Особливості впливу електричного струму на організм людини.
Фактори, що впливають на тяжкість ураження електричним струмом. Види ураження електричним струмом. Опір тіла людини.
Електричні установки становлять велику потенційну небезпеку для людини, так як в процесі експлуатації не виключені випадки торкнутися частинам що під напругою.
Особливістю ураження електричним струмом є:
відсутність зовнішніх ознак небезпеку, які людина могла б завчасно виявити: побачити, почути, нюхати і т. п. У більшості випадків людина включається в електричну мережу або руками (шлях струму "рука-рука"), або рукою і ногами (шлях струму "рука-ноги"). Проходить при цьому струм призводить до серйозних пошкоджень центральної нервової системи і таких життєво важливих органів, як серце і легені.
тяжкість результату електротравм. Тимчасова втрата працездатності при електротравма, як правило, тривала. Так, при ураженні в мережах напругою 220/380 В вона становить в середньому 30 днів. В цілому на електротравми припадає 12-16% всіх випадків виробничого травматизму зі смертельними наслідками.
струми промислової частоти 10-25 мА здатні викликати інтенсивні судоми м'язів, в результаті настає неминучий ефект, т. е. "приковування" людини до струмоведучих частин, при якому потерпілий самостійно не може звільнитися від дії електричного струму. Тривале ж протікання такого струму може призвести до тяжких наслідків.
вплив струму на людину викликає різку реакцію отдергивания, а в ряді випадків і втрату свідомості. При роботі на висоті це може привести до падіння людини. В результаті виникає небезпека механічного травмування, причиною якого є вплив струму.
специфічна небезпеку ураження електричним струмом полягає в тому, що струмопровідні частини електроустановок, які опинилися під напругою в результаті пошкодження ізоляції, не подають будь-яких сигналів, які попереджали б людину про небезпеку. Реакція людини на електричний струм виникає лише при протіканні останнього через тіло людини.
Впливу струму на організм людини
Проходячи через тіло людини, електричний струм чинить на нього теплове, хімічне, механічне і біологічне вплив.
Тепловий вплив струму проявляється в опіках окремих ділянок тіла, нагріванні тканин і біологічних середовищ, що викликає в них функціональні розлади. Хімічний вплив виражається в розкладанні органічної рідини, крові і проявляється в зміні їх фізико-хімічного складу; механічне призводить до розриву м'язових тканин; біологічне полягає в здатності струму дратувати і порушувати живі тканини організму.
Будь-яке з перерахованих впливів струму може призвести до травми. Травму, викликану впливом електричного струму або електричної дуги, називають електротравми (ГОСТ 12.1.009-76).
Види ураження електричним струмом
На практиці електротравми умовно поділяють на місцеві та загальні. Місцеві електротравми викликають місцеве ушкодження організму - електричний опік, електричний знак, металізацію шкіри частками розплавився під дією електричної дуги металу, механічні пошкодження, викликані мимовільними скороченнями м'язів під дією струму, і Електроофтальмія (запалення зовнішніх оболонок очей під впливом електричної дуги).
Загальні електротравми, частіше звані електричним ударом, викликають порушення нормальної діяльності найбільш життєво важливих органів і систем організму або призводять до поразки всього організму.
Фактори, що впливають на тяжкість ураження електричним струмом
До даних факторів належать: сила, тривалість дії струму, його рід (постійний, змінний), шляхи проходження, а також фактори навколишнього середовища та ін.
Сила струму і тривалість впливу. Збільшення сили струму призводить до якісних змін впливу його на організм людини. Зі збільшенням сили струму чітко проявляються три якісно відмінні матчі-відповіді - реакції організму: відчуття, судорожне скорочення м'язів (неотпусканіе для змінного і больовий ефект для постійного струму) і фібриляція серця. Електричні струми, що викликають відповідну реакцію організму людини, отримали назви відчутних, неотпускающих і фібрілляціонних, а їх мінімальні значення прийнято називати граничними.
Експериментальні дослідження показали, що людина відчуває вплив змінного струму промислової частоти силою 0,6-1,5 мА і постійного струму силою 5-7 мА. Ці струми не становлять серйозної небезпеки для організму людини, а так як при їх впливі можливо самостійне звільнення людини, то допустимо їх тривалий перебіг через тіло людини.
У тих випадках, коли нищівну силу змінного струму стає настільки сильним, що людина не в змозі звільнитися від контакту, виникає можливість тривалого протікання струму через тіло людини. Такі струми отримали назву неотпускающих, тривала дія їх може привести до утруднення і порушення дихання. Чисельні значення сили неминучий струму не однакові для різних людей і знаходяться в межах від 6 до 20 мА. Вплив постійного струму не призводить до неотпускающих ефекту, а викликає сильні больові відчуття, які у різних людей наступають при силі струму 15-80 мА.
При протіканні струму в декілька десятих доль ампера виникає небезпека порушення роботи серця. Може виникнути фібриляція серця, т. Е. Безладні, некоординовані скорочення волокон серцевого м'яза. При цьому серце не в змозі здійснювати кровообіг. Фібриляція триває, як правило, кілька хвилин, після чого слід повна зупинка серця. Процес фібриляції серця незворотній, і струм, що викликав його, є смертельним. Як показують експериментальні дослідження, проведені на тваринах, порогові фібрілляціонние струми залежать від маси організму, тривалості протікання струму і його шляху.
Шлях струму.
Поразка буде важчим, якщо на шляху струму виявляються серце, грудної клітки, головний і спинний мозок. У практиці обслуговування електроустановок струм, що протікає через тіло людини, що потрапила під напругу, йде, як правило, шляхом "рука-рука" або "рука-ноги". Однак він може протікати і по інших шляхів, наприклад, "голова-ноги", "спина-руки", "нога-нога" і ін. Ступінь поразки в цих випадках залежить від того, які органи людини потраплять під вплив струму, а також від сили струму, що проходить безпосередньо через серце. Так, при протіканні струму по шляху "нога-нога" через серце проходить 0,4% загального струму, а по шляху "рука-рука" - 3,3%. Сила неминучий струму по шляху "рука-рука" приблизно в 2 рази менше, ніж по шляху "права рука-ноги".
Струм промислової частоти є самим несприятливим. При збільшенні частоти (більше 50 Гц) значення відчутного і неминучий струму зростають. Зі зменшенням частоти від 50 Гц до 0 значення неминучий струму також зростають і при частоті, рівній нулю (постійний струм), стають більше приблизно в 3 рази.
Значення фібрілляціонного струму при частотах 50-100 Гц рівні. З підвищенням частоти до 200 Гц сила фибрилляционного струму зростає приблизно в 2 рази, а до 400 Гц - майже в 3,5 рази. Підвищення частоти напруги живлення електроустановок застосовують як один із заходів електробезпеки.
Довкілля.
Вологість і температура повітря, наявність заземлених металевих конструкцій і підлоги, струмопровідного пилу надають додатковий вплив на умови електробезпеки.
Ступінь ураження електричним струмом в чому залежить від щільності та площі контакту людини з струмоведучими частинами. У вологих приміщеннях з високою температурою або в зовнішніх електроустановках складаються несприятливі умови, при яких площа контакту людини з струмоведучими частинами збільшується. Наявність, заземлених металевих конструкцій і підлоги створює підвищену небезпеку ураження внаслідок того, що людина практично постійно пов'язаний з одним полюсом (землею) електроустановки. У цьому випадку будь-який дотик людини до струмоведучих частин відразу призводить до двополюсному включенню його в електричний ланцюг. Toкoпроводящая пил також створює умови для електричного контакту як з струмоведучими частинами, так і з землею.
Електричний опір тіла людини
Сила струму Iч, що проходить через яку-небудь ділянку тіла людини, залежить від підведеної напруги Uпр (напруги дотику) та електричного опору zт чиниться току даною ділянкою тіла,
На ділянці між двома електродами електричний опір тіла людини в основному складається з опорів двох тонких зовнішніх шарів шкіри, що стосуються електродів, і внутрішнього опору іншої частини тіла.
Погано проводить струм зовнішній шар шкіри, що прилягає до електрода, і внутрішня тканина, що знаходиться під цим шаром, як би утворюють обкладки конденсатора ємністю С з опором rн. У зовнішньому шарі шкіри струм протікає по двох паралельних шляхах: через активне зовнішнє опір rн і ємність С, (малюнок 1) електричне опір якої
де # 969; = 2nf - кутова частота, Гц; f - частота струму, Гц.
Тоді повний опір зовнішнього шару шкіри для змінного струму zн = rн xc / √ rн2 + xc 2
Опір rн і ємність С залежать від площі електродів (площа контакту). З ростом площі контакту rн зменшується; а ємність С збільшується. Тому збільшення площі контакту призводить до зменшення повного опору зовнішнього шару шкіри.
Досліди показали, що внутрішній опір тіла людини rв можна розглядати як чисто активне. Таким чином, для шляху струму "рука-рука" загальне електричне опір тіла може бути представлено схемою заміщення, наведеної на малюнку 2. Зі збільшенням частоти струму через зменшення xc опір тіла людини зменшується і при великих частотах (більше 10 кГц) практично стає рівним внутрішньому опору rв. Залежність опору тіла людини від частоти наведена на малюнку 3.
Між струмом, що протікає через тіло людини, і прикладеним до нього напругою існує нелінійна залежність: зі збільшенням напруги сила струму зростає швидше. Це пояснюється головним чином нелінійністю електричного опору тіла людини. Так, при напрузі на електродах 40-45 В в зовнішньому шарі шкіри виникають значні напруженості електричного поля, при яких повністю або частково відбувається пробій зовнішнього шару, що знижує повний опір тіла людини (рисунок 4). При напрузі 127-220 В воно практично падає до значення внутрішнього опору тіла. Це опір приймається рівним 1 кОм.
Знаючи допустимі значення сили струмів для різної тривалості впливу і повний опір тіла людини zт можна визначити дозволене напруга доторку
де Iдоп - допустима сила струму.
Малюнок 1. Електрична схема заміщення опору зовнішнього шару шкіри:
a - схема контакту електрода з тілом людини; б-електрична схема заміщення;
1 - електрод; 2 зовнішній шар шкіри; 3 внутрішня область шкіри
Малюнок 2.Електріческая схема заміщення опору тіла людини
1 - електрод, 2 - зовнішнє опір шкіри рук, Rвр. rвк - внутрішній опір рук і корпусу
Малюнок 3.Завісімость опору тіла людини zт від частоти токаf
Малюнок 4.Завісімость опору тіла zт людини від напруги. U