Как проходит ток через человека

Варианты путей прохождения электрического тока через тело человека:

1 — «рука—рука»; 2 — «рука—ноги»; 3 — «рука—нога»; 4 — «руки—ноги»; 5 — «нога—нога»; 6 — «голова—ноги»; 7 — «голова—рука»; 8 — «голова—нога»

Путь электрического тока через тело человека во многом определяет степень поражения организма. Наиболее часто в практике встречаются такие варианты:

•человек дотрагивается двумя руками до токоведущих проводов или частей оборудования, находящихся под напряжением. В этом случае движение тока идет от одной руки к другой через легкие и сердце. Путь этот принято называть «рука—рука»;

•при прикасании одной рукой к источнику тока, стоя двумя ногами на земле; путь протекания тока «рука—ноги»;

•при стекании тока на землю от неисправного электрооборудования. Земля в радиусе до 20 м получает потенциал напряжения, уменьшающийся с удалением от заземлителя. Человек, стоящий обеими ногами в этой зоне, оказывается под разностью потенциалов, так как каждая из его ног получает разный потенциал напряжения, зависящий от удаленности от заземлителя. В результате возникает электрическая цепь «нога—нога», напряжение которой называют шаговым;

•прикосновение головой к токоведущим частям может создать электрическую цепь, где путь тока будет: «голова—руки» или «голова—ноги».

Наиболее опасными являются те варианты, в которых в зону поражения попадают жизненно важные органы и системы организма — головной мозг, сердце, легкие Это цепи: «голова—руки», «голова—ноги», «руки—ноги», «рука—рука».

Электрическое сопротивление человека.

Факторы состояния человека, существенно увеличивающие вероятность смертельного поражения человека электрическим током:

всё, что увеличивает темп работы сердца – усталость, возбуждение, принятие алкоголя, наркотиков, некоторых лекарств, курение, болезни;

все, что уменьшает сопротивление кожи – потливость, порезы, принятие алкоголя.

Общее электрическое сопротивление между двумя электродами, наложенными на тело одного и того же человека, следует разделить на две части: сопротивление кожи и кровеносных сосудов и сопротивление нервов. Сопротивление тела человека являйся активной величиной, состоящей из внутренней и наружной составляющих. Внутреннее сопротивление у всех людей примерно одинаково и составляет 600 – 800 Ом. Сопротивление тела человека определяется в основном величиной наружного сопротивления, а конкретно – состоянием кожи рук толщиной всего лишь 0.2 мм (в первую очередь ее наружным слоем – эпидермисом).

Примеров тому немало, вот один из них. Рабочий опускает в электролитическую ванну средний и указательный пальцы руки и получает смертельный удар. Оказалось, что причиной гибели явился имевший место порез кожи на одном из пальцев. Эпидермис не оказал своего защитного действия, и поражение произошло при явно безопасной петле тока.

Если принять сопротивление кожи за 1, то сопротивление внутренних тканей, костей, лимфы, крови составит 0,15 – 0,20, а сопротивление нервных волокон – всего лишь 0,025 («нервы» – отличные проводники электрического тока!).

Сопротивление тела не является постоянной величиной: в условиях повышенной влажности оно снижается в 12 раз, в воде – в 25 раз, резко снижает его принятие алкоголя.

Зато во время сна оно возрастает в 15-17 раз. В качестве минимального сопротивления тела человека принимают величину 1000 Ом, но вообще эта величина может колебаться от нескольких сотен Ом до нескольких МОм. Таким сопротивлением обладает сухая, неповрежденная, чистая кожа.

Фаза кардиоцикла.

Опасность совпадения момента прохождения тока через сердце с фазой Т кардиоцикла

Каждый цикл сердечной деятельности состоит из двух периодов: одного, называемого диастолой, когда желудочки сердца, находясь в расслабленном состоянии, заполняются кровью, и другого, именуемого систолой, когда сердце, сокращаясь, выталкивает кровь в артериальные сосуды.

Наиболее уязвимым сердце оказывается в фазе Т, продолжительность которой около 0,2 с. Поэтому если во время фазы Т через сердце проходит ток, то, как правило, возникает фибрилляция сердца; если же время прохождения тока не совпадает с фазой Т, то вероятность возникновения фибрилляции резко уменьшается.

Т – период, когда заканчивается сокращение желудочков и они переходят в расслабленное состояние.

При длительности прохождения тока, равной или превышающей время кардиоцикла (0,75 – 1 с), ток “встречается” со всеми фазами работы сердца, в том числе с наиболее уязвимой фазой Т; это весьма опасно для организма. Если же время воздействия тока меньше продолжительности кардиоцикла на 0,2 с или более, то вероятность совпадения момента прохождения тока с фазой Т, а следовательно и, опасность поражения резко уменьшается.

Если время прохождения тока совпадает с фазой Т, то и в этом случае вероятность возникновения фибрилляции сердца зависит от длительности воздействия тока.

Электрический ток, проходя через тело человека, оказывает тепловое, химическое и биологическое воздействия.

Тепловое действие проявляется в виде ожогов участков кожи тела, перегрева различных органов, а также возникающих в результате перегрева разрывов кровеносных сосудов и нервных волокон.

Химическое действие ведет к электролизу крови и других содержащихся в организме растворов, что приводит к изменению их физико-химических составов, а значит, и к нарушению нормального функционирования организма.

Биологическое действие электрического тока проявляется в опасном возбуждении живых клеток и тканей организма. В результате такого возбуждения они могут погибнуть.

Различают два основных вида поражения человека электрическим током: электрический удар и электрические травмы.

Электрическим ударом называется такое действие тока на организм человека, в результате которого мышцы тела начинают судорожно сокращаться. При этом в зависимости от величины тока и времени его действия человек может находиться в сознании или без сознания, но при нормальной работе сердца и дыхания. В более тяжелых случаях потеря сознания сопровождается нарушением работы сердечнососудистой системы, что ведет даже к смертельному исходу. В результате электрического удара возможен паралич важнейших органов (сердца, мозга и пр.).

Электрической травмой называют такое действие тока на организм, при котором повреждаются ткани организма: кожа, мышцы, кости, связки. Особую опасность представляют электрические травмы в виде ожогов. Такой ожог появляется в месте контакта тела человека с токоведущей частью электроустановки или электрической дугой. Бывают также такие травмы, как металлизация кожи, различные механические повреждения, возникающие в результате резких непроизвольных движений человека. В результате тяжелых форм электрического удара человек может оказаться в состоянии клинической смерти: у него прекращается дыхание и кровообращение. При отсутствии медицинской помощи клиническая смерть (мнимая) может перейти в смерть биологическую. В ряде случаев, однако, при правильной медицинской помощи (искусственном дыхании и массаже сердца) можно добиться оживления мнимоумершего.

Непосредственными причинами смерти человека, пораженного электрическим током, является прекращение работы сердца, остановка дыхания вследствие паралича мышц грудной клетки и так называемый электрический шок.

Прекращение работы сердца возможно в результате непосредственного действия электрического тока на сердечную мышцу или рефлекторно из-за паралича нервной системы. При этом может наблюдаться полная остановка работы сердца или так называемая фибрилляция, при которой волокна сердечной мышцы приходят в состояние быстрых хаотических сокращений.

Остановка дыхания (вследствие паралича мышц грудной клетки) может быть результатом или непосредственного прохождения электрического тока через область грудной клетки, или вызвана рефлекторно вследствие паралича нервной системы.

Электрический шок представляет собой нервную реакцию организма на возбуждение электрическим током, которая проявляется в нарушении нормального дыхания, кровообращения и обмена веществ. При длительном шоковом состоянии может наступить смерть.

Если оказана необходимая врачебная помощь, то шоковое состояние может быть снято без дальнейших последствий для человека.

Из вышесказанного становится понятно, что на тяжесть поражения человека электрическим током влияет много факторов. Наиболее неблагоприятный исход поражения будет в случаях, когда прикосновение к токоведущим частям произошло влажными руками в сыром или жарком помещении.

Поражение человека электрическим током в результате электрического удара может быть различным по тяжести, т. к. на степень поражения влияет ряд факторов: величина тока, продолжительность его прохождения через тело, частота, путь, проходимый током в теле человека, а также индивидуальные свойства пострадавшего (состояние здоровья, возраст и др.). Основным фактором, влияющим на исход поражения, является величина тока, которая, согласно закону Ома, зависит от величины приложенного напряжения и сопротивления тела человека. Большую роль играет величина напряжения, т. к. при напряжениях около 100 В и выше наступает пробой верхнего рогового слоя кожи, вследствие чего и электрическое сопротивление человека резко уменьшается, а ток возрастает.

Обычно человек начинает ощущать раздражающее действие переменного тока промышленной частоты при величине тока 1-1,5 мА и постоянного тока 5-7 мА. Эти токи называются пороговыми ощутимыми токами. Они не представляют серьезной опасности, и при таком токе человек может самостоятельно освободиться от воздействия.

При переменных токах 5-10 мА раздражающее действие тока становится более сильным, появляется боль в мышцах, сопровождаемая судорожным их сокращением. При токах 10-15 мА боль становится трудно переносимой, а судороги мышц рук или ног становятся такими сильными, что человек не в состоянии самостоятельно освободиться от действия тока.

Основным фактором, определяющим величину сопротивления тела человека (принято считать 1000 Ом), является кожа, ее роговой верхний слой, в котором нет кровеносных сосудов. Этот слой обладает очень большим удельным сопротивлением, и его можно рассматривать как диэлектрик. Внутренние слои кожи, имеющие кровеносные сосуды, железы и нервные окончания, обладают сравнительно небольшим удельным сопротивлением.

Внутреннее сопротивление тела человека является величиной переменной, зависящей от состояния кожи (толщины, влажности) и окружающей среды (влажности, температуры и т. д.).

При повреждении рогового слоя кожи (ссадина, царапина и пр.) резко снижается величина электрического сопротивления тела человека и, следовательно, увеличивается проходящий через тело ток. При повышении напряжения, приложенного к телу человека, возможен пробой рогового слоя, отчего сопротивление тела резко понижается, а величина поражающего тока возрастает.

Переменные токи 10-15 мА и выше и постоянные токи 50-80 мА и выше называются неотпускающими токами, а наименьшая их величина 10-15 мА при напряжении промышленной частоты 50 Гц и 50-80 мА при постоянном напряжении источника называется пороговым неотпускающим током.

Переменный ток промышленной частоты величиной 25 мА и выше воздействует не только на мышцы рук и ног, но также и на мышцы грудной клетки, что может привести к параличу дыхания и вызвать смерть. Ток 50 мА при частоте 50 Гц вызывает быстрое нарушение работы органов дыхания, а ток около 100 мА и более при 50 Гц и 300 мА при постоянном напряжении за короткое время (1-2 с) поражает мышцу сердца и вызывает его фибрилляцию. Эти токи называются фибрилляционными. При фибрилляции сердца прекращается его работа как насоса по перекачиванию крови. Поэтому вследствие недостатка в организме кислорода происходит остановка дыхания, т. е. наступает клиническая (мнимая) смерть. Токи более 5 А вызывают паралич сердца и дыхания, минуя стадию фибрилляции сердца. Чем больше время протекания тока через тело человека, тем тяжелее его результаты и больше вероятность летального исхода.

Большое значение в исходе поражения имеет путь тока. Поражение будет более тяжелым, если на пути тока оказывается сердце, грудная клетка, головной и спинной мозг.

Путь тока имеет еще то значение, что при различных случаях прикосновения будет различной величина сопротивления тела человека, а следовательно, и величина протекающего через него тока.

Наиболее опасными путями прохождения тока через человека являются: "рука — ноги", "рука — рука". Менее опасным считается путь тока "нога — нога".

Как показывает статистика, наибольшее число несчастных случаев происходит вследствие случайного прикосновения или приближения к голым, незащищенным частям электроустановок, находящихся под напряжением. Для защиты от поражения током голые провода, шины и другие токоведущие части либо располагают в недоступных местах, либо защищают ограждениями. В некоторых случаях для защиты от прикосновения применяют крышки, короба и т. п.

Поражение током может возникнуть при прикосновении к нетоковедущим частям электроустановки, которые оказываются под напряжением при пробое изоляции. В этом случае потенциал нетоковедущей части оказывается равным потенциалу той точки электрической цепи, в которой произошло нарушение изоляции.

Опасность поражения усугубляется тем, что прикосновение к нетоковедущим частям в условиях эксплуатации является нормальной рабочей операцией, поэтому поражение всегда является неожиданным.

Влияние на уровень электробезопасности режима нейтрали трехфазных электрических сетей

Место соединения концов фаз источника питания (генератора или трансформатора) называется нейтралью (точка 0).

1. заземленная нейтраль,
2. изолированная нейтраль,
3. компенсированная нейтраль.

Заземленная нейтраль

Ток однофазного короткого замыкания в сети с заземленной нейтралью достаточно велик и сопровождается возникновением дуги, что делает невозможным использование таких сетей в угольных шахтах и помещениях, опасных в отношении взрыва и пожара. Поэтому сети с заземленной нейтралью могут использоваться в помещениях, не опасных в отношении взрыва и пожара. Защита от короткого замыкания осуществляется плавкими вставками или реле максимальной токовой защиты, что удешевляет эксплуатационные расходы. Напряжение поврежденной фазы при однофазном замыкании падает до 0, напряжения неповрежденных фаз меняются незначительно, поэтому нет повышенных требований к изоляции.

На промышленных предприятиях используется наиболее распространенная система 220/380 В с заземленной нейтралью. В случае прикосновения к фазному проводу через тело человека будет протекать ток
что очень опасно.

Прикосновение тела человека к фазному проводу в сети с заземленной нейтралью всегда опасно.

Изолированная нейтраль

При однофазном замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью ток короткого замыкания определяется сопротивлением изоляции, которое, в свою очередь, определяется активным и емкостным сопротивлением. При хорошем состоянии изоляции и небольшой длине кабелей (емкость кабеля невелика) сопротивление изоляции достаточно велико, ток однофазного замыкания небольшой — возможно возникновение искрения при отсутствии дугового разряда, что делает возможным применение таких сетей во взрывоопасных и пожароопасных помещениях.

Прикосновение к фазному проводу в сети с изолированной нейтралью может быть безопасным при хорошем состоянии изоляции, так как ток через тело человека определяется сопротивлением изоляции.

Ток с одной из фаз проходит через тело человека, через сопротивление изоляции на другие фазы. В сети 220/380 В при сопротивлении изоляции 60 кОм ток через человека:

что безопасно.

При большой длине кабельных линий суммарная емкость сети увеличивается, сопротивление изоляции снижается, прикосновение человека к фазному проводу может стать опасным. Кроме того, в случае пробоя изоляции одной из фаз и прикосновения к другой фазе на тело человека воздействует линейное напряжение и в токовой цепи отсутствует сопротивление изоляции, что гораздо опаснее. Поэтому необходим непрерывный контроль изоляции и немедленное отключение участка сети при пробое одной из фаз или опасном снижении сопротивления.

Компенсированная нейтраль

Нейтральная точка соединяется с землей через индуктивное сопротивление XL, примерно равное емкостному сопротивлению изоляции Хс, что приводит к образованию "электрической пробки", при которой емкостная проводимость сравнивается с проводимостью индуктивной.

Поскольку они соединены параллельно, суммарная проводимость становится равной примерно 0, а это соответствует бесконечно большому сопротивлению. Величина тока, протекающего через тело человека при прикосновении его к фазному проводу в сети с компенсированной нейтралью, существенно уменьшается.

Пути прохождения тока через организм человека

Наиболее опасно прохождение тока через дыхательные мышцы и сердце. Пути:

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

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

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

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

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

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

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 хотя и сохраняется, но вероятность ее резко снижается.

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.В этом случае через сердце проходит, очевидно, небольшой ток . 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

Рис.1 Пути прохождения тока: а) левая рука – ноги; б) рука – рука; в) правая рука – ноги; г) нога — нога

Влияние постоянного и переменного тока различной частоты на исход поражения

Значения тока проходящего через человека, мА

Характер воздействия

Переменный ток, 50-60 Гц

Постоянный ток

Начало ощущения, легкое дрожание пальцев руки

Не ощущается.

Сильное дрожание пальцев рук. Ощущение доходит до запястья.

Не ощущается.

Легкие судороги в руках, болевые ощущения.

Зуд. Ощущение нагрева.

8,0-10,0

Руки трудно, но еще можно оторвать от электродов. Сильные боли в пальцах, кистях рук и предплечьях.

Усиленное ощущение нагрева

20,0-25,0

Паралич рук, оторвать их от электродов невозможно. Очень сильные боли. Дыхание затруднено.

Еще большее усиление нагрева. Незначительное сокращение мышц рук.

Остановка дыхания. Начало фибрилляции сердца.

Сильное ощущение нагрева. Сокращение мышц рук. Судороги, затруднение дыхания.

90-100

Остановка дыхания. При длительности более 3 сек. Остановка сердца.

Остановка дыхания.

При быстром разрыве цепи даже небольшой постоянный ток (ниже порога ощущения) дает очень резкие удары, иногда вызывающие судороги мышц рук. Наиболее опасен ток частотой 50-60 Гц. Опасность действия тока снижается с увеличением частоты, но ток в 500 Гц не менее опасен, чем в 50Гц.

Эффект действия тока высокого напряжения на организм

Давно были отмечены поразительные случаи выживания людей, подвергшихся действию тока большой силы при высоком напряжении. Основоположник науки об опасности электричества австрийский ученый Еллинек в начале 20 столетия описал случай выздоровления пострадавшего после поражения, которое привело к сгоранию предохранителя на 40А.

Такое парадоксальное несоответствие между силой тока и результатами его действия на организм нашло, однако, исчерпывающее объяснение при испытании действия сильного тока на животных.

Эти испытания показали, что действие тока высокого напряжения вызывает не фибрилляцию, и лишь временную остановку сердца, которое после выключения тока возобновляет свою нормальную деятельность. Измерение силы тока, протекающего непосредственно через сердце (в опытах на собаках), показало, что ток 10-15мА вызывает фибрилляцию; ток 0,8А (через широкие электроды, наложенные по обеим сторонам сердца) фибрилляции не вызывает, а ток силой более 1А способен прекратить фибрилляцию сердца. Способность тока указанной (И большей) величины прекратить фибрилляцию широко используется в настоящее время в клиниках для восстановления деятельности сердца, нарушенной во время операции и от других причин.

Таким образом, выживание людей, оказавшихся под высоким напряжением и подвергшихся действию тока в десятки А, можно объяснить тем, что под действием такого тока не возникает фибрилляции сердца. Столь противоречивые на первый взгляд последствия действия слабого и сильного тока на организм связаны с особенностями реакции сердца на действие тока различной силы.

Прохождение тока 0,1-5А через организм вызывает фибрилляцию сердца и нарушает его работу; более сильный ток не вызывает такого нарушения работы сердца. Кратковременное действие сильного тока вызывает нарушение функции нервной системы, что приводит к длительной остановке дыхания. Однако пострадавший может остаться в живых, если своевременно начать проводить искусственное дыхание.

При более продолжительном действии тока высокого напряжения может наступить смерть из-за физических повреждений, причиняемых таким током (обширные и глубокие ожоги, а также разрушение внутренней структуры тканей организма). Однако известны случаи выздоровления людей после электротравм, вызывающих даже обугливание и последующее выпадение значительных участков костей черепа.

Болезненное состояние организма человека как отягощающий фактор электротравм

Болезненное состояние организма человека вызывает изменения в течение биохимических, биофизических, физиологических и др. процессов, что не может не влиять на исход поражения при электротравме.