ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА НА ЧЕЛОВЕКА

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА

ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА НА ЧЕЛОВЕКА

 

1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.1    Познакомиться с факторами, влияющими на исход поражения электрическим током.

1.2 Проанализировать воздействие электрического тока на человека.

 

2 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

2.1 Познакомиться с теоретическими сведениями по теме.

2.2 Дополнить таблицу «ХАРАКТЕР ВОЗДЕЙСТВИЯ ТОКОВ РАЗЛИЧНОГО ЗНАЧЕНИЯ НА ЧЕЛОВЕКА»

Наименование тока	Переменный, 50 Гц	Постоянный
	Величина тока, мА
«Ощутимый»
«Неотпускающий»
«Фибрилляционный»
«Смертельный»

 

2.3 Зарисовать наиболее опасные схемы прохождения электрического тока через тело человека.

2.4 Проанализировать зависимость наибольших допустимых токов от продолжительности воздействия (таблица 2) и сделать вывод по данным таблицы.

2.5 Составить таблицу «ВИДЫ ПОРАЖЕНИЙ ЧЕЛОВЕКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ»

Поражения

Последствия

 

2.6 Выбрать вариант по таблице вариантов.

2.7 Проанализировать воздействия электрического тока на человека в зависимости от условий, описанных в заданиях варианта (А- сравнить схемы и определить влияние пути тока на исход поражения; Б,В- рассчитать ток, протекающий через тело человека и оценить последствия).

2.8  Ответить на контрольные вопросы.

2.9 Сделать вывод по проделанной работе и оформить отчет.

 

3 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

3.1 Действие электрического тока на тело человека

Действие электрического тока на живую ткань носит разносторонний характер. При этом происходят нарушения основных физиологических функций - дыхания, работы сердца, обмена веществ, а также электролиз крови и др. изменения. Опасность поражения электрическим током характерна тем, что человек не может посредством своих органов чувств обнаружить на расстоянии наличие напряжения и обнаруживает его в момент поражения. Проходя через тело человека, электрический ток производит действия, негативно отражающиеся на его здоровье.

Термическое действие тока проявляется ожогами отдельных участков тела, нагревом до высокой температуры органов, расположенных на пути тока.

Электролитическое действие тока выражается в разложении различных жидкостей организма (крови, лимфы) на ионы и нарушение их физико-химического состава и свойств.

Механическое действие тока приводит к расслоению, разрыву тканей организма.

Биологическое действие поражает мышечную систему и живые ткани, приводит к её временной дисфункции. В результате, могут возникать непроизвольные судорожные мышечные сокращения.

 

3.2 Факторы, влияющие на поражение электрическим током

На исход поражения электрическим током оказывает влияние следующие факторы:

1.      Род тока (постоянный, переменный).

2.      Величина тока.

3.      Частота переменного тока.

4.      Величина приложенного напряжения.

5.      Путь протекания тока.

6.      Длительность воздействия.

7.      Окружающая среда.

8.      Сопротивление тела человека.

9.      Схема включения человека в цепь (двухфазное, однофазное).

10.  Площадь прикосновения тела с электродом.

11.  Индивидуальные свойства организма.

12.  Фактор внимания.

Факторы 1-4:

По последствиям физиологического воздействия на организм человека электрический ток можно подразделить на три вида.

Пороговый ощутимый ток вызывает первые ощутимые воздействия, но не травмирует. 

Пороговый неотпускающий  ток практически исключает возможность самостоятельного отрыва человека от токоведущих установок.

Пороговый фибрилляционный ток считается смертельно опасным, т.к. вызывает паралич органов дыхания и фибрилляцию сердца. Фибрилляция сердца - заключается в беспорядочном сокращении и расслаблении мышечных волокон сердца. Сердце затрачивает значительную энергию, но не производит полезной работы, кровообращение прекращается, сердце истощается и останавливается.

 

При невысоких напряжениях опасность переменного тока в три раза выше опасности постоянного тока (таблица 1). При напряжении 500 В их опасность сравнивается, а при напряжениях выше 500 В опасность постоянного тока становиться преобладающей.

 

Таблица 1 - Характер воздействия тока на человека

Ток через тело человека, мА	Характер воздействия тока
	переменного (50 Гц)	постоянного
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 во всей кисти, судороги, слабые боли во всей руке до предплечья.	Начало ощущения: слабый нагрев кожи под электродами.
8-10	Сильные боли и судороги во всей руке, включая предплечье. Руки трудно оторвать от электродов.	Усиление нагрева.
10-15	Едва переносимые боли во всей руке. Руки невозможно оторвать от электродов. С увеличением продолжительности протекания тока боли усиливаются.	Большее усиление нагрева под электродами и в прилегающей области кожи.
20-25	Сильные боли. Руки парализуются мгновенно, оторвать их от электродов невозможно. Дыхание затруднено.	Ещё большее усиление нагрева кожи, ощущение внутреннего нагрева. Незначительное сокращение мышц рук.
25-50	Очень сильная боль в руках и груди. Дыхание крайне затруднено. При длительном воздействии может наступить паралич 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 наступить 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 при отрыве.
90-100	Фибрилляция сердца через 2-3с, ещё через несколько секунд – паралич дыхания.	То же действие, выраженное сильнее. При длительном действии – паралич дыхания.
300	То же действие за меньшее время.	Фибрилляция сердца через 2-3с, ещё через несколько секунд – паралич дыхания.

 

Ток величиной 5А и более, минуя стадию фибрилляции, вызывает мгновенную смерть.

Наиболее опасной считается частота переменного тока 50 Гц. С увеличением частоты более    50 Гц опасность поражения уменьшается. Но в целом, ток в 500 Гц не менее опасен, чем в 50 Гц.

Наличие частотных составляющих в выпрямленном токе утяжеляет исход электротравмы.

Величина напряжения опасная для жизни: 42 вольта и выше переменного тока; 110 и выше постоянного тока. Напряжение ниже 42 В принято считать безопасным, но это только в нормальных условиях, при нарушении которых может наступить смерть даже при напряжении 12 В.

Как показывает статистика электротравматизма, безопасного тока нет, так как любое значение тока оказывает определенное воздействие на организм человека. Ток, вызывающий слабые ощущения у одного человека может быть неотпускающим током для другого. Характер воздействия при одной и той же величине тока зависит от состояния центральной нервной системы и всего организма в целом, массы человека, его физического развития, состояния кожных покровов, возраста, пола, сопутствующих заболеваний, состояния опьянения.

 

Фактор 5:

Наиболее тяжелое поражение вероятно, если на пути тока оказывается сердце, легкие, грудная клетка, головной или спинной мозг, поскольку ток воздействует непосредственно на эти органы. Если ток проходит иными путями, то воздействие его на органы может быть рефлекторным, а не непосредственным. При этом опасность тяжелого поражения сохраняется, но вероятность снижается.

Пути протекания тока:

¾  «рука-рука» через сердце проходит 3,3% общего тока,

¾  «левая рука - ноги» через сердце проходит 3,7% общего тока,

¾  «правая рука - ноги» через сердце проходит 6,7% общего тока,

¾  «нога - нога» через сердце проходит 0,4% общего тока,

¾  «голова - ноги» через сердце проходит 6,8% общего тока,

¾  «голова - руки» через сердце проходит 7% общего тока.

Наиболее опасными являются петли голова – руки и голова - ноги, когда ток может проходить через головной и спинной мозг (но эти петли возникают относительно редко).

Наименее опасен путь «нога – нога», который именуется нижней петлей и возникает при воздействии на человека так называемого напряжения шага.

Но надо иметь в виду, что имелись факты смертельного исхода при протекании тока через палец руки, с одной его стороны на другую.

По данным статистики потеря трудоспособности на 3 дня и более при пути тока « рука-рука» в 83% случаев, « левая рука - ноги» в 80%, «правая рука - ноги» - 87%, « нога-нога» в 15%. Таким образом, путь тока влияет на исход поражения; ток в теле человека проходит не обязательно по кратчайшему пути, что объясняется большой разницей в удельном сопротивлении различных тканей.

Рисунок 1 – Наиболее частые схемы прохождения электрического тока

(«рука-рука», «руки-ноги», «правая рука -ноги», «левая рука -ноги»)

 

В тоже время немаловажным является то, каким участком тела касается человек токоведущих частей, какова плотность нервных окончаний на нем (27% смертных случаев – при соприкосновении с токоведущими частями в двух местах на одной руке или одной ноге).

 

Фактор 6:

Одним из основных факторов, влияющих на исход поражения электрическим током, является длительность его воздействия. Чем меньше продолжительность протекания тока, тем меньше опасность поражения. Если ток неотпускающий, но еще не нарушает дыхания и работы сердца, быстрое отключение спасет пострадавшего, который не смог бы сам освободиться. При длительном воздействии тока сопротивление тела человека падает, и ток возрастает до значения, способного вызвать остановку дыхания или даже фибрилляцию сердца.

 

Таблица 2 -  Наибольшие допустимые токи, проходящие через человека

Род и частота тока	Нормируемая величина	Продолжительность воздействия, с
		0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	1.0
Переменный 50 Гц	I, mA	260	170	130	110	99	80	78	60	58

 

Фактор 7:

На степень поражения электротоком оказывают влияние условия внешней среды: категория помещения в отношении электробезопасности, уровень шума и освещенности, концентрация вредных веществ в воздухе, содержание кислорода и углекислого газа, атмосферное давление.

 

Фактор 8:

Сопротивление тела человека изменяется в широких пределах в зависимости от состояния кожи (сухая, влажная, чистая, поврежденная и т. п.), плотности контакта, площади контакта, времени воздействия тока на человека и др.

Сопротивление тела человека имеет емкостную составляющую. Наличие емкости обусловлено тем, что между электродом, касающимся тела человека, и хорошо проводящими тканями находится верхний роговой слой кожи практически диэлектрик, поэтому образуется как бы конденсатор. Обычно этой емкостью при расчетах пренебрегают и принимают сопротивление человека чисто активным. Основным сопротивлением в цепи тока через тело человека является верхний роговой слой кожи, толщина которого составляет 0,05-0,2 мм. При снятом роговом слое кожи сопротивление внутренних тканей не превышает Ом. При сухой, не поврежденной коже сопротивление  может достаточно большим. При расчетах сопротивление тела человека принимается равным 1 кОм. Кроме сопротивления тела человека необходимо учитывать составляющие сопротивления на пути протекания тока, т.к. при попадании человека под напряжение его тело оказывается включенным последовательно с сопротивлениями других элементов.

Зная сопротивление цепи человека и напряжение можно определить воздействие электрического тока на человека.

При однофазном включении в цепь в сеть с заземленной нейтралью ток проходит через человека по пути «рука—ноги» или «рука—рука», а человек будет находиться под фазным напряжением.

В первом случае сопротивление цепи будет определяться сопротивлением тела человека (Rч), обуви (Roб), основания (Roc), на котором стоит человек, сопротивлением заземления нейтрали (Rн), и через человека потечет ток

Iч= Uф /(Rч + Roб + Rоc + Rн)                                                     (1)

Сопротивление нейтрали (Rн) невелико, и им можно пренебречь.

Если на человеке надета изолирующая сухая обувь (кожаная), он стоит на сухом деревянном полу, сопротивление цепи будет большим, а сила тока по закону Ома небольшой. Этот ток будет близок к пороговому ощутимому току. Человек почувствует протекание тока, прекратит работу.

Если человек стоит на влажной земле в сырой обуви или босиком, то через тело человека будет проходить ток, который может вызвать нарушение в работе легких и сердца, а при длительном воздействии и смерть.

Если человек стоит на влажной почве в сухих и целых резиновых сапогах, через тело человека проходит ток, воздействие которого человек может даже не почувствовать. Однако даже небольшая трещина или прокол на подошве сапога уменьшит сопротивление резиновой подошвы и сделает работу опасной.

Второй путь протекания тока возникает тогда, когда второй рукой человек соприкасается с электропроводящими предметами, соединенными с землей (корпусом заземленного станка, металлической или железобетонной конструкцией здания, влажной деревянной стеной и т. п.). В этом случае ток протекает по пути наименьшего электрического сопротивления. Указанные предметы практически накоротко соединены с землей, их электрическое сопротивление очень мало. Поэтому сопротивление цепи равно сопротивлению тела и через человека потечет ток

Iч = Uф / Rч                                                                    (2)

Эта величина тока смертельно опасна.

А двухфазное прикосновение еще более опасно. Ток, проходящий через тело человека по пути «рука—рука», будет зависеть от прикладываемого к телу человека напряжения, равного линейному напряжению сети.

Сопротивление обуви зависит от материала подошвы (таблица 3). Сопротивление основания (опорной поверхности) зависит от материала и влажности пола или грунта (таблица 4).

 

Таблица 3 - Сопротивление обуви Материал подошвы Сопротивление обуви, кОм, при напряжении сети, В. До 65 127 220 Выше 220 Помещение сухое Кожа Кожимит Резина 200 150 500 150 100 500 100 50 500 50 25 500 Помещение сырое и влажное Кожа Кожимит Резина 1,6 2 2 0,8 1 1,8 0,5 0,7 1,5 0,2 0,5 1

Таблица 4 - Сопротивление материала пола Материал пола Сопротивление опорной поверхности ног, кОм Пол сухой Пол влажный Пол мокрый Плитка Асфальт Бетон Дерево Земля Кирпич Линолеум Металл 25 2000 2000 30 20 10 1500 0,01 2 10 0,9 3 0,8 1,5 50 0 0,2 0,8 0,1 0,3 0,3 0,8 4 0

 

Фактор 9:

В зависимости от схемы включения человека в цепь, через его тело проходит фазное или линейное напряжение

                                                                    (3)

Фактор 10:

Степень поражения электротоком находится в прямой зависимости от площади электрода, которого касается человек и силы давления электрода на кожу.

 

Фактор 11:

На исход поражения электрическим током влияют также индивидуальные свойства организма человека. Установлено, что вполне здоровые и физически крепкие люди переносят электрические удары легче, чем больные и слабые. Повышенной чувствительностью к электротоку обладают люди, страдающие болезнями кожи, сердечно – сосудистой системы, органов внутренней секреции, легких, нервов и др. Поэтому, правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок предусматривается отбор по состоянию здоровья персонала для обслуживания электроустановок.

 

Фактор 12:

Фактор внимания – особое состояние настороженности у человека, сознающего опасность выполняемой им работы. Внимание человека создает оборонительную реакцию. Статистика отмечает, что перед обеденным перерывом и в конце рабочего дня, когда снижается внимание, увеличивается не только вероятность поражения электротоком, но и может усугубиться его тяжесть.

 

3.3 Виды поражений человека электрическим током

Действие электрического тока на человека может привести к двум видам поражений: электротравме (местного характера, когда нарушены отдельные участки тела) и электроудару (общее поражение, когда нанесены увечья электрическим ударом всему организму).

Соотношения видов поражения электрическим током, по данным статических исследований:

¾  20% - местные проявления; 

¾  25% - общее поражение организма;

¾  55% - смешанные поражения.

Чаще всего, возникают несчастные случаи с обоими видами поражений, однако их следует рассматривать, как отдельные, так как они имеют значительные различия.

При электротравмах местного характера повреждения организма связаны с нарушениями целостности тканей тела. Чаще травмируется кожный покров, но бывают случаи нанесения вреда связкам или костям.

Степень опасности травм зависит от состояния и места повреждённой ткани. В большинстве случаев они излечиваются с полным восстановлением функциональности поражённой части тела.

Около 75% несчастных случаев от поражения электротоком имеют зону повреждения местного характера и встречаются со следующей частотой:

¾  ожоги от электричества - ≈40%;

¾  электрические знаки - ≈7%;

¾  металлизация кожного покрова - ≈3%;

¾  механическое поражение – ≈0,5%

¾  случаи электроофтальмии - ≈1,5%;

¾  смешанные травмы - ≈23%.

Электрические ожоги возникают при прохождении через тело человека значительных (более 1 А) токов. При этом выделяется тепло, достаточное для нагрева тканей тела до температуры 60-70 градусов, при которой свертывается белок и возникает ожог. Ожоги проникают глубоко в ткани тела и требуют длительного лечения, а иногда приводят к инвалидности. При напряжении выше 1000 В ожоги могут образовываться без контакта человека с токоведущими частями при возникновении искрового разряда, переходящего в электрическую дугу. Температура дуги достигает 4000 град. От воздействия электрической дуги между токоведущими частями ожоги возможны и при напряжении до 1000 В.

Электрические знаки (метки тока) возникают при контакте с токоведущими частями и представляют собой припухлость с затвердевшей кожей серого или желтовато-бурого цвета овальной формы. Края знака очерчены серой или белой каймой. Эти знаки безболезненны, но могут привести к нарушению функции пораженного органа.

Электрометализация кожи - проникновение под поверхность кожи частиц металла вследствие разбрызгивания и испарения его под действием тока (дуги) или вследствие электролиза в месте соприкосновения человека с токоведущими частями.

Механические повреждения - это повреждения, полученные в результате непосредственного действия электрического тока, проявляются в виде непроизвольных мышечных судорог, которые могут привести к вывихам, разрыву кожи, нервных тканей или кровеносных сосудов, а также последующего падения или удара (потеря сознания, равновесия). Следствием падения с высоты на землю могут быть переломы костей, вывихи, ушибы тела и повреждения внутренних органов.

Электроофтальмия - повреждение глаз, связанное с воспалительными процессами наружной оболочки (конъюнктивы и роговицы) от воздействия сильного светового потока ультрафиолетового спектра электрической дуги.

При электрическом ударе происходит быстрое, практически мгновенное образование цепи тока в организме, поражает живые ткани, приводит к судорогам мышц, нарушает работу всех органов. Степени электрического удара определяют пятью этапами:

1)    Легкие сокращения отдельных мышц;

2)    Мышечные судороги, создающие болевые ощущения, но пострадавший находится в сознании;

3)    Судорожные сокращения мышц, вызвавшие потерю сознания, но сердце и лёгкие функционируют;

4)    Пострадавший лишен сознания, нарушен ритм/работа сердца и/или дыхание.

5)    Летальный исход.

При электрическом ударе может наступить фибрилляция сердца. При этом волокна сердечной мышцы (фибриллы) под действием переменного тока с частотой 50 Гц, превышающего 50 мА, начинают хаотические сокращения. Через несколько секунд полностью прекращается нагнетание крови. Останавливается кровоток организма.

Удар электрическим током тяжело воспринимается организмом. Поражаются дыхательная и нервная системы, кровообращение, внутренние органы, особенно сердце и лёгкие. При этом часто возникает реакция нервно-рефлекторного характера - электрический шок.

При этом, после воздействия током наступает фаза так называемого возбуждения организма: появляется ощутимость боли, увеличивается артериальное давление.

Затем организм переходит в фазу торможения: снижается кровяное давление, нарушается пульс, ослабевает дыхательная и нервная системы, наступает депрессия. Длительность этого состояния может колебаться от нескольких минут до суток.

 

4 ТАБЛИЦА ВАРИАНТОВ

Вариант 1	Вариант 2
Задание А:      Схема 1                          Схема 2	Задание А:            Схема 1                                Схема 2
Задание Б: Мужчина, стоя босиком на сухом кафельном полу на кухне, коснулся корпуса холодильника, который в результате неисправности оказался электрически связанным с питающим фазным проводом.	Задание Б: На выставке технических достижений произошло замыкание фазного провода на корпус одного из приборов. Женщина, стоя на сухом линолеуме в кожаных туфлях прикоснулась рукой к этому прибору, представляя его достоинства.
Задание В: При ремонте была повреждена изоляция электропроводки, фазный провод коснулся арматуры здания. Женщина в резиновых сапогах (после дождя) во влажном помещении одной рукой поправляла зануленный принтер, а второй рукой соприкоснулась с водопроводной трубой.	Задание В: В результате неисправности произошло замыкание фазного проводника на корпус системного блока. Мужчина в сухой обуви из кожимита в сухом помещении офиса прикоснулся к системному блоку одной рукой, доставая одновременно другой рукой документы из сейфа, имеющего электрическую связь с металлическими конструкциями здания.

 

5  КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

5.1 Каковы, на Ваш взгляд, основные причины, приводящие к поражению электрическим током?

5.2 Какие индивидуальные особенности организма человека, по Вашему мнению, приводят к более тяжелым последствиям при поражении электрическим током?

5.3 От каких факторов зависит сопротивление цепи человека при расчетах?

5.4 Почему время прохождения тока влияет на опасность поражения?

5.5 В чем причина различия последствий при двухфазной и  однофазной схеме включения человека в электрическую цепь?