Действие электрического тока на человека

Из приведенных данных следует, что переменный ток промышленной частоты f = 50 Гц напряжением до 250 В опаснее постоянного тока одинакового напряжения, так как переменный ток вызывает многократное раздражение молекулярных структур организма человека.

Сила переменного тока Ih = 100 мА, прошедшего через тело человека, является величиной смертельной.

Электрическое сопротивление тела человека – Rh, Oм.

Электрическое сопротивление тела человека колеблется у разных людей в зависимости от физического состояния в широких пределах (от 1 до 100 кОм) и определяется, главным образом, сопротивлением наружного слоя кожи – эпидермиса.

Сопротивление внутренних органов, омываемых органической жидкостью, невелико (от 300 до 500 Ом). Таким образом, верхний слой кожи – эпидермис является защитной оболочкой всего организма, обладает механической прочностью, плохо проводит тепло и электричество. В сухом незагрязненном и неповрежденном состоянии удельное сопротивление эпидермиса достигает
ρ = 10⁵ …10⁶ Ом/ м.

Сопротивление человека Rh зависит от силы тока In, приложенного напряжения U и длительности прохождения тока τ, т.е. Rh = f(Ih, U, τ).

Рассмотрим эти зависимости.

Зависимость Rh = f(Ih). Электрическое сопротивление тела человека уменьшается под действием тока за счет расширения кровеносных сосудов и деформации в них диэлектрических компонентов.

Рассмотрим рис. 7.1, на котором упрощено представлены два участка кровеносного сосуда без воздействия и под воздействием электрического тока, при этом диэлектрические компоненты крови смоделированы пузырьком воздуха.

Рис. 7.1. Кровеносный сосуд:

а – при отсутствии электрического тока; б – под действием электрического тока;
1 – кровеносный сосуд; 2 – пузырек воздуха до деформации; 3 – пузырек воздуха деформированный под действием тока Ih₂; 4 – сечение для движения крови при Ih₁ = 0;
5 – сечение для движения крови при Ih₂ > 0

Таким образом, из рис. 7.1 видно, что под действием электрического тока в результате деформации диэлектрического тела – пузырька воздуха сечение, через которое движется кровь и электрический ток, увеличивается F₂ > F₁, а следовательно, сопротивление тела человека в целом уменьшается Rh₂ < Rh₁.

Зависимость Rh = f(U) с увеличением приложенного напряжения сопротивление тела человека уменьшается, что также следует из рис. 7.1, а именно, если U₂ > U₁, то Rh₂ < Rh₁. При этом имеются следующие зависимости между напряжением U и сопротивлением тела человека Rh.

Если U = 2000 В, то Rh = 200 Ом;

U = 110 В, то Rh = 10 кОм;

U = 10 В, то Rh = 40 кОм.

Зависимость: Rh = f(τ) Зависимость сопротивления Rh от времени действия электрического тока t поясняется на графиках, изображенных на рис. 7.2.

Рис. 7.2. Зависимость сопротивления тела человека от времени действия

переменного и постоянного токов

Из рис. 7.2 видно, что сопротивление тела человека Rh под действием переменного или постоянного токов резко снижается с увеличением времени действия τ.

В качестве расчетного сопротивления в нашей стране принято сопротивление тела человека Rh = 1000 Ом при напряжении прикосновения U_пр = 50 В и времени действия электрического тока τ = 2 с.

Род тока (переменный ~ или постоянный =)

Влияние рода тока на опасность поражения человека поясняется на графиках, изображенных на рис. 7.3.

Рис. 7.3. Влияние рода тока на опасность поражения человека

Из рис. 7.3 следует, что степень опасности (ОП ) поражения человека переменным или постоянным током зависит от величины напряжения тока, при этом выделяется 3 области.

1 область. При напряжении U < = 250 В.

Наиболее опасное действие оказывает переменный ток, так как он многократно пересекает тело человека, вызывая повышенное раздражение тканей. Кроме того, в области относительно малого напряжения сопротивление кожи человека под действием постоянного тока выше, чем под действием переменного тока.

2 область. Напряжение 250 < U < = 500 В.

Здесь опасность поражения человека от действия переменного и постоянного токов считается одинаковой. Сопротивление тела человека Rh в этой области выравнивается при действии переменного или постоянного токов из-за пробоя верхнего слоя кожи-эпидермиса более высоким напряжением.

3 область. Напряжение U > 500 В.

В этой области более опасным для поражения человека становится постоянный электрический ток из-за уменьшения емкостного сопротивления тела Хh при больших напряжениях. При переменном токе на больших напряжениях
U > 500 В появляется дополнительное реактивное сопротивление, приводящее к сравнительно меньшей опасности.

Частота переменного тока, f, Гц.

Зависимость опасности поражения человека (ОП,%) от частоты переменного тока иллюстрируется графиком на рис. 7.4.

Рис. 7.4. Зависимость опасности поражения человека от циклической
частоты переменного тока:

1 – область увеличения опасности; 2 – область снижения опасности

Из рис. 7.4 следуют выводы. При увеличении циклической частоты переменного тока от 1 до 60 Гц опасность поражения человека электрическим током возрастает из-за повышения частоты раздражающих действий в молекулах живой ткани. Максимальная опасность (ОП 100%) достигается при частоте f = 60 Гц. При дальнейшем увеличении частоты до 1000 и более Гц опасность поражения от переменного тока в целом уменьшается. Но остается опасность поражения тела человека от термического ожога.

Эти выводы можно объяснить с помощью рис. 7.5, на котором условно представлены в упрощенном виде состояние молекулы клетки живой ткани под действием переменного тока с частотами f =1,60 и 1000 Гц.

f₁ = 1 Гц f₂ =60 Гц f₃ = 1000 Гц

Рис. 7.5. Молекула клетки ткани человека:

1 – зона поражения электрическим током; 2 – зона вне действия электрического тока

Известно, что с увеличением частоты переменного тока амплитудное значения тока уменьшается А₁ > А₂ > A₃ при f₁ < f ₂ < f₃.

В области 1 (рис. 7.5) амплитуды тока А₁ и А₂ при частотах f₁ и f₂ захватывают весь объем молекулы клетки, при этом отрицательные процессы в ней становятся необратимыми.

В области 2 при дальнейшем увеличении частоты до f = 1000 Гц и более амплитуда тока А₃ становится меньше размера молекулы (рис. 7.5). В незатронутых током областях восстанавливается нормальное функционирование клетки и в целом организма человека. При дальнейшем увеличении частоты тока, например до 500 Гц и более, опасность поражения непосредственно от электролитического влияния уменьшается, но остается опасность термического ожога. Значения нормированных (допустимых) величин параметров электрического тока: силы тока Ih, напряжения прикосновения U_пр, частоты переменного тока f и временя его действия τ, приведены в табл. 7.2.

Из табл. 7.2 видно, что допустимые значения напряжения прикосновения U_пр и тока, протекающего через человека Ih, при частоте f = 400 Гц за время действия τ от 0,2 до 1 с по сравнению с током частотой f = 50 Гц, увеличены вдвое. Кроме рассмотренных параметров, на исход поражения человека электрическим током оказывают влияние следующие факторы: путь тока в теле человека, его физическое состояние, а также параметры микроклимата. Путь тока в теле человека существенно влияет на исход поражения. Опасность поражения увеличивается, если на пути тока оказываются жизненно важные органы – сердце, легкие, головной мозг. Из наиболее распространенных путей тока в теле пострадавшего наиболее опасны: рука – рука, правая рука – ноги, менее опасен путь тока нога – нога.

Таблица 7.2