Действие электрического тока на организм человека. Виды поражений электрическим током

Основные нормативные правовые документы.

 

Электробезопасность - система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества.

Электробезопасность должна обеспечиваться конструкцией электроустановок, техническими способами и средствами защиты, организационными и техническими мероприятиями при производстве работ в электроустановках или при обслуживании потребителей электрической энергии.

Для надзора за безопасной эксплуатацией электроустановок создан специальный государственный орган - Государственный энергетический надзор (Госэнергонадзор России). Управление государственного энергетического надзора является структурным подразделением центрального аппарата Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору. Госэнергонадзор России издаёт нормативные правовые акты по электробезопасности электроустановок, обязательные для всех потребителей электроэнергии независимо от их ведомственной принадлежности и форм собственности.

Основными нормативными правовыми документами в области электробезопасности являются:

- Правила устройства электроустановок (7-е изд., с изм. и доп.), в которых содержатся определения, область применения и общие указания по устройству электроустановок, выбору проводников и электрических аппаратов при проектировании, монтаже и эксплуатации электроустановок;

- Правила по охране труда при эксплуатации электроустановок  (утверждены приказом Минтруда России от 24.07.2013 N 328н);

- Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей (Утверждены приказом Минэнерго России от 13 января 2003 г. № 6, зарегистрированы Минюстом России 22 января 2003 г., per. № 4145), в которых содержатся требования к потребителям электрической энергии по обеспечению надёжной, безопасной и рациональной эксплуатации электроустановок;

Отраслевые Инструкции, правила и нормы на железнодорожном транспорте по электробезопасности могут применяться при эксплуатации электроустановок при условии, что они не ослабляют требований Правил Госэнергонадзора и им не противоречат. В настоящее время действует отраслевой стандарт СТО РЖД 15.013-2015 «Система управления охраной труда в ОАО «РЖД». Электрическая безопасность. Общие положения».

Лекция № 3

 

Действие электрического тока на организм человека. Виды поражений электрическим током.

Напряжения и токи прикосновения представляют собой основные опасные факторы электромагнитного поля (ЭМП) при эксплуатации электроустановок.

Опасное воздействие ЭМП на живые организмы и человека проявляется обычно в воздействии на них силовых электрических установок при попадании живого организма в электрическую цепь этих установок. Эта ситуация может возникнуть при случайном прикосновении к частям электроустановки, находящимся под напряжением, при повреждении электроустановок и появлении электрического напряжения  электроустановки на корпусах электрооборудования или поверхности земли, на которых при нормальном режиме работы электроустановки ЭМП отсутствовало. При кратковременном опасном воздействии ЭМП на человека различают напряжение прикосновения и напряжение шага.

Напряжением прикосновения называют разность потенциалов между двумя точками электрической цепи, которых касается человек.

Напряжением шага называют разность потенциалов поверхности земли на расстоянии шага.

Исход опасного воздействия электрического тока на человека при случайном прикосновении к токоведущим частям электрооборудования или частям, которые при нарушении изоляции могут оказаться под напряжением, может быть различным. В одних случаях прикосновение человека к указанным частям электрооборудования будет сопровождаться прохождением через тело человека малых токов и окажется без опасных последствий, в других - токи могут достигать значений, способных вызвать электрическую травму и даже смертельное поражение человека. В указанных случаях воздействие электрического тока на организм человека принято называть электрическим ударом.

Тело человека представляет собой некую электроэнергетическую систему, в которой имеется управляющая система в виде центральной нервной системы, вырабатывающей с помощью головного мозга управляющие электрические импульсы (биотоки мозга), которые распространяются по нервным тканям и управляют работой органов человеческого тела и любыми двигательными реакциями с помощью мышечной системы.

С точки зрения величин, характеризующих внутреннее электромагнитное поле человека или внутреннюю «электрическую цепь», состоящую из нервных тканей, следует иметь в виду, что внутренний потенциал в клетках не превышает 100 мкВ, а биотоки 30 мкА.

Структура внутренних электромагнитных явлений в организме животного и человека определяет закономерности воздействия на организм внешнего электромагнитного поля при непосредственном облучении или через посредство включения человека в электрическую цепь при случайном прикосновении к частям электроустановок (ЭУ), находящихся под напряжением. Здесь и далее под случайным прикосновением к ЭУ мы будем понимать любые возможные случаи возникновения электрической цепи через тело человека: при неосторожном прикосновении к неизолированным токоведущим частям; при пользовании приёмниками электрической энергии и электроустановками, в которых произошло повреждение изоляции и замыкание на корпус или на заземляющее устройство и т.п.

При случайном прикосновении уровень воздействия ЭМП на человека и исход электрической травмы зависят от следующих основных факторов:

• величины напряжения прикосновения и тока через тело человека;
• рода тока (постоянный или переменный) и частоты переменного тока;
• продолжительности протекания тока по телу человека (в практике нормирования напряжений прикосновения и токов рассматриваются случаи только кратковременного прикосновения до 10 с);
• пути протекания тока по телу человека (при нормировании напряжений прикосновения и токов принимаются только характерные или чаще всего возникающие случаи протекания тока по путям: ладонь-ладонь, ладонь-ступни, ладони-ступни, ступня-ступня);
• условий внешней среды (высокая влажность, наличие токопроводящей пыли, высокая температура воздуха и др.).

 

С точки зрения физиологического действия на организм человека следует различать два уровня напряжений и токов, при которых происходят существенно различающиеся явления, сопровождающие протекание тока через тело человека при случайных прикосновениях, а именно:

• низкий уровень - раздражающее и болевое действие, характеризующееся напряжениями прикосновения до 600 В и токами менее 500 мА, протекающими по нервным и мышечным тканям организма;
• высокий уровень -  разрушающее тонкую структуру тканей действие (тепловое и электролитическое разрушение), вызывающее электрический пробой живой ткани с образованием узкого канала, по которому протекает весь ток, характеризующееся напряжениями выше 600...1000 В и токами более 0,5 А.

 

Наличие двух уровней физиологического действия напряжений прикосновения и токов, по существу, явилось причиной разделения ЭУ в отношении мер безопасности на ЭУ до и выше 1000 В (Правила техники безопасности при эксплуатации электротехнических установок промышленных предприятий, изд.1954 г.).

Разный уровень физиологического действия и специфика последствий электрической травмы при этих уровнях послужили причиной существовавшего длительное время необъяснимого «феномена электрической травмы», когда удельное число смертельных исходов при получении электрических травм напряжением выше 1000 В оказывалось большим по сравнению с удельным числом смертельных исходов при получении электрических травм при напряжениях до 1000 В. При этом, как правило, при прикосновениях в ЭУ выше 1000 В смертельный исход не наступал даже при наличии тяжёлых ожоговых травм тогда, как в ЭУ ниже 1000 В часто наступал смертельный исход при отсутствии каких-либо ожогов или электрических знаков.

 

Действие на организм человека переменного тока промышленной частоты низкого уровня наблюдается в ЭУ до 1000 В при случайных прикосновениях и в ЭУ выше 1000 В при возникновении на заземлённых конструкциях при повреждениях изоляции напряжений прикосновения, а на территории ЭУ - шаговых напряжений.

Действие на организм человека переменного тока промышленной частоты высокого уровня наблюдается при случайных прикосновениях в ЭУ выше 1000 В. В этих случаях электрическая травма сопровождается тяжёлыми ожогами и тепловыми повреждениями тканей конечностей, приводящие, как правило, к их ампутации. Отсутствие летального исхода наблюдаются только в том случае, если тепловые и электролитические явления при протекании электрического тока, не нанесли органам тела повреждения, несовместимые с жизнедеятельностью организма.

В зависимости от патологических процессов, возникающих при поражениях электрическим током, принята следующая классификация электрических травм по степени их тяжести:

I степень - наличие судорожного сокращения мышц без потери сознания (электрический удар);

II степень - судорожное сокращение мышц (электрический удар) и потеря сознания;

III степень - потеря сознания в результате электрического удара и нарушение функций сердечной деятельности или(и) дыхания;

IV степень - наступление в результате электрического удара клинической смерти (остановка сердечной деятельности и дыхания).

Действие электрического тока на организм человека связано с возникновением ожогов в месте прикосновения и, особенно, при возникновении электрической дуги.

При действии на организм электрического тока высокого уровня значительные ожоги возникают на поверхности кожи и внутри тела вдоль канала протекания тока по организму человека.

При действии на организм электрического тока низкого уровня часто возникают ожоги различной степени, особенно при плохом контакте в месте прикосновения. По данным исследований, электрические ожоги вообще не наблюдаются при напряжениях прикосновения 65 В, в 55% случаев при напряжении 127 В, в 41,5% случаев при напряжении 220 В и в 29,5% случаев при напряжении 380 В. 

Специфическими видами электрических травм являются: электрические знаки (метки) и металлизация кожи, элекроофтальмия.

Электрические знаки возникают обычно при хорошем контакте в месте прикосновения и по внешнему виду представляют собой точечные изменения цвета поверхности кожи серого или бело-жёлтого цвета поперечным размером до 5 мм с резко очерченными краями. Как правило, безболезненны и не вызывают последующих воспалительных процессов.

Металлизация кожи представляет собой проникновение в структуру кожи паров металла со специфической окраской места прикосновения: зелёной - при контакте с красной медью, сине-зелёной - при контакте с латунью, серо-жёлтой при контакте со свинцом. В большинстве случаев металлизированная кожа с течением времени сходит, не оставляя следов.

Электроофтальмия – ожог сетчатки глаза ультрафиолетовым излучением электрической дуги (например, при электросварке).

При кратковременном воздействии переменного тока промышленной частоты при случайном прикосновении в ЭУ ниже 1000 В опасность для человеческого организма заключается в специфическом раздражающем эффекте действия тока, заключающееся в обратимом нарушении функций мышц, включая нервно-мышечный аппарат сердца и грудной клетки, участвующий в работе сердца и дыхания.

Нарушение дыхания может продолжаться в течение всего времени, пока организм находится под действием электрического тока. После отключения тока дыхание может восстановиться, если его расстройство было непродолжительным.

Глубокое нарушение дыхания наступает при токах, вызванных напряжением 220 В и выше, в этом случае остановка дыхания из-за нарушения протекания к мышцам биотоков нервной системы может наблюдаться и после прекращения действия тока прикосновения. Длительное отсутствие дыхания в этом случае может привести к летальному исходу, если не оказать пострадавшему своевременную помощь.

Наиболее опасное последствие для жизнедеятельности организма может иметь реакция сердечно-сосудистой системы на действие тока прикосновения промышленной частоты.

Деятельность сердца легко нарушается под влиянием внешнего электрического воздействия, но в отличие от нарушения дыхания эта деятельность не восстанавливается самостоятельно после прекращения протекания тока прикосновения.

Действие внешнего электрического тока на нервно-мышечный аппарат сердечно-сосудистой системы зависит не только от продолжительности воздействия тока, но и от момента воздействия тока по отношению к периоду полного цикла сердечной деятельности (кардиоцикла).

 

Воздействие постоянного тока на организм человека в отличие от переменного тока характеризуется ещё и болевыми ощущениями в суставах организма. По мнению некоторых исследователей исход электрической травмы на постоянном токе может происходить при токе прикосновения в несколько десятков миллиампер от болевого шока, который представляет собой реакцию нервной системы человека на боль, что, в свою очередь, может привести к остановке сердца и дыхания.

 

Действие переменного электрического тока промышленной частоты низкого уровня, вызывающего специфическое раздражающее действие на организм человека, по реакциям организма при протекании тока может характеризоваться рядом пороговых уровней:

• порог ощущения - величина тока, при которой 99,9% людей ощущают протекание тока ладонями рук (около 0,6 - 1 мА);
• порог отпускания - величина тока, при которой у 100% людей не возникает эффект «приковывания жертвы» к месту прикосновения, т.е. любой, даже самый слабый человек, может самостоятельно оторваться от места прикосновения при протекании по конечностям и телу тока данной величины (менее 6 мА);
• порог неотпускания - величина тока, при которой 100% людей не могут самостоятельно оторваться от места прикосновения при протекании по конечностям и телу тока данной величины (22 мА);
• порог фибрилляции сердца и остановки дыхания - величина тока, при которой может возникнуть фибрилляция сердца и остановка дыхания (более 50 мА), она существенно зависит от продолжительности протекания тока; при длительном протекании тока может быть равна неотпускающему току.

Протекание по телу человека токов промышленной частоты величиной выше ощущаемых (более 1 мА), вызванных напряжениями прикосновения в несколько вольт или десятков вольт, создаёт условия для поглощения этими токами меньших по уровню более, чем в 30 раз (максимальные биотоки в организме человека до 0,03 мА), управляющих биотоков мозга. Этим объясняется эффект «приковывания жертвы», когда головной мозг человека посылает биоэлектрический сигнал на отпускание конечности от места прикосновения, а осязательные и двигательные рецепторы не воспринимают сигнала из-за высокого уровня «помехи» в виде тока промышленной частоты, поглощающего биотоки нервных тканей.

Аналогичный механизм имеет электрическая травма, вызывающая фибрилляцию сердца или остановку дыхания.

Фибрилляция сердца - процесс некоординированных хаотических сокращений сердечных мышечных волокон из-за отсутствия или недостаточной величины биопотенциалов (биотоков) кардиоцикла, ведущий к остановке сердечной деятельности.

 

При протекании тока промышленной частоты по телу человека, включая часть нервной системы, участвующей в биоэлектрическом управлении работой сердечной мышцы, малые величины биотоков поглощаются высоким уровнем воздействующих на организм токов прикосновения. Сердечная мышца перестаёт получать координированные биотоки, возникает процесс фибрилляции, т.е. отдельные мышечные волокна (фибриллы – сокращаемые волокна мышц) кратковременно сокращаются некоординированно, после чего сердце останавливается.

Для восстановления работы, практически, здорового сердца необходимо осуществить процесс дефибрилляции – в виде механического или электрического возбуждающего воздействия на сердечную мышцу.

 

При протекании по организму человека постоянного тока абсолютные величины пороговых значений токов ощущения, неотпускания, фибрилляции примерно в 2 раза превышают аналогичные значения переменных пороговых токов промышленной частоты.

 

Таким образом, величина тока через тело человека имеет решающее значение в исходе электротравмы. Поэтому величины токов ощущения, неотпускания, фибрилляции являются критериями электробезопасности.