Параметры, определяющие тяжесть поражения электрическим током 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.
Начиная с величины 100 мА протекание тока через человека вызывает фибрилляцию сердца - судорожные неритмичные сокращения сердца; сердце перестает работать как насос, перекачивающии 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. 3 изображены возможные пути протекания тока через человека.
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 I равна электрическому напряжению U, деленному на сопротивление электрической цепи R:
I = UR
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 слои 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 в 1000 Ом.
Электрическое сопротивление изоляции проводников тока, если она не повреждена, составляет, как правило, 100 и более кОм.
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 0,1кОм; 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 элетроопасность.
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 в 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.
Предельно допустимые напряжения прикосновения и токи для человека устанавливаются ГОСТ 12.1.038-82 при нормальном (неаварийном) 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 400Гц 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.
Анализ схем включения человека в электрическую цепь.
Т ак 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.
В этом случае человек окажется под действием линейного напряжения. Через человека потечет ток по пути "рука-рука", т.е. сопротивление цепи будет включать только сопротивление тела (Rx).
Если принять сопротивление тела в 1 кОм, а электрическую сеть напряжением 380/220 В, то через человека потечет ток
Iч = Uл/Rч = 380вольт/1000 Ом = 0,38 Ампер = 380 миллиампер
Это смертельно опасный ток. Тяжесть электротравмы или даже даже жизнь человека будет зависить прежде всего от того, как быстро он освободитесь 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.4). В этом случае ток через человека потечет по пути «рука-ноги» или «рука-рука», а человек будет находиться под фазным напряжением.
В первом случае сопротивление цепи будет определяться сопротивлением тела человека (Rч), обуви (Rоб), основания (Rос), на котором стоит человек, сопротивлением заземления нейтрали (Rн), и через человека потечет ток
Iч = Uф/ (Rч+ Rоб+ Rос+ Rн).
Сопротивление нейтрали Rн 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 полу, 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, который потечет через человека
Iч = 220 Вольт / (30000 + 100000 + 1000) Ом = 0,00168 Ампер =
= 1,68 миллиампер
Этот ток близок к пороговому ощутимому току. Человек почувствуете протекание тока, прекратит работу, устранит неисправность.
Если человек стоит на влажной земле в сырой обуви босиком, через тело потечет ток
Iч = 220 Вольт: (3000 + 1000) Ом = 0,055 Ампер = 55 миллиампер.
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 потечет ток
Iч = 220 Вольт: (500000 + 1000) Ом = 0,0004 Ампера = 0,4 миллиампера.
Протекание 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.
