3.6 Контрольні питання та завдання

1. За яким законом відбувається розподіл потенціалу на поверхні грунту при стіканні струму у землю крізь одинокий заземлювач?. Обґрунтуйте відповідь.

2. Що таке "напруга дотику" та "напруга кроку"?

3. Як змінюється за мірою вилучення від заземлювача для людини небезпека напруги дотику та небезпека напруги кроку?

4. На яку відстань можна наближатися до місця падіння на землю проводу на відкритій місцевості та у приміщенні?

5. Розгляньте напругу кроку.

6. Розгляньте напругу дотику.

4 Дослідження опору тіла людини електричному струму

Увага! Робота може виконуватись тільки як демонстраційна

4.1 Мета роботи

Метою роботи є експериментальне визначення основних параметрів електричного опору тіла людини шляхом дослідження впливу частоти та сили струму, що проходить крізь тіло людини, а також площини електродів на величину опору.

4.2 Методичні вказівки щодо організації самостійної роботи студентів

Для підготовки до лабораторної роботи необхідно вивчити такі питання:

- фізична модель опору тіла людини електричному струму;

- складові опору тіла людини;

- залежність опору тіла людини від параметрів електричного ланцюга (сили струму, напруги, площі єлектродів, роду струму, частоти змінного струму), стану шкіри та місця дотику єлектродів, фізіологічних чинників та парамет­рів навколишнього середовища;

- еквівалентну схему опору шкіряного покрову та визначення параметрів цієї схеми;

- оцінка ризику ураження людини електричним струмом.

Необхідно чітко уявляти, що повсюдне використання електро­енергії зумовлює той факт, що небезпека ураження електричним струмом людини - найбільш розповсюджена небезпека. У разі експлуатації електро­обладнання можливий дотик людини до металевих частин, що знаходяться під напругою. У цьому випадку струм I_h, що проходить крізь тіло людини, може бути визначений як

Ih=,

(4.1)

де U - напруга, що додана до тіла людини;

Z - повний комплексний опір тіла людини.

Електричний струм має біологічну, термічну, електролітичну чинність та під час проходження крізь тіло людини може бути причиною електротравми та електроудару.

Характерні значення електричного струму наведені в табл. 4.1.

Таблиця 4.1 - Характерні значення струму

Характер впливу	Значення струму, мА
	Змінний струм	Постійний струм
Пороговий відчутний струм	0,5... 1,5	5...7
Пороговий невідпускаючий струм	10...15	50... 80
Пороговий фібріляційний струм	100...500	300... 500
Безумовно смертельний струм	Понад 500	Понад 500

Тіло людини є провідником електричного струму. Різні тканини тіла мають різний об'ємний опір, наприклад, шкіра - 300...2000 кОм*см, м'язева тканина -150...300 Ом*см, кістка - 100...2000 кОм*см, жирова тканина - 3...6 кОм*см, кров - 100...200 Ом*см, спиномозгова рідина -50...60м*см. Можна зробити висновок, що повний опір тіла людини ви­значається опором шкіри, що мас великий опір, та внутрішніх тканин (м'язеві та жирові тканини, кровеносні канали та ін.), опір яких малий.

Шкіра людини складається із зовнішнього шару - епідерміса, що у свою чергу складається з рогового шару (представляє шар ороговелих клі­ток, опір у сухому та незабрудненому стані 10..100 мОм*см, можна роз­глядати як діелектрик) та росткового шару (складається із живих кліток, опір невеликий), та внутрішнього шару - дерми, що є власне шкірою (жива тканина, тут знаходяться кровеносні судини, нерви, корені волосся, потові та сальні залози, виводні протоки яких пронизують епідерміс, опір дерми малий).

З урахуванням сказаного, повний опір тіла людини, що доторкнувся до електродів (струмоведучого провідника, металевих частин електрооблад­нання та ін.), можна уявити еквівалентною електричною схемою, наведеної на рис. 4.1, де R_К - активний опір шкіри, С_К - ємність, освічена електрода­ми, зовнішнім та внутрішнім шарами шкіри, R_В - опір внутрішніх тканин тіла людини.

Повний опір тіла людини можна визначити за формулою

Z=2ZK + RВ,

(4.2)

де Z_K – повний опір шкіряного покрову.

З (4.2) одержуємо, що опір шкіряного покрову Z_K дорівнює

(4.3)

R_k

R_k

Rr_В

c_А

R_в

C_k

C_k

U

Рис. 4.1- Еквівалентна схема опору тіла людини електричному струму

У свою чергу з еквівалентної схеми (рис.4.1) випливає, що

; ,

(4.4)

де Х_K — ємнісний опір шкіри;

f, ω - частота та кругова частота відповідно струму, що проходить крізь тіло людини.

Рекомендується провести аналіз зміни опору тіла людини у залежності від частоти, сили та шляху проходження крізь тіло людини електричного струму, часу проходження струму крізь тіло людини, доданої напруги, тем­ператури та вологості, забруднення шкіри.

З (4.4) випливає, що для вимірювання внутрішнього опору R_B можна використати струм високої частоти — із зростанням частоти струму ємніс­ний опір шкіри зменшується. У разі високих частот внутрішній опір може бути прирівнено повному опору

RВ=Z, у разі f 20 кГц.

(4.5)

У разі зменшення частоти ( f → 0) ємнісний опір зростає та виявля­ється значно більшим від активного опору шкіри R_K. Опір шкіри тіла люди­ни можно обчислити за формулою

,

(4.6)

де Z (0) — повний опір тіла людини постійному струму.

Для визначення величини Z(0) використовується засіб екстраполяції.

Прийнявши С_К - ємність конденсатора у "мкФ", f - частоту струму в "кГц", R_k - активний опір шкіри в "кОм", можна визначити величину повно­го опору шкіри змінному струму в "кОм"

;

(4.7)

За формулою (4.7) можна отримати вираз для розрахунку ємності зов­нішнього шару шкіри

(4.8)

Для самостійної роботи у процесі підготовки до лабораторної роботи рекомендується література [2, 3, 6, 7].