Основы электробезопасности. Ч. 1. Теоретические основы условий поражен

Однако очень важно помнить, что воздействие электрического тока может сказаться впоследствии (отложенное действие электрического тока), поэтому, даже если после попадания под напряжение человек чувствует себя удовлетворительно, всё равно следует вызвать скорую помощь и не оставлять пострадавшего без наблюдения до прибытия специалистов (медицинских работников).

3.3. Механизм смерти от электрического тока

Клиническая («мнимая») смерть – кратковременное переход-

ное состояние от жизни к смерти, наступающее с момента прекращения деятельности сердца и легких, продолжающееся примерно

7–8 мин.

У человека, находящегося в состоянии клинической смерти, отсутствуют все признаки жизни: он не дышит, сердце не бьется, отсутствует реакция на болевые раздражения, зрачки глаз резко расширены и не реагируют на свет.

Биологическая (или истинная) смерть – необратимое явление,

характеризующееся прекращением биологических процессов в клетках и тканях и распадом белковых структур. Она наступает по истечении периода клинической смерти.

Прекращение сердечной деятельности от электрического тока наиболее опасно, поскольку возвращение пострадавшего к жизни в этом случае оказывается, как правило, более сложной задачей, чем при остановке дыхания или шоке.

3.3.1. Фибрилляция

Фибрилляцией сердца называется такое его состояние, когда волокна (фибриллы) сердечной мышцы, непосредственно осуществляющие ее сокращения, перестают работать в нормальном ритме, а происходят отдельные учащенные, хаотичные подергивания многочисленных волокон сердечной мышцы и сердце не может самостоятельно возвратиться к нормальной работе.

101

При нормальной работе сердца происходит ритмичное чередование периодов покоя, в течение которых оно заполняется кровью, и периодов сокращения, при которых оно выталкивает кровь в артериальные сосуды. Такая работа сердца обусловливается расслаблением, а затем сокращением одновременно всех волокон сердечной мышцы (фибрилл). Сокращение фибрилл является ответом на нервный импульс, возникающий в особом нервно-мышечном аппарате сердца, так называемом синусовом узле, причем каждому импульсу соответствует одно сокращение. Под воздействием добавочного раздражения возникают внеочередные сокращения фибрилл. При множественных раздражениях сердца под действием электрического тока могут нарушаться одновременность и ритмичность сокращения фибрилл, т.е. возникнет фибрилляция сердца, которая продолжается обычно короткое время, сменяясь полной остановкой сердца. Кровообращение и доставка кислорода тканям прекращаются, что приводит к тяжелейшим последствиям: практически сразу перестает функционировать кора головного мозга, нейроны (клетки коры головного мозга) продолжают жить на одном гликолизе (т.е. без кислорода) не более 5–6 мин. После этого срока нейроны коры, как правило, гибнут, навсегда отнимая у человека способность мыслить. Если в течение 5–6 мин после остановки сердца удается возобновить его деятельность, можно рассчитывать на полное восстановление жизни человека. Поэтому этот период называется клинической смертью. После отмирания нейронов наступает интеллектуальная смерть и патологические изменения в коре головного мозга становятся необратимыми. Другие органы перестают функционировать несколько позже: печень и почки – через 10–20 мин; мышечная система – через 20–30 мин. С отмиранием остальных клеток организма наступает биологическая смерть. Внешне фибрилляция проявляется в том, что пропадает пульс, появляются «синюшность», застой крови и отеки (такие же признаки имеет паралич сердца). Достоверными признаками биологической смерти, когда проведение реанимации бессмысленно, являются высыхание роговицы глаза (появление «селедочного» блеска), дефор-

102

мация зрачка при осторожном сжатии глазного яблока пальцами, появление трупных пятен. Однако окончательное заключение о смерти может сделать только врач, поэтому во всех случаях необходимо немедленно приступить к оказанию первой помощи пострадавшему и не прекращать ее до приезда скорой помощи.

3.3.2. Прекращение дыхания

Прекращение дыхания (асфиксия) происходит обычно в ре-

зультате непосредственного воздействия тока на мышцы грудной клетки.

При асфиксии последовательно утрачивается сознание, чувствительность, рефлексы, затем прекращается дыхание, а через некоторое время останавливается сердце или возникает его фибрилляция, т.е. наступает клиническая смерть.

3.3.3. Электрический шок

Электрический шок – своеобразная тяжелая нервно-рефлек- торная реакция организма в ответ на чрезмерное раздражение электрическим током, сопровождающаяся глубокими расстройствами кровообращения, дыхания, обмена веществ и т.п.

Электрический шок может быть связан с контактом с проводом, розеткой или каким-либо электроприбором, а также при поражении молнией. Даже небольшое поражение электрическим током может вызывать ожоги, а сильный удар токомможет быть смертельным.

Шоковое состояние длится от нескольких десятков минут до суток, после чего может наступить или гибель человека или выздоровление как результат своевременного активного лечения.

При шоке непосредственно после воздействия тока наступает кратковременная фаза возбуждения, когда пострадавший реагирует на возникшие боли, у него повышается кровяное давление и т.п. После этого у человека наступает торможение, падает давление и учащается пульс, ослабевает дыхание, отсутствует реакция на окружающих при сохранении сознания.

103

3.4. Электрическое сопротивление тела человека

Опасность электрического тока для организма заключается в том, что тело человека является проводником электрического тока в связи с тем, что человек на 70–80 % состоит из воды, которая является хорошим проводником. Ткани тела человека, содержащие порядка 65 % воды, можно рассматривать как электролит, т.е. раствор, разлагающийся химически при прохождении по нему тока, и также могут считаться отличными проводниками (ионная проводимость). Однако в организме человека присутствуют «элементы», обладающие сравнительно большим электрическим сопротивлением: кожа, кости, жировая ткань, сухожилия и хрящи. Согласно работе [2], при токе частотой 50 Гц удельное сопротивление, Ом·м, составляет:

сухой кожи…………………………………….3 · 103 … 2 · 104; кости (без надкостницы)……………………..104–2 · 106; жировой ткани………………………………...30–60; мышечной ткани……………………..……….1,5–3;

крови……………………………………..........1–2;

спинномозговой жидкости…………………...0,5–0,6. Сопротивление тела человека, т.е. сопротивление между двумя

электродами, наложенными на поверхность тела человека, уразных людей различно. Неодинаковым оно оказывается и у одного и того же человека в разное время и в разных условиях измерения. При сухой, чистой и неповрежденной коже сопротивление тела, измеренное при напряжении до 15–20 В, колеблется в пределах примерно (3…100) · 103 Ом, а иногда и в более широких пределах. Если на участках кожи, где прикладываются электроды, соскоблить роговой слой, сопротивление тела упадет до (1…5) · 103 Ом, а при удалении всего наружного слоя кожи (эпидермиса) – до 500–700 Ом. Если же под электродами полностью удалить кожу, то будет измерено сопротивление подкожных тканей тела, которое у всех людей практически одинаковое и составляет лишь 300–500 Ом. На сопротивление тела человекаможетоказыватьвлияниедажеегоэмоциональноесостояние.

104

В опытах [6] (рис. 42) испытуемые плотно обхватывали руками электроды, в качестве которых применялись два медных никелированных цилиндра диаметром 30 мм и длиной 200 мм. Напряжение измерялось термоионным вольтметром, включенным непосредственно между электродами. Выбор такого типа вольтметра обусловлен малой потребляемой мощностью. Величина тока измерялась миллиамперметром переменного или постоянного тока.

Рис. 42. Принципиальная схема экспериментальной установки по изучению воздействия постоянного и переменного токов на организм человека

Вопытах [7] (рис. 43) испытуемый сидел (спиной к исследователю) и обхватывал руками цилиндрические электроды диаметром 30 мм и длиной 120 мм. Площадь соприкосновения электродов

сладонями составляла 60 и 100 см2. После сигнала готовности схема подключалась к сети с последующим повышением напряжения. При появлении первого ощущения, вызванного током, испытуемый давал сигнал, после чего напряжение постепенно снижалось.

Первой рабочей методикой по определению электрического сопротивления организма человека в реальных условиях горного производства была методика Б.Г. Меньшова [8], принципиальная схема которой представлена на рис. 44.

Вкачестве электродов применялись металлические никелиро-

ванные стержни. При плотном охвате электродов руками площадь контакта составляла по 60 см2. Режим подачи напряжения в опытах –

105

постепенный: напряжение плавно повышалось от нулевого до предельных значений. В схеме применялись два сопротивления ПТ1 и ПТ2 со скользящими контактами, регулируемые без разрыва цепи: одно сопротивление было предназначено для плавного изменения напряжения, другое – для грубого изменения напряжения. В качестве измерительных приборов применялись универсальные вольтмиллиамперметры.

Рис. 43. Принципиальная схема экспериментальной установки для определения пороговых значений ощущаемых токов

Рис. 44. Принципиальная схема экспериментальной установки для определения сопротивления тела человека в шахтных условиях

В период 1958–1964 гг. были проведены массовые экспериментальные исследования на людях в условиях горнодобывающих предприятий Восточной Сибири по методике, принципиальная схема которой представлена на рис. 45.

106

этого производилось плавное повышение напряжения при помощи автотрансформатора (грубая регулировка) и реостата (точная регулировка). При появлении первых ощущений, вызванных током, испытуемый говорил «есть», соответствующие этой стадии измерений значения напряжения и тока регистрировались в таблицах. После этого напряжение продолжали постепенно повышать вплоть до момента, когда испытуемый говорил «боль». После регистрации значений тока и напряжения, соответствующих этой стадии, напряжение продолжали плавно повышать вплоть до момента, когда испытуемый бросал электроды вследствие сильных болевых ощущений. Значения напряжения и тока, соответствующие моменту освобождения от электродов, фиксировались в таблице.

Сопротивление тела человека условно можно считать состоящим из трех последовательно включенных сопротивлений (рис. 46, а и б): двух одинаковых сопротивлений наружного слоя кожи, т.е. эпидермиса, 2zэ и одного сопротивления внутренних тканей тела Rв (которое включает в себя сопротивление внутренних слоев кожи, т.е. дермы, и подкожных тканейтелачеловека).

Сопротивление эпидермиса zэ состоит из активного Rэ и емко-

стного xс 1

Cэ

угловая частота, с–1, 2 f . Емкостное сопротивление обусловле-

но тем, что в месте прикосновения электрода к телу человека образуется как бы конденсатор, обкладками которого являются электрод и хорошо проводящие ток ткани тела человека, лежащие под наружным слоем кожи, а диэлектриком, разделяющим обкладки, – этот слой (эпидермис) (рис. 46, в). Емкость данного конденсатора определяется по формуле

где ε – диэлектрическая проницаемость диэлектрика; ε0 – электрическая постоянная, ε0 = 8,85 · 10–12 Ф/м; S – площадь электрода, м2; dэ – толщина эпидермиса, м.

108

в

а

Рис. 46. К определению электрического сопротивления тела человека: а – схема измерения сопротивления: 1 – электроды; 2 – роговой слой кожи; 3 – ростковый слой кожи; 4 – наружный слой кожи – эпидермис (роговой и ростковый слои); 5 – внутренний слой кожи (дерма); 6 – подкожные ткани тела; 7 – внутренние ткани тела (внутренние слои кожи и подкожные ткани); б, в – эквивалентные схемы сопротивления тела человека; г – упрощенная эквивалентная схема; zэ – полное сопротивление эпидермиса; Rв – сопротивление внутренних тканей; Rэ – активное сопротивление эпидермиса; Cэ – емкость образовавшегося конденсатора;

Rh – активное сопротивление тела; Ch – емкость тела

Активное сопротивление эпидермиса определяется по формуле

э S

где ρэ – удельное сопротивление эпидермиса, Ом·м. Эквивалентная схема сопротивления тела человека, показан-

ная на рис. 46, в, позволяет написать выражение полного сопротивления тела человека, Ом:

109

Эту схему можно упростить, представив сопротивление тела человека как параллельное соединение сопротивления Rh = 2Rэ + Rв и емкости Сh 0,5 Сэ – соответственно активное сопротивление

и емкость тела человека (рис. 46, г). В этом случае выражение полного сопротивления тела человека, Ом, запишется как

Из формул (123) и (124) видно, что при малой емкости Ch (когда ее можно принять равной нулю) полное сопротивление тела человека оказывается равным сумме активных сопротивлений обоих слоев эпидермиса и сопротивления тканей тела:

3.5. Влияние факторов окружающей среды на электрическое сопротивление тела человека

Сопротивление тела человека является переменной величиной, зависящей от множества факторов, таких как состояние кожи, параметры электрической цепи, величина напряжения прикосновения и частота тока, пол человека и его возраст, физическое и психологическое состояния человека, факторы окружающей среды.

В процессе своей производственной деятельности человек сталкивается с присущими ей сложными условиями и эргономическим дискомфортом, что вызывает сильную усталость и повышенную восприимчивость к воздействию электрического тока в случае поражения, особенно ярко это выражено при работе человека в подземных условиях шахт и рудников. Как показано в исследовании [9], под влиянием условий окружающей среды изменяются физическое и психическое состояния человека, что приводит к изме-

110