Кроме того, сокращение длительности воздействия электрического тока уменьшает опасность поражения человека исходя из некоторых особенностей работы сердца. Продолжительность одного периода кардиоцикла составляет 0075-0,85с.
В каждом кардиоцикле наблюдается период систолы, когда желудочки сердца сокращаются (пик QRS) и выталкивают кровь в артериальные сосуды.
Фаза Т соответствует окончанию сокращения желудочков и они переходят в расслабленное состояние. В период диастола желудочки наполняются кровью. Фаза Р соответствует сокращению предсердий. Установлено, что сердце наиболее чувствительно к воздействию электрического тока во время фазы Т кардиоцикла. Для того чтобы возникла фибрилляция сердца, необходимо совпадение по времени воздействия тока с фазой Т, продолжительность которой 0,15-0,2с. С сокращением длительности воздействия электрического тока вероятность такового совпадениястановится меньше, а следовательно, уменьшается опасность фибрилляции сердца. В случае несовпадения времени прохождения тока через человека с фазой Т токи, значительно превышающие пороговые значения, не вызовут фибрилляции сердца [7].
Рисунок 1 - Поражающее воздействие тока на разные органы человека [2]
2.1 Род и частота тока
Постоянный и переменный токи оказывают различные воздействия на организм главным образом при напряжениях до 500 В. При таких напряжениях степень поражения постоянным током меньше, чем переменным той же величины. Считают, что напряжение 120 В постоянного тока при одинаковых условиях эквивалентно по опасности напряжению 40 В переменного тока промышленной частоты. При напряжении 500В и выше различий в воздействии постоянного и переменного токов практически не наблюдаются.
Исследования показали, что самыми неблагоприятными для человека являются токи промышленной частоты (50Гц). При увеличении частоты (более 50Гц) значения неотпускающего тока возрастает. С уменьшением частоты (от 50Гц до 0) значения неотпускающего тока тоже возрастает и при частоте, равной нулю (постоянный ток - болевой эффект), они становятся больше примерно в три раза.
Значения фибрилляционного тока при частотах 50-100Гц равны, с повышением частоты до 200Гц этот ток возрастает примерно в 2 раза, а при частоте 400Гц - почти в 3,5 раза.
2.2 Путь замыкания тока
При прикосновении человека к токоведущим частям путь тока может быть различным. Всего существует 18 вариантов путей замыкания тока через человека. Основные из них:
- голова - ноги;
- рука - рука;
- правая рука - ноги;
- левая рука - ноги;
- нога - нога.
Степень поражения в этих случаях зависит от того, какие органы человека подвергаются воздействию тока, и от величины тока, проходящего непосредственно через сердце. Так при протекании тока по пути «рука - рука» через сердце проходит 3,3% общего тока, по пути «левая рука - ноги» 3,7%, «правая рука - ноги» 6,7%, «нога - нога» - 0,4%. Величина неотпускающего тока по пути «рука - рука» приблизительно в два раза меньше, чем по пути «рука - ноги» [2].
С медицинской точки зрения величина и путь прохождения тока через человека являются основными травмирующими факторами.
2.3 Сопротивление человека
Величина тока проходящего через какой-либо участок тела человека, зависит от приложенного напряжения (напряжения прикосновения) и электрического сопротивления оказываемого току данным участком тела.
Между воздействующим током и напряжением существует нелинейная зависимость: с увеличением напряжения ток растет быстрее. Это объясняется главным образом нелинейностью электрического сопротивления тела человека. На участке между двумя электродами электрическое сопротивление тела человека в основном состоит из сопротивлений двух тонких наружных слоев кожи, касающихся электродов, и внутреннего сопротивления остальной части тела. Плохо проводящий ток наружный слой кожи, прилегающий к электроду, и внутренняя ткань, находящаяся под плохо проводящим слоем, как бы образуют обкладки конденсатора емкостью С и сопротивлением его изоляции Vн (рис.2.2.). С увеличением частоты тока сопротивление тела человека уменьшается и при больших частотах практически становится равным внутреннему сопротивлению.
При напряжении на электродах 40-45В в наружном слое кожи возникают значительные напряженности поля, которые полностью или частично нарушают полупроводящие свойства этого слоя. При увеличении напряжения сопротивление тела уменьшается и при напряжении 100-200В падает до значения внутреннего сопротивления тела. Это сопротивление для практических расчетов может быть принято равным 1000 Ом.
В теоретических основах электротехники доказывается, что с повышением частоты приложенного напряжения путь тока по проводнику изменяется - он вытесняется к поверхности проводника. Относительно организма человека это свойство проявляется в том, что малое активное внутреннее сопротивление исключается при больших частотах из цепи, поэтому путь тока будет пролегать через наружный слой кожи. Кроме того, при повышении частоты тока физиологические диполи организма не успевают «переориентироваться», в итоге значительно ослабевает реакция организма на такие воздействия. Иначе говоря, общее сопротивление организма возрастает с увеличением частоты, следовательно, при одном и том же значении величины напряжения, но с увеличением частоты ток, протекающий по организму, уменьшается и снижается опасность поражения. Однако в этом случае в большей мере проявляются такие последствия электрического тока, как поверхностный ожог. Доказано, что опасны токи частотой до 1 кГц, а выше 50 кГц практически не опасны [2].
2.4 Окружающая среда
Влажность и температура воздуха, наличие заземленных металлических конструкций и полов, токопроводящая пыль и другие факторы окружающей среды оказывают дополнительное влияние на условие электробезопасности. Во влажных помещениях с высокой температурой или наружных электроустановках складываются неблагоприятные условия, при которых обеспечивается наилучший контакт с токоведущими частями [6]. Наличие заземленных металлических конструкций и полов создает повышенную опасность поражения вследствие того, что человек практически постоянно связан с одним полюсом (землей) электроустановки. Токопроводящая пыль также улучшает условия для электрического контакта человека как с токоведущими частями, так и с землей.
Влияние продолжительности действия тока
При увеличении продолжительности действия тока увеличиваются опасность и последствия воздействия тока на организм.
При длительном протекании тока это объясняется повышенным выделением тепла, что приводит к потовыделению, увлажнению кожи, снижению сопротивления тела человека, и, как следствие, к возрастанию тока и увеличению опасности.
При кратковременном воздействии тока (менее 1 с) опасность зависит от того, с какой фазой работы сердца совпал момент прохождения тока. Известно, что в каждом кардиоцикле продолжительностью около 1с сердце в течение 0,1 с. находится в расслабленном состоянии и в это время особенно чувствительно к прохождению тока, что увеличивает вероятность возникновения фибрилляции. При длительности более 1 с ток не может не совпасть с этим состоянием сердца. При уменьшении продолжительности действия тока уменьшается и вероятность совпадения момента прохождения тока с расслабленным состоянием сердца, что снижает опасность поражения.
Предельно допустимый ток , не вызывающий фибрилляции сердца (пороговый нефибрилляционный ток) в интервале времени t = 0,2... 1 с, можно определить из выражения(1):
(1)
Т. е. чем меньше длительность протекания тока, тем меньше вероятность возникновения фибрилляции сердца.
Влияние состояния человеческого организма.
Тяжесть исхода электротравмы зависит от физического состояния пострадавшего в момент поражения, в первую очередь от состояния нервной системы. Отсутствие внимания, подавленное состояние, состояние алкогольного опьянения, а также некоторые болезни-все эти факторы увеличивают вероятность тяжелого и смертельного исхода электротравмы.
Увеличивают опасность поражения электрическим током некоторые болезни. В соответствии с приказом Министерства здравоохранения в перечень медицинских противопоказаний к допуску на работы по обслуживанию действующих электротехнических установок включены: психические заболевания со значительными изменениями личности; органические заболевания центральной нервной системы, в том числе эпилепсия и эпилептиформные состояния; наркомания, токсикомания, хронический алкоголизм; гипертоническая болезнь II и III стадий, ишемическая болезнь сердца (стенокардия с частыми приступами) и др.
Большое влияние на исход электротравмы оказывает фактор внимания. Неожиданность поражения, испуг создают дополнительную нагрузку на нервную систему и приводят к снижению электрического сопротивления тела человека, что утяжеляет условия поражения. Если же человек знает о наличии потенциальной опасности поражения током и находится в состоянии направленного внимания, то поражение током (если оно случайно произойдет) не будет для него неожиданным и как правило значительно легче. Объясняется это тем, что под влиянием напряженного внимания усиливается кровообращение центральной нервной системы. Это вызывает повышенное потребление кислорода, что, в свою очередь, приводит к увеличению числа электронов, участвующих в биохимических реакциях обмена веществ. Усиленный поток электронов сложнее нарушить импульсом тока. Поэтому сосредоточенный, внимательный к опасности человек менее подвержен воздействию тока. Таким образом, фактор внимания является одним из решающих для исхода поражения [9].
2.5 Допустимые уровни напряжений прикосновения и токов по ГОСТ 12.1.038-82
ГОСТ 12.1.038-82 «ССБТ. Электробезопасность. Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов».
Этот ГОСТ устанавливает предельно допустимые уровни прикосновения и токов, протекающих через тело человека, предназначенные для проектирования способов и средств защиты людей при взаимодействии их с электроустановками производственного и бытового назначения постоянного и переменного тока частотой 50 и 400 Гц. Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов установлены для путей тока от одной руки к другой и от руки к ногам (табл. 2).
Таблица 2-- Предельно допустимые напряжения прикосновения и токи при нормальном режиме работы электроустановок
|
Род тока |
U, В |
I, мА |
|
|
не более |
|||
|
Переменный, 50 Гц |
2,0 |
0,3 |
|
|
Переменный, 400 Гц |
3,0 |
0,4 |
|
|
Постоянный |
8,0 |
1,0 |
|
|
Примечания: 1. Напряжения прикосновения и токи приведены при продолжительности воздействия не более 10 мин. в сутки и установлены, исходя из реакции ощущения. 2. Напряжения прикосновения и токи для лиц, выполняющих работу в условиях высоких температур (выше 25оС) и влажности (относительная влажность более 75%), должны быть уменьшены в три раза. |
Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов при аварийном режиме производственных электроустановок напряжением до 1000 В с глухозаземленной или изолированной нейтралью и выше 1000 В с изолированной нейтралью не должны превышать значений, указанных в табл. 3. При этом под аварийным режимом электроустановки понимается такая работа неисправной электроустановки, при которой могут возникнуть опасные ситуации, приводящие к электротравмированию людей, взаимодействующих с этой электроустановкой.
Примечание: предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов, протекающих через тело человека при продолжительности воздействия свыше 1 с, приведенные в табл. 2 соответствуют отпускающим (переменным) и неболевым (постоянным) токам.
Из рассмотренных критериев электробезопасности следует, что защиту человека от воздействия напряжений прикосновения и токов можно обеспечить либо конструкцией электроустановок, техническими способами и средствами защиты, либо за счет снижения тока, протекающего через тело человека, или за счет сокращения времени его воздействия.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. ГОСТ 12.1.038-82 ССБТ «Предельно допустимые величины напряжений и токов. Электробезопасность» [Электронный ресурс]: URL: http://www.rosteplo.ru/Npb_files/npb_shablon.php?id=682 (дата обращения: 05.05.2019).
2. Венцель В.Д. Электробезопасность персонала впроизводственных условиях и в электроустановках до и выше 1000 В: учебное пособие / В.Д. Венцель, В.С.-Омск: Изд-во ОмГТУ, 2009. - 93с
3. Монаков В. К., Кудрявцев Д. Ю. Электробезопасность: Теория и практика / В. К. Монаков, Д. Ю. Кудрявцев. - М.: Инфра-Инженерия, 2017. - 184 с.
4. Сердюк В. С., Игнатович И. А., Кирьянова Е. Н., Кокоулина Н. С., Стишенко Л. Г. Безопасность жизнедеятельности: конспект лекций. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. - 160 с.
5. Действие электрического тока на человека и виды поражений [Электронный ресурс]: URL: http://delta-grup.ru/bibliot/97/80.htm(дата обращения: 05.05.2019).
6. Семехин Ю. Г. Безопасность жизнедеятельности: учебное пособие / Ю. Г. Семехин., В. Н. Бондин. - М.-Берлин: Директ-Медиа, 2015 - 412 с.
7. ВОЗДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА [Электронный ресурс]: URL: http://upr-proektom.ru/vozdeystvie-lektricheskogo-toka-na-organizm-cheloveka (дата обращения: 05.05.2019).
8. Поражение электрическим током [Электронный ресурс]: URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Поражение_электрическим_током (дата обращения: 05.05.2019).
9. Факторы, влияющие на исход поражения электрическим током [Электронный ресурс]: URLhttps://topuch.ru/pk1-osnovnie-ponyatiya-i-opredeleniya-2-obekt-izucheniya-bjd3/index4.html (дата обращения: 31.10.2019).