрическим током возрастает.
Напряжение прикосновения - Uпр, В – это разность электрических потенциалов между двумя точками тела человека, возникающая при его прикосновении к токоведущим частям, корпусу электроустановки или нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением.
Рис. 4. Схема формирования напряжения прикосновения
Напряжение прикосновения Uпр = φр - φн, где Uпр – напряжение прикосновения, В; φр, φн – разность потенциалов, под которыми находятся рука и ноги человека, В. Потенциал руки φр равен потенциалу корпуса установки φк, а потенциал ноги φн равен потенциалу земли φз, который зависит от удаленности человека от точки стекания тока в землю.
Если корпус установки, оказавшейся под напряжением, изолирован от земли или человек находится на расстоянии более 20 м от точки стекания тока с корпуса в землю, то потенциал земли нулевой и напряжение прикосновения фактически равно потенциалу корпуса. Если человек находится в зоне растекания тока, то чем дальше человек находится от точки стекания тока в землю, тем меньше потенциал земли и, следовательно, больше напряжение прикосновения, под которым находится человек. Если человек стоит рядом с точкой растекания тока, потенциал земли (потенциал ног) практически равен потенциалу корпуса (потенциалу руки), и напряжение прикосновения практически равно нулю, т.е. человек находится в безопасности.
Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов для человека определены ГОСТ 12.1.038-82 при аварийном режиме работы электроустановок.
Таблица 2.
Предельно допустимые уровни напряжения и силы тока, протекающего через тело человека при аварийных режимах.
| Род тока | Предельно допустимые уровни при продолжительности воздействия (не более), с | |||||
| 0,1 | 0,5 | 0,7 | 1,0 | Свыше 1,0 | ||
| Переменный с частотой 50 Гц | Напряжение прикосновения, В | |||||
| Ток, мА | ||||||
| Постоянный | Напряжение прикосновения, В | |||||
| Ток, мА |
Рис. 5. Схема формирования напряжения шага
Напряжение шага Uш возникает, когда человек находится в зоне растекания электрического тока в основании или в земле. Если ноги человека удалены на различное расстояние от точки стекания тока (как правило на размер шага), то они будут находится под разными потенциалами. В результате возникнет напряжение шага, равное разности потенциалов, между точками земли или другой поверхности на которой стоит человек обеими ногами.