Класифікація та значення чинників, що впливають на важкість ураження електричним струмом

Чинники, що впливають на важкість ураження електричним струмом прийнято класифікувати на:

- електричні;

- неелектричні;

- виробничого середовища.

Електричні чинники:

- величина струму;

- опір тіла людини;

- напруга електричної мережі;

- вид і частота струму.

Величина струму. Аналіз електричних чинників з позиції закону Ома свідчить про те, що величина струму є інтегральним чинником.

В залежності від величини струму вирізняють сім ступенів дії електричного струму частотою 50 Гц на людину. Вони наведені у табл. 4.1.

Таблиця 4.1 – Ступені дії електричного струму частотою 50 Гц на людину.

Аналіз табл. 4.1 показує, що сила струму в 20…50 мА вже може привести до летального кінця, тому що людина самостійно не може звільнитися від його дії.

Мінімальне значення електричного струму, яке не робить негативного впливу на організм людини, визначено граничнодопустимим струмом. Він при неаварійному режимі роботи електроустановки не повинен бути більше 0,3 мА для змінного струму і 1 мА для постійного.

Опір тіла людини – неоднозначна величина, яка змінюється в досить широких межах від 2 до 100 кОм. Подібне коливання значень опору пояснюється наступними чинниками:

- різним опором елементів тіла людини (табл. 4.2);

- складністю біохімічних і фізіологічних процесів, яки протікають у тілі людини під впливом електричного струму;

- напругою електричної мережі;

- частотою електричного струму;

- часу дії електричного струму на людину.

Таблиця 4.2 – Електричний опір елементів тіла людини

Дані табл. 4.2 свідчать про те, що шкіра людини є основним фактором, що захищає її від дії електричного струму. Однак слід враховувати, що опір шкіри може різко зменшуватись за наступних умов:

- ушкодженні її рогового шару;

- з'явленні вологи на її поверхні;

- потовиділенні;

- забрудненні;

- наявності хвороб шкіри.

Під дією електричного струму у тілі людини виникають достатньо складні біохімічні і фізіологічні процеси, які знижують опір тіла людини. Вплив напруги електричної мережі на опір тіла людини наведено на рис. 4.1.

Рис. 4.1–Характер залежності опору тіла людини і сили струму, який протікає через нього від прикладеної напруги.

Рисунок показує, що при збільшенні напруги до безкінечності опір асимптотично наближується до нуля. Однак це справедливо до певного рівня напруги – напруги „пробою”. При цій напрузі відбувається різке падіння опору людини до нуля.

Аналіз наведеної залежності свідчить про те, що при напрузі в декілька вольт опір тіла людини перевищує 10 000 Ом і різко знижується до 1 500 Ом при напрузі 100 В і до 300 Ом при напрузі більше 1 000 В. Останнє є підтвердженням того, що для обслуговування електроустановок напругою більше 1000 В треба мати вищий рівень підготовки з електробезпеки.

Значення напруги „пробою” може бути виражене залежністю

U_П = f (σ, d, ε*, ε, δ, s),

де U_П – напруга „пробою”, В;

σ–поверхнева густина електричного заряду, К/м²;

d–відстань між електродами, м;

ε* – електрична константа, яка дорівнює 8,85×10 ^-12 Ф/м;

ε – відносна діелектрична проникність рогового шару шкіри, яка дорів-

нює 200…250.

δ– товщина рогового шару шкіри, м;

s – поверхня контакту тіла людини з електричною ланкою, м².

Дослідження наведеної і подібних залежностей в електробезпеці виробництв з напругою електроустановок до 1 000 В невідомі. Однак актуальність таких досліджень важко недооцінити для технологій і обладнання, в яких виникають заряди статичної електрики. За даними Я.Я. Васильєва і Л.І. Семенова заряди статичної електрики при здрібненні продуктів до тонкодисперсного стану можуть досягати 10 000…11 000 В.

Частота електричного струму. Тіло людини внаслідок складності біохімічних і фізіологічних процесів, що протікають в ньому, є не простим фізичним провідником при проходженні електричного струму, а являє собою складну систему опорів. Вона має не тільки активну, а й ємнісну складову і моделюється у вигляді електричної ланки (рис. 4.2).

Рис. 4.2 – Модель опору тіла людини впливу електричного струму. 1 – електроди; 2 – зовнішній шар шкіри (епідерміс); 3 – внутрішні тканини і органи тіла людини; R_К , R_ВН – відповідно активний опір шкіри і внутрішніх тканин органів людини; X_К – ємнісний опір зовнішнього (епідермального) шару шкіри людини.

Повний опір тіла людини при будь-який частоті електричного струму визначається як

R_f = 2∙Z_К + R_ВН, (4.1)

де R_f, Z_К– відповідно опір тіла людини і зовнішнього шару шкіри при будь-якій частоті електричного струму, Ом.

Значення Z_К можна визначити за відомим законом опору електричних мереж при паралельному з’єднанні

(4.2)

Значення Х_Слабільне по відношенню до частоти струму, тоді вираз (4.2) запишеться у вигляді

(4.3)

де f – частота струму, Гц;

С – ємність зовнішнього шару шкіру, Ф.

Вираз (4.3) дозволяє установити вплив частоти струму на опір тіла людини

при f→ ∞R_f = R _ВН,а

при f → 0R_f = 2R_к + R_ВН(4.4)

Неважко помітити, що:

- при великих частотах, в межах 5 – 20 кГц, повний опір тіла людини можна вважати рівним його повному опору;

- при малих частотах, в межах 10 – 500 Гц, – сумі внутрішнього опору і подвійному значенню опору зовнішнього шару шкіри.