Факторы, влияющие на исход поражения током

Исход воздействия электрического тока на организм человека зависит от многих факторов, в том числе от силы и продолжительности прохождения тока, его рода (постоянный, переменный, выпрямленный) и частоты, а также пути протекания тока в теле пострадавшего, индивидуальных особенностей человека (возраста, пола, состояния здоровья).

Значение тока, как основного поражающего фактора, зависит от напряжения и находящегося под его действием сопротивления электрической цепи, содержащей сопротивление тела человека. При малых напряжениях, приложенных к телу человека (менее 20 В), оно изменяется в широких пределах (примерно, от 1 до 100 кОм) и определяется преимущественно сопротивлением рогового слоя кожи (рисунок 5.5). Поскольку роговой слой состоит из высохших оболочек мертвых клеток, удельное его сопротивление весьма высоко – роговой слой можно считать изолятором. Однако слой этот очень тонок – в среднем он составляет 0,07 мм. При его повреждении, увлажнении и загрязнении сопротивление тела резко снижается. Ниже рогового слоя находится эпидермис – область растущих молодых клеток. Поскольку клетки насыщены влагой, удельное сопротивление эпидермиса относительно мало. Ниже эпидермиса располагается дерма, пронизанная густой сетью кровеносных сосудов – капилляров. Удельное сопротивление дермы определяется во многом удельным сопротивлением крови.

Познакомившись со строением кожи, можно сделать вывод – сопротивление тела человека имеет как емкостную составляющую (обусловленную наличием диэлектрика – рогового слоя), так и активную составляющую (рисунок 5.6).

Рисунок 5.5 – Строение кожи: I – роговой слой (средняя толщина 0,07 мм; удельное сопротивление ρ » 1·10⁶ Ом·м); II – эпидермис (средняя толщина 0,2 мм; ρ » 1·10⁴ Ом·м); III – дерма (средняя толщина 0,2 мм; ρ » 1·10³ Ом·м); IV – подкожная клетчатка; 1 – луковица волоса; 2 – проток потовой железы; 3 – сальная железа; 4 – артериальный капилляр; 5 – венозный капилляр; 6 – рецептор холода; 7 – рецептор тепла; 8 – осязательный рецептор; 9 – нервные сплетения

Рисунок 5.6 – Эквивалентная схема замещения сопротивления тела человека: I_h – ток, протекающий через тело человека; C_кожи – емкостная составляющая сопротивления кожи;
R_кожи – активная составляющая сопротивления кожи; R_крови – сопротивление внутренних органов, определяемое удельным сопротивлением крови; R_h – расчетное сопротивление тела человека

Сопротивление тела человека уменьшается при увеличении приложенного к телу человека напряжения и длительности его воздействия. При напряжении более 50 В возможен пробой рогового слоя кожи, который расширяется по мере роста напряжения, приводя в итоге к снижению сопротивления тела человека до сопротивления внутренних органов, не превышающего 1000 Ом. Пробой рогового слоя кожи наступает быстрее при большей площади и плотности контакта электродов с кожей.

В таблице 5.1 указаны не точные значения, а диапазоны воздействующих на организм токов. Характер воздействия при одном и том же значении тока зависит от состояния нервной системы и всего организма в целом, а также от массы человека, возраста, пола и физического развития. Здоровые и физически крепкие люди легче переносят электрические удары. Поэтому установлен ряд заболеваний, в первую очередь болезни сердечно-сосудистой системы, легких, кожи, при наличии которых люди не допускаются к работе на электроустановках. Кроме того, отмечено, что женщины и особенно дети более восприимчивы к воздействию тока, нежели мужчины. Также необходимо помнить, что состояние опьянения уменьшает электрическое сопротивление кожи, что увеличивает опасность поражения.

Одним из основных факторов, влияющих на исход поражения электрическим током, является продолжительность его воздействия на организм человека. Вероятность наступления фибрилляции сердца зависит от длительности действия тока. При нормальной жизнедеятельности оно сокращается от 60 до 80 раз в минуту, то есть можно принять длительность полного цикла (сокращение – расслабление) равного одной секунде (рисунок 5.7). В каждом цикле в течение промежутка времени 0,2 с сердце наиболее чувствительно к воздействию тока. Этот промежуток времени называется фазой Т. Если время действия тока не совпадает с фазой Т, то даже относительно большая его величина не вызывает фибрилляции. Медицинская статистика утверждает, что при малых значениях времени воздействия организм без вреда для здоровья может выдержать очень большие токи (таблица 5.2).

Таблица 5.2 – Максимальные значения тока, протекающего через тело
человека, в зависимости от времени воздействия

Рисунок 5.7 – Электрокардиограмма здорового человека: а – упрощенное изображение электрокардиограммы; б – зависимость опасности возникновения фибрилляции сердца от момента протекания тока через сердечную мышцу

При протекании тока через тело человека в течение 3 и более секунд, человек способен выдержать без вреда для здоровья не более 10 мА, а эта величина, как было указано выше, является порогом неотпускающего тока. Время 3 с и более считается длительным временем воздействия тока, а величина 10 мА – максимально допустимой величиной тока промышленной частоты, протекающей через тело человека в течение длительного времени.

Тяжесть поражения зависит от пути прохождения тока в теле человека (рисунок 5.8). Ток в теле человека проходит не обязательно по кратчайшему пути, что объясняется большой разницей в удельном сопротивлении различных тканей. Расположив пути тока последовательно по мере убывания опасности поражения, получим: «голова – руки», «голова – ноги», «правая рука – ноги», «рука – рука», «левая рука – ноги» и, наконец «нога – нога». Наименьший ток через сердце проходит при пути тока по нижней петле «нога – нога». Однако из этого не следует делать вывод о малой опасности действия шагового напряжения. Обычно при попадании человека в зону шагового напряжения ток вызывает судороги ног и, как следствие, падение человека, после чего ток начинает протекать по пути «голова – ноги». Кроме того, при этом может увеличиться приложенное напряжение (если тело человека пересекает эквипотенциальные линии растекания тока).

Рисунок 5.8 – Путь тока в теле человека

Следующими факторами, влияющими на исход поражения электрическим током, являются частота и род тока. Как было указано выше, переменный ток промышленной частоты (50…60 Гц) более опасен для человека, чем постоянный. При частотах ниже и выше указанного интервала опасность поражения снижается. При частотах более 500 кГц ток не вызывает электрического удара, однако может сопровождаться ожогами тела пострадавшего. Род тока (постоянный или выпрямленный) также необходимо учитывать при прогнозировании электротравматизма в аккумуляторных помещениях и цехах, где используются электрические выпрямители. Выпрямленные токи содержат постоянную и переменную составляющие, которые оказывают совместное действие на организм человека, в то время как измерительные приборы показывают только постоянную составляющую. Поэтому при однополупериодном выпрямлении пороговые значения тока по постоянной составляющей приблизительно в 1,5…2 раза ниже, чем для переменного тока. То есть если фибрилляция сердца при переменном токе наступает при величине примерно 100 мА, то однополупериодный выпрямленный ток вызовет фибрилляцию при величине 200 мА. При двухполупериодном выпрямлении, а также при использовании мостовых схем выпрямления пороговые значения переменного и выпрямленного токов одинаковы. Это особенно необходимо помнить персоналу, обслуживающему автотранспорт – при зарядке аккумуляторных батарей от мостовых выпрямителей одна и та же величина напряжения на клеммах аккумулятора и клеммах выпрямителя приведет (при прикосновении к токоведущим частям) к различным исходам поражения.

Неблагоприятные факторы окружающей человека среды увеличивают опасность поражения током. Поэтому согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) все помещения можно разделить на три категории (рисунок 5.9).

Рисунок 5.9 – Категории помещений по степени опасности поражения электрическим током

В помещениях без повышенной опасности отсутствуют условия, создающие повышенную или особую опасность. Помещения с повышенной опасностью характеризуются наличием одного из следующих условий:

- сырость (относительная влажность длительно превышает 75 %);

- токопроводящая пыль;

- токопроводящие полы (металлических, земляных, железобетонных и т. п.);

- высокая температура, постоянно или периодически (более 1 суток) превышающая +35 °С;

- возможность одновременного прикосновения к металлическим корпусам электрооборудования, с одной стороны, и металлоконструкциям зданий, имеющим соединение с землей (технологическим аппаратам, механизмам и т.п.), с другой.

Помещения особо опасные характеризуются одним из следующих признаков:

- особая сырость (влажность близка к 100 %);

- химически активная или органическая среда, разрушающая изоляцию и токоведущие части электрооборудования;

- наличие одновременно двух или более условий повышенной опасности.

Территории размещения наружных электроустановок по степени опасности поражения током приравниваются к особо опасным помещениям.

К помещениям без повышенной опасности относятся соответствующие жилые помещения, лаборатории, конструкторские бюро, конторские помещения и др. Повышенная опасность наблюдается, например, в складских неотапливаемых помещениях, на лестничных клетках с токопроводящими полами, кухнях. К особо опасным относятся моечные и парильные помещения бань, ванные комнаты квартир, большая часть производственных помещений и др. Например, в животноводческих помещениях влажность воздуха практически всегда превышает 75 %, полы являются токопроводящими, имеется возможность одновременного прикосновения к заземленным металлоконструкциям, с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования, с другой. Кроме того, во всех животноводческих комплексах концентрация в воздухе аммиака и сероводорода близка к ПДК или даже превышает его. С точки зрения опасности поражения электрическим током необходимо отметить резкое снижение сопротивления изоляции электроустановок с течением времени, вызванное воздействием агрессивных соединений. Кроме того, аммиак и сероводород при длительном воздействии снижают сопротивление кожи человека.

На организм сельскохозяйственных животных электрический ток действует так же, как на организм человека. Однако сопротивление тела животного (например, коровы или лошади) значительно меньше, чем тела человека. Сопротивление тела крупного рогатого скота между передними и задними ногами составляет 400…600 Ом, а при падении животного уменьшается до 50…100 Ом, в зависимости от влажности тела.

Доказано, что даже малые напряжения, постоянно действующие на животных, являются причиной снижения продуктивности. При величине напряжения 4…8 В молокоотдача уменьшается на 20…40 %.

При кратковременном воздействии тока вероятность возникновения фибрилляции или остановки сердца существенно возрастает при совпадении интервала времени прохождения тока с фазой Т кардиоцикла, длительность которой составляет обычно 0,2 с. Вероятность такого совпадения снижается с уменьшением длительности действия тока. Вследствие указанных причин приведенные в следующем разделе предельно допустимые значения напряжения прикосновения и токов при аварийном режиме электроустановки зависят от длительности протекания тока в теле человека.

5.3. Нормирование напряжений прикосновения и токов, проходящих через
тело человека

Напряжение прикосновения U_пр – это напряжение между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землей при одновременном прикосновении к ним человека (животного). При этом:

(5.2)

где I_h – ток, проходящий через тело человека, A; R_h – сопротивление тела человека, Ом.

Сравнение рассчитанного (или измеренного) напряжения прикосновения U_пр и тока I_h в местах, где возможно замыкание его цепи через тело человека, с предельно допустимыми значениями этих величин (U_{пр доп} и I _{пр доп}) позволяет оценить опасность поражения, а в случае превышения допустимых значений правильно выбрать средства защиты, обеспечивающие требуемый уровень безопасности. Ниже приведены установленные ГОСТ 12.1.038-92 предельно допустимые значения напряжений прикосновения U_{пр доп} и токов I_{пр доп}, протекающих через тело человека по путям «рука–рука» и «рука–ноги», в производственных и бытовых электроустройствах при нормальном и аварийном режимах их функционирования.

При нормальном (неаварийном) режиме работы производственных и бытовых электроустановок предельно допустимые значения U_{пр доп} и I_{пр доп} зависят от рода и частоты тока:

- переменный, 50 Гц – U_{пр доп} = 2 В и I_{пр доп} = 0.3 мА;

- переменный, 400 Гц – U_{пр доп} = 3 В и I_{пр доп} = 0,4 мА;

- постоянный – U_{пр доп} = 8 В и I_{пр доп} = 1 мА.

Значения U_{пр доп} и I_{пр доп} приведены при продолжительности воздействия тока не более 10 мин в сутки и установлены, исходя из реакции ощущения. Для лиц, работающих при температуре выше 25 °С и относительной влажности более 75 %, указанные значения должны быть уменьшены в три раза.

Представленные в таблицах 5.3 и 5.4 предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов используются при выборе и разработке способов и средств защиты людей от поражения током.

Таблица 5.3 – Предельно допустимые значения напряжений прикосновения
U_{пр доп} и токов I_{пр доп}, проходящих через тело человека при аварийном режиме производственных электроустановок до 1 кВ с глухозаземленной или изолированной нейтралью и выше 1 кВ с изолированной нейтралью

Примечание: значения U_{пр доп} и I_{пр доп} при t более 1 секунды соответствуют отпускающим токам

Таблица 5.4 – Предельно допустимые значения напряжений прикосновения
U_{пр доп} и токов I_{пр доп}, проходящих через тело человека при
аварийном режиме бытовых электроустановок напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью и частотой 50 Гц, в
зависимости от продолжительности t, с воздействия