3.2. Воздействие электричества на организм человека

Электрический ток действует на организм человека свое­образно. Прямое или непосредственное действие проявляется не только в месте соприкосновения тела человека с токоведущей частью электроустановки, но и по всему пути тока. При прямом действии тока возникают такие поражения, как ожоги, электрические знаки (метки), электрометаллизация кожи. Наи­более опасны поражения внутренних органов, особенно когда ток непосредственно проходит через области сердца или дыха­тельного центра, вызывая соответственно нарушения ритма работы сердца или остановку дыхания, что может обусловить смертельный исход.

Одновременно с этим большое значение при электротравме имеет рефлекторное действие тока, так как протекающий через тело человека ток вызывает возбуждение обширных областей нервных тканей. Если центральная нервная система справля­ется с раздражением, возникает активная ответная реакция (двигательная реакция, усиленное потовыделение, испуг и т.п.). Если раздражение превышает пределы выносливости централь­ной нервной системы, происходит опасное нарушение деятель­ности жизненно важных органов.

Ответная реакция организма на действие электрического тока зависит от целого ряда факторов: величины и рода тока, протекающего через тело человека; длительности воздействия, частоты и пути тока; состояния кожного покрова при контакт­ной электротравме, площади соприкосновения с током и токо-ведущими частями; физического и психического состояния че­ловека и т. д.

Степень воздействия электрического тока на человека при­нято классифицировать следующим образом.

Ощутимый ток — значение тока, который вызывает при прохождении через организм ощутимые раздражения. Средние значения ощутимого переменного тока частотой 50 Гц, подан­ным МГИ, оцениваются диапазоном 0,8—1,8 мА, средние значе­ния ощутимого постоянного тока примерно в 3,5—4 раза больше. Наиболее активным в физиологическом отношении является ток с фазовыми отсечками, присущий электроустановкам с тири-сторной техникой. Следующим по степени активности является пульсирующий ток при однополупериодном выпрямлении. Пульсирующий ток при двухпериодном выпрямлении по сте­пени активности несколько уступает переменному току часто­той 50 Гц, но превосходит постоянный ток.

Отпускающий ток — значение тока, при котором человек сохраняет способность самостоятельно освободиться от кон­такта с частями, находящимися под напряжением. Средние зна­чения отпускающего переменного тока частотой 50 Гц, по дан­ным МГИ, оцениваются диапазоном 4—8 мА, т. е. примерно в 4 раза превышают средние значения ощутимого тока. Сред­ние значения отпускающего постоянного тока примерно в 3,5— 4 раза больше. Степень активности пульсирующего тока при двухполупериодном выпрямлении аналогична изложенной выше.

Неотпускающий ток — значение тока, который вызывает при прохождении через тело человека непреодолимые судорожные сокращения мышц рук, в которых зажаты проводники, т. е. человек теряет способность самостоятельно освободиться от ^контакта с токоведущими частями и подвергается смертель­ной опасности при длительном воздействии тока. По данным МГИ, средние значения неотпускающего тока примерно в 2 раза больше значения отпускающего тока, т. е. для перемен­ного тока частота 50 Гц может быть оценена диапазоном 8— 16 мА.

Смертельный ток—значение этого тока большинством спе­циалистов оценивается уровнем 100 мА и более, однако иссле­дования последних лет заставляют усомниться в правильности этой оценки и снижают ее порой в 3—4 раза.

Как отмечалось выше, одним из видов электропоражений являются нарушения работы сердца. Преобладающим видом таких нарушений считается фибрилляция, т. е. такое состояние сердца, когда вместо ритмичных сокращений, происходящих в определенной последовательности, наступают частые, беспо­рядочные, разновременные сокращения многочисленных воло­кон сердечной мышцы. Число таких сокращений доходит до 700 за 1 мин, т. е. в 10 раз превышает нормальный ритм работы сердца, в результате чего оно перестает перекачивать кровь, что приводит организм к гибели. Единство точек зрения по оценке значений фибрилляционного тока в литературе отсут­ствует. По оценке МГИ, наименьшие значения фибрилляцион­ного тока составляют 24—28 мА.

Чем меньше продолжительность воздействия тока на орга­низм человека, тем меньше опасность поражения. Для опреде­ления предельно допустимых токов (мА) Международной электротехнической комиссией рекомендована формула

где t — длительность воздействия тока на человека, с.

Формула (3.1) рекомендована для t>0,1 0,2 с. Для дли­тельностей воздействия t<0,1 с ИГД им. А. А. Скочинского и МИИТ предложены формулы

В соответствии с ГОСТ 12.1.038—82 при нормальном (не­аварийном) режиме электроустановки напряжения прикосно­вения и токи, протекающие через тело человека, не должны превышать значений: для переменного тока 50 Гц U = 2 В и I=0,3 мА; для постоянного тока U = 8 В и I=1 мА.

Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов при аварийном режиме электроустановок напряжением до 1000 В с заземленной или изолированной нейтралью и выше 1000 В с изолированной нейтралью не должны превы­шать значений, указанных в табл. 3.1.

Основными факторами, определяющими проходящий через тело человека ток, являются напряжение прикосновения U_np и полное сопротивление тела человека Z_чел.

Действующие электротехнические и отраслевые правила не нормируют предельно допустимые величины U_пр, однако, как следует из табл. 3.1, рекомендуемое значение U_пр для дли­тельного воздействия (1 с и более) переменного тока 50 Гц составляет 36 В. Это значение несколько меньше уровня U_ap (порядка 40—45 В), признаваемого рядом специалистов в ка­честве оценки предельно допустимого U_np, так как при этих значениях начинает наблюдаться специфическое для живой ткани явление типа частичного пробоя кожных покровов.

Электрическое сопротивление тела человека является нели­нейной величиной, зависящей от многих факторов: приложен­ного напряжения, состояния кожного покрова, места и пло­щади контакта, формы токоведущей части, с которой происходит соприкосновение, и т. д. Экспериментальные иссле­дования последних лет позволили уточнить характеристики этого важного параметра. Установлено, что в пределах допус­тимых напряжений сопротивление 2_чел уменьшается при уве­личении воздействующего напряжения. Эта функциональная зависимость описывается законом убывающей квадратичной параболы, причем при возрастании напряжения на 1 В проис­ходит уменьшение величины примерно на 0,1 кОм, что весьма значительно. При напряжениях порядка 40—45 В (с учетом индивидуальной чувствительности) наступает пробой кожных покровов, определяющих основное сопротивление в цепи тока через человека, после чего сопротивление тела человека практически равно сопротивлению внутренних тканей (менее 1 кОм).

По данным МГИ, при расчете электроустановок шахт и рудников на электробезопасность, учитывая высокую влаж­ность подземной атмосферы, наличие токопроводящей пыли, специфику условий труда, величину сопротивления тела чело­века следует принимать при напряжении: до 1000 В — 0,8 кОм; выше 1000 В —0,5 кОм.

Если оценивать опасность путей тока, протекающего через сердце, наиболее опасными считаются пути голова — руки, голова — ноги, правая рука — ноги. По величине тока более опасным является путь рука — рука (верхняя петля) по срав­нению с путем нога — нога (нижняя петля). По величине на­пряжения пути рука — ноги, руки — ноги и нижняя петля равноопасны или более опасны, чем путь по верхней петле.

До последнего времени считалось, что наиболее опасен для человека электрический ток частотой 50—60 Гц. Исследования, выполненные в СССР, позволили уточнить эти данные. Ниже (по данным МГИ) приведены значения отпускающих токов для различных частот.

С ростом частоты тока от 50 Гц до 15 кГц величины отпус­кающих токов возрастают, за исключением частоты 200 Гц, которая может рассматриваться как наиболее физиологически активная. Зависимость отпускающих токов I_отп от частоты f (в пределах 200—15000 Гц) выражается формулой

где k≈0,45 — коэффициент, зависящий от условий воздействия и площади контакта с токоведущими частями.

По исследованиям Читинского политехнического института (ЧПИ), наиболее физиологически активными являются час­тоты 1 и 7—8 Гц, причем характер ощущений при воздействии токов этих частот более болезненный по сравнению с токами промышленной и повышенных частот.

При оценке условий электропоражений важное значение имеет площадь контакта с токоведущей частью электроуста­новки. При увеличении поверхности соприкосновения электри­ческое сопротивление тела человека уменьшается, что увеличи­вает воздействующий ток и, следовательно, опасность электропоражения.

В специфических условиях шахт и рудников при оценке условий электробезопасности необходимо учитывать микро­климат подземных выработок, особенно температуру и влаж­ность подземной атмосферы. При повышении температуры окружающей среды электрическое сопротивление тела человека

Рис. 3.1. Схема двух­фазного прикосновения

снижается, воздействующий ток возрастает, что обусловливает рост опасности электропоражения. Аналогичная картина на­блюдается при повышенной влажности окружающей среды, особенно при увлажнении кожи.

Наконец, при оценке условий электробезопасности нельзя не учитывать состояние человека. Подземные горные работы характеризуются специфическими условиями трудоемкости, за­ставляющими считаться с фактором усталости шахтеров. Обыч­ная рядовая работа в условиях шахты и рудника является напряженной и требует значительных усилий. Усталость приво­дит к ослаблению внимания к опасностям производственного характера, к неточным замедленным движениям. Как показы­вает статистика, в последние часы рабочих смен частота электротравм возрастает, что объясняется влиянием фактора усталости. Следовательно, эксплуатация подземных электро­установок требует напряженного внимания персонала в тече­ние всего периода работы.