Фактори електричного характеру, які впливають на небезпеку ураження людини електричним струмом

Фактори, які впливають на небезпеку ураження людини електричним струмом. Фактори електричного характеру: частота і рід струму, числове значення величини струму, що проходить через тіло людини, напруга, під яку вона попадає, електричний опір тіла людини. Якісні рівні дії змінного струму промислової частоти на людину, яка торкається рукою до електроду, що перебуває під напругою. Електричний опір тіла людини Z_т змінному струму.

Фактори та чинники, що впливають на тяжкість ураження електричним струмом, поділяться на три групи: електричного характеру, неелектричного характеру та фактори (чинники) виробничого середовища.

До факторів електричного характеру відносяться: числове значення величини струму, що проходить через людину, напруга, під яку вона попадає, електричний опір тіла людини, рід і частота струму.

Таблиця 2.1

Якісні рівні дії змінного струму промислової частоти на людину, яка торкається рукою до електроду, що перебуває під напругою

Примітка. Дані, наведені в табл. 2.1 відповідають проходженню струму через тіло людини по шляху рука – рука або рука – ноги. Таблиця складена на основі статистичних даних, тому можна говорити лише про ймовірність настання тих чи інших фізіологічних і клінічних ефектів (імовірність відчуття струму, імовірність фібриляції тощо).

Розрізняють якісні рівні дії змінного струму промислової частоти (50 Гц) на людину. Вони виражаються в таких основних порогових (найменших) струмах: відчутний(0,6 – 1,5 мА), що викликає подразнення периферичних тактильних рецепторів, невідпускаючий(10 – 15 мА), що викликає непереборне скорочення м’язів при їх сильних болях, утруднення дихання та порушення серцебиття та фібрилаційного (100 мА), що викликає зупинку серця.

В залежності від факторів, які визначають результат ураження людини електричним струмом (частота і рід струму, величина сили струму, шлях струму через тіло людини, тривалість проходження струму, індивідуальні властивості людини, чинник уваги) розрізняють такі якісні ступені електричного удару для змінного струму частотою 50 Гц (табл. 2.1).

Аналізуючи таблицю 2.1, зазначимо, що при змінному струмі (50 Гц) невідпускаючий струм для різних людей і та їх різноманітних станів перебуває в межах 10 – 25 мА, а фібриляційний струм – 50 мА– 5 А, причому середнє значення порогового фібриляційного струму становить близько 100 мА. Струм понад 5 А викликає раптову зупинку серця, минаючи стан фібриляції [6].

Посилаючись на праці [16; 18], можна зробити висновок, щозначення порогового фібриляційного струмуiºx, xÎXу різних людей має неоднакові значенняякі лежать в діапазоніX = 50 – 350 мА. Аналіз неперервного розподілу ознаки X, xÎXпоказує, що генеральна сукупність моделюється нормальним розподілом

                                        f(x) = 1/(s ) ×exp (– ).                                     (2.5)

Зокрема, пороговий відчутний струм xÎ(0,6– 1,5 мА) характеризується нормальним (гауссовим) законом розподілу з математичним сподіванням (генеральною середньою)mºM(X) = 1,1 мА і середнім квадратичним відхиленням s (X) = 0,154 мА. Відповідно пороговий невідпускаючий струм, уточнений діапазон якогоxÎ (5 – 25 мА),має статистичні оцінки, яким відповідають такі параметри теоретичного розподілу: m = 14,9 мА, s = 3,19 мА.

Звертаємо увагу читачів, що немає прямої лінійної функціональної залежності наслідків ураження електричним струмом і параметрів електричного кола. Ця залежність явно нелінійна.

У більш загальному випадку залежність наслідків ураження електричним струмом і параметрів електричного кола –стохастична. Стохастичний зв’язок між випадковими величинамиYіX(розподіл змінної Yяк результат змін X) є найбільш загальний в природі, суспільстві та техносфері. У даному конкретному випадку на результат ураження людини електричним струмом впливають безліч факторів зовнішнього середовища, а також параметрів управління організмом на рівнях центральної нервової та периферичної систем (умовні та безумовні рефлекси), а також на нижньому гуморальному рівні, який здійснюється на основі гомеостазу.

Гемеостатичне управління пов’язане з вегетативними функціями в організмі, які повинні забезпечувати постійність фізіологічних констант організму (температури тіла, частоти серцевих скорочень, артеріального тиску, складу крові за концентрацією еритроцитів, лейкоцитів, кисню та вуглекислого газу тощо). Проходження струму призводить до агрегації елементів крові, виникнення тромбів, порушення кровопостачання тканин і органів, зокрема до осередків пневмонії, навіть до інфаркту легенів. Дія струму на людину, як саморегулюючу систему, призводить до порушення нервових і фізіологічних процесів, механізми яких вивчені ще недостатньо. За книгою [32] студенти можуть ознайомитися з результатами досліджень з проблем біофізики електротравм, з термічним, електролітичним і біологічним впливом електричного струму.

Відповідно до закону Ома, падіння напруги на людині зумовлює величину сили струму, який протікає через людину за певного значення опору тіла. Гранично допустима напруга та сила струму, яка протікає через тіло людини при нормальному (неаварійному) режимі електроустановки стандартної частоти не повинні перевищувати значень, відповідно рівних U = 2,0 В, I = 0,3мА [11].

Повний електричний опір тіла людини Z_т змінному струму в загальному випадку є величиною змінною та залежить від багатьох факторів. Зокрема,збільшення проміжку часу Dt проходження струму через тіло людини зменшує її опірZ_т. Зі збільшенням прикладеної напруги U опір тіла людини також зменшується. За законом Ома (I = U/Z_т), зменшення опору тіла людини Z_т призводить до збільшення сили струмуI. Це створює ще більшу небезпеку ураження електричним струмом.

Очевидно, що активний опір кола людини R_h являє собою еквівалентний опір декількох елементів, включених послідовно: це опір тіла людини r_т.л.ºR_т ,опір одягу r_од.,опір підошви взуття r_вз.і опір опорної поверхні ніг r_оп. (підлоги або ґрунту), тобто

                                          R_h= r_т.л. + r_од.  + r_вз. + r_оп.                                                                      (2.6)

Середній реальний опір тіла дорослих чоловіків становить 1,5 кОм, а жінок – у півтора рази менше, що пояснюється відміною в товщині шкіри, в концентрації міжклітинної рідини та особливостями фізіологічних процесів. Тимчасом для практичних розрахунків опір тіла людини R_твважають стабільним, лінійним, активним і рівним 1000 Ом (1 кОм).

Електричний опір тіла людини Z_т змінному струму має активно-ємнісний характер за рахунок шаруватої будови шкіри та її відносно великого опору, який на три-чотири порядку більше ніж опір м’язової тканини. Повний опір Z_тзалежить від активного внутрішнього опоруR_шшкіри, ємнісного опору Xшарів шкіри і активного внутрішнього опору R_ттіла людини (рис. 2.1).

 При малих напругах дотику (до 50 В) змінного струму частотою 50 Гц загальний опір тіла людини чисельно рівний 6 – 100 кОм та визначається розрахунковою формулою[15]:

                                                             Z_т = 2 R_ш + R_т                                                                             (2.7)

Як бачимо, при розрахунках нехтують ємнісним опором тіла людини

                                                             X_с = 1 / 2pfC,                                                      (2.8)

де f = 50 Гц –промислова частота змінного струму, C = 100 – 200 пФ – електрична ємність тіла людини. При збільшенні напруги дотику до 50 В і вище виникає електричний пробій шкіри, а загальний опір тіла людини зменшується до активного опору тіла (Z_т = R_т ).                                                                                                                                       

Опір тіла людининелінійно залежить від фізичних, біофізичних і біохімічних чинників, зокрема зменшується при збільшенні площі контакту зі струмопровідними частинами, при нагріванні верхнього шару шкіри, його забрудненні та потовиділенні, що відбувається при         Рис. 2.1 Електричній опір                      збільшенні сили струму та тривалості його протікання. Зі збільшенням напруги загальний опір тіла   людини зменшується за емпіричним законом:

                                        Z_т = 2,38 × 10⁵ U^-2,1 exp (0,0012 U),                                     (2.9)

де U–напруга, прикладена до людини (рис. 2.2). Реальний активний опір тіла людини істотно залежить від прикладеної напруги. Так, “…якщо при напрузі в декілька вольт опір тіла людини перевищує 10000 Ом, то при напрузі 100 В він знижується до 1500 Ом, а при напрузі більше 1000В – до 300 Ом” [7, с. 256]. 

Наступними електричними факторами є частота і рід струму. Дослідження показали, що найбільш небезпечні струми лежать в діапазоні частот 20 – 200 Гц. З підвищенням частоти fнебезпека ураження струмом зменшується та повністю зникає при частоті 450 – 500 кГц, проте виникає такий шкідливий виробничий чинник, як електромагнітне високочастотне випромінювання, яке може викликати термічні, морфологічні та функціональні зміни в організмі людини.

До 400 – 600 В постійний струм, який характеризується тепловою дією, відносно менш небезпечний, ніж змінний промислової частоти. Для постійного струму опір тіла людини носить омічний характер. Омічний опір менше ніж активний опір, а тим паче чим повний опір кола. Проте при напругах U> 600 В постійний струм значно більш небезпечний, ніж змінний [58], зокрема в режимах замикання та розмикання.

__________________________________________________________________________________________