Skutki działania prądu na organizm człowieka można rozpatrzyć jako fizyczne (np. cieplne), chemiczne (np. zmiany elektrolityczne) lub biologiczne (np. zaburzenia czynności).
Prąd stały działa na człowieka inaczej niż prąd zmienny. Jedną z różnic jest działanie prądu na obdarzone ładunkiem elektrycznym cząsteczki będące składnikami komórek. Pod wpływem doprowadzonego napięcia cząsteczki te przemieszczają się , co prowadzi do zmian stężenia jonów w komórkach i przestrzeniach międzykomórkowych. Im dłuższy jest czas przepływu prądu w tym samym kierunku, tym większych przemieszczeń jonów należy oczekiwać. Od właściwych stężeń jonów zależy czynność wielu komórek, miedzy innymi komórek mięśni i komórek nerwowych, dlatego też, zmieniają się stężenia jonów w wyniku przepływu prądu prowadzą do zaburzenia czynności tych komórek. Prądy przemienne o dużej częstotliwości nie wywołują zaburzeń przewodnictwa w nerwach, skurczów mięśni i zaburzeń w czynności mięśnia sercowego, mogą jednak doprowadzić do poważnych uszkodzeń w skutek wytwarzania ciepła na drodze przepływu przez ciało. Prądu o bardzo wielkich częstotliwościach (rządu kilku tysięcy Hz) mają stosunkowo małą zdolność przenikania w głąb tkanki. Im częstotliwości są większe, tym działanie prądu jest bardziej powierzchniowe. W praktyce najbardziej niebezpieczne dla człowieka są prądy przemienne o częstotliwości 50, 60 Hz, a więc częstotliwości przemysłowej.
Progowe wartości odczucia przepływu prądu przez elektrodę trzymaną w ręku:·Dla mężczyzny:
Prąd stały 5,0 mA
Prąd przemienny (50 60 Hz) 1,1 mA
·Dla kobiety:
Prąd stały 3,5 mA
Prąd przemienny (50 60 Hz) 0,7 mA
Prąd przemienny przepływając przez mięśnie, powoduje ich silne skurcze. Człowiek obejmujący ręką przewód doznaje skurczu mięśni zginające palce, co powoduje powstanie zjawiska zwanego „przymarzaniem” (nie udaje się oderwać ręki od przewodu). Wartości prądu „oderwania” (samo uwolnienie) wynoszą: dla mężczyzny – 16mA, dla kobiety – 10,5 mA.
Przyjęto więc górną granice prądu oderwania wynoszącą 10 12 mA przy prądzie przemiennym 50 60 Hz.
Skutki przepływy prądu przez ciało zależy od wartości, rodzaju prądu (stały czy zmienny oraz jego częstotliwość), drogi i czasu przepływu prądu oraz stanu zdrowia porażonego. Decydujący wpływ, gdy chodzi o niebezpieczeństwo porażeń, ma wartość prądu i czas przepływu. Prąd przepływający przez ciało człowieka wpływa na wartość rezystancji wewnętrznej ciała oraz na wartości niewielkie, lecz najbardziej niebezpiecznej składowej prądu przepływającej przez serce.
Działanie prądu elektrycznego na krążenie krwi i oddychania
Przepływ krwi w naczyniach krwionośnych jest wywołany pracą serca. Mimo że przez serce przepływa niewielka część prądu rażenia, może ona spowodować śmiertelne skutki. Przy porażeniu prądem przemiennym o częstotliwości 5060 Hz najczęściej występuje migotanie komórek serca. Stan ten należy do naj trudniej odwracalnych. Istotnym czynnikiem decydującym o wystąpieniu migotania komórek jest czas przepływu prądu, a w wypadku krótko trwałych przepływów, moment, na jaki przypadł przepływ prądu. Jeśli przypada on na początek rozkurczów (przerwa w pracy serca), to prawdopodobieństwo wystąpienia migotania jest duże. Przy czasie przepływu krótszym niż 0,2 s, wystąpienie migotania komórek jest rzadkie.
Podczas rażenia występują również zaburzenia oddychania. Przepływ prądu przez mózg może spowodować zahamowanie czynności ośrodka oddechowego sterującego czynnością oddychania, po krótkim czasie może nastąpić ustanie oddychania, krążenie krwi (z powodu z braku tlenu) i śmierć. Podczas przepływu prądu przez klatkę piersiową dochodzi więc do skurczu mięśni oddechowych i zaniku ruchów oddechowych, co w konsekwencji prowadzi do uduszenia.
Działanie prądu elektrycznego na układ nerwowy
Podczas przepływu prądu elektrycznego przez organizm ludzki następuje pobudzenie, a następnie porażenie układu nerwowego. Skutkiem tego jest utrata przytomności. Może ona być spowodowana:
·Zatrzymaniem krążenia wywołaniem niedostateczną pracą serca, migotaniem komór lub zatrzymanie serca
·Przepływem prądu bezpośrednio przez czaszkę i mózg. Wytwarzanie się dużej ilości ciepła przy przepływie prądów o wysokim napięciu może w ciągu kilka sekund wywołać nieodwracalne uszkodzenia lub zniszczenie mózgu
Uszkodzenie skóry, mięśni i kości
Przepływ prądu przez ciało powoduje wytwarzanie ciepła na drodze tego przepływu. Wzrost temperatury może prowadzić do nieodwracalnych uszkodzeń organizmu ciała.
Najczęściej spotyka się uszkodzenia skóry. W miejscu „wejścia” prądu powstaje oparzenia: od zaczerwienienia skóry, powstania pęcherzy oparzeniowych, po martwice skóry i zwęglenie. Produkty rozpadu oparzonych tkanek mogą spowodować śmierć porażonego nawet w kilka dni po wypadku.
Innym rodzajem uszkodzeń skóry są tzw. znamiona prądowe, które występują w czasie przepływu prądu, przy dobrej styczności z przewodnikiem.
Przepływ prądu elektrycznego może spowodować również uszkodzenia mięśni. W wyniku gwałtownych skurczów może nastąpić przerwanie włókien mięśni a więc mechaniczne zerwanie mięśni. Mogą wystąpić również zmiany w strukturze włókien mięśniowych, a także uszkodzeń kości.
Działanie pośrednie prądu elektrycznego
Często spotyka się uszkodzenia ciała wywołane pośrednim działaniem prądu elektrycznego, gdy nie przepływa on przez ciało. Dzieje się to podczas powstania łuku elektrycznego, w wyniku zwarcia w urządzeniach elektrycznych..
Łuk elektryczny może spowodować mechaniczne uszkodzenie skóry, mające wygląd ran ciętych, kłutych lub postrzałowych. Towarzyszom temu często oparzenia skóry powstałe w wyniku zapalenia się odzieży. Łuk elektryczny może wywołać również uszkodzenie cieplne i świetlne narządu wzroku. Do urazów wywołanych pośrednio przez prąd należy zaliczyć także złamania inne obrażenia wynikłe wskutek upadku z wysokości przy odruchowej reakcji na porażenie.
Przyczyny porażeń prądem elektrycznym
Przyczyny wypadków podczas eksploatacji urządzeń elektrycznych są różne. Przeważnie są to: nieostrożność, lekceważenie przepisów, roztargnienie, omyłki, brak odpowiedniej konserwacji lub kontroli urządzeń zabezpieczających, zła organizacja pracy, brak nadzoru, złe zrozumienie polecenia, niedbałe wykonanie pracy, nieumiejętność lub nieznajomość instalacji oraz nieszczęśliwy zbieg okoliczności. Następstwem tych przyczyn jest najczęściej dotknięcie części znajdujących się normalnie lub przypadkowo pod napięciem względem ziemi. Jeżeli dotykający stoi na ziemi, na przewodzącej podłodze konstrukcji stalowej, to pod działaniem napięcia dotykowego nastąpi przepływ prądu przez jego ciało.
Napięcie dotykowe jest to napięcie występujące między dwoma punktami, nie należącymi do obwodu elektrycznego z którymi mogą się zetknąć jednocześnie ręce lub ręka i stopy człowieka.
Podczas przepływu prądu w ziemi miedzy dwoma miejscami na powierzchni gruntu oddalonymi o długość kroku może pojawić się napięcie zwane napięciem krokowym.
Ochrona przed porażeniem
Zgodnie z przepisami dotyczącymi ochrony przeciwporażeniowej należy stosować, w zależności od zagrożenia, następujące środki:
1) ochronę podstawową
2) ochronę dodatkową
Ochrona podstawowa ma zapobiegać:
·zetknięciu się człowieka z przewodzącymi częściami obwodów elektrycznych, znajdujących się pod napięciem
·udzielaniu się napięcia przedmiotom lub częściom przewodzącym, które normalnie nie powinny znajdować się pod napięciem
·szkodliwemu działaniu na otoczenie łuku elektrycznego, który mógłby wystąpić podczas pracy urządzeń.
Ochrona podstawowa polega więc przede wszystkim na umieszczeniu elementów znajdujących się pod napięciem poza zasięgiem ręki człowieka, a więc stosowanie przegród, siatek lub poręczy z materiału izolacyjnego.
Ochrona dodatkowa ma zapobiegać utrzymywaniu się niebezpiecznego napięcia dotykowego. Polega ona na zastosowaniu, oprócz ochrony podstawowej, jeden z następujących ośrodków:
·uziemienia ochronnego
·zerowania
·sieci ochronnej
·wyłącznika przeciw pożarowego
·obniżenia napięcia roboczego
·separacji
·izolacji ochronnej
·izolowania stanowisk
Uziemienia ochronne stanowią najbardziej rozpowszechniony rodzaj ochrony dodatkowej, stosowany w maszynach i urządzeniach elektrycznych. Celem stosowania uziemienia ochronnego jest zrównanie potencjału uziemionych przedmiotów z potencjałem ziemi.
Zerowanie może być stosowane w przystosowanych do zerowania sieciach trójfazowych o napięciu mniejszym niż 500V. Polega ono na połączeniu dostępnych części metalowych urządzeń z uziemionym przewodem zerowym.
Sieć przewodów ochronnych wolno stosować w urządzeniach przemiennoprądowych i stałoprądowych niezależnie od rodzaju i wartości napięcia. Wszystkie dostępne części metalowe nie znajdują się pod napięciem oraz dostępne metalowe konstrukcje wsporcze i osłony powinny być połączone z przewodem ochronnym.
Włączniki przeciwporażeniowe wolno stosować w urządzeniach na napięcie nie przekraczające 500 V. Powinny być one przystosowane do rodzaju prądu, napięcia i obciążenia, oraz spełnić wymagania dotyczące wyłączników nadmiarowo-prądowych zawarte w odpowiednich normach.
Ochronne obniżenie napięcia roboczego wolno stosować w stosunku do urządzeń stałych i ruchomych w instalacjach przemiennoprądowych na napięcie znamionowe nie przekraczające 500V, a w stało prądowych – 750V. Do obniżenia napięcia roboczego stosuje się transformatory ochronne lub przetwornice ochronne. Obniżone napięcie ochronne nie może być większe niż 42 V dla obwodów przemiennoprądowych i 80 V dla stałoprądowych.
Transformatory separacyjne wolno stosować w sieciach na napięcia przemienne do 500 V wówczas, gdy :
1. w obwodzie odseparowanym znajduje się tylko jeden odbiornik
2. napięci znamionowe odseparowanego obwodu nie przekracza 400 V, a prąd znamieniowy – 16A.
Obwodu odseparowanego niewolo uziemić ani zerować i łączyć z jakimkolwiek innym obwodem.
Izolację ochronną wolno stosować do fabrycznie produkowanych urządzeń przemiennoprądowych i stało prądowych, niezależnie od wartości napięcia zmiennego.
Izolowanie stanowiska polega na odizolowaniu go od ziemi i wyrównaniu potencjałów dostępnych z tego stanowiska przedmiotów przewodzących, nie należących do obwodu elektrycznego. Może ono być stosowane do urządzeń przemiennoprądowych i stałoprądowych zainstalowanych na stałe pomieszczeniach suchych.
Pierwsza pomoc w wypadku porażenia prądem
Porażenia elektryczne doprowadzają do rozmaitych uszkodzeń organizmu – od bardzo lekkich do najcięższych, w których opóźnienie udzielania właściwej pierwszej pomocy może doprowadzić do śmierci.
Ratownik powinien podjąć akcję ratunkową jak najszybciej i prowadzić ja aż do przybycia lekarza. Przede wszystkim należy:
· Uwolnić człowieka porażonego spod napięcia.
· Rozpoznać stan zagrożenia porażonego
· Zastosować najlepszą metodę ratownictwa.
Przy uwalnianiu spod napięcia ratownik jest zobowiązany dbać nie tylko o bezpieczeństwo porażonego, ale także o swoje. Należy pamiętać, że niebezpieczne dla ratownika są:
· bezpośrednie zetknięcia gołych rąk ratownika z ciałem porażonego;
· równoczesne używanie obu rąk przy odciąganiu spod napięcia;
· mokre podłoże;
· bliskie sąsiedztwo urządzeń pod wysokim napięciem;
· brak równowagi.
Wyłączenie porażonego spod napięcia jest nieodzownym warunkiem podjęcia akcji ratunkowej.
Rozpoznanie stanu zagrożenia jest również ważne, ponieważ od tego zależy wybór sposobu ratowania. W celu ułatwienia oceny stanu porażonego należy przyswoić sobie schemat postępowania rozpoznawczego. Jest on oparty na kilku podstawowych pytaniach, na które ratownik musi znaleźć odpowiedź.
Po pierwsze należy stwierdzić czy porażony jest przytomny.
Z człowiekiem przytomnym można nawiązać kontakt słowny, ma niewątpliwe utrzymane krążenie krwi i oddychanie. Ratownik powinien zając się uszkodzeniami ciała, takimi jak oparzenia, złamania itp. Oraz przygotowaniem do transportu.
Jeżeli człowiek jest nieprzytomny, to należy sprawdzić czy:
· oddycha prawidłowo;
· nie oddycha lub oddycha bardzo słabo, ale krążenie krwi jest utrzymane;
· nie oddycha i brak krążenia krwi.
Pierwsza pomoc składa się z dwóch zasadniczych elementów:
· Zabiegów ożywiających.
· Opatrzeniu obrażeń.
Zabiegi ożywiające dotyczą porażonych, u których uległy zaburzeniu funkcje układów decydujących bezpośrednio o życiu, tj. układu oddechowego, krążenia krwi i odśrodkowego układu nerwowego. Na zabiegi te składają się:
· Przywracanie i podtrzymywanie drożności oddechowej;
· Sztuczne oddychanie;
· Sztuczne krążenie z równoczesnym oddychaniem.
Opatrzenie obrażeń polega na zabezpieczeniu oparzeń skóry, złamań, zwichnięć, zranień i krwotoków, stłuczeń itd. do chwili podjęcia właściwego leczenia przez lekarza.
Oddziaływanie prądu elektrycznego na organizm ludzki
Prąd przemienny o częstotliwości 50 Hz i napięciu 400/230 V jest najbardziej rozpowszechnionym środkiem przenoszenia energii elektrycznej. Z tego powodu większość porażeń i oparzeń ludzi prądem elektrycznym, nazywanych wypadkami elektrycznymi, występuje przy styczności człowieka z urządzeniami elektroenergetycznymi prądu przemiennego, przy czym najczęstsze są rażenia na drodze ręka - nogi lub ręka - ręka. Ponadto prąd przemienny o częstotliwości od 15 do 100 Hz powoduje najgroźniejsze dla życia reakcje organizmu, stąd skutki rażenia nim rozpatruje się szczególnie wnikliwie.
Działanie prądu elektrycznego na organizm ludzki może być pośrednie lub bezpośrednie.
Działanie pośrednie, powstające bez przepływu prądu przez ciało człowieka, powoduje takie urazy, jak:
~ oparzenia ciała wskutek pożarów wywołanych zwarciem elektrycznym lub spowodowane dotknięciem do nagrzanych elementów
~ groźne dla życia oparzenia ciała łukiem elektrycznym, a także metalizacja skóry spowodowana osadzaniem się roztopionych cząstek metalu
~ uszkodzenia wzroku wskutek dużej jaskrawości łuku elektrycznego
~ uszkodzenia mechaniczne ciała w wyniku upadku z wysokości lub upuszczenia trzymanego przedmiotu.
Działanie bezpośrednie - porażenie elektryczne wskutek przepływu prądu elektrycznego przez ciało ludzkie (tzw. prądu rażeniowego) może wywołać wiele zmian fizycznych, chemicznych i biologicznych w organizmie (a nawet śmierć człowieka) poprzez oddziaływanie na układ nerwowy oraz w wyniku elektrolizy krwi i płynów fizjologicznych.
Porażenie elektryczne może objawiać się:
~ odczuwaniem bólu przy przepływie prądu, kurczami mięśni (skurcz mięśni dłoni może uniemożliwić samouwolnienie się porażonego)
~ zatrzymaniem oddechu, zaburzeniami krążenia krwi
~ zaburzeniami wzroku, słuchu i zmysłu równowagi
~ utratą przytomności
~ migotaniem komór sercowych (fibrylacja) - bardzo groźnym dla życia człowieka, gdyż zazwyczaj prowadzi ono do zejścia śmiertelnego
~ oparzeniami skóry i wewnętrznych części ciała, do zwęglenia włącznie.
Bezpośrednio po rażeniu prądem, tzn. po przerwaniu przepływu prądu, może wystąpić wstrząs elektryczny, objawiający się przerażeniem, bladością, drżeniem ciała lub kończyn, nadmiernym wydzielaniem potu, stanem apatii lub euforii. Może również wystąpić obrzęk mózgu i utrata przytomności, połączona z zatrzymaniem krążenia krwi i brakiem oddechu. Skutki te mogą się ujawnić także po pewnym czasie - od kilku minut do kilku miesięcy.
Zjawisko porażenia ma miejsce wówczas, gdy występuje droga dla prądu rażeniowego i istnieje źródło napięcia wymuszającego przepływ takiego prądu. W praktyce dochodzi do tego, gdy człowiek styka się jednocześnie z dwoma punktami znajdującymi się pod różnymi potencjałami i zamyka się w ten sposób elektryczny obwód dla prądu rażeniowego.
Napięcie dotykowe jest to napięcie między dwoma punktami nie należącymi do obwodu elektrycznego, z którymi mogą się zetknąć jednocześnie obie ręce lub ręka i noga człowieka.
Napięcie dotykowe spodziewane jest to największa wartość napięcia dotykowego w urządzeniach lub w instalacji elektrycznej w razie uszkodzenia izolacji, gdy wartość impedancji w miejscu zwarcia jest pomijalna.
Napięcie rażeniowe dotykowe jest to spadek napięcia wzdłuż drogi przepływu prądu przez ciało człowieka (czyli spadek napięcia na rezystancji ciała, na drodze ręka-nogi lub ręka-noga albo ręka-ręka).
Napięcie krokowe jest to napięcie między dwoma punktami na powierzchni ziemi lub na powierzchni stanowiska pracy, odległymi od siebie o 1 m (jeden krok).
Napięcie rażeniowe krokowe jest to spadek napięcia wzdłuż drogi przepływu prądu przez obie nogi człowieka (czyli spadek napięcia na rezystancji ciała na drodze noga-noga).
Skutki rażenia prądem elektrycznym zależą od:
rodaju prądu, a więc czy jest to rażenie: prądem przemiennym o małej częstotliwości (15 -100Hz), prądem przemiennym o dużej częstotliwości, krótkotrwałymi, jednokierunkowymi impulsami prądowymi, prądem stałym,
wartości napięcia i natężenia prądu rażeniowego oraz czasu jego przepływu
drogi przepływu prądu przez ciało człowieka,
stanu psychofizycznego porażonego.
czasu przepływu prądu rażenia,
temperatury i wilgotności skóry,
powierzchni styku z przewodnikiem,
siły docisku przewodnika do naskórka.
Impedancja naskórka (skóry) w dużym stopniu zależy od stanu fizycznego naskórka (gruby, cienki, zdarty, suchy, wilgotny, mokry) i od powierzchni styku z zewnętrznym obwodem elektrycznym. Wartość impedancji naskórka nie jest stała i zależy od:
~ wartości napięcia dotykowego,
~ zatrzymaniem oddechu, zaburzeniami krążenia krwi
~ wartości natężenia prądu,
~ częstotliwości prądu,
~ czasu przepływu prądu rażenia,
~ temperatury i wilgotności skóry,
~ powierzchni styku z przewodnikiem,
~ siły docisku przewodnika do naskórka.
Wartość impedancji naskórka zawiera się w szerokich granicach - od kilkuset do kilkunastu tysiecy omów. Przy małych napięciach dotykowych (od 0 do 150 V) ma ona znaczny wpływ na impedancję ciała. W miarę wzrostu wartości napięcia wpływ ten jest coraz mniejszy, aż do pomijalnie małego przy napięciach większych niż 150 V.
Rezystancja wewnętrzna ciała zależy głównie od drogi przepływu i jest największa przy przepływie prądu na drodze ręka - ręka i ręka - noga (stopa), przy czym jej wartość jest równa około kilkuset omów. Najmniejsza wartość impedancji jest na drodze przepływu prądu ręka - kark.
Zależność impedancji naskórka od stopnia zawilgocenia skóry czy częstotliwości prądu też jest zmienna, a więc zmienna jest też impedancja ciała. Przy wilgotności względnej otaczającego powietrza powyżej 75% impedancja ciała nie zależy od impedancji naskórka i jest równa praktycznie tylko rezystancji wewnętrznej.
Wartości impedancji ciała człowieka w zależności od napięcia dotykowego Ud dla różnych części badanej populacji ludzi dorosłych (wg Raportu IEC 479)
Napięcie dotykowe,V Graniczne wartości impedancji człowieka dla różnych części populacji, Ω
5% populacji 50% populacji 95% populacji
25 1750 3250 6100
50 1450 2625 4375
75 1250 2200 3500
100 1200 1875 3200
125 1125 1625 2875
220 1000 1350 2125
700 750 1100 1550
1000 700 1050 1500
pow. 1000 650 750 850
Z powyższych rozważań wynika fakt, że należy do rozpatrywania zjawiska porażenia przyjąć dwie podstawowe klasy warunków środowiskowych oznaczonych jako W1 i W2:
W1 warunki normalne, w których wartość rezystancji ciała ludzkiego mierzonej w stosunku do ziemi jest nie mniejsza niż 1000 Ω; do środowisk normalnych zalicza się: lokale mieszkalne, biurowe, sale widowiskowe, szpitalne, szkolne itp.,
W2 warunki szczególne, w których wartość rezystancji ciała człowieka mierzona w stosunku do ziemi jest mniejsza niż 1000 Ω; do środowisk szczególnych zalicza się: tereny otwarte, łazienki i natryski, sauny, obory, chlewnie, pomieszczenia produkcyjne o wilgotności względnej większej niż 75 % oraz o temperaturze wyższej niż 35o C lub mniejszej niż -5o C. W takich warunkach środowiskowych pomieszczenia są zwykle wilgotne, wilgotna jest również skóra człowieka, a podłogi (podłoża) charakteryzują się małą rezystancją.
Dodatkowo wyróżnia się warunki środowiskowe specjalne (W3), np. baseny kąpielowe lub wnętrza metalowych zbiorników, dla których dopuszczalne wartości napięć rażeniowych dotykowych powinny być mniejsze niż dla klasy W2.
W raporcie IEC-479 przedstawiono w formie wykresu krzywe graniczne reakcji organizmu człowieka przy porażeniu prądem elektrycznym o częstotliwości 50 Hz na drodze lewa dłoń - stopy. Krzywe te, oznaczone literami a, b, c1, c2 i c3, są granicami stref różnych skutków przepływu prądu rażenia.
Zasadniczo większość ludzi dorosłych nie odczuwa przepływu prądu o wartości natężenia do 0,5 mA - strefa 1 i jej granica - prosta a na wykresie. Dlatego minimalną wartość prądu, która wywołuje takie odczucia, nazywa się wartością progową prądu odczuwania lub percepcji, która nie zależy od czasu przepływu prądu.
Krzywe graniczne reakcji organizmu człowieka przy porażeniu prądem elektrycznym o częstotliwości 50 Hz na drodze lewa dłoń - stopy, wg IEC 479-1
a, b, c1, c2, c3 - krzywe graniczne reakcji organizmu,
1, 2, 3, 4 - strefy różnych skutków przepływu prądu rażenia,
tr - czas rażenia, Ir - wartość natężenia prądu rażenia
W miarę wzrostu natężenia prądu występują: mrowienie w palcach i drętwienie, skurcze włókien mięśniowych i uczucie bólu. Im wyższa wartość prądu rażeniowego i dłuższy czas jego przepływu, tym liczniejsze włókna mięśni dłoni ulegają skurczowi, również tzw. skurczowi tężcowemu, który trwa tak długo, jak długo płynie prąd. Jest to strefa 2 ograniczona krzywymi a i b.
Wartość progowa natężenia prądu, przy której jest jeszcze możliwe rozwarcie palców przez samego porażonego, nazywana jest prądem samouwolnienia i wg IEC jest to wartość 10 mA.
Widoczna jest tu zależność reakcji organizmu zarówno od wartości prądu, jak i od czasu jego przepływu - przy większym natężeniu prądu płynącego w krótszym czasie te same lub podobne odczucia i reakcje, co przy mniejszym natężeniu, ale w czasie dłuższym. W tej strefie prąd rażeniowy zwykle nie powoduje żadnych skutków fizjologicznych.
W strefie 3 - pomiędzy krzywymi b i c1 - obserwuje się nasilenie bólu, wzrost ciśnienia krwi oraz skurcze tężcowe mięśni poprzecznie prążkowanych i skurcze mięśni oddechowych (mięśni płuc - powyżej 20 mA), co może wywołać niedotlenienie organizmu, trudności z oddychaniem, zwiększenie ilości dwutlenku węgla we krwi i zakwaszenie tkanek, skutkiem czego może być sinica skóry i błon śluzowych. Zwykle są to odwracalne skutki fizjologiczne - bez uszkodzeń organizmu. Istnieje jednak duże prawdopodobieństwo pojawienia się odwracalnych zakłóceń powstawania i przewodzenia impulsów w sercu, włącznie z migotaniem przedsionków serca (fibrylacją) i przejściową blokadą pracy serca bez wystąpienia migotania komór, nasilające się wraz ze wzrostem natężenia prądu i czasem jego przepływu. W skrajnych przypadkach mogą występować skurcze naczyń wieńcowych i w efekcie zawał mięśnia sercowego.
Przyjmuje się, że prąd o wartości natężenia 30 mA powoduje początek paraliżu dróg oddechowych. Krzywa c1 oznacza graniczne wartości prądów niefibrylacyjnych.
W strefie 4 - na prawo od krzywej granicznej c1 - można zaobserwować te same skutki prądu rażenia, co w strefie 3, nasilające się wraz ze wzrostem natężenia prądu i czasu jego przepływu, ale dodatkowo może wystąpić migotanie (fibrylacja) komór serca. Prawdopodobieństwo wystąpienia migotania komór serca rośnie do około 5% - krzywa c2, 50% - krzywa c3 i ponad 50% - w obszarze powyżej krzywej c3. W chwili rażenia zamiast miarowych, okresowych skurczów komór pojawiają się niemiarowe, nieokresowe skurcze, o częstotliwości 400 do 600 na min. Jednocześnie ciśnienie krwi gwałtownie maleje i jej przepływ może być zatrzymany, co spowoduje w pierwszej kolejności niedotlenienie mózgu, a po czasie około 10 s - utratę przytomności. Jeżeli proces będzie trwał dłużej, po dalszych 20 s nastąpi zatrzymanie oddychania i początek śmierci klinicznej.
Rażonego człowieka można jeszcze uratować, jeżeli udzieli mu się skutecznej pomocy przed upływem 3 do 5 min, tzn. przed upływem czasu, jaki bez dopływu tlenu może przeżyć kora mózgowa.
Śmierć człowieka rażonego prądem elektrycznym o wartości wywołującej migotanie komór serca lub skurcz tężcowy mięśni oddechowych następuje nie na skutek bezpośredniego uszkodzenia tych organów, ale z powodu zakłócenia naturalnych procesów życiowych. Przy prądach rażenia o wartości większej (około 1 A) śmierć może nastąpić z powodu zatrzymania akcji serca i krążenia krwi.
Działanie termiczne prądu
Przepływający przez ciało człowieka prąd rażeniowy powoduje wydzielanie się w tkankach organizmu energii cieplnej, gdyż mają one określoną rezystancję (impedancję). Ilość wydzielonej energii cieplnej zależy od wartości natężenia prądu, rezystancji tkanek oraz od czasu przepływu prądu przez ciało lub jego część.
W zależności od pojemności cieplnej tkanki (ciepła właściwego) na skutek wydzielonej energii cieplnej następuje wzrost temperatury. Gdy nie przekracza 5 K, nie występują zmiany patologiczne, jeżeli jednak temperatura wzrasta o 10 i więcej K, tkanki ulegają zniszczeniu wskutek martwicy. Nazywa się to oparzeniem elektrycznym.
Najbardziej niebezpieczne dla zdrowia i życia człowieka są tzw. rażenia skojarzone, kiedy przez ciało człowieka przepływa prąd łuku elektrycznego.
Łuk elektryczny albo wyładowanie łukowe może powodować urazy:
· uszkodzenia ciała odłamkami zniszczonych urządzeń elektrycznych lub podczas upadku, wskutek działania fali uderzeniowej
· oparzenia ciała, których rozległość i głębokość są zależne od gęstości energii cieplnej łuku oraz uszkodzenia siatkówki oka, z powodu wzrostu temperatury płynu soczewkowego, jako wynik oddziaływania termicznego
· metalizację nieosłoniętych części ciała oraz uszkodzenia rogówki oka, wywołane roztopionymi, gorącym cząstkami metali i materiałów izolacyjnych, unoszonymi gorącym strumieniem gazów, jako wynik oddziaływania termiczno-mechanicznego
· uszkodzenia rogówki oka na skutek promieniowania nadfioletowego
· ogrzanie płynu soczewkowego oka na skutek promieniowania podczerwonego
· rozległe oparzenia, a nawet spalenia kończyn i innych części ciała ludzkiego, często kończące się śmiercią na skutek rażenia skojarzonego (prąd łuku elektrycznego przepływa przez ciało ludzkie). Rażenia skojarzone zdarzają się w stacjach elektroenergetycznych wysokiego napięcia, gdy człowiek zbliży się do urządzenia elektroenergetycznego na odległość, przy której możliwe jest przebicie warstwy izolacyjnej powietrza. Wtedy następuje wyładowanie iskrowe, które inicjuje wystąpienie łuku elektrycznego pomiędzy tym urządzeniem i najbliższą od urządzenia częścią ciała ludzkiego.
Zagrożenia towarzyszące wykorzystaniu energii elektrycznej
Powszechne stosowanie urządzeń zasilanych energią elektryczną niesie ze sobą różnego rodzaju zagrożenia zarówno dla człowieka jak i jego środowiska. Są to:
porażenia oraz oparzenia prądem i łukiem elektrycznym
zagrożenia pożarowe
zagrożenia wybuchem
zagrożenia od elektryczności statycznej
zjawiska związane z wyładowaniami atmosferycznymi.
Zagrożeń tych nie można uniknąć, ale można i trzeba zmniejszać zarówno ryzyko ich występowania, jak i skutki wypadków elektrycznych.
Analizy wykazują, że przyczyną 7085% wypadków elektrycznych jest niewłaściwe postępowanie człowieka, wynikające najczęściej z lekkomyślności, nieprzestrzegania przepisów BHP, braku umiejętności bądź wiedzy o zagrożeniu.
Uwaga:
Napięcia w elektrotechnice dzieli się na:
napięcia niskie (nn) o wartości znamionowej Un do 1000 V
napięcia wysokie (WN) o wartości znamionowej Un powyżej 1000 V
dla prądu przemiennego o częstotliwości 50 Hz, oraz
napięcia niskie o wartości znamionowej Un do 1500 V
napięcia wysokie o wartości znamionowej Un powyżej 1500 V dla prądu stałego.
