Электрическое сопротивление тела человека

Электрическое сопротивление тела человека определяет величину тока, проходящего через человека и опасность его поражения. Чем выше сопротивление тела человека, тем меньше ток пройдет через него и меньше вероятность поражения. Сопротивление тела человека определяется главным образом сопротивлением кожи, которая имеет наибольшее удельное сопротивление из всех других тканей и достигает 3-20 тыс.Ом.м.

Кожа состоит из наружного и внутреннего слоев. Наружный слой содержит роговой слой (верхний самый толстый – 0,05-0,2 мм), который в сухом и незагрязненном состоянии – диэлектрик; его удельное объемное сопротивление достигает 10⁵ – 10⁶ Ом.м, то есть в тысячи раз превышает сопротивление внутренних тканей организма (300-500 Ом при напряжении 15-20В).

Наружное сопротивление тела состоит из двух параллельно включенных сопротивлений: активного R _h и емкостного X_c= , которое обусловлено тем, что в месте прикосновения токоведущих частей (электродов) к телу человека образуются как бы конденсаторы (Сh) с некоторой емкостью (рис. 10.1). Обкладками каждого из этих конденсаторов являются электроды и внутренний слой, а диэлектриком – наружный слой.

Рис. 10.1. а). Схема изменения сопротивления. 1 – электроды; 2 – наружный слой;

3 – внутренние ткани.

б). Эквивалентная схема сопротивления человека.

в). Упрощенная эквивалентная схема.

Полное сопротивление тела человека Ih (Ом), согласно рис.10.1 (в) выражается зависимостью:

I _h= ,

где - частота тока, Гц.

В практике обычно пренебрегают величиной Сh, которая, как правило, незначительна и считают сопротивление тела человека чисто активным и неизменным, равным Rh=1000 Ом.

В действительных условиях сопротивление тела человека не является постоянной величиной. Оно зависит от состояния кожи и окружающей среды, параметров электрической цепи, физиологических факторов. Повреждение рогового слоя (порезы, царапины, микротравмы), увлажнение кожи за счет пота, загрязнение ее токопроводящей пылью снижают сопротивление тела (до значений близких внутреннему сопротивлению 500-700 Ом) и увеличивают опасность поражения током.

На сопротивление тела оказывает влияние площадь контактов, а также мест их приложения, так как у одного и того же человека сопротивление кожи неодинаково на разных участках тела. Например, сопротивление кожи ладони в 2-3 раза превышает сопротивление кожи тыльной стороны и в 20-50 раз сопротивление кожи лица. С увеличением тока и длительности его прохождения через человека, с ростом напряжения, приложенного к телу человека, сопротивление падает. С увеличением частоты переменного тока сопротивление будет уменьшаться. При 10-20 кГц наружный слой утрачивает сопротивление электрическому току, то есть Ih=Rb.

Основные факторы, влияющие на исход поражения током

Ощутимый ток – 0,6-1,5 мА при переменном токе (50 Гц) и 5-7 мА при постоянном токе.

Сопровождается слабым зудом и легким покалыванием, ощущением нагрева кожи. Такие токи называются ощутимыми пороговыми токами. Они не могут вызвать поражения человека и не являются опасными при кратковременном воздействии. При неожиданном воздействии такого тока у человека теряется уверенность и вызываются неправильные действия.

Безопасный ток – ток, который в течение нескольких часов не вызывает никаких ощущений. Его величина во много раз меньше порогового ощутимого тока и составляет 50 мкА при 50 Гц и 100 мкА при постоянном токе.

Неотпускающий пороговый ток – 10-15 мА при 50 Гц, 50-80 мА при постоянном токе.

При этих значениях тока боль в руке становится непереносимой, а судороги мышц оказываются такими, что человека не в состоянии их преодолеть. В результате он не может разжать руку, в которой зажата токоведущая часть, не может отбросить от седя провод и оказывается прикованным к нему.

Ток, превышающий пороговый неотпускающий ток – 25-50 мА при 50 Гц воздействует на мышцы не только рук, но и туловища, в том числе на мышцы грудной клетки. Длительное воздействие этого тока может вызвать прекращение дыхания и ослабление деятельности сердца, потерю сознания и смерть от удушья. Ток вплоть до 100 мА (50Гц) вызывает нарушение работы легких и сердца через меньший промежуток времени.

Фибрилляционный ток – начинается с порогового 100 мА и более до 5 А (при 50 Гц). Поражение сердца наступает быстро не более чем через 2 часа с начала воздействия тока, При постоянном токе порогом фибрилляции считается 300 мА, а верхним пределом фибрилляционного тока 5А.

Ток более 5 А как при 50 Гц, так и при постоянном токе вызывает остановку сердца, минуя состояние фибрилляции или паралич дыхания.

Чем продолжительнее действие тока, тем больше вероятность поражения. Чувствительность сердца к электрическому току неодинакова в разные фазы его деятельности. Наибольшая опасность наблюдается в период заканчивания сокращения желудочка сердца.

Все случаи поражения человека током в результате электрического удара возможны при замыкании электрической цепи через тело человека, то есть при прикосновении не менее чем к двум точкам цепи, между которыми существует некоторое напряжение.

Опасность проникновения зависит от: схемы замыкания цепи тока, проходящего через человека, напряжение сети, схемы самой сети, режима ее нейтрали (то есть, заземлена или изолирована), степени изоляции токоведущих частей от земли, а также от значения емкости токоведущих частей относительно земли.

Наиболее типичными являются два случая замыкания цепи тока через тело человека - происходят в результате одно и двухфазного прикосновения.

Двухфазное прикосновение более опасно, поскольку к телу человека прикладывается наибольшее линейное напряжение и поэтому через человека пойдет больший ток,А (рис.10.2).

I_h=U_л/R_h=(1,73*220)/1000=380/1000=0,38 A.

Этот ток является смертельно опасным. При двухфазном прикосновении ток, проходящий через человека, практически не зависит от режима нейтрали и наличия изоляции человека от земли.

Однофазное прикосновение (рис.10.3) является менее опасным, поскольку напряжение, под которым оказывается человек, не превышает фазного, то есть меньше линейного в 1,73 раза. Соответственно меньше оказывается и ток, проходящий через человека. На величину тока, проходящего через человека, оказывает влияние: режим нейтрали, сопротивление изоляции проводов сети относительно земли, сопротивление пола и обуви.

I_h=U_ф/(R_h+R₀)=0,0015A=15Ма.

При R_об=0 и R_п=0, R_из=90000 Ом: I_h=U_ф/(R_h+(Rиз/3))=220/(1000+(90000/3))=0,007А=7мА

При R_об=45000 Ом и R_п=100000 Ом: I_h=220/(1000+45000+100000+(90000/3))=0,00125А=1,25мА.

В сети с изолированной нейтралью условия безопасности зависят от сопротивления изоляции проводов. В сети с заземленной нейтралью положительная роль изоляции проводов утрачена.

Таким образом, при прочих равных условиях прикосновения человека к одной фазе сети с изолированной нейтралью менее опасно, чем в сети с заземленной нейтралью.

Этот вывод справедлив для нормального режима работы сетей. В случае аварии, когда одна фаза замкнута на землю, сеть с изолированной нейтралью может оказаться более опасной, так как напряжение в этом случае может вырастать до линейного.

По условиям прикосновения к фазному проводу в период нормального режима работы сети более безопасной является, как правило, сеть с изолированной нейтралью, а в аварийный период – сеть с заземленной нейтралью. Поэтому сети с изолированной нейтралью целесообразно применять тогда, когда необходимо поддерживать высокий уровень изоляции проводов, и когда емкость сети относительно земли незначительна.

Сети с заземленной нейтралью следует применять там, где невозможно обеспечить хорошую изоляцию проводов (из-за высокой влажности, агрессивной среды), когда невозможно отыскать или устранить повреждение изоляции, или емкостные токи вследствие значительной разветвленности сети достигает опасных значений для человека (городские и поселковые распределительные сети).

Основными причинами несчастных случаев от электрического тока являются:

1. Случайное прикосновение к токоведущим частям находящимся под напряжением.

2. Появление напряжения на конструктивных металлических частях электрооборудования, которые нормально не находятся под напряжением, на корпусах, кожухах, ограждениях.

3. Появление напряжения на отключенных токоведущих частях, на которых производится работа.

4. Возникновение шагового напряжения на участке земли, где находится человек.