Меню

Сопротивление тела человека электрическому току принимается равным 1000 ом

Исследовательская работа, «Сопротивление тела человека»

Главная > Теория > Сопротивление человека

Если человек по случайности притронется к проводам или другим элементам, по которым пропущен электрический ток, его организм тоже начинает проводить электричество, что приводит к различным электротравмам. Их тяжесть зависит от множества параметров, как электросети, так и самого человеческого тела. Наши внутренности большей частью состоят из влаги (около 70 % всей массы), поэтому перенос электрических заряженных частиц происходит не электронами (как в металлах), а ионами, поэтому наше тело считается особенным видом проводника, – оно обладает переменным сопротивлением и считается электролитом.

Человеческое тело является проводником электротока

Человеческое тело является проводником электротока

Электрическое сопротивление тела человека

При прохождении электричества через органы пострадавшего по замкнутой цепи, по физическим законам, тело начинает оказывать сопротивление.

Поскольку электропроводимость человеческих тканей определяется очень сложными биохимическими и биофизическими составляющими, которые характерны только для живой материи, то сопротивление электрическому току становится величиной переменной. Оно зависит от разных причин и является неодинаковой величиной для разных частей тела.

Так как первым, с чем сталкивается разряд тока на теле человека, является его кожа, то общее сопротивление человека в большей степени зависит от ее сопротивляемости. Охватывающий все участки тела покров состоит из двух слоев: внешнего, расположенного на глубине 0,07-0,12 мм, – эпидермиса (представляет собой пять слоев эпителия), и внутреннего – дермы, толщина которого около 2 мм. Верхушечный ороговевший слой эпидермиса не содержит капилляров, отчего он показывает наивысшие показатели сопротивляемости. В то же время другие слои внешнего и внутреннего кожных прослоек имеют намного более скромное сопротивление, поэтому именно роговая прослойка определяет сопротивляемость всего кожного покрова.

Общее сопротивление, которое оказывает электрическому току наш организм, складывается из двух сопротивлений эпидермического слоя (с каждой из сторон тела) плюс сопротивления собственно дермы и внутренностей.

Общее сопротивление составляется из сопротивления эпидермиса (2) и внутреннего сопротивления (3)

Общее сопротивление составляется из сопротивления эпидермиса (2) и внутреннего сопротивления (3)

При этом сопротивление эпидермиса, в свою очередь, состоит из активного сопротивления и емкостного (накопительного), накладывающихся друг на друга. Оно определяется площадью электродов, величиной напряжения и частоты тока и в некоторых случаях может превышать десятки тыс. Ом. Величина внутреннего сопротивления тела является активноц и зависит от длины и поперечного среза зоны, по которому проходит электричество, а также от удельного объемного сопротивления внутренних органов человека и составляет в среднем пятьсот- семьсот Ом.

1.2. Электрические свойства тела человека

Человек – существо многогранное: он покорил высочайшие горные вершины, опустился в самые глубокие точки Мирового океана, побывал на Луне, расщепил атомное ядро. Но чаще всего мы не задумываемся, а что же мы представляем собой, что мы можем сделать, какими возможностями и ресурсами обладаем? Человеческий организм представляет собой сложные биологические системы, поэтому, изучая происходящие в нем процессы, мы обратились к методам, которые используются в таких точных науках, как физика и химия. Ведь человек состоит из атомов и молекул, подчиняющихся физическим и химическим закономерностям. По нервному волокну распространяется электрический импульс. Профессор кафедры анатомии в Болонье (Италия) Луиджи Гальвани в книге «Трактат о силах электричества при мышечном движении» пишет: «Я разрезал и препарировал лягушку… Когда один из моих помощников острием скальпеля случайно очень легко коснулся внутренних бедренных нервов этой лягушки, то немедленно все мышцы конечностей начали так сокращаться, что казались впавшими в сильнейшие тонические судороги… Я зажегся страстным желанием исследовать это явление…» Но ответ на этот вопрос дал соотечественник Гальвани – Алессандро Вольта: живой организм проводит, пропускает через себя электрический ток. Именно Вольта и создал первый источник. Такой источник тока можно продемонстрировать. Нужно взять по пять пластинок из меди и цинка размером 30х30х4 мм и сложить их стопкой, чередуя и перекладывая промокательной бумагой, смоченной крепким раствором поваренной соли. Если взять столбик мокрыми пальцами за торцы, то почувствуешь слабый, но явственный электрический удар! Если этот элемент подключить к гальванометру, он покажет наличие тока в цепи. Прошел 121 год после статьи Гальвани, и в 1912 г. было обнаружено, что внутри человеческого организма протекают токи, хотя и очень слабые. Исследователи доказали, что любой процесс внутри человека: работа сердца и мозга, прохождение нервных сигналов, мышечные сокращения – сопровождаются биологическими электрическими сигналами.

Электропроводность – один из параметров, характеризующих жизненную деятельность живого существа. Известно, что с возникновением живого организма любого вида начинаются биоэлектрические явления, которые прекращаются при гибели живого существа. Человек при этом не является исключением. Тело человека представляет собой по своим электрофизическим свойствам соленый раствор (раствор электролита)[2].

Значение полного сопротивления тел людей

Смертельный ток для человека

Когда ставится задача определить электрическое сопротивление человеческого тела при переменном токе с пятидесятигерцовой частотой для анализа опасности электротравмы, оно принимается равным 1 тыс. Ом. Физиками выявлена зависимость общего сопротивления от следующих факторов:

  • состояние кожных покровов;
  • места входа электротока в тело человека;
  • значений тока и напряжения;
  • длительности воздействия электричества на организм;
  • параметров окружающей среды на момент прохождения электротока.

Состояние кожи

Очень резко падает электросопротивляемость верхнего слоя кожи при нарушении его целостности: наличие царапин, ссадин, ожогов, порезов, прыщей понижают сопротивление до внутреннего (которое максимально достигает всего семи сотен Ом).

Механические повреждения кожи уменьшают электросопротивляемость тела

Механические повреждения кожи уменьшают электросопротивляемость тела

Также повышает риск электротравмы и увеличивает степень ее тяжести влажная кожа, поскольку она имеет высокую удельную сопротивляемость току.

Обратите внимание! Соленая влага (как правило, пот) делает сухие ранее руки электропроводимыми на 50 процентов больше, пресная влага (дождь, другие жидкости) – на двадцать-тридцать процентов. Вода удаляет с верхнего слоя кожи жиры, минералы и кожное сало, что значительно снижает способность сопротивляться току.

Если происходит постоянное длительное по времени насыщение кожи влагой, роговой слой становится пористым и практически перестает показывать сопротивление.

Важно! При работе незащищенными от влаги руками с источниками электрического тока повышается опасность и тяжесть электротравмы при случайном попадании оператора под напряжение.

Пот, выделяемый потовыми железами дермического слоя кожи, очень хорошо проводит электричество, поэтому вспотевший работник становится открыт угрозе прохождения электротока при минимальном сопротивлении тела, что значительно отягощает последствия.

Грязная кожа (особенно металлические микрочастицы, угольные пылинки и т.д.) делает тело человека более электропроводимым.

Дополнительная информация. Работники, имеющие дело с загрязнением рук токопроводящими покрытиями (шахтеры, токари, сверлильщики металла), должны большое внимание уделять чистоте кожных покровов для защиты от поражения электрическим током.

Место приложения электротока

Зависимость сопротивления кожного покрова различается на разных зонах тела даже у одного индивида. Это происходит из-за неравномерной толщины верхнего слоя эпидермиса, различного количества потовых желез и разной интенсивности кровотока по венам и капиллярам у поверхности кожи. Самый низкий уровень электросопротивления наблюдается в районе лица, шеи, тыльной стороны предплечий и кистей, подмышек.

Значения показателей тока

При увеличении мощности тока кожа в месте входа сильнее нагревается, что вызывает рефлекторный приток крови к этому району и, как следствие, электросопротивление значительно падает.

Согласно проводимым опытам, постоянный ток, проходящий через человеческое тело, вызывает большее сопротивление, чем переменный, независимо от его частоты.

Переменный ток встречает наименьшее сопротивление тела человека

Переменный ток встречает наименьшее сопротивление тела человека

Чем длительнее воздействие электротока на кожу, тем быстрее падает ее сопротивление. Это объясняется также увеличением кровоснабжения, а также усиленным потоотделением в участке входа тока, и, как следствие, дополнительным увлажнением – в среднем за одну-две минуты сопротивляемость кожи падает на сорок процентов.

Физиологические факторы и показатели окружающей среды

Эта группа факторов не так существенна, как предыдущие, но и они оказывают влияние на величину сопротивления электроудару.

Так, женщины демонстрируют меньшее сопротивление, чем мужчины, а маленькие дети – меньше, чем возрастные люди, что объясняется различной толщиной кожи.

Высокая температура и влажность окружающей (и рабочей) среды значительно увеличивает тяжесть поражения током за счет снижения сопротивления тела.

Различные болезни (нервные, сердечные, бронхо-легочные), а также курение также ухудшают возможность человека сопротивляться воздействию электрического тока.

Любители подымить имеют гораздо меньшее электросопротивление

Любители подымить имеют гораздо меньшее электросопротивление

Тело человека хоть и является проводником электричества, но обладает определенной сопротивляемостью электротоку, зависящей от многих причин и факторов. Она изменяется в широких пределах, но в технике безопасности принимается среднее значение сопротивления в одну тыс. Ом.

3.2. Исследование зависимости сопротивления тела человека от времени суток

Сопротивление тела человека у разных людей различно. Различным оказывается оно и у одного и того же человека в разное время суток. В качестве испы-

туемого выступил Данил Мансуров. Измерения проводились: рано утром – после пробуждения R1, после завтрака R2, в обед R3, вечером R4, ночью R5.

Данные измерений занесли в таблицу 6(см. приложение стр.19).

По полученным данным построили диаграмму (см. приложение рис.3).

Читайте также:  Lm317 стабилизатор тока 12в

в результате этого исследования выяснено, что наименьшим сопротивлением тело обладает ночью и рано утром, наибольшим – сразу после завтрака (зарядки) и ближе к вечеру. Это объясняется тем, что утором организм отдохнул и после завтрака получил большой запас энергии
.
Следовательно, завтрак – полезный и важный прием пищи, пренебрегать которым не стоит. Завтрак является своеобразным аккумулятором, который заряжает человека энергией на весь день.

2.1. Величина тока через тело человека.

Ниже в табл.1 приведены усредненные зависимости характера воздействия от величины тока. Как видно из таблицы 1 увеличение силы тока приводит к качественным изменениям раздражающего и поражающего воздействия на организм человека.
С увеличением силы тока четко проявляются три качественно отличные ответные — реакции организма: ощущение, судорожное сокращение мышц (неотпускание для переменного и болевой эффект для постоянного тока) и фибрилляция сердца. Электрические токи, вызывающие соответствующую ответную реакцию организма человека, получили названия ощутимых, неотпускающих и фибрилляционных, а их минимальные значения принято называть пороговыми.

Характеристика воздействия на человека электрического тока различной силы

Сила тока, мА Переменный ток 50 — 60 Гц Постоянный ток
0,6 — 1,5 Легкое дрожание пальцев рук Не ощущается
2 — 3 Сильное дрожание пальцев рук Не ощущается
5 — 7 Судороги в руках 3yд. Ощущение нагревания
8 — 10 Руки с трудом, но еще можно оторвать от электродов. Сильные боли в руках, особенно в кистях и пальцах Усиление нагревания
20 — 25 Руки парализуются немедленно, оторвать их от электродов невозможно. Очень сильные боли. Затрудняется дыхание Еще большее усиление нагревания, незначительное сокращение мышц рук
50 — 80 Паралич дыхания. Начало трепетания желудочков сердца Сильное ощущение нагревания. Сокращение мышц рук. Судороги. Затруднение дыхания
90 — 100 Паралич дыхания и сердца при воздействии более 0,1 с. Паралич дыхания

Экспериментальные исследования показали, что человек ощущает воздействие переменного тока промышленной частоты силой 0,6—1,5 мА и постоянного тока силой 5—7 мА. Эти токи не представляют серьезной опасности для организма человека, а так как при их воздействии возможно самостоятельное освобождение человека, то допустимо их длительное протекание через тело человека. Для электрических сетей с частотой питающего напряжения 50 Гц в качестве первого критерия электробезопасности принят ток I = 0,6 мА – пороговый ощутимый ток, вероятность восприятия которого составляет не более Р = 0,005.

В тех случаях, когда поражающее действие переменного тока становится настолько сильным, что человек не в состоянии освободиться от контакта, возникает возможность длительного протекания тока через тело человека. Такие токи получили название неотпускающих, длительное воздействие их может привести к затруднению и нарушению дыхания. Численные значения силы неотпускающего тока не одинаковы для различных людей и находятся в пределах от 6 до 20 мА.

В качестве второго критерия электробезопасности принят ток I = 6 мА – при протекании которого через тело человека вероятность отпускания составляет Р = 0,995.

Воздействие постоянного тока не приводит к неотпускающему эффекту, а вызывает сильные болевые ощущения, которые у различных людей наступают при силе тока 15—80 мА.

При протекании тока в несколько десятых долей ампера возникает опасность нарушения работы сердца. Может возникнуть фибрилляция сердца, т. е. беспорядочные, некоординированные сокращения волокон сердечной мышцы. При этом сердце не в состоянии осуществлять кровообращение. Фибрилляция длится, как правило, несколько минут, после чего следует полная остановка сердца. Процесс фибрилляции сердца необратим, и ток, вызвавший его, является смертельным. Как показывают экспериментальные исследования, проводимые на животных, пороговые фибрилляционные токи зависят от массы организма, длительности протекания тока и его пути. В качестве третьего критерия — нефибрилляционного приняты токи, величина которых зависит от длительности воздействия (см. приложение 1).

Источник

Сопротивление тела человека принимается равным 1000 Ом

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по выполнению лабораторных работ по курсу

для студентов всех специальностей

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СПОСОБОВ ЗАЩИТЫ ЧЕЛОВЕКА ОТ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ

Красноярск, 2012 г.

Рецензент: Калинин А.А., к.т.н., профессор, академик МАН экологии и безопасности.

Оценка эффективности способов защиты человека от поражения электрическим током. Методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов всех специальностей/ составили Емец А.А., Красноярск, 2012, 19 с.

Печатается по решению

Редакционно-издательского совета университета

Печатается в авторской редакции

Лабораторные работы

« Оценка эффективности способов защиты человека от поражения электрическим током»

Цель работы— изучение количественных и качественных характеристик защитного заземления, защитного зануления и устройства защитного отключения (УЗО), как средств защиты человека от поражения электрическим током.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ

Электробезопасность — система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту работающих от воздействия электрического тока.

Поражение человека электрическим током может произойти при прикосновениях:

— к токоведущим частям, находящимся под напряжением;

— отключенным токоведущим частям, на которых остался заряд или появилось напряжение в результате случайного включения;

— к металлическим нетоковедущим частям электроустановок после перехода на них напряжения с токоведущих частей.

Характер и последствия поражения человека электрическим током зависят от ряда факторов, в том числе и от:

— электрического сопротивления тела человека,

— величины и длительности протекания через него тока,

— рода и частоты тока,

— схемы включения человека в электрическую цепь,

— состояния окружающей среды

— индивидуальных особенностей организма.

Электрическое сопротивление тела человека складывается из сопро­тивления кожи и сопротивления внутренних тканей.

При расчетах

сопротивление тела человека принимается равным 1000 Ом.

Сила тока, протекающего через тело человека, является главным фактором, от которого зависит исход поражения: чем больше сила тока, тем опаснее последствия.

Сила тока, протекающего через тело человек, при которой человек начинает ощущать проходящий через него ток, называется пороговым ощутимым током. Обычно, при частоте токапромышленной частоты 50 Гц пороговым ощутимым является значение 0,5. 1,5 мА.

Ток силой 10. 15 мА вызывает сильные и непроизвольные судороги мышц, которые человек не в состоянии преодолеть, т. е. он не может разжать руку, которой касается токоведущей части, отбросить от себя провод, оказываясь как бы прикованным к токоведущей части. Такой ток называется пороговым неотпускающим.

При силе тока 20. 25 мА у человека происходит судорожное сокращение мышц грудной клетки, затрудняется и даже прекращается дыхание, что может привести к смерти вследствие прекращения работы легких.

Ток силой 100 мА является смертельно опасным, так как он в этом случае оказывает непосредственное влияние на мышцы сердца, вызывая его остановку или фибрилляцию (быстрые хаотические и разновременные сокращения волокон сердечной мышцы), при которой сердце перестает работать.

Длительность протекания тока через тело человека определяет исход поражения им, так как с течением времени резко возрастает сила тока вследствие уменьшения сопротивления тела, и также потому, что в организме человека накапливаются отрицательные последствия воздействия тока.

Опасность электрических сетей.

На производстве используются следующие виды электрических сетей:

— трехфазные электрические сети с изолированной нейтралью;

— трехфазные электрические сети с заземленной нейтралью;

— однофазные электрические сети.

Опасность трехфазных электрических сетей с изолированнойнейтралью.

Провода электрических сетей по отношению к земле имеют емкость и активное сопротивление — сопротивление утечки, равное сумме сопротивлений изоляции и пути тока на землю (рис 5.10).

Для упрощения анализа можно принять их равными, т. е.

При прикосновении человека к одному из фазных проводов (однофазное сопротивление) исправной сети проводимость этого провода относительно земли уменьшается и происходит смещение нейтрали. Ток через человека в этом случае выражается зависимостью:

где Uф— фазное напряжение сети; Rч — сопротивление цепи человека (Rч = rтч + rод + rоб + rоп), rтч — сопротивление тела человека; rод— сопротивление одежды 0,5. 1 кОм для влажной ткани и 10. 15 кОм — для сухой; rоб— сопротивление обуви = 0,2. ..2 кОм, а для сухих — 25. 500 кОм; rоп— сопротивление опорной поверхности ног — пола или грунта (сопротивление сухих полов достигает 2 кОм, а влажных или пропитанных щелочами или кислотами — 4. 50 Ом); сопротивление опорной поверхности ног на грунте зависит от удельного сопротивления грунта и может быть определено по формулам: rоп= 2,2q, если ступни расположены рядом, и гоп = 1,6 q, если ступни ног расположены на расстоянии шага (где q— удельное сопротивление грунта, Ом/м); w = 2πf — угловая частота сети, f — частота тока для промышленных сетей равна 50 Гц.

В случае коротких электрических сетей (при малых емкостях фазных проводов относительно земли С = 0) выражение для тока через человека запишется так:

При двухфазном прикосновении человек попадает под линейное на­пряжение и ток через человека определяется выражением:

где Uл линейное напряжение сети , равное ф

В аварийном режиме работы сети при наличии замыкания на одной из фаз на землю, ток, проходящий через человека, прикоснувшегося к исправной фазе, выразится зависимостью:

Читайте также:  Движущийся электрический ток создает

Если переходным сопротивлением Rк в месте замыкания на землю можно пренебречь — по сравнению с сопротивлением цепи человека, тогда ток, проходящий через человека,

Таким образом, при прикосновении к одному фазному проводу сети с изолированной нейтралью в нормальном режиме ток через человека зависит от сопротивления утечки и емкости сети относительно земли. Замыкание одной из фаз на землю резко повышает опасность однофазного прикосновения, так как в этом случае человек попадает под напряжение, близкое к линейному. Наиболее опасным является двухфазное прикосновение.

Сети с изолированной нейтралью целесообразно в целях безопасности применять в тех случаях, когда имеется возможность поддерживать высокий уровень изоляции проводов и когда емкость сети относительно земли незначительна. Это мало разветвленные сети, не подверженные воздействию агрессивной среды, находящиеся под контролем квалифицированного персонала.

Опасность трехфазных сетей с заземленной нейтралью.

Трехфазные сети с заземленной нейтралью обладают малым сопротивлением между нейтралью и землей (практически оно равно сопротивлению рабочего заземления нулевой точки трансформатора или генератора (рис. 5.11.)

Напряжение любой фазы исправной сети относительно земли равно фазному напряжению, и ток, проходящий через человека, прикоснувшегося к одной из фаз, определится выражением:

где — сопротивление рабочего заземления нейтрали.

Пренебрегая сопротивлением рабочего заземления нейтрали (R ≤ 10 Ом) по сравнению с сопротивлением цепи человека, можно окончательно записать:

При двухфазном прикосновении человек попадает под линейное на­пряжение как в сетях с изолированной нейтралью, и ток, проходящий через человека,

В аварийном режиме, когда одна из фаз сети замкнута на землю, происходит перераспределение напряжения и напряжения исправных фаз по отношению к земле отличны от фазного напряжения сети. Прикасаясь к исправной фазе, человек попадает под напряжение Uч, которое больше фазного, но меньше линейного, и ток, проходящий через человека,

Таким образом, прикосновение к исправной фазе при замыкании другой фазы на землю опаснее, чем прикосновение в фазе в нормальном режиме работы трехфазной сети с заземленной нейтралью, а наиболее опасно двухфазное прикосновение.

Анализируя различные случаи прикосновения человека к проводам трехфазных электрических сетей, можно сделать следующие выводы:

1) наименее опасным является однофазное прикосновение к проводу исправной сети с изолированной нейтралью;

2) при замыкании одной из фаз на землю опасность однофазного при­косновения к исправной фазе больше, чем в исправной сети при любом режиме нейтрали;

3) наиболее опасным является двухфазное прикосновение при любом режиме нейтрали.

Режим нейтрали трехфазной сети выбирается по технологическим требованиям и по условиям безопасности. Согласно ПУЭ.

При напряжении выше 1000 В применяются две схемы:

— трехпроводные сети с изолированной нейтралью и

— трехпроводные сети с эффективно заземленной нейтралью.

При напряжении до 1000 В применяются трехпроводные сети с изолированной нейтралью и четырехпроводные сети с заземленной нейтралью.

Сети с заземленной нейтралью следует применять в тех производствах и цехах, где невозможно обеспечить хорошую изоляцию проводов (высокая влажность, агрессивная среда и др.), когда нельзя быстро отыскать или устранить повреждение изоляции, либо когда емкостные токи сети вследствие значительной ее разветвленности достигают больших значений, опасных для человека.

Опасность сетей однофазного тока.

Однофазные сети могут быть изолированными от земли, иметь заземленный полюс или среднюю точку (рис. 5.12).

При однополюсном прикосновении к проводу изолированной сети человек оказывается «подключенным» к другому проводу через сопротивление утечки (рис. 5.12, а). Так как однофазные сети переменного тока имеют небольшую протяженность, емкостью проводов относительно земли можно пренебречь, а для сетей постоянного тока емкость не увеличивается, так как ток утечки через емкость равен нулю. Для упрощения выводов условимся, что сопротивления утечки обоих проводов одинаковы, т. е. r1 = r2 = r

Рис. 5.12. Опасность сетей однофазного тока: а — схема прикосновения к проводу изолированной сети; б — эквивалентная схема; в — схема прикосновения к незаземленному проводу сети с заземленным полюсом; г — схема прикосновения к проводу неисправной сети; д — схема прикосновения к проводу сети с заземленной средней точкой; е — схема прикосновения к двум проводам сети.

Выражение для тока, протекающего через человека, полученное из эквивалентной схемы (рис. 5.12, б), имеет вид:

Прикосновение человека к незаземленному проводу сети с заземленным полюсом (рис. 5.12, в) вызывает протекание тока:

а так как Rо 2 — площадь повер­хности полусферы радиусом х.

Обозначив Iз = ρ/2π = const = k, получим

фА = UК = k/х.

Таким образом, потенциал на поверхности грунта распределяется по закону гиперболы.

При отекании тока в неоднородный грунт имеет место деформация (нарушение неоднородности) поля. В предельных случаях ток устремляется в нижний слой, если ρ2 > ρ1

Зоной растекания тока замыкания на землю называется зона земли, за пределами которой электрический потенциал, обусловленный токами замыкания на землю, может быть условно принят равным нулю.

Зона растекания тока простирается на расстояние до 40 м от места замыкания на землю.

Для заземлителя характерным показателем является сопротивление току растекания, представляющее собой сопротивление грунта току замыкания на землю в пределах зоны растекания. На основании закона Ома можем записать

где Rз — сопротивление растеканию тока заземлителя. Для полусферического заземлителя

При отекании тока с двух заземлителей, расположенных в пределах зоны растекания тока, потенциал увеличивается в смежной области за счет взаимного экранирования и наложения токов растекания.

Шаговое напряжение.Напряжение шага — это напряжение между точками земли, обусловленное растеканием тока замыкания на землю при одновременном касании их ногами человека.

Численно напряжение шага равно разности потенциалов точек, на которых находятся ноги человека (рис.5.14).

При расположении одной ноги человека на расстоянии х от заземлителя и ширине шага а (обычно принимается а = 80 см) получаем

где, коэффициент напряжения шага,который зависит от:

— расстояния от заземлителя

— ширины шага (чем ближе к заземлителю и чем шире шаг, тем ρбольше).

Напряжение шага максимально у заземлителя и уменьшается по мере удаления от заземлителя; вне поля растекания оно равно нулю. Напряженность шага также увеличивается с увеличением ширины шага.

Ток, обусловленный напряжением шага,

Следует отметить, что условия поражения человека напряжением прикосновения и напряжением шага различны, так как ток протекает по разным путям: через грудную клетку — от напряжения прикосновения и по нижней петле — от напряжения шага. Значительные напряжения шага вызывают судороги в ногах, человек падает, после чего цепь тока замыкается вдоль всего тела человека.

Опасность электрооборудованияопределяется величиной используемого тока, параметрами электроэнергии и условиями эксплуатации. Нарушение изоляции электрооборудования приводит к замыканию электрического тока на токопроводящие части корпуса электрооборудования формированию напряжения прикосновения.

Напряжение прикосновения. Напряжение прикосновения — это напряжение между двумя точками цепи тока замыкания на землю (корпус) при одновременном прикосновении к ним человека. Численно оно равно разности потенциалов корпуса φк и точек почвы, в которых находятся ноги человека φн (рис. 5.15.):

Величину αназывают коэффициентом напряжения прикосновения (в пределах этой зоны растекания тока αменьше единицы, а за пределами этой зоны равен единице).

Напряжение прикосновения увеличивается по мере удаления от заземлителя, и за пределами зоны растекания тока оно равно напряжению на корпусе оборудования.

Источник

Сопротивление тела человека — от чего зависит и как может изменяться

При попадании человека под электрическое напряжение, через его тело начинает течь электрический ток, и величина этого тока зависит не только от величины приложенного напряжения, но и от сопротивления тела человека. Между тем, сопротивление тела человека — величина отнюдь не постоянная, ее значение зависит от многих факторов: от состояния человека на момент контакта (психического и физического), от параметров замкнутой цепи, от внешних условий среды, в которой человек на момент удара находится.

Тело человека состоит из различных тканей, и каждый вид тканей обладает своим сопротивлением. Так например, сухожилия, кожа, жировая ткань, хрящи и кости имеют удельное сопротивление порядка 3 — 20 кОм/м. Кровь, мышцы, лимфа, головной и спинной мозг — всего от 0,5 до 1 Ом/м. Из всех этих тканей наибольшим сопротивлением отличается кожа, поэтому именно кожа в значительной степени определяет сопротивление человеческого тела электрическому току.

Сопротивление тела человека - от чего зависит и как может изменяться

Человеческая кожа имеет сложную структуру. Ее наружный слой — эпидермис — включает в себя несколько структурных частей: наружный роговой слой, который не содержит ни нервов, ни кровеносных сосудов, от того и обладает наибольшим сопротивлением, и другие слои, сопротивление которых значительно меньше рогового слоя. Дальше идет дерма — внутренний слой, сопротивление которого также сильно меньше, а значит именно сопротивление рогового слоя имеет решающее значение в полном сопротивлении кожи.

Читайте также:  Сварка не дает ток

На сопротивление кожи влияет ее состояние. Если кожа сухая и чистая, не имеет повреждений, то ее сопротивление лежит в пределах от 10 до 100 кОм. Если же на коже есть порезы, царапины, микротравмы, они способны сильно снизить сопротивление тела человека до сопротивления лишь внутренних тканей. Очевидно, наличие на коже вышеназванных повреждений делает поражение электрическим током более опасным. Загрязненная и влажная кожа также имеет сопротивление более низкое.

Общее сопротивление человеческого тела, попавшего под напряжение, можно представить состоящим из трех сопротивлений, включенных последовательно: два слоя эпидермиса и одно — сопротивление дермы и внутренних тканей. Таким образом, внутренние ткани служат вместе с приложенными электродами как бы обкладками конденсатора, а эпидермис — диэлектриком.

В результате, если снаружи к телу приложены электроды, то получается цепь из активного сопротивления внутренних тканей и почти емкостного сопротивления эпидермиса. То есть можно сказать, что речь идет о диэлектрической проницаемости от 100 до 200, и об удельном сопротивлении от 10 до 100 кОм/м в цепи, состоящей из конденсатора и резистора.

Внутренние ткани имеют сопротивление активное Rв с небольшой емкостной составляющей, которая почти не зависит ни от площади электродов, ни от частоты, и находится в пределах от 500 до 700 Ом.

Но оно зависит от протяженности и поперечного сечения участков тела, и от удельного сопротивления внутренних органов. То есть в эквивалентном виде общее сопротивление Zт тела человека можно представить так:

При малом сопротивлении тела человека емкостная составляющая утрачивает значение:

Итак, электрическое сопротивление тела человека зависит от следующих пяти факторов:

От общего психологического и физиологического состояния (индивидуальные особенности);

От пола — от толщины кожи (у мужчин сопротивление выше, чем у женщин);

От возраста — от грубости кожи (у взрослых сопротивление выше, чем у детей);

От внешних условий (температура, давление, влажность, плотность);

От общего состояния кожи (раны, грязь, увлажненность и т. д.);

От внешних раздражителей (внезапные удар, укол, свет или звук), способных снизить сопротивление на 20 — 50 % за несколько минут.

Легко видеть, что электрическое сопротивление человеческого тела не постоянно и не линейно, однако для расчетов его принимают равным 1 кОм. Тем не менее, сопротивление тела человека зависит и от приложенного напряжения, поскольку в момент поражения током может оказаться, что цепь включает в себя еще и поверхность пола, грунт, обувь, одежду и т. д. Ток тогда будет определять не только сопротивление собственно тела человека, но и схема его включения в цепь.

Двухфазное прикосновение

При двухфазном прикосновении человек стоит на изолированном основании, касаясь одновременно двух фаз трехфазной сети, либо двух проводников однофазной сети переменного или постоянного тока. В этом случае ток потечет через руки и через жизненно важные органы, что весьма опасно, и еще опаснее, если замыкание происходит по пути рука — голова. При таком прикосновении человек может попасть либо под линейное межфазное напряжение, либо под полное рабочее напряжение электроустановки.

Если человек прикоснулся открытыми частями тела, то сопротивление определяется сопротивлением тела, сопротивлением кожи, если же произошло соприкосновение с полюсами через одежду, то в схему добавляется последовательно сопротивление одежды.

Можно сравнить эти два варианта. Сопротивление сухой одежды — от 10 до 15 кОм, а для влажной — от 0,5 до 1,5 кОм. Очевидно, сопротивление одежды так или иначе ограничивает ток через тело человека, хотя и падает в 10 — 30 раз в случае если одежда влажная.

При сухой одежде удар ощутится в сильном дрожании от пальцев до запястья, это 20мА при 220 вольтах. Если же одежда сырая, то при 140мА руки можно будет лишь с определенными усилиями оторвать от мест контакта. Сопротивление обуви и пола здесь не учитываются, поскольку в цепь они не включены.

Однофазное или однополюсное прикосновение

Человек стоит на земле, и только одной частью тела прикоснулся к электроустановке под напряжением, причем потенциал электроустановки отличается от потенциала земли или другой опорной поверхности. В этом случае человек попадает под напряжение относительно земли, и ток через тело будет током замыкания на землю.

Путь тока по петле голова — ноги или рука — ноги, при том через жизненно важные органы. В цепь окажутся включены сопротивления: тела, одежды, обуви, опоры. Сопротивления обуви и опоры включены между собой параллельно.

В зависимости от материала подошвы, от того влажная ли она или сухая, сопротивление обуви будет разным. Немаловажную роль играет и материал пола (опорной поверхности):

Влажная кожаная подошва обладает сопротивлением 500 Ом, сухая — 100 кОм;

Влажная резиновая подошва — 1,5 кОм, сухая резиновая подошва — 500 кОм;

Металлический пол — от 0 (сухой) до 10 Ом (влажный);

Земля сухая — 20 кОм, влажная — 800 Ом;

Бетон сухой — 2 МОм, влажный бетон — 900 Ом;

Линолеум сухой — 1,5 МОм, линолеум влажный — 50 кОм;

Камень сухой — 8,5 кОм, камень влажный — 5 кОм;

Снег или лед — от 300 Ом до 2 МОм;

Песок сухой — 8 кОм, песок влажный — 1,6 кОм;

Чернозем сухой — 160 Ом, влажный чернозем — 50 Ом.

Как видно, сопротивления опоры и обуви играют важную роль, и часто во много раз превосходят сопротивление тела человека, особенно в сухом состоянии, что может порой спасти жизнь.

При прикосновении к корпусу установки, который по какой-то причине оказался под напряжением, если заземления нет, то весь ток пойдет через тело. Если заземление присутствует, то основная часть тока пойдет через землю, а через тело — лишь малая часть, это представляет меньшую опасность для жизни.

Шаговое напряжение

Если человек стоит на земле неподалеку от заземлителя, и по грунту протекает ток, то частично этот ток может потечь через ноги по телу человека — по петле нога — нога, то есть человек попадет под шаговое напряжение. Образуется последовательная цепь, состоящая из сопротивлений опоры, обуви и тела. Сопротивления обуви и опоры играют здесь решающую роль, и способны в сухом виде принять на себя большее напряжение, чем примет голое тело.

Источник



Сопротивление тела человека

Сопротивление тела человека

Электрическое сопротивление различных тканей тела человека не одинаково. Например, при токе частотой 50 Гц удельное сопротивление равно: кости – 107 Ом∙м, кожа сухая – 105 Ом∙м, крови – 1,7 Ом∙м. При сухой, чистой и неповрежденной коже сопротивление тела, измеренное, при напряжении 15-20 В переменного тока (50 Гц), колеблется в пределах от 1 до 10 кОм, а иногда и в более широких пределах.

Сопротивление кожи, а следовательно сопротивление тела в целом резко уменьшается при повреждении ее рогового слоя, наличие влаги на ее поверхности, интенсивном потовыделении и загрязнении.

Электрическое сопротивление тела человека зависит так же от места приложения электродов к телу, значений тока, проходящего через человека, и приложенного к телу напряжения, рода и частоты тока, площади электродов, длительности прохождения тока через человека и некоторых других факторов. Увеличение тока приводит к снижению сопротивления соответствующих участков кожи, за счет местного нагрева кожи и действия на центральную нервную систему (усиливается приток крови, повышается потоотделение). С ростом напряжения сопротивление тела уменьшается в десятки раз. При больших напряжениях приближается к наименьшему пределу 300 Ом. В России в качестве расчетных значений сопротивление человека равно 1000 Ом при напряжении, приложенном к телу, равное 50 В и выше и сопротивление человека равное 6000 Ом при приложенном напряжении 36 В. Опыты показывают, что сопротивление тела человека постоянному току больше, чем переменному любой частоты. Разница в значениях сопротивлений постоянному и переменному (50 Гц) током особенно велико при малых напряжениях – до 10 В. С ростом приложенного напряжения эта разница уменьшается и начиная с 40-80 В сопротивление тела человека как постоянному, так и переменному току промышленной частоты становится практически одинаковым.

На значение сопротивления тела человека влияют и другие факторы, хотя в значительно меньшей степени. Пол и возраст. У женщин, как правило, сопротивление тела меньше, чем у мужчин, а у детей – меньше, чем у взрослых, у молодых людей меньше, чем у пожилых. Объясняется это, очевидно, тем, что у одних людей кожа тоньше и нежнее, у других — толще и грубее.

Физическое раздражение снижает сопротивление тела на 20-25%.

Повышенная температура окружающего воздуха (30-450 С) или тепловое облучение человека, вызывает некоторое понижение сопротивление тела.

Источник