Факторы влияющие на исход поражения электрическим током

Воздействие тока на организм человека по характеру и последствиям поражения зависит от следующих факторов:

- величины тока;

- длительности воздействия тока;

- частоты и рода тока;

- приложенного напряжения;

- сопротивления тела человека;

- пути прохождения тока через тело человека;

- состояния здоровья человека;

- фактора внимания.

Исход поражения электрическим током в целом определяется количеством “поглощенной” организмом энергии протекания электротока.

Величина тока, протекающего через тело человека IЧ, зависит от напряжения прикосновения UПР и сопротивления тела человека RЧ:

 

IЧ = UПР / RЧ.

Напомним, что напряжение прикосновения – это разница потенциалов между двумя точками общего контура сети (включая возможные пути протекания электрического тока), в который в качестве одного из “проводников” включилось тело человека. Поскольку условная “земля” всегда имеется под ногами человека, то различают “одноточечное/однополюсное” и “двухточечное/двухполюсное” прикосновения (и тем самым включения человека в собственно самую электрическую сеть). Одноточечное прикосновение гораздо более вероятно, чем двухточечное, но менее опасно, чем последнее.

Оказывается, что биологическая ткань реагирует на электрическое раздражение только в момент возрастания или убывания тока.

Постоянный ток, как не изменяющийся во времени по величине и напряжению, ощущается только в моменты включения и отключения от источника. Обычно его действие тепловое (при длительном включении). При больших напряжениях он может вызывать электролиз ткани и крови. По мнению многих исследователей, постоянный ток напряжением до 450В менее опасен, чем переменный ток того же напряжения.

Большинство исследователей пришли к выводу, что переменный ток промышленной частоты 50-60 Гц является наиболее опасным для организма.

С увеличением частоты переменного тока амплитуда колебаний ионов уменьшается, и при этом происходит меньшее нарушение биохимических функций клетки. При частоте порядка 500 кГц этих изменений уже не происходит. Здесь опасным для человека являются ожоги от теплового воздействия тока.

Оказывается, что ток в теле человека проходит не обязательно по кратчайшему пути. Наиболее опасным является прохождение тока через дыхательные органы и сердце по продольной оси (от головы к ногам).

Часть общего тока, проходящего через сердце:

- путь рука　– рука　– 3,3% общего тока;

- путь левая рука　– ноги　– 3,7% общего тока;

- путь правая рука　– ноги　– 6,7% общего тока;

- путь нога　– нога　– 0,4% общего тока.

Исход поражения при воздействии электрического тока зависит от психического и физического состояния человека.

При заболеваниях сердца, щитовидной железы и т.п. человек подвергается более сильному поражению при меньших значениях тока, т.к. в этом случае уменьшается электрическое сопротивление тела человека и уменьшается общая сопротивляемость организма внешним раздражителям. Отмечено, например, что для женщин пороговые значения токов примерно в 1,5 раза ниже, чем для мужчин. Это объясняется более тонкой кожей женщин.

При применении спиртных напитков сопротивление тела человека падает, уменьшается сопротивляемость организма человека и внимание. Исход поражения становится все более серьезным.

При собранном внимании сопротивление организма повышается и вероятность поражения несколько снижается.

Растекание тока в грунте

При замыкании токоведущих элементов электрооборудования на заземлённый металлический корпус или, например, при падении токо ведущего провода на землю в грунте Земли возникает процесс растека ния электрического тока.

Анализ процессов растекания электрического тока в грунте лежит в основе теории заземляющих устройств и сводится к выявлению распределения потенциалов в окре стности заземлителя. Наиболее простым является случай, когда ток замыкания IЗ растекается в однородном грунте через полу сферический заземлитель с радиусом rЗ равномерно по всем направлениям.

Рассмотрим величину разности потенциалов (напряжения), кото рая может возникнуть между произвольной точкой с координатой x, расположенной в окрестности заземлителя, и бесконечно удалённой точкой (с координатой x =?): UХ =?Х –??, потенциал которой условно принимают равным нулю. ПоэтомуUХ =?Х.

Согласно закону Ома в дифференциальной форме напряженность электрического поля EХ = jХ?,

где jХ= IЗ / SХ – плотность тока через полусферическую поверхность SХ = 2?x2, x – радиус воображаемой полусферы,? – удельное электрическое сопротивление грунта.

Сопротивление? зависит от вида грунта, его структуры, влажности и температуры. При увеличении влажности грунта? обычно уменьшается, а при его промерзании – значительно увеличивается.

Падение напряжения в элементарном слое грунта тол щиной dx dUX = EXdx = jХ?dx ={IЗ?/(2?x2)}dx.

Интегрируя полученное выражение по всему расстоянию от дан ной точки x до бесконечно удалённой точки, получаем зависимость величины напряжения (или потенциала) от расстояния до зазем лителя:

Область грунта вокруг заземлителя, в пределах которой воз ни кает практически заметная разность потенциала, называется зоной рас те канияэлектрического тока, за пределами которой расположена зона условно нулевого потенциала. Считают, что граница зоны растекания находится на расстоянии 20 м от места стекания тока в землю.

Сопротивление металлического зазем лителя пренебрежимо мало, поэтому потенциалы всех его точек оказываются практически одинако выми и равными величине потен циала, образующегося в точке соприкосновения заземлителя с грунтом. Поэтому потенциал самого заземлителя?З или напря жение относительно точки с нулевым потен циалом UЗ определяются соотношением UЗ =?З = IЗ?/(2?rЗ).

Для характеристики свойств заземлителя вводят понятие сопротивление заземлителя – отношение напряжения UЗ к току IЗ, стекающему через заземлитель в грунт:RЗ = UЗ /IЗ =?/2?rЗ.Сопротивление заземлителя определяется свойствами грунта (?) и геометрией заземлителя (rЗ).

При данном токе IЗ уменьшить уровень максимального напряжения в зоне растекания можно за счёт уменьшения сопротивления заземлителя, которое, в свою очередь, может быть уменьшено за счёт увеличения его геометрических размеров. Знание тока замыкания на землю и сопротивления заземлителя позволяет определить напряжение заземлителя относительно точки грунта, находящейся вне зоны растекания UЗ = IЗRЗ.

Если человек находится в зоне растекания электрического тока, то он может оказаться под действием напряжения шага. Напряжение шага (UШ) – это разность потенциалов между двумя точками x1 и x2 поверхности основания (грунта), с которыми контактируют ступни ног человека: UШ =?Х1 -?Х2 = IЗ?(1/x1 – 1/x2) /(2?), где x1? x2.

 

Напряжение шага зависит от местоположения человека в зоне растекания и от длины шага LШ = x2 – x1. По мере удаления человека от заземлителя напряжение шага уменьшается, и за пределами зоны растекания оно практически равно нулю. Максимальное напряжение шага соответствует случаю, когда одна нога человека находится на заземлителе, а вторая – за его пределами на расстоянии шага.