Якісні рівні дії змінного струму промислової частоти на людину, яка торкається рукою до електроду, що перебуває під напругою

Якісні рівні	Сила струму,мА	Характерна дія струму промислової частоти
	0,3	Невідчутний долонями рук струм при напрузі Uд = 2,0 В.
	0,6 – 1,5	Відчуття струму як свербіння шкіри (“пороговий відчутний струм”), легке тремтіння пальців рук
	1,5 – 4	Суттєве свербіння шкіри, злегка зводить м’язи, тремтіння пальців рук
V	4 – 6	Ледве відчутне скорочення м’язів, слабкі болі кисті та всієї руки до передпліччя, сильне тремтіння пальців рук
V	6 – 10	Відчутне скорочення м’язів, судороги в руках, що супроводжується сильним болем всієї руки, включаючи передпліччя, руку важко, але ще можна відірвати від електроду (“відпускаючий струм”).
V	10 – 15	Ледве витривала біль всієї руки, руку неможливо відірвати від електроду (“пороговий невідпускаючий струм”).
V	15 – 30	Судомне скорочення м’язів при їх надто сильних болях, руки паралізуються майже миттєво, утруднення дихання, але без порушення ритму серцебиття.
V	30 – 50	Дуже сильна біль в руках і в грудях. Дихання крайнє утруднено. Виникає порушення ритму серцебиття або дихання, або дихання і серцебиття. При тривалій дії струму може наступити параліч дихання, послаблення діяльності серця з втратою свідомості.
X	50 – 90	Дихання паралізується через декілька секунд. Порушується робота серця. При тривалому протіканню струму може наступити фібриляція роботи серця (невпорядкованість скорочень м’язів серця).
X	100	Шоковий стан (суперпозиція глибокого порушення роботи серця, дихальних функцій та обміну речовин) викликає через 2 – 3 с фібриляцію роботи серця, а ще через декілька секунд – параліч серця та клінічну смерть. При відсутності реанімаційних заходів через 5 – 7 хв наступає біологічна смерть (“пороговий фібриляційний струм”).
X	300	Швидка клінічна смерть з ознаками серйозного пошкодження струмом організму, що зокрема проявляється в тромбозі кровоносних судин та осередковим крововиливам селезінки.
X	Більше 5000	Дихання паралізується через долі секунди. Фібриляція роботи серця, як правило, не наступає. Можлива тимчасова зупинка серця в період протікання струму (декілька секунд). Спостерігаються тяжкі опіки, руйнування тканин і органів.

Примітка. Дані, наведені в табл.1 відповідають проходженню струму через тіло людини по шляху рука – рука або рука – ноги. Таблиця складена на основі статистичних даних, тому можна говорити лише про ймовірність настання тих чи інших фізіологічних і клінічних ефектів (імовірність відчуття струму, імовірність фібриляції тощо).

Аналізуючи табл. 1, зазначимо, що при змінному струмі (50 Гц) невідпускаючий струм для різних людей і та їх різноманітних станів перебуває в межах 10 – 25 мА, а фібриляційний струм – 50 мА – 5 А, причому середнє значення порогового фібриляційного струму становить близько 100 мА. Струм понад 5 А викликає раптову зупинку серця, минаючи стан фібриляції.

Значення порогового фібриляційного струму ix, xX у різних людей має неоднакові значенняякі лежать в діапазоніX = 50 – 350 мА. Аналіз неперервного розподілу ознаки X, xXпоказує, що генеральна сукупність моделюється нормальним розподілом

f(x) = 1/( ) exp (– ). (5)

Зокрема, пороговий відчутний струм x (0,6 – 1,5 мА) характеризується нормальним (гауссовим) законом розподілу з математичним сподіванням (генеральною середньою) mM(X) = 1,1 мА і середнім квадратичним відхиленням  (X) = 0,154 мА. Відповідно пороговий невідпускаючий струм, уточнений діапазон якого x (5 – 25 мА), має статистичні оцінки, яким відповідають такі параметри теоретичного розподілу: m = 14,9 мА,  = 3,19 мА .

Звертаємо увагу читачів, що немає прямої лінійної функціональної залежності наслідків ураження електричним струмом і параметрів електричного кола. Ця залежність явно нелінійна.

У більш загальному випадку залежність наслідків ураження електричним струмом і параметрів електричного кола – стохастична. Стохастичний зв’язок між випадковими величинами YіX(розподіл змінної Yяк результат змін X) є найбільш загальний в природі, суспільстві та техносфері. У даному конкретному випадку на результат ураження людини електричним струмом впливають безліч факторів зовнішнього середовища, а також параметрів управління організмом на рівнях центральної нервової та периферичної систем (умовні та безумовні рефлекси), а також на нижньому гуморальному рівні, який здійснюється на основі гомеостазу. Гемеостатичне управління пов’язане з вегетативними функціями в організмі, які повинні забезпечувати постійність фізіологічних констант організму (температури тіла, частоти серцевих скорочень, артеріального тиску, складу крові за концентрацією еритроцитів, лейкоцитів, кисню та вуглекислого газу тощо). Проходження струму призводить до агрегації елементів крові, виникнення тромбів, порушення кровопостачання тканин і органів, зокрема до осередків пневмонії, навіть до інфаркту легенів. Дія струму на людину, як саморегулюючу систему, призводить до порушення нервових і фізіологічних процесів, механізми яких вивчені ще недостатньо.

Відповідно до закону Ома, падіння напруги на людині зумовлює величину сили струму, який протікає через людину за певного значення опору тіла. Гранично допустима напруга та сила струму, яка протікає через тіло людини при нормальному (неаварійному) режимі електроустановки стандартної частоти не повинні перевищувати значень, відповідно рівних U = 2,0 В, I = 0,3мА .

Повний електричний опір тіла людиниZ_т змінному струму в загальному випадку є величиною змінною та залежить від багатьох факторів. Зокрема, збільшення проміжку часу t проходження струму через тіло людини зменшує її опір Z_т. Зі збільшенням прикладеної напруги U опір тіла людини також зменшується. За законом Ома (I = U/ Z_т), зменшення опору тіла людини Z_т призводить до збільшення сили струмуI. Це створює ще більшу небезпеку ураження електричним струмом.

Очевидно, що активний опір кола людини R_h являє собою еквівалентний опір декількох елементів, включених послідовно: це опір тіла людини r_т.л.R_т , опір одягу r_од. , опір підошви взуття r_вз. і опір опорної поверхні ніг r_оп. (підлоги або ґрунту), тобто

R_h= r_т.л. + r_од. + r_вз. + r_оп. (6)

Середній реальний опір тіла дорослих чоловіків становить 1,5 кОм, а жінок – у півтора рази менше, що пояснюється відміною в товщині шкіри, в концентрації міжклітинної рідини та особливостями фізіологічних процесів. Тимчасом для практичних розрахунків опір тіла людини R_твважають стабільним, лінійним, активним і рівним 1000 Ом (1 кОм).

Електричний опір тіла людини Z_т змінному струму має активно-ємнісний характер за рахунок шаруватої будови шкіри та її відносно великого опору, який на три-чотири порядку більше ніж опір м’язової тканини. Повний опір Z_тзалежить від активного внутрішнього опоруR_шшкіри, ємнісного опору Xшарів шкіри і активного внутрішнього опору R_ттіла людини. При малих напругах дотику (до 50 В) змінного струму частотою 50 Гц загальний опір тіла людини чисельно рівний 6 – 100 кОм та визначається розрахунковою формулою:

Z_т = 2 R_ш + R_т (7)

Як бачимо, при розрахунках нехтують ємнісним опором тіла людини

X_с = 1 / 2fC, (8)

де f = 50 Гц – промислова частота змінного струму, C = 100 – 200 пФ – електрична ємність тіла людини. При збільшенні напруги дотику до 50 В і вище виникає електричний пробій шкіри, а загальний опір тіла людини зменшується до активного опору тіла (Z_т = R_т ).

Опір тіла людининелінійно залежить від фізичних, біофізичних і біохімічних чинників, зокрема зменшується при збільшенні площі контакту зі струмопровідними частинами, при нагріванні верхнього шару шкіри, його забрудненні та потовиділенні, що відбувається при збільшенні сили струму та тривалості його протікання. Зі збільшенням напруги загальний опір тіла людини зменшується за емпіричним законом:

Z_т = 2,38  10⁵ U^-2,1 exp (0,0012 U), (9)

де U – напруга, прикладена до людини (рис. 2.2). Реальний активний опір тіла людини істотно залежить від прикладеної напруги. Так, якщо при напрузі в декілька вольт опір тіла людини перевищує 10000 Ом, то при напрузі 100 В він знижується до 1500 Ом, а при напрузі більше 1000В – до 300 Ом.

Наступними електричними факторами є частота і рід струму. Дослідження показали, що найбільш небезпечні струми лежать в діапазоні частот 20 – 200 Гц. З підвищенням частоти fнебезпека ураження струмом зменшується та повністю зникає при частоті 450 – 500 кГц, проте виникає такий шкідливий виробничий чинник, як електромагнітне високочастотне випромінювання, яке може викликати термічні, морфологічні та функціональні зміни в організмі людини.

До 400 – 600 В постійний струм, який характеризується тепловою дією, відносно менш небезпечний, ніж змінний промислової частоти. Для постійного струму опір тіла людини носить омічний характер. Омічний опір менше ніж активний опір, а тим паче чим повний опір кола. Проте при напругах U> 600 В постійний струм значно більш небезпечний, ніж змінний, зокрема в режимах замикання та розмикання.

________________________________________________________________________________

4.Фактори та чинники неелектричного характеру.

До факторів і чинників неелектричного характеру відносяться: шлях струму через людину, час дії струму, чинник раптовості, індивідуальні особливості та стан організму, чинники виробничого середовища. При опрацюванні цих питань студентам необхідно звернути увагу на таке.

Імовірність смертельного ураження струмом збільшується за умови, яким шляхом він пройде через тіло людини. Це так звані “петлі струму”: “рука – рука” (40 % випадків), “права рука – ноги” (20 %), “ліва рука – ноги” (17 %), “нога – нога” (8 %). Інші петлі зустрічаються рідше .

Аналіз нещасних випадків електротравматизму показує, що тривалість проходження струмучерез організм суттєво впливає на наслідки ураження: чим довше діє струм, тим більша вірогідність тяжкого чи смертельного наслідку. Дійсно, тяжкість ураження збільшується зі зростанням проміжку часу t дії струму за рахунок електролітичних процесів в тканинах, зволоження шкіри від поту (при цьому опір тіла зменшується, а сила струму збільшується), електричному пробою шкіри, послаблення захисних сил організму, порушенні функцій центральної нервової системи, зміною складу крові, місцевим руйнуванням тканин організму під впливом теплоти, яка виділяється. Окрім цього порушується робота серця, легень та інших важливих органів. Зокрема підвищується вірогідність збігу амплітуди чи імпульсу струму з фазою Т (t = 0,2 с) кардіоциклу, тобто фазою розслаблення серцевих м’язів.

На наслідки ураження електричним струмом впливає мікроклімат – клімат приземного шару повітря. Тяжкість електротравми очевидно залежить від температури, тиску повітря та його вологості. Зокрема, зі збільшенням температури і відносної вологості повітря зменшується загальний опір тіла людини Z_т . Дослідженнями встановлено, що зі збільшенням атмосферного тиску та концентрації кисню небезпека ураження зменшується. Наявність мікрофлори, хімічних домішок посилює небезпеку, а електричне поле зменшує чутливість організму людини до струму. Зазначимо, що фактори виробничого середовища (температура та вологість повітря, його забрудненість, іонізуючі випромінювання тощо) частково унормовані ПУЕ.

Усвідомленість загрози ураження струмом налаштовує систему управління організмом порівняно з неусвідомленою загрозою на підвищення порогових струмів на 30 – 50 %. Це означає, що чинник, пов'язаний з електричним опором тіла людини, при усвідомленій загрозі збільшується.

Статистичні дані свідчать про те, що більше потерпають від дії струму холерики і меланхоліки, люди з серцево-судинними, легеневими, психічними, наркотичними захворюваннями.

Чинник раптовості – є психологічним чинником, який негативно впливає на наслідки ураження електричним струмом. Якщо людина підготовлена до електричного удару (“чинник уваги” підвищений), то небезпека різко знижується, тобто причина криється в людському чиннику .Очевидно, суттєву роль відіграють індивідуальні особливості людини та стан його організму: фізичний стан, стан нервової системи, чинник уваги тощо

Відповідно з ПУЕ розрізняють три категорії виробничих приміщень за ступенями небезпеки ураження людей електричним струмом:

1. Приміщення без підвищеної небезпеки, в яких відсутні умови, що створюють підвищену або особливу небезпеку.

2. Приміщення з підвищеною небезпекою, які характеризуються наявністю в них одного з наступних умов (і, відповідно, факторів [33]), що створюють підвищену небезпеку:

а) вогкості ( 75 %) або струмопровідного пилу (металевого, вугільного, графітового тощо);

б) струмопровідної підлоги (металевої, земляної, залізобетонної, цегляної тощо);

в) постійної або тривалий час (більше однієї доби) високої температури (t 35C);

г) можливості одночасного доторкання людини до електропровідної стіни, або до маючих з’єднання зі землею металоконструкцій будівлі, технологічних апаратів, механізмів тощо, з одного боку, і до металевих корпусів електрообладнання, – з іншого боку.

3. Приміщення особливо небезпечні, якіхарактеризуються наявністю одного із наступних умов, що створюють особливу небезпеку:

а) особлива вогкість, тобто відносна вологість повітря  в приміщенні близька 100 % (стеля, стіни, підлога та предмети в приміщенні покриті вологістю;

б) хімічно активне або органічне середовище (приміщення, в яких постійно або тривало наявні агресивні пари, гази, рідини, утворюються відкладення або плісняви, які руйнують ізоляцію і струмопровідні частини електрообладнання);

в) одночасно двох або більше умов підвищеної небезпеки.

Очевидно, внутрішні або зовнішні електроустановки, які експлуатуються на відкритому повітрі або під навісом, прирівнюються до електроустановок в особливо небезпечних приміщеннях.

________________________________________________________________________________