Электрическое сопротивление тела человека

При прикосновении к токоведущим частям, находящимся под напряжением, человек включается в электрическую цепь и может рассматриваться как элемент цепи. Тело человека является проводником электрического тока. Однако в отличие от обычных проводников проводимость живой ткани обусловлена не только ее физическими свойствами, но и сложнейшими биохимическими и биофизическими процессами, присущими лишь живой материи. В силу этого сопротивление тела человека является переменной величиной, имеющей нелинейную зависимость от множества факторов, в том числе от состояния кожи, параметров электрической цепи, физиологических факторов, состояния окружающей среды.

Электрическое сопротивление различных тканей тела человека неодинаково. Кожа, кости, жировая ткань имеют относительно большое значение – ρ_кож≈ρ_кост = (3·10³ – 3·10⁴) Ом·м. Мышечная ткань, кровь, лимфа и, особенно, спинной и головной мозг – малое значение удельного сопротивления – ρ_мышц=(1,5–3) Ом·м; ρ_кр =(1–2) Ом·м; ρ_мозг = (0,5–0,6) Ом·м.

Таким образом, обладая большим удельным сопротивлением, кожа определяет сопротивление тела человека в целом. Кожа состоит из двух основных слоев: наружного – эпидермиса (верхний слой кожи толщиной 0,2 мм, состоящий из мертвых ороговевших клеток), обладающего большим сопротивлением и внутреннего – дерма, имеющего относительно малое сопротивление, близкое по значению к сопротивлению внутренних тканей.

Таким образом, в соответствии с приведенной на рис. 2, а схемой включения человека в электрическую цепь между двумя электродами, сопротивление тела человека состоит из трех последовательно включенных сопротивлений: двух одинаковых сопротивлений наружного слоя кожи – эпидермиса (роговой и ростковый слои) и одного сопротивления внутренних подкожных тканей, называемого внутренним сопротивлением. Оно включает два сопротивления внутреннего слоя кожи и сопротивления подкожных тканей тела и составляет величину – R_вн = (300 – 500) Ом. Сопротивление тела у различных людей, измеренное в разное время и в различных условиях, неодинаково. Электрическое сопротивление сухой, чистой, неповрежденной кожи, измеренное при напряжении (15 – 20) В, составляет (3 – 100)10³ Ом.

Если на участках, где прикладываются электроды, снять роговой слой, сопротивление тела упадет до (1 – 5)10³ Ом; при удалении всего наружного слоя эпидермиса – (500 – 700) Ом.

Эквивалентные схемы сопротивления тела человека представлены на рис. 2, б, в. Сопротивление эпидермиса Z_э состоит из активного R_э и емкостного сопротивлений, включенных параллельно. Емкостное сопротивление обусловлено тем, что в месте прикосновения электрода к телу человека образуется конденсатор, обкладками которого являются электрод и хорошо проводящие внутренние ткани тела, а диэлектриком – наружный слой кожи, обладающий большим сопротивлением. Эквивалентная схема рис. 2, в позволяет написать полное сопротивление тела человека в комплексной форме:

, или в действительной форме:

Рис. 2. К определению сопротивления тела человека:

а – схема измерения сопротивления (1 – электроды; 2 – наружный слой кожи – эпидермис (роговой и ростковый слои); 3 – внутренние ткани тела (внутренний слой кожи и подкожные ткани);

б, в – эквивалентные схемы сопротивления тела человека;

г – упрощенная эквивалентная схема

Из приведенного выражения следует, что с уменьшением частоты сопротивление тела возрастает, а на постоянном токе имеет наибольшие значения:

где - сопротивление тела человека постоянному току. С ростом частоты сопротивления уменьшается за счет уменьшения емкостного сопротивления и при (5-10) кГц можно считать, что = =(300-500) Ом.

Эквивалентную схему можно упростить, представив сопротивление тела как параллельное соединение сопротивления = 2 + и емкости (рис. 2, г). Для этого случая: .

При частота f = 50 Гц переменного напряжения учитывается лишь активная составляющая полного сопротивления и при раcчетах принимается R_h = 1000 Ом. Однако на самом деле Z_h величина переменная и зависит от многих факторов. Так, в зависимости от места приложения электродов с увеличением площади касания сопротивление уменьшается. Значение тока и длительность его прохождения через тело человека непосредственно влияют на электрическое сопротивление Z_h . С увеличением тока и времени его прохождения сопротивление уменьшается, что связано с нарушением процессов терморегуляции в организме: за счет усиления местного нагрева кожи и внутренних органов сосуды расширяются, усиливается снабжение этих участков кровью, что увеличивает потовыделение. Сопротивление влажной кожи уменьшается, ток еще более возрастает, усиливая нагрев и т.д.

Аналогичным образом ведет себя зависимость сопротивления от величины приложенного напряжения. Повышение напряжения уменьшает сопротивление тела человека в десятки раз: во-первых, за счет нарушения процессов терморегуляции из-за увеличения тока, как это было рассмотрено выше; во-вторых, за счет развития процессов пробоя кожи при величине приложенного напряжения более 50 В. При этом величина сопротивления Z_h стремится к значению R_вн= (300-500) Ом.

Установлено, что для отпускающих токов - Z_h = (2-3)10³ Ом; при неотпускающих токах - Z_h = 1^. 10³ Ом; при смертельном токе - Z_h = 500 Ом.

Факторы, влияющие на исход поражения

Путь тока в теле человека. Если на пути тока оказываются жизненно важные органы, опасность поражения очень высока. Если же ток проходит по другим путям, минуя сердце, легкие, мозг, то воздействие может быть рефлекторным, через ЦНС. Ток в теле не всегда проходит по кратчайшему пути, так как различные участки тела имеют различное удельное сопротивление, как это было показано выше. Наибольшую опасность представляет продольный путь тока. Отмечено, что через сердце проходит:

по пути «рука – рука» - 3,3% общего тока;

по пути «левая рука – нога» - 3,7% общего тока;

по пути «правая рука – нога» - 6,7% общего тока;

по пути «голова – нога» - 6,8% I_общ;

по пути «голова – рука» - 7% I_h;

по пути «нога – нога» - 0,4% I_h.

Статистика показывает, что наибольшая потеря трудоспособности (87% случаев) наблюдается при поражениях «правая рука – ноги», наименьшая (15% случаев) - при поражениях «нога – нога». Однако если сила тока велика, судорожное сокращение ног приводит к падению с возможным летальным исходом.

Род и частота тока. Установлено, что переменный ток более опасен, чем постоянный. Как следует из сопоставления пороговых значений токов, одни и те же воздействия вызываются большими значениями постоянного тока, чем переменного. Однако даже небольшой постоянный ток (ниже порога ощущения) при быстром разрыве цепи дает очень сильные удары, вплоть до судорог мышц рук. Также установлено, что в электроустановках с уровнем напряжения выше 500 В опаснее постоянный ток. Увеличение частоты ведет к увеличению опасности поражения, так как уменьшается полное сопротивление Z_h. Наибольшую опасность представляет переменный ток частотой от 20 до 1000 Гц. При частотах ниже 20 Гц и выше 1000 Гц опасность поражения уменьшается, так как величины предельно допустимых токов I_неотп изменяются от значения 20 мА в большую сторону. Выпрямленные токи содержат постоянную и переменную составляющие, которые оказывают совместное действие на организм человека, в то время как приборы показывают только постоянную составляющую. При однополупериодном выпрямлении пороговые значения тока по постоянной составляющей в 1,5 раза ниже, чем для переменного тока. При двухполупериодном выпрямлении пороговые значения переменного и выпрямленного токов одинаковы.

Состояние окружающей среды. Изменение влажности, температуры от оптимальных условий, наличие токопроводящей пыли, паров кислот увеличивает опасность поражения, так как во всех помещениях, кроме сухих и чистых, сопротивление тела человека уменьшается, а в пыльных помещениях с токопроводящей пылью, химически и биологически активной средой происходит разрушение изоляции.

Согласно ПУЭ все производственные помещения по опасности поражения электрическим током подразделяются на три категории.

1. Помещения без повышенной опасности – помещения сухие.

2. Помещения с повышенной опасностью характеризуются наличием одного из следующих признаков:

а) высокая температура (> 30⁰С);

б) влажность выше 75%;

в) токопроводящий пол;

г) токопроводящая пыль;

д) наличие возможности одновременного прикосновения к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий, механизмам – с одной стороны и к металлическим корпусам электрооборудования – с другой.

3. Помещения особо опасные характеризуются наличием одного из трех условий:

а) 100%-я влажность, особая сырость;

б) химически и биологически активная среда, разрушающе действующая на изоляцию и токоведущие части оборудования;

в) два и более признаков одновременно, свойственных помещениям с повышенной опасностью.

Предельно допустимые значения токов. Как показывает статистика электротравматизма, безопасного тока нет, так как любое значение тока оказывает определенное воздействие на организм человека. Ток, вызывающий слабые ощущения у одного человека, может быть неотпускающим током для другого. Характер воздействия при одной и той же величине тока зависит от состояния центральной нервной системы и всего организма в целом, массы человека, его физического развития. Приводимые выше данные для пороговых значений тока получены на основе статистических данных, поэтому речь может идти лишь о допустимом значении тока. Исходя из пороговых значений тока, допустимым можно считать ток, при котором возникает реальная опасность поражения. Это возможно лишь при неотпускающем токе, когда человек не в состоянии самостоятельно освободиться от токоведущих частей. Следовательно недопустимо, чтобы через человека длительно протекал ток выше отпускающего, т.е. при случайном прикосновении в нормальных условиях наибольший длительно допустимый ток через человека равен порогу неотпускающего тока – около 10 мА.

При кратковременном действии тока судорожное сокращение мышц рук не имеет значения, паралич дыхания развивается за 15-30 с и тоже не успеет развиться при кратковременном действии. Большие токи (несколько десятков мА) вызывают фибрилляцию сердца за 1-2 с, поэтому в качестве кратковременно допустимых токов принимаются наименьшие значения токов, вызывающих фибрилляцию сердца. Исходя из вышеизложенного, ГОСТ 12.1.038-82 устанавливает допустимые значения токов, протекающих через тело по пути «рука – рука», «рука – ноги» при нормальном режиме работы электроустановок производственного и бытового назначения постоянного и переменного тока частотой 50 Гц и 400 Гц. Нормируемые кривые приведены на рис. 3.

Предыдущая 123 4 5 6 7 8 Следующая

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:

©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.