Действие электрического тока на организм человека

Технический прогресс в судостроении характеризуется увеличением энерговооруженности судов и насыщением их современными видами электрооборудования. Дальнейшее развитие средств автоматизации судовождения и управления энергетическими установками, рост уровня механизации палубных и ремонтных работ привели к увеличению суммарной протяжённости судовых энергетических коммуникаций, которая достигает сотен километров. Всеэто требует повышенного внимания к вопросам электробезопасности на флоте.

На современных судах весь судовой экипаж, а не только специалисты-электромеханики,связанс обслуживанием электрооборудования и различных электрических приборов. Поэтому в условиях плавания на морском судне электротравма возможна как в процессе эксплуатации электротехнического оборудования, так и при выполнении других судовых работ: в танке, котле или цистерне, на камбузе, в прачечной, при глажении белья и т.д. Для повышения безопасности труда на морских судах важно, чтобы каждый член экипажа, независимо от его специальности, хорошо ориентировался в вопросах электробезопасности.

Анализ травматизма на флоте позволил определить следующие основные причины несчастных случаев от воздействия электрического тока: прикосновение к неизолированным токоведущим частям электрооборудования; появление напряжения на нетоковедущих металлических частях электрооборудования (на корпусах электромашин, станков и пр.) в результатепробоя изоляции, повреждениязаземляющих и отключающих устройств; ошибочное включение сети, с токоведущими частями которой работали люди; снижение сопротивления изоляции токоведущих частей, своевременно не обнаруженное вследствие неудовлетворительного контроля технического состояния; низкая трудовая дисциплина и нарушение правил техники безопасности и т.д.

Действие электрического тока на организм человека может вызвать электрические травмы и электрические удары. Электрические травмы, возникающие в результате прямого воздействия электротока, характеризуются внешними повреждениями тканей: ожоги, электрические знаки, металлизация кожи, механические повреждения, ослепления электрической дугой.

Ожоги могут возникнуть при протекании электрического тока через организм человека, а также в результате действия электрической дуги. При легких ожогах на коже появляются покраснения или пузыри. Тяжелые ожоги, вызываемые электрической дугой или током высоких параметров, характеризуются омертвением пораженных участков кожи и обугливанием тканей.

Электрические знаки представляют собой четко обозначенные пятна на коже со следами кровоизлияний. Возникают они при контакте с токоведущими частями электрооборудования, появляются в местах входа и выхода тока. Как правило, они безболезненны и быстро излечиваются.

Металлизация кожи возникает в результате неглубокого проникновения в кожу мельчайших частиц металла, испаряющегося под действием электрической дуги. Эта травма характеризуется появлением шероховатости, покраснением и болевыми ощущениями от ожога кожи. Со временем болезненные явления исчезают бесследно.

Механические повреждения могут возникнуть в результате непроизвольных судорожных сокращений мышц под влиянием электрического тока, проходящего через организм человека. Механические повреждения, представляющие собой редкий случай электротравматизма, характеризуются разрывами тканей, вывихами суставов, переломами костей.

Ослепление электрической дугой (электроофтальмия) характеризуется воспалением слизистых оболочек глаз, головной болью, нестерпимой резью в глазах, спазмами век и частичным ослеплением. При своевременном и эффективном лечении электроофтальмия излечивается за несколько дней.

Электрический удар, представляющий наибольшую опасность из всех видов электротравм, может возникнуть в результате рефлекторного (т. е. через нервную систему) воздействия как малых, так и высоких параметров тока,характеризуется поражением центральной нервной системы, органов дыхания и кровообращения, судорожными сокращениями мышц, фибрилляцией сердца и может привести к смерти человека.

Характер и последствия поражения человека электрическим током зависят от ряда факторов: силы тока, продолжительности его действия, пути тока через тела человека, рода, частоты и напряжения тока, сопротивления тела человека, состояния окружающей среды и изоляции токоведущих частей электрооборудования. Рассмотрим характер влияния на организм человека электрического тока с различными параметрами.

1. Сила тока, проходящего через человека, является определяющим фактором при исходе поражения. Электрические токи можно условно классифицировать в зависимости от их величины и характера физиологического воздействия на человека.

Токи, вызывающие лишь покалывание в пальцах и легкое жжение, т.е. незначительные раздражения нервных окончаний в коже, называют пороговыми (ощутимыми). Величина их колеблется в пределах 0,6…1,5 мА, (переменные токи частотой 50…60 Гц ) и 5…7 мА (постоянные).

При действии переменных токов, не превышающих 8…10 мА, человек ощущает сильную боль в пальцах и кистях рук, кроме того, могут возникнуть судороги мышц. При такой величине переменныхтоков, называемых отпускающими, у человека, вошедшего в контакт с токоведущей частью оборудования, сохраняется возможность самостоятельно освободиться от нее.

Наибольшей величиной отпускающего постоянного тока условно считается ток силой 50…70 мА, переменного ‹ 10 мА. При постоянном токе неотпускающих токов, в принципе, нет, т.е. человек при значительных величинах тока может самостоятельно освободиться от токоведущей цепи. Но при этом человек испытывает серьезные болезненные ощущения, аналогичные тем, которые наблюдаются примерно при таком же значении переменного тока.

Наибольший постоянный ток, при котором человек еще в состоянии выдержать боль, составляет, приблизительно 50…80 мА. Условно эта величина и принята за порог неотпускающих токов.

Следует, однако отметить, что значение пороговых токов у разных людей различны и зависят от индивидуальных особенностей и физического состояния человека.

Переменный ток промышленной частоты, сила которого превышает 10…15 мА, вызывает сильные и болезненные судороги мышц, не позволяющие человеку разжать руку, отбросить провод, т.е. самостоятельно освободиться от токоведущей части оборудования. Ток такой величины, называемый пороговым неотпускающим, может вызвать потерю сознания и смерть человека.

Ток силой 100 мА и более является безусловно смертельным для человека, вызывая остановку сердца или возникновение фибрилляции. Фибрилляция характеризуется беспорядочными хаотическими сокращениями волокон сердечной мышцы (фибрилл), что приводит к нарушению функций сердца и его остановке. Необходимо, так же отметить, что прекращение дыхания является более частой причиной смерти от электротока, чем остановка сердца. Человек испытывает затруднение дыхания. Вызванное судорожным сокращением мышц грудной клетки при токе 20…25 мА частотой 50 Гц. Прекращение дыхания может быть вызвано током от 20 до 100 мА при длительном воздействии.

2. Исход поражения электрическим током во многом зависит от времени его протекания через организм человека. Чем дольше человек подвержен воздействию тока, тем выше вероятность поражения. Это объясняется следующим. С увеличением времени воздействия тока резко повышается температура участка тела в месте контакта,что приводит к снижению сопротивления верхнего защитного слоя кожи и, соответственно, к возрастанию силы тока до опасной величины, способной вызвать поражение организма. Воздействие переменного тока промышленной частоты в течение 0,01 с считается безопасным для человека. Время безопасного воздействия постоянного тока равно 0,05 с.

3. Чем выше напряжение тока в сети, тем меньше потребуется времени для поражения человека. Для здоровья человека представляет опасность воздействие как переменного, так и постоянного тока, хотя практикой установлено, что постоянный ток напряжением до 500 В действует слабее на организм человека, чем переменный. При напряжении 500 В опасен как переменный, так и постоянный токи. При увеличении напряжения свыше 500 В опасность поражения от воздействия переменным током преобладает. Постоянный ток до определенного уровня напряжения ощущается только в моменты включения и выключения. Физиологическое действие его на организм человека в основном тепловое.

4. Частота переменного тока существенно влияет на исход поражения. Наиболее опасным является ток промышленной частоты 40…60 Гц. При повышении частоты до 450…500 Гц даже с ростом силы тока опасность поражения несколько снижается. Токи высокой частоты (выше 200 кГц) с точки зрения возможности электрического удара опасности не представляют, хотя и могут вызывать тяжелые ожоги. Токи сверхвысоких частот также не опасны для жизни человека, но создаваемые ими электромагнитные поля могут оказать вредное воздействие на человека и вызвать патологические изменения в его организме.

5. Степень поражения человека электрическим током зависит иот пути тока через его организм, т.е.от положения точек входа и выхода тока. Исход поражения при этом будет определяться силой тока, прошедшего, через жизненно важные органы человека (сердце, легкие, мозг). Наиболее опасен путь тока по линии от рук к ногам. В этом случае электроток поражает центральную нервную систему, органы кровообращения и, дыхания. Однако человек может быть поражен электротоком и в случае наименее опасного его пути через организм - от ноги к ноге, хотя через сердце при этом пройдет лишь около 0,4 % общей величины тока.

6. Исход воздействия тока на человека зависит от электрического сопротивления его тела. Это сопротивление изменяется в широком диапазоне примерно от 3000 до 10000 Ом а иногда и более, в зависимости от ряда факторов: психофизического состояния, изоляции человека относительно Земли, состояния окружающей среды и т.д.

Электрическое сопротивление организма человека складывается из сопротивлений его кожных покровов и внутренних тканей. Сопротивление тканей внутренних органов человека невелико и находится в пределах от 600 до 1000 Ом. Сопротивление верхнего ороговевшего слоя чистой сухой кожи (эпидермиса) достигает значительной величины. Этот слой и выполняет основные биологические защитные функции организма человека при воздействии на него электрического потенциала. Однако при увлажнении и повреждении кожи ее электрическое сопротивление значительно уменьшается. Увеличение параметров тока и времени его воздействия на человека снижают защитную роль кожи. В этом случае снижение сопротивления кожи и последующий электрический пробой ее обуславливаются потоотделением в месте контакта с электрическим проводником, котороевызвано тепловым воздействием тока. Таким образом, общее сопротивление тела становится равным сопротивлению внутренних тканей. В связи с этим за расчетную среднюю величину электрического сопротивления организма человека условились принимать 1000 Ом.

Сложный механизм электротравмы и исход поражения человека электротоком зависятот многих факторов, основные из которых рассмотрены выше.

7. Как же установить критерии безопасности электротока для практического его использования? Из-за постоянно меняющегося сопротивления человеческого тела нельзя заранее установить величину проходящего через него тока при электропоражении. Известно также, что при равных сопротивлениях электрических цепей напряжение является основным фактором, порождающим в каждой из них ток определенной силы.

Поэтому для установления безопасных условий эксплуатации электрического оборудования исходят обычно не из силы поражающего тока, аиз величины безопасного напряжения.

Разумеется, напряжение не является основным критерием опасности поражения электротоком, но так как его легче фиксировать, на практике оперируют величинами допустимых напряжений. В зависимости от окружающих условий и качества изоляции человека относительно земли условно безопасными считаются напряжения 12 В переменного и постоянного тока. Правилами Регистра предусмотрена величина допустимого напряжения для переносных судовых инструментов – 24 В при постоянном токе и 42 В при переменном. Однако полностью безопасными даже эти, сравнительно низкие, величины напряженийсчитать нельзя, так как на исход поражения влияет соотношение электрического сопротивления человека и приложенного напряжения.

Определим уровень длительно допустимого «безопасного» напряжения прикосновения[8] при работе c переменным током силой, равной силе безопасного порогового отпускающего тока I_порог = 10 мА; т.е. длительно допустимое напряжение прикосновения можно определить как произведение величины длительно допустимого тока на сопротивление тела человека, которое наблюдается при данной величине тока:

 

U_доп = I_порог R _ч = 0,010*2000 = 20 В, (28)

 

где R_ч = 2000 Ом - принимаемое для расчетов среднее электрическое сопротивление тела человека при токе 10 мА.

Таким образом, даже незначительные напряжения (не выше 42 В) при неблагоприятных условиях могут быть смертельно опасными для человека. Поэтому разделение напряжений на низкие и высокие ни в какой мере не отражает технических условий безопасности а, следовательно, и не может свидетельствовать о безопасности низкого напряжения и об опасности высокого.

Применение пониженного напряжения (не выше 42 В) для питания ручных электроинструментов и 12, 24 В переносных ламп лишь снижает вероятность поражения электротоком, но не устраняет его опасности. Анализом электротравматизма установлено, что опасность поражения человека электротоком возрастает при увеличении напряжения до 200 В, не повышается при напряжениях от 200 до 800 В и снова резко увеличивается с ростом напряжения свыше 800 В.

В практике эксплуатации судового электрооборудования при определении защитных мер пользуются рекомендованной классификацией электроустановок: напряжением до 1000 В и свыше 1000 В. Безопасность обслуживания судового электрооборудования во многом зависит от морального и физического состояния людей, а также от уровня их профессиональной подготовленности.