Поріг відчутного струму
Мінімальна величина струму, подразнюючу дію якого відчувається людиною, називається порогом відчутного струму. Величина його залежить від місця дотику і площі контакту. Найбільшою чутливістю володіє мовою, відчуває поколювання вже при струмі близько 40мкА. Практичне значення має визначення порогу відчутного струму при дотику до що знаходиться під напругою предмету долонею або кінчиками пальців. При змінному струмі низької частоти початкові відчуття в цьому випадку проявляються у вигляді тремтіння, пульсування, поколювання в місці контакту.
У окремих осіб величина порога відчутного струму різниться, підкоряючись нормальному розподілу. На частоті 60Гц середня величина його склала 1,1мА.
Пороги відчутного струму значно розрізняються в осіб різної статі і віку. Для жінок він зменшується в середньому на 30%, для дітей - приблизно на 50%.
При вивченні залежності порога відчутного струму від частоти встановлено, що в діапазоні кількох сотень герц величина порога змінюється мало, збільшуючись в подальшому майже лінійно з частотою.
На частотах 100кГц і вище відчуття струму переходить в чисто теплове. При протіканні постійного струму поріг відчутного струму значно вище (в 4-5 разів), ніж на частоті 50Гц, і відчуття зводяться в основному до паління.
З порогової величиною відчутного струму пов'язана така важлива поняття техніки електробезпеки як допустимий струм витоку апаратури. Величина струму витоку повинна встановлюватися з розрахунку на практично повну безпеку для людини, через тіло якого він може тривати протягом довгого часу. Тим часом при несприятливих обставинах навіть початкову роздратування під дією електричного струму, неприємне само по собі, може викликати в результаті переляку несподіваної реакції вторинні ефекти, що мають небезпечні наслідки.
Допустима величина струму витоку
З точки зору максимальної безпеки при встановленні допустимих величин струму витоку слід було б орієнтуватися на величини, отримані при торканні кінцями пальців, з урахуванням мінімальних величин, отриманих для 0,5% обстежуваних, а також підвищеної чутливості дітей. В результаті такого підходу струм витоку не повинен був би перевищувати 0,1мА. Однак з урахуванням економічної і технічної сторін питання як допустимої величини струму витоку в стандартах більшості країн прийнятий струм 0,5мА.
Граничне відчуття - перша реакція організму на дію електричного струму. Що ж відбувається, якщо струм перевищує цю межу величину?
Дія струму, що перевищує порогову величину
При струмі 3-5мА, частотою 50 Гц, що проходить через електрод, який тримає в руці чоловік, подразнюючу дію відчувається вже пензлем руки, при струмі 8-10мА м'язи всієї руки мимоволі скорочуються, виникає почуття сильного болю. Оскільки згинальні м'язи руки могутніше розгинальних, то рука в суглобах згинається, і людина при подальшому збільшенні струму не може її розтиснути і самостійно звільнитися від затиснутого провідника. Відповідна мінімальна величина струму називається порогом відпускається струму. Цей параметр представляє великий інтерес з точки зору електробезпеки, так як є свого роду межею, з перевищенням якого небезпека важкого результату поразки різко зростає.
Мимовільні скорочення (судоми) можуть виникати не тільки в м'язах руки. При струмі 25-50мА. Частотою 50 Гц, що протікає через тулуб (рука - рука, рука - нога), виникає титанічне скорочення дихальних м'язів грудної клітки, в результаті чого ускладнюється або повністю припиняється дихання. Якщо ланцюг струму в результаті сторонньої допомоги або судомних рухів потерпілого не розривається, то приблизно через 1 хв. він втрачає свідомість, а через 3 -4 хв. можлива смерть від задухи.
Найбільш небезпечно виникнення фібриляції шлуночків серця, при якій окремі м'язові волокна втрачають централізоване управління і починають хаотично скорочуватися (фібрильованої). В результаті порушується строго координована робота різних ділянок серця, що відразу призводить до порушення його насосної функції і припинення кровообігу.
Особлива небезпека фібриляції полягає в тому, що, виникнувши, вона практично ніколи не припиняється без зовнішнього впливу. Залишений без допомоги, уражений струмом гине протягом декількох хвилин в результаті незворотних змін, що відбуваються передусім у позбавленому кисню головному мозку.
Встановлення мінімальних величин струму, що не викликає фібриляцію шлуночків при різних длительностях його дії, має велике практичне значення. Виходячи з цих даних, повинні розраховуватися і проектуватися автоматичні вимикачі, пристрої, що вимикають, що реагують на величину струму витоку, і деякі інші захисні пристрої. Розглянувши наявні експериментальні дані, секція електробезпеки центрального правління Науково-технічного товариства електротехнічної промисловості прийняла ток 65мА в якості допустимої величини при односекундного дії струму частотою 50 Гц. Величини струму при інших длительностях складають:
- Час впливу, з 0,2 0,5 0,7 1,0 понад 1 до 30.
- Струм, мА 250, 100, 75, 65, 6.
- Наведені величини служать основою для розрахунків різних захисних заходів.
При токах, які значно перевищують пороги фібриляції шлуночків серця, можливі інші смертельно небезпечні порушення в організмі. До них відносяться зупинка серця, параліч дихального центру, глибокі пошкодження нервової системи, опіки. Зазначені поразки, як правило, відбуваються, при напружених вище 1000В. Стосовно до медичної техніки це означає, що джерелом такого вражаючого струму можуть бути тільки високовольтні вторинні кола апаратури.
При визначенні залежності порога фибрилляционного струму від частоти в діапазоні 30-350Гц при безпосередньому впливі на серце було показано, що на частотах вище 100 Гц пороги різко зростають. Мінімальні величини, так само як і в разі відчутних або не відпускають струмів, відповідають промислової частоті (50-60 Гц).
Загальна електричний опір тіла
Загальна електричний опір тіла між двома електродами можна представити у вигляді двох частин, що істотно відрізняються за величиною один від одного. Це - опір шкіри під кожним з електродів і опір внутрішніх тканин і органів.
Опір шкіри значно перевершує опір інших тканин. Це пояснюється наявністю на поверхні її зовнішнього шару (епідермісу) ороговілих клітин. Омертвілі, зневоднені клітини рогового шару мають питомий опір 1МОм-10М. Ом. Опір певної ділянки шкіри залежить від товщини рогового шару, яка, наприклад, на долонях становить від 0,1 до 1,5, а на спині не перевищує 0,04 мм. Відповідно опір 1смІ шкіри знаходиться в межах від десятків до сотень кілом.
Шкіра є природним захистом організму від ураження електричним струмом. Однак опір зовнішнього рогового шару залежить від багатьох причин і часто падає значно, нижчезазначених величин. Особливо сильно позначається на ізолюючих властивості шкіри вологість.
Для одного з найбільш поширених при ураженнях шляхів струму долоню - ступня в результаті численних вимірів на трупах і на добровольцях встановлено, що величина опору внутрішніх тканин незначно відрізняється від 1000Ом. Ця величина і прийнята в більшості випадків для розрахунків.