При какой частоте протекающего тока внутреннее сопротивление тела человека максимально

Сопротивление человека

При касании человеком находящихся под напряжением проводов, токопроводящих поверхностей, клемм источников питания через его тело начинает протекать электрический ток. Величина силы тока, проходящего при этом через организм, определяется, прежде всего, такой характеристикой, как электрическое сопротивление человека. Зависящее от большого количества факторов (от наличия влаги на коже до эмоционального состояния человека) оно влияет на безопасность электромонтажных и ремонтных работ, производимых на находящемся под нагрузкой оборудовании, линиях электропередач. О том, что собой представляет сопротивление обычного человеческого тела, от чего зависит, как изменяется, пойдет речь в данной статье.

Что такое электрическое сопротивление тела человека

Сопротивление тела человека – способность различных тканей, внутренних органов противостоять протеканию электрического тока. Как и в проводниках, суть данного явления заключается в том, что проходящий по материи поток свободных электронов сталкивается с атомами и молекулами вещества, снижает свою скорость и плотность. Следствие таких происходящих на молекулярном уровне процессов – снижение силы проходящего по тканям, внутренним органам организма тока, что существенно уменьшает причиняемый потоком электронов вред.

Измеряется данная характеристика в таких единицах, как кило и мегаомы (сокращенно кОм, мОм, соответственно).

На заметку. Чтобы узнать, какое у тела человека значение сопротивления в омах, используют такой прибор, как мультиметр. Процесс измерения достаточно прост и безопасен: ручку переключения диапазонов устанавливают в положение для измерения сопротивления до 2000 кОм («2000к»), зажимают кончик каждого щупа между указательным и большим пальцами левой и правой руки. Появляющееся через 2-3 секунды на дисплее значение фиксируют при помощи кнопки «hold»(«удержать»).

Электрическое сопротивление человеческого тела складывается из отдельных значений данной характеристики для таких тканей и органов, как:

• Кожа;
• Подкожная жировая прослойка;
• Кровеносные сосуды;
• Кровь и лимфа;
• Костная и хрящевая ткань;
• Мышцы;
• Костный мозг;
• Органы различных систем организма (пищеварительной, дыхательной, сердечно-сосудистой и т.д.).

Самое большое сопротивление имеет кожа, точнее эпидермис – состоящий из ороговевших клеток внешний слой. Содержащий мало жидкости он очень слабо проводит ток. Расположенный под эпидермисом внутренний слой кожи, называемый дермой, имеет электропроводность значительно больше, чем наружные ороговевшие клетки.

Сопротивляемость содержащих много жидкости крови, лимфы, костного мозга, а также различных внутренних органов самая низкая. Промежуточное положение по величине данной характеристики занимает костная и хрящевая ткань.

Важно! Принято считать, что электрическое сопротивление человеческого тела переменному однофазному бытовому току должно быть равным 1 кОм. При воздействии постоянного 20-24-х вольтного тока величина данной характеристики должна составлять от 3 до 100 кОм.

На данных нормативах основан расчет максимально безопасной силы – количества электронов, проходящих через ткани человеческого организма за единицу времени без причинения ему вреда.

Значение полного сопротивления тел людей

Сопротивляемость человеческого тела электрическому току непостоянна. Основными влияющими на ее величину факторами являются состояние кожных покровов, вольт-амперные характеристики тока, физиологические особенности организма, параметры окружающей среды, содержание в воздухе пылевидных частиц с высокой электропроводимостью.

Состояние кожи

Самым высоким значением сопротивления обладает сухая и чистая кожа. При появлении на ней капельной влаги, пота, частиц металлической или угольной пыли электропроводность увеличивается. Обусловлено это тем, что вода и обильный пот способствуют удалению с кожи жировой пленки, тем самым увеличивая ее электропроводность.

Также увеличивают электропроводность кожи при нарушении ее целостности участки с различными ссадинами, порезами, гематомами, мозолями, кожными сыпями, термическими и химическими ожогами, они имеют достаточно низкое сопротивление, из-за чего более подвержены действию электротока.

Место приложения электротока

Сопротивляемость организма протеканию по нему потока заряженных частиц зависит от того, в каком месте тело соприкасается с токопроводящей поверхностью, находящимся под напряжением проводом. Небольшим электрическим сопротивлением характеризуются такие участки тела с тонким верхним слоем кожи, как:

• Большая часть лица;
• Шея;
• Внешняя поверхность предплечий;
• Тыльная часть кистей;
• Подмышки.

При контакте данных участков с находящимися под напряжением поверхностями, оголенными проводниками сила протекающего по телу тока может, как нарушать нормальный обмен веществ и работу внутренних органов, так и приводить к летальному исходу.

Уровень сопротивляемости тканей

Самой большой сопротивляемостью протеканию тока отличаются сухая и неповрежденная кожа, ногтевая ткань. Наибольшей электропроводностью и, следовательно, низким сопротивлением характеризуются различные содержащиеся в организме жидкости: кровь, лимфа, костный мозг.

Значения показателей тока

На сопротивляемость организма влияют такие характеристики электрического тока, как:

• Мощность – проходящий через организм ток с большим значением мощности активизирует кровообращение, тем самым сильно снижая сопротивление тела.
• Частота – зависимость сопротивляемости тела от значения частоты протекающего по нему тока такова: переменный промышленный либо бытовой ток уменьшает сопротивление человеческого тела в разы сильнее, чем обладающий такими же вольт-амперными характеристиками постоянный.

Физиологические факторы и показатели окружающей среды

Основными физиологическими факторами, существенно влияющими на сопротивление тела, являются такие:

• Пол – женский организм более восприимчив к электротравмам, чем мужской;
• Возраст – способность тела пожилого человека или ребенка сопротивляться протекающему по нему току не такая высокая, как у возрастной категории от 16-18 до 50 лет.
• Болезни и ослабленное состояние организма – больному или ослабленному организму преодолевать действие тока значительно труднее, нежели здоровому.

Значительно уменьшают сопротивляемость тела к протеканию по нему тока высокая температура воздуха и большое содержание в нем капельной влаги.

Важно! Также электропроводность человеческого тела может зависеть от наличия в воздухе мелких взвешенных частиц угольной или металлической пыли. Этот факт советуют принимать во внимание всем работающим в условиях шахт и токарных мастерских электрикам.

Таким образом, знание того, сколько составляет сопротивление человеческого тела ом, что на него влияет, позволяет принять действенные меры, способные повысить электробезопасность работ, производимых на силовых установках и линиях электропередач, находящихся под напряжением. Померить данную характеристику тела можно с помощью обычного мультиметра, при условии наличия у него соответствующего диапазона для измерения электрического сопротивления.

Электрическое сопротивление человека. Сопротивление тела

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

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)

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.

2.6. Влияние тока на сопротивление тела человека

Увеличение тока,
проходящего через тело человека, сопровождается усилением местного нагрева кожи и раздражающего действия на ткани. Это в свою очередь вызывает рефлекторно, т. е. через центральную нервную систему, быструю ответную реакцию организма в виде расширения сосудов кожи, а следовательно, усиление снабжения ее кровью и повышение потоотделения, что и приводит к снижению электрического сопротивления кожи в этом месте.
Повышение напряжения,
приложенного к телу человека, вызывает уменьшение полного сопротивления тела человека в основном за счет уменьшения сопротивления кожи и объясняется ростом тока, проходящего через кожу, и пробоем рогового слоя кожи под влиянием приложенного напряжения.

Пробой рогового слоя кожи возможен, если напряженность возникшего в нем электрического поля превысит его пробивную напряженность,

равную, как показывают опыты, E ≈ 500—2000 В/мм. Нетрудно определить напряжение, которое, будучи приложено к телу человека вызывает пробой рогового слоя, т.е. пробивное напряжение
U
пр, В,

Uпр = 2d Eпр Длительность протекания тока

заметно влияет на сопротивление кожи за счет усиления со временем кровоснабжения участков кожи под электродами, потовыделения и т. п. Опыты показывают, что при небольших напряжениях (до 20 – 30 В) за 1– 2 мин сопротивление понижается обычно на 10 – 40% (в среднем на 25%), а иногда и больше. При увеличении напряжения, а следовательно, при росте тока через тело человека сопротивление тела снижается быстрее, что объясняется, по-видимому, более интенсивным воздействием на кожу тока большего значения.
В процессе выполнения лабораторной работы следует после выполнения очередного измерения снижать до нуля уровень напряжения на электродах, а само измерение производить максимально быстро (не превышая величину тока – 1mA)!

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Рабочее место в лаборатории и измерительные приборы

Лабораторная работа выполняется на специальном лабо­раторном стенде, на котором размещаются измерительные приборы: генератор звуковой частоты, миллиамперметр, вольтметр, диски-электроды и соединительные проводники с переключателем.

1. Генератор ЗГ

является источником электрических си­нусоидальных колебаний частоты в диапазоне от 20 до 20000 Гц. Установка требуемых поддиапазонов частоты 20 — 200 Гц, 200 — 2000 Гц, 2000—20000 Гц производится переключателем «Множитель», который необходимо установить соответственно в положениях 1; 10; 100. В пер­вом поддиапазоне 20—200 Гц. частота устанавливается пово­ротом шкалы-лимба до совмещения нужного деления часто­ты со стрелкой-указателем. Переключатель «Множитель» должен находиться в положении × 1. По аналогии частота второго и третьего под­диапазонов устанавливается поворотом шкалы-лимба, при этом переключатель «Множитель» находится в положении × 10 (или × 100), а показания, снятые со шкалы-лимба, также умножаются на 10 (или × 100).

Регулировка амплитуды выходного напряжения произво­дится ручкой «Регулятор выхода». Перед этим следует проверить (!) положение других переключателей, которые долж­ны находиться в исходных положениях, указанных на стенде.

Например «Регулятор выхода» должен находиться в крайнем левом положении.

2. Миллиамперметр.

Переключатель пределов измерения прибора фиксирован на диапазоне 0 – 20 mA.

3. Милливольтметр,

предназначен для измерения напряжения прикосновения. Имеет несколько пределов измерений. Выбор соответствующего предела измерения необходимо производить с учетом получения наиболее точных показаний прибора, т. е. при положении измеряемой величины в средней части диапазона возможных измерений.

Лабораторная установка для измерения электрического сопротивления тела человека изображена на рис. 4.

Рис. 4. Схема экспериментальной установки
Описание опыта.
Один из испытуемых, при крайнем левом положении ручки «Регулятор выхода» накладывает руки на диски электродов. От генератора через «Регулятор выхода» подается напряжение заданной частоты. В образовавшейся цепи с помощью этой ручки устанавливается ток, не превышающий пороговый ощутимый ток. Считываются показания частоты, милливольтметра и миллиамперметра. В процессе измерений необходимо стремиться к тому, чтобы плотность прижатия рук к дискам электродов была постоянна в течение всего опыта, а продолжительность каждого измерения — минимальной.

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

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

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

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.

3.1. Исследование зависимости сопротивления тела человека от состояния кожного покрова

При исследовании зависимости сопротивления кожного покрова были использованы следующие приборы и материалы: мультиметр М-830, (см. приложение рис. 1) дистиллированная и подсоленная вода, салфетки.

Порядок выполнения работы:

1. С помощью мультиметра измерили сопротивление своего тела при чистой, сухой и неповрежденной коже. Электроды приложили от ладони одной руки к ладони другой руки Rлп. Повторили измерения 10 раза и вычислили среднее значение сопротивления. Полученные результаты занесли в таблицу 1(см. приложение на стр.18).

2. Дистиллированной водой увлажнили руки, провели измерения, сопротивление уменьшилось. Данные измерений занесли в таблицу 2(см. приложение на стр.18).

3. Сильно подсоленной водой увлажнили руки, провели измерения, сопротивление тела понизилось еще больше. Данные измерений занесли в таблицу 3(см. приложение на стр.18).

Сопротивление кожи понижается при её увлажнении даже в том случае, если влага обладает большим удельным сопротивлением. Влага, попавшая на кожу, растворяет находящиеся на ее поверхности минеральные вещества и жирные кислоты, выведенные из организма вместе с потом и кожным салом, и становится более электропроводной. Пот хорошо проводит электрический ток, поскольку в его состав входят вода и растворенные в ней минеральные соли, а также некоторые продукты обмена веществ. Он выделяется на поверхность кожи по выводным протокам – тонким трубочкам, пронизывающим всю толщу кожи.

Выделение пота происходит непрерывно, даже на холоде, но особенно обильно при высокой температуре окружающего воздуха, напряжённой физической работе, местном нагреве кожи, болезни человека и т. п.[3].

Следовательно, работа в условиях, вызывающих интенсивное потовыделение, увеличивает опасность поражения человека током, работа сырыми руками или в условиях, вызывающих увлажнение каких-либо участков кожи, создает предпосылки для тяжелого исхода в случае попадания человека под напряжение.

4. Соскоблили роговой слой на сухих участках кожи, где прикладываются электроды, измерили сопротивление, оно снизилось еще больше.

Полученные результаты занесли в таблицу 4(см. приложение на стр.19).

Порезы, царапины, ссадины и другие микротравмы, т.е. повреждения рогового слоя – снижают сопротивление тела человека что, бесспорно, увеличивает опасность поражения током человека.

5. Потерли руки пылью, взятой от мебели. Приложили электроды на загрязненную кожу рук и измерили сопротивление. Полученные результаты занесли в таблицу 5(см. приложение на стр.19).

По результатам исследования, используя Microsoft PowerPoint построили диаграмму «Исследование зависимости сопротивления тела человека от состояния кожного покрова» (см. приложение рис.2)

Загрязнение кожи различными веществами, в особенности хорошо проводящими ток (металлическая или угольная пыль, окалина и т. п.), сопровождается снижением ее сопротивления, подобно тому, как это наблюдается при поверхностном увлажнении кожи. Кроме того, токопроводящие вещества, проникая в выводные протоки потовых и сальных желез, создают в коже длительно существующие токопроводящие каналы, резко понижающие ее сопротивление.

Таким образом, токарь по металлу, шахтер и лица других специальностей, у которых руки загрязняются токопроводящими веществами, подвержены большей опасности поражения током, чем лица, работающие сухими чистыми руками.

: сопротивление кожи, а, следовательно, и тела в целом резко уменьшается при наличии влаги на ее поверхности, сильном потовыделении, загрязнении и повреждении ее рогового слоя.

Сопротивление тела человека принимается равным 1000 Ом

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

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)

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.

Тяжесть поражения организма электрическим током зависит от целого ряда физиологических и физических факторов и условий среды. Сюда относится: сопротивление тела человека; сила тока и продолжительность его действия; шл лях протекания через тело человека; вид и частота электрического тока, индивидуальные особенности организма человека, состояние его здоровья и нервной системы; среда, которая окружает человека при поражении ее элек трическим током и т иін.

Что представляет собой электрическое сопротивление тела человека?

Тело человека является проводником электрического тока, сопротивление которого складывается из сопротивления кожи и сопротивления внутренних органов

Сопротивление тела человека является переменной величиной, имеющей нелинейную зависимость от многих факторов, а значит от состояния кожи, физических параметров электрической цепи и состояния окружающей среды

Электрическое сопротивление эпидермиса в 1000 раз больше сопротивление дермы (внутреннего слоя). Наружный слой эпидермиса состоит из мертвых ороговевших клеток, не имеют кровеносных сосудов и нервов, толщина яки их на различных участках бывает разной (0,02 -0,2 мм) толстый роговой слой бывает в местах, подлежащих механическому воздействию, образуя даже мозоли. Роговой слой плохо проводит тепло и электрический ток. В сухом неповрежденном состоянии он может рассматриваться как диэлектрик, удельное сопротивление, которого достигает 106. Ом, что в сотни и тысячи раз превышает сопротивление других участков кожи и внутренних органеанів.

Сопротивление кожи человека изменяется в широких пределах. Так, сухая, чистая, неповрежденная кожа может иметь сопротивление более 100 000. Ом. Влажная кожа, порезы, царапины, загрязнения снижают сопротивление 1000 — 5000. Ом и с более шують электропроводность кожи, а следовательно и опасность поражения человека токаом.

В сухом, чистом исправном состоянии роговой слой эпидермиса имеет удельное сопротивление 105-106. Омм. Электрическое сопротивление дермы значительно меньше

Что такое внутреннее сопротивление тела человека? ется в широких пределах. Например, удельное сопротивление мышечной ткани равна 1,5-3,0. Ом * м, жировой ткани — 30-60. Ом * м, крови — 1-2. Ом * м, а спинномозговой жидкости всего — м.

Какую величину сопротивления тела человека принимают расчетной при определении электробезопасности?

Сопротивление тела человека — это переменная величина, которая колеблется в широких пределах и зависит от контакта электрода с телом человека. Наименьшее сопротивление имеет кожа лица, шеи, тыльной стороны кисти рук, подмышечных е впадины. На теле человека есть целый ряд точек, где сопротивление значительно меньше сопротивление соседних участков. Это явление совпадает со старинной топографией иглоукалывание, объяснить которое еще невозможноиво.

меньшей мере на сопротивление тела человека влияет пол или возраст человека, однако известно, что сопротивление тела у женщин и детей значительно меньше, чем у мужчин, что можно объяснить более тонкой и нежной кожей

Учитывая все приведенные факторы, при подборе защитных и технических средств защиты от поражения электрическим током, за сопротивление тела человека берут 1000. Ом

Какие факторы являются решающими при поражении человека электрическим током?

Решающими факторами при поражении электрическим током являются не физиологические факторы, а физические параметры электрического тока: сила тока (основной фактор) напряжение; род и частота тока и продолжительность и его действия на организм человека. Продолжительность протекания тока значительно уменьшает сопротивление тела человека, что приводит к тяжелым последствиям поражения. С течением времени резко падает сопротивление тела и накапливаются другие негативные последствийки.

Чем продолжительнее будет действие тока, тем большей становится вероятность тяжелого или смертельного поражения. Такая зависимость объясняется тем, что продолжительность времени воздействия на живую ткань увеличивает силу тока за счет с уменьшения сопротивления тела и наступления момента совпадения прохождение тока через сердце, что будет в трудной фазе. Т сердечного кардиоцикла (рис 32.2)

Рис 32. Нормальная электрокардиограмма сердца человека:. Р-сокращения предсердий; Q, R, S, T-соответствует сокращению желудочков / называется желудочковым комплексом

Каждый цикл сердечной деятельности состоит из двух периодов: один называется диастолой (когда желудочки сердца находятся в расслабленном состоянии и заполняются кровью), второй — систолическим, когда сердце ско орочуючись, выталкивает кровь в артериальные сосуды. В разные фазы чувствительность сердца к току не одинакова. Наиболее уязвимым сердце становится в фазе. Т, продолжительность которой составляет около 0,2 с.

Итак, опасность смертельного поражения током зависит от того, с какой фазой сердечного цикла совпадает прохождении тока через сердце

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

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

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

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.

2.4. Окружающая среда.

Влажность и температура воздуха, наличие заземленных металлических конструкций и полов, токопроводящей пыли оказывают дополнительное влияние на условия электробезопасности.
Степень поражения электрическим током во многом зависит от плотности и площади контакта человека с токоведущими частями. Во влажных помещениях с высокой температурой или в наружных электроустановках складываются неблагоприятные условия, при которых площадь контакта человека с токоведущими частями увеличивается. Наличие, заземленных металлических конструкций и полов создает повышенную опасность поражения вследствие того, что человек практически постоянно связан с одним полюсом (землей) электроустановки. В этом случае любое прикосновение человека к токоведущим частям сразу приводит к двухполюсному включению его в электрическую цепь. Toкoпроводящая пыль также создает условия для электрического контакта как с токоведущими частями, так и с землей.

Приложение 1

При подготовке к защите настоящей лабораторной работы рекомендуем ознакомиться с приведенными ниже выдержками из учебно – справочного пособия «УЗО — устройства защитного отключения. Учебно – справочное пособие.» — М.: ЗАО «Энергосервис» , 2003. – 232с. Результаты научных исследований воздействия электрического тока на человека изложены в многочисленных публикациях и послужили базой для существующих стандартов.
Особого внимания заслуживают результаты фундаментальных исследований, выполненных в 1940—1950 гг. в Калифорнийском университете (Berkeley) американским ученым Чарльзом Дальцилом (Charles F. Dalziel). Аналогичные исследования проводились и в нашей стране и даже на кафедре «Охрана труда» МИИТа

Ч. Дальцил провел на большой группе добровольцев серию экспериментов по определению электрических параметров тела человека и физиологического воздействия электрического тока на человека (AIEE Technical Paper 46-112).

Результаты его исследований считаются классическими и не потеряли своего значения до настоящего времени. На рис. 6 приведены результаты экспериментального исследования зависимости значений «отпускающего» (Let-go) тока от индивидуальных качеств человека (1 — экспериментальные данные для группы из 28 испытуемых женщин — среднее значение тока 10,5 мА, 2 — для группы из 134 мужчин — среднее значение тока 16 мА).

На рис. 7 графически представлена область предельно допустимых значений тока и длительности его протекания через человека, с вероятностью 99,5 % не вызывающих фибрилляцию сердца (А — область недопустимых значений).

По Дальцилу граница областей допустимых и недопустимых значений тока через человека и длительности его протекания определяется выражением: ,

где: I — предельно допустимый ток через человека, мА;

T — длительность протекания тока через тело человека, с. Определенные ГОСТ 12.1.038-82 (с изменениями от 01.07.88) «Электробезопасность. Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов» значения тока через тело человека примерно соответствуют этому выражению.

В данном стандарте приведены предельно допустимые напряжения прикосновения и токи через тело человека для путей тока: «рука – рука» и «рука – ноги».

Предельно допустимое напряжение прикосновения в нормальном (неаварийном) режиме электроустановки не должно превышать 2 В.

Предельно допустимый ток частотой 50 Гц, протекающий через тело человека не должен превышать 0,3 мА.

Предельно допустимые значения переменного тока частотой 50 Гц через тело человека в аварийном режиме бытовых электроустановок не должны превышать указанных в табл. 1.

t, c	0,01 — 0,08	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	св. 1,0
I, мА	220	200	100	70	55	50	40	35	30	27	25	2

Предельно допустимые значения токов через тело человека в аварийном режиме производственных электроустановок не должны превышать указанных в табл. 2.

t, c	0,01 — 0,08	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	св. 1,0
переменный ток 50 Гц
I, мА	650	400	190	160	140	125	105	90	75	65	50	6
выпрямленный однополупериодный ток (амплитудное значение)
I, мА	650	500	400	300	250	200	190	180	170	160	150	—
выпрямленный двухполупериодный ток (амплитудное значение)
I, мА	650	500	400	300	270	230	220	210	200	190	180	—

Известный австрийский ученый Gottfried Biegelmeier, внесший значительный вклад в изучение проблем электробезопасности и разработки и внедрения УЗО, в 1980-е годы провел серию экспериментов, подтвердивших достаточную достоверность принятых в качестве норм расчетных значений сопротивления тела человека.

Целью экспериментов было изучение реакции человека на воздействие электрического тока в реальных условиях — при напряжении 220 В. G. Biegelmeier, используя самую совершенную на тот момент времени измерительную технику, приняв все необходимые меры предосторожности, с большим мужеством и самопожертвованием провел измерение тока через тело человека на самом себе. Одна из полученных им осциллограмм, дающая наглядное представление о значениях тока через тело человека при прямом прикосновении в реальных условиях, приведена на рис. 8.

Рис. 8. Осцилограмма напряжения, приложенного к телу человека и тока, протекающего через тело человека

3.2. Обработка результатов измерений

1. Показания милливольтметра и миллиамперметра для токов соответствующей частоты записать в табл. 4.

2. По данным табл. 4 построить графики зависимостей:

а) Z1 = φ( f ) при S1 = 12,5 см2;

б) Z2 = φ( f ) при S2 = 25,0 см2.

Указание: при построении графиков частоту тока следует откладывать в логарифмическом масштабе.

Частота тока		Электроды S1 = 12,5 см2			Электроды S2 = 25 см2
Гц	Lg f	U, В	I, мА	Z1(F), кОм	U, В	I, мА	Z1(F), кОм
25	1,40
50	1,70
75	1,85
100	2,00
1000	3,00
2 000	3,30
5 000	3,70
8 000	3,90

8. Установить влияние частоты тока и
площади электро­дов на полное сопротивление тела человека,

4. Определить по приведенным выше формулам внутреннее сопротивление rв при S1 = 12,5 см2 и S2 = 25,0 см2.

5.Установить влияние частоты тока и площади электро­дов на rв.

6. Для определения полного сопротивления тела человека постоянному току Z(f = 0) на отдельном графике в линейном масштабе частот построить зависимость Z(f ), для частот 20,40, 60, 80 и 100 Гц.

7. На основании предыдущих вычислений определить:

а) активное сопротивление наружного слоя кожи;

б) полное сопротивление наружного слоя кожи Zн (fзад) на частоте, заданной преподавателем;

в) величину емкости С между наружным слоем кожи и дисками электродов.
Выполнить указанные выше расчеты для каждого из членов подгруппы!
8. Определить средние значения рассчитываемых выше компонентов электрического сопротивления тела человека.

9. Результаты расчетов занести в табл.5.

Основные параметры электрического сопротивления

Параметры
Электроды	Rв, кОм	Z(0), кОм	Rн, кОм	C, мкФ
S1 = 12,5 см2
S2 = 25 см2

10. Составить электрическую схему сопротивления тела человека для пути тока «рука — рука» и нанести на неё значения усредненных параметров.
11. Выполнить оценку опасности поражения электрическим током в соответствии с заданием преподавателя. Данные занести в табл. 6.

Оценка опасности поражения электрическим током

Электроустановка	Частота тока	Напряжение прикосновения	Продолжительность воздействия тока	Путь тока
1
2
3

11. при частоте 50 Гц произведите замеры электрического сопротивления при сухой и смоченной водой коже рук.

12. После выполнения экспериментальной части работы выключите стенд (звуковой генератор ГЗ-102, миллиамперметр и милливольтметр) с помощью тумблера “сеть” (в положение «выкл») и отключите стенд от сети.

Электрическое сопротивление тела человека

Проводимость живой ткани в отличие от обычных проводников обусловлена не только ее физическими свойствами, но и сложнейшими биохимическими и биофизическими процессами, присущими лишь живой материи. В результате сопротивление тела человека является переменной величиной, имеющей нелинейную зависимость от множества факторов, в том числе от состояния кожи, параметров электрической цепи, физиологических факторов и состояния окружающей среды. Большинство тканей тела человека содержит значительное количество воды (до 65% по весу). Поэтому живую ткань можно рассматривать как электролит, т. е. раствор, разлагающийся химически при прохождении по нему тока, и, таким образом, считать, что она обладает ионной проводимостью.

В случае прикосновения к двум электродам, находящимся под напряжением, т.е. при двухполюсном прикосновении, сопротивление тела человека будет определяться сопротивлением наружных слоев кожи и сопротивлением внутренних подкожных тканей. Наружный роговой слой кожи толщиной 0,05 – 0,2 мм состоит из омертвевших клеток, обладает высоким удельным сопротивлением 3∙ 10 3 — 2∙ 10 5 Ом∙м и может рассматриваться как диэлектрик.

Рис. 1. Структура сопротивления тела человека

1 – электроды; 2 – наружный слой кожи – эпидермис (роговой и ростковый слои); 3 – внутренние ткани тела (включая внутренний слой кожи – дерму)

В целом сопротивление тела человека можно условно считать состоящим из трех последовательно включенных сопротивлений: двух сопротивлений наружного слоя кожи z_н, которые в совокупности составляют так называемое наружное сопротивление тела человека, и внутреннего сопротивления телаR_в, которое включает в себя сопротивление внутренних слоев кожи и сопротивление внутренних тканей тела.

Сопротивление наружного слоя кожи z_н можно рассматривать, как два включенных параллельно сопротивления: активного и емкостного, как это представлено на рис. 2.

Рис. 2. Упрощенная электрическая схема наружного слоя кожи

r_н – активное сопротивление наружного слоя кожи;

С – емкость, образующаяся между поверхностью контакта с проводящей частью электроустановки и внутренними тканями.

Активное сопротивление наружного слоя кожи r_н,Ом, зависит от удельного объемного сопротивления ρ_н, толщины эпидермиса d, иплощади электрода S:

Емкостное сопротивление обусловлено 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 – наружный слой кожи (эпидермис). Обычно это плоский конденсатор, емкость которого зависит от площади электрода S, толщины эпидермиса d и диэлектрической проницаемости эпидермиса ε, которая в свою очередь зависит от многих факторов: частоты приложенного напряжения, температуры кожи, наличия в коже влаги и др. При токе 50 Гц значения ε находятся в пределах от 100 до 200. Емкость конденсатора, Ф:

где: ε₀=8,8510 12 Ф/м—электрическая постоянная.

Как показывают опыты, С_нколеблется в пределах от нескольких сотен пикофарад до нескольких микрофарад.

Внутреннее сопротивление тела считается чисто активным, хотя, строго говоря, оно также обладает емкостной составляющей. Внутреннее сопротивление R_в практически не зависит от площади электродов, частоты тока, а также от значения приложенного напряжения.

Эквивалентная схема сопротивления тела человекадля рассмотренных условий показана на рис. 3.

Рис. 3. Эквивалентная схема замещения сопротивления тела человека

На основании этой схемы выражение для определения полного сопротивления тела человека в комплексной форме Z, Ом, имеет вид:

Принимая значения емкости С в мкФ, частоты тока f в кГц и активного сопротивления кожи r_н в кОм можно записать выражение для полного сопротивления наружного слоя кожи в виде:

Расчетное электрическое сопротивление тела человека переменному току частотой 50 Гц при анализе опасности поражения человека током принимается равным 1000 Ом.

Рассмотрим возможности экспериментального определения основных параметров сопротивления тела человека Z, r_н , r_в , Z_н , C.

Известно, что с увеличением частоты тока сопротивление конденсатора уменьшается обратно пропорционально частоте:

Многие известные методики рекомендуют для измерения внутреннего сопротивления rв использовать токи высокой частоты. Считается, что при f ≈ 20 ∙ 10 3 Гц полное сопротивление наружного слоя кожи Zн становится близким к нулю, тогда:

rв = Zн, при f ≥ 20 ∙ 10 3 Гц (7)

Полная величина наружного сопротивления кожи Z_н на частоте f может быть определена по формуле (3) с учетом результата измерения общего сопротивления тела:

Следует, однако, подчеркнуть, что распределение плотности тока в любом проводнике (в том числе и по сечению тела человека) с увеличением частоты тока имеет определенную неравномерность из – за поверхностного эффекта, называемого также СКИН-ЭФФЕКТОМ (от англ. skin — кожа, оболочка).

Глубину проникновения δ переменного магнитного поля в проводящую среду называют толщиной скин-слоя. Для промышленной частоты f = ω∕2π = 50Гц толщина скин-слоя в меди примерно равна 1см. При f = 5kГц она составляет 1мм, а при f = 50МГц становится микроскопически малой, δ = 10мкм.

С учетом сказанного, очевидно, что ранее используемые методики измерения внутреннего сопротивления на частотах более 10 кГц могут давать существенные искажения реальной величины сопротивления.

По известным значениям r_н и Z_н(f) используя формулу (4) можно оценить величину емкости С:

Непосредственное измерение r_н при постоянном токе связано с возникновением эффекта поляризации, что негативно сказывается на общей точности измерений.

Поэтому активную составляющую наружного сопротивления кожи r_н определяют, используя результаты измерения Z при токах низкой частоты.

В целях определения r_н: необходимо прогнозировать изменения величины полного сопротивления тела Z(f→0)

Указанный прогноз может быть выполнен различными методами.

Поскольку в электрической схеме сопротивления тела человека нет элементов, параметры которых могли бы вызвать скачкообразное изменение функции Z(f) при f →0, то можно применить метод экстраполяции результатов измерений величины Z(f) на низких частотах 20 – 200 Гц.

Для этого в линейном масштабе строится график зависимости Z(f) по полученным данным. Затем определяется вид зависимости Z = φ(f) для этого частотного диапазона. Если учесть, что процесс измерений неизбежно связан с определенными погрешностями, то сами результаты могут рассматриваться, как случайные величины, а общая тенденция наиболее точно отражается уравнением регрессии.

После выбора математической модели, описывающий изучаемый процесс Z = φ(f), определяют наиболее вероятные значения постоянных параметров при переменной f путем минимизации следующей целевой функции:

, для i = 1, n

где Z(f) и z_i(f) – соответственно теоретическое и фактически измеренное значение z на частоте f.

Для частного случая линейной зависимости Z(f) уравнения регрессии имеет вид:

Z(f) = Z( 0) – bf,

где Z( 0) и b – искомые параметры.

Условием экстремума (в данном случае минимума) функции Q является обращение в нуль частных производных Q по Z( 0) и b.

Промежуточные результаты вычислений удобно заносить в табл.3.

По данным табл.3 составляем систему двух уравнений:

Решая систему относительно Z( 0) и b получим:

Однако, применение вычислительной техники существенно упрощает описанную выше процедуру определения Z(0) и параметров уравнения регрессии Z(f). В частности, можно воспользоваться стандартными программным обеспечением, например, электронными таблицами Excel входящими в пакет программ Microsoft Office.