Воздействие электрического тока на человека

Электрический ток оказывает на человека термическое, электролитическое, биологическое и механическое воздействие.

Термическое воздействие тока проявляется ожогами отдель­ных участков тела, нагревом до высокой температуры орга­нов, что вызывает в них значительные функциональные рас­стройства.

Электролитическое воздействие в разложении различных жидкостей организма (воды, крови, лимфы) на ионы, в результатечего происходит нарушение их физико-химического состава и свойств.

Биологическое действие тока проявляется в виде раздраже­ния и возбуждения тканей организма, судорожного сокраще­ния мышц, а также нарушения внутренних биологических процессов.

Механическое воздействие приводит к расслоению, разрыву тканей организма.

Действие электрического тока на человека приводит к трав­мам или гибели людей.

Электрические травмы разделяются на общие (электрические удары) и местные электротравмы (рис. 2.26).

Наибольшую опасность представляют электрические удары.

Электрический удар — это возбуждение живых тканей про­ходящим через человека электрическим током, сопровождаю­щееся судорожными сокращениями мышц; в зависимости от исхода воздействия тока различают четыре степени электриче­ских ударов:

I — судорожное сокращение мышц без потери сознания;

II — судорожное сокращение мышц с потерей сознания, но с сохранившимися дыханием и работой сердца;

III — потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или дыхания (или того и другого вместе);

IV — клиническая смерть, т. е. отсутствие дыхания и крово­обращения.

Кроме остановки сердца и прекращения дыхания причиной смерти может быть электрический шок — тяжелая нервно-реф­лекторная реакция организма на сильное раздражение электрическим током. Шоковое состояние длится от нескольких десят­ков минут до суток, после чего может наступить гибель или выздоровление в результате интенсивных лечебных мероприятий.

Рис. 2.26. 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.

Рис. 2.27. Параметры, определяющие тяжесть поражения электрическим током

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». На рис. 2.28 изображены возможные пути протекания тока через человека.

Рис. 2.28. 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

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. По закону Ома сила электрического тока /равна электрическому напряжению U, деленному на сопротивление электрической цепи R: 1= U/R.

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* (табл. 2.14) при аварийном режиме работы электроустановок постоянного тока частотой 50 и 400 Гц. Для переменного тока частотой 50 Гц до­пустимое значение напряжения прикосновения составляет 2 В, а силы тока — 0,3 мА, для тока частотой 400 Гц соответственно — 2 В и 0,4 мА; для постоянного тока — 8 В и 1 мА. Указан­ные данные приведены для продолжительности воздействия тока не более 10 мин в сутки.

Таблица 2.14. Предельно допустимые уровни напряжения и токов

Род тока	Нормируемая величина	Предельно допустимые уровни, не более, при продолжительности воздей­ствия тока U а, с
		0,01...0,08	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0.7	0,8	0,9	1,0	Св. 1,0
Перемен­ный, 50 Гц	U а, В I а, мА												36 6
Перемен­ный, 400 Гц	U а, В I а, мА												36 8
Постоянный	U а, В I а, мА												40 15

Анализ схем включения человека в электрическую цепь

Так как от сопротивления электрической цепи R существен­но зависит величина электрического тока, проходящего через человека, то тяжесть поражения во многом определяется схемой включения человека в цепь. Схемы образующихся при контакте человека с проводником цепей зависят от вида применяемой системы электроснабжения.

Наиболее распространены электрические сети, в которых ну­левой провод заземлен, т. е. накоротко соединен проводником с землей. Прикосновение к нулевому проводу практически не представляет опасности для человека, опасен только фазный провод. Однако разобраться, какой из двух проводов нулевой, сложно — по виду они одинаковы. Разобраться можно используя специальный прибор — определитель фазы.

На конкретных примерах рассмотрим возможные схемы включения человека в электрическую цепь при прикосновении к проводникам.

Двухфазное включение в цепь. Наиболее редким, но и наиболее опасным, является прикосновение человека к двум фазным про­водам или проводникам тока, соединенным с ними (рис. 2.29).

В этом случае человек окажется под действием линейного напряжения. Через человека потечет ток по пути «рука—рука», i. е. сопротивление цепи будет включать только сопротивление тела (Я).

 

 

а)

Рис. 2.29. Двухфазное включение в цепь: а — изолированная нейтраль; б — за­земленная нейтраль

Если принять сопротивление тела в 1 кОм, а электрическую сеть напряжением 380/220 В, то сила тока, проходящего через че­ловека, будет равна

I _ч = U_л /R_ч = 380 В / 1000 Ом = 0,38 А = 380 мА.

Это смертельно опасный ток. Тяжесть электротравмы или даже жизнь человека будет зависить прежде всего от того, как быстро он освободится от контакта с проводником тока (разо­рвет электрическую цепь), ибо время воздействия в этом случае является определяющим.

Значительно чаще встречаются случаи, когда человек одной рукой соприкасается с фазным проводом или частью прибора, аппарата, который случайно или преднамеренно электрически соединен с ним. Опасность поражения электрическим током в этом случае зависит от вида электрической сети (с заземленной или изолированной нейтралью).

Однофазное включение в цепь в сети с заземленной нейтралью (рис. 2.30). В этом случае ток проходит через человека по пути «рука—ноги» или «рука—рука», а человек будет находиться под фазным напряжением.

В первом случае сопротивление цепи будет определяться со­противлением тела человека (R_ч, обуви (R_o6), основания (R_oc), на котором стоит человек, сопротивлением заземления нейтрали (R _н), и через человека потечет ток

I_ч= U_ф /(R_ч + R_oб + R_0C + R_н).

Сопротивление нейтрали R_H невелико, и им можно принебречь по сравнению с другими сопротивлениями цепи. Для оцен­ки величины протекающего через человека тока примем напряжение сети 380/220 В. Если на человеке надета изолирующая сухая обувь (кожаная, резиновая), он стоит на сухом деревянном иолу, сопротивление цепи будет большим, а сила тока по закону Ома небольшой.

Например, сопротивление пола 30 кОм, кожаной обуви 100 кОм, сопротивление человека 1 кОм. Ток, проходящий через человека

I _ч = 220 В / (30 000 + 100 000 + 1000) Ом = = 0,00168 А = 1,68 мА.

Этот ток близок к пороговому ощутимому току. Человек по­чувствует протекание тока, прекратит работу, устранит неис­правность.

Если человек стоит на влажной земле в сырой обуви или боси­ком, через тело будет проходить ток

I_Ч = 220 В / (3000 + 1000) Ом = 0,055 А = 55 мА.

Этот ток может вызвать нарушение в работе легких и сердца, а при длительном воздействии и смерть.

Если человек стоит на влажной почве в сухих и целых резино­вых сапогах, через тело проходит ток

I _ч = 220 В / (500 000 + 1000) Ом = 0,0004 А = 0,4 мА.

Воздействие такого тока человек может даже не почувство­вать. Однако даже небольшая трещина или прокол на подошве сапога может резко уменьшить сопротивление резиновой по­дошвы и сделать работу опасной.

Перед тем как приступить к работе с электрическими устройствами (особенно длительное время не находящимися в эксплуатации), их необходи­мо тщательно осмотреть на предмет отсутствия повреждений изоляции. Электрические устройства необходимо протереть от пыли и, если они влажные — просушить. Мокрые электрические устройства эксплуатиро­вать нельзя! Электрический инструмент, приборы, аппаратуру лучше хра­нить в полиэтиленовых пакетах, чтобы исключить попадание в них пыли или влаги. Работать надо в обуви. Если надежность электрического уст­ройства вызывает сомнения, надо подстраховаться — подложить под ноги сухой деревянный настил или резиновый коврик. Можно использовать рези­новые перчатки.

 

Рис. 2.30. Однофазное прикосновение в сети с заземленной нейтралью: а — нор­мальный режим работы; б — аварийный режим работы (повреждена вторая фаза)

Второй путь протекания тока возникает тогда, когда второй рукой человек соприкасается с электропроводящими предмета­ми, соединенными с землей (корпусом заземленного станка, металлической или железобетонной конструкцией здания, влажной деревянной стеной, водопроводной трубой, отопительной бата­реей и т. п.). В этом случае ток протекает по пути наименьшего электрического сопротивления. Указанные предметы практиче­ски накоротко соединены с землей, их электрическое сопротив­ление очень мало. Поэтому сопротивление цепи равно сопро­тивлению тела и через человека потечет ток

I _ч = U_Ф / R_Ч = 220 В / 1000 Ом = 0,22 А = 220 мА.

Эта величина тока смертельно опасна.

При работе с электрическими устройствами не прикасайтесь второй рукой к предметам, которые могут быть электрически соединены с землей. Работа в сырых помещениях, при наличии вблизи от человека хорошо прово­дящих предметов, соединенных с землей, представляет исключительно вы­сокую опасность и требует соблюдения повышенных мер электрической безопасности.

В аварийном режиме (рис. 2.30, б), когда одна из фаз сети (другая фаза сети, отличная от фазы, к которой прикоснулся че­ловек) оказалась замкнутой на землю, происходит перераспреде­ление напряжения, и напряжение исправных фаз отличается от фазного напряжения сети. Прикасаясь к исправной фазе, чело­век попадает под напряжение, которое больше фазного, но меньше линейного. Поэтому при любом пути протекания тока этот случай более опасен.

Однофазное включение в цепь в сети с изолированной нейтра­лью (рис. 2.31). На производстве для электроснабжения силовых электроустановок находят применение трехпроводные электри­ческие сети с изолированной нейтралью. В таких сетях отсутст­вует четвертый заземленный нулевой провод, а имеются только три фазных провода. На этой схеме прямоугольниками условно показаны электрические сопротивления г_А, г_в, г_с изоляции про­вода каждой фазы и емкости С_А, С_в, С_с каждой фазы относи­тельно земли. Для упрощения анализа примем r_A = r_B=r_c=r, л С_А = С_£ = С_с = С

 

б)

Рис. 2.31. Однофазное прикосновение в сети с изолированной нейтралью: а — нормальный режим работы; б — аварийный режим работы (повреждена вторая фаза)

Если человек прикоснется к одному из проводов или к како­му-нибудь предмету, электрически соединенному с ним, ток по­течет через человека, обувь, основание и через изоляцию и ем­кость проводов будет стекать на два других провода. Таким образом, образуется замкнутая электрическая цепь, в которую, в отличие от ранее рассмотренных случаев, включено сопротивле­ние изоляции фаз. Так как электрическое сопротивление ис­правной изоляции составляет десятки и сотни килоом, то общее электрическое сопротивление цепи значительно больше сопро­тивления цепи, образующейся в сети с заземленным нулевым проводом. Т. е. ток через человека в такой сети будет меньше, и прикосновение к одной из фаз сети с изолированной нейтралью безопаснее.

Ток через человека в этом случае определяется по следую­щей формуле:

где R_ич = R_ч + R_об + R_ос — электрическое сопротивление цепи че­ловека, ω = 2π f — круговая частота тока, рад/с (для тока про­мышленной частоты f = 50 Гц, поэтому ω = 100π).

Если емкость фаз невелика (это имеет место для непротя­женных воздушных сетей), можно принять С ≈ 0. Тогда выраже­ние для величины тока через человека примет вид:

I_ч =

Например, если сопротивление пола 30 кОм, кожаной обуви 100 кОм, сопротивление человека 1 кОм, а сопротивление изоляции фаз 300 кОм, ток, который проходит через человека (для сети 380/220 В), будет равен

I_ч = 3? 220 В / [3? (30 000 + 100 000 + 1000) + 300 000)] Ом = = 0,00095 А = 0,95 мА.

Такой ток человек может даже не почувствовать.

Даже если не учитывать сопротивление цепи человека (человек стоит на влажной земле в сырой обуви), проходящий через человека ток будет безопасен:

I _ч = 3? 220 В / 300 000 Ом = 0,0022 А = 2,2 мА.

Таким образом, хорошая изоляция фаз является залогом обеспечения безопасности. Однако при разветвленных электри­ческих сетях добиться этого нелегко. У протяженных и разветв­ленных сетей с большим числом потребителей сопротивление изоляции мало, и опасность возрастает.

Для протяженных электрических сетей, особенно кабельных линий, емкостью фаз нельзя пренебрегать (С≠0). Даже при очень хорошей изоляции фаз (r = ∞) ток потечет через человека через емкостное сопротивление фаз, и его величина будет опре­деляться по формуле:

I _ч =

Таким образом, протяженные электрические цепи промыш­ленных предприятий, обладающие высокой емкостью, обладают высокой опасностью, даже при хорошей изоляции фаз.

При нарушении же изоляции какой-либо фазы прикоснове­ние к сети с изолированной нейтралью становится более опас­ным, чем к сети с заземленным нулевым проводом. В аварийном режиме работы (рис. 2.31, б) ток, проходящий через человека, прикоснувшегося к исправной фазе, будет стекать по цепи за­мыкания на земле на аварийную фазу, и его величина будет оп­ределяться формулой:

I _ч = U_л / (R_ич +R_з).

Так как сопротивление замыкания R_з аварийной фазы на земле обычно мало, то человек будет находиться под линейным напряжением, а сопротивление образовавшейся цепи будет рав­но сопротивлению цепи человека R_з, что очень опасно.

По этим соображениям, а также из-за удобства использова­ния (возможность получения напряжения 220 и 380 В) четырехпроводные сети с заземленным нулевым проводом на напряже­ние 380/220 В получили наибольшее распространение.

Мы рассмотрели далеко не все возможные схемы электриче­ских сетей и варианты прикосновения. На производстве вы мо­жете иметь дело с более сложными схемами электроснабжения, находящимися под значительно большими напряжениями, а значит, и более опасными. Однако основные выводы и рекомен­дации для обеспечения безопасности практически такие же.