czynniki - Systech - usługi elektryczne

Czynniki wpływające na porażenie
W ostatnich latach nastąpił znaczny postęp w rozpoznaniu skutków rażenia człowieka prądem.
Prowadzone w tym zakresie badania na ludziach i zwierzętach były przedmiotem szczegółowych
analiz oraz raportów Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej (IEC). W kolejnych wydaniach
raportu 479 Komisji IEC opublikowane zostały uzgodnione poglądy, dotyczące reakcji organizmu
człowieka na przepływ prądu przemiennego i stałego.
Oddziaływanie prądu na organizm ludzki może być pośrednie lub bezpośrednie.
Działanie pośrednie, to działanie bez przepływu prądu przez ciało człowieka, powoduje takie urazy,
jak:
- oparzenia ciała wskutek pożarów wywołanych zwarciem elektrycznym,
- groźne dla życia oparzenia ciała łukiem elektrycznym,
- uszkodzenia wzroku wskutek dużej jaskrawości łuku elektrycznego,
- uszkodzenia mechaniczne ciała, np. w wyniku upadku z wysokości.
Działanie bezpośrednie, porażenie elektryczne wskutek przepływu prądu elektrycznego przez ciało
ludzkie (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 przepływu prądu, uczuciem bólu, lekkimi kurczami mięśni,
- silnymi kurczami mięśni dłoni uniemożliwiającymi samouwolnienie się porażonego,
- zatrzymaniem oddechu, zaburzeniami krążenia krwi,
- zaburzeniami wzroku, słuchu i zmysłu równowagi,
- utratą przytomności,
- migotaniem komór sercowych - bardzo groźnym dla życia człowieka,
- oparzeniami skóry i wewnętrznych części ciała.
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.
Skutki rażenia prądem elektrycznym zależą od:
1) Rodzaju prądu
Badania wykazały, że ludzie są mniej wrażliwi na działanie prądu stałego (w zależności od kierunku
jego przepływu) niż prądu przemiennego o takiej samej wartości, (w zależności od częstotliwości).
2) Czasu przepływu prądu
Czas przepływu prądu rażeniowego przez ciało człowieka ma istotny wpływ na skutki rażenia prądem
elektrycznym, a w szczególności na migotanie komór sercowych. Jeżeli czas przepływu nie
przekracza 0,1 - 0,5 s, to następstwa rażenia są znacznie złagodzone, chociaż w pewnych warunkach
środowiskowych mogą być bardzo groźne.
3) Drogi przepływu prądu przez ciało człowieka
Droga przepływu prądu rażenia przez ciało człowieka ma istotny wpływ na skutki porażenia prądem
elektrycznym, przy czym największe znaczenie ma to jaka część prądu przepływa przez serce i przez
układ oddechowy.
Przy przepływie prądu na drodze:
• ręka-ręka - przez serce przepływa 3,3% ogólnego prądu rażenia,
• lewa ręka-nogi - przez serce przepływa 3,7% ogólnego prądu rażenia,
• prawa ręka-nogi - przez serce przepływ 6,7% ogólnego prądu rażenia,
• noga-noga - przez serce przepływa 0,4% ogólnego prądu rażenia.
1
Prawie dwukrotnie większy prąd przepływający przez serce na drodze prawa ręka - noga tłumaczy się
tym, że oś podłużna serca leży właśnie na tej drodze.
4) natężenia prądu
Wartość progowa prądu samouwolnienia przy prądzie stałym wynosi I = 30 mA (dla kobiet 20 mA).
Przy tych wartościach prądów rażeniowych samodzielne uwolnienie się od elektrod mimo bolesnych
skurczów mięśni rąk jeszcze jest możliwe. Wartość progowa prądu samouwolnienia przy prądzie
przemiennym, wynosi 10 mA. (dla kobiet. 6 rnA);
5) Kondycji psychofizycznej człowieka
Kondycja psychofizyczna człowieka ma duży wpływ na bezpieczeństwo porażenia, np. stan
podniecenia porażonego powoduje wydzielanie się potu, a tym samym zmniejszenie rezystancji ciała i
w konsekwencji wzrost natężenia prądu rażenia. Takie stany psychiczne jak: roztargnienie,
zdenerwowanie, zamroczenie alkoholem, zmniejszają zdolność reagowania porażonego prądem
elektrycznym. Stan fizyczny ma również wpływ na odporność organizmu, np. na stan osłabienia lub
wyczerpania chorobowego.
Urazy spowodowane łukiem elektrycznym
Łuk elektryczny albo wyładowanie łukowe jest to wyładowanie elektryczne w gazie (np, w
powietrzu) o bardzo dużej wartości gęstości prądu (od 10 A/m2 do 100 kA/ m2).
Łuk elektryczny powoduje jonizację gazu i termoemisję elektronów. Wskutek tego występuje
strumień plazmy o bardzo dużej temperaturze (10000 - 20000 K). Powstaje ciśnieniowa fala
uderzeniowa, wywołana gwałtownym nagrzaniem się powietrza wzdłuż łuku, której siła uderzeniowa
może osiągać wartość kilkudziesięciu kiloniutonów. Podczas łuku elektrycznego wytwarzane jest
promieniowanie podczerwone (o długości fali 780 - 4000 nm) i nadfioletowe (200 - 380 nm).
Łuk elektryczny może wystąpić podczas zwarć w urządzeniach elektrycznych bądź wskutek
braku ostrożności lub błędów człowieka, np. podczas przerywania obwodów elektrycznych.
Łuk elektryczny powoduje urazy wskutek:
- działania fali uderzeniowej,
- oddziaływania termicznego i termiczno-mechanicznego,
- promieniowania nadfioletowego i podczerwonego,
- wystąpienia tzw. rażenia skojarzonego.
Łuk elektryczny może powodować następujące urazy:
1) uszkodzenia ciała odłamkami zniszczonych urządzeń elektrycznych lub wskutek upadku,
2) oparzenia ciała, których rozległość i głębokość są zależne od gęstości energii cieplnej łuku:
- I stopnia - przy gęstości energii 10 J/cm2,
- II stopnia - 20 J/cm2,
- III stopnia - 40 J/cm2,
3) uszkodzenia siatkówki oka, z powodu wzrostu temperatury płynu soczewkowego,
4) metalizację nieosłoniętych części ciała oraz uszkodzenia rogówki oka, wywołane roztopionymi,
gorącymi cząstkami metali i materiałów izolacyjnych, unoszonymi gorącym strumieniem
gazów,
5) uszkodzenia rogówki oka na skutek promieniowania nadfioletowego,
6) ogrzanie płynu soczewkowego oka na skutek promieniowania podczerwonego,
7) 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.
2
Strefy prądowo-czasowe reakcji patologicznych organizmu ludzkiego przy rażeniu prądem
elektrycznym.
Fibrylacja komór sercowych
Przepływ prądu elektrycznego bezpośrednio przez mięsień sercowy człowieka może
spowodować zatrzymanie obiegu krwi wskutek wystąpienia fibrylacji (migotania) komór sercowych.
Podczas fibrylacji komór sercowych ulega zmianie przebieg elektrokardiogramu i następuje spadek
ciśnienia krwi.
Rys. 1. Fibrylacja komór sercowych
Podczas fibrylacji komór sercowych zamiast miarowych okresowych skurczów komór serca
(60 — 70 na min) pojawiają się niemiarowe nieokresowe skurcze o częstotliwości 6 -10 Hz (400 - 600
na min).
Jednocześnie ciśnienie krwi gwałtownie maleje i przepływ krwi może zostać zatrzymany, co
może spowodować w pierwszej kolejności niedotlenienie mózgu, a po czasie około 10 s - utratę
przytomności. Jeżeli proces ten trwa dłużej, to po dalszych 20 s nastąpi zatrzymanie oddychania i
początek śmierci klinicznej.
Rażonego człowieka można jeszcze uratować, jeżeli udzieli mu się skutecznej pomocy przed
upływem 3-5 min, tzn. przed upływem czasu, jaki bez dopływu tlenu może przeżyć kora mózgowa.
Fibrylacja komór sercowych może ustąpić pod wpływem bardzo silnego bodźca
elektrycznego. Urządzenia służące do tego celu zwane są defibrylatorami.
Wartości prądu fibrylacyjnego zależą głównie od następujących czynników i okoliczności:
- drogi przepływu prądu przez ciało,
- masy ciała,
- czasu trwania przepływu,
- rodzaju prądu: przy prądzie stałym - od kierunku jego przepływu, a przy przemiennym od częstotliwości.
3
W poszczególnych strefach czasowo-prądowych reakcje organizmu są następujące:
Strefy czasowo-prądowe oddziaływania prądu przemiennego
Rys. 2a. Strefy skutków oddziaływania prądu przemiennego o częstotliwości 50/60 Hz na ciało
ludzkie, na drodze lewa ręka - stopy
Na rys.2a przedstawiono strefy czasowo-prądowe reakcji organizmu człowieka przy porażeniu
prądem przemiennym drogą rażenia: lewa ręka - stopy lub dowolna stopa. Reakcje organizmu są
następujące:
- strefa AC-1: nie występują żadne reakcje patologiczne. Wartość progowa prądu odczuwania,
przy której z małym prawdopodobieństwem występuje odczuwanie przepływu prądu przez większość
mężczyzn, wyrosi 0,5 mA ( a, dla kobiet wartość ta wynosi 0,3 rnA);
- strefa AC-2: w miarę wzrostu wartości prądu występuje: mrowienie w palcach, drętwienie,
skurcze włókien mięśniowych i uczucie bólu (>3 rnA). Im wyższa wartość prądu rażeniowego i
dłuższy czas jego przepływu, tym liczniejsze włókna mięśni dłoni ulegają skurczowi. Przy tężcowym
skurczu mięśni dłoni porażony nie jest już zdolny sam rozewrzeć palców. Wartość progowa prądu
samouwolnienia, przy której jest to jeszcze praktycznie możliwe, wynosi 10 mA. (dla kobiet 6 rnA);
- strefa AC-3: występuje nasilenie bólu, wzrost ciśnienia krwi oraz skurcze tężcowe mięśni
poprzecznie prążkowanych i skurcze mięśni oddechowych (mięśni płuc – powyżej 20 mA dla
mężczyzn i 15 mA dla kobiet), 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.
Pojawiają się także odwracalne zakłócenia w pracy serca (fibrylacja lub przejściowa blokada).
W skrajnych przypadkach mogą występować skurcze naczyń wieńcowych i w rezultacie zawał
mięśnia sercowego. Krzywa c1 oznacza graniczne wartości prądów niefibrylacyjnych;
- strefa AC- 4: obserwuje się te same skutki rażenia, co w strefie AC -3, nasilające się wraz ze
wzrostem natężenia prądu i czasu jego przepływu. Prawdopodobieństwo wystąpienia fibrylacji komór
sercowych wzrasta do około 5% krzywa c2, 50% - krzywa c3 i ponad 50% - w obszarze powyżej
krzywej c3.
Wartości prądów odczuwania, samouwolnienia i wywołujących migotanie komór serca zależą
od częstotliwości - najmniejsze wartości występują przy częstotliwości około 50 Hz, wzrastają dla
niższych i wyższych. Przykładowo dla częstotliwości 1000 Hz wartości tych prądów są większe: dla
reakcji odczuwania - 1,6 razy, samouwolnienia - 2,1 oraz fibrylacji -14-krotnie.
4
Strefy czasowo-prądowe oddziaływania prądu stałego
Rys. 2b. Strefy skutków oddziaływania prądu stałego (prąd wznoszący) na ciało ludzkie, na
drodze lewa ręka - stopy
Wartości prądów stałych wywołujące wyżej wymienione skutki są mniejsze niż w przypadku
prądów częstotliwości 50 Hz. Wyraźnie odczuwalne reakcje organizmu następują dopiero wtedy,
kiedy obwód przepływu prądu stałego zostanie przerwany (otwarty) i bezpośrednio po tym, ponownie
zamknięty.
Na rys. 2b przedstawiono strefy czasowo-prądowe reakcji organizmu człowieka przy
porażeniu prądem stałym drogą rażenia: lewa ręka - stopy lub dowolna stopa. Reakcje organizmu są
następujące:
- strefa DC-1: nie występują żadne, odczuwalne przez zmysły i układ nerwowy reakcje.
Długotrwały przepływ prądu stałego, przy braku odczuwania tego przepływu, może być przyczyną
ciężkich zatruć organizmu, gdyż na skutek elektrolizy może nastąpić rozkład płynów ustrojowych.
Wartość progową prądu odczuwania równą 2 mA (dla kobiet 1,5 mA) wyznaczono dokonując
wyłączania i załączania obwodu rażeniowego
- strefa DC-2: skutki rażenia takie same, jak w poprzedniej strefie; dodatkowo występuje reakcja
odczuwania przy załączaniu i wyłączaniu obwodu rażeniowego. Wartość progowa prądu
samouwolnienia wynosi I = 30 mA (dla kobiet 20 mA). Przy tych wartościach prądów rażeniowych
samodzielne uwolnienie się od elektrod mimo bolesnych skurczów mięśni rąk jeszcze jest możliwe,
wzrasta prawdopodobieństwo wystąpienia takich skurczów mięśni rąk, które uniemożliwią
samouwolnienie się porażonego. Mogą pojawiać się odwracalne zakłócenia w pracy serca;
- strefa DC-3: wzrasta prawdopodobieństwo wystąpienia takich skurczów mięśni rąk, które
uniemożliwią samouwolnienie się porażonego. Mogą pojawiać się odwracalne zakłócenia w pracy
serca;
- strefa DC-4.1 występują podobne skutki przepływu prądu jak w strefie DC-3. Oprócz tego
wzrasta prawdopodobieństwo wystąpienia fibrylacji komór sercowych (krzywa 02 - 5% i 03 - 50%)
oraz utraty przytomności i wystąpienia oparzeń skóry. Wartości prądów stałych wywołujących
fibrylację komór sercowych są dla długotrwałych rażeń 2-4-krotnie większe od wartości prądów
fibrylacyjnych o częstotliwości 50 Hz.
Skutki termicznego oddziaływania prądu elektrycznego na skórę człowieka zależą głównie od
gęstości prądu i czasu przepływu. Przy gęstości prądu od 20 do 50 mA/mm2 po czasie trwania rażenia
rzędu kilkudziesięciu sekund tworzą się wokół elektrody pęcherze oparzeniowe. Przy większych
gęstościach prądu i dłuższym czasie jego przepływu może wystąpić zwęglenie skóry, martwica skóry,
5
mięśni, nerwów, a także naczyń krwionośnych. Przy dużych wartościach prądu elektrycznego
oparzenia mogą być tak głębokie, że tkanki skóry (a nawet kości) mogą ulec zwęgleniu.
Impedancja ciała ludzkiego
Na podstawie określonych wartości impedancji i rezystancji ciała ludzkiego oraz wartości
prądu rażeniowego, wyznaczone zostały wartości napięć dotykowych dopuszczalnych długotrwale w
różnych warunkach środowiskowych.
W warunkach środowiskowych normalnych, wartość napięcia dotykowego dopuszczalnego
długotrwale U wynosi 50 V dla prądu przemiennego i 120 V dla prądu stałego. Do środowisk o
warunkach normalnych zalicza się lokale mieszkalne i biurowe, sale widowiskowe i teatralne, klasy
szkolne (z wyjątkiem niektórych laboratoriów) itp.
W warunkach środowiskowych o zwiększonym zagrożeniu, wartość napięcia dotykowego
dopuszczalnego długotrwale UL wynosi 25 V dla prądu przemiennego i 60 V dla prądu stałego. Do
środowisk o zwiększonym zagrożeniu zalicza się łazienki i natryski, sauny, pomieszczenia dla
zwierząt domowych, bloki operacyjne szpitali, hydrofornie, przestrzenie ograniczone powierzchniami
przewodzącymi, kanały rewizyjne, kempingi, tereny budowy i rozbiórki, tereny otwarte itp.
W warunkach zwiększonego zagrożenia porażeniem prądem elektrycznym, jakie może
nastąpić przy zetknięciu się ciała ludzkiego zanurzonego w wodzie z elementami znajdującymi się pod
napięciem, wartość napięcia dotykowego dopuszczalnego długotrwale ULwynosi 12 V dla prądu
przemiennego i 30 V dla prądu stałego.
6