Действие электрического тока на человека

Электричеством человек пользуется уже давно, однако травматизм от его действия с годами не снижается. Это связано с тем, что у человека нет органов чувств, которые бы на расстоянии могли распознать наличие на проводящих поверхностях электрического напряжения.

Электрический ток представляет собой упорядоченное движение электрических зарядов.

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна разности потенциалов, то есть напряжению на концах участка и обратно пропорциональна сопротивлению участка цепи.

Прикоснувшись к проводнику, находящемуся под напряжением, человек включает себя в электрическую цепь, если он плохо изолирован от земли или одновременно касается объекта с другим значением потенциала. В этом случае через тело человека проходит электрический ток. Действие электрического тока на живую ткань носит разносторонний характер. Проходя через организм человека, электроток производит термическое электролитическое, механическое, биологическое и световое воздействие.

При термическом действии происходит перегрев и функциональное расстройство органов на пути прохождения тока.

Электролитическое действие тока выражается в электролизе жидкости в тканях организма, в том числе крови, и нарушении ее физико-химического состава.

Механическое действие приводит к разрыву тканей, расслоению, ударному действию испарения жидкости из тканей организма. Механическое действие связано с сильным сокращением мышц вплоть до их разрыва.

Биологическое действие тока выражается в раздражении и перевозбуждении нервной системы.

Световое действие приводит к поражению глаз (электроофтальмии).

Это многообразие действий электрического тока мо­жет привести к двум видам поражения: внешним (местным) травмам и внутренним (электрическим ударам).

Местные электротравмы представляют собой чётко выраженные местные повреждения тканей организма, вызванные воздействием электрического тока или элек­трической дуги.

В большинстве случаев электротравмы излечивают­ся, но иногда при тяжелых ожогах травмы могут приве­сти к гибели человека.

Различают следующие электрические травмы: элек­трические ожоги, электрические знаки, металлизация кожи, электроофтальмия и механические повреждения.

Электрический ожог – самая распространенная элек­тротравма. Ожоги бывают двух видов: токовый (контактный) и дуговой.

Токовый ожог обусловлен прохождением тока через тело человека в результате контакта с токоведущей час­тью и является следствием преобразования электричес­кой энергии в тепловую.

Различают четыре степени ожогов: I – покраснение кожи; II – образование пузырей; III – омертвение всей толщи кожи; IV – обугливание тканей. Тяжесть пора­жения организма обуславливается не степенью ожога, а площадью обожженной поверхности тела.

Токовые ожоги возникают при напряжениях не выше 1-2 кВ и являются в большинстве случаев ожогами I и II степени; иногда бывают и тяжелые ожоги.

Дуговой ожог. При более высоких напряжениях меж­ду токоведущей частью и телом человека образуется электрическая дуга (температура дуги выше 3500°С и у нее весьма большая энергия), которая и причиняет ду­говой ожог. Дуговые ожоги, как правило, тяжелые – III или IV степени.

Электрические знаки – четко очерченные пятна се­рого или бледно-желтого цвета на поверхности кожи человека, подвергшейся действию тока. 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.

Металлизация кожи – это проникновение в верхние слои кожи мельчайших частичек металла, расплавивше­гося под действием электрической дуги. Это может про­изойти при коротких замыканиях, отключениях рубиль­ников под нагрузкой и т. п. Металлизация сопровождается ожогом кожи, вызываемым нагревшимся металлом.

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, серьёзными травмами, требующими длитель­ного лечения.

Электроофтальмия – поражение глаз, вызванное интенсивным излучением электрической дуги, спектр которой содержит вредные для глаз ультрафиолетовые и ультракрасные лучи. Кроме того, возможно попадание в глаза брызг расплавленного металла. Защита от электро­офтальмии достигается ношением защитных очков, кото­рые не пропускают ультрафиолетовых лучей и обеспечи­вают защиту глаз от брызг расплавленного металла.

Электрический удар – это возбуждение живых тка­ней организма проходящим через него электрическим током, сопровождающееся непроизвольными судорож­ными сокращениями мышц. В зависимости от исхода воздействия тока на организм электрические удары ус­ловно делятся на следующие четыре степени: I – судо­рожное сокращение мышц без потери сознания; II – судорожное сокращение мышц, потеря сознания, но со­хранение дыхания и работы сердца; III – потеря созна­ния и нарушение сердечной деятельности или дыхания (либо того и другого вместе); IV – клиническая смерть, т. е. отсутствие 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 утрачивается сознание, чув­ствительность, рефлексы, затем прекращается дыхание и, наконец, останавливается сердце – наступает клини­ческая смерть.

Электрический шок – своеобразная тяжелая 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.

1.2. Факторы, определяющие опасность поражения электротоком

Характер и последствия воздействия на человека элек­трического тока зависят от величины тока, проходящего через тело человека; электрического сопротивления тела 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. Наибольшее сопротивление электрическому току оказывает кожа, поэтому сопротивление тела человека определяется главным образом сопротивлением кожи.

Кожа состоит из двух основных слоёв: наружного – эпидермиса и внутреннего – дермы. Наружный слой в сухом и незагрязненном состоянии можно рассматривать как диэлектрик: его удельное объёмное сопротивление достигает 10⁵-10⁶ Ом×м, что в тысячи раз превышает сопротивление других слоёв 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 300-500 Ом.

Внутреннее сопротивление тела считается активным. Его величина зависит от длины и поперечного размера участка тела, по которому проходит ток.

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

Повреждение наружного (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. Таким образом, работа с электроустанов­ками влажными руками или в условиях, вызывающих увлажнение кожи, а также при повышенной температу­ре, вызывающей усиленное потовыделение, усугубляет опасность поражения человека током.

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

На сопротивление тела оказывает влияние 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, обращённой 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 силы тока и времени его прохождения со­противление тела человека падает, так как при этом усиливается местный нагрев кожи, что приводит к рас­ширению её 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 и напряжение. Основным фактором, обусловливающим исход поражения электрическим то­ком, является сила тока, проходящего через тело чело­века. Напряжение, приложенное к телу человека, влияет на исход поражения лишь постольку, по­скольку оно определяет значение тока, проходящего че­рез человека.

Ощутимый ток – электрический ток, вызывающий при прохождении через организм ощутимые раздраже­ния. Ощутимые раздражения вызывает переменный ток силой 0,6-1,5 мА и постоянный – силой 5-7 мА. 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 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.

Фибрилляционный ток – электрический ток, вызы­вающий при прохождении через организм фибрилляцию сердца. Пороговый фибрилляционный ток составляет 100 мА переменного тока и 300 мА постоянного при дли­тельности действия 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.

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

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 (0,75-1 с), 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 уменьшается. Указанное обстоятельство использу­ется в быстродействующих устройствах защитного от­ключения, где время срабатывания менее 0,2 с.

Путь тока через тело человека. Путь прохождения 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 на­зываются также петлями тока, достаточно много. Наи­более часто встречающиеся петли тока: рука-рука, рука-ноги и нога-нога.

Наиболее опасны петли голова-руки и голова-ноги, но эти петли возникают относительно редко.

Род и частота электрического тока. Постоянный ток примерно в 4-5 раз безопаснее переменного. Это вытекает из сопоставления пороговых ощутимых, а так­же неотпускающих токов для постоянного и переменно­го токов. Значительно меньшая опасность поражения постоянным током подтверждается и практикой эксплу­атации электроустановок: случаев смертельного пора­жения людей током в установках постоянного тока в несколько раз меньше, чем в аналогичных установках переменного тока.

Это положение справедливо лишь для напряжений до 250-300 В. При более высоких напряжениях постоян­ный ток более опасен, чем переменный (с частотой 50 Гц). Для опасности переменного тока играет роль также и его часто­та. С увеличением частоты переменного тока полное сопротивление тела уменьшается, что приводит к увели­чению тока, проходящего через человека, а, следователь­но, повышается опасность поражения.

Наибольшую опасность представляет ток с частотой от 50 до 100 Гц; при дальнейшем повышении частоты опасность поражения уменьшается и полностью исчезает при частоте 45-50 кГц. Эти токи сохраняют опасность ожогов. Снижение опасности поражения током с ростом частоты становится практически заметным при 1-2 кГц.

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-сосудистой системы, органов внутренней сек­реции, легких, нервными болезнями и др. Поэтому лица с такими болезнями не допускаются к работе с действу­ющими электроустановками.

Условия внешней среды. Состояние окружающей воз­душной среды, а также окружающая обстановка могут существенным образом влиять на опасность поражения током.

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