Характер и последствия воздействия на человека электрического тока зависят от следующих факторов:

Электрического сопротивления тела человека;

Величины действующего на человека напряжения и силы тока;

Продолжительности воздействия электрического тока;

Рода и частоты электрического тока;

Пути тока через человека;

Условия внешней среды и факторы трудового процесса.

Электрическое сопротивление тела человека. Тело человека является проводником электрического тока, неоднородным по электрическому сопротивлению. Наибольшее сопротивление электрическому току оказывает кожный покров, поэтому сопротивление тела человека определяется главным образом состоянием кожного покрова.

Кожный покров состоит из двух основных слоёв: наружного – эпидермиса и внутреннего – дермы. Эпидермис также имеет слоистую структуру, в которой самый верхний слой называется роговым. Роговой слой в сухом и незагрязнённом состоянии можно рассматривать как диэлектрик – его удельное электрическое сопротивление достигает 10 5 …10 6 Ом·м, т.е. в тысячи раз превышает сопротивление других слоев кожного покрова и внутренних тканей организма. Сопротивление внутреннего слоя кожного покрова (дермы) незначительно; оно во много раз меньше сопротивления рогового слоя. Сопротивление тела человека при сухом, чистом и неповреждённом кожном покрове колеблется от 3 до 100 кОм и более, а сопротивление внутренних органов составляет всего 300…500 Ом.

В качестве расчётной величины при действии переменного тока промышленной частоты (50 Гц) применяют активное сопротивление тела человека равное 1000 Ом. В действительных условиях сопротивление тела человека не является постоянной величиной. Оно зависит от ряда факторов, в том числе: от состояния кожного покрова и окружающей среды; параметров электрической цепи.

Повреждение рогового слоя кожного покрова (порезы, царапины, ссадины и т.п.) снижают сопротивление тела до 500…700 Ом, что увеличивает опасность поражения электрическим током. Такое же влияние оказывают: увлажнение кожного покрова (например, пόтом); загрязнение вредными веществами (например, пыль, окалина и т.п. вещества).

На сопротивление тела человека оказывает влияние площадь контакта с источником тока, чем она больше, тем меньше сопротивление. До десятков и даже единиц Ом может уменьшаться сопротивление кожного покрова в местах расположения акупунктурных точек на теле человека.

Величина тока и напряжения. Основным фактором, обусловливающим исход поражения электрическим током, является сила тока, проходящего через тело человека. Напряжение, приложенное к телу человека, также влияет на исход поражения, но лишь постольку, поскольку оно определяет величину тока, проходящего через человека.

В практике электротравматизма принято выделять следующие пороги действия электрического тока:

– пороговый электрический ток – величина тока, вызывающая в организме человека едва ощутимые раздражения (небольшое повышение температуры в зоне контакта систочником элекатроэнергии, неуёмное дрожание пальцев рук, повышенное потоотделение и т.п. факторы). Эти ощущения вызывает сила тока: 0,6…1,5 мА (для переменного тока частотой 50 Гц); 5…7 мА (для постоянного тока);

– неотпускающий ток, – величина электрического тока, вызывающая непреодолимые судорожные сокращения мышц рук, в которых зажат проводник. Величина неотпускающего тока при времени действия 1…3 с составляет 10…15 мА для переменного и 50…60 мА для постоянного токов. При такой силе тока человек уже не может самостоятельно разжать руки, в которых зажаты токоведущие части электрооборудования;

– фибрилляционный (смертельный) ток – величина электрического тока, вызывающая фибрилляцию сердца (разновременное и разрозненное сокращение отдельных волокон сердечной мышцы, неспособное поддерживать её самостоятельную работу). При длительности действия 1…3 с по пути рука-рука, рука-ноги величина этого тока составляет ~ 100 мА для переменного и ~ 500 мА для постоянного тока. В то же время сила тока величиной 5 А и более фибрилляцию сердечной мышцы не вызывает – происходит мгновенная остановка сердца и паралич мышц грудной клетки.

Сила пороговых токов считается длительно безопасной величиной для человека.

Безопасных напряжений среди тех величин, которые используются в практической деятельности человека, не существует, поскольку сила тока при любом малом из указанных напряжений может превысить силу пороговых токов при аномально малых сопротивлениях тела человека. Например, контакт полюсов гальванического элемента (U = 1,5 В) с акупунктурными точками человека (R ~ 10 Ом) может вызвать протекание постоянного электрического тока между ними силой 1,5 А, что даже при кратковременном действии превышает смертельную величину в 3 раза.

Продолжительность воздействия электрического тока. С повышением времени протекания тока через человека повышается вероятность прохождения его через сердце в момент наиболее уязвимой для всего кардиоцикла фазы Т (окончание сокращения желудочков и перехода их в расслабленное состояние ~ 0,2 с). Кроме того, с увеличением времени протекания электрического тока через человека усугубляются все негативные явления как местного, так и общего действия.

Род тока и частота переменного электрического тока. Постоянный ток примерно в 4…5 раз безопаснее переменного промышленной частоты (50 Гц). Объяснить этот факт можно сложной структурой сопротивления тела человека. Сопротивление человеческого тела включает в себя активную (омическую) и ёмкостную составляющие, причём последняя возникает при включении человека в электрическую цепь (Рис. 1).

Рис. 1. Упрощённая электрическая схема замещения сопротивления тела человека

Ra – активная (омическая) составляющая; Rс – ёмкостная составляющая

Наличие ёмкостной составляющей обусловлено тем, что между электродом, касающимся тела человека (корпус электрооборудования, провода электросети и т.п.), и землёй (пол, площадка для обслуживания оборудования и т.п.), на которой стоит человек, расположен роговой слой кожного покрова – практически диэлектрик, что образует конденсаторную систему (электрическую ёмкость). Если через человека протекает постоянный ток, то он воздействует только на активную составляющую общего сопротивления (Ra), так как электрическая ёмкость для постоянного тока является разрывом цепи. Переменный ток протекает и через активную и через ёмкостную составляющие общего сопротивления человека (Ra и Rс), что, при прочих равных условиях, приводит к бόльшему отрицательному воздействию на организм.

С повышением частоты переменного тока (относительно 50 Гц) его общее негативное действие снижается, сравниваясь на частоте ~ 1000 Гц с действием постоянного тока. На частоте ~ 50 Гц и выше переменный ток общего действия на человека практически не оказывает. Это явление можно объяснить тем, что наибольшая плотность зарядов (ионов, электронов) в плоскости поперечного сечения проводника при протекании переменного тока высокой частоты наблюдается на периферии этого сечения; если в качестве проводника рассматривать человека, то на периферии поперечного сечения туловища и конечностей мы увидим кожный покров, обладающий сопротивлением, близким к таковому у диэлектриков. Местное действие переменного тока высокой частоты при этом сохраняется.

Это положение справедливо лишь до напряжений 250…300 В. При более высоких напряжениях постоянный ток более опасен, чем переменный с частотой 50 Гц.

Путь тока через тело человека играет существенную роль в исходе поражения, т.к. электрический ток может пройти через жизненно важные органы: сердце, лёгкие, головной мозг и др. Влияние пути тока на исход поражения определяется также величиной сопротивления кожного покрова человека на различных участках его тела.

Количество возможных путей тока через тело человека, называемых петлями тока, достаточно много. Чаще всего встречаются ток протекает по петлям: рука-рука; рука-ноги; нога-нога; голова-руки; голова-ноги. Наиболее опасными являются петли: голова-руки и голова-ноги, но они возникают относительно редко.

Условия внешней среды и факторы трудового процесса оказывают существенное влияние на величину сопротивления кожного покрова и в целом тела человека. Так, например, повышенная температура (~ 30 ° С и выше) и относительная влажность воздуха (~ 70 % и выше) способствуют повышенному потоотделению, а, следовательно, резкому уменьшению активного сопротивления тела человека. Интенсивная физическая работа приводит к аналогичному результату.

Характер и последствия воздействия на человека электрического тока зависит от следующих факторов:

Электрического сопротивления тела человека;

Величины напряжения и тока;

Продолжительности действия электрического тока;

Пути тока через тело человека;

Рода и частоты электрического тока;

Индивидуальные свойства человека;

Условий внешней среды.

Электрическое сопротивление тела человека. Сила тока Ih, проходящего через какой-либо участок тела человека, зависит от подведенного напряжения Uпр (напряжения прикосновения) и электрического сопротивления Z т, оказываемого току данным участком тела:

На участке между двумя электродами электрическое сопротивление тела человека в основном состоит из сопротивлений двух тонких наружных слоев кожи, касающихся электродов, и внутреннего сопротивления остальной части тела.

Плохо проводящий ток наружный слой кожи, прилегающий к электроду, и внутренняя ткань, находящиеся под этим слоем, как бы образуют обкладки конденсатора емкостью С с сопротивлением r н (рис.7.1). Из схемы замещения видно, что в наружном слое кожи ток протекает по двум параллельным путям; через активное наружное сопротивление Rн и емкость, электрическое сопротивление которой

, где Wpf - угловая частота, Гц; f - частота тока, Гц,

Рис. 7.1. Электрическая схема замещения сопротивления наружного слоя кожи

а – схема контакта электрода; б – электрическая схема замещения; 1 – электрод; 2 – наружный слой кожи; 3 – внутренняя область кожи.

Тогда полное сопротивление наружного слоя кожи для переменного тока:

(7.2)

Сопротивление r н и емкость C зависит от площади электродов (площадь контакта). С ростом площади контакта r н уменьшается, а емкость C увеличивается. Поэтому увеличение площади контакта приводит к уменьшению полного сопротивления наружного слоя кожи. Опыты показали, что внутреннее сопротивление тела r в можно рассматривать как чисто активное. Таким образом, для пути тока «рука – рука» общее электрическое сопротивление тела может быть представлено схемой замещения, представленной на рисунке 7.2.

Рис. 7.2. Электрическая схема замещения сопротивления тела человека: 1 – электрод; 2 – наружный слой кожи; r вр , r вк - внутреннее сотротивление рук и корпуса.

С увеличением частоты тока из-за уменьшения Xc сопротивление тела человека уменьшается и при больших частотах (более 10 кГц) практически становится равным внутреннему сопротивлению rв. Зависимость сопротивления тела человека от частоты приведена на рис. 7.3.

Между током, протекающим через тело человека, и приложенным к нему напряжением существует нелинейная зависимость: с увеличением напряжения сила тока растет быстрее. Это объясняется главным образом нелинейностью электрического сопротивления тела человека. Так, при напряжении на электродах 40 … 45 В в наружном слое кожи возникают значительные напряженности электрического поля, при которых полностью или частично происходит пробой наружного слоя, что снижает полное сопротивление тела человека (рис. 7.4.) При напряжении 127…220 В оно практически падает до значения внутреннего сопротивления тела. Внутреннее сопротивление тела считается активным. Его величина зависит от длины поперечного размера участка тела, по которому проходит ток.

В качестве расчетной величины при переменном токе промышленной частоты принимают активное сопротивление тела человека равное 1000 0м.

В действительных условиях сопротивление тела человека не является постоянной величиной. Оно зависит от ряда факторов, в том числе от состояния кожи, состояния окружающей среды, параметров электрической цепи и др.

Повреждение рогового слоя (порезы, царапины, ссадины и др.) снижает сопротивление тела до 500 … 700 Ом, что увеличивает опасность поражения человека током.

Такое же влияние оказывает увлажнение кожи водой или потом. Т.о., работа с электроустановками влажными руками или в условиях, вызывающих увлажнение кожи, а также при повышенной температуре, вызывающей усиленное потовыделение, усугубляет опасность поражения человека током.

Загрязнение кожи вредными веществами, хорошо проводящими электрический ток (пыль, окалина и т.п.) приводят к снижению ее сопротивления.

На сопротивление тела оказывает влияние площадь контактов, а так же место касания, так как у одного и того же человека сопротивление кожи неодинаково на разных участках тела. Наименьшим сопротивлением обладает кожа лица, шеи, рук на участке выше ладоней и в особенности на стороне, обращенной к туловищу, подмышечных впадинах, тыловой стороны кисти и др. Кожа ладоней и подошв имеет сопротивление, во много раз превышающее сопротивление кожи других участков тела.

С увеличение тока и времени его прохождения сопротивление тела человека падает, так как при этом усиливается местный нагрев кожи, что приводит к расширению сосудов, к усилению снабжения этого участка кровью и увеличению потовыделения.

Сопротивление тела человека зависит от пола и возраста людей: у женщин это сопротивление меньше, чем у мужчин, у детей меньше, чем у взрослых, у молодых людей меньше, чем у пожилых. Это объясняется толщиной и степенью огрубления верхнего слоя кожи, Кратковременное (несколько минут) снижение сопротивления тела человека (на 20 …50%) вызывает внешние, неожиданно возникающие физические раздражения: болевые (удары, уколы), световые и звуковые.

Величина напряжения и тока. Основным фактором, обуславливающим исход поражения электрическим током, является сила тока проходящего через тело человека (табл. 7.1)

Напряжение, приложенное к телу человека, также влияет на исход поражения, но лишь, постольку, поскольку оно определяет значение тока, проходящего через человека.

Таблица 7.1

Характер воздействия тока

Ток, проходящий через тело человека, мА	Переменный (50 Гц) ток	Постоянный ток
0,5 … 1,5	Начало ощущений: слабый зуд, пощипывание кожи	Не ощущается
2 … 4	Ощущение распространяется на запястье; слегка сводит мышцы.	Не ощущается
5 … 7	Болевые ощущения усиливаются по всей кисти; судороги; слабые боли во всей руке до предплечья	Начало ощущений; слабый нагрев кожи под электродами
8 … 10	Сильные боли и судороги во всей руке, включая предплечье. Руки трудно оторвать от электродов.	Усиление ощущения.
10 … 15	Едва переносимы боли во всей руке. Руки невозможно оторвать от электродов. С увеличением продолжительности протекания тока боли усиливаются.	Значительный нагрев под электродами и в прилегающей области кожи.
20 … 25	Сильные боли. Руки парализуются мгновенно, оторвать их от электродов невозможно. Дыхание затруднено.	Ощущение внутреннего нагрева, незначительное сокращение мышц рук.
25 … 50	Очень сильная боль в руках и в груди. Дыхание крайне затруднено. При длительном воздействии может наступить остановка дыхания или ослабление сердечной деятельности с потерей сознания	Сильный нагрев, боли и судороги в руках. При отрыве рук от электродов возникают сильные боли.
50 … 80	Дыхание парализуется через несколько секунд, нарушается работа сердца. При длительном воздействии может наступать фибрилляция сердца	Очень сильный поверхностный и внутренний нагрев. Сильные боли в руке и в области груди. Руки невозможно оторвать от электродов из-за сильных болей.
80 … 100	Фибрилляция сердца через 2…3 с.; еще через несколько секунд – остановка дыхания.	То же действие выраженное сильнее. При длительном действии остановка дыхания.
	То же действие за меньшее время.	Фибрилляция сердца через 2…3 с.; еще через несколько секунд остановка дыхания.

Из приведенной таблицы можно выделить следующие пороговые значения тока:

О щ у т и м ы й т о к - электрический ток, вызывающий при прохождении через организм ощутимые раздражения, Ощутимые раздражения взывает переменный ток силой 0,6 … 1,5 мА и постоянный – силой 5 … 7 мА. Указанные значения являются пороговыми ощутимымитоками; с них начинается область ощутимых токов.

Н е о т п у с к а ю щ и й т о к – электрический ток, вызывающий при прохождении через человека непреодолимые судорожные сокращения мышц руки, в которой зажат проводник. Пороговый неотпускающий ток составляет 10 … 15 мА переменного тока и 50 … 60 мА постоянного. При таком токе человек уже не может самостоятельно разжать руку, в которой зажата токоведущая часть, и оказывается как бы прикованным к ней.

Ф и б р и л л я ц и о н н ы й т о к – электрический ток, вызывающий при прохождении через организм фибрилляцию сердца. Пороговый фибрилляционный ток составляет 100 мА переменного тока и 300 мА постоянного при длительности 1 … 2 с по пути «рука-рука» или «рука – ноги». Фибрилляционный ток может достичь 5 А. Ток больше 5 А фибрилляцию сердца не вызывает. При таких токах происходит мгновенная остановка сердца.

Пороговые (наименьшие) значения ощутимого, неотпускающего и фибрилляционных токов представляют собой случайные величины, нормируемые значения которых определяются законом распределения и его параметрами. Численные значения токов соответствуют определенной вероятности возникновения данной биологической реакции.

Допустимые для человека токи оценивают по трем критериям электробезопасности.

Первый критерий – ощутимый ток. В качестве первого критерия для переменного тока частотой 50 Гц принят ток I = 0,6 мА, который не вызывает нарушений деятельности организма. Допускаемая длительность протекания такого тока через человека не более 10 мин.

Второй критерий – отпускающий ток. В качестве второго критерия электробезопасности принят ток I = 6 мА, при протекании которого через человека вероятность отпускания равна 99,5%. Длительность воздействия такого тока ограничивается защитной реакцией самого человека.

Третий критерий – нефибрилляционный ток. Это ток промышленной частоты, который при длительном воздействии 1 … 3 с не вызывает фибрилляцию сердца у человека массой 50 кг с некоторым запасом принят равным 50 мА.

Таким образом, величина тока оказывает существенное влияние на степень поражения человека. При одинаковой длительности протекания тока через человека характер воздействия существенно изменяется от ощущения (0,6 … 1,6 мА) до неотпускания (6 … 24 мА) и фибрилляции сердца (более 50 мА).

Продолжительность действия электрического тока. Существенное влияние на исход поражения оказывает длительность прохождения тока через тело человека. Продолжительное действие тока приводит к тяжелым, а иногда смертельным поражениям.

При кратковременном воздействии (0,1 … 0,5 с) ток порядка 100 мА не вызывает фибрилляции сердца. Если увеличить длительность воздействия до 1 с, то этот же ток может привести к смертельному исходу. С уменьшением длительности воздействия значения допустимых для человека токов существенно увеличиваются. Так, при изменении времени воздействия от 1 до 0,1 с допустимый ток возрастет, примерно, в 16 раз.

Кроме того, сокращение длительности воздействия электрического тока уменьшает опасность поражения человека исходя из некоторых особенностей работы сердца.

Схема электрокардиограммы

Продолжительность одного периода кардиоцикла (рис. 7.5.) составляет 0,75 … 0,85 с. В каждом кардиоцикле наблюдается период систолы, когда желудочки сердца сокращаются (пик QRS) и выталкивают кровь в артериальные сосуды. Фаза Т соответствует окончанию сокращения желудочков и они переходят в расслабленное состояние.

В период диастолы желудочки наполняются кровью. Фаза Р соответствует сокращению предсердий. Установлено, что сердце наиболее чувствительно к воздействию электрического тока во время фазы Т кардиоцикла. Для того, чтобы возникла фибрилляция сердца, необходимо совпадение по времени воздействия тока с фазой Т, продолжительность которой 0,15 … 0,2 с. С сокращением длительности воздействия электрического тока вероятность такого совпадения становится меньше, а следовательно, уменьшается опасность возникновения фибрилляции сердца.

В случае несовпадения времени прохождения тока через человека с фазой Т, токи значительно превышающие пороговые значения, не вызовут фибрилляции сердца.

Влияние длительности прохождения тока через тело человека на исход поражения можно оценить эмпирической формулой

I h = 50/ t (7.3)

где I h – ток, проходящий через тело человека, мА; t - продолжительность прохождения тока, с.

Эта формула действительна в пределах 0,1 … 1,0 с. Ее используют для определения предельно допустимых токов, проходящих через человека по пути «рука – ноги», необходимых для расчета защитных устройств.

Пути тока через тело человека. Путь тока в теле человека зависит от того, какими участками тела пострадавший прикасается к токоведущим частям, его влияние на исход поражения проявляется еще и потому, что сопротивление кожи на разных участках тела неодинаково.

Наиболее опасно прохождение тока через дыхательные мышцы и сердце. Так отмечено, что на пути «рука – рука» через сердце проходит 3,3% общего тока, «левая рука – ноги» - 3,7%, «правая рука – ноги» - 6,7%, «нога – нога» - 0,4%, «голова – ноги» - 6,8%, «голова – руки» - 7%.

По данным статистики потеря трудоспособности на три дня и более наблюдалась при пути тока «рука – рука» в 83% случаев, «левая рука – ноги» - 80%, «правая рука – ноги» - 87%, «нога – нога» - в 15% случаев.

Таким образом, путь тока влияет на исход поражения; ток в теле проходит не обязательно по кратчайшему пути, что объясняется большой разницей в удельном сопротивлении различных тканей (костная, мышечная, жировая и т.д.).

Наименьший ток через сердце проходит при пути тока по нижней петле «нога – нога». Однако из этого не следует делать выводы о малой опасности нижней петли (действие шагового напряжения). Обычно если ток достаточно велик, он вызывает судороги ног, и человек падает, после чего ток уже проходит через грудную клетку, т.е. через дыхательные мышцы и сердце.

Род и частота тока. Установлено, что переменный ток более опасен, чем постоянный. Это следует также из табл. 7.1., так как одни и те же воздействия вызываются большими значениями постоянного тока, чем переменного. Однако это характерно для относительно небольших напряжений (до 250 … 300 В). Считают, что напряжение 120 В постоянного тока при одинаковых условиях эквивалентно по опасности напряжению 40 В переменного тока промышленной частоты. При более высоких напряжениях опасность постоянного тока возрастает.

В интервале напряжений 400 … 600 В опасность постоянного тока практически равна опасности переменного тока с частотой 50 Гц, а при напряжении более 600 В постоянный ток опаснее переменного. При попадании под постоянное напряжение особенно резкие болевые ощущения возникают в момент замыкания и размыкания электрической цепи.

Исследования показали, что самыми неблагоприятными для человека являются токи промышленной частоты (50 Гц). С увеличение частоты (от 50 Гц до 0) значения неотпускающего тока возрастают (рис. 7.6.) и при частоте равной нулю (постоянный ток – болевой эффект), они становятся больше примерно в 3 раза.

Рис. 7.6. Зависимость неотпускающего тока от частоты:

1 – для 0,5% испытуемых; 2 – для 99,5% испытуемых

При увеличении частоты (более 50 Гц) значения неотпускающего тока возрастают. Дальнейшее же повышение частоты тока сопровождается снижением опасности поражения, которая полностью исчезает при частоте 45 … 50 кГц. Но эти токи могут вызвать ожоги как при возникновении электрической дуги, так и при прохождении их непосредственно через тело человека. Снижение опасности поражения током с повышением частоты практически заметно при частоте 1000 … 2000 Гц.

Индивидуальные свойства человека. Установлено что, физически здоровые и крепкие люди легче переносят электрические удары.

Повышенной восприимчивостью к электрическому току отличаются лица, страдающие болезнями кожи, сердечно-сосудистыми заболеваниями, органов внутренней секреции, легких, нервными болезнями и др.

Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок предусматривают отбор персонала для обслуживания действующих электроустановок по состоянию здоровья. С этой целью проводится медицинское освидетельствование лиц при поступлении на работу и периодически 1 раз в два года в соответствии со списком болезней и расстройств, препятствующих допуску к обслуживанию действующих электроустановок.

Условия внешней среды. Влажность и температура воздуха, наличие заземленных металлических конструкций и полов, токопроводящей пыли оказывают дополнительное влияние на условия электробезобасности. Степень поражения электрическим током во многом зависит от плотности и площади контакта человека с токоведущими частями. Во влажных помещениях с высокой температурой или наружных электроустановках складываются неблагоприятные условия, при которых площадь контакта человека с токоведущими частями увеличивается. Наличие заземленных металлических конструкций и полов создает повышенную опасность поражения вследствие того, что человек практически постоянно связан с одним полюсом (землей) электроустановки. В этом случае любое прикосновение человека к токоведущим частям сразу приводит к двухполюсному включению его в электрическую цепь. Токопроводящая пыль также создает условия для электрического контакта как с токоведущими частями, так и с землей.

В зависимости от наличия перечисленных условий, повышающих опасность воздействия тока на человека, все помещения по опасности поражения людей электрическим током подразделяются на следующие классы: без повышенной опасности, с повышенной опасностью, особо опасные.

Помещения без повышенной опасности характеризуются отсутствием условий, создающих повышенную или особую опасность.

Помещения с повышенной опасностью характеризуются наличием в них одного из следующих условий, создающих повышенную опасность:

Сырости (относительная влажность воздуха длительно превышает 75%) или токопроводящей пыли;

Токопроводящих полов (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные и др.);

Высокой температуры (выше +35 0 С);

Возможности одновременного прикосновения человека к имеющим соединения с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, механизмам и т. п., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования – с другой.

Особо опасные помещения характеризуются наличием одного из следующих условий, создающих особую опасность:

Особой сырости (относительная влажность воздуха близка к 100%: потолок, стены, пол и предметы в помещении покрыты влагой);

Химически активной или органической среды (разрушающей изоляцию и токоведущие части электрооборудования);

Одновременно двух или более условий повышенной опасности.

Характер и последствия воздействия на человека электрического тока зависят от следующих факторов:

Значение тока, проходящего через тело человека,

Электрического сопротивления человека,

Уровня приложенного к человеку напряжения,

Продолжительности воздействия электрического тока,

Пути тока через тело человека,

Рода и частоты электрического тока,

Условий внешней среды и других факторов.

Электрическое сопротивление тела человека.

Тело человека является проводником электрического тока, правда, неоднородным по электрическому сопротивлению. Наибольшее сопротивление электрическому току оказывает кожа, поэтому сопротивление тела человека определяется главным образом сопротивлением кожи.

Кожа состоит из двух основных слоев: наружного – эпидермиса и внутреннего – дермы. Наружный слой – эпидермис, в свою очередь, имеет несколько слоев, из которых самый толстый верхний слой называется роговым. Роговой слой в сухом незагрязненном состоянии можно рассматривать как диэлектрик: его объемное удельное сопротивление достигает 10 5 – 10 6 Ом·м, что в тысячи раз превышает сопротивление других слоев кожи, сопротивление дермы незначительно: оно во много раз меньше сопротивления рогового слоя.

Сопротивление тела человека при сухой, чистой и неповрежденной коже (измеренное при напряжении 15-20 В) колеблется от 3 до 100 кОм и более, а сопротивление внутренних слоев тела составляет всего 300-500Ом.

В качестве расчетной величины при переменном токе промышленной частоты применяют сопротивление тела человека, равное 1000 Ом.

В действительных условиях сопротивление тела человека не является постоянной величиной. Оно зависит от ряда факторов, в том числе от состояния кожи, состояния окружающей среды, параметров электрической цепи и др.

Повреждения рогового слоя (порезы, царапины, ссадины и др.) снижают сопротивление тела до 500-700 Ом, что увеличивает опасность поражения человека током. Такое же влияние оказывает увлажнение кожи водой или потом.

Загрязнение кожи вредными веществами, хорошо проводящими электрический ток (пыль, окалина и т.п.) приводят к снижению ее сопротивления.

На сопротивление тела оказывает влияние и площадь контактов, а также место касания, так как у одного и того же человека сопротивление кожи неодинаково на разных участках тела. Наименьшим сопротивлением обладает кожа лица, шеи, рук на участке выше ладоней и, в особенности на стороне, обращенной к туловищу, подмышечных впадинах, тыльной стороны кисти и др. Кожа ладоней и подошв имеет сопротивление, во много раз превышающее сопротивление кожи других участков тела.

С увеличением тока и времени его прохождения сопротивление тела человека падает, так как при этом усиливается местный нагрев кожи, что приводит к расширению ее сосудов, к усилению снабжения этого участка кровью и увеличению потовыделения.

С ростом напряжения, приложенного к телу человека, сопротивление кожи уменьшается в десятки раз, приближаясь к сопротивлению внутренних тканей (300-500 Ом). Это объясняется электрическим пробоем рогового слоя кожи, увеличением тока, проходящего через кожу.

С увеличением частоты тока сопротивление тела будет уменьшаться, и при 10-20 кГц наружный слой кожи практически утрачивает сопротивление электрическому току.

Величина тока. Основным фактором, обуславливающим исход поражения электрическим током, является сила тока, проходящего через тело человека. Характер воздействия тока на человека в зависимости от силы и вида тока приведен в Таблице 7.1

Таблица 7.1.

Характер воздействия тока на человека (путь тока рука – нога, напряжение 220 В)

	Переменный ток, 50 Гц	Постоянный ток
	Начало ощущения, легкое дрожание пальцев	Ощущений нет
	Начало болевых ощущений	Ощущений нет
	Начало судорог в руках	Зуд, ощущение нагрева
	Судороги в руках, трудно, но можно оторваться от электродов	Усиление ощущения нагрева
	Сильные судороги и боли, неотпускающий ток, дыхание затруднено
	Паралич дыхания	Судороги рук, затруднение дыхания
		Паралич дыхания при длительном протекании тока
	То же, за меньшее время	Фибрилляция сердца при действии тока в течение 2-3 с, паралич дыхания

Ощутимый ток – электрический ток, вызывающий при прохождении через организм ощутимые раздражения. Ощутимые раздражения вызывает переменный ток силой 0,6-1,5 А и постоянный – силой 5-7 А. Указанные значения являются пороговыми ощутимыми токами; с них начинается область ощутимых токов.

Неотпускающий ток – электрический ток, вызывающий при прохождении через человека непреодолимые судорожные сокращения мышц руки, в которой зажат проводник. Пороговый не отпускающий ток составляет 10-15 мА переменного тока и 50-60 мА постоянного тока. При таком токе человек уже не может самостоятельно разжать руку, в которой зажата токоведущая часть и оказывается как бы прикованным к ней.

Фибрилляционный ток – электрический ток, вызывающий при прохождении через организм фибрилляцию сердца. Пороговый фибрилляционный ток составляет 100 мА переменного тока и 300 мА постоянного тока при длительности воздействия 1-2 с. по пути рука-ноги или рука-рука. Фибрилляционный ток может достичь 5А. Ток больше 5А фибрилляцию сердца не вызывает. При таких токах происходит мгновенная остановка сердца.

Продолжительность воздействия электрического тока . Существенное влияние на исход поражения оказывает длительность прохождения тока через тело человека. Опасность поражения током вследствие фибрилляции сердца зависит от того, с какой фазой сердечного цикла совпадает время прохождения тока через область сердца. Если длительность прохождения тока равна или превышает время кардиоцикла (0,75-1с), то ток «встречается» со всеми фазами работы сердца (в том числе наиболее уязвимой), что весьма опасно для организма. Если же время воздействия тока меньше продолжительности кардиоцикла на 0,5 с или более, то вероятность совпадения момента прохождения тока с наиболее уязвимой фазой работы сердца, а, следовательно, и опасность поражения резко уменьшаются. Указанное обстоятельство используется в быстродействующих устройствах защитного отключения, где время срабатывания менее 0,2 с.

Путь тока через тело человека. Играет существенную роль в исходе поражения, так как ток может пройти через жизненно важные органы: сердце, легкие, головной мозг и др. Влияние пути тока на исход поражения определяется также сопротивлением кожи на различных участках тела.

Возможных путей тока в теле человека, которые также называются петлями тока, достаточно много. Наиболее часто встречающиеся петли тока: рука-рука, рука-ноги, нога-нога. Наиболее опасны петли голова-руки и голова-ноги.

Род и частота электрического тока . Постоянный ток примерно в 4-5 раз безопаснее переменного. Это положение справедливо лишь для напряжений до 250-300В. При более высоких напряжениях постоянный ток более опасен, чем переменный (с частотой 50 Гц).

С увеличением частоты переменного тока полное сопротивление тела уменьшается, что приводит к увеличению тока, проходящего через человека, следовательно, опасность поражения увеличивается.

Условия внешней среды. Сырость, токопроводящая пыль, едкие пары и газы, разрушающе действующие на изоляцию электроустановок, а также высокая температура окружающего воздуха понижают электрическое сопротивление тела человека, что еще больше увеличивает опасность поражения его током.

В зависимости от наличия перечисленных условий, повышающих опасность воздействия тока на человека, все помещения делят по опасности поражения человека электрическим током на следующие классы: (Таблица 7.2.)

Таблица 7.2.

Классификация помещений по опасности поражения электрическим током

Критерии безопасности электрического тока. При проектировании, расчете и эксплуатационном контроле защитных систем руководствуются допустимыми значениями тока при данном пути его протекания и длительности воздействия в соответствии с ГОСТ 12.1.038-82.

При длительном воздействии допустимый ток принят в 1 мА. При продолжительности воздействия до 30 с – 6 мА. При воздействии 1 с и менее величины токов приведены в таблице 7.3., однако, они не могут рассматриваться как обеспечивающие полную безопасность, и принимаются в качестве практических допустимых с достаточно малой вероятностью поражения.

Таблица 7.3.

Практически допустимые величины тока

Эти токи считаются допустимыми для наиболее вероятных путей их протекания в теле человека: рука-рука, рука-ноги, и нога-нога.

Исход поражения электрическим током зависит от следующих факторов: электрического сопротивления тела человека, силы протекающего через тело тока, времени воздействия тока, пути протекания тока, частоты и рода тока, индивидуальных особенностей организма человека, условий внешней (окружающей) среды и других факторов.

Величина тока, протекающего через тело человека, зависит от напряжения прикосновения U и сопротивления тела человека R.

Сопротивление тела человека, величина нелинейная, зависящая от многих факторов: сопротивления кожи и ее состояния; от величины тока и приложенного напряжения; от длительности протекания тока.

Наибольшим сопротивлением обладает верхний роговой слой кожи. В сухом и незагрязненном состоянии его можно рассматривать как диэлектрик: удельное сопротивление рогового слоя достигает 10 5 --10 6 Ом * м, что в тысячи раз превышает сопротивление других слоев кожи.

Сопротивление тела человека при сухой, чистой и неповрежденной коже колеблется от 1000 до 100 000 Ом, а сопротивление слоев тела составляет всего 500--700 Ом.

В качестве расчетной величины при переменном токе промышленной частоты сопротивление тела человека (R 4 ) принимается равным 1000 Ом. В реальных условиях сопротивление тела человека -- величина непостоянная и зависит от ряда факторов.

С ростом тока, проходящего через тело человека, его сопротивление уменьшается, так как при этом увеличивается нагрев кожи и растет потоотделение. По этой же причине снижается R 4 с увеличением длительности протекания тока. Чем выше приложенное напряжение, тем больше ток человека / ч, тем быстрее снижается сопротивление кожи человека.

С ростом напряжения сопротивление кожи уменьшается в десятки раз, а следовательно, уменьшается и сопротивление тела в целом; оно приближается к сопротивлению внутренних тканей тела, т. е. к своему наименьшему значению (300--500 Ом). Это можно объяснить электрическим пробоем слоя кожи, который происходит при напряжении 50--200 В.

Загрязнение кожи различными веществами, в особенности хорошо проводящими электрический ток (металлическая или угольная пыль, окалина и т. п.), снижает ее сопротивление.

Основной поражающий фактор электрического тока -- сила тока, проходящего через тело человека. Небольшие токи вызывают лишь неприятные ощущения. При токах, больших 10--15 мА, человек не способен самостоятельно освободиться от токоведущих частей и действие тока становится длительным (неотпускающий ток). При токе, равном 20--25 мА (50 Гц), человек начинает испытывать затруднение дыхания, которое усиливается с ростом тока. При действии такого тока в течение нескольких минут наступает удушье. При длительном воздействии токов величиной несколько десятков миллиампер и времени действия 15--20 с могут наступить паралич дыхания и смерть. Токи величиной 50--80 мА приводят к фибрилляции сердца, которая заключается в беспорядочном сокращении и расслаблении мышечных волокон сердца, в результате чего прекращается кровообращение и сердце останавливается. Действие тока величиной 100 мА в течение 2--3 с приводит к смерти (смертельный ток).

При невысоких напряжениях (до 100 В) постоянный ток примерно в 3--4 раза менее опасен, чем переменный частотой 50 Гц; при напряжениях 400--500 В опасность их сравнивается, а при более высоких напряжениях постоянный ток даже опаснее переменного.

Наиболее опасен ток промышленной частоты (20--100 Гц). Снижение опасности действия тока на живой организм заметно сказывается при частоте 1000 Гц и выше. Токи высокой частоты, начиная от сотен килогерц, вызывают только ожоги, не поражая внутренних органов. Это объясняется тем, что такие токи не способны вызывать возбуждение нервных и мышечных тканей.

Существенную роль в исходе поражения играет путь прохождения электрического тока через тело человека. Опасность поражения электрическим током сильно увеличивается при прохождении его через жизненно важные органы: сердце, легкие, головной мозг. Однако рефлекторное воздействие тока на них происходит и при иных путях его прохождения, хотя опасность поражения при этом резко снижается. К наиболее опасным таким путям относят петли «голова -- руки» и «голова -- ноги», к наименее -- петля «нога -- нога». Однако известны смертельные поражения, когда ток проходил по пути нога -- нога или рука -- рука.

Психическое и физическое состояние человека также оказывает влияние на тяжесть поражения электрическим током. При заболеваниях сердца, щитовидной железы и т. п. человек подвергается более сильному поражению при меньших значениях тока, так как в этом случае уменьшаются электрическое сопротивление тела человека и общая сопротивляемость организма внешним раздражениям. Отмечено, например, что для женщин пороговые значения токов примерно в 1,5 раза ниже, чем для мужчин. Это объясняется более слабым физическим развитием женщин. При применении спиртных напитков сопротивление тела человека падает, уменьшаются сопротивляемость организма человека и внимание. При собранном внимании сопротивление организма повышается.

На исход поражения электрическим током влияют условия внешней среды (температура, влажность) и окружающая обстановка (наличие токопроводящей пыли, едких паров и газов). Повышенная температура, влажность повышают опасность поражения электрическим током. Чем ниже атмосферное давление, тем выше опасность поражения. Сырость, едкие пары и газы разрушающе действуют на изоляцию электроустановок.

Электроустановки классифицируют по напряжению: с номинальным напряжением до 1000 В и свыше 1000 В. Безопасность обслуживания электрооборудования также зависит от факторов окружающей среды.

В зависимости от наличия условий, повышающих опасность воздействия тока на человека, все помещения по опасности поражения людей электрическим током делят на следующие классы:

• * первый -- помещения без повышенной опасности, в которых отсутствуют условия, создающие повышенную и особую опасность;
• * второй -- помещения с повышенной опасностью, характеризуются наличием в них хотя бы одного из перечисленных признаков: сырости (относительная влажность воздуха длительно превышает 75 %); высокой температуры (выше + 35 °С); токопроводящей пыли; токопроводящих полов; возможности одновременного прикосновения человека к имеющим соединения с землей металлоконструкциям зданий, с одной стороны, и металлическим корпусам электрооборудования -- с другой;
• * третий -- помещения особо опасные, характеризующиеся следующими признаками: относительной влажностью воздуха, близкой к 100 % (визуально определяют наличием конденсата на внутренней поверхности строительных конструкций зданий и помещений); химически агрессивной средой; наличием одновременно двух или более признаков помещений с повышенной опасностью; а также территории размещения наружных электроустановок. По способу защиты человека от поражения электрическим током электротехнические изделия делят на пять классов: 0, 01,1, II, III.

К классу 0 относят изделия с номинальным напряжением более 42 В с рабочей изоляцией и не имеющих приспособлений для заземления. Бытовые приборы изготавливают по классу 0, так как они предназначены для работы в помещениях без повышенной опасности.

Класс 01 включает в себя изделия с рабочей изоляцией, элементом заземления. У провода для присоединения к источнику питания нет заземляющей жилы.

Класс I включает в себя изделия с рабочей изоляцией, элементом для заземления и проводом питания с заземляющей (зануляющей) жилой и штепсельной вилкой с заземляющим контактом.

К классу П относят изделия, имеющие у всех доступных прикосновению частей двойную или усиленную изоляцию относительно частей, нормально находящихся под напряжением, и не имеющие элементов заземления.

Класс III представляет собой изделия без внутренних и внешних электрических цепей с напряжением не выше 42 В.

Электрический ток

Согласно современным представлениям, электричество - это совокупность явлений, обусловленных существованием, движением и взаимодействием электрически заряженных тел или частиц (электронов, ионов, молекул, их комплексов и т.п.), а электрический ток - упорядоченное и направленное движение электронов, ионов. Соответственно, электрический ток нельзя увидеть, но можно увидеть, почувствовать результаты преобразования электроэнергии в другие виды энергии: свет, тепло, механическую энергию и др., которые могут приносить не только пользу, но и нанести непоправимый урон в результате нарушения правил использования этого вида энергии и в случаях чрезвычайных ситуаций природного и (или) техногенного (антропогенного) характера.

Физические параметры электрического тока определяются силой тока, его частотой и родом - переменный или постоянный.

Факторы, определяющие исход поражения электрическим током

1. Величина тока и напряжения. Электрический ток как поражающий фактор определяет степень физиологического воздействия на человека. Напряжение следует рассматривать лишь как фактор, обусловливающий протекание того или иного тока в конкретных условиях, - чем больше напряжение прикосновения, тем больше поражающий ток.

По степени физиологического воздействия можно выделить следующие поражающие токи:

• 0,8-1,2 мА - пороговый ощутимый ток (т.е. то наименьшее значение тока, которое человек начинает ощущать);
• 10-16 мА - пороговый неотпускающий (приковывающий) ток, когда из-за судорожного сокращения рук человек самостоятельно не может освободиться от токонесущих частей; может вызвать электрическую асфиксию - судорожное сокращение дыхательной мускулатуры в фазе выдоха;
• 100 мА - вызывает фибрилляцию желудочков сердца. При этом необходимо иметь в виду, что вероятность поражения таким током равна 50% при продолжительности его воздействия не менее 0,5 с.

Переменный ток от 100 мА до 5 А при частоте 50 Гц и постоянный ток от 300 мА до 5 А действуют непосредственно на мышцу сердца, что весьма опасно для жизни, поскольку спустя одну-две секунды с момента замыкания цепи этого тока через человека может наступить фибрилляция - разрозненные, аритмичные и некоординированные сокращения отдельных групп мышечных волокон желудочков сердца с частотой более 300 сокращений в минуту. При этом состоянии сердце перестает выполнять свои насосные функции, и прекращается кровоснабжение всего организма.

Ток более 5 А, как правило, фибрилляцию сердца не вызывает. При дальнейшем увеличении силы тока он приобретает дефибриллирую- щие свойства, но вызывает нарушение функций ЦПС и остановку дыхания центрального генеза.

• 2. Продолжительность воздействия тока. Установлено, что поражение электрическим током возможно лишь в состоянии полного покоя сердца человека, когда отсутствует сжатие (систола) или расслабление (диастола) желудочков сердца и предсердий. Поэтому при малом времени воздействия тока может не совпадать с фазой полного расслабления, однако все, что увеличивает темп работы сердца, способствует повышению вероятности остановки сердца при ударе током любой длительности. К таким причинам следует отнести: усталость, возбуждение, голод, жажду, испуг, принятие алкоголя, наркотиков, некоторых лекарств, курение, болезни и т.п.
• 3. Сопротивление тела. Величина непостоянная, зависит от конкретных условий, меняется в пределах от нескольких сотен ом до нескольких мегаом. При воздействии напряжения промышленной частоты 50 Гц сопротивление тела человека является активной величиной, состоящей из внутренней и наружной составляющих. Внутреннее сопротивление у всех людей примерно одинаково и составляет 600-800 Ом. Различные части тела и ткани человека обладают различным сопротивлением току: кости -
• 200 000 Ом; хрящи - 50 000 Ом; мышцы - 1500 Ом; печень - 900 Ом; слизистые оболочки - 100 Ом.

Большим сопротивлением обладает кожа - 10 000-20 000 Ом, особенно толстая и сухая кожа на ладонях и подошвах - 2 МОм.

Из этого можно сделать вывод, о том что исход травмы при прочих равных условиях зависит от места приложения тока.

Сопротивление тела не является постоянной величиной: в условиях повышенной влажности оно снижается в 12 раз, в воде - в 25 раз, резко снижает его принятие алкоголя.

4. Сила тока. Сила тока определяется соотношением напряжения и сопротивления тела, через которое он проходит (/ = U/R ).

Сухая кожа имеет сопротивление 0,1-2 МОм, а влажная 1 кОм. Таким образом, ток одинакового напряжения, например в 127 В, может в одних условиях (сухая кожа) не нанести серьезного повреждения (легкое покалывание), а в других (мокрая кожа, сырой пол) - привести к смерти от фибрилляции желудочков. Сила тока в нервом случае будет равна 1,27 мА, а во втором - 127 мА.

При повышении напряжения более 500 В величина сопротивления кожи уже не имеет значения, так как в месте контакта происходит «пробой» кожи, возникают «метки» тока.

Распространенный в промышленности и в быту переменный ток с частотой 50 Гц более опасен, чем постоянный ток того же напряжения. Это положение касается тока напряжением до 500 В. При данном напряжении опасность обоих родов тока уравнивается, а при напряжении выше 500 В постоянный ток опаснее, чем переменный.

Путь {«петля») тока через тело человека. При расследовании несчастных случаев, связанных с воздействием электрического тока, прежде всего выясняется, по какому пути протекал ток. Ток при входе в организм разветвляется, основное же количество электричества устремляется по прямой линии от анода к катоду. Человек может коснуться токоведущих частей (или металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением) самыми различными частями тела. Отсюда наблюдается многообразие возможных путей тока. Наиболее вероятными путями признаны следующие:

• «рука - рука» (40% случаев поражения);
• «правая рука - ноги» (20%);
• «левая рука - ноги» (17%);
• «обе руки - ноги» (12%);
• «нога - нога» (6%);
• «голова - ноги» (5%).

Все петли, кроме петли «нога - нога», называются «большими», или «полными» петлями, так как ток захватывает область сердца. В этих случаях через сердце протекает 8-12% от полного значения тока. Петля «нога - нога» называется «малой», через сердце протекает всего 0,4% от полного тока. Эта петля возникает, когда человек оказывается в зоне растекания тока, попадая под шаговое напряжение.

Шаговым называется напряжение между двумя точками земли, обусловленное растеканием тока в земле, при одновременном касании их ногами человека. При этом, чем шире шаг, тем больший ток протекает через ноги. Такой путь тока не несет прямой опасности жизни, однако под его воздействием человек может упасть и путь протекания тока станет опасным для жизни. Для защиты от шагового напряжения служат дополнительные средства защиты - диэлектрические боты, диэлектрические коврики. В случае когда использование этих средств не представляется возможным, следует покидать зону растекания так, чтобы расстояние между стоящими на земле ногами было минимальным - короткими шажками. Безопасно также передвижение по сухой доске и прочим сухим, не проводящим ток предметам.