Какое влияние на организм человека оказывает воздействие электрическим током

Убивает не напряжение, а ток

Это, пожалуй, самая основная проблема подавляющего большинства обычных людей. Все считают, что опасно напряжение, но правы они лишь частично. Само по себе напряжение (разность потенциалов между двумя точками цепи) на организм человека никак не воздействует. Все процессы, имеющие отношение к поражению, проходят под действием электротока той или иной величины.

Выше ток — больше опасность. Частичная правота относительно напряжения заключается в том, что от его значения зависит сила тока. Именно так — ни больше, ни меньше. Все, кто учился в школе, без труда вспомнят закон Ома:

Ток = напряжение / сопротивление (I=U/R)

Если считать сопротивление тела человека величиной постоянной (это не совсем так, но об этом позже), то ток, а значит, и поражающее действие электричества, будут напрямую зависеть от напряжения. Выше напряжение — выше ток. Вот откуда убеждение в том, что чем выше напряжение, тем оно опаснее.

Связь тока с сопротивлением

Согласно закону Ома ток зависит и от сопротивления. Чем ниже сопротивление, тем выше и, значит, опаснее ток. Не будет условий для прохождения тока (сопротивление цепи бесконечно велико) — не будет опасности при любом напряжении

. Предположим (только теоретически), вы сунули палец в розетку, стоя на сырой земле и получите мощный удар. Поскольку ваше тело имеет невысокое сопротивление, ток из розетки устремится по цепи человек — земля.

А теперь прежде чем сунуть палец в розетку, вы встали на диэлектрический коврик или надели диэлектрические боты. Сопротивление диэлектрического коврика или бот настолько велико, что ток через них и, соответственно, вас, будет пренебрежимо мал — микроамперы. И хотя вы будете находиться под напряжением в 220 В, ток через вас течь практически не будет, а значит, и электрического удара вы не получите. Вы вообще не почувствуете никакого дискомфорта.

Именно по этой причине птица, сидящая на высоковольтном проводе (он оголен, не сомневайтесь), спокойно чистит перышки. Более того — если чрезмерно прыгучий человек, этакий Бэтмен, подскочит и вцепится в фазный провод ЛЭП, с ним тоже ничего не случится, хотя он и окажется под напряжением в киловольты. Повисит и спрыгнет. У электриков даже есть такой тип работ — под напряжением (не путайте с работой на электроустановках, находящихся под напряжением).

Но вернемся к варианту с розеткой, в котором вы стояли на сырой земле. Ударит — это факт. Но насколько сильно?

Определение степени поражения

Воздействие электрического тока на организм человека
Сопротивление человеческого тела в обычных условиях составляет 500—800 Ом. Сопротивление сырой земли можно в учет не брать — оно может оказаться крайне низким и на результат расчетов не повлиять, но справедливости ради добавим к сопротивлению тела еще 200 Ом. Быстренько считаем по приведенной выше формуле:

220 / 1000 = 0.22 А или 220 мА

Степень действия тока на организм человека вкратце можно выразить вот через такой список:

  • 1—5 мА — ощущение покалывания, легкие судороги.
  • 10—15 мА — сильная боль в мышцах, судорожное их сокращение. Самостоятельно освободиться от действия тока возможно.
  • 20—25 мА — сильная боль, паралич мышц. Самостоятельно освободиться от действия тока практически нереально.
  • 50—80 мА — паралич дыхания.
  • 90—100 мА — остановка сердца (фибрилляция), смерть.

Очевидно, что ток в 220 мА намного превосходит смертельное значение. Многие скажут, что сопротивление тела человека много больше килоома. Верно. Сопротивление верхнего слоя кожи (эпидермиса) может достигать мегаома и даже более, но слой этот настолько тонок, что тут же пробивается напряжением выше 50 В. Поэтому в случае с электророзетками на свой эпидермис можете не рассчитывать.

Опасность зависит от частоты

При значениях напряжения до 400 В переменный ток частотой 50 Гц намного опаснее постоянного, поскольку, во-первых, сопротивление тела человека переменному току ниже, чем постоянному. Во-вторых, биологическое действие электрического тока переменного типа намного выше, чем постоянного.

При высоких же напряжениях, и, как следствие, высоких постоянных токах в список поражающих факторов добавляется процесс электролиза, происходящего в клеточных жидкостях. В этом случае постоянный ток становится более опасным, чем переменный. Он просто меняет химический состав жидкостей организма. С увеличением частоты картина несколько меняется: ток начинает носить поверхностный характер.

Иными словами, он проходит по поверхности тела, не проникая вглубь организма. Чем выше частота, тем меньший «слой» человеческого организма страдает. К примеру, при частоте в 20—40 кГц фибрилляции сердца не наступает, поскольку ток через него не течет. Взамен этой беды появляется другая — при высокой частоте происходит сильное поражение (ожог) верхних слоев тела, которое с не меньшим успехом приводит к смерти.

Читайте также:  Очищение организма свеклой: как приготовить в домашних условиях напитки и отвары для кишечника, сосудов, печени, полезно ли сочетание овоща с кефиром?

Пути прохождения электротока через организм

Биологическое действие электрического тока
Влияние тока на организм человека зависит не только от его величины, но и от пути прохождения. Если человек просто залез пальцами в розетку, то ток потечет только через кисть. Стоит на сыром полу и коснулся оголенного провода — через руку, торс и ноги.

Вполне очевидно, что в первом случае пострадает лишь кисть, а освободиться от действия электротока не составит труда, поскольку мышцы руки выше кисти сохранят управляемость. Второй случай намного серьезней, особенно если рука левая. Здесь ток сковывает мышцы, не давая человеку самостоятельно освободиться от действия электричества. Но хуже всего, что в этом случае страдают легкие, сердце и другие жизненно важные органы. Те же проблемы ожидают при пути рука-рука, голова — рука, голова — ноги.

Влияние электрического тока на человека

Проходя через тело человека, электроэнергия оказывает на организм сразу несколько видов воздействия. Всего их существует четыре:

  1. Термическое (нагрев).
  2. Электролитическое (диссоциация, приводящая нарушению химических свойств жидкостей).
  3. Механическое (разрыв тканей как следствие гидродинамического удара и судорожного сокращения мышц).
  4. Биологическое (нарушение биологических процессов в клетках).

В зависимости от величины, пути прохождения, частоты и длительности воздействия электроток может вызывать абсолютно разные как по характеру, так и по тяжести повреждения организма. Самыми распространенными из них можно считать:

  • Действие эл тока на организм человека
    Контактный ожог. Возникает за счет преобразования электрической энергии в тепловую. Обычно возникает в местах входа и выхода электротока, но при высокочастотном воздействии может распространяться и на другие поверхности тела.
  • Дуговой ожог. Наблюдается обычно в высоковольтных установках (1 000 В и выше). Обусловлен тепловым воздействием на поверхностные участки тела высокотемпературной дугой. Обычно дуговой ожог сопровождается металлизацией кожи, вызванной напылением металла проводника дугой.
  • Электроофтальмия. Ожог сетчатки глаза воздействием на нее ультрафиолетового света запредельной для глаз величины. Этот тип ожога вызывается свечением электрической дуги, возникающей при коротком замыкании в электроустановках. При серьезной аварии на высоковольтных установках человек может получить ожог сетчатки прежде, чем рефлекторно успеет закрыть глаза.
  • Механические травмы. В этом случае действие электротока сопровождается разрывом кожи, сосудов, мышечной ткани из-за судорожных неконтролируемых перегрузок мышц. Дополнительные механические повреждения могут быть получены и обычным путем, к примеру, падением с высоты или ударом об оборудование из-за электрического поражения.
  • Электрический удар. Наиболее опасный и самый распространенный вид поражения. Подразделяется он на 4 степени:
  1. Судорожное сокращение мышц.
  2. Судорожное сокращение мышц, дыхание и сердцебиение сохраняются.
  3. Остановка дыхания, возможно нарушение сердечного ритма.
  4. Клиническая смерть, дыхания и сердцебиения нет.

Безопасное напряжение

Для выяснения этого вопроса не нужно использовать никаких формул — все уже рассчитано, запротоколировано и завизировано специально обученными людьми. В зависимости от рода тока согласно ПЭУ безопасным напряжением рекомендуется считать:

• переменное до 25 В или постоянное до 60 В — в помещениях без повышенной опасности;

• переменное до 6 В или постоянное до 14 В — в помещениях повышенной опасности (сыро, металлические полы, токопроводящая пыль и пр.).

Виды электротравм

Воздействие электротока вызывает следующие характерные повреждения:

  • электроожоги, могут возникнуть вследствие прохождения электротока или быть вызваны электрической дугой. Заметим, что такие электротравмы встречаются чаще всего (около 60%);
  • появление на коже овальных пятен серого или желтого цвета в местах прохождения электротока. Омертвевший слой кожного покрова огрубевает, через какое-то время такое образование, называемое электрическим знаком, самостоятельно сходит;
  • проникновение мелких частиц металла (оплавившегося от КЗ или электродуги) в кожный покров. Такой вид травмы называют металлизацией кожи. Для пораженных участков характерен темно-металлический оттенок, прикосновение к нему вызывает болезненные ощущения;
  • световое действие, становится причиной электроофтальмии (воспалительного процесса глазной оболочки) из-за ультрафиолетового излучения, характерного для элетродуги. Для защиты достаточно использовать специальные очки или маску;
  • механическое воздействие (электрический удар) происходит вследствие непроизвольного сокращения мышечной ткани, в результате этого может случиться разрыв кожного покрова или других органов.

Заметим, что из всех описанных выше электротравм наибольшую опасность представляют последствия электрического удара, их разделяют по степени воздействия:

  1. вызывают сокращения мышечной ткани, при этом пострадавший не теряет сознания;
  2. судорожные сокращения мышечных тканей, сопровождается потерей сознания, кровеносная и дыхательная системы продолжают функционировать;
  3. происходит паралич дыхательной системы и нарушение сердечного ритма;
  4. наступление клинической смерти (дыхание отсутствует, сердце останавливается).

Опасно ли статическое электричество

Со статическим напряжением знакомы все, кто носит синтетическую одежду. Заряд статического напряжения образуется при взаимном трении одежды из различных материалов, особенно шерсти и синтетики. При последующем прикосновении к заземленному предмету, например, кузову автомобиля, между телом и ним проскакивает искра длиной от нескольких миллиметров до сантиметра и более.

Разряд статического электричества

Накопленный потенциал составляет несколько тысяч вольт, но величина протекающего тока ничтожна и вызывает лишь покалывание. Статическое напряжение опасно для чувствительных электронных компонентов, поэтому работники, которые занимаются ремонтом и облуживанием электронной техники, должны носить одежду из хлопчатобумажных тканей и специальные электростатические браслеты, соединенные с заземлением, для снятия накопленного электрического потенциала.

Читайте также:  Светлый кал у взрослого человека: причины и что это значит?

Факторы, определяющие токовое воздействие на людей

По понятным причинам, более важное значение имеют последствия воздействия тока на организм. И именно эти последствия важны.

Выделяют следующие основные факторы воздействия тока на человека:

  • Параметрические данные электросети,
  • Климатическая зона;
  • Погода;
  • Продолжительность токового воздействия,
  • Сопротивление между человеческим телом и землей,
  • Электрическое сопротивление самого тела.

На рисунке 1 видим электрическую схему представления тела человека.

Важна, таблица 1. В ней видим соответствие сопротивления тела и путей протекания тока.

Но человека нельзя сравнивать с предметом. Каждый человек и тело каждого человека индивидуально. На характеристики указанные в таблице 1, влияют:

  • Пол человека;
  • Его вес;
  • Кожный покров;
  • Здоровье;
  • Опьянение;
  • т.д.

На рис. 2 видим соответствие сопротивления тела от напряжения прикосновения. А именно, при напряжении 230 В, ожидаемо,

  • 5% людей имеют полное сопротивление тела менее 1000 Ом,
  • 50%  около 1400 Ом,
  • 95%  менее 2200 Ом.

Статьи по теме:  Чем мачта освещения отличается от опоры

Переменный или постоянный ток опаснее и почему

Казалось бы, какое имеет значение, постоянное напряжение или переменное. Однако исследования выявили закономерность, что при частоте 10-500 Гц опасность намного выше при одинаковых значениях, чем наблюдается при постоянном напряжении. Это вызвано не только непосредственным протеканием тока через организм, но и его прямым действием на работу сердечных мышц. Переменный ток вызывает их неконтролируемые сокращения. Как следствие, наступают фибрилляция (хаотичные сокращения) и остановка сердца. Переменный ток имеет более низкие пороговые значения, чем постоянный, в несколько раз, и это достоверно подтверждено экспериментальными данными.

Важно! При большой величине постоянное напряжение с высокой вероятностью вызывает электролитическое действие тока.

Дальнейший рост частоты несет равную угрозу наравне с постоянным током, но, начиная с 1000 Гц и более, опасность падает. Тут вступает в силу скин-эффект, который выражается в том, что высокочастотный ток вытесняется ближе к наружной поверхности проводника, которым является в рассматриваемом случае организм человека. Таким образом, с повышением частоты уменьшается вероятность прохождения тока по критическим направлениям в организме. Увеличивается лишь термическое действие на кожные покровы. Переменное и постоянное напряжения большой величины могут вызвать электромагнитное действие даже при отсутствии прямого контакта. Это выражается в плохом самочувствии, головной боли, сбоях в работе кардиостимуляторов.

Результаты воздействие электрического тока на человека

Вполне логично предположение, что чем больше ток воздействия, тем опаснее последствия воздействия для человека. Это так.

Токи 10 — 30 мА не убивают людей, однако, длительное воздействие такими токами провоцируют судороги и нарушают нормальную работу дыхания;

Токи выше 30 мА возможно будут смертельны, если соприкосновение будет длительным. С другой стороны, такие токи могут не удить человека, если воздействие будет сверх коротким.

Токи около 500 мА, могут убить человека, если воздействие длится более 0,5 секунд;

На рисунке 3 видим кривые переменного тока показывающие зависимость воздействие электротока от времени протекания.


Рисунок 3

В таблице 2 к рисунку 3 приведены пояснения.

воздействие электрического тока на человека
физиологическое воздействие электрического тока на человека

Вывод по данным. Главный фактор, который исключает смертельный исход при ударе током это минимально короткое время токового воздействия.

В справочниках мы встречаем предельно допустимое значение тока и времени, токового удара в 70 мА·с.

Пример:

  • Сопротивление человека 2000 Ом;
  • Напряжение прикосновения 230 В;
  • Получаем ток протекания по телу 230÷2000 = 0,115 Ампер.
  • Эти значения означают, что допустимое значение времени протекания не должно быть больше 0,6 с.

Это значит, что используя УЗО с током отключения 30 мА, время отключения которого находится в пределах 10-30 мс, гарантирует высокую безопасность и защиту от поражения электротоком.

Замечание

Бытует мнение, что использование УЗО с током отключения 10 мА улучшает уровень безопасности.

На практике, такой выбор не приносит сколь значимого улучшения безопасности, по сравнению с УЗО 30 мА. Однако, использование УЗО с более низким током срабатывания провоцирует ложные отключения УЗО, в сетях небольшими естественными токами утечки.

Я сам постоянно советую, ставить УЗО 10 мА на ванную и детскую комнаты. Эти советы я основываю на немецкие требования безопасности, и не вижу в них излишеств.

Статьи по теме:  Водяная мотопомпа, что такое, как выбрать

Шаговое напряжение

Сопротивление человека

Эффект шагового напряжения опасен тем, что со стороны не видно опасности, поскольку данное напряжение образуется в результате растекания потенциала по земле в результате обрыва высоковольтного провода или пробоя изоляции подземного высоковольтного кабеля.

Шаговое напряжение

Слой земли обладает более высоким сопротивлением, чем токоведущий проводник, поэтому на некотором расстоянии от места падения провода высоковольтной линии или пробоя изоляции подземного кабеля образуется разность потенциалов, достигающая опасных значений. Расстояние на поверхности грунта, на котором образуется разность потенциалов, характеризуется длиной шага человека, потому что путь движения тока по самому короткому направлению проходит от одной ноги к другой. Чем больше величина шага, тем выше разность образующихся потенциалов, и, соответственно, значение протекающего тока. Из этого можно сделать вывод, что для того, чтобы безопасно покинуть зону воздействия напряжения, не нужно торопиться и делать большие шаги. Напротив, шаг должен быть как можно более коротким. Также нельзя бежать, поскольку падение приведет к увеличению напряжения.

Читайте также:  Признаки отравления радоновым газом 2019

Факторы, увеличивающие опасность

Пути прохождения тока

Смертельный ток для человека

Опасное действие электрического тока на человека во многом определяется тем, какие органы встретятся на его пути. Самые чувствительные органы – это сердце, мозг и легкие. Через головной мозг ток протекает в том случае, когда под действие напряжения попадет голова человека, либо она будет касаться заземленного участка, а удар электрического тока произойдет через любой другой орган тела.

Пути прохождения тока

Наиболее распространенные прикосновения к элементам, находящимся под опасным потенциалом, происходят руками. По кратчайшему направлению пути движения тока через тело это рука – рука или рука – нога.

Менее опасен случай, когда разряд проходит по направлению нога – нога. Это случается при нахождении в зоне шагового напряжения. Но тут есть другая опасность. При судорогах мышц ног или испуге человек может упасть, и тогда путь прохождения тока будет проходить по опасному направлению.

Состояние человека

Состояние организма человека имеет важное значение при определении опасной силы тока. На данном принципе основана работа полиграфа (детектора лжи), который, среди прочих параметров, измеряет значение влажности кожных покровов. Повышение влажности происходит при волнении, стрессовых состояниях, болезни, алкогольном или наркотическом опьянении. Разные участки кожи имеют неодинаковую чувствительность. К примеру, кончики пальцев имеют намного большие значения электрического сопротивления, чем кожа на тыльной стороне ладони.

При перечисленных ситуациях сопротивление кожного покрова в несколько раз выше, нежели в нормальном состоянии, поэтому опасные значения сильно снижаются, и влияние электрического тока будет выражено сильнее. Подмечено, что женский организм имеет в несколько раз меньший порог допустимого тока, чем мужской. Но, в то же время, у каждого человека наблюдаются свои уникальные особенности в части порогового значения.

Воздействие электрического тока на человека, даже при одинаковых значениях, будет меньше, если человек осознанно готов к неожиданному электрическому удару. Эта особенность характерна для людей, которые занимаются профессиональной деятельностью по обслуживанию электрических установок.

Меры безопасности

Для снижения опасности получения удара электрического тока разработаны специальные меры: организационные и технические. К первым относятся меры, направленные на исключение появления потенциала на тех частях установок и оборудования, на которых производятся работы. Это отключение токоведущих частей, проверка отсутствия напряжения, ограждение элементов, которые находятся под током и к которым возможно прикосновение, вывешивание предупреждающих и запрещающих плакатов.

К техническим мероприятиям относятся:

  • Инструмент с изоляционными рукоятками;
  • Диэлектрическая спецодежда (перчатки, обувь);
  • Диэлектрические коврики.

Изолированный инструмент

Самое главное – не прикасаться к проводникам, если достоверно не известно, находятся они под напряжением или нет.

Диэлектрические принадлежности

Опасные значения

Мощность электрического тока

Электроток разной величины по-разному действует на организм. По усредненным данным, человек начинает ощущать действие напряжения, начиная с небольшой величины, около  0.6-1.0 мА при переменном токе и 5-7 мА для постоянного тока. Сильные и непреодолимые судороги мышц (неотпускающий ток) начинаются с значения 10 мА. Увеличение до 50 мА провоцирует парализацию органов дыхания. При токе 100 мА начинается фибрилляция сердца.

Опасность от действия электрического тока на организм человека имеет зависимость не только от его параметров, но и от времени. Организм  большинства людей способен выдержать кратковременные импульсы тока гораздо больше вышеприведенных значений.

Почему при определении степени опасности учитывается значение силы тока, а не величина напряжения? Это происходит в силу всем известного закона Ома. Тело человека не отличается точно определенным сопротивлением. Его значение зависит от сочетания множества факторов. Поэтому в различных ситуациях опасные значения тока могут возникнуть при различных значениях приложенного напряжения.

Исследования выявили, что в подавляющем числе случаев, даже при самых наихудших условиях, напряжение менее 42 В переменной сети не способно вызвать прохождение опасного тока. Именно поэтому данное значение выбрано при выполнении работ в опасных условиях при возможности попадания под напряжение.

В то же время существует множество источников электропитания, которые отличаются большой электродвижущей силой, но неспособные вызвать смертельно опасный ток. Это хорошо знакомо телевизионным мастерам и автовладельцам.

Искра в свече зажигания

Напряжение на аноде кинескопа или электродах свечи зажигания составляет десятки тысяч вольт. При прикосновении к этим элементам возникает чувствительный и болезненный удар током, редко приводящий к неблагоприятным последствиям. В основном прикосновение к высоковольтным, но слаботочным источникам напряжения опасно только для людей со слабым сердцем, поскольку возникают кратковременные, но сильные спазмы сердечной мышцы.

Источники

  • https://220v.guru/fizicheskie-ponyatiya-i-pribory/tok/vliyanie-elektricheskogo-toka-na-organizm-cheloveka.html
  • https://www.asutpp.ru/dejstvie-elektricheskogo-toka-na-organizm-cheloveka.html
  • https://elquanta.ru/electrobezopasnost/dejjstvie-ehlektricheskogo-toka-na-cheloveka.html
  • https://ehto.ru/spravochnik-ehektrika/vozdejstvie-elektricheskogo-toka-na-cheloveka