что такое пороговый ощутимый ток
Что такое пороговый ощутимый ток
Московский энергетический институт (ТУ)
Кафедра инженерной экологии и охраны труда
Учебно-методический комплекс
Справки по телефону: 362-71-32; e-mail: NovikovSG@mpei.ru доцент Новиков С.Г.
1. Действие электрического тока на человека
D. Факторы, влияющие на исход поражения человека электрическим током
Влияние значения тока на исход поражения
При поражении человека электрическим током основным поражающим фактором является ток , проходящий через его тело. При этом степень отрицательного воздействия тока на организм человека увеличивается с ростом тока. Вместе с тем исход поражения определяется и длительностью воздействия тока, и его частотой, а также некоторыми другими факторами. Сопротивление тела человека и приложенное к нему напряжение также влияют на исход поражения, но лишь постольку, поскольку они определяют значение тока, проходящего через человека.
Рассмотрим подробнее, как изменяется опасность воздействия тока на человека в зависимости от его значения. При этом бyдeм считать, что ток через человека проходит по наиболее типичным путям, а именно от руки к руке или от руки к ногам.
Ощутимый ток. Электрический ток, вызывающий при прохождении через организм ощутимые раздражения (покалывание, нагрев), называется ощутимым током. Ток, являющийся наименьшим ощутимым, называется пороговым ощутимым током. Значения пороговых ощутимых токов зависят от рода тока и пути его прохождения.
Значения ощутимого тока в среднем составляют 0,5 – 1,5 мА при переменном токе с частотой 50 Гц и 5 – 7 мА при постоянном токе для случаев прохождения тока по пути “рука – рука” или “рука – ноги”.
Пороговый ощутимый ток не может вызвать поражения человека, и в этом смысле он не является опасным.
Неотпускающий ток. Электрический ток, вызывающий при прохождении через человека непреодолимые судорожные сокращения мышц руки, в которой зажат проводник, называется неотпускающим током, а наименьшее его значение – пороговым неотпускающим током.
При постоянном токе неотпускающих токов, строго говоря, нет, т. е. человек при любых значениях тока может самостоятельно разжать руку, в которой зажат проводник, и таким образом оторваться от токоведущей части. Однако в момент отрыва возникают болезненные сокращения мышц, аналогичные тем, которые наблюдаются примерно при таком же переменном токе.
Средние значения неотпускающих токов составляют: для мужчин – 16 мА при 50 Гц и 80 мА при постоянном токе, для женщин (соответственно) – 11 и 50 мА, для детей – 8 и 40 мА.
При частоте 50 Гц фибрилляционными являются токи в пределах от 100 мА до 5 А, а пороговым фибрилляционным током – 100 мА. При постоянном токе пороговым фибрилляционным током считается ток 300 мА, а верхним пределом фибрилляционного тока 5 А.
Ток больше 5 А как при постоянном напряжении, так и при 50 Гц фибрилляцию сердца, как правило, не вызывает. При таких токах происходит немедленная остановка сердца и паралич дыхания.
Характер воздействия тока разного значения на организм человека при прохождении его по пути “рука – рука” или “рука – ноги” представлен в таблице 1.1.
С учетом характера воздействия различных значений токов на человека на основании первичных критериев электробезопасности – пороговых значений токов через тело человека, установлены предельно-допустимые токи и напряжения для различных режимов работы электроустановок.
Охрана труда
Пороговые ощутимый, неотпускающий и фибрилляционный токи
Обычно человек начинает ощущать раздражающее действие переменного тока промышленной частоты 50 Гц при величине 0,6-1,5 мА и постоянного тока 5-7 мА. Эти токи называются ощутимыми пороговыми токами. Они не представляют опасности для человека, и человек может самостоятельно отключиться от цепи.
При переменных токах 5-10 мА раздражающее действие электрического тока становится более сильным, появляется боль в мышцах и непроизвольное их сокращение. При токах 10-15 мА боль в мышцах становится такой сильной, что человек уже не в состоянии самостоятельно освободиться от действия тока (не может разжать руку, отбросить от себя провод и т.д.). Переменные токи 10-15 мА и выше и постоянные токи 50-80 мА и выше называются неотпускающими токами.
Электрический ток около 100 мА и более при частоте 50 Гц и 300 мА и более при постоянном напряжении за короткое время (1-2 с) поражает мышцу сердца человека и вызывает его фибрилляцию. Эти токи называются фибрилляционными.
Токи более 5 А вызывают паралич сердца и дыхания, минуя стадию фибрилляции сердца. При длительном протекании тока (несколько секунд) – тяжелые ожоги, разрушение тканей организма человека.
Ощутимый ток – электрический ток, вызывающий при прохождении через тело человека ощутимые раздражения.
Неотпускающий ток – электрический ток, вызывающий при прохождении через тело человека непреодолимые судорожные сокращения мышц руки, в которой зажат провод.
Фибрилляционный ток – электрический ток, вызывающий при прохождении через тело человека фибрилляцию сердца.
Наименьшие значения этих токов называются пороговыми.
Пороговые значения ощутимого, неотпускающего, фибрилляционного токов, полученные в результате экспериментальных исследований, приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1. Пороговые значения ощутимого, неотпускающего и фибрилляционного токов
Переменный ток 50 Гц
Путь протекания тока через человека
Большое значение в исходе поражения имеет путь протекания электрического тока через тело человека. Наиболее тяжелые последствия будут, если на пути тока оказывается сердце, грудная клетка, головной и спинной мозг (путь тока: рука-ноги, рука-рука, шея-ноги, шея-рука).
Приведенные в таблице 1.1 данные соответствуют прохождению тока через человека по пути рука-рука или рука-ноги.
Из таблицы 1.1 так же видно, что воздействие на человека постоянного и переменного тока различно – переменный ток промышленной частоты опаснее постоянного тока того же значения.
Продолжительность воздействия электрического тока
Важное значение для оценки опасности поражения электрическим током имеет продолжительность протекания тока через человека. С увеличением продолжительности протекания повышается вероятность тяжелого или смертельного исхода. Кратковременное (несколько сотых секунды) воздействие даже значительных токов (100 А и более) может и не иметь тяжелых последствий. Влияние длительности прохождения тока через тело человека на исход поражения можно оценить формулой:
Указанное следует из факта, что с увеличением времени прохождения тока сопротивление тела человека падает, так как при этом усиливается местный нагрев кожи, что приводит к расширению её сосудов и усилению снабжения этого участка кровью и увеличению токовыделения.
На рисунке 1.2. приведен полученный экспериментально график, определяющий степень опасности поражения человека при воздействии электрического тока различных значений в течение различных интервалов времени.
Рис.1.2 График 0,5% вероятности возникновения фибрилляции сердца.
Из графика следует, что для пары значений тока и продолжительности его протекания, находящейся вне заштрихованной области, вероятность возникновения фибрилляции выше 0,5%.
Зависимость представленная на рис. 1.2., может быть выражена формулой:
где: Iф.0,5%— ток, вызывающий фибрилляцию с вероятностью 0,5%, мА; t— продолжительность протекания электрического тока через тело человека, с.
Индивидуальные свойства человека
Установлено, что физически здоровые и крепкие люди легче переносят электрические удары. Повышенною восприимчивостью к электрическому току отличаются лица, страдающие болезнями кожи, сердечно-сосудистой системы, органов внутренней секреции, лёгких, нервными болезнями.
Условия внешней среды
Состояние окружающей среды существенно влияет на опасность поражения электрическим током. Сырость, токопроводящая пыль, едкие пары и газы, разрушающе действуют на изоляцию электроустановок, а высокая температура окружающего воздуха снижает электрическое сопротивление человека, что ещё больше увеличивает опасность поражения его током. Воздействие тока на человека усугубляют токопроводящие полы и близко расположенные к электрооборудованию металлические конструкции, имеющие связь с землёй, так как при одновременном касании к этим предметам и корпусу электрооборудования, случайно оказавшемуся под напряжением, через человека пойдёт ток опасной величины.
Воздействие на человека электромагнитных полей
При эксплуатации электроэнергетических установок высокого напряжения (330 кВ и выше) – открытых распределительных устройств (ОРУ), воздушных линий электропередачи (ВЛ), необходимо учитывать отрицательное воздействие на человека электромагнитного поля. Биологически активными являются электрические и магнитные поля, напряженность которых превышает допустимые значения.
Предельно допустимый уровень напряженности (Е) воздействующего электрического поля (ЭП) составляет 25 кВ/м. Нахождение человека в ЭП напряженностью более 25 кВ/м без применения индивидуальных средств защиты не допускается.
При уровне напряженности ЭП свыше 5 до 20 кВ/м допустимое время пребывания людей рассчитывается по формуле:
При уровне напряженности ЭП, не превышающем 5 кВ/м, пребывание людей в ЭП допускается в течение всего рабочего времени ( 8 час).
Допустимая напряженность (Н) или индукция (В) магнитного поля (МП) для условий общего (на все тело) и локального (на конечности) воздействия в зависимости от пребывания в МП определяется в соответствии с таблицей 1.2.
Табл. 1.2. Допустимые уровни магнитного поля
Время пребывания, ч.
Допустимые уровни МП Н(А/м)/В(мкТл) при воздействии
Что такое пороговый ощутимый ток
Порог ощутимого тока
Человек начинает ощущать воздействие проходящего через него малого тока: 0,5 – 1,5 мА при переменном токе с частотой 50 Гц и 5 – 7 мА при постоянном токе. Это воздействие ограничивается при переменном токе слабым “зудом” и легким покалыванием, а при постоянном токе – ощущением нагрева кожи на участке, касающемся токоведущей части.
Указанные выше значения тока являются границей или порогом, с которого начинается область ощутимых токов. Следует подчеркнуть, что приведенные значения пороговых ощутимых токов справедливы лишь для случаев прохождения тока по пути “рука – рука” или “рука – ноги”. Если же контакт создается другими частями тела, имеющими более нежный кожный покров, в том числе тыльной стороной руки, лицом и пр., то человек начинает ощущать еще меньший ток. Наименьший ток 40 мкА при постоянном напряжении ощущается языком.
Пороговый ощутимый ток не может вызвать поражения человека, и в этом смысле он не является опасным. Однако длительное (в течение нескольких минут) прохождение его через человека отрицательно сказывается на здоровье и поэтому является недопустимым.
Кроме того, ощутимый ток может стать косвенной причиной несчастного случая, поскольку человек, почувствовав воздействие тока, теряет уверенность в своей безопасности и может произвести неправильные действия. Особенно опасным является неожиданное действие ощутимого тока, что вызывает непроизвольные ошибочные действия человека, усугубляющие опасность для него при работах вблизи токоведущих частей, на высоте и в других аналогичных условиях.
Безопасный ток, который длительно (в течение нескольких часов) может проходить через человека, не нанося ему вреда и не вызывая никаких ощущений, очевидно, во много раз меньше порогового ощутимого тока. Точные значения безопасного тока не установлены, однако для практических целей его наибольшие значения можно, по-видимому, принимать равными 50 – 75 мкА при 50 Гц и 100 – 125 мкА при постоянном токе.
Пороговые значения токов. Влияние продолжительности прохождения тока на исход поражения
7-11-2020, 05:32 | Экстремальные условия / Человек. Здоровье. Выживание | разместил: Swarm | комментариев: (1) | просмотров: (10 794)
На увеличение силы тока организм человека отвечает соответствующими реакциями. Можно выделить следующие основные реакции:
Минимальные значения токов, вызывающих основные реакции, называются пороговыми значениями токов.
В связи с этим различают токи:
Токи 10-15 мА называются пороговыми неотпускающими. Затем, при повышении величины тока, действие его становится более сильным.
Фибрилляция — беспорядочное сокращение (подергивание) волокон сердечной мышцы, при котором сердце не может обеспечить передвижение крови по сосудам.
Для каждого порогового значения тока существует максимальное допустимое время воздействия:
Влияние продолжительности прохождения тока на исход поражения
Анализ несчастных случаев с людьми от воздействия электрического тока и данные опытов над животными показывают, что длительность прохождения тока через организм существенно влияет на исход поражения: чем продолжительнее действие тока, тем больше вероятность тяжелого или смертельного исхода. Такая зависимость объясняется тем, что с увеличением времени воздействия тока на живую ткань повышается его значение, растут (накапливаются) последствия воздействия тока на организм и, наконец, повышается вероятность совпадения момента прохождения тока через сердце с уязвимой фазой Т сердечного цикла (кардиоцикла).
Рост тока с увеличением времени его действия объясняется уменьшением сопротивления тела человека.
Последствия воздействия тока на организм выражаются в нарушении функций центральной нервной системы, изменении состава крови, местном разрушении тканей организма под влиянием выделяющейся теплоты, нарушении работы сердца и легких и т.п.
Очевидно, что с увеличением времени воздействия тока эти отрицательные факторы накапливаются, а губительное влияние их на состояние организма усиливается.
Опасность совпадения момента прохождения тока через сердце с фазой Т кардиоцикла заключается в следующем.
Каждый цикл сердечной деятельности состоит из двух периодов: одного, называемого диастолой, когда желудочки сердца, находясь в расслабленном состоянии, заполняются кровью, и другого, именуемого систолой, когда сердце, сокращаясь, выталкивает кровь в артериальные сосуды (рис. 10, а).
Следовательно, вероятность возникновения фибрилляции сердца, т.е. опасность смертельного поражения, зависит не только от значения тока, но и от того, с какой фазой сердечного цикла совпадает период прохождения тока через область сердца. Общий характер этой зависимости выражается кривой, приведенной на рис. 10, б.
Рис. 10. Опасность совпадения времени протекания тока
через сердце с фазой Т кардиоцикла:
а) электрокардиограмма здорового человека (в схематическом виде); б) кривая,
выражающая общий характер зависимости опасности поражения током
(т.е. вероятности возникновения фибрилляции сердца) от момента
протекания тока через сердце человека
Если же время воздействия тока меньше продолжительности кардиоцикла на 0,2 с или более, то вероятность совпадения момента прохождения тока с фазой Т, а, следовательно, и опасность поражения резко уменьшаются.
Необходимо отметить еще одно немаловажное обстоятельство, влияющее на исход поражения. Дело в том, что если время прохождения тока совпадает с фазой Т, то и в этом случае вероятность возникновения фибрилляции сердца зависит от длительности воздействия тока.
На рис. 11 показана зависимость порогового фибрилляционного тока частотой 50 Гц от длительности его прохождения через человека. Время прохождения тока во всех случаях совпадает с фазой Ткардиоцикла. Эта кривая получена путем соответствующей обработки результатов опытов над животными. Известно, что величина тока через тело человека (мА), не вызывающая фибрилляцию сердца у 99,5 % пострадавших, связана со временем
 |
его воздействия соотношением (по данным профессора С. Ф. Дальзиеля из США):
— время воздействия тока, с.
Рис. 11 Зависимость порогового фибрилляционного тока с частотой 50 Гц
Построенная по приведенному соотношению кривая имеет вид, представленный на рис. 12.
Рис. 12. Зависимость безопасного тока от времени его воздействия на человека
Если же ток проходит иными путями, то воздействие его на жизненно важные органы может быть лишь рефлекторным, а не непосредственным.
При этом опасность тяжелого поражения хотя и сохраняется, но вероятность ее резко снижается.
Кроме того, поскольку путь тока определяется местом приложения токоведущих частей (электродов) к телу пострадавшего, его влияние на исход поражения обусловливается еще и различным сопротивлением кожи на разных участках тела.
Возможных путей тока в теле человека, которые именуются также петлями тока, очень много. Однако характерными, обычно встречающимися в практике являются не более 15 петель, показанных на рис. 13.
 |
Рис. 13. Характерные пути тока в теле человека (петли тока)
В табл. 5 эти токи указаны для каждой из рассматриваемых петель (четвертая графа).
Примечания:
1. Во второй графе за 100 % приняты все несчастные случаи поражения током, повлекшие за собой утрату трудоспособности более чем на 3 рабочих дня.
В этом случае через сердце проходит, очевидно, небольшой ток.
Характеристика наиболее распространенных путей тока в теле человека
Кроме влияния рассмотренных физиологических факторов и условий окружающей природной среды на исход поражения влияют и другие факторы, хотя и в значительно меньшей степени.
Условия окружающей среды
Атмосферные условия. Уменьшение или увеличение парциального давления кислорода в воздухе по сравнению с нормой соответственно снижает или повышает сопротивление тела человека. Следовательно, в закрытых помещениях, где парциальное давление кислорода, как правило, меньше, опасность поражения током при прочих равных условиях выше, чем на открытом воздухе.
Если парциальное содержание углекислого газа превышает значение, допустимое по санитарно-гигиеническим нормам (1 %), то чувствительность к току возрастает в два раза.
Магнитное поле. Само по себе магнитное поле не вызывает патологии. Нарушения здоровья обуславливаются токами, возникающими в теле организма в процессе изменения численных значений напряженности магнитного поля, и чем она выше, тем выше опасность поражения электрическим током. Анализ факторов, влияющих на исход поражения электрическим током, и последствий этих влияний, позволил разработать методику оказания первой помощи пострадавшему при поражении электрическим током.
Прежде чем изложить порядок проведения практических исследований рассмотрим дополнительные сведения об электрическом сопротивлении тела человека. Рассмотрим лишь те положения, которые не вошли в п. 1.3.
. (1)
Для эквивалентной схемы выражения для Zh получается относительно сложным и здесь не приводится. Анализируя эквивалентную схему замещения, можно сделать несколько выводов:
а) Наличие емкости в схеме и соответственно реактивной составляющей в выражении для Zh обусловливает влияние рода и частоты тока на значение сопротивления тела человека.
в) При уменьшении частоты емкостное сопротивление возрастает и в пределе приƒ→0, т.е. при постоянном токе: Zh = Z0 = 2 rН + rВ, откуда
. (2)
Рис. 14. Электрическая схема замещения тела человека (рука-рука): а) эквивалентная;
 |
Рис. 15. График экстраполяции при определении сопротивления
тела человека постоянному току
г) Значение полного сопротивления наружного слоя кожи ZH при данной частоте может быть найдено из выражения
.(3)
. (4)
Приведенные выражения позволяют при наличии экспериментальной зависимости Zh(f) определить расчетным путем для заданной частоты f значения rB, z0, rH, zH, cH.
Состояние кожи сильно влияет на значение электрического сопротивления тела человека. Так, повреждение рогового слоя, в том числе порезы, царапины, ссадины и другие микротравмы, могут снизить Zh до значения, близкого к значению внутреннего сопротивления, что, безусловно, увеличивает опасность поражения током. Такое же влияние оказывает и увлажнение кожи водой или потом, а также загрязнение кожи проводящей пылью или грязью.
Поскольку у одного и того же человека электрическое сопротивление кожи неодинаково на разных участках тела, то на сопротивление в целом влияют и место приложения, а также плотность и площадь контакта.
Значение тока и длительность его прохождения через тело человека непосредственно влияют на полное электрическое сопротивление Zh: с ростом тока и времени его прохождения сопротивление падает, поскольку при этом усиливается местный нагрев кожи, что приводит к расширению ее сосудов, а следовательно, к усилению снабжения этого участка кровью и увеличению потовыделения.
Необходимо отметить, что оценкой электрофизических характеристик кожи, и в первую очередь его сопротивления, можно получить важную информацию о состоянии человека в целом, а также отдельных его органов.
Электрофизический метод диагностики о состоянии человека и деятельности его отдельных систем был предложен в 1928 году академиком Павловым И.П. и получил название реографического. Реография основана на оценке изменения значения полного электрического сопротивления между двумя электродами, расположенными на теле больного. С помощью реографии можно оценить функцию внешнего дыхания, представить работу системы периферического кровообращения и дать ряд других диагностических оценок.
Кожа человека не только позволяет оценивать состояние человека, но через нее можно ввести человеку лекарственные средства (электрофорез), а также воздействовать на центральную нервную систему через акупунктурные зоны, куда подходят нервные окончания и где электрическое сопротивление на несколько порядков ниже, чем на соседних участках кожи.
Новые возможности в диагностике появились в связи с созданием простого прибора, измеряющего при напряжении 2 В мостовым способом поверхностное электрическое сопротивление кожи, т.е. эпидермиса, который несет максимальную информацию о воспалительных процессах в органах и тканях человека.