Опасность электрического тока

11.1. Опасные свойства.

Изучение механизма электропоражения показало, что электрический ток вызывает в организме общую рефлекторную реакцию со стороны центральной и периферической нервной системы, а также со стороны сердечно-сосудистой системы. Это приводит к нарушению нормальной работы сердца или к остановке дыхания и является симптомами при поражениях электрическим током. Другими словами, при воздействии тока нарушаются функции жизненно важных органов, причем возможны различные исходы.

Действие электрического тока на человека сложно и многообразно: оно может быть термическим (ожог), механическим (разрыв тканей и костей), химическим (электролиз). Но самое главное - ток действует биологически, нарушая те процессы, с которыми связана жизнеспособность живой материи. В мышечной ткани, особенно при сокращении сердечной мышцы, в центральной и периферической нервной системе и в других тканях возникают биотоки. При электропоражениях, когда электрические токи из электроустановок и других источников проникают в организм, нарушается биологическое равновесие и возникают патологические явления, приводящие к различным исходам.

Прохождение электрического тока (т. е. потока электронов) через биологические ткани вызывает ионизацию их атомов, изменяет мембранный потенциал клеток и самих тканей: Это приводит к изменениям в силе и напряжении биотоков; нарушается нормальное функционирование тканей, возникает либо возбуждение, либо торможение центральной нервной системы.

Таким образом, развитие электротравмы возможно не только по причине ионизации атомов и молекул тканей от прохождения электрических токов, но и по причине изменения потенциалов клеток тканей органов. Биологическим следствием этого являются нарушения в обмене веществ, могущие привести к летальному исходу.

Термическое действие выражается в ожогах отдельных участков тела, нагреве кровеносных сосудов, нервов и т. п.

Ожоги происходят вследствие теплового воздействия тока и образования электрической дуги. Количество тепла в калориях, выделяющееся в проводнике, выражается соотношением: Q = 0,24×I²×R×t, кал,

где 0,24 - коэффициент, показывающий, какое количество тепла выделяет за 1 сек ток в 1 А, проходящий по проводнику с сопротивлением t ом;

I - протекающий ток в А;

t - время в сек;

R - сопротивление проводника в ом.

При всех прочих равных условиях, чем больше сопротивление R в месте контакта, чем больше ток I и чем больше время воздействия тока t, тем больше выделяется тепла и тем сильнее ожог. В соответствии с этим ожоги могут быть поверхностными или глубокими, сопровождающимися поражениями не только кожи, но и подкожной ткани, жира, мышц, нервов и костей. В последних случаях, как показывает опыт, заживление ожога идет очень медленно.

Вследствие значительного сопротивления кожи наблюдаются преимущественно поверхностные ожоги (70-80%). Однако при большой частоте тока могут иметь место ожоги внутреннего характера, даже без заметного повреждения кожной поверхности.

Ожоги с тяжелым исходом наблюдаются преимущественно при соприкосновении человека (непосредственно или через электрическую дугу) с токоведущими частями установок напряжением выше 1000 В.

Электролитическое действие выражается в разложении крови и других органических жидкостей, вызывающем значительные нарушения их физико-химических составов.

Все это многообразие действий электрического тока приводит к двум видам поражения: электрическим травмам и электрическим ударам.

Электрические травмы - это четко выраженные местные повреждения тканей организма, вызванные воздействием электрического тока или электрической дуги.

В зависимости от патологических процессов, возникающих при поражениях электрическим током, согласно предложению академика АМН СССР Г. А. Френкеля, принята следующая классификация электротравм по степени их тяжести:

- электротравмы - I степени - наличие судорожного сокращений мышц без потери сознания;

- электротравмы II степени - судорожное сокращение мышц и потеря сознания;

- электротравмы III степени - потеря сознания и нарушение функций сердечной деятельности или дыхания (возможно и то и другое);

- электротравма IV степени - клиническая смерть.

По характеру проявления различают следующие электрические травмы: электрические ожоги, электрические знаки, металлизация кожи и механические повреждения.

Электрические ожоги могут быть вызваны протеканием тока непосредственно через тело человека, а также воздействием электрической дуги на тело. В первом случае ожог возникает как следствие преобразования электрической энергии в тепловую и является сравнительно легкой травмой (покраснение кожи, образование пузырей). Ожоги, вызванные электрической дугой, носят, как правило, тяжелый характер (омертвение пораженного участка кожи и обугливание тканей).

Контактные ожоги развиваются в результате комплексного электрического и термического воздействия тока и вызывают глубокие патологические изменения в сосудах, нервах, ионизированных тканях.

Ожоги электрической дугой возникают в различных условиях нахождения в сфере светового (ультрафиолетового) и теплового (инфракрасного) влияния электрической дуги, а также при явлениях двухфазного короткого замыкания или однофазного замыкания «на землю».

Ожоги электрической дугой, так называемая офтальмия, часто имеют место при дуговой электросварке. Офтальмия обычно наблюдается у лиц, находящихся вблизи или у места производства дуговой электросварки и не и не имеющих защитных масок или щитков со специальными защитными стеклами.

Электрические знаки -это четко очерченные пятна серого или бледно-желтого цвета диаметром 1-5 мм на поверхности кожи человека, подвергшегося действию тока.

Электрические знаки безболезненны и лечение их заканчивается, как правило, благополучно.

Металлизация кожи - это проникновение в верхние слои кожи мельчайших частичек металла, расплавившегося под действием электрической дуги. Обычно с течением времени больная кожа сходит, пораженный участок приобретает нормальный вид и исчезают болезненные ощущения.

Механические повреждения являются следствием резких непроизвольных судорожных сокращений мышц под действием тока, проходящего через человека. В результате могут произойти разрывы кожи, кровеносных сосудов и нервной ткани, а также вывихи суставов и даже переломы костей. Механические повреждения возникают очень редко.

Электрический удар - это возбуждение живых тканей организма проходящим через него электрическим током, сопровождающееся непроизвольными судорожными сокращениями мышц.

Клиническая («мнимая») смерть - переходный процесс от жизни к смерти, наступающий с момента прекращения деятельности сердца и легких.

У человека, находящегося в состоянии клинической смерти, отсутствуют все признаки жизни: он не дышит, сердце его не работает, болевые раздражения не вызывают никаких реакций, зрачки глаз расширены в. не реагируют на свет. Однако в этот период жизнь в организме еще полностью не угасла, ибо ткани его умирают не все сразу и не сразу угасают функции различных органов. В первый момент почти во всех тканях продолжаются обменные процессы, хотя и на очень низком уровне и резко отличающиеся от обычных, но достаточные для поддержания минимальной жизнедеятельности. Эти обстоятельства позволяют, воздействуя на более стойкие жиз­ненные функции организма, восстановить угасающие или только что угасшие функции, т. е. оживить умирающий организм.

Первыми начинают погибать очень чувствительные к кислород­ному голоданию клетки коры головного мозга, с деятельностью которых связаны сознание и мышление. Поэтому длительность клинической смерти определяется временем с момента прекращении сердечной деятельности и дыхания до начала гибели клеток коры головного мозга; в большинстве случаев она составляет 4 - 5 мин, а при гибели здорового человека от случайной причины, например от электрического тока, - 7 - 8 мин.

Биологическая (истинная) смерть - необратимое явление, характеризующееся прекращением биологических процессов в клетках и тканях организма и распадом белковых структур; она наступает по истечении периода клинической смерти.

Помимо этого, в результате теплового, химического и физического действия тока в организме происходит одновременно физико-химические процессы, например образование «костных бус», разрывы тканей» костей, электролиз и т. д. При контактных электротравмах поражается весь организм.

В зависимости от условий развития и характера электропоражений различают контактные электротравмы, контактные электрические ожоги, ожоги электрической дугой.

Контактные электротравмы возникают либо при контакте с токоведущими частями электроустановок, нормально находящимися под напряжением, либо при контакте с конструктивными частями, случайно оказавшимися под напряжением из-за повреждения изоляции. Они могут происходить также через контакты с любой «землей», почвой или с отдельными хорошо заземленными предметами, а также с предметами, находящимися в зоне протекания тока и несущими на себе потенциал.

11.2. Квантификация опасности электрического тока.

Ответная реакция организма на действие электрического тока закономерна и зависит от рода и величины тока, протекающего через тело человека, длительности воздействия и пути тока.

Различный характер реакции отдельных органов на воздействие тока зависит не только от параметров тока, но главным образом обусловливается характером электрического возбуждения, свойственного тканям этих органов. Наибольшая возбудимость при электрическом раздражении свойственна нервной и мышечной тканям организма. Электрическое возбуждение нервных и мышечных тканей может возникнуть при непосредственном электрическом раздражении при напряжении в несколько сотых вольта. Это явление довольно давно используется в электродиагностике как метод, позволяющий выявить изменения реакций мышц и двигательных нервов при некоторых заболеваниях нервной и мышечной систем.

Известно, что имеются определенные точки на поверхности и внутри тела человека, которые соответствуют наиболее электрически возбудимым пунктам для каждого нерва и мышцы.

Реакция нервно-мышечного аппарата и отдельных нервов на электрическое раздражение подчиняется определенной закономерности, которая выражается в последовательном сокращении мышц при непосредственном их раздражении или раздражении нервов замыканием и размыканием положительного и отрицательного полюсов постоянного тока.

Из-за относительно большого сопротивления кожи для электрического возбуждения ткани потребуется значительно большее напряжение. Защитной способностью кожи можно объяснить, почему при различных месторасположениях контакта при одном и том же напряжении в одних случаях люди погибали от электрического тока, а в других оказывались «благополучно пострадавшими».

Соответственно физиологическому закону электриче­ского возбуждения биологической ткани возбужденная ткань реагирует на электрическое раздражение, т. е. на воздействие электрического тока, только в момент возра­стания тока или его убывания. Соответственно этому наиболее опасным является переменный ток промышленной частоты 50-60 Гц (синусоидальный), который во времени изменяется по величине и направлению и оказывает непрерывное раздражающее действие на ткани и органы; каждый период тока является как бы самостоятель­ным раздражающим импульсом. Частота переменного тока 50 Гц воспринимается отдельными тканями и органами различно. Например, скелетные мышцы способны воспроизводить такую же частоту раздражения и отвечать на нее нормальным сокращением, для мышцы сердца, предел частоты раздражения которой не превосходит пяти-шести раз в секунду, раздражение током 50 Гц является чрезмерным и нарушает нормальное функционирование этого органа.

Постоянный ток, как не изменяющийся во времени по величине и направлению, ощущается в моменты включения и отключения от источника питания цепи, в которую включился человек. Обычно его действие тепловое. Электролитическое возбуждение ткани он может вызвать только при относительно большой величине. При малых напряжениях постоянный ток не представляет той опасности при касании рукой, что имеет место при переменном токе.

Таким образом, физиологическое раздражающее воздействие тока на организм по характеру, интенсивности и последствиям поражения зависит от рода и величины тока, протекающего через тело человека, продолжительности и других факторов.

Различают токи: пороговые; отпускающие; удерживающие в контакте с частями оборудования, находящимися под напряжением; токи, вызывающие фибрилляцию сердца; производящие блокаду нервной системы и нейтрализующие действие токов, вызывающих шок.

Пороговые токи - токи, вызывающие первые ощущения воздействия тока: покалывание, подергивание в пальцах, жжение, небольшие сокращения мышц Величина пороговых токов (от десятых долей до 3-4 мА) зависит от величины напряжения, состояния поверхности кожи и индивидуальной чувствительности к току Наибольшая чувствительность к восприятию малых токов наблюдается у женщин.

Отпускающими считаются токи, при прохожде­нии которых человек сохраняет способность самостоятельно освободиться от контакта с частями, находящимися под напряжением.

Токи, удерживающие в контакте с токоведущими частями, находящимися под напряжением, являются большими по величине, чем отпускающие токи, и могут вызвать фибрилляцию сердца, т. е. трепетание желудочков сердца. Мышцы сердца при этом не сокращаются координирование, а содрогаются, со­кращаются несогласованно, и работа сердца становится аритмичной. Сердце не действует более как эффективный насос; циркуляция крови прекращается, что ведет к смерти. Установлено, что величина тока 0,1-0,5 А и даже менее достаточна для возникновения фибрилляции сердца.

Токи, вызывающие блокаду или частичный паралич нервной системы, равняются нескольким амперам. В результате блокады нервной системы прекращается дыхание. В таких случаях требуется немедленное применение искусственного дыхания.

Токи, предотвращающие шок, приводят мышцы фибриллирующего сердца в состояние покоя, т.е. дефибрилляции. По литературным данным, дефибрилляция сердца возможна при токах 1-2 А промышленной частоты; пропускание непосредственно через сердце такого тока задерживает фибрилляцию сердца; при отключении тока сердце возобновляет свое нормальное координированное биение.

Характеристика дана без учета напряжения прикосновения и напряжения установки, длительности воздействия, частоты тока, пути тока, поэтому этих данных Недостаточно для разработки различного рода конкретных защитных устройств: выключателей, предохранителей, блокировок, сигнализации и т. д.

Поражающие токи не следует рассматривать абстрактно от напряжения. Напряжение является не только исходным фактором, определяющим при существующем сопротивлении тела человека величину протекающего через него тока, но также фактором вызывающим ионизацию кожи в месте контакта, а значит, и изменение сопротивления тела человека, в связи с чем общее сопротивление уменьшается и может оказаться равным внутреннему сопротивлению.

Внутреннее сопротивление. Исследованиями установлено что сопротивление внутренних тканей и органов не зависит от величины приложенного напряжения, изменяется только с изменением температуры тела и в среднем может быть принято равным 500-1000 Ом.

Значительный интерес представляют опубликованные Н. М. Ливенцевым данные, характеризующие электропроводимость отдельных тканей человека при постоянном токе (в Ом-см):

Спинномозговая жидкость..... 55,5

Мозговая нервная ткань.….... 2500,0

Сыворотка крови ……………. 71,1

Жировая ткань ……………… 5000,0

Мышечная ткань …………… 151,0

Сухая кожа …………. свыше -330×10³

Кровь.....…………………….. 185,0

Печень.....…………………… 1250,0

Кость без надкостницы …….. 200×10⁶

Приведенные данные показывают, что наименьшее сопротивление току оказывают жидкие составные части организма и пропитанные жидкостями ткани.

Относительно хорошими проводниками являются мышцы, подкожная клетчатка и серое вещество мозга. Жировая ткань вследствие находящихся в ней кровеносных сосудов может оказаться хорошим проводником, несмотря на то, что сама жировая ткань - плохой проводник. Сухая кожа обладает наибольшим сопротивле­нием. Ток проникает в организм через поры и каналы потовых желез кожи, от наличия и интенсивности действия которых главным образом зависит проводимость кожи.

Большим сопротивлением обладает костная ткань. Сопротивление костей без надкостницы является наивысшим, достигая сотен мегом.

Согласно результатам опытов, проведенных Л. К. Ме­щеряковым при напряжениях, не превышающих 30-40 В, и при малой поверхности электродов (т. е. контакта тела человека с токопроводящей частью, находящейся под напряжением), общее сопротивление тела определяется преимущественно активным сопротивлением наружного кожного покрова.

Увеличение поверхности контактов уменьшает наружное сопротивление. При напряжениях выше 40 В увеличение напряжения существенно уменьшает наружное сопротивление, и общее сопротивление при напряжениях 110-220 В падает до значений его внутреннего сопротивления. Необходимо также учитывать, что сопротивление в сильной степени зависит от поражающего напряжения. Это напряжение, воздействуя на кожные покровы и вызывая ионизацию, снижает сопротивление кожи, и сопротивление соответственно этому уменьшается.

Представляют большой интерес результаты исследований, проведенных А.П. Киселевым и Л.К. Мещеряковым в разное время, по определению сопротивления тела человека в условиях разных вариантов пути тока.

В табл. 1.7 приведены характеристики внутреннего сопротивления тела человека при разных путях тока и при разной величине поверхности электрода, которые проводились при малых напряжениях в диапазоне частот от 50 Гц до 12-20 кГц. В среднем внутреннее сопротивление тела составляет 600-800 Ом.

Исход воздействия электрического тока зависит от ряда факторов, в том числе от электрического сопротивления тела человека, величины и длительности протекания через него тока, рода и частоты тока и индивидуальных свойств человека.

Длительность протекания тока через тело человека влияет на исход поражения вследствие того, что со временем ток резко возрастает за счет уменьшения сопротивления тела и накопления отрицательных последствий воздействия тока на организм.

Род и частота тока в значительной степени определяют степень поражения. Наиболее опасным является переменный ток с частотой от 20 до 1000 Гц. При частоте меньше 20 или больше 1000 Гц опасность поражения током заметно снижается.

При постоянном токе пороговый ощутимый ток повышается до 6-7 мА, а пороговый неотпускающий ток - до 50-70 мА. Токи частотой свыше 500 000 Гц не оказывают раздражающего действия на ткани и поэтому не вызывают электрического удара. Однако они сохраняют опасность по условиям термических ожогов.

Индивидуальный свойства человека - состояние здоровья, подготовленность к работе в электрической установке и другие факторы также имеют значение для исхода поражения. Поэтому обслуживание электроустановок поручается лицам, прошедшим медицинский осмотр и специальное обучение.

Дата добавления: 2014-01-07