| Materiał uzupełniający Oddziaływanie prądu elektrycznego na organizm ludzki | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Prąd przemienny o częstotliwości 50 Hz i napięciu 400/230 V jest najbardziej
rozpowszechnionym środkiem przenoszenia energii elektrycznej. Z tego powodu
większość porażeń i oparzeń ludzi prądem elektrycznym, nazywanych wypadkami
elektrycznymi, występuje przy styczności człowieka z urządzeniami elektroenergetycznymi
prądu przemiennego, przy czym najczęstsze są rażenia na drodze ręka - nogi
lub ręka - ręka. Ponadto prąd przemienny o częstotliwości od 15 do 100 Hz
powoduje najgroźniejsze dla życia reakcje organizmu, stąd skutki rażenia
nim rozpatruje się szczególnie wnikliwie. Działanie prądu elektrycznego na organizm ludzki może być pośrednie lub bezpośrednie. Działanie pośrednie, powstające bez przepływu prądu przez ciało człowieka, powoduje takie urazy, jak:
Porażenie elektryczne może objawiać się:
Zjawisko porażenia ma miejsce wówczas, gdy występuje droga dla prądu rażeniowego i istnieje źródło napięcia wymuszającego przepływ takiego prądu. W praktyce dochodzi do tego, gdy człowiek styka się jednocześnie z dwoma punktami znajdującymi się pod różnymi potencjałami i zamyka się w ten sposób elektryczny obwód dla prądu rażeniowego. Napięcie dotykowe jest to napięcie między dwoma punktami nie należącymi do obwodu elektrycznego, z którymi mogą się zetknąć jednocześnie obie ręce lub ręka i noga człowieka. Napięcie dotykowe spodziewane jest to największa wartość napięcia dotykowego w urządzeniach lub w instalacji elektrycznej w razie uszkodzenia izolacji, gdy wartość impedancji w miejscu zwarcia jest pomijalna. Napięcie rażeniowe dotykowe jest to spadek napięcia wzdłuż drogi przepływu prądu przez ciało człowieka (czyli spadek napięcia na rezystancji ciała, na drodze ręka-nogi lub ręka-noga albo ręka-ręka). Napięcie krokowe jest to napięcie między dwoma punktami na powierzchni ziemi lub na powierzchni stanowiska pracy, odległymi od siebie o 1 m (jeden krok). Napięcie rażeniowe krokowe jest to spadek napięcia wzdłuż drogi przepływu prądu przez obie nogi człowieka (czyli spadek napięcia na rezystancji ciała na drodze noga-noga). Skutki rażenia prądem elektrycznym zależą od:
Rezystancja wewnętrzna ciała zależy głównie od drogi przepływu i jest największa przy przepływie prądu na drodze ręka - ręka i ręka - noga (stopa), przy czym jej wartość jest równa około kilkuset omów. Najmniejsza wartość impedancji jest na drodze przepływu prądu ręka - kark. Zależność impedancji naskórka od stopnia zawilgocenia skóry czy częstotliwości prądu też jest zmienna, a więc zmienna jest też impedancja ciała. Przy wilgotności względnej otaczającego powietrza powyżej 75% impedancja ciała nie zależy od impedancji naskórka i jest równa praktycznie tylko rezystancji wewnętrznej. Wartości impedancji ciała człowieka w zależności od napięcia dotykowego Ud dla różnych części badanej populacji ludzi dorosłych (wg Raportu IEC 479)
Z powyższych rozważań wynika fakt, że należy do rozpatrywania zjawiska porażenia przyjąć dwie podstawowe klasy warunków środowiskowych oznaczonych jako W1 i W2:
Dodatkowo wyróżnia się warunki środowiskowe specjalne (W3), np. baseny kąpielowe lub wnętrza metalowych zbiorników, dla których dopuszczalne wartości napięć rażeniowych dotykowych powinny być mniejsze niż dla klasy W2. W raporcie IEC-479 przedstawiono w formie wykresu krzywe graniczne reakcji organizmu człowieka przy porażeniu prądem elektrycznym o częstotliwości 50 Hz na drodze lewa dłoń - stopy. Krzywe te, oznaczone literami a, b, c1, c2 i c3, są granicami stref różnych skutków przepływu prądu rażenia. Wartość progowa prądu odczuwania Zasadniczo większość ludzi dorosłych nie odczuwa przepływu prądu o wartości natężenia do 0,5 mA - strefa 1 i jej granica - prosta a na wykresie. Dlatego minimalną wartość prądu, która wywołuje takie odczucia, nazywa się wartością progową prądu odczuwania lub percepcji, która nie zależy od czasu przepływu prądu.  Krzywe graniczne reakcji organizmu człowieka przy porażeniu prądem elektrycznym o częstotliwości 50 Hz na drodze lewa dłoń - stopy, wg IEC 479-1 a, b, c1, c2, c3 - krzywe graniczne reakcji organizmu, 1, 2, 3, 4 - strefy różnych skutków przepływu prądu rażenia, tr - czas rażenia, Ir - wartość natężenia prądu rażenia W miarę wzrostu natężenia prądu występują: mrowienie w palcach i drętwienie, skurcze włókien mięśniowych i uczucie bólu. Im wyższa wartość prądu rażeniowego i dłuższy czas jego przepływu, tym liczniejsze włókna mięśni dłoni ulegają skurczowi, również tzw. skurczowi tężcowemu, który trwa tak długo, jak długo płynie prąd. Jest to strefa 2 ograniczona krzywymi a i b. Prąd samouwolnienia Wartość progowa natężenia prądu, przy której jest jeszcze możliwe rozwarcie palców przez samego porażonego, nazywana jest prądem samouwolnienia i wg IEC jest to wartość 10 mA. Widoczna jest tu zależność reakcji organizmu zarówno od wartości prądu, jak i od czasu jego przepływu - przy większym natężeniu prądu płynącego w krótszym czasie te same lub podobne odczucia i reakcje, co przy mniejszym natężeniu, ale w czasie dłuższym. W tej strefie prąd rażeniowy zwykle nie powoduje żadnych skutków fizjologicznych. W strefie 3 - pomiędzy krzywymi b i c1 - obserwuje się nasilenie bólu, wzrost ciśnienia krwi oraz skurcze tężcowe mięśni poprzecznie prążkowanych i skurcze mięśni oddechowych (mięśni płuc - powyżej 20 mA), co może wywołać niedotlenienie organizmu, trudności z oddychaniem, zwiększenie ilości dwutlenku węgla we krwi i zakwaszenie tkanek, skutkiem czego może być sinica skóry i błon śluzowych. Zwykle są to odwracalne skutki fizjologiczne - bez uszkodzeń organizmu. Istnieje jednak duże prawdopodobieństwo pojawienia się odwracalnych zakłóceń powstawania i przewodzenia impulsów w sercu, włącznie z migotaniem przedsionków serca (fibrylacją) i przejściową blokadą pracy serca bez wystąpienia migotania komór, nasilające się wraz ze wzrostem natężenia prądu i czasem jego przepływu. W skrajnych przypadkach mogą występować skurcze naczyń wieńcowych i w efekcie zawał mięśnia sercowego. Przyjmuje się, że prąd o wartości natężenia 30 mA powoduje początek paraliżu dróg oddechowych. Krzywa c1 oznacza graniczne wartości prądów niefibrylacyjnych. W strefie 4 - na prawo od krzywej granicznej c1 - można zaobserwować te same skutki prądu rażenia, co w strefie 3, nasilające się wraz ze wzrostem natężenia prądu i czasu jego przepływu, ale dodatkowo może wystąpić migotanie (fibrylacja) komór serca. Prawdopodobieństwo wystąpienia migotania komór serca rośnie do około 5% - krzywa c2, 50% - krzywa c3 i ponad 50% - w obszarze powyżej krzywej c3. W chwili rażenia zamiast miarowych, okresowych skurczów komór pojawiają się niemiarowe, nieokresowe skurcze, o częstotliwości 400 do 600 na min. Jednocześnie ciśnienie krwi gwałtownie maleje i jej przepływ może być zatrzymany, co spowoduje w pierwszej kolejności niedotlenienie mózgu, a po czasie około 10 s - utratę przytomności. Jeżeli proces będzie trwał dłużej, po dalszych 20 s nastąpi zatrzymanie oddychania i początek śmierci klinicznej. Rażonego człowieka można jeszcze uratować, jeżeli udzieli mu się skutecznej pomocy przed upływem 3 do 5 min, tzn. przed upływem czasu, jaki bez dopływu tlenu może przeżyć kora mózgowa. ¦mierć człowieka rażonego prądem elektrycznym o wartości wywołującej migotanie komór serca lub skurcz tężcowy mięśni oddechowych następuje nie na skutek bezpośredniego uszkodzenia tych organów, ale z powodu zakłócenia naturalnych procesów życiowych. Przy prądach rażenia o wartości większej (około 1 A) śmierć może nastąpić z powodu zatrzymania akcji serca i krążenia krwi. Działanie termiczne prądu Przepływający przez ciało człowieka prąd rażeniowy powoduje wydzielanie się w tkankach organizmu energii cieplnej, gdyż mają one określoną rezystancję (impedancję). Ilość wydzielonej energii cieplnej zależy od wartości natężenia prądu, rezystancji tkanek oraz od czasu przepływu prądu przez ciało lub jego część. W zależności od pojemności cieplnej tkanki (ciepła właściwego) na skutek wydzielonej energii cieplnej następuje wzrost temperatury. Gdy nie przekracza 5 K, nie występują zmiany patologiczne, jeżeli jednak temperatura wzrasta o 10 i więcej K, tkanki ulegają zniszczeniu wskutek martwicy. Nazywa się to oparzeniem elektrycznym. Najbardziej niebezpieczne dla zdrowia i życia człowieka są tzw. rażenia skojarzone, kiedy przez ciało człowieka przepływa prąd łuku elektrycznego. Łuk elektryczny albo wyładowanie łukowe może powodować urazy:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pełny program kursu