Действие электрического тока на человека

Действие электрического тока на человека носит многообразный характер. Проходя через организм человека, электрический ток может вызывать термическое, электролитическое, а также биологическое действие.

Термическое действие тока проявляется в виде ожогов отдельных участков тела, нагрева кровеносных сосудов, нервов, крови, плазмы и других органических субстратов организма.

Электролитическое действие тока характеризуется разложением крови и других органических жидкостей организма, в результате чего изменяются их состав и физико-химические свойства.

Биологическое действие тока проявляется в виде раздражения и возбуждения живых тканей организма, что сопровождается непроизвольными судорожными сокра-

245

щениями сердечной мышцы и спазмом легких. В результате такого возбуждения может возникнуть нарушение и даже полное прекращение деятельности органов дыхания и кровообращения.

Многообразие действия электрического тока на организм человека в итоге может приводить к двум видам поражения - электрическим травмам и электрическим ударам.

Электрические травмы представляют собой четко выраженные внешние местные поражения тела, вызванные воздействием электрического тока или электрической дуги. Они могут быть в виде ожогов, электрических знаков, электрометаллизации кожи, механических повреждений и электроофтальмии. В большинстве случаев электротравмы излечиваются, однако при тяжелых ожогах исход поражения может быть смертельным.

Электрические ожоги являются самыми распространенными электротравмами. Они бывают двух видов - токовые (контактные) и дуговые.

Токовый ожог возникает при прохождении электрического тока через тело человека в результате контакта с то-коведущей частью оборудования и является следствием преобразования электрической энергии в тепловую. Количество теплоты, выделяемой в ткани человека (Дж), определяется законом Джоуля-Ленца

где I_ч - сила тока, проходящего через тело человека, А; К_ч — сопротивление тела человека, Ом; г - время протекания тока, с.

Поверхностные ожоги кожи характерны для токов промышленной частоты до 100 Гц, а внутренние ожоги, как правило, наблюдаются при прохождении токов высокой частоты в десятки и сотни килогерц.

По тяжести ожоги делятся на четыре степени:

I — покраснение кожи;

II - образование пузырей, заполненных мутноватой жидкостью;

III - омертвение всей толщи кожи (обугливание);

IV - обугливание тканей, подкожной клетчатки,
мышц, костей.

Как правило, тяжесть поражения обусловливается не только и не столько степенью ожога, сколько площадью обожженной поверхности тела.

246

Токовые ожоги возникают при напряжениях не выше 1-2 кВ и характеризуются I и II степенью тяжести.

Дуговые ожоги возникают при воздействии более высоких напряжений. При этом между телом человека и токо-ведущей частью оборудования образуется электрическая дуга с температурой более 3500 °С и большой энергией. Дуговые ожоги, как правило, тяжелые - III и IV степени.

Электрические знаки представляют собой четко очерченные пятна серого или бледно-желтого цвета на поверхности кожи человека в месте контакта ее с токоведущими частями оборудования. Знаки бывают также в виде царапин, ран, порезов или ушибов, бородавок, кровоизлияний в кожу и мозолей. В большинстве случаев электрические знаки безболезненны и лечение их заканчивается благополучно.

Электрометаллизация кожи - проникновение в верхние слои кожи мельчайших частичек металла, расплавившегося под действием электрической дуги. Это может происходить при коротких замыканиях, отключениях рубильников под нагрузкой и т. п. Металлизация сопровождается ожогом кожи, вызываемым нагревшимся металлом. Со временем пораженная кожа сходит, участок приобретает нормальный вид, и болезненные ощущения исчезают.

Механические повреждения возникают в результате резких непроизвольных судорожных сокращений мышц под действием тока, проходящего через тело человека. В результате могут произойти разрывы кожи, кровеносных сосудов и нервной ткани, а также вывихи суставов и даже переломы костей. К этому же виду травм следует отнести ушибы, переломы, вызванные падением человека с высоты, ударами о предметы в результате непроизвольных движений или потери сознания при воздействии тока. Механические повреждения являются, как правило, серьезными травмами, требующими длительного лечения.

Электроофтальмия — поражение глаз, вызванное интенсивным излучением электрической дуги, спектр которой содержит вредные для глаз ультрафиолетовые и инфракрасные лучи. Кроме того, возможно попадание в глаза брызг расплавленного металла. Защита от электроофтальмии достигается ношением защитных очков.

Электрический удар - это возбуждение живых тканей организма проходящим через него электрическим током,

247

сопровождающееся непроизвольными судорожными сокращениями мышц. В зависимости от исхода поражения электрические удары условно делятся на четыре степени, характеризующиеся:

I - судорожным сокращением мышц, без потери сознания;

II - судорожным сокращением мышц, с потерей созна
ния, но сохранением дыхания и работы сердца;

III - потерей сознания и нарушением сердечной дея
тельности или дыхания (либо того и другого вместе);

IV - клинической смертью, т. е. отсутствием дыхания и
кровообращения.

Причинами смерти в результате поражения электрическим током могут быть: прекращение работы сердца, прекращение дыхания и электрический шок.

Прекращение работы сердца, как следствие воздействия тока на мышцу сердца, наиболее опасно. Это воздействие может быть прямым, когда ток протекает через область сердца, и рефлекторным, когда ток проходит через центральную нервную систему. В обоих случаях может произойти остановка сердца или наступить его фибрилляция (беспорядочное сокращение мышечных волокон сердца - фибрилл), что приводит к прекращению кровообращения.

Прекращение дыхания может быть вызвано прямым или рефлекторным воздействием тока на мышцы грудной клетки, участвующие в процессе дыхания. При длительном действии тока наступает так называемая асфиксия (удушье) - болезненное состояние в результате недостатка кислорода и избытка диоксида углерода в организме. При асфиксии последовательно утрачиваются сознание, чувствительность, рефлексы, затем прекращается дыхание и, наконец, останавливается сердце — наступает клиническая смерть.

Электрический шок - тяжелая своеобразная нервно-рефлекторная реакция организма на сильное раздражение электрическим током, сопровождающаяся глубокими расстройствами кровообращения, дыхания, обмена веществ и т. п. Шоковое состояние длится от нескольких десятков минут до суток. После этого может наступить полное выздоровление, как результат своевременного лечебного вмешательства, или гибель организма из-за полного угасания жизненно важных функций.

248

3.1.3. Факторы, влияющие на степень поражения человека электрическим током

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

♦ величины напряжения и тока;

♦ электрического сопротивления тела человека;

♦ продолжительности воздействия электрического тока;

♦ пути тока через тело человека;

♦ рода и частоты электрического тока;

♦ индивидуальных особенностей человека;

♦ условий внешней среды.

Основными факторами, определяющими исход поражения человека электрическим током, являются сила тока и путь его прохождения. Величина тока, в свою очередь, зависит от приложенного напряжения и сопротивления тела человека. В зависимости от силы электрический ток может оказывать различное воздействие на организм человека.

Различают ощутимые, неотпускающие и фибрилляци-онные токи.

Ощутимый ток вызывает при прохождении через тело человека ощутимые раздражения (ГОСТ 12.1.009). Они появляются при переменном токе 0,6-1,5 мА с частотой 50 Гц и постоянном - 5-7 мА. Эти величины являются пороговыми ощутимыми токами, т.е. наименьшими значениями, с которых начинается область ощутимых токов.

Неотпуекающий ток вызывает при прохождении через тело человека непреодолимые судорожные сокращения мышц руки, в которой зажат проводник. Пороговыми неотпу екающими токами являются 10-15 мА для переменного (50 Гц) и 50-60 мА — для постоянного тока. Эти токи вызывают едва переносимые боли во всей руке. Во многих случаях руку невозможно оторвать от электрода.

Фибрилляционный ток вызывает при прохождении через тело человека фибрилляцию сердца. Пороговыми фиб-рилляционными токами являются 100 мА переменного (50 Гц) и 300 мА постоянного тока при времени воздействия 1-2 с по пути тока «рука - рука» или «рука - ноги».

Характер воздействия электрического тока на организм человека при прохождении его по пути «рука - рука» приведен в табл. 3.1.

249

Таблица 3.1. Особенности воздействия электрического тока на организм человека

Сила тока, мА	Характер воздействия
Переменный ток 50 Гц	Постоянный ток
0,6-1,5	Начало ощущения - слабый зуд, пощипывание кожи под электродами	Не ощущается
2,0-4,0	Ощущение тока распространяется и на запястье руки, слегка сводит руку	Не ощущается
5,0-7,0	Болевые ощущения усиливаются во всей кисти, сопровождаясь судорогами; слабые боли ощущаются во всей руке, вплоть до предплечья	Начало ощущения. Впечатление нагрева кожи под электродом
8,0-10	Сильные боли и судороги во всей руке, включая предплечье. Руки трудно, но еще можно оторвать от электродов	Усиление ощущения нагрева
10-15	Едва переносимые боли во всей руке. Руки невозможно оторвать от электродов. С увеличением продолжительности протекания тока боли усиливаются	Еще большее усиление ощущения нагрева как под электродами, так и в прилегающих областях кожи
20-25	Руки парализуются мгновенно, оторваться от электродов невозможно. Сильные боли, дыхание затруднено	Еще большее усиление ощущения нагрева кожи, возникновение ощущения внутреннего нагрева. Незначительные сокращения мышц рук
25-50	Очень сильная боль в руках и груди. Дыхание крайне затруднено. При длительном токе может наступить паралич дыхания или ослабление деятельности сердца с потерей сознания	Ощущение сильного нагрева, боли и судороги в руках. При отрыве рук от электродов возникают едва переносимые боли в результате судорожного сокращения мыщц
50-80	Дыхание парализуется через несколько секунд, нарушается работа сердца. При длительном протекании тока может наступить фибрилляция сердца	Ощущения очень сильного поверхностного и внутреннего нагрева, сильные боли во всей руке и в области груди. Затруднение дыхания. Руки невозможно оторвать от электродов из-за сильных болей при нарушении контакта

250

Окончание табл. 3.1

	Фибрилляция сердца через 2-3 с; еще через несколько секунд - паралич дыхания	Паралич дыхания при длительном протекании тока
	То же действие за меньшее время	Фибрилляция сердца через 2-3 с; еще через несколько секунд - паралич дыхания
Более 5000	Дыхание парализуется немедленно - через доли секунды. Фибрилляция сердца, как правило, не наступает; возможна временная остановка сердца в период протекания тока. При длительном протекании тока (несколько секунд) тяжелые ожоги, разрушение тканей

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, в свою очередь, имеет несколько слоев, из которых самый толстый верхний называется роговым. Роговой слой в сухом и незагрязненном состоянии можно рассматривать как диэлектрик: его удельное объемное сопротивление достигает 10⁵-10⁶ Омм, т. е. в тысячи раз превышает сопротивление других слоев кожи и внутренних тканей организма. Сопротивление внутреннего слоя кожи - 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 300-500 Ом.

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

В реальных условиях сопротивление тела человека не является постоянной величиной и зависит от множества факторов - состояния кожного покрова (наличие ссадин, порезов, царапин, пота и т.д.; загрязненности различными веществами, снижающими или повышающими сопротивление кожи; места касания и др.), состояния окружаю-

251

Таблица 3.2. Зависимость сопротивления тела человека от силы тока и приложенного напряжения

Показатель	Зависимость величин
Ток, проходящий через тело человека, мА	1,0	6,0
Приложенное напряжение, В	6,0
Сопротивление тела человека, кОм	6,0	3,0	1,15	1,065	1,0	0,7

щей среды, параметров электрической цепи, продолжительности воздействия, рода и частоты тока, площади контакта, величины напряжения и силы тока (табл. 3.2).

Как видно из табл. 3.2, с увеличением силы тока и напряжения сопротивление тела человека существенно падает, приближаясь к сопротивлению внутренних органов. Это объясняется электрическим пробоем рогового слоя кожи.

На сопротивление тела человека оказывает влияние не только площадь контакта, но и, место касания, так как у одного и того же человека сопротивление кожи неодинаково на разных участках тела. Например, кожа ладоней и подошв имеет сопротивление, во много раз превышающее сопротивление других участков тела. В то же время наименьшим сопротивлением обладает кожа лица, шеи, подмышечной впадины, тыльной стороны кисти и т.д. При увеличении тока и времени его прохождения сопротивление тела человека падает, потому что вследствие местного нагрева кожи расширяются сосуды, усиливается кровоснабжение этого участка и потовыделение.

Сопротивление тела человека уменьшается при повышении частоты тока и при 10-20 кГц наружный слой кожи практически утрачивает устойчивость к электрическому току.

Наибольшую опасность представляет переменный ток с частотой от 50 до 1000 Гц. При дальнейшем повышении частоты опасность поражения снижается и при частотах 45-50 кГц — полностью исчезает. Однако необходимо иметь в виду, что эти токи сохраняют опасность ожогов. Снижение опасности поражения током с ростом частоты становится уже заметным при частотах 1-2 кГц.

Продолжительность протекания электрического тока через тело человека играет существенную роль в исходе

252

поражения: чем больше время действия, тем больше вероятность тяжелого или смертельного исхода.

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

где 1_Ч - ток, проходящий через тело человека, мА; t — продолжительность прохождения тока, с.

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

Путь прохождения тока через тело человека играет самую существенную роль в исходе поражения, так как он может пройти через жизненно важные органы: сердце_? легкие, головной мозг и др. Влияние пути тока на исход поражения определяется сопротивлением кожи на различных участках тела.

Возможных путей тока в теле человека, которые такж«называются петлями тока, достаточно много. Однако наиболее часто встречаются петли тока: «рука - рука», «рука -ноги» и «нога - нога». Наиболее опасно прохождение тока через органы дыхания и сердце. Отмечено, что по 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%.

Частота возникновения петель тока при электротравматизме приведена в табл. 3.3.

Таблица 3.3. Характеристика петель тока в теле человека

Петля тока	Частота возникновения,%	Доля теряющих сознание, %
Рука - рука
Правая рука - ноги
Левая рука - ноги
Нога - нога
Голова - ноги
Голова - руки
Прочие

253

Известно, что постоянный ток примерно в 4-5 раз безопаснее переменного, что подтверждается сопоставлением значений пороговых ощутимых и неотпускающих токов, а также практикой эксплуатации электроустановок. Однако это положение справедливо лишь для напряжений до 250-300 В. При более высоких напряжениях постоянный ток более опасен, чем переменный с частотой 50 Гц.

Индивидуальные особенности человека значительно влияют на исход поражения электрическим током. Ток, вызывающий слабые ощущения у одного человека, может оказаться неотпускающим для другого. Характер воздействия тока одной и той же силы зависит от массы человека и его физического состояния. Физически здоровые и крепкие люди легче переносят электрические удары. Повышенной восприимчивостью к электрическому току обладают лица, страдающие болезнями кожи, сердечно-сосудистой системы, органов внутренней секреции, легких, нервными заболеваниями.

Степень воздействия тока зависит от состояния организма. Так, в состоянии утомления или опьянения люди становятся более чувствительными к воздействию тока.

Для женщин пороговые значения тока примерно в полтора раза ниже, чем для мужчин.

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 один раз в два года в соответствии со списком болезней и расстройств, препятствующих допуску к обслуживанию действующих электроустановок.

Состояние окружающей среды, а также окружающая обстановка могут увеличить или уменьшить опасность поражения человека электрическим током. Влага, пыль, агрессивные пары и газы, высокая температура разрушающе действуют на изоляцию электроустановок, резко снижая ее сопротивление и создавая опасность перехода напряжения на нетоковедущие металлические части оборудования, к которым может прикасаться человек. Воздействие тока на человека усугубляется также наличием то-копроводящих полов, водопроводов, газопроводов и т.п.

254

Электрооборудование, а также защитные мероприятия и их объем выбираются в зависимости от реальной степени опасности, определяемой условиями и характером окружающей производственной среды.

По степени опасности поражения людей электрическим током все помещения подразделяются на три класса: помещения без повышенной опасности, помещения с повышенной опасностью и особо опасные помещения.

К помещениям без повышенной опасности относятся помещения, в которых отсутствуют условия, создающие повышенную или особую опасность.

■ К помещениям с повышенной опасностью относятся помещения, характеризующиеся наличием в них одного из следующих условий, создающих повышенную опасность:

♦ сырости или токопроводящей пыли;

♦ токопроводящих полов (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные и т.п.);

♦ высокой температуры;

♦ возможности одновременного прикосновения человека к имеющим соединение 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;

♦ химически активной или органической среды;

♦ одновременно двух или более условий повышенной опасности.

Кроме того, ПУЭ по степени опасности выделяют территории наружных установок, которые по требованиям приравниваются к особо опасным помещениям.

Электрооборудование следует выбирать с учетом состояния окружающей среды и класса помещения по опасности поражения электрическим током. Оно должно обеспечивать необходимую степень безопасности.

Так, например, электрооборудование, устанавливаемое в сырых, особо сырых и пыльных помещениях, а также в помещениях с химически активной средой, должно быть закрытого типа и иметь соответствующее исполне-

255

ние: капле- или брызгозащищенное, пыленепроницаемое, продуваемое и т.п.

Для защиты электрооборудования от воздействия химически активной среды необходимо, чтобы оно соответствовало условиям эксплуатации. Материал, из которого выполнено электрооборудование, должен быть коррози-онностойким, металлические части должны быть надежно защищены лакокрасочным или гальваническим покрытием. Соответствующие требования предъявляются и к электропроводке.

В зависимости от класса помещений по опасности поражения электрическим током устанавливается величина безопасного напряжения, при котором не требуется специальных мер защиты. Для помещений с повышенной опасностью U = 36 В, в особо опасных помещениях U = 12 В, для помещений без повышенной опасности U = 220 В. Эти величины напряжений учитывают при устройстве местного освещения, работе с ручным электроинструментом и т.п.