§ 38. Электрическое сопротивление тела человека

Прикосновение человека к токоведущим частям электроустановки вызывает протекание через него тока, сила которого и соответственно исход поражения зависят от напряжения электроустановки и электрического сопротивления тела человека.

Основным фактором, определяющим сопротивление тела человека, является кожа, ее роговой наружный слой, в котором нет кровеносных сосудов и который обладает очень большим удельным сопротивлением (около 10^б Ом- см). Этот плохо проводящий ток наружный слой кожи, прилегающий к электроду, и внутренняя ткань, находящаяся под этим слоем, как бы образуют обкладки конденсатора емкостью С с сопротивлением изоляции г„. Сопротивление г_н и емкость С зависят от площади электродов (площадь контакта), с ростом последней сопротивле­ние г_н уменьшается, а емкость С увеличивается. Поэтому увеличение площади контакта приводит к уменьшению полного сопротивления наружного слоя кожи.

На участке между двумя электродами общее электрическое сопротивление тела человека состоит из сопротивлений двух наружных слоев кожи, касающихся электродов, и внутреннего сопротивления г_в остальной части тела. Опыты показали, что внутреннее сопротивление тела человека можно рассматривать как чисто активное. Таким образом, для пути тока «рука — рука» общее электрическое сопротивление тела может быть представле­но схемой замещения, приведенной на рис. 19. Это сопротивление включает в себя последовательное соединение двух наружных сопротивлений кожи рук и внутреннего сопротивления тела. С увеличением частоты тока / из-за уменьшения реактивного сопротивления наружного слоя кожи х_с=//соС, где ю = 2л/^: — угловая частота, сопротивление человека уменьшается и при больших частотах (более 10 кГц) практически становится равным внутреннему сопротивлению г_ъ.

Между током, протекающим через тело человека, и вызвав­шим его напряжением существует нелинейная зависимость: с увеличением напряжения ток растет быстрее. Это объясняется главным образом нелинейностью электрического сопротивления тела человека. Так, при напряжении на электродах 40—45 В в на­ружном слое кожи возникают значительные напряженности электрического поля, при которых полностью или частично происходит пробой наружного слоя, что снижает полное сопротивление тела человека. С увеличением электрического напряжения полное сопротивление тела человека уменьшается (рис. 20) и при напряжении 120—140 В падает до значения внутреннего сопротивления. В практических расчетах по

123

1,0	0,5	0,2	0,1	0,08...0,01
50	100	250	500	650
200	250	400	500	650

t, с

/~ , мА

/₌, мА

Как показывает статистика электротравматизма, в исходе поражения током большое значение имеет его путь. Поражение будет более тяжелым, если на пути тока оказываются сердце, грудная клетка, головной и спинной мозг. В практике обслуживания электроустановок ток, протекающий через тело человека, попавшего под напряжение, идет, как правило, по пути «рука — рука» или «рука — ноги». Однако он может протекать и по другим путям, например, «голова — ноги», «спина — руки», «нога — нога» и др. Степень поражения в этих случаях зависит от того, какие органы человека попадут под воздействие тока, а также силы тока, проходящего непосредственно через сердце. Так, при протекании тока по пути «нога — нога» через сердце проходит 0,4% общего тока, а по пути «рука — рука» — 3,3%. Сила неотпускающего тока по пути «рука — рука» приблизитель­но в 2 раза меньше, чем по пути «рука — ноги».

Исследования по определению влияния рода тока на опасность поражения человека показали, что переменный ток частотой 50 Гц является самым неблагоприятным. При увеличении частоты (более 50 Гц) сила ощутимого и неотпускающего токов возрастает. Так же растет сила этих токов и при уменьшении частоты. Но заметное увеличение силы этих токов наблюдается только на частотах ниже 30 и выше 100 Гц. Так, значения силы фибрилляционного тока при 400 Гц примерно в 3,5 раза превышают таковой при частоте 50 Гц. Поэтому повышение частоты тока применяют как одну из мер повышения электробезопасности.

Условия электробезопасности зависят и от параметров окружающей среды производственных помещений (влажность, температура, наличие токопроводящей пыли, материала пола и др.). Тяжесть поражения электрическим током зависит от плотности и площади контакта человека с частями, находящими­ся под напряжением. Во влажных помещениях или наружных электроустановках складываются неблагоприятные условия, при которых улучшается контакт человека с токоведущими частями (увеличивается площадь контакта). Наличие заземленных металлических конструкций и полов приводит к тому, что человек практически постоянно связан с одним полюсом (землей) электроустановки. В этом случае любое прикосновение человека к токоведущим частям сразу приводит к двухполюсному включению его в электрическую цепь. Токопроводящая пыль также создает условия для хорошего электрического контакта как с токоведущими частями, так и с землей.

122

а) б)

Рис. 21. Схема двухполюсного прикосновения человека: а — в однофазной сети; б — в трехфазной сети

постоянного тока или однофазной сети /_ч=£/_ра6//?_ч, где U_pa6 — рабочее напряжение сети; /?_ч — электрическое сопротивление тела человека; в трехфазной сети /_Ч=УЗ U/R₄, где U — фазное напряжение сети.

Как видно из приведенных формул, сила тока, протекающего через тело человека, зависит только от напряжения сети и сопротивления человека. В этом случае единственной мерой, повышающей безопасность обслуживающего персонала, может быть понижение рабочего напряжения сети. Однако по техническим условиям напряжение питания отдельных блоков ЭВМ устройств ВЦ составляет такие величины, при которых сила тока, протекающего через тело человека, превышает пороговое значение силы неотпускающего тока и достигает значений фибрилляционных токов.

Как показывает анализ случаев электротравматизма при эксплуатации промышленных установок, двухполюсное касание встречается относительно редко. Значительно чаще имеет место однополюсное (однофазное) прикосновение в изолированных и глухозаземленных сетях.

Рис. 22. Прикосновение человека к изолированной однофазной сети: а — схема прикосновения; б —.эквивалентная схема замещения

На рис. 22, а показана изолированная от земли однофазная сеть, провода / которой касается человек. Через г\ и г₂ обозначе­ны сопротивления изоляции проводов 1 и 2 сети относительно земли.

125

R_4r к Ом

\
\	^—	.

Рис. 19. Электрическая схема замещения сопротивления тела человека по пути тока «рука — рука»

80

160 U, В

Рис. 20. Зависимость сопротив­ления тела человека от напря­жения

электробезопасности, с учетом наиболее неблагоприятных условий, сопротивление тела человека /?_ч принимают равным 1000 Ом.

При известном допустимом значении силы /_доп тока и сопротивлении тела человека R₄ допустимое напряжение прикосновения составит

пр доп доп^ч'

ГОСТ 12.1.038—82* установлены предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и силы токов, протекающих через тело человека и возникающих в электроустановках производ­ственного и бытового назначения постоянного и переменного тока частотой 50 и 400 Гц.