Раздел V. Безопасность в отрасли.

 Глава 5.1. Действие электрического тока на организм человека.

1	§1. Электропроводность живой ткани.
2	§2. Сопротивление тела человека.
3	§3. Сопротивление цепи человека.
4	§4. Действие электрического тока на живую ткань.
5	§5. Виды электротравм.
6	§6. Факторы, влияющие на опасность поражения током.

 Глава 5.2.   Анализ опасности поражения электрическим током.

1	§1. Явления, возникающие при замыкании на землю.
2	§2. Анализ опасности напряжения прикосновения.
3	§3. Анализ опасности напряжения шага.
4	§4. Анализ опасности однофазных сетей переменного тока.
5	§5. Сравнительный анализ опасности трехфазных сетей с изолированной и глухо-изолированной нейтралью напряжением до 1000 В.
6	§6. Анализ опасности в сетях напряжением выше 1000В.

§1. Электропроводность живой ткани.

Организм человека можно отнести к группе своеобразных полимеров – биополимеров, это химические соединения, состоящие из большого числа структурных единиц.

Основная особенность живой ткани (как и всего организма в целом) состоит в непрерывно совершающемся обмене веществ.

Живая ткань, особенно ткань нервной системы, обладает сложнейшей комплексной электропроводностью, включающей все известные виды проводимости и обусловленной не только физическими или химическими процессами, но и сложнейшими биофизическими, биохимическими процессами.

Электропроводность живой ткани включает в себя:

1) Ионную проводимость, т.к. большинство тканей человека содержит большое количество воды (до 65% массы), поэтому живую ткань можно рассматривать как электролит, то есть раствор, который разлагается на ионы под действием электрического тока и в процессе обмена веществ.

2) Электронную проводимость – живую ткань нельзя уподобить металлическому проводнику, т.к. в биополимерах нет свободных электронов. Но у вещества нервной ткани и мозга имеется слабая связь электронов с атомами и поэтому при внешних воздействиях, например, при высокой температуре, происходит отрыв электронов от атомов и их блуждание по молекуле, то есть электронная проводимость присутствует.

3) Электронно-дырочная проводимость, как у полупроводников, то есть резонансный перенос энергии электронного возбуждения между возбуждённой и не возбуждённой клетками. Явление межклеточной миграции (перемещения) энергии объясняется именно этой проводимостью.

Т.о. тело человека можно рассматривать как проводник особого рода.

§2. Сопротивление тела человека.

Если человек попал под напряжение, и имеется замкнутая цепь, то по этой цепи начинает протекать ток, при этом тело человека оказывает сопротивление этому току.

Сопротивление тела человека является переменной величиной, зависящей от множества факторов  (параметров электрической цепи, физического и психического состояния человека, состояния окружающей среды).

Разные ткани тела человека оказывают току разное сопротивление:

1) Кожа, кости, хрящи, сухожилия , жировая ткань – большое 3000 – 20000 Ом/м;

2) Мышцы, кровь, лимфа, особенно спинной и головной мозг – малое 0,5 –1,0 Ом/м.

Кожа имеет наибольшее удельное сопротивление, поэтому сопротивление тела человека определяется главным образом сопротивлением кожи человека.

Строение самой кожи сложно.

Кожа состоит из:

1) Наружного слоя (эпидермиса), который сам состоит из пяти слоев;

2) Внутреннего слоя (дермы).

Роговой слой наружного слоя лишен кровеносных сосудов и нервов и по этому имеет наибольшее сопротивление.

Другие слои наружного слоя и дермы имеют значительно меньшее сопротивление и по этому, сопротивление кожи в основном определяется сопротивлением рогового слоя.

Состояние кожи очень сильно влияет на сопротивление. Наибольшее сопротивление оказывает чистая, сухая, неповрежденная кожа (10 000 – 100 000 Ом). Любые царапины, порезы, микротравмы могут снизить сопротивление тела человека до значения внутреннего сопротивления, что безусловно увеличивает опасность поражения электрическим током. Тоже при увлажнении, загрязнении кожи.

Таким образом, сопротивление тела человека можно условно считать состоящим из трех последовательно включенных сопротивлений: двух сопротивлений наружного слоя (эпидермиса), и одного сопротивления внутренних тканей и внутренних слоев кожи (дермы).

 

Эквивалентная схема Rт.ч.

 

Zэ – состоит из активного Rэ и емкостного Xс = 1/wСэ, обусловленного тем, что в месте приложения электрода к телу образуется как бы конденсатор, обкладками которого является электрод и хорошо проводящие ткани человека, а диэлектриком, разделяющим обкладки – эпидермис.

 

1 – электроды

2 - роговой слой

3 - ростковый слой

4 - эпидермис

5 - дерма

6 - подкожные ткани тела

7 - внутренние ткани

ε – диэлектрическая проницаемость (100-200)

ε₀ – электрическая постоянная (8,85*10^-12 Ф/м.)

S – Площадь электродов [м²];

d_э – толщина эпидермиса [м];

ρ_э – удельное сопротивление эпидермиса (10⁴ –10⁵ Ом?м);

Сопротивление внутренних тканей считается чисто активным, хотя строго говоря, имеет емкостную составляющую практически не зависит от площади электродов, частоты, напряжения, тока и Rв≈500 – 700 Ом.

Зависит от длины и поперечного сечения участка тела и от удельного сопротивления внутренних органов Rв.

Эквивалентная схема сопротивления Z тела человека:

В комплексной форме после преобразования:

В действительной форме:

Упрощаем:

При малом сопротивлении тела человека:

Упрощенная схема.

 

Сопротивление тела человека зависит от:

1) Индивидуальных особенностей человека, даже у одного итого же человека в разное время и в разных условиях сопротивление разное, в зависимости от физического и психического состояния;

2) От пола – у женщин меньше, чем у мужчин. Объясняется толщиной кожи.

3) От возраста – у детей меньше, чем у взрослых и стариков. Объясняется толщиной и степенью огрубления кожи.

4) От внешней среды – температуры, давления, плотности.

5) От состояния кожи – загрязнения, ранения, увлажненности и т.п.

6) От внешних неожиданно возникающих раздражителей – болевые (удары, уколы), световые, звуковые снижают сопротивление тела человека на 20 – 50% на несколько минут.

Таким образом, сопротивление тела человека – нестабильно, не линейно. В расчетах же для упрощения принимают, сопротивление тела человека – стабильным линейным и активным, равным 1000 Ом.

 

Зависимость сопротивления тела человека от приложенного напряжения.