Site Loader

Содержание

Чему равно 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.

Принцип работы трансформатора отбора напряжения в шкафу отбора напряжения
Обслуживание устройств АПВ
Назначение и область применения устройства автоматического повторного включения

Сопротивление человека прохождению электрического тока

    Минимальное расчетное сопротивление человека прохождению электрического тока принимают равным 1000 ом. Сопротивление организма прохождению тока зависит от возраста и состояния здоровья. У людей с заболеваниями сердца, нервной системы, легких и у пожилых людей сопротивление пониженное. Сопротивление влажной кожи, особенно при попадании на нее электролитов (кислоты, щелочи, соли), снижается на 40— 50%. Сопротивляемость кожи уменьшается при увеличении времени соприкосновения ее с источником тока и зависит от величины тока и его напряжения. Так, начальное сопротивление кожи, равное 200 000 ом, через 2 мин снижается до 80000 ом. Высокое напряжение вызывает перерождение кожного покрова и также способствует снижению его защитных свойств. 
[c.169]

    Величина тока, протекающего через тело пострадавшего, зависит от его сопротивления, которое может изменяться в широких пределах (от 1000 до 200 000 Ом). По этой причине для человека может оказаться опасным напряжение от 50 В и выше. Величина сопротивления тела определяется многими факторами состоянием кожи в месте контакта с токонесущей поверхностью (сухая или влажная), площадью и местом соприкосновения, общим состоянием организма и т. д. Наиболее опасно прохождение электрического 
[c.9]

    Воздействие электрического тока на организм человека. Электрический ток, проходящий через тело человека, представляет большую опасность для его здоровья и жизни. Он может вызывать тяжелые ожоги, а прохождение тока через жизненно важные органы человека (мозг, сердце) вызывает паралич дыхания и остановку сердца. В последнем случае опасность представляет даже ток силой 0,01 а. Величина тока, прошедшего через тело человека, зависит от напряжения и сопротивления электрической цепи, одним звеном которой является человек. При влажной коже и плотном контакте с проводником сопротивление может быть относительно небольшим, поэтому уже невысокое напряжение может представлять опасность. 

[c.15]

    Существенно влияет на исход поражения путь прохождения тока через тело человека. Наиболее опасными являются пути токаз руки — ноги, рука —рука, руки — туловище, так как в втих случаях более вероятно поражение сердца и органов дыхания менее опасен путь тока нога —нога. Опасность поражения переменным током существенно зависит от его частоты, так как с увеличением частоты изменяется величина сопротивления тела человека. Наиболее опасен ток промышленной частоты 50 Гц. Характер включения человека в замкнутую. электрическую цепь также определяет исход поражения электрическим током, о чем сказано в следующем параграфе. 

[c.41]

    Тело человека обладает определенным электрическим сопротивлением, которое изменяется в широких пределах (от 500 до 100 ООО Ом) и зависит от многих причин общего состояния здоровья, толщины и состояния кожного покрова и его влажности, условий окружающей среды, длительности прохождения тока и некоторых других факторов. В расчетах по технике безопасности сопротивление человеческого тела обычно принимается равным 1000 Ом. [c.328]

    Опасность воздействия электрического тока на человека зависит от сопротивления организма человека и приложенного к нему напряжения, силы, тока, длительности его воздействия, пути прохождения, рода и частоты тока, индивидуальных свойств пострадавшего и других факторов. 

[c.22]


    По известному закону Ома сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника. Следовательно, степень опасности поражения электрическим током зависит от напряжения, при котором работает данная электрическая установка, и условий, при которых человек попал под напряжение. Величина сопротивления тела человека прохождению тока различна не только у разных людей, но и у одного и того же человека и зависит от многих условий и факторов состояния самого человека (нервное состояние, степень усталости), величины поверхности контакта, величины и продолжительности прохождения тока, рода тока, частоты переменного тока, напряжения, пути прохождения тока в организме, состояния кожи. 
[c.34]

    Большая опасность поражения электрическим током, особенно при повыщенных (до 825 в) и высоких напряжениях, общеизвестна. При обслуживании электролизеров эта опасность по ряду причин усиливается. Считается безопасным, если ток, проходящий через тело человека, не превыщает 0,05 а при токе от 0,05 до 0,1 а человек может получить тяжелые травмы ток выше 0,1 а может оказаться смертельным. Проходящий ток определяется напряжением и сопротивлением тела, зависящим в свою очередь от состояния кожного покрова, площади соприкосновения с источником тока, а также от продолжительности воздействия тока на человека. Изменение сопротивления человеческого тела при прохождении через него тока разной величины связано с процессами, вызванными нагревом тела. Сопротивление тела человека при токе 0,1 ма составляет 500 000 ом, а при токе 1,0 ла —только 8000 ом. Изменение сопротивления тела в зависимости от величины напряжения связано с электрическим пробоем кожных покровов, резко снижающим величину сопротивления. Сопротивление человеческого тела обычно измеряется десятками тысяч ом, но может снижаться и до 800—1000 ом. В последнем случае при прохождении тока более 0,05 а, уже представляющего опасность для человека, напряжение должно составлять всего 40—50 в. 

[c.247]

    Имеют значенйе также и индивидуальные свойства человека например, у людей с. заболеваниями сердца, легких, нервной системы, у принявших спиртные напитки сопротивление прохождению тока оказывается меньшим, и поэтому опасность поражения делается большей. Замечено также, что люди, знакомые со свойствами электричества и предполагающие возможность электрического удара, переносят его легче. / [c.222]

    Характер и последствия поражения человека электрическим током зависят от большого количества факторов величины тока, сопротивления тела человека, рода и частоты тока, пути прохождения тока, напряжения, длительности воздействия и др. 

[c.164]

    I Характер и последствия поражения человека электрическим I током зависят от величины, частоты и пути прохождения тока, продолжительности его воздействия, сопротивления тела человека, внешней среды, индивидуальных свойств организма и т. п,. [c.186]

    Изучение действия постоянного тока на организм человека показало, что электрическое сопротивление последнего при постоянном токе всегда выше, чем при переменном. Наибольшее сопротивление прохождению тока оказывает верхний роговой слой кожи, лишенный кровеносных сосудов и нервов. Этот слой, толш,ина которого едва достигает 0,05 — 0,2 мм, при некоторых условиях может рассматриваться почти как диэлектрик. Общее сопротивление тела человека, пока роговой слой кожи цел, почти целиком зависит от величины сопротивления этого слоя. 

[c.65]

    Опасность воздействия электрического тока на организм человека зависит от электрического сопротивления тела, силы тока, длительности воздействия, путей прохождения, рода и частоты тока, индивидуальных свойств человека и некоторых других факторов. [c.10]

    Случайное прикосновение человека к частям, находящимся под напряжением, и, как следствие, прохождение через него электрического тока могут иметь самый различный исход, определяемый электрическими параметрами как сети, так и человеческого тела. Приближенно можно считать, что степень поражения эдектриче-ским током определяется силой тока, которая является функцией напряжения, сопротивления цепи (в том числе и самого организма) (табл. 35). [c.229]

    Этот расчет условен, потому что есть еще и другие факторы, влияющие на силу тока при его прохождении через организм человека, в частности —условия подключения в электрическую сеть. Все же он достаточно характеризует опасность электротока в зависимости от напряжения и сопротивления, [c.220]

    Электрическое сопротивление тела человека зависит от многих факторов состояния кожи, общего состояния организма, участка, продолжительности прохождения тока, приложенного [c.203]

    Как известно, все тела делятся на проводники и непроводники электрического тока. Металлы, например, хорошо проводят электричество, точно так же про водниками электричества являются растворы минеральных солей, кислоты, вода и т. д. Человеческое тело также может быть отнесено к проводникам электричества. Некоторым сопротивлением прохождению тока через тело человека является кожный покров человека в том случае, если он ничем не загрязнен. Но так как кожа рабочего в условиях работы на химическом производспве может быть смочена кислыми жидкостями и руки могут быть загрязнены продуктами и частицами металла (от соприкосновения с оборудованием), тс при этих условиях тело рабочего становится хорошим проводником электричества. Земля, являясь, в свою очередь, прекрасным проводником, обладает способностью замыкаться с любым другим проводником, имеющим эле ктрический заряд. Поэтому, когда рабочий случайно коснется какой-либо токоведущей ча)сти, то через него произойдет замыкание данной токоведущей части с землей. Вследствие этого прикосновение рукой к голому рубильнику или проводу может вызвать тяжелые последствия. Электрический ток в зависимости от напряжения и места прикосновения к токоведущей части может вызвать электрический удар с возможным смертельным исходом или тяжелый ожог. Опасность представляет не только незащищенный рубильник, но иногда и рубильник, защищенный металлическим колпаком, так как при порче рубильника последний может коснуться кожуха, который, в свою очередь, окажется под напряжением. Во избежание этого всякую поверхность (мотор, трансформатор, рубильник или аппарат), которая может оказаться под напряжением, заземляют, т. е. данную металлическую часть соединяют при помощи проволоки с землей. Для лучшего контакта места соединения токоведущей поверхности припаиваются к проволоке, отводящей ток. Заземлением достигается то, что электрический ток, проходящий по какой-нибудь поверхности, уйдет в землю, даже в том случае, если этой поверхности нечаянно коснется и человек. Происходит это потому, что ток идет по линии наименьшего сопротивления, и так как хорошая проволока служит все же лучшим проводником, чем человек, то ток уйдет в землю через про- [c.261]


    Поражение человека электрическим током происходит в том случае, когда он замыкает своим телом цепь электрического тока (рис. 85). Степень опасности поражения электрическим током зависит от напря ния и условий, при которых человек оказался под напряжением. Человек может случайно замкнуть своим телом два фазных или один фазный и нулевой провода и таким образом оказаться под напряжением. Сопротивлением для электрического тока в обоих случаях является только тело человека. Это значит, что тело человека пропустит ток большой силы, что нанесет ему тяжелую травму. Возможен и другой случай, когда человек случайно прикоснется к одному фазному проводу, находящемуся под напряжением. В этом случае сопротивлением для прохождения тока является тело человека, его обувь, решетка или коврики, на которых он стоит. Если машинист при этом не имеет под ногами решетки или резинового коврика, ему грозит тяжелая электротравма. Большую опасность для маишниста представляет прикосновение к токоведущим частям или незаземленному корпусу оборудования с электроприводом, оказавшемуся случайно под напряжением. [c.137]

    Электрическое сопротивление организма человека падает при увеличении тока и длительности его прохождения вследст-ви усиления местного нагрева кожи, что приводит к расширению сосудов, а следовательно, к усилению снабжения этого участка кровью и увеличению выделения пота. [c.22]


Значение сопротивления человеческого тела как проводника электрического тока

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.

Значение полного сопротивления тел людей

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.

Видео

Оцените статью:

Электрическое сопротивление человеческого тела: значение в омах

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.

Человеческое тело – достаточно хороший проводник электрического тока

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»).

Мультиметр для измерения сопротивления человеческого тела

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.

Влажная кожа – одна из причин электротравм и электроожогов кистей рук

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.

Угольная пыль

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.

Видео

Электрическое сопротивление человека. Сопротивление тела у людей. « ЭлектроХобби

Человеческое тело, как и любое другое тело живого организма, имеет свойство проводить через себя электрический ток. Разные живые ткани в организме имеют различную проводимость (сопротивление). К примеру — кожа, жировая ткань, кости – имеют большое сопротивление, а кровь, мышечная масса и особенно головной и спинной мозг – малое. Кожа имеет большое удельное электрическое сопротивление, что впоследствии и определяет фактическое сопротивление человеческого тела.

Кожа человека, как известно, имеет два слоя:

наружный слой кожи (также ещё называется эпидермис) состоит из несколько слоёв, самый верхний из которых называется роговым и представляет собой множество рядов отмерших и ороговевших клеток. В чистом и сухом виде этот слой можно характеризовать как диэлектрик (он имеет очень большое электрическое сопротивление). Следующий слой эпидермиса (носит название — ростковый) гораздо тоньше рогового и имеет значительно большую электрическую проводимость (меньшее сопротивление).

внутренний слой кожи (называется дерма) представляет собой живую ткань. Данный слой дермы имеет малое электрическое сопротивление.

Электрическое сопротивление обычного человека при условии, что кожа у него чистая, сухая и неповреждённая (измеренное напряжением 15-20 Вольт) лежит в пределах 3 — 100 кОм (1кОм = 1000 Ом), в некоторых случаях и более. Сопротивление тела человека, а именно проводимость между двух электродов, которые касаются поверхности кожи, можно рассматривать как 3 сопротивления включённых последовательно: наружные слои (эпидермиса) представляют собой первое сопротивление, и внутренние слои является вторым и третьим сопротивлением, включающим в себя сопротивления внутреннего слоя кожи и сопротивление внутренних тканей.

Наружное сопротивление человека обладает не только активным сопротивлением, а ещё и ёмкостным, поскольку в самом месте контактирования электродов с человеческим телом образовывается некое подобие конденсатора, в роли обкладок которого являются сами электроды и ткани тела человека, хорошо проводящие электрический ток, что находятся под наружным слоем кожи, ну, а диэлектриком (изолятором между обкладками) в данном случае будет выступать наружный слой кожи (эпидермис).

Ёмкостная составляющая, присутствующая в сопротивлении человека обуславливает влияние, как рода электрического тока, так и его частоты на общую величину сопротивления тела. При частоте 10 — 20 кГц и свыше можно утверждать, что поверхностный слой кожи почти полностью утрачивает своё сопротивление, и общее сопротивление человека в данном случае будет состоять лишь из внутреннего сопротивления тела (сопротивление дермы и внутренних тканей).

Общее состояние кожи в значительной мере оказывает влияние на величину электрического сопротивления человека. При повреждении рогового слоя кожи (царапины, порезы, ссадины и т.д.) происходит снижение сопротивления человека до величины, приближенного к значению внутреннего сопротивления, а это, естественно, повышает опасность поражения электрическим током. Подобное влияние может оказываться и в случае увлажнения кожи водой или потом.

При электрическом переменном токе промышленной частоты (50 герц) берут во внимание только активное сопротивление человека (его тела) и соотносят его с величиной равной 1 кОм. В действительности данное электрическое сопротивление есть величина непостоянная, что имеет нелинейную характеристику и зависит от дополнительных условий, в том числе от параметров электрической цепи, состояния кожи, состояния окружающей среды, физиологии человека и т.д.

Так как сопротивление кожи у одного и того же человека может быть неодинаковое в разных местах и частях тела, то, естественно, на его сопротивление сильно будет влиять конкретное место прикосновения электрических контактов, а также их общая площадь. Величина электрического тока и длительность воздействия на тело оказывают прямое влияние на полное сопротивление человека: с увеличением значения тока и времени его прохождения, сопротивление будет понижаться, потому что происходит местный нагрев участков кожи, а это, само собой, ведёт к расширению сосудов, тем самым усиливая снабжение данного участка тела кровью, увеличения его потоотделение. Увеличение напряжения, воздействующее на тело человека, вызывает понижение сопротивления кожи в 10-ки раз, следовательно, и общее сопротивление человека, снижается до предела 300 — 500 Ом. А это опасно.

P.S. Всякие случайности хороши в том случае, когда они имеют положительный характер. Случайный удар электрическим током нельзя отнести к таковым. Следовательно, будьте внимательны и осторожны при работе с электричеством.

сопротивление человека электрическому току от чего зависит

Стоит человеку случайно (или намеренно?) прикоснуться к электрическим проводам или каким-либо другим элементам соответствующего оборудования, по которому протекает электрический ток, как немедленно его тело «включается» в систему передачи электричества по проводникам. Результат – электрические травмы разной степени тяжести и, к сожалению, нередки случаи летального исхода.

Тяжесть и степень негативного воздействия на организм таких электротравм напрямую зависит от целого ряда различных параметров, таких как технические характеристики самой сети, состояние человеческого тела и т.п. Известно, что человеческое тело, как минимум, на 70% состоит из влаги. Это приводит к тому, что перенос заряженных электрических частиц осуществляется не электронами, а ионами. Электроны действуют в металлических проводниках, а тело человека, считающееся особенным видом проводника и является особым видом проводника. Это не что иное, как электролит, обладающий переменным сопротивлением.

Общие понятия процесса

В соответствии с основным законом физики, при прохождении через тело человека, его внутренние органы, кожный покров и т.п. электрического тока, оно (тело) начинает оказывать определенное сопротивление, как и всякий другой проводник. Однако, в отличие от многих других видов проводников, прежде всего – металлов, у который величина сопротивления имеет более-менее постоянные показатели и меняется только в соответствии с изменением силы тока, диаметра проводника и некоторых других внешних факторов, тело человека работает по-другому.

Прохождение электрического тока через ткани человека – это достаточно сложный процесс, в котором тесно переплетены биохимические и биофизические составляющие показатели. Эти параметры характерны исключительно для живой материи. Таким образом величина сопротивления тела — это параметр переменный, меняющийся с учетом конкретных внутренних и внешних условий. В том числе, замеры могут показать существенную разницу для определенных частей тела – рук, ног, туловища или головы. Таким образом можно установить, что сопротивление человека электрическому току зависит от целого ряда параметров, а каких именно – узнаем чуть позже.

Состояние кожного покрова

Кожа покрывает практически все тело и именно поэтому она первой испытывает нагрузку при столкновении человека с электричеством. По этой причине общее сопротивление организма разряду во многом напрямую зависит именно от степени сопротивляемости самой кожи. Рассмотрим кратко строение кожного покрова. У любого человека это 2 основных слоя:

  • Верхний (эпидермис), состоит из 5 слоев, общей толщиной не более 0,12 мм;
  • Внутренний (дерма), здесь толщина намного больше и может достигать 2 мм.

Самую высокую сопротивляемость у всего дела оказывает именно верхний стой кожи. Эпидермис не содержит капилляров своем составе, что и обуславливает его повышенную устойчивость к таким видам электрических нагрузок. Все остальные слои кожи менее устойчивы к такому воздействию (и это также обусловлено структурой данных слоев).

Таким образом, если рассматривать сопротивление кожного покрова, то общий показатель здесь – это сумма двух параметров: сопротивления, которое оказывает эпидермический слой с каждой стороны тела, а также сопротивление слоя дермы + внутренности организма.

Основные параметры

Специалисты, исследуя влияние электричества на тело человека, зафиксировали целый ряд параметров, которые непосредственно оказывают влияние на реакцию организма при подобных негативных видах воздействия. Сопротивление тела человека электрическому току зависит от:

  • Качественного состояния кожного покрова;
  • Точного места, где в тело человека начал поступать ток;
  • Основных физических параметров электросети, а именно – показатели тока и напряжения;
  • Периода времени (длительность) в течение которого продолжалось воздействие тока на организм;
  • Определенных параметров состояния окружающей среды во время и в месте воздействия электрического тока на организм и его прохождение через тело человека (уровень влажности, температура и т.п.).

Важное дополнение

Если на коже у человека имеются какие-либо повреждения – раны (тем более, открытые), царапины, порезы, ожоги и т.п., сопротивляемость верхнего слоя резко снижается. Как следствие – более тяжелая степень негативного воздействия на организм в целом.

Подведем итог

Теперь мы знаем, от чего зависит тяжесть поражения электрическим током человека. Важно понимать, что пусть тело и является неплохим проводником электричества, но имеет определенный запас сопротивления электротоку. Это показатели могут существенно меняться в зависимости от конкретных условий.

Соблюдение техники безопасности – важнейшее условие и главное требование для эффективной трудовой деятельности и сохранения здоровья и самой жизни!

Электрическое сопротивление тела человека

Конспект по безопасности жизнедеятельности

Значение тока через тело человека сильно влияет на тяжесть электротравм. В свою очередь, сам ток согласно закону Ома определяется сопротивлением тела человека и приложенным к нему напряжением, т.е. напряжением прикосновения.

Сопротивление тела человека является комплексной переменной величиной, имеющей нелинейную зависимость от множества факторов, в том числе от состояния кожи, окружающей среды, центральной нервной системы, физиологических факторов. Электрическое сопротивление различных тканей тела человека не одинаково: кожа, кости, сухожилия и хрящи имеют относительно большое сопротивление, а мышечная ткань, кровь, лимфа, пот и особенно нервные пути, спинной и головной мозг – малое сопротивление.

Электрическое сопротивление тела человека, т.е. сопротивление между двумя электродами, наложенными на поверхность тела, в основном определяется сопротивлением кожи. Кожа состоит из двух основных слоёв: наружного (эпидермис), и внутреннего (дерма). Эпидермис состоит из мёртвых ороговевших клеток, лишён кровеносных сосудов и нервов и поэтому является слоем неживой ткани. Толщина этого слоя 0,05 – 0,2 мм. В сухом и незагрязнённом состоянии его можно рассматривать как диэлектрик, обладающий большим удельным сопротивлением. Дерма состоит из волокон соединительной ткани. В этом слое находятся кровеносные и лимфатические сосуды, нервные окончания, корни волос, потовые и сальные железы. Дерма обладает малым сопротивлением току.

Полное сопротивление тела человека есть сумма сопротивлений тканей, расположенных на пути тока. Основным фактором, определяющим величину полного сопротивления, является состояние кожного покрова в цепи тока. При сухой, чистой и неповреждённой коже сопротивление тела человека, измеренное при напряжении до 15 В, составляет 3…100 кОм. Если на участке кожи, где прикладываются электроды, удалить эпидермис, сопротивление тела составит 500…700 Ом. Если под электродами полностью удалить кожу, то будет измерено сопротивление внутренних тканей, которое составит 300…500 Ом.

Электрическое сопротивление тела человека зависит от ряда факторов. Его могут снизить повреждения рогового слоя, увлажнение кожи, тепловое облучение, повышенная температура воздуха.

Сопротивление наружного слоя кожи уменьшается с увеличением площади электродов и зависит от места их приложения, что объясняется различной толщиной эпидермиса, неравномерным распределением потовых желёз, неодинаковой степенью наполнения кровью сосудов кожи. Повышение напряжения, приложенного к телу человека, вызывает уменьшение его сопротивления, которое при напряжениях более 200 В соответствует сопротивлению внутренних тканей (Rвн).

При оценке опасности поражения электрическим током и расчёте защитных мер в электроустановках сопротивление тела человека (Rh)принимают равным 1 кОм.

Рис. Эквивалентная схема электрического сопротивления тела человека

На рис. 4.1 приведён упрощённый вариант эквивалентной схемы цепи протекания электрического тока через тело человека.

На рисунке обозначено: 1 – электроды; 2 – эпидермис; 3 – внутренние ткани и органы тела человека, включая дерму; Ih – ток, протекающий через тело человека; Uh – напряжение, приложенное к электродам; – активная составляющая сопротивления наружного слоя кожи; – ёмкость условного конденсатора, обклад ка ми которого являются электрод и хорошо проводящие ток ткани тела человека, расположен ные под эпидермисом, а диэлектриком – эпидермис; Rвн – активное сопротивление внутренних тканей, включая дерму.

Из схемы на рис. следует, что комплексное сопротивление тела человека определяется соотношением:

где Xн = 1/ jw Cн – величина ёмкостной составляющей сопротивления тела человека;

w=2p f , f – частота действующего тока.

Для практических применений используют модуль комплексного сопротивления тела человека:

Конспект по безопасности жизнедеятельности

Проведение электрического тока к телу человека и через него: обзор

Эпластика. 2009; 9: e44.

Опубликовано в Интернете 12 октября 2009 г.

, PhD, MD, FACEP a и, MS, PhD, DSc b

Raymond M. Fish

a Исследовательская лаборатория биоакустики и отделение хирургии Университета Иллинойс, Урбана-Шампейн,

Лесли А. Геддес

b Школа биомедицинской инженерии Велдона, Университет Пердью, У-Лафайет, штат Индиана

a Лаборатория биоакустических исследований и отделение хирургии, Иллинойский университет в Урбана-Шампейн,

b Школа биомедицинской инженерии Велдона, Университет Пердью, W Lafayette, Ind

Это статья открытого доступа, в которой авторы сохраняют авторские права на работу.Статья распространяется по лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы.

Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

Abstract

Цель: Цель этой статьи — объяснить, каким образом электрический ток проходит через тело человека и как это влияет на характер травм. Методы: Эта междисциплинарная тема объясняется путем первого обзора электрических и патофизиологических принципов.Есть дискуссии о том, как электрический ток проходит через тело через воздух, воду, землю и искусственные проводящие материалы. Также обсуждаются сопротивление кожи (импеданс), внутреннее сопротивление тела, путь тока через тело, феномен отпускания, разрушение кожи, электрическая стимуляция скелетных мышц и нервов, сердечная аритмия и остановка, а также утопление при поражении электрическим током. После обзора основных принципов обсуждается ряд клинически значимых примеров механизмов аварий и их медицинских последствий.Темы, связанные с высоковольтными ожогами, включают замыкания на землю, градиент потенциала земли, ступенчатый и контактный потенциалы, дуги и молнии. Результат: Практикующий врач будет лучше понимать электрические механизмы повреждения и их ожидаемые клинические эффекты. Выводы: Существует множество типов электрических контактов, каждый из которых имеет важные характеристики. Понимание того, как электрический ток достигает и проходит через тело, может помочь врачу понять, как и почему происходят конкретные несчастные случаи и какие медицинские и хирургические проблемы могут возникнуть.

В этой статье объясняется, каким образом электрический ток проходит через тело человека и как это влияет на характер травм. Эта междисциплинарная тема объясняется в части A путем сначала обзора электрических и патофизиологических принципов, а затем в части B путем рассмотрения конкретных типов несчастных случаев. Есть дискуссии о том, как электрический ток проходит через тело через воздух, воду, землю и искусственные проводящие материалы. Обсуждаются сопротивление кожи (импеданс), внутреннее сопротивление тела, путь тока через тело, феномен расслабления, разрушение кожи, электрическая стимуляция скелетных мышц и нервов, сердечная аритмия и остановка, а также утопление при поражении электрическим током.После обзора основных принципов в части B обсуждается ряд клинически значимых примеров механизмов аварий и их медицинских последствий. К темам, связанным с ожогами высоким напряжением, относятся замыкания на землю, градиент потенциала земли, ступенчатые потенциалы и потенциалы прикосновения, дуги и молнии. . Понимание того, как электрический ток достигает и проходит через тело, может помочь понять, как и почему происходят определенные несчастные случаи и какие медицинские и хирургические проблемы могут возникнуть.

ЧАСТЬ A: ОСНОВЫ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА И КАК ЭТО ВЗАИМОДЕЙСТВУЕТ С ТЕЛОМ ЧЕЛОВЕКА

Поражение электрическим током определяется как внезапная резкая реакция на электрический ток, протекающий через любую часть тела человека. Удар электрическим током — смерть от поражения электрическим током. Первичное поражение электрическим током — повреждение тканей, вызванное прямым воздействием электрического тока или напряжения. Вторичные травмы, такие как падения, являются обычным явлением. Если не указано иное, эта статья относится к токам и напряжениям 60 (или 50) Гц переменного тока (среднеквадратичное значение). Кроме того, под сопротивлением мы на самом деле подразумеваем величину импеданса. Высокое напряжение относится к среднеквадратичному значению переменного тока 600 В или более.

Очень небольшое количество электрического тока приводит к серьезным физиологическим эффектам.

Ток означает количество электричества (электронов или ионов), протекающего в секунду.Ток измеряется в амперах или миллиамперах (1 мА = 1/1000 ампера). Количество электрического тока, протекающего через тело, определяет различные эффекты поражения электрическим током. Как указано в таблице, различные величины тока вызывают определенные эффекты. Большинство эффектов, связанных с током, возникает в результате нагревания тканей и стимуляции мышц и нервов. Стимуляция нервов и мышц может привести к проблемам, начиная от падения из-за отдачи от боли и заканчивая остановкой дыхания или сердца. Чтобы вызвать физиологические эффекты, требуется относительно небольшой ток.Как показано в таблице, для отключения автоматического выключателя на 20 А требуется в тысячу раз больше тока, чем для остановки дыхания.

Таблица 1

Расчетное влияние переменного тока 60 Гц *

1 мА Едва заметное
16 мА Максимальный ток, который средний человек может схватить и «отпустить»
20 мА Паралич дыхательных мышц
100 мА Порог фибрилляции желудочков
2 A Остановка сердца и повреждение внутренних органов
15/20 A Общий предохранитель размыкает цепь

Сопротивление кожи защищает тело от электричества

Тело имеет сопротивление току.Более 99% сопротивления тела прохождению электрического тока приходится на кожу. Сопротивление измеряется в Ом. Мозолистая, сухая рука может иметь сопротивление более 100000 Ом из-за толстого внешнего слоя мертвых клеток в роговом слое. Внутреннее сопротивление тела составляет около 300 Ом по отношению к влажным, относительно соленым тканям под кожей. Сопротивление кожи можно эффективно обойти, если есть повреждение кожи от высокого напряжения, порез, глубокое истирание или погружение в воду (таблица). Кожа действует как электрическое устройство, такое как конденсатор, в том смысле, что пропускает больше тока, если напряжение быстро меняется.Быстро меняющееся напряжение будет приложено к ладони и пальцам руки, если он держит металлический инструмент, который внезапно касается источника напряжения. Этот тип контакта даст намного большую амплитуду тока в теле, чем это могло бы произойти в противном случае. 2

Таблица 2

Способы значительного снижения защитного сопротивления кожи

Существенные физические повреждения кожи: порезы, ссадины, ожоги
Разрушение кожи при напряжении 500 В или более
Быстрое приложение напряжения к участку кожи
Погружение в воду

Напряжение

Напряжение можно рассматривать как силу, проталкивающую электрический ток через тело .В зависимости от сопротивления будет течь определенный ток при любом заданном напряжении. Именно ток определяет физиологические эффекты . Тем не менее, напряжение действительно влияет на результат поражения электрическим током несколькими способами, как описано ниже.

Разрыв кожи

При напряжении 500 В или более высокое сопротивление внешнего слоя кожи выходит из строя. 3 Это значительно снижает сопротивление тела току. В результате увеличивается сила тока, протекающего при любом заданном напряжении.Области разрыва кожи иногда представляют собой раны размером с булавочную головку, которые можно легко не заметить. Они часто являются признаком того, что в тело может проникнуть большой ток. Можно ожидать, что этот ток приведет к повреждению глубоких тканей мышц, нервов и других структур. Это одна из причин, по которой при высоковольтных повреждениях часто возникают серьезные повреждения глубоких тканей, а не ожоги кожи.

Электропорация

Электропорация (повреждение клеточной мембраны) происходит из-за приложения большого напряжения к длине ткани.Это могло произойти при 20 000 В из рук в руки. Электропорация также может происходить при напряжении 120 В, когда конец шнура питания находится во рту ребенка. В этой ситуации напряжение невелико, но вольт на дюйм ткани такое же, как и в случае, когда высокое напряжение прикладывается от руки к руке или с головы до ног. В результате электропорации даже кратковременный контакт может привести к серьезным травмам мышц и других тканей. Электропорация — еще одна причина возникновения глубоких повреждений тканей.

Нагрев

При прочих равных, тепловая энергия, передаваемая тканям, пропорциональна квадрату напряжения (увеличение напряжения в 10 раз увеличивает тепловую энергию в 100 раз).

Переменный и постоянный ток

Мембраны возбудимых тканей (например, нервных и мышечных клеток) будут передавать ток в клетки наиболее эффективно при изменении приложенного напряжения. Кожа в чем-то похожа тем, что пропускает больше тока при изменении напряжения. Следовательно, при переменном токе происходит непрерывное изменение напряжения с 60 циклами изменения напряжения в секунду. При использовании переменного тока, если уровень тока достаточно высок, будет ощущение удара электрическим током, пока сохраняется контакт.Если есть достаточный ток, клетки скелетных мышц будут стимулироваться настолько быстро, насколько они могут реагировать. Эта скорость меньше 60 раз в секунду. Это вызовет тетаническое сокращение мышц, что приведет к потере произвольного контроля над мышечными движениями. Клетки сердечной мышцы будут получать 60 стимуляций в секунду. Если амплитуда тока достаточная, произойдет фибрилляция желудочков. Сердце наиболее чувствительно к такой стимуляции в «уязвимый период» сердечного цикла, который происходит во время большей части зубца T.

Напротив, при постоянном токе ощущение шока возникает только тогда, когда цепь замкнута или разорвана, если только напряжение не относительно высокое. 4 Даже если амплитуда тока велика, это может не произойти в уязвимый период сердечного цикла. При переменном токе длительность разряда более 1 сердечного цикла определенно даст стимуляцию в уязвимый период.

Как связаны ток, напряжение и сопротивление

Закон Ома выглядит следующим образом:

На рисунке показаны источник напряжения и резистор.Например, сопротивление 1000 Ом, подключенное к источнику электроэнергии на 120 В, будет иметь значение

. Напряжение вызывает протекание тока ( I ) через заданное сопротивление. Несколько круговой путь тока называется цепью.

Токовый путь (-а)

Электроэнергия течет из (как минимум) одной точки в другую. Часто это происходит от одной клеммы к другой клемме источника напряжения. Соединение между выводами источника напряжения часто называют «нагрузкой».«Нагрузкой может быть что угодно, проводящее электричество, например лампочка, резистор или человек. Это показано на рисунке.

Чтобы проиллюстрировать некоторые важные моменты, эту схемную модель можно применить к автомобилю. Например, отрицательная клемма автомобильного аккумулятора подключена («заземлена») к металлическому шасси автомобиля. Положительный вывод подключается к красному кабелю, состоящему из отдельных проводов, идущих к стартеру, фарам, кондиционеру и другим устройствам. Электрический ток проходит по множеству параллельных путей: радио, стартер, свет и многие другие пути тока.Ток в каждом пути зависит от сопротивления каждого устройства. Отсоединение положительного или отрицательного полюса батареи остановит прохождение тока, хотя другое соединение не повреждено.

Применение модели к человеческому телу

На примере автомобиля легче понять, как протекает ток в человеческом теле. Человек, получивший удар электрическим током, будет иметь (как минимум) 2 точки контакта с источником напряжения, одна из которых может быть заземлением. Если либо соединение разорвано, ток не будет течь.Аналогия также объясняет, как ток может проходить по множеству параллельных путей, например, через нервы, мышцы и кости предплечья. Сила тока в каждом автомобильном приборе или типе ткани зависит от сопротивления каждого компонента.

Рисунок развивает модель еще дальше. Он показывает аккумулятор и фары на велосипеде. Ржавые контакты на положительной и отрицательной клеммах аккумуляторной батареи. Общее сопротивление, через которое напряжение должно протекать током, равно сопротивлению двух ржавых контактов в дополнение к сопротивлению фар. Чем больше сопротивление, тем меньше ток . Ржавое соединение аналогично сопротивлению кожи, а фара аналогична внутреннему сопротивлению кузова. Общее сопротивление тела равно внутреннему сопротивлению тела плюс 2 сопротивления кожи .

Ржавые контакты добавляют сопротивление току. Фары аналогичны внутреннему сопротивлению кузова, а ржавые соединения аналогичны сопротивлению кожи. Общее сопротивление тела равно внутреннему сопротивлению тела плюс 2 сопротивления кожи.

На рисунке изображен человек, подключенный к источнику напряжения. Есть соединения с левой рукой и левой ногой. «Общее сопротивление тела» человека складывается из очень низкого (приблизительно 300 Ом) внутреннего сопротивления тела плюс 2 сопротивления при контакте с кожей. Сопротивление контакта с кожей обычно составляет от 1000 до 100000 Ом, в зависимости от площади контакта, влажности, состояния кожи и других факторов. Таким образом, кожа обеспечивает большую часть защиты тела от электрического тока.

Схема человека, подключенного к источнику напряжения.

Высоковольтный контакт

Высоковольтные (≥600 В) контакты иногда кажутся парадоксальными. Птица удобно сидит на высоковольтной линии электропередачи. Но человек в рабочих ботинках, стоящий рядом с грузовиком, погибает при прикосновении к стороне грузовика, потому что приподнятое навесное оборудование грузовика касалось линии электропередачи. Высокое напряжение разрушает электрические изоляторы, включая краску, кожу и большую часть обуви и перчаток. Специальная обувь, перчатки и инструменты считаются защитными при определенных уровнях напряжения.Эти элементы необходимо периодически проверять на наличие (иногда точного размера) разрывов изоляции. Изоляция может оказаться неэффективной, если на поверхности предмета есть влага или загрязнения.

Как отмечалось выше, для протекания тока требуется 2 или более точек контакта, находящихся под разным напряжением. Многие электрические системы подключены («заземлены») к земле. Опорные конструкции часто бывают металлическими, а также физически находятся в земле.

Рабочий был электрически подключен к линии электропередачи через металлические части своего грузовика.Высокое напряжение (7200 В) было достаточно высоким, чтобы пройти через краску на грузовике и его обуви. Птица не находилась достаточно близко к земле или чему-либо еще, чтобы замкнуть цепь на землю. Есть птицы с большим размахом крыльев, которые действительно получают удар током, когда перекрывают разрыв между проводами и конструкциями, находящимися под разным напряжением.

ЧАСТЬ B: ВИДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОНТАКТА

Шаговый и контактный потенциалы

Земля (земля) под нашими ногами обычно находится под напряжением 0 В.Линии электропередач и радиоантенны заземляют путем соединения их с металлическими стержнями, вбитыми в землю. Если человек идет босиком по земле с расставленными ногами, между двумя ступнями должно быть напряжение 0 В. Это нормальное состояние нарушается, если проводник высоковольтной линии электропередачи достигает земли или если молния ударяет по земле.

Напряжение от воздушных линий электропередачи может достигать земли несколькими способами. Линия может порваться или отсоединиться от своих изолированных опор и вступить в контакт с самой землей или с конструкциями, которые сами связаны с землей.Опорные провода (растяжки) могут отсоединяться от своих соединений у земли и становиться под напряжением при контакте с линией электропередачи. В этом случае растяжка под напряжением находится под высоким напряжением. Если растяжка контактирует с землей, напряжение на земле в точке контакта и вокруг нее больше не равно 0 В.

Когда провод под напряжением контактирует с землей напрямую или через проводник, это называется замыканием на землю. Уменьшение напряжения с расстоянием от точки контакта с землей объекта под напряжением называется градиентом потенциала земли .Падения напряжения, связанные с этим рассеянием напряжения, называются потенциалами земли.

На рисунке показана типичная кривая распределения градиента напряжения. Этот график показывает, что напряжение уменьшается с увеличением расстояния от заземляющего объекта. Слева от заземленного объекта, находящегося под напряжением, есть разница напряжений между двумя ногами человека, называемая ступенчатым потенциалом. Справа есть разница напряжений между рукой человека и двумя ногами, называемая потенциалом прикосновения.Также существует ступенчатый потенциал между двумя ногами человека справа. (Рисунок и этот раздел являются модификациями части правил OSHA [Standards-29 CFR].)

Ступенчатые и сенсорные потенциалы. Фактические цифры могут варьироваться в зависимости от типа почвы и влажности, а также других факторов.

Мгновенное горение, нагрев электрическим током или и то, и другое.

Дуга высокого напряжения связана с прохождением электричества по воздуху. В некоторых случаях дуга не касается человека. В этой ситуации от тепла дуги могут возникнуть серьезные ожоги (мгновенный ожог).Также возможны ожоги от горящей одежды и других веществ. Ожоги также могут быть вызваны прикосновением к предметам, которые термически горячие, но не находятся под напряжением.

Дуги высокой энергии могут вызывать взрывные ударные волны. 5 Сила тупой травмы, которая может вызвать ушиб человека, разрыв барабанных перепонок и ушиб внутренних органов.

Если электрическая дуга или провод под напряжением соприкасается с человеком и через него проходит электричество, может возникнуть травма из-за электрического тока, протекающего через тело, в дополнение к механизмам травмы, упомянутым выше.

Клинически важно определить, повлекло ли высоковольтное повреждение электрический ток, протекающий через тело. Ток, протекающий через тело из-за высокого напряжения, может привести к возникновению условий, за которыми необходимо следить с течением времени. Эти состояния включают миоглобинурию, коагулопатию и компартмент-синдромы. Несколько клинических и связанных с электрическим контактом проблем могут помочь определить, протекал ли ток через тело. Во-первых, для протекания электрического тока через тело требуется как минимум 2 точки контакта.При высоком напряжении это обычно ожоги на всю толщину. Они могут быть размером с булавочную головку, а иногда их может быть несколько из-за искрения. Если проводник, например кусок проволоки, соприкоснулся с кожей, это может привести к ожогу из-за формы соприкасающегося объекта.

Горение от вспышки при отсутствии тока через тело, напротив, имеет тенденцию быть диффузным и относительно однородным. Мгновенные ожоги на иногда на меньше полной толщины, тогда как ожоги от высоковольтных контактов будут на всю толщину.

Так называемые входные и выходные раны

Часто бывает всего 2 контактных ожога, которые обычно называют входными и выходными ранами.Эти термины относятся к тому факту, что электрический ток исходит от источника напряжения, входит в тело в одной точке, протекает через тело в другую точку контакта, где он выходит из тела и возвращается к источнику напряжения (или земле). Эта терминология несколько сбивает с толку, если учесть, что переменный ток меняет направление много раз в секунду. Терминология также может вводить в заблуждение, потому что она напоминает пулевые ранения, которые иногда имеют небольшие входные и более крупные выходные ранения. При поражении электрическим током размер раны будет зависеть от таких факторов, как размер и форма проводника, геометрия пораженной части тела и влажность.Аналогия с огнестрельными ранениями также вводит в заблуждение, поскольку не всегда имеется выходное ранение от пули, потому что пуля остается застрявшей в человеке. Таким образом, 2 отдельных ожога третьей степени предполагают протекание тока через тело. Диффузный ожог неполной толщины не предполагает протекания тока через тело.

Помимо особенностей, связанных с контактом, существуют клинические признаки, которые могут помочь определить, был ли ток через глубокие ткани. Например, можно ожидать, что высоковольтный контакт с рукой, связанный с током, протекающим в руку, будет вызывать твердость и нежность предплечья.При пассивных и активных движениях пальцев может возникнуть боль, а в руке может возникнуть сенсорная недостаточность.

Молния

Молния обычно сверкает над поверхностью тела, что приводит к удивительно небольшим повреждениям у некоторых людей. Влажная кожа и очень короткие электрические импульсы побуждают электрический ток проходить по поверхности тела. Тем не менее, молния иногда травмирует людей из-за протекания тока в теле, тупой механической силы, эффекта взрыва, который может разорвать барабанные перепонки и ушибить внутренние органы, а также интенсивный свет, который может привести к катаракте.

Контакт с проводниками

Низкое напряжение (

<600 В)

Влияние ударов низкого напряжения указано в таблице. Приведенные текущие уровни зависят от конкретного пути тока, продолжительности контакта, веса, роста и телосложения человека (особенно мускулатуры и костных структур) и других факторов. Эффекты, которые возникают в каждом конкретном случае, сильно зависят от нескольких факторов, связанных с тем, как осуществляется контакт с источником электричества. Эти факторы включают в себя путь тока, влажность, отсутствие возможности отпустить и размер областей контакта.

Путь тока

Если путь тока проходит через грудную клетку, постоянные тетанические сокращения мышц грудной стенки могут привести к остановке дыхания. Далзил, 6 , проводивший измерения на людях, сообщает, что токи, превышающие 18 мА, стимулируют грудные мышцы, так что дыхание останавливается во время шока.

Другой эффект, который возникает при трансторакальном пути тока, — это фибрилляция желудочков. Трансторакальные пути тока включают руку в руку, руку к ноге и от передней части груди до задней части груди.Эксперименты на животных показали, что порог фибрилляции желудочков обратно пропорционален квадратному корню из продолжительности тока.

Явление отпускания для контакта низкого напряжения (

<600 В)

Фактором, который имеет большое значение для травм, полученных при ударах низкого напряжения, является неспособность отпустить. Сила тока в руке, которая заставляет руку непроизвольно сжимать ее, называется отпускающим током. 7 Если, например, пальцы человека обхватить большой кабель или ручку пылесоса под напряжением, большинство взрослых смогут отпустить его с током менее 6 мА.При 22 мА более 99% взрослых не смогут отпустить. Боль, связанная с отпусканием тока, настолько сильна, что молодые мотивированные добровольцы могли терпеть ее всего несколько секунд. 7 При прохождении тока в предплечье стимулируются мышцы сгибания и разгибания. Однако сгибательные мышцы сильнее, и человек не может добровольно расслабиться. Практически во всех случаях неспособности отпускать руки используется переменный ток. Переменный ток многократно стимулирует нервы и мышцы, что приводит к тетаническому (устойчивому) сокращению, которое длится до тех пор, пока продолжается контакт.Если это приводит к тому, что субъект ужесточает хватку за проводник, результатом является продолжение электрического тока через человека и снижение контактного сопротивления. 8

При переменном токе возникает ощущение поражения электрическим током, пока сохраняется контакт. Напротив, с постоянным током возникает только ощущение шока, когда цепь замкнута или разорвана. Пока контакт поддерживается, ощущения шока не возникает. Ниже 300 мА постоянного тока (среднеквадратичное значение) явление отпускания отсутствует, потому что рука не зажата непроизвольно.Когда ток проходит через руку, возникает ощущение тепла. Замыкание или разрыв цепи приводит к болезненным неприятным ударам. При токе более 300 мА отпускание может быть невозможно. 4 Порог фибрилляции желудочков для разряда постоянного тока длительностью более 2 секунд составляет 150 мА по сравнению с 50 мА для разряда 60 Гц; для разрядов короче 0,2 секунды порог такой же, как и для разрядов 60 Гц, то есть примерно 500 мА. 4

Мощность обогрева также увеличивается, когда человек не может отпустить.Это связано с тем, что плотный захват увеличивает площадь кожи, эффективно контактирующую с проводниками. Кроме того, со временем между кожей и проводниками накапливается высокопроводящий пот. Оба эти фактора снижают контактное сопротивление, что увеличивает протекающий ток. Кроме того, нагревание сильнее, потому что продолжительность контакта часто составляет несколько минут по сравнению с долей секунды, необходимой для того, чтобы отстраниться от болезненного раздражителя.

Неспособность отпустить приводит к увеличению тока в течение более длительного периода времени.Это увеличит повреждение из-за нагрева мышц и нервов. Также будет усиление боли и частота остановки дыхания и сердца. Также может быть вывих плеча с травмой связок и сухожилий, а также переломы костей в области плеч.

Явление отпускания для высокого (> 600 В) контакта

Несколько разных результатов могут произойти, когда человек схватится за провод, подающий из рук в руки напряжение 10 кВ переменного тока. Такой контакт занимает более 0,5 секунды, прежде чем большая часть клеток дистального отдела предплечья подвергнется тепловому повреждению.Однако в течение 10–100 миллисекунд мышцы на пути тока сильно сократятся. Человека можно стимулировать, чтобы он сильнее сжимал провод, создавая более сильный механический контакт. Или человека может оттолкнуть от контакта. Какое из этих событий произойдет, зависит от положения руки относительно проводника. Большинство очевидцев сообщают, что жертвы отталкиваются от проводника, возможно, из-за общих мышечных сокращений. В таких случаях время контакта оценивается примерно в 100 миллисекунд или меньше. 9 (стр. 57)

Контакт с погружением: утопление электрическим током

Клинические проблемы

Утопление или близкое к утоплению может быть результатом попадания электричества в воду. Состояния, требующие лечения почти утопления, вызванного электричеством, в основном такие же, как и условия, связанные с неэлектрическим утоплением. Эти состояния включают повышение миоглобина, которое может привести к почечной недостаточности (обнаруживаемой по повышению креатинкиназы [КФК] и анализу мочи), респираторному дистресс-синдрому у взрослых, гипотермии, гипоксии, электролитным нарушениям и аритмиям, которые включают желудочковую тахикардию и фибрилляцию желудочков.Считается, что уровни креатинкиназы и миоглобина в неэлектрических случаях утопления связаны с жестокой борьбой, а также иногда с длительной гипоксией и электролитным дисбалансом. Электричество в воде может стимулировать мышцы достаточно сильно, чтобы вызвать у человека сильную мышечную боль во время и после того, как он или она почти утонул. Это еще больше увеличит уровни КФК и миоглобина по сравнению с теми, которые могут возникнуть в результате неэлектрического воздействия на стол, близкий к утоплению. Уровень креатинкиназы иногда повышается в течение дня или более под влиянием проводимого лечения, продолжающейся гипоксии или гипотонии и других состояний, которые могут повлиять на продолжающийся некроз тканей.

Таблица 3

Почему погружение в воду при очень низких напряжениях может быть фатальным

1 Погружение очень эффективно увлажняет кожу и значительно снижает ее сопротивление на единицу площади
2 Площадь контакта большой процент площади всей поверхности тела
3 Электрический ток также может проникать в организм через слизистые оболочки, такие как рот и горло.
4 Человеческое тело очень чувствительно к электричеству.Очень небольшое количество тока может вызвать потерю способности плавать, остановку дыхания и остановку сердца.

Воздействие электрического тока

Многие определения воздействия электрического тока на людей были сделаны Далзилом. 10 Для любого эффекта, такого как столбнячные сокращения мышц, существует ряд текущих уровней, которые вызывают эффект в зависимости от индивидуальных особенностей субъектов. Например, ток, необходимый для возникновения тетанических сокращений мышц предплечья («отпускающий» ток), может составлять от 6 до 24 мА (среднеквадратичное значение переменного тока 60 Гц) в зависимости от пациента.Следовательно, текущие уровни, перечисленные в публикациях, могут быть максимальными, средними или минимальными уровнями, в зависимости от обсуждаемых вопросов. С точки зрения безопасности часто подходят значения, близкие к минимальным.

Как указано в таблице, Dalziel 7 обнаружил, что 10 мА вызывает тетанические сокращения мышц и, следовательно, потерю мышечного контроля. Кроме того, Smoot and Bentel 12 обнаружили, что 10 мА тока было достаточно, чтобы вызвать потерю мышечного контроля в воде. Они проводили измерения в соленой воде и не сообщали о приложенных напряжениях.

Таблица 4

Механизмы смерти при утоплении электрическим током

Механизм Необходимый ток, мА Необходимое напряжение, В переменного тока
Электрическая стимуляция сердца, вызывающая фибрилляцию желудочков 100 30
Тетаническое сокращение (эффективный паралич) мышц дыхания 20 6
Потеря мышечного контроля конечностей: 16 мА для среднего человека 1 16 4 .8
Потеря мышечного контроля конечностей: всего 10 мА для наиболее чувствительных женщин 7 , 11 10 3

Общее сопротивление тела в воде

Общее с учетом мер безопасности сопротивление тела от руки к ноге в воде считается равным 300 Ом. 13 15 Smoot 11 , 16 измерили полное сопротивление тела 400 Ом при погружении.Во многом это связано с внутренним сопротивлением тела. Таким образом, погружение устраняет большую часть сопротивления кожи.

Соленая вода обладает высокой проводимостью по сравнению с человеческим телом, поэтому поражение электрическим током в соленой воде является относительно редким явлением. Это связано с тем, что большая часть электрического тока проходит по внешней стороне тела.

Если есть разница напряжений, например, между одной рукой и другой, то через тело будет протекать электрический ток. Сила тока равна напряжению, деленному на общее сопротивление тела.

Какое напряжение в воде может быть смертельным?

В таблице указаны значения силы тока, необходимые для возникновения фибрилляции желудочков и других смертельных состояний. Общее сопротивление тела в воде составляет 300 Ом. Таким образом, известны необходимый ток и сопротивление, которое он должен испытывать. Таким образом, можно рассчитать необходимое напряжение. Для фибрилляции желудочков расчет выглядит следующим образом:

Требуемое напряжение = Ток × Сопротивление

Для того, чтобы вызвать фибрилляцию желудочков, необходимое напряжение составляет:

Напряжение = 100 мА × 300 Ом = 30 В

Рисунки для других механизмов смерти указаны в табл.

Электрический контакт, связанный с водой, часто происходит двумя способами. Эти механизмы могут происходить в ваннах, бассейнах и озерах. Первый механизм контакта заключается в том, что человек в воде выходит из воды и контактирует с токопроводящим объектом, находящимся под напряжением. Например, человек чувствует себя хорошо, сидя в ванне. Сопротивление контакта его руки с объектом под напряжением за пределами ванны может быть достаточно высоким, чтобы защитить его или ее, особенно если его или ее рука не мокрая и площадь контакта небольшая.

Второй механизм контакта включает человека в воде, находящегося в электрическом поле из-за проводника под напряжением, который находится в воде. Например, в воду падает электрический нагреватель, подключенный к тёплому проводу розетки 120 В переменного тока. Заземленный слив находится близко к плечам человека, а обогреватель — у его или ее ног. Это дает разницу напряжений 120 В переменного тока от плеч до ступней. При общем сопротивлении тела 300 Ом протекает 360 мА, что более чем в 3 раза превышает величину, необходимую для фибрилляции желудочков.

В озерах, прудах и других водоемах источник электроэнергии может генерировать ток в воде. Местоположение напряжений в воде можно измерить. В воде могут присутствовать напряжения из-за того, что корпус лодки, подключенной к береговому источнику питания, находится под напряжением. В воде также могут присутствовать напряжения из-за находящихся под напряжением проводников в воде, которые пропускают электрический ток в воду.

Может существовать электрический градиент (или поле), аналогичный описанной выше ситуации для ступенчатого и касательного потенциалов.Ситуацию сложнее проанализировать в воде, потому что человек в воде принимает разные позы и ориентации в трех измерениях (вверх, вниз и в стороны — север, юг, восток и запад). Трансторакальное напряжение и напряжение на конечностях будут меняться по мере движения человека в зависимости от ориентации (направления) электрического поля.

Измерения потери мышечного контроля в воде

Измерения, аналогичные измерениям Smoot and Bentel 12 , были выполнены с одобрения институционального наблюдательного совета Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн.Металлические пластины помещали внутрь резиновых контейнеров. Металлические пластины были плоскими на дне контейнеров. Сверху на каждую металлическую пластину помещали резиновый коврик с отверстиями. (Изолированный) провод заземления источника питания был подключен к одной пластине, а напряжение переменного тока 60 Гц от источника питания было подключено к другой пластине. Испытуемый стоял, опираясь на каждый резиновый коврик по одной ноге, как показано на рисунке. Таким образом, субъект контактировал с электрическим током в основном через воду, контактирующую с ногами через отверстия, а также через воду, контактирующую с ногами выше.Эта траектория потока между ногами имитировала ситуации рукопашного боя и рукопожатия, которые могут возникнуть у пловцов в воде. Эта установка сводила к минимуму ток через грудную клетку. В исследовании участвовал всего 1 субъект.

Установка для измерения напряжения и тока в воде.

Свежая (не соленая) вода с проводимостью 320 мкм / см наполняла каждое ведро до уровня около бедра. Было обнаружено, что электрически индуцированные сокращения мышц сильно меняются положением ног в воде.

Первоначальные испытания показали, что при подаче напряжения 3,05 В (среднеквадратичное значение переменного тока 60 Гц) между пластинами протекал ток 8,65 мА, что приводило к непроизвольному сгибанию колена на 90 °. Это сгибание нельзя было преодолеть произвольным усилием. Колено можно было произвольно сгибать дальше, но оно не выпрямлялось больше, чем на 90 °. Непроизвольное резкое сгибание произошло, когда нога была поднята (сгибанием бедра) так, чтобы бедро было горизонтальным, а колено находилось на уровне воды. Это похоже на ситуацию во время плавания.Мышечный контроль постепенно восстанавливался, когда ступня опускалась на дно ведра (путем разгибания бедра в нейтральное положение) и нога становилась вертикальной. Общее сопротивление корпуса рассчитывается следующим образом:

При 4,05 В протекает ток 12,6 мА. Колено было согнуто на 135 °, то есть пятка находилась рядом с ягодицами. Это нельзя было преодолеть добровольными усилиями. Опять же, это произошло, когда нога была поднята так, чтобы колено было на уровне воды, аналогично ситуации, когда кто-то плывет.Меньшее нарушение мышечного контроля было отмечено в других положениях ног. Контроль над мышцами постепенно восстанавливается, когда ступня опускается на дно ведра и нога становится вертикальной. Сопротивление составит 4,05 В / 12,6 мА = 332 Ом.

Текущие уровни, измеренные в этих экспериментах, согласуются с уровнями, о которых сообщают Dalziel, 7 Smoot, 11 и NIOSH, 1 , как указано в таблицах и. Общее сопротивление системы (вода плюс предмет) близко к 300 Ом, что часто упоминается в литературе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Существует множество типов электрических контактов, каждый из которых имеет важные характеристики. Понимание того, как электрический ток достигает и проходит через тело, может помочь врачу понять, как и почему произошли определенные несчастные случаи и какие медицинские и хирургические проблемы могут возникнуть.

Благодарности

Авторы благодарят Энди Фиша за иллюстрации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Национальный институт охраны труда.Смерть рабочих от удара током. Публикация NIOSH № 98-131. 2009 г. Доступно по адресу: http://www.cdc.gov/niosh/docs/98-131/overview.html. Проверено 20 марта. [Google Scholar] 2. Рыба Р. М., Геддес Л. А.. Электрофизиология всплесков тока подключения. Cardiovasc Eng. 2008. 8 (4): 219–24. [PubMed] [Google Scholar] 3. Гримнес С. Диэлектрический пробой кожи человека in vivo. Med Biol Eng Comp. 1983; 21: 379–81. [PubMed] [Google Scholar] 4. Бернштейн Т. Расследование предполагаемых случаев поражения электрическим током и возгораний, вызванных внутренним напряжением.IEEE Ind Appl. 1989. 25 (4): 664–8. [Google Scholar] 5. Капелли-Шеллпфеффер М, Ли RC, Тонер М, Диллер КР. Документ представлен на конференции IEEE PCIC. Филадельфия, Пенсильвания: 1996. Взаимосвязь между параметрами аварии и травмы. 23–25 сентября. [Google Scholar] 6. Далзил CF. Опасность поражения электрическим током. IEEE Spectr. 1972; 9 (2): 41–50. [Google Scholar] 7. Далзил CF. Воздействие электрического шока на человека. ИРЭ Транс Мед Электрон. 1956: 44–62. PGME-5. [Google Scholar] 8. Рыба РМ. Феномен отпускания. В: Рыба Р.М., Геддес Л.А., редакторы.Электрическая травма: медицинские и биоинженерные аспекты. Тусон, Аризона: Издательство юристов и судей; 2009. глава 2. [Google Scholar] 9. Ли Р. К., Кравальо Э. Г., Берк Дж. Ф., редакторы. Электрическая травма. Кембридж, Англия: Издательство Кембриджского университета; 1992. [Google Scholar] 10. Далзил Чарльз Ф., Ли В. Р. Переоценка смертельных электрических токов. IEEE Trans Indus Gen Appl. 1968; ИГА-4 (5): 467–476. D.O.I.10.1109 / TIGA.1968.4180929. [Google Scholar] 11. Smoot AW, Bentel CA. Опасность поражения электрическим током осветительных приборов подводного плавательного бассейна.IEEE Trans Power Apparat Sys. 1964. 83 (9): 945–964. [Google Scholar] 12. Smoot AW, Bentel CA. Опасность поражения электрическим током осветительных приборов подводного плавательного бассейна. Нью-Йорк. При поддержке Underwriter’s Laboratories Inc. Доклад представлен на: Зимнем совещании по энергетике IEEE; Февраль 1964 г .; Нью-Йорк (раздел на страницах 4 и 5) [Google Scholar] 13. ВМС США. Учебная серия по электричеству и электронике военно-морского флота. Модуль 1 — Введение в материю, энергию и постоянный ток. Иногородний учебный курс. Пенсакола, штат Флорида: Центр профессионального развития и технологий военно-морского образования и обучения; 1998 г.С. 3–108. Доступно по адресу: www.hnsa.org/doc/neets/mod01.pdf. По состоянию на 26 марта 2009 г. [Google Scholar] 14. Управление военно-морского флота, канцелярия начальника военно-морских операций. Руководство по программе безопасности и гигиены труда ВМС США для сил на плаву. Том III. Вашингтон, округ Колумбия: военно-морское ведомство, канцелярия начальника военно-морских операций; 2007. С. D5–9. Доступно по адресу: http // doni.daps.dla.mil / Directive / 05000% 20General% 20Management% 20Security% 20and% 20Safety% 20Services / 05-100% 20Safety% 20and% 20Occupational% 20Health% 20Services / 5100.19E% 20-% 20Volume% 20III.pdf. [Google Scholar] 15. Национальный центр испытаний и исследований в области электроэнергетики. Паразитные напряжения — проблемы, анализ и смягчение последствий [окончательный проект] Форест-Парк, штат Джорджия: Национальный центр испытаний и исследований в области электроэнергетики; 2001. С. 5–28. Проект NEETRAC № 00-092. [Google Scholar] 16. Smoot AW. Заседание панели по импедансу корпуса В. В: Бриджес Ю.Э., Форд Г.Л., Шерман И.А., Вайнберг М., редакторы. Материалы Первого международного симпозиума по критериям защиты от поражения электрическим током.Нью-Йорк: Пергамон; 1985. с. 235. [Google Scholar]

Проведение электрического тока через человеческое тело: обзор

Эпластика. 2009; 9: e44.

Опубликовано в Интернете 12 октября 2009 г.

, PhD, MD, FACEP a и, MS, PhD, DSc b

Raymond M. Fish

a Исследовательская лаборатория биоакустики и отделение хирургии Университета Иллинойс, Урбана-Шампейн,

Лесли А. Геддес

b Школа биомедицинской инженерии Велдона, Университет Пердью, У-Лафайет, штат Индиана

a Лаборатория биоакустических исследований и отделение хирургии, Иллинойский университет в Урбана-Шампейн,

b Школа биомедицинской инженерии Велдона, Университет Пердью, W Lafayette, Ind

Это статья открытого доступа, в которой авторы сохраняют авторские права на работу.Статья распространяется по лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы.

Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

Abstract

Цель: Цель этой статьи — объяснить, каким образом электрический ток проходит через тело человека и как это влияет на характер травм. Методы: Эта междисциплинарная тема объясняется путем первого обзора электрических и патофизиологических принципов.Есть дискуссии о том, как электрический ток проходит через тело через воздух, воду, землю и искусственные проводящие материалы. Также обсуждаются сопротивление кожи (импеданс), внутреннее сопротивление тела, путь тока через тело, феномен отпускания, разрушение кожи, электрическая стимуляция скелетных мышц и нервов, сердечная аритмия и остановка, а также утопление при поражении электрическим током. После обзора основных принципов обсуждается ряд клинически значимых примеров механизмов аварий и их медицинских последствий.Темы, связанные с высоковольтными ожогами, включают замыкания на землю, градиент потенциала земли, ступенчатый и контактный потенциалы, дуги и молнии. Результат: Практикующий врач будет лучше понимать электрические механизмы повреждения и их ожидаемые клинические эффекты. Выводы: Существует множество типов электрических контактов, каждый из которых имеет важные характеристики. Понимание того, как электрический ток достигает и проходит через тело, может помочь врачу понять, как и почему происходят конкретные несчастные случаи и какие медицинские и хирургические проблемы могут возникнуть.

В этой статье объясняется, каким образом электрический ток проходит через тело человека и как это влияет на характер травм. Эта междисциплинарная тема объясняется в части A путем сначала обзора электрических и патофизиологических принципов, а затем в части B путем рассмотрения конкретных типов несчастных случаев. Есть дискуссии о том, как электрический ток проходит через тело через воздух, воду, землю и искусственные проводящие материалы. Обсуждаются сопротивление кожи (импеданс), внутреннее сопротивление тела, путь тока через тело, феномен расслабления, разрушение кожи, электрическая стимуляция скелетных мышц и нервов, сердечная аритмия и остановка, а также утопление при поражении электрическим током.После обзора основных принципов в части B обсуждается ряд клинически значимых примеров механизмов аварий и их медицинских последствий. К темам, связанным с ожогами высоким напряжением, относятся замыкания на землю, градиент потенциала земли, ступенчатые потенциалы и потенциалы прикосновения, дуги и молнии. . Понимание того, как электрический ток достигает и проходит через тело, может помочь понять, как и почему происходят определенные несчастные случаи и какие медицинские и хирургические проблемы могут возникнуть.

ЧАСТЬ A: ОСНОВЫ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА И КАК ЭТО ВЗАИМОДЕЙСТВУЕТ С ТЕЛОМ ЧЕЛОВЕКА

Поражение электрическим током определяется как внезапная резкая реакция на электрический ток, протекающий через любую часть тела человека. Удар электрическим током — смерть от поражения электрическим током. Первичное поражение электрическим током — повреждение тканей, вызванное прямым воздействием электрического тока или напряжения. Вторичные травмы, такие как падения, являются обычным явлением. Если не указано иное, эта статья относится к токам и напряжениям 60 (или 50) Гц переменного тока (среднеквадратичное значение). Кроме того, под сопротивлением мы на самом деле подразумеваем величину импеданса. Высокое напряжение относится к среднеквадратичному значению переменного тока 600 В или более.

Очень небольшое количество электрического тока приводит к серьезным физиологическим эффектам.

Ток означает количество электричества (электронов или ионов), протекающего в секунду.Ток измеряется в амперах или миллиамперах (1 мА = 1/1000 ампера). Количество электрического тока, протекающего через тело, определяет различные эффекты поражения электрическим током. Как указано в таблице, различные величины тока вызывают определенные эффекты. Большинство эффектов, связанных с током, возникает в результате нагревания тканей и стимуляции мышц и нервов. Стимуляция нервов и мышц может привести к проблемам, начиная от падения из-за отдачи от боли и заканчивая остановкой дыхания или сердца. Чтобы вызвать физиологические эффекты, требуется относительно небольшой ток.Как показано в таблице, для отключения автоматического выключателя на 20 А требуется в тысячу раз больше тока, чем для остановки дыхания.

Таблица 1

Расчетное влияние переменного тока 60 Гц *

1 мА Едва заметное
16 мА Максимальный ток, который средний человек может схватить и «отпустить»
20 мА Паралич дыхательных мышц
100 мА Порог фибрилляции желудочков
2 A Остановка сердца и повреждение внутренних органов
15/20 A Общий предохранитель размыкает цепь

Сопротивление кожи защищает тело от электричества

Тело имеет сопротивление току.Более 99% сопротивления тела прохождению электрического тока приходится на кожу. Сопротивление измеряется в Ом. Мозолистая, сухая рука может иметь сопротивление более 100000 Ом из-за толстого внешнего слоя мертвых клеток в роговом слое. Внутреннее сопротивление тела составляет около 300 Ом по отношению к влажным, относительно соленым тканям под кожей. Сопротивление кожи можно эффективно обойти, если есть повреждение кожи от высокого напряжения, порез, глубокое истирание или погружение в воду (таблица). Кожа действует как электрическое устройство, такое как конденсатор, в том смысле, что пропускает больше тока, если напряжение быстро меняется.Быстро меняющееся напряжение будет приложено к ладони и пальцам руки, если он держит металлический инструмент, который внезапно касается источника напряжения. Этот тип контакта даст намного большую амплитуду тока в теле, чем это могло бы произойти в противном случае. 2

Таблица 2

Способы значительного снижения защитного сопротивления кожи

Существенные физические повреждения кожи: порезы, ссадины, ожоги
Разрушение кожи при напряжении 500 В или более
Быстрое приложение напряжения к участку кожи
Погружение в воду

Напряжение

Напряжение можно рассматривать как силу, проталкивающую электрический ток через тело .В зависимости от сопротивления будет течь определенный ток при любом заданном напряжении. Именно ток определяет физиологические эффекты . Тем не менее, напряжение действительно влияет на результат поражения электрическим током несколькими способами, как описано ниже.

Разрыв кожи

При напряжении 500 В или более высокое сопротивление внешнего слоя кожи выходит из строя. 3 Это значительно снижает сопротивление тела току. В результате увеличивается сила тока, протекающего при любом заданном напряжении.Области разрыва кожи иногда представляют собой раны размером с булавочную головку, которые можно легко не заметить. Они часто являются признаком того, что в тело может проникнуть большой ток. Можно ожидать, что этот ток приведет к повреждению глубоких тканей мышц, нервов и других структур. Это одна из причин, по которой при высоковольтных повреждениях часто возникают серьезные повреждения глубоких тканей, а не ожоги кожи.

Электропорация

Электропорация (повреждение клеточной мембраны) происходит из-за приложения большого напряжения к длине ткани.Это могло произойти при 20 000 В из рук в руки. Электропорация также может происходить при напряжении 120 В, когда конец шнура питания находится во рту ребенка. В этой ситуации напряжение невелико, но вольт на дюйм ткани такое же, как и в случае, когда высокое напряжение прикладывается от руки к руке или с головы до ног. В результате электропорации даже кратковременный контакт может привести к серьезным травмам мышц и других тканей. Электропорация — еще одна причина возникновения глубоких повреждений тканей.

Нагрев

При прочих равных, тепловая энергия, передаваемая тканям, пропорциональна квадрату напряжения (увеличение напряжения в 10 раз увеличивает тепловую энергию в 100 раз).

Переменный и постоянный ток

Мембраны возбудимых тканей (например, нервных и мышечных клеток) будут передавать ток в клетки наиболее эффективно при изменении приложенного напряжения. Кожа в чем-то похожа тем, что пропускает больше тока при изменении напряжения. Следовательно, при переменном токе происходит непрерывное изменение напряжения с 60 циклами изменения напряжения в секунду. При использовании переменного тока, если уровень тока достаточно высок, будет ощущение удара электрическим током, пока сохраняется контакт.Если есть достаточный ток, клетки скелетных мышц будут стимулироваться настолько быстро, насколько они могут реагировать. Эта скорость меньше 60 раз в секунду. Это вызовет тетаническое сокращение мышц, что приведет к потере произвольного контроля над мышечными движениями. Клетки сердечной мышцы будут получать 60 стимуляций в секунду. Если амплитуда тока достаточная, произойдет фибрилляция желудочков. Сердце наиболее чувствительно к такой стимуляции в «уязвимый период» сердечного цикла, который происходит во время большей части зубца T.

Напротив, при постоянном токе ощущение шока возникает только тогда, когда цепь замкнута или разорвана, если только напряжение не относительно высокое. 4 Даже если амплитуда тока велика, это может не произойти в уязвимый период сердечного цикла. При переменном токе длительность разряда более 1 сердечного цикла определенно даст стимуляцию в уязвимый период.

Как связаны ток, напряжение и сопротивление

Закон Ома выглядит следующим образом:

На рисунке показаны источник напряжения и резистор.Например, сопротивление 1000 Ом, подключенное к источнику электроэнергии на 120 В, будет иметь значение

. Напряжение вызывает протекание тока ( I ) через заданное сопротивление. Несколько круговой путь тока называется цепью.

Токовый путь (-а)

Электроэнергия течет из (как минимум) одной точки в другую. Часто это происходит от одной клеммы к другой клемме источника напряжения. Соединение между выводами источника напряжения часто называют «нагрузкой».«Нагрузкой может быть что угодно, проводящее электричество, например лампочка, резистор или человек. Это показано на рисунке.

Чтобы проиллюстрировать некоторые важные моменты, эту схемную модель можно применить к автомобилю. Например, отрицательная клемма автомобильного аккумулятора подключена («заземлена») к металлическому шасси автомобиля. Положительный вывод подключается к красному кабелю, состоящему из отдельных проводов, идущих к стартеру, фарам, кондиционеру и другим устройствам. Электрический ток проходит по множеству параллельных путей: радио, стартер, свет и многие другие пути тока.Ток в каждом пути зависит от сопротивления каждого устройства. Отсоединение положительного или отрицательного полюса батареи остановит прохождение тока, хотя другое соединение не повреждено.

Применение модели к человеческому телу

На примере автомобиля легче понять, как протекает ток в человеческом теле. Человек, получивший удар электрическим током, будет иметь (как минимум) 2 точки контакта с источником напряжения, одна из которых может быть заземлением. Если либо соединение разорвано, ток не будет течь.Аналогия также объясняет, как ток может проходить по множеству параллельных путей, например, через нервы, мышцы и кости предплечья. Сила тока в каждом автомобильном приборе или типе ткани зависит от сопротивления каждого компонента.

Рисунок развивает модель еще дальше. Он показывает аккумулятор и фары на велосипеде. Ржавые контакты на положительной и отрицательной клеммах аккумуляторной батареи. Общее сопротивление, через которое напряжение должно протекать током, равно сопротивлению двух ржавых контактов в дополнение к сопротивлению фар. Чем больше сопротивление, тем меньше ток . Ржавое соединение аналогично сопротивлению кожи, а фара аналогична внутреннему сопротивлению кузова. Общее сопротивление тела равно внутреннему сопротивлению тела плюс 2 сопротивления кожи .

Ржавые контакты добавляют сопротивление току. Фары аналогичны внутреннему сопротивлению кузова, а ржавые соединения аналогичны сопротивлению кожи. Общее сопротивление тела равно внутреннему сопротивлению тела плюс 2 сопротивления кожи.

На рисунке изображен человек, подключенный к источнику напряжения. Есть соединения с левой рукой и левой ногой. «Общее сопротивление тела» человека складывается из очень низкого (приблизительно 300 Ом) внутреннего сопротивления тела плюс 2 сопротивления при контакте с кожей. Сопротивление контакта с кожей обычно составляет от 1000 до 100000 Ом, в зависимости от площади контакта, влажности, состояния кожи и других факторов. Таким образом, кожа обеспечивает большую часть защиты тела от электрического тока.

Схема человека, подключенного к источнику напряжения.

Высоковольтный контакт

Высоковольтные (≥600 В) контакты иногда кажутся парадоксальными. Птица удобно сидит на высоковольтной линии электропередачи. Но человек в рабочих ботинках, стоящий рядом с грузовиком, погибает при прикосновении к стороне грузовика, потому что приподнятое навесное оборудование грузовика касалось линии электропередачи. Высокое напряжение разрушает электрические изоляторы, включая краску, кожу и большую часть обуви и перчаток. Специальная обувь, перчатки и инструменты считаются защитными при определенных уровнях напряжения.Эти элементы необходимо периодически проверять на наличие (иногда точного размера) разрывов изоляции. Изоляция может оказаться неэффективной, если на поверхности предмета есть влага или загрязнения.

Как отмечалось выше, для протекания тока требуется 2 или более точек контакта, находящихся под разным напряжением. Многие электрические системы подключены («заземлены») к земле. Опорные конструкции часто бывают металлическими, а также физически находятся в земле.

Рабочий был электрически подключен к линии электропередачи через металлические части своего грузовика.Высокое напряжение (7200 В) было достаточно высоким, чтобы пройти через краску на грузовике и его обуви. Птица не находилась достаточно близко к земле или чему-либо еще, чтобы замкнуть цепь на землю. Есть птицы с большим размахом крыльев, которые действительно получают удар током, когда перекрывают разрыв между проводами и конструкциями, находящимися под разным напряжением.

ЧАСТЬ B: ВИДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОНТАКТА

Шаговый и контактный потенциалы

Земля (земля) под нашими ногами обычно находится под напряжением 0 В.Линии электропередач и радиоантенны заземляют путем соединения их с металлическими стержнями, вбитыми в землю. Если человек идет босиком по земле с расставленными ногами, между двумя ступнями должно быть напряжение 0 В. Это нормальное состояние нарушается, если проводник высоковольтной линии электропередачи достигает земли или если молния ударяет по земле.

Напряжение от воздушных линий электропередачи может достигать земли несколькими способами. Линия может порваться или отсоединиться от своих изолированных опор и вступить в контакт с самой землей или с конструкциями, которые сами связаны с землей.Опорные провода (растяжки) могут отсоединяться от своих соединений у земли и становиться под напряжением при контакте с линией электропередачи. В этом случае растяжка под напряжением находится под высоким напряжением. Если растяжка контактирует с землей, напряжение на земле в точке контакта и вокруг нее больше не равно 0 В.

Когда провод под напряжением контактирует с землей напрямую или через проводник, это называется замыканием на землю. Уменьшение напряжения с расстоянием от точки контакта с землей объекта под напряжением называется градиентом потенциала земли .Падения напряжения, связанные с этим рассеянием напряжения, называются потенциалами земли.

На рисунке показана типичная кривая распределения градиента напряжения. Этот график показывает, что напряжение уменьшается с увеличением расстояния от заземляющего объекта. Слева от заземленного объекта, находящегося под напряжением, есть разница напряжений между двумя ногами человека, называемая ступенчатым потенциалом. Справа есть разница напряжений между рукой человека и двумя ногами, называемая потенциалом прикосновения.Также существует ступенчатый потенциал между двумя ногами человека справа. (Рисунок и этот раздел являются модификациями части правил OSHA [Standards-29 CFR].)

Ступенчатые и сенсорные потенциалы. Фактические цифры могут варьироваться в зависимости от типа почвы и влажности, а также других факторов.

Мгновенное горение, нагрев электрическим током или и то, и другое.

Дуга высокого напряжения связана с прохождением электричества по воздуху. В некоторых случаях дуга не касается человека. В этой ситуации от тепла дуги могут возникнуть серьезные ожоги (мгновенный ожог).Также возможны ожоги от горящей одежды и других веществ. Ожоги также могут быть вызваны прикосновением к предметам, которые термически горячие, но не находятся под напряжением.

Дуги высокой энергии могут вызывать взрывные ударные волны. 5 Сила тупой травмы, которая может вызвать ушиб человека, разрыв барабанных перепонок и ушиб внутренних органов.

Если электрическая дуга или провод под напряжением соприкасается с человеком и через него проходит электричество, может возникнуть травма из-за электрического тока, протекающего через тело, в дополнение к механизмам травмы, упомянутым выше.

Клинически важно определить, повлекло ли высоковольтное повреждение электрический ток, протекающий через тело. Ток, протекающий через тело из-за высокого напряжения, может привести к возникновению условий, за которыми необходимо следить с течением времени. Эти состояния включают миоглобинурию, коагулопатию и компартмент-синдромы. Несколько клинических и связанных с электрическим контактом проблем могут помочь определить, протекал ли ток через тело. Во-первых, для протекания электрического тока через тело требуется как минимум 2 точки контакта.При высоком напряжении это обычно ожоги на всю толщину. Они могут быть размером с булавочную головку, а иногда их может быть несколько из-за искрения. Если проводник, например кусок проволоки, соприкоснулся с кожей, это может привести к ожогу из-за формы соприкасающегося объекта.

Горение от вспышки при отсутствии тока через тело, напротив, имеет тенденцию быть диффузным и относительно однородным. Мгновенные ожоги на иногда на меньше полной толщины, тогда как ожоги от высоковольтных контактов будут на всю толщину.

Так называемые входные и выходные раны

Часто бывает всего 2 контактных ожога, которые обычно называют входными и выходными ранами.Эти термины относятся к тому факту, что электрический ток исходит от источника напряжения, входит в тело в одной точке, протекает через тело в другую точку контакта, где он выходит из тела и возвращается к источнику напряжения (или земле). Эта терминология несколько сбивает с толку, если учесть, что переменный ток меняет направление много раз в секунду. Терминология также может вводить в заблуждение, потому что она напоминает пулевые ранения, которые иногда имеют небольшие входные и более крупные выходные ранения. При поражении электрическим током размер раны будет зависеть от таких факторов, как размер и форма проводника, геометрия пораженной части тела и влажность.Аналогия с огнестрельными ранениями также вводит в заблуждение, поскольку не всегда имеется выходное ранение от пули, потому что пуля остается застрявшей в человеке. Таким образом, 2 отдельных ожога третьей степени предполагают протекание тока через тело. Диффузный ожог неполной толщины не предполагает протекания тока через тело.

Помимо особенностей, связанных с контактом, существуют клинические признаки, которые могут помочь определить, был ли ток через глубокие ткани. Например, можно ожидать, что высоковольтный контакт с рукой, связанный с током, протекающим в руку, будет вызывать твердость и нежность предплечья.При пассивных и активных движениях пальцев может возникнуть боль, а в руке может возникнуть сенсорная недостаточность.

Молния

Молния обычно сверкает над поверхностью тела, что приводит к удивительно небольшим повреждениям у некоторых людей. Влажная кожа и очень короткие электрические импульсы побуждают электрический ток проходить по поверхности тела. Тем не менее, молния иногда травмирует людей из-за протекания тока в теле, тупой механической силы, эффекта взрыва, который может разорвать барабанные перепонки и ушибить внутренние органы, а также интенсивный свет, который может привести к катаракте.

Контакт с проводниками

Низкое напряжение (

<600 В)

Влияние ударов низкого напряжения указано в таблице. Приведенные текущие уровни зависят от конкретного пути тока, продолжительности контакта, веса, роста и телосложения человека (особенно мускулатуры и костных структур) и других факторов. Эффекты, которые возникают в каждом конкретном случае, сильно зависят от нескольких факторов, связанных с тем, как осуществляется контакт с источником электричества. Эти факторы включают в себя путь тока, влажность, отсутствие возможности отпустить и размер областей контакта.

Путь тока

Если путь тока проходит через грудную клетку, постоянные тетанические сокращения мышц грудной стенки могут привести к остановке дыхания. Далзил, 6 , проводивший измерения на людях, сообщает, что токи, превышающие 18 мА, стимулируют грудные мышцы, так что дыхание останавливается во время шока.

Другой эффект, который возникает при трансторакальном пути тока, — это фибрилляция желудочков. Трансторакальные пути тока включают руку в руку, руку к ноге и от передней части груди до задней части груди.Эксперименты на животных показали, что порог фибрилляции желудочков обратно пропорционален квадратному корню из продолжительности тока.

Явление отпускания для контакта низкого напряжения (

<600 В)

Фактором, который имеет большое значение для травм, полученных при ударах низкого напряжения, является неспособность отпустить. Сила тока в руке, которая заставляет руку непроизвольно сжимать ее, называется отпускающим током. 7 Если, например, пальцы человека обхватить большой кабель или ручку пылесоса под напряжением, большинство взрослых смогут отпустить его с током менее 6 мА.При 22 мА более 99% взрослых не смогут отпустить. Боль, связанная с отпусканием тока, настолько сильна, что молодые мотивированные добровольцы могли терпеть ее всего несколько секунд. 7 При прохождении тока в предплечье стимулируются мышцы сгибания и разгибания. Однако сгибательные мышцы сильнее, и человек не может добровольно расслабиться. Практически во всех случаях неспособности отпускать руки используется переменный ток. Переменный ток многократно стимулирует нервы и мышцы, что приводит к тетаническому (устойчивому) сокращению, которое длится до тех пор, пока продолжается контакт.Если это приводит к тому, что субъект ужесточает хватку за проводник, результатом является продолжение электрического тока через человека и снижение контактного сопротивления. 8

При переменном токе возникает ощущение поражения электрическим током, пока сохраняется контакт. Напротив, с постоянным током возникает только ощущение шока, когда цепь замкнута или разорвана. Пока контакт поддерживается, ощущения шока не возникает. Ниже 300 мА постоянного тока (среднеквадратичное значение) явление отпускания отсутствует, потому что рука не зажата непроизвольно.Когда ток проходит через руку, возникает ощущение тепла. Замыкание или разрыв цепи приводит к болезненным неприятным ударам. При токе более 300 мА отпускание может быть невозможно. 4 Порог фибрилляции желудочков для разряда постоянного тока длительностью более 2 секунд составляет 150 мА по сравнению с 50 мА для разряда 60 Гц; для разрядов короче 0,2 секунды порог такой же, как и для разрядов 60 Гц, то есть примерно 500 мА. 4

Мощность обогрева также увеличивается, когда человек не может отпустить.Это связано с тем, что плотный захват увеличивает площадь кожи, эффективно контактирующую с проводниками. Кроме того, со временем между кожей и проводниками накапливается высокопроводящий пот. Оба эти фактора снижают контактное сопротивление, что увеличивает протекающий ток. Кроме того, нагревание сильнее, потому что продолжительность контакта часто составляет несколько минут по сравнению с долей секунды, необходимой для того, чтобы отстраниться от болезненного раздражителя.

Неспособность отпустить приводит к увеличению тока в течение более длительного периода времени.Это увеличит повреждение из-за нагрева мышц и нервов. Также будет усиление боли и частота остановки дыхания и сердца. Также может быть вывих плеча с травмой связок и сухожилий, а также переломы костей в области плеч.

Явление отпускания для высокого (> 600 В) контакта

Несколько разных результатов могут произойти, когда человек схватится за провод, подающий из рук в руки напряжение 10 кВ переменного тока. Такой контакт занимает более 0,5 секунды, прежде чем большая часть клеток дистального отдела предплечья подвергнется тепловому повреждению.Однако в течение 10–100 миллисекунд мышцы на пути тока сильно сократятся. Человека можно стимулировать, чтобы он сильнее сжимал провод, создавая более сильный механический контакт. Или человека может оттолкнуть от контакта. Какое из этих событий произойдет, зависит от положения руки относительно проводника. Большинство очевидцев сообщают, что жертвы отталкиваются от проводника, возможно, из-за общих мышечных сокращений. В таких случаях время контакта оценивается примерно в 100 миллисекунд или меньше. 9 (стр. 57)

Контакт с погружением: утопление электрическим током

Клинические проблемы

Утопление или близкое к утоплению может быть результатом попадания электричества в воду. Состояния, требующие лечения почти утопления, вызванного электричеством, в основном такие же, как и условия, связанные с неэлектрическим утоплением. Эти состояния включают повышение миоглобина, которое может привести к почечной недостаточности (обнаруживаемой по повышению креатинкиназы [КФК] и анализу мочи), респираторному дистресс-синдрому у взрослых, гипотермии, гипоксии, электролитным нарушениям и аритмиям, которые включают желудочковую тахикардию и фибрилляцию желудочков.Считается, что уровни креатинкиназы и миоглобина в неэлектрических случаях утопления связаны с жестокой борьбой, а также иногда с длительной гипоксией и электролитным дисбалансом. Электричество в воде может стимулировать мышцы достаточно сильно, чтобы вызвать у человека сильную мышечную боль во время и после того, как он или она почти утонул. Это еще больше увеличит уровни КФК и миоглобина по сравнению с теми, которые могут возникнуть в результате неэлектрического воздействия на стол, близкий к утоплению. Уровень креатинкиназы иногда повышается в течение дня или более под влиянием проводимого лечения, продолжающейся гипоксии или гипотонии и других состояний, которые могут повлиять на продолжающийся некроз тканей.

Таблица 3

Почему погружение в воду при очень низких напряжениях может быть фатальным

1 Погружение очень эффективно увлажняет кожу и значительно снижает ее сопротивление на единицу площади
2 Площадь контакта большой процент площади всей поверхности тела
3 Электрический ток также может проникать в организм через слизистые оболочки, такие как рот и горло.
4 Человеческое тело очень чувствительно к электричеству.Очень небольшое количество тока может вызвать потерю способности плавать, остановку дыхания и остановку сердца.

Воздействие электрического тока

Многие определения воздействия электрического тока на людей были сделаны Далзилом. 10 Для любого эффекта, такого как столбнячные сокращения мышц, существует ряд текущих уровней, которые вызывают эффект в зависимости от индивидуальных особенностей субъектов. Например, ток, необходимый для возникновения тетанических сокращений мышц предплечья («отпускающий» ток), может составлять от 6 до 24 мА (среднеквадратичное значение переменного тока 60 Гц) в зависимости от пациента.Следовательно, текущие уровни, перечисленные в публикациях, могут быть максимальными, средними или минимальными уровнями, в зависимости от обсуждаемых вопросов. С точки зрения безопасности часто подходят значения, близкие к минимальным.

Как указано в таблице, Dalziel 7 обнаружил, что 10 мА вызывает тетанические сокращения мышц и, следовательно, потерю мышечного контроля. Кроме того, Smoot and Bentel 12 обнаружили, что 10 мА тока было достаточно, чтобы вызвать потерю мышечного контроля в воде. Они проводили измерения в соленой воде и не сообщали о приложенных напряжениях.

Таблица 4

Механизмы смерти при утоплении электрическим током

Механизм Необходимый ток, мА Необходимое напряжение, В переменного тока
Электрическая стимуляция сердца, вызывающая фибрилляцию желудочков 100 30
Тетаническое сокращение (эффективный паралич) мышц дыхания 20 6
Потеря мышечного контроля конечностей: 16 мА для среднего человека 1 16 4 .8
Потеря мышечного контроля конечностей: всего 10 мА для наиболее чувствительных женщин 7 , 11 10 3

Общее сопротивление тела в воде

Общее с учетом мер безопасности сопротивление тела от руки к ноге в воде считается равным 300 Ом. 13 15 Smoot 11 , 16 измерили полное сопротивление тела 400 Ом при погружении.Во многом это связано с внутренним сопротивлением тела. Таким образом, погружение устраняет большую часть сопротивления кожи.

Соленая вода обладает высокой проводимостью по сравнению с человеческим телом, поэтому поражение электрическим током в соленой воде является относительно редким явлением. Это связано с тем, что большая часть электрического тока проходит по внешней стороне тела.

Если есть разница напряжений, например, между одной рукой и другой, то через тело будет протекать электрический ток. Сила тока равна напряжению, деленному на общее сопротивление тела.

Какое напряжение в воде может быть смертельным?

В таблице указаны значения силы тока, необходимые для возникновения фибрилляции желудочков и других смертельных состояний. Общее сопротивление тела в воде составляет 300 Ом. Таким образом, известны необходимый ток и сопротивление, которое он должен испытывать. Таким образом, можно рассчитать необходимое напряжение. Для фибрилляции желудочков расчет выглядит следующим образом:

Требуемое напряжение = Ток × Сопротивление

Для того, чтобы вызвать фибрилляцию желудочков, необходимое напряжение составляет:

Напряжение = 100 мА × 300 Ом = 30 В

Рисунки для других механизмов смерти указаны в табл.

Электрический контакт, связанный с водой, часто происходит двумя способами. Эти механизмы могут происходить в ваннах, бассейнах и озерах. Первый механизм контакта заключается в том, что человек в воде выходит из воды и контактирует с токопроводящим объектом, находящимся под напряжением. Например, человек чувствует себя хорошо, сидя в ванне. Сопротивление контакта его руки с объектом под напряжением за пределами ванны может быть достаточно высоким, чтобы защитить его или ее, особенно если его или ее рука не мокрая и площадь контакта небольшая.

Второй механизм контакта включает человека в воде, находящегося в электрическом поле из-за проводника под напряжением, который находится в воде. Например, в воду падает электрический нагреватель, подключенный к тёплому проводу розетки 120 В переменного тока. Заземленный слив находится близко к плечам человека, а обогреватель — у его или ее ног. Это дает разницу напряжений 120 В переменного тока от плеч до ступней. При общем сопротивлении тела 300 Ом протекает 360 мА, что более чем в 3 раза превышает величину, необходимую для фибрилляции желудочков.

В озерах, прудах и других водоемах источник электроэнергии может генерировать ток в воде. Местоположение напряжений в воде можно измерить. В воде могут присутствовать напряжения из-за того, что корпус лодки, подключенной к береговому источнику питания, находится под напряжением. В воде также могут присутствовать напряжения из-за находящихся под напряжением проводников в воде, которые пропускают электрический ток в воду.

Может существовать электрический градиент (или поле), аналогичный описанной выше ситуации для ступенчатого и касательного потенциалов.Ситуацию сложнее проанализировать в воде, потому что человек в воде принимает разные позы и ориентации в трех измерениях (вверх, вниз и в стороны — север, юг, восток и запад). Трансторакальное напряжение и напряжение на конечностях будут меняться по мере движения человека в зависимости от ориентации (направления) электрического поля.

Измерения потери мышечного контроля в воде

Измерения, аналогичные измерениям Smoot and Bentel 12 , были выполнены с одобрения институционального наблюдательного совета Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн.Металлические пластины помещали внутрь резиновых контейнеров. Металлические пластины были плоскими на дне контейнеров. Сверху на каждую металлическую пластину помещали резиновый коврик с отверстиями. (Изолированный) провод заземления источника питания был подключен к одной пластине, а напряжение переменного тока 60 Гц от источника питания было подключено к другой пластине. Испытуемый стоял, опираясь на каждый резиновый коврик по одной ноге, как показано на рисунке. Таким образом, субъект контактировал с электрическим током в основном через воду, контактирующую с ногами через отверстия, а также через воду, контактирующую с ногами выше.Эта траектория потока между ногами имитировала ситуации рукопашного боя и рукопожатия, которые могут возникнуть у пловцов в воде. Эта установка сводила к минимуму ток через грудную клетку. В исследовании участвовал всего 1 субъект.

Установка для измерения напряжения и тока в воде.

Свежая (не соленая) вода с проводимостью 320 мкм / см наполняла каждое ведро до уровня около бедра. Было обнаружено, что электрически индуцированные сокращения мышц сильно меняются положением ног в воде.

Первоначальные испытания показали, что при подаче напряжения 3,05 В (среднеквадратичное значение переменного тока 60 Гц) между пластинами протекал ток 8,65 мА, что приводило к непроизвольному сгибанию колена на 90 °. Это сгибание нельзя было преодолеть произвольным усилием. Колено можно было произвольно сгибать дальше, но оно не выпрямлялось больше, чем на 90 °. Непроизвольное резкое сгибание произошло, когда нога была поднята (сгибанием бедра) так, чтобы бедро было горизонтальным, а колено находилось на уровне воды. Это похоже на ситуацию во время плавания.Мышечный контроль постепенно восстанавливался, когда ступня опускалась на дно ведра (путем разгибания бедра в нейтральное положение) и нога становилась вертикальной. Общее сопротивление корпуса рассчитывается следующим образом:

При 4,05 В протекает ток 12,6 мА. Колено было согнуто на 135 °, то есть пятка находилась рядом с ягодицами. Это нельзя было преодолеть добровольными усилиями. Опять же, это произошло, когда нога была поднята так, чтобы колено было на уровне воды, аналогично ситуации, когда кто-то плывет.Меньшее нарушение мышечного контроля было отмечено в других положениях ног. Контроль над мышцами постепенно восстанавливается, когда ступня опускается на дно ведра и нога становится вертикальной. Сопротивление составит 4,05 В / 12,6 мА = 332 Ом.

Текущие уровни, измеренные в этих экспериментах, согласуются с уровнями, о которых сообщают Dalziel, 7 Smoot, 11 и NIOSH, 1 , как указано в таблицах и. Общее сопротивление системы (вода плюс предмет) близко к 300 Ом, что часто упоминается в литературе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Существует множество типов электрических контактов, каждый из которых имеет важные характеристики. Понимание того, как электрический ток достигает и проходит через тело, может помочь врачу понять, как и почему произошли определенные несчастные случаи и какие медицинские и хирургические проблемы могут возникнуть.

Благодарности

Авторы благодарят Энди Фиша за иллюстрации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Национальный институт охраны труда.Смерть рабочих от удара током. Публикация NIOSH № 98-131. 2009 г. Доступно по адресу: http://www.cdc.gov/niosh/docs/98-131/overview.html. Проверено 20 марта. [Google Scholar] 2. Рыба Р. М., Геддес Л. А.. Электрофизиология всплесков тока подключения. Cardiovasc Eng. 2008. 8 (4): 219–24. [PubMed] [Google Scholar] 3. Гримнес С. Диэлектрический пробой кожи человека in vivo. Med Biol Eng Comp. 1983; 21: 379–81. [PubMed] [Google Scholar] 4. Бернштейн Т. Расследование предполагаемых случаев поражения электрическим током и возгораний, вызванных внутренним напряжением.IEEE Ind Appl. 1989. 25 (4): 664–8. [Google Scholar] 5. Капелли-Шеллпфеффер М, Ли RC, Тонер М, Диллер КР. Документ представлен на конференции IEEE PCIC. Филадельфия, Пенсильвания: 1996. Взаимосвязь между параметрами аварии и травмы. 23–25 сентября. [Google Scholar] 6. Далзил CF. Опасность поражения электрическим током. IEEE Spectr. 1972; 9 (2): 41–50. [Google Scholar] 7. Далзил CF. Воздействие электрического шока на человека. ИРЭ Транс Мед Электрон. 1956: 44–62. PGME-5. [Google Scholar] 8. Рыба РМ. Феномен отпускания. В: Рыба Р.М., Геддес Л.А., редакторы.Электрическая травма: медицинские и биоинженерные аспекты. Тусон, Аризона: Издательство юристов и судей; 2009. глава 2. [Google Scholar] 9. Ли Р. К., Кравальо Э. Г., Берк Дж. Ф., редакторы. Электрическая травма. Кембридж, Англия: Издательство Кембриджского университета; 1992. [Google Scholar] 10. Далзил Чарльз Ф., Ли В. Р. Переоценка смертельных электрических токов. IEEE Trans Indus Gen Appl. 1968; ИГА-4 (5): 467–476. D.O.I.10.1109 / TIGA.1968.4180929. [Google Scholar] 11. Smoot AW, Bentel CA. Опасность поражения электрическим током осветительных приборов подводного плавательного бассейна.IEEE Trans Power Apparat Sys. 1964. 83 (9): 945–964. [Google Scholar] 12. Smoot AW, Bentel CA. Опасность поражения электрическим током осветительных приборов подводного плавательного бассейна. Нью-Йорк. При поддержке Underwriter’s Laboratories Inc. Доклад представлен на: Зимнем совещании по энергетике IEEE; Февраль 1964 г .; Нью-Йорк (раздел на страницах 4 и 5) [Google Scholar] 13. ВМС США. Учебная серия по электричеству и электронике военно-морского флота. Модуль 1 — Введение в материю, энергию и постоянный ток. Иногородний учебный курс. Пенсакола, штат Флорида: Центр профессионального развития и технологий военно-морского образования и обучения; 1998 г.С. 3–108. Доступно по адресу: www.hnsa.org/doc/neets/mod01.pdf. По состоянию на 26 марта 2009 г. [Google Scholar] 14. Управление военно-морского флота, канцелярия начальника военно-морских операций. Руководство по программе безопасности и гигиены труда ВМС США для сил на плаву. Том III. Вашингтон, округ Колумбия: военно-морское ведомство, канцелярия начальника военно-морских операций; 2007. С. D5–9. Доступно по адресу: http // doni.daps.dla.mil / Directive / 05000% 20General% 20Management% 20Security% 20and% 20Safety% 20Services / 05-100% 20Safety% 20and% 20Occupational% 20Health% 20Services / 5100.19E% 20-% 20Volume% 20III.pdf. [Google Scholar] 15. Национальный центр испытаний и исследований в области электроэнергетики. Паразитные напряжения — проблемы, анализ и смягчение последствий [окончательный проект] Форест-Парк, штат Джорджия: Национальный центр испытаний и исследований в области электроэнергетики; 2001. С. 5–28. Проект NEETRAC № 00-092. [Google Scholar] 16. Smoot AW. Заседание панели по импедансу корпуса В. В: Бриджес Ю.Э., Форд Г.Л., Шерман И.А., Вайнберг М., редакторы. Материалы Первого международного симпозиума по критериям защиты от поражения электрическим током.Нью-Йорк: Пергамон; 1985. с. 235. [Google Scholar]

экспериментов по изучению сопротивления человеческого тела постоянному току I

Примечание редактора — Документ, на котором основана эта статья, был первоначально представлен на симпозиуме IEEE Product Safety Engineering Society 2018 года, где получил признание как лучший доклад симпозиума. Он перепечатан здесь, с разрешения, из материалов Международного симпозиума IEEE Product Safety Engineering Society по разработке соответствия продукции требованиям 2018 года.Авторские права 2018 IEEE.


Физиологические эффекты поражения электрическим током в основном индуцируются током [1], поэтому ограничения по току часто устанавливаются в стандартах безопасности для защиты человеческого тела от опасности поражения электрическим током [2]. Однако для определенных стандартов или приложений часто предпочтительны пределы напряжения. В таких случаях импеданс человеческого тела можно использовать для оценки предельного напряжения на основе безопасных пределов тока. Кроме того, импеданс человеческого тела можно использовать для построения моделей электрических цепей, представляющих пути проводимости через человеческое тело, для оценки токов прикосновения.Например, согласно UL 101 [2], импеданс человеческого тела моделируется сопротивлением 1500 Ом, подключенным параллельно конденсатору 0,22 мкФ, включенному последовательно с другим резистором 500 Ом. Такая измерительная схема используется для оценки тока прикосновения при воздействии шока на уровне восприятия для синусоидального переменного тока 60 Гц.

Применение

постоянного тока, особенно с опасным напряжением, становится все более распространенным из-за более широкого использования возобновляемых источников энергии (например, фотоэлектрических), систем хранения энергии и т. Д.Следовательно, полезно проанализировать сопротивление человеческого тела при постоянном токе, чтобы лучше понять его влияние на физиологические эффекты электрического удара для приложений постоянного тока. В стандарте IEC 60479-1 [3] указано сопротивление человеческого тела постоянному току для сопротивления человеческого тела от 25 В до 1000 В. Однако значения сопротивления постоянному току, включенные в [3], были основаны на экспериментальных данных, проведенных только при 25 В, а остальные значений, математически экстраполированных на основе сопротивления человеческого тела переменному току. Это делает предположение, что импеданс тела зависит от постоянного тока и переменного тока, что может быть, а может и не быть.Кроме того, сопротивления корпуса постоянному току, приведенные в [3], относятся только к сухим условиям. Насколько известно авторам, в настоящее время отсутствуют данные о сопротивлении человеческого тела постоянному току во влажных условиях, основанные непосредственно на экспериментальных наблюдениях. Для влажных условий предполагается, что значения сопротивления корпуса постоянному току, указанные в стандарте IEC [3], идентичны сопротивлению корпуса переменному току во влажных условиях при каждом напряжении. Опять же, это делает предположения, которые не имеют твердого подтверждения экспериментальными данными.

Поскольку постоянный ток при опасном напряжении и возможность воздействия на человека таких опасностей становится все более распространенным явлением, необходимо иметь исчерпывающие данные об импедансе человеческого тела при постоянном токе. Такой набор данных потребует, чтобы измерения на многих людях имели какую-либо статистическую значимость (т. Е. 50 или более). Конечной целью авторов является разработка типичных значений импеданса тела постоянного тока на основе экспериментальных данных, аналогичных тем, которые доступны в настоящее время для переменного тока.

Однако пока неясно, какой уровень влияния будут иметь различные параметры измерения, а также на сегодняшний день неясно, насколько воспроизводимым будет любое данное измерение для любого конкретного человека.Авторы пришли к выводу, что поэтому было преждевременно продвигаться вперед с крупномасштабной экспериментальной программой с участием значительного числа людей-добровольцев до того, как было установлено лучшее понимание согласованности измерений на каком-либо конкретном человеке. Например, было неясно, достижимы ли воспроизводимые значения при измерении одного и того же человека в разное время в одних и тех же условиях испытаний. Насколько известно авторам, ни в одной предыдущей работе это не оценивалось. Кроме того, не было обнаружено никаких опубликованных данных о влиянии контактного материала на тестирование импеданса человеческого тела, которое, как предполагается, оказывает влияние на измеренный импеданс тела и может лучше объяснить взаимосвязь измеренного импеданса тела и приложенного напряжения.(В [3] сообщалось, что сопротивление тела линейно уменьшается по мере увеличения приложенного напряжения.) Рассмотрев эти неизвестные эффекты на измерение импеданса тела постоянного тока, авторы сделали первый шаг к дальнейшему пониманию этих факторов; результаты которого представлены здесь. Поэтому более масштабную программу испытаний пришлось отложить до проведения в качестве второго этапа нашей работы.

Первоначальная работа, о которой сообщается здесь, исследовала влияние трех переменных теста (контактный материал, влажные или сухие условия и время дня) на трех испытуемых.Материалы для контактов из меди и алюминия использовались для лучшего понимания потенциального влияния на измеренный импеданс тела и для проверки гипотезы о том, что нелинейное поведение, наблюдаемое в поведении импеданса тела, аналогично тому, что наблюдается в контактах металл-полупроводник. [6] Влажные и сухие условия использовались для оценки влияния на измеренный импеданс тела, а также для определения относительной повторяемости измерений при каждом условии. В целях безопасности эта работа ограничила объем исследования до напряжений 60В и ниже.

Рисунок 1: Схема измерения тока прикосновения восприятия


Обзор порога ударного напряжения постоянного тока

Существует четыре различных физиологических эффекта электрического шока для постоянного или переменного тока: восприятие, неспособность расслабиться, фибрилляция желудочков и ожог. Согласно экспериментам, проведенным Далзилом в 1940-х годах [1], порог поражения электрическим током постоянного тока выше, чем переменного тока. Другими словами, человеческое тело менее уязвимо для поражения электрическим током при постоянном токе по сравнению с сигналами переменного тока 50/60 Гц аналогичной величины.Что касается предела напряжения, предел постоянного тока составляет 60 В в сухих условиях и 30 В во влажных условиях, как указано в UL 1310, [4] с целью защиты от неспособности отпустить ударные воздействия. Этот предел был выбран с целью защитить 95% населения, включая детей. Обратите внимание, что этот предел определяется на основе пути от руки к обеим ногам: для других путей тока допустимый предел напряжения может быть другим. Чтобы собрать более широкий диапазон экспериментальных данных, в этой работе предел напряжения был установлен на уровне 60 В вместо 30 В как для сухих, так и для влажных условий, хотя 60 В является пределом невозможности отпускания только в сухих условиях. .Однако следует отметить, что эти пределы были установлены с учетом интересов детей, и в этой работе испытуемыми были только взрослые (и поэтому они могут выдерживать более высокие напряжения). В целях безопасности и комфорта испытуемых каждый испытуемый мог разорвать цепь в любое время во время испытания, оторвав руку от электрода (рис. 2), если ощущение восприятия становилось слишком неудобным. Ток был ограничен до уровня ниже 20 мА, как за счет настройки ограничения тока на источнике питания, так и за счет включения быстродействующего предохранителя на 20 мА, установленного последовательно с источником тока для испытуемого.

Рисунок 2: Фотография экспериментальной установки с субъектом


Оборудование и экспериментальная установка

Модель BK Precision 9183B использовалась для подачи постоянного тока во время испытаний. Во время теста выходное напряжение блока питания контролировалось портативным компьютером. Модель Dewetron DEWE-50-USB2-8 использовалась для сбора данных, включая выходное напряжение и ток от источника постоянного тока. Соединения по току и напряжению с металлическими пластинами были физически разделены, чтобы минимизировать влияние контактного сопротивления.Сопротивление тела рассчитывалось по показаниям напряжения и тока по закону Ома.

На рис. 2 показана экспериментальная установка, на которой испытуемый находится в нужном положении во время тестирования. Испытуемый стоял на металлической пластине, которую чередовали между медью и алюминием. Испытуемым было предложено встать на тарелку босиком. Каждый испытуемый кладет правую руку на металлическую пластину из того же материала, что и пластина у ступней. Перед каждым сеансом тестирования руки очищали спиртовой салфеткой для удаления поверхностных масел и грязи, а также для сушки рук.Не было предпринято никаких усилий, чтобы очистить или высушить ноги. Размер металлической пластины для контакта рук составлял 100 мм на 100 мм. Этот размер определяется как «большая площадь контакта» в стандарте IEC 60479-1 [2]. Согласно этому стандарту ожидается, что большая площадь контакта приведет к наименьшему сопротивлению к телу, что считается «наихудшим случаем» по сравнению с аналогичным определением «средних» и «малых» площадей контакта. В этой работе предполагается большая площадь контакта или «наихудший случай», поскольку наихудшие условия представляют наибольший интерес для приложений, связанных с безопасностью.

Известно, что на сопротивление человеческого тела влияет уровень влажности поверхности кожи [3]. В этой работе поверхность рук тестировалась в двух условиях: сухой и имитирующий влажный пот и воду. Концентрация натрия в поте находится в диапазоне от 6 до 85 мэкв. на л [5], что эквивалентно от 13,8 мг / дл до 195,5 мг / дл. Для этой работы выбирается концентрация натрия на верхнем пределе этого диапазона, так как это приведет к наименьшему сопротивлению и, следовательно, к «наихудшему» риску электробезопасности.Тест проводился с соленостью 80 мг-экв на литр воды, что приблизительно соответствует 95-му процентилю максимальной концентрации натрия 85 мг-экв. Это соответствует 1,85 г NaCl на литр воды. Человеческий пот также содержит калий и другие соли, но эти концентрации намного ниже по сравнению с концентрацией натрия [5]; поэтому в этом исследовании не учитывались эффекты калия.

Как показано на Рисунке 2, на тыльную сторону руки были приложены два мешка, каждый из которых был заполнен 0,5 кг металлической дроби.Испытуемые были проинструктированы расслабить руки с намерением, чтобы давление оказывалось только весом мешков. Это была попытка контролировать переменное давление на металлические пластины, которое может влиять на сопротивление контакту с телом.

Результаты

Напряжение питания подавалось линейно от 0 В до 60 В, линейно нарастало со скоростью 1 В / с. Ток был ограничен до 20 мА, и когда ток или напряжение достигали предела, источник питания переключался на источник постоянного тока на 20 мА.Каждое испытание продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто 60 В или пока испытуемый не уберет руку с пластины из-за дискомфорта. На рис. 3 показан пример измеренных напряжения и тока в сухих условиях для одного испытуемого. В этом случае приложенное напряжение постоянного тока достигало 60 В, затем снова снижалось до 0 В, при этом наблюдаемый ток составлял около 12 мА при приложенном напряжении 60 В. На рисунке 3 ось x — это временной шаг, который — это выборочный подсчет измерений, выполненных во время 60-секундного теста.

Рисунок 3: Пример измеренного выхода и тока в сухих условиях для одного объекта

Тест 1 Тест 2 Тест 3 Тест 4
Рука Сухой Сухой мокрый мокрый
Материал электрода Медь Алюминий Алюминий Медь

Таблица 1: Условия испытаний

Были измерены четыре комбинации условий испытаний: Таблица 1 показывает условия, которые использовались для каждого испытания.Для каждого условия теста и каждого добровольца тест повторялся 20 раз в течение нескольких недель. На рисунке 4 показаны результаты прямоугольной диаграммы для измеренного тока для каждого из четырех тестов и трех добровольцев при приложенном напряжении 25 В. Верхний край внешнего прямоугольника светло-голубого цвета представляет первый квартиль (Q1), а нижний край представляет третий квартиль (Q3). Таким образом, эта внешняя часть графика представляет собой межквартильный диапазон (IQR) или средние 50% наблюдений.Внутреннее поле представляет 95% доверительный интервал. Вертикальные линии представляют собой верхние и нижние усы, которые простираются наружу, чтобы указать самые низкие и самые высокие значения в наборе данных (за исключением выбросов). Горизонтальная линия в рамке представляет собой среднее значение; кружок с крестиком представляет среднее значение.

Рисунок 4: Ток (мА) при 25 В для трех добровольцев и четырех условий испытаний


Данные на Рисунке 4 показывают, что изменчивость сопротивления тела во влажных условиях (тесты 3 и 4) была значительно меньше, чем наблюдаемая для сухих условий (тесты 1 и 2).Более того, сопротивление влажного состояния было ниже, чем соответствующего сухого состояния, что означает, что влажное состояние является худшим случаем (то есть более опасным) с точки зрения безопасности. Поскольку консерватизм обычно предпочтительнее при анализе безопасности, и тот факт, что данные о влажных условиях демонстрируют меньшую изменчивость, результаты предполагают, что в будущем тестирование импеданса тела будет проводиться только во влажных условиях.

На рис. 5 показан график измеренного тока для обоих тестов 3 (алюминий) и 4 (медь, оба проводились с использованием влажной кожи) при 5В.Было замечено, что металлический электрод влияет на измеряемый ток. Для всех испытуемых медь показывала более высокий измеренный ток при 5 В и 10 В, причем этот эффект, как было обнаружено, уменьшался с увеличением напряжения. Следует отметить, что это вряд ли связано с более высокой электропроводностью меди по сравнению с алюминием, поскольку конфигурация с четырьмя датчиками, используемая для измерения сопротивления, включает в измерение только контакт металла с кожей и не включает объемное сопротивление металла. контакт.Кроме того, любой вклад в объемное сопротивление будет наблюдаться при всех напряжениях и не будет уменьшаться при увеличении напряжения.

Рисунок 5: Коробчатая диаграмма измеренного тока для Теста 3 и Теста 4 (влажные условия) при 5 В


Метод дисперсионного анализа (ANOVA) может облегчить определение значимости фактора для конкретного выходного параметра. В этом исследовании он использовался для определения статистической значимости металлического материала электрода при измерении сопротивления тела как функции напряжения.На рисунке 6 показаны значения R , рассчитанные для влияния материала электрода на измеряемый ток: более высокое значение R предполагает большее влияние на выходной параметр. Было обнаружено, что значение R высокое при низких напряжениях, затем быстро падает при увеличении напряжения с 10 В до 20 В. Это говорит о том, что обнаружено, что металлический электрод оказывает статистически значимое влияние на измеренный импеданс при напряжениях ниже 20 В. , что согласуется с наличием барьера Шоттки на границе раздела металл-скин.[6]

Рис. 6: Значение R (в процентах), рассчитанное с помощью дисперсионного анализа во влажных условиях, оценивающее влияние электродного материала на каждого из трех добровольцев.


На рисунке 7 показано среднее значение сопротивления напряжения для испытания 4 (влажное состояние, медный электрод). Было замечено, что сопротивление тела обычно уменьшалось с увеличением напряжения прикосновения. Также было обнаружено, что сопротивление тела имеет нелинейную зависимость от напряжения, что соответствует стандарту IEC 60479-1.В стандарте IEC 60479-1 отмечается это нелинейное поведение, а также упоминается дальнейшее увеличение по мере того, как происходит электрический пробой кожи [3]. Природа этого нелинейного поведения не описана в IEC 60479-1. Авторы предполагают, что эту нелинейность можно объяснить в контексте барьера Шоттки, где контакт кожи с металлической пластиной образует переход металл-полупроводник, что приводит к неомическому вольт-амперному поведению. Тогда разница в измеренном сопротивлении между алюминием и медью будет зависеть от работы выхода (которая для двух металлов составляет примерно 4.3 и 4,7 эВ соответственно) [6]. Измерения с использованием дополнительных металлических поверхностей помогли бы подтвердить или опровергнуть эту гипотезу, например, проведение измерений с использованием материалов с более низкой работой выхода (например, магний, 3,7 эВ) и более высокой работой выхода (например, никель и платина, 5,2 и 5,7 эВ, соответственно. ), оба потенциальных объекта будущей работы.

Рисунок 7: Среднее значение сопротивления в зависимости от напряжения для Теста 4 (влажные условия)


Коэффициент вариации (CV) представляет собой отношение стандартного отклонения к среднему, что полезно для сравнения степени вариации измеренного сопротивления для каждого отдельного добровольца.Поскольку установление повторяемости измерения импеданса тела для одного и того же человека было ключевой целью этой работы, CV помогает количественно оценить эту изменчивость. На рисунке 8 показана CV для всех трех добровольцев, использующих медные электроды во влажных условиях (тест 4), сравнивая относительные различия данных среди добровольцев. Было замечено, что волонтер № 3 продемонстрировал гораздо больший разброс в сопротивлении тела по сравнению с двумя другими добровольцами (это также можно наблюдать на Фигуре 4). Для волонтера No.2, измеренное сопротивление тела было менее согласованным при более низких напряжениях, но при увеличении напряжения более 20 В CV сопротивления тела снижается примерно до 10%, что согласуется с данными добровольца № 1.

Рисунок 8: Коэффициент вариации для трех добровольцев, использующих медь во влажных условиях


Для дальнейшего исследования большего разброса, наблюдаемого в результатах добровольца № 3, данные были разделены по времени суток (утро и полдень). Утро определяется как измерения, проводимые в течение обычного рабочего дня до 12:00 по местному времени, а после полудня — как измерения, завершенные после 12:00.Во время этой работы, как правило, каждый день выполняли два измерения каждого испытуемого: одно утром и одно днем. За отсчетом времени понималось время, когда результаты теста были завершены и сохранены в компьютере. На рисунке 9 показан коэффициент вариации для утра (а) и после полудня (б). Как и в случае, показанном на Рисунке 8, на Рисунке 9 также показаны данные с медными электродами и кожей во влажных условиях. Интересно отметить, что CV значительно различается для волонтера No.3 между утром и днем, тенденция, которая была последовательной для этого объекта во всех приложенных напряжениях, используемых в этом исследовании. Для двух других добровольцев разница между утром и днем ​​оказалась менее значительной, особенно для добровольца № 1. Следует отметить, что для тестов, проводимых утром, разброс данных для добровольца № 3 фактически был ниже, чем для добровольца № 1. для добровольца № 2 — при напряжении менее 25 В. И утром, и днем ​​CV уменьшается с увеличением напряжения.Точная природа статистически значимых различий в утренних и дневных данных для добровольца № 3 в настоящее время неизвестна. Поскольку эта разница в поведении наблюдалась при 20 измерениях в течение нескольких недель, маловероятно, что проблемы были вызваны ошибкой измерения и, скорее, связаны с каким-либо метаболическим или другим состоянием организма, затронутым в полдень (т. Е. Во время обеда). Другая, хотя и менее вероятная, возможность — это какое-то неосознанное изменение в поведении добровольца No.3 между утром и днем, хотя было бы сложно повлиять на такое изменение постоянно в течение 20 тестовых сессий. Независимо от причины, здесь важна не конкретная причина, а общее влияние на сопротивляемость организма. Эти наблюдения действительно предполагают, что будущие измерения, возможно, придется проводить как утром, так и после обеда, и соответствующее время измерения должно быть отмечено для каждого испытуемого для будущих исследований.

Рисунок 9: Коэффициент вариации с использованием медных электродов во влажных условиях (тест 4), (а) утро (б) полдень


Заключение

Данные показали влияние материала контакта на измеряемое сопротивление тела и может быть связано с образованием барьера Шоттки, аналогичного тому, что наблюдается в приборах типа металл-полупроводник.Это объяснило бы природу давно известного неомического поведения импеданса человеческого тела, хотя для подтверждения этой гипотезы необходимы дальнейшие исследования. Результаты показывают, что обязательно указать состав контактных материалов, используемых для измерения импеданса тела, вместе с результатами, и что для обоих контактов следует использовать только один тип контактного материала.

Влажные условия показали более стабильные результаты испытаний на сопротивление тела, чем в сухих условиях.Учитывая это, а также тот факт, что влажные условия демонстрируют меньшее сопротивление тела, чем соответствующее сухое состояние, будущая работа будет сосредоточена на использовании только влажных условий. Это исследование также продемонстрировало, что измеренное сопротивление может значительно различаться в разное время дня, а именно утром и днем, как было исследовано здесь. Также было замечено, что эта вариация относительно времени суток наблюдалась не у всех испытуемых и имела неизвестное происхождение. Независимо от причины, результаты показывают, что время дня является потенциальной переменной для импеданса тела, и его необходимо продолжать включать в будущие исследования, предпочтительно для получения данных в разное время суток для одного и того же добровольца.Когда этот эффект времени суток отделен от данных, можно заметить, что коэффициент вариации имеет тенденцию составлять около 10%, причем более высокие значения наблюдаются при более низких напряжениях.

Экспериментальная работа, описанная здесь, показывает, что импеданс человеческого тела, измеренный для конкретного испытуемого и проведенный в одних и тех же условиях испытаний, будет воспроизводиться с течением времени. Ожидается, что данные будут нормально распределены со стандартными отклонениями примерно 10% от среднего значения для большинства испытуемых и условий, хотя для некоторых испытуемых возможна большая вариабельность (в частности, из-за изменений из-за времени суток, пока неизвестно. происхождение).

Эти результаты подтверждают, что данные более широкой выборки добровольцев, вероятно, будут репрезентативными для сопротивления тела постоянного тока каждого человека в пределах предсказуемого уровня неопределенности, даже если на добровольце был проведен только один сеанс измерения. Однако измерения, проведенные несколько раз на дополнительных добровольцах, будут полезны для лучшего понимания влияния переменных теста на людей. Это говорит о том, что в будущей работе часть добровольцев будет предложено вернуться для повторных измерений в течение нескольких дней, в то время как более широкую популяцию можно попросить принять участие только в одной или двух тестовых сессиях (желательно в двух, одна из которых проводится утром, а другая — в одной. второй в тот же день).Для дальнейшего изучения природы неомического контактного поведения трех исходных испытуемых попросят повторить тестирование с использованием дополнительных контактных материалов. Дополнительных испытуемых также могут попросить провести тесты с использованием нескольких контактных материалов. Предполагается, что для всех испытаний будут использоваться только влажные условия, поскольку измеренные токи были выше, а изменчивость данных была ниже. Ожидается, что испытания будут продолжены с тем же путем тока тела (правая рука к обеим ногам), хотя было бы полезно провести дополнительные исследования с другими путями тока тела.


Список литературы
    1. C.F. Далзил, Э. Огден и К. Эбботт, «Влияние частоты на отпускаемые токи», Труды Американского института инженеров-электриков,
      т. 62 1943.
    2. UL 101, «Ток утечки для устройства», Underwriters Laboratories Inc.
    3. Технический комитет МЭК 64, рабочая группа 4, «Воздействие электрического тока на людей и домашний скот —
      Часть 1: Общие аспекты», IEC 60479-1.
    4. UL 1310, «Блок питания класса II», Underwriters Laboratories LLC.
    5. И. Шварц и др., «Экскреция натрия и калия в человеческом поту», Осеннее собрание Американского физиологического общества, стр. 114-119, Мэдисон, Висконсин.
    6. Р. Стейм, Ф. Рене Коглер и Кристоф Дж. Брабек, «Интерфейсные материалы для органических солнечных элементов»,
      J. Mater. Chem., 2010, 20, 2499-2512.
    7. Р. Т. Тунг, (2014). «Физика и химия высоты барьера Шоттки», Обзоры прикладной физики , 1 (1).

Хай Цзян получил докторскую степень.D. и магистр электротехники Дейтонского университета (Огайо). В настоящее время он является старшим инженером-исследователем и глобальным экспертом по поражению электрическим током и токам утечки в Underwriters Laboratories (UL). Цзян является старшим членом Общества IEEE и профессиональным инженером в США. Он также является основным назначенным инженером (инженер по стандартам UL) по току утечки UL101 для устройств. С Цзянем можно связаться по адресу [email protected]

Пол У.Бразис младший . является менеджером по исследованиям и заслуженным членом технического персонала UL по корпоративным исследованиям в UL LLC (Нортбрук, Иллинойс, США). Он имеет опыт работы в области электрических и тепловых характеристик, электронных материалов и физики устройств, получил степень бакалавра, магистра и доктора наук в области электротехники в 1995, 1997 и 2000 годах соответственно в Северо-Западном университете (Эванстон, Иллинойс, США). Бразис присоединился к UL в 2008 году и возглавляет группу электрических и механических исследований. С ним можно связаться по адресу [email protected]

БИОДИНАМИКА: Сопротивление


Сопротивление
Сопротивление и реактивное сопротивление — это термины из физики, которые являются частью сложной области материалов и их влияния на электричество. Однако на самом деле сопротивление и реактивное сопротивление легко понять.

Сопротивление — это отношение электрического потенциала (напряжения) к току в материале. Проще говоря, материал с высоким сопротивлением требует высокого потенциала для генерирования заданного количества тока в материале.Материал с низким сопротивлением требует низкого потенциала для генерации такого же количества тока.

Возможно, самый простой способ подумать об этом — сказать, что материал с низким сопротивлением проводит хорошо, а материал с высоким сопротивлением — плохо.

Сталь, которая хорошо проводит, считается, что она имеет низкое сопротивление. Говорят, что древесина с плохой проводимостью имеет высокое сопротивление. Из-за содержания электролита (заряженных ионов) соленая вода хорошо проводит и имеет низкое сопротивление, тогда как чистая вода плохо проводит и, как говорят, имеет высокое сопротивление.

Когда материал проводит, он выделяет энергию в виде тепла. Следовательно, сопротивление материала связано со способностью материала рассеивать энергию. Единицы сопротивления называются омами.

В организме человека низкое сопротивление связано с большим количеством обезжиренной массы. Высокая сопротивляемость связана с меньшим количеством обезжиренной массы.
Почему это так?
Основным проводником в организме человека является ионизированная вода.По мере того как процентное содержание воды в массе тела увеличивается, проводимость тела увеличивается. Поскольку вода в организме содержится исключительно в обезжиренной массе, проводимость тела пропорциональна количеству обезжиренной массы.

Как измеряется сопротивление?
Через тело проходит небольшой ток. Измеряется потенциал, необходимый для генерации тока. Соотношение потенциала и тока, а также процесс, называемый корреляцией и интегрированием, используются для определения сопротивления и реактивного сопротивления соответственно.

ток — Истинное значение сопротивления кожи

ток — Истинное значение сопротивления кожи — Обмен электротехнического стека
Сеть обмена стеков

Сеть Stack Exchange состоит из 178 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.

Посетить Stack Exchange
  1. 0
  2. +0
  3. Авторизоваться Подписаться

Electrical Engineering Stack Exchange — это сайт вопросов и ответов для профессионалов в области электроники и электротехники, студентов и энтузиастов.Регистрация займет всего минуту.

Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществу

Кто угодно может задать вопрос

Кто угодно может ответить

Лучшие ответы голосуются и поднимаются наверх

Спросил

Просмотрено 3к раз

\ $ \ begingroup \ $

Когда я гуглил о сопротивлении кожи, я обнаружил, что люди упоминают такие низкие значения, как 500 Ом, но обычно около 10-100 кОм.Когда я измерил сопротивление собственной кожи, поместив датчики на внутреннюю сторону предплечья (чуть ниже запястья) на расстоянии 1-2 см между датчиками, сопротивление оказалось настолько высоким, что мультиметр даже не смог его измерить. Я попытался намочить руку слюной и получил сопротивление выше 1000 кОм, и да, я имею в виду 1 миллион Ом. Чтобы убедиться, что я не неправильно истолковал числа на мультиметре, я измерил резистор 100 кОм при той же настройке, и он показал мне «100», а затем снова мою кожу, и он показал мне примерно «1487».Это возможно?

Создан 18 сен.

Elec0Elec0

4722 серебряных знака66 бронзовых знаков

\ $ \ endgroup \ $ 2 \ $ \ begingroup \ $

Да, это возможно.Теперь попробуйте измерить сопротивление кожи на большей площади контакта. Также имейте в виду, что при поражении электрическим током от сети (высокого напряжения) кожа — это не просто пассивный резистор. Он может сломаться, и когда это произойдет, вы увидите сопротивление кровотока и жировой / мышечной ткани, которое значительно меньше.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *