Действие электрического тока на организм человека

Человек, случайно оказавшийся под напряжением, замыкает электрическую цепь, по которой протекает соответствующий ток, вызывающий определённую реакцию организма, вид которой зависит от силы тока. При конструировании защитных средств за безопасную принимается сила тока 50 -75 мкА. Наименьшее значение токов, которые вызывают реакцию человека, называют пороговыми. Так при силе тока частотой 50Гц на уровне 0.6 - 1.5 мА человек обнаруживает непроизвольное дрожание пальцев рук – это пороговый ток. При силе тока 10 –15 мА возникает судорожное сокращение мышц руки, в которой зажат проводник; человек теряет контроль над своими действиями и не в состоянии самостоятельно освободиться от проводника. Такое пороговое значение характеризуют как неотпускающий ток. Обусловлено это дезорганизацией действия биотоков в организме под действием внешнего источника энергии. В случае чрезмерного раздражающего действия тока сигналы центральной нервной системы могут вызвать не только сокращение мышц, но и опасную для жизни реакцию, в том числе прекращение деятельности сердца и лёгких. При пороговом фибрилляционном токе (порядка 100 мА) наступает беспорядочное сокращение волокон сердечной мышцы (фибрилл). Сердце утрачивает способность перекачивать кровь, при прекращении кровообращения сердце расслабляется и останавливается.

При силе тока, проходящего через тело человека более 1А, происходит немедленная остановка сердца и прекращение дыхания – наступает клиническая смерть. Если в течение 6 – 8 минут восстановить нормальное сокращение фибрилл, то возможно оживление работы сердца – в противном случае наступает биологическая смерть (необратимое прекращение всех функций организма). Кратковременный сильноточный импульс способен прекратить возникшую фибрилляцию сердца; на этом принципе основано действие медицинского прибора – дефибриллятора.

В настоящее время общепринятым пределом опасности считается сила тока 100 мА при продолжительности его действия 3с. В любом случае, для обеспечения безопасности людей необходимо быстро отключать сеть.

Сила тока зависит как от приложенного напряжения, так и от сопротивления тела человека, которое определяется сопротивлением кожного покрова и сопротивлением внутренних органов. При напряжении 200…300 В наступает электрический пробой верхнего слоя кожи и общее сопротивление уменьшается до своего минимального значения (порядка 1 кОм).

Сопротивление тела человека – величина нелинейная. Оно резко уменьшается при увеличении приложенного к телу напряжения, увеличении времени протекания тока через тело, при неудовлетворительном физическом и психическом состоянии и т.п. Из рис. 3.5.1 следует, что увеличение прило-женного напряжения от 0 до 140В сопротивление тела нелинейно падает от десятков тысяч Ом до 800 Ом. Соответственно возрастает ток.

Исход электропоражения будет зависеть также от того, какой частью тела человек попадает под напряжение. Характерные пути протекания тока: рука-ноги, рука-рука, нога-нога. Наиболее опасен путь тока через сердце, мозг, лёгкие. Однако смертельное поражение возможно и при протекании тока, не затрагивающего жизненно важные органы, т.к. ток в теле, как и в любой другой электрической цепи, протекает по пути наименьшего сопротивления (нервам, крови), минуя ткани с большим сопротивлением (жир, мышцы).

Исход поражения в значительной мере определяется длительностью протекания тока в организме. Продолжительное (несколько секунд) воздействие тока может приводить к тяжелому исходу.

Замыкания на землю в электроустановках, как правило, отключаются защитой за доли секунды. Однако устройства электробезопасности (заземления и др.) расчитывают, исходя из больших величин допустимого тока и длительности его воздействия (табл.3.5.5).

Таблица 3.5.5

Параметры электробезопасности требований ГОСТ 12.1.038-82

Расчётные параметры	Длительность воздействия тока, с.
0.1	0.2	0.5		1-30	более 30
Допустимый ток, мА
Допустимое напряжение, В
Сопротивление тела, кОм					2.5	4.5

Постоянный ток менее опасен, его пороговые значения в 3-4 раза выше, чем переменного тока промышленной частоты 50Гц. Однако это справедливо при небольших напряжениях, когда ещё не наступает электрический пробой верхнего слоя кожи. В диапазоне 400–600 В опасность постоянного и переменного тока примерно одинакова. Переменный ток наиболее опасен при частоте 50Гц, опасность снижается при частоте 1-2 кГц, а при частоте 400-500 кГц биологическое действие тока не проявляется вовсе. Однако и в этом случае сохраняется опасность ожогов как от электрической дуги, так и от тока, проходящего через тело человека.

Исход поражения зависит и от индивидуальных свойств человека. У одного и того же человека пороговые значения тока меняются в зависимости от его физического и психического состояния. Состояние возбуждения уменьшает электрическое сопротивление организма, а следовательно, и увеличивает опасность поражения. Опасное действие оказывает ток на людей, страдающих некоторыми заболеваниями (болезни сердца, нервные заболевания). Поэтому обслуживание электроустановок поручается лицам, прошедшим медицинский осмотр и специальное обучение.

В условиях эксплуатации, ремонтов электроустановок, профилактических испытаний возможны замыкания на землю, в том числе и через сопротивление человека. Опасность электропоражения определяется значением приложенного к человеку напряжения, которое в свою очередь зависит от схемы включения человека в электрическую цепь, а также от режима работы и параметров электрической цепи.

По условиям электробезопасности электроустановки разделяют по напряжению до 1000В и выше 1000В. Кроме того, выделяют электроустановки малого напряжения (не выше 42 В).

В промышленных электроустановках наиболее распространены трёхфазные сети переменного тока. Точка соединения обмоток трансформатора называется нейтралью. По режиму нейтрали питающего трансформатора различают трёхфазные сети с изолированной (не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через большое сопротивление) и заземлённой (присоединённая к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление) нейтралью. При напряжении до 1000В широкое распространение получили сети с изолированной нейтралью и особенно – четырёхпроводные с заземлённой нейтралью, напряжением

380/220 В. При напряжении 1…35 кВ сети имеют изолированную нейтраль, выше 35 кВ – заземлённую. Заземление нейтрали называется рабочим: оно обеспечивает работу электроустановок в нормальных и аварийных условиях.

Провода электрических сетей связаны с землёй через активные сопротивления изоляции R_из, через которые при наличии напряжения проходит ток (ток утечки). Кроме того, каждый проводник обладает ёмкостью относительно земли С_из, т.е. связан с ней через ёмкостные сопротивления Х_из, величина которой определяется геометрическими размерами проводника. Эти сопротивления фактически распределены вдоль провода, но в схемах сетей промышленных предприятий их можно считать сосредоточенными.

Человек может попасть под напряжение в различных сетях при возникновении контакта с токоведущими частями электроустановок, а также с частями, нормально не находящимися под напряжением – в случае аварии.

При однополюсном прикосновении к проводу однофазной изолированной сети человек оказывается подключенным в цепь тока, как показано на рис.3.5.2а.

Однофазные сети обычно имеют небольшую протяжённость и ёмкость их проводников можно пренебречь (в сетях постоянного тока ток через неё не протекает). Из эквивалентной электрической схемы (рис.3.5.2б) находим силу тока, протекающего через человека:

;

где R_ч = R_т + R_оп + R_об + R_од – сопротивление человека, состоящее из сопротивления тела человека R_т = 1кОм, сопротивления опоры под ногами человека R_оп = 0.04…200кОм, сопротивления обуви R_об = 0.2…500кОм (в зависимости от влажности обуви), сопротивления одежды R_од = 0.5…10кОм.

В трёхфазных сетях человек может случайно прикоснуться к одной фазе. При этом в сетях с заземлённой нейтралью он попадает под фазное напряжениие (рис.3.5.3, поз.1) и ток через человека определяется выражением

.

Если человек стоит на проводящем основании в сырой обуви, то можно принять, что его сопротивление R_Ч = R_Т = 1кОм. Тогда в сети 380В с фазным напряжением 220В через тело человека пройдёт ток мА смертельно опасный для человека.

Но если человек стоит на сухом полу в диэлектрической обуви, то приняв R_оп = 100 кОм, R_об = 50 кОм, получим R_ч = R_т + R_оп + R_об = 1 + 100 + 50 = 151 кОм и мА, т.е. неопасный для человека пороговый ощутимый ток. Этот пример показывает, какое значение для безопасности работающих в электроустановках имеют изолирующие полы и обувь.

При одновременном прикосновении к фазному и нулевому проводам (рис.3.5.3, поз.2) ток через человека не только не ограничивается сопротивлением обуви или опоры, но проходит по наиболее опасному пути «рука-рука». Ещё более опасным является прикосновение к двухфазным проводам одновременно (рис.3.5.3, поз.3), когда эта цепь оказывается под междуфазным (линейным) напряжением, а ток и в данной сети будет мА. Преимущество сетей до 1000В с заземлённой нейтралью заключается в том, что они позволяют получить два рабочих напряжения – линейное 380В и фазное 220В, а также не предъявляют высокие требования к качеству изоляции проводов.

В сетях с изолированной нейтралью ток, протекающий через человека возвращается к источнику через активное сопротивление изоляции проводов R_из и ёмкость их относительно земли (рис.3.5.4а). В эквивалентной электрической схеме сопротивления и ёмкости всех трёх фаз включаются параллельно, образуя для тока I_ч цепь из активного сопротивления и ёмкостью (рис. 3.5.4б).

В сетях до 1000В малой протяженности ёмкость невелика и сопротивление Х_ИЗ>>R_ИЗ, так что через человека пройдёт ток

.

При хорошем состоянии изоляции фаз R_ИЗ=500 кОм (нормируемая величина) в сети с фазным напряжением 220В ток мА и прикосновение к фазе практически безопасно, если, конечно, изоляция исправна и сопротивление её достаточно велико.

Если, однако, сопротивление изоляции резко понижено, а ёмкость велика (что характерно для протяжённых разветвлённых сетей до 1000В с большим количеством потребителей), то ток через человека в пределе может достичь значения I_ч=220 мА.

При пробое изоляции одной из фаз на землю в сетях с изолированной нейтралью напряжение двух других фаз относительно земли увеличивается до линейного значения и опасность электропоражения повышается, т.к. в этом случае ток достигает значения I_ч=380 мА.

Сила тока, проходящего через человека в сетях с изолированной нейтралью, зависит от качества изоляции, чем оно выше, тем меньше опасность для человека. Поэтому в таких сетях необходим постоянный контроль сопротивления изоляции.