Dziś jest piątek, 18 październik 2019 r.
Energoelektronika.pl na stronach Facebook REKLAMA MAPA SERWISU KONTAKT
Strona główna Załóż konto Artykuły branżowe Katalog firm Seminaria FAQ Kalendarium Słownik Oferta
Wyszukaj
1USD 3.8638 -0.76% 1EUR 4.2849 -0.28% 1GBP 4.9456 -0.31%
Zaloguj się
Login (adres e-mail):
Haslo:
  Rejestracja
  Zapomniałem hasła
Reklama

Aktualności
Nowy cykl szkoleń praktycznych związanych z programowaniem sterowników marki Siemens
więcej
Siemensa buduje fabrykę dla Przemysłu 4.0 w Polsce
więcej
Przed nami 32. edycja targów ENERGETAB 2019
więcej
Przyszłość sektora motoryzacji w Polsce ? raport Banku Pekao S.A.
więcej

Zobacz archiwum

Kalendarium
23 październik 2019
LUMENexpo Targi Techniki Świetlnej  
więcej
29 październik 2019
73. edycja Seminarium dla Służb Utrzymania Ruchu  
więcej
Newsletter
Jeżeli chcesz otrzymywać aktualne informacje o wydarzeniach w branży.
Podaj e-mail do subskrypcji:


Artykuły branżowe
5 grudzień 2011.

Porażenia człowieka prądem stałym i jego skutki

Badania nad oddziaływaniem elektryczności na ludzi rozpoczęto już w końcu XVIII wieku. Pokazy reakcji ciała ludzkiego na działanie prądu elektrycznego były wtedy często wykonywane dla sensacji. Źródłem prądu była maszyna elektrostatyczna. Na przełomie XX wieku pojawiły się pierwsze udokumentowane śmiertelne wypadki porażeń prądem elektrycznym w przemyśle. Początkowo uważano, że przyczyną śmierci porażonych jest uduszenie spowodowane zaprzestaniem oddychania. Wkrótce jednak stwierdzono, że przyczyną śmierci spowodowanej elektrycznością jest zakłócenie pracy serca. Wtedy też powstawało wiele różnych hipotez wzajemnie się wykluczających.
W 1934 roku H. Freiberger opublikował w Niemczech pierwszą monografię o działaniu prądu elektrycznego na ludzi, która przez wiele lat była podstawą w ochronie przeciwporażeniowej. W końcu lat sześćdziesiątych pojawiły się dążenia w ramach Międzynarodowej Komisji Elektrotechniki IEC do ujednolicenia wiedzy z zakresu bezpieczeństwa użytkowania energii elektrycznej. Powołana komisja kierowana przez G. Biegelmeiera opracowała w 1974 roku raport IEC - Publikacja nr 479 pt. "Działanie prądu elektrycznego na ludzi". Publikacja ta nie uwzględniała wszystkich wyników prowadzonych wtedy badań elektropatologicznych. Braki te usunięto w kolejnych nowelizacjach. Ostatni raport komisji IEC wydano w roku 2002 [5].
Skutki działania prądu stałego na organizm człowieka różnią się od skutków powodowanych prądem przemiennym. Wiedza o działaniu prądu stałego na człowieka była zawsze mniejsza od wiedzy o wpływie prądu przemiennego. Prąd stały oznacza prąd wolny od tętnień, w którym składowa okresowa stanowi nie więcej niż 15% składowej stałej.

Wpływ czynników zewnętrznych na rezystancję ciała człowieka

Zjawiska elektryczne w organizmie żywym powodowane prądem stałym rozpatrywać należy na podstawie rezystancji ciała. Dla rażeń prądem przemiennym uwzględniać należy impedancję ciała, która oprócz składowej rezystancyjnej zawiera reaktancję pojemnościową wynikającą z dielektrycznych właściwo ścibłon komórkowych.
Bogate w elektrolity ciało człowieka posiada wewnątrz organizmu bardzo małą rezystancję w porównaniu z rezystancją skóry, której wartość zmienia się pod wpływem czynników zewnętrznych. Szczególną właściwością tkanek żywych jest nieliniowa zmiana wartości ich rezystancji od napięcia rażeniowego. Wartości rezystancji ciała zależnie od napięcia rażeniowego zostały opracowane przez Komitet IEC [5] i przedstawione w tabeli 1. Wartości te są kwantylami prawdopodobieństwa mniejszego niż 5%, 50% oraz 95% wartości rezystancji ciała w populacji na drodze rażenia ręka - ręka. Dla drogi rażenia ręka - stopa, wartości rezystancji są o 10 - 30% niższe od wartości podanych w tabeli 1.

Tabela 1

Wartość rezystancji ciała człowieka dla rażeń prądem
stałym przepływającym od ręki do ręki
(kwantyle 5%, 50%, 95% prawdopodobieństwa wystąpienia wartości niższych)

Napięcie rażeniowe, V Rezystancja ciała człowieka Ω, przy prawdopodobieństwie wystąpienia wartości niższych od:
5 % 50 % 95 %
25 2 100 3 875 7 275
50 1 600 2 900 5 325
75 1 275 2 275 4 100
100 1 100 1 900 3 350
125 975 1 675 2 875
150 875 1 475 2 475
200 800 1 275 2 050
225 775 1 225 1 900
400 700 950 1 275
500 625 850 1 150
700 575 775 1 050
1 000 575 775 1 050
Powyżej 1 000 575 775 1 050

Wartość rezystancji ciała człowieka zależy nie tylko od napięcia rażeniowego, ale również od klimatu środowiska. Podane w tabeli 1 wartości rezystancji ciała dotyczą naskórka suchego w normalnych warunkach klimatycznych. Klimat środowiska zależy od temperatury, wilgotności i przepływu chłodzącego powietrza. Wartość klimatu mierzy się katatermometrem, a jednostką klimatu jest katastopień wilgotny [1]. Normalne warunki klimatyczne zawarte są od 11 do 17 katastopni. Podwyższona temperatura otoczenia jak też wysiłek pracy powodują wzmożoną czynność gruczołów potowych skóry. Stopień napełnienia potem gruczołów potowych wpływa na wartość rezystancji skóry. Zmianę wartości rezystancji ciała (R) zależnie od klimatu (K) i napięcia rażeniowego (U) przedstawia równanie:


Rys. 1. Zależność rezystancji ciała człowieka od napięcia rażeniowego (przebiegi zmian odpowiadają kwantylom 5%, 50%, 95% prawdopodobieństwa wystąpienia wartości niższych)

Wartości spodziewane rezystancji ciała dla drogi rażeniowej ręka - nogi, ręka - ręka, podano w tabelach 2 i 3 oraz na rysunkach 2 i 3.

Tabela 2
 
Napięcie rażeniowe U, V Klimat, oKw
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
24 2,2 3,1 4,2 5,5 6,8 8,4 10,3 12,4 14,8 17,4 20,4 23,6 27,1
42 1,9 2,6 3,5 4,5 5,6 7,0 8,6 10,3 12,3 14,5 16,9 19,6 22,5
75 1,5 2,1 2,9 3,7 4,6 5,8 7,1 8,5 10,2 12,0 14,0 16,2 18,6
125 1,3 1,8 2,5 3,1 3,9 4,8 5,9 7,1 8,5 10,0 11,8 13,6 15,6
220 1,1 1,5 2,0 2,6 3,2 4,1 4,9 5,9 7,1 8,3 9,8 11,3 13,0
250 1,0 1,4 1,9 2,4 3,1 3,9 4,7 5,7 6,7 8,0 9,3 10,8 12,4
600 0,8 1,0 1,4 1,8 2,3 2,9 3,5 4,2 5,1 5,4 6,9 8,1 9,3


Tabela 3


Napięcie rażeniowe U, V Klimat, oKw
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
24 3,8 5,2 6,9 9,1 11,3 14,1 17,2 20,6 24,6 29,0 34,0 39,3 45,1
42 3,2 4,3 5,7 7,5 9,4 11,7 14,3 17,1 20,5 24,1 28,2 32,6 37,5
75 2,6 3,5 4,7 6,1 7,8 9,6 11,8 14,3 17,1 20,0 23,3 27,0 31,0
125 2,2 3,0 4,0 5,1 6,5 8,1 9,9 11,9 14,2 16,6 19,6 22,6 26,0
220 1,8 2,5 3,3 4,2 5,4 6,7 8,2 9,9 11,8 13,9 16,3 18,8 21,6
250 1,7 2,4 3,1 4,1 5,2 6,4 7,8 9,5 11,3 13,3 14,5 15,0 20,6
600 1,3 1,7 2,3 3,0 3,8 4,8 5,9 7,1 8,5 8,9 11,6 13,4 15,4


Rys. 2. Wpływ klimatu (K) i napięcia rażeniowego (U) na wartość rezystancji ciała człowieka na drodze rażenia ręka - nogi Rys. 3. Wpływ klimatu (K) i napięcia rażeniowego (U) na wartość rezystancji ciała człowieka na drodze rażenia ręka - ręka

Natężenie prądu rażeniowego zależy również od rezystancji przejścia na styku skóry z elektrodą. Wartość rezystancji zależy od powierzchni styczności oraz siły dotyku do elektrody i jest mniejsza od 150 Ω. Długotrwałe rażenie zmienia wartość rezystancji przejścia na skutek tzw. odruchu skórno-galwanicznego, polegającego na wystąpieniu naturalnego zawilgocenia naskórka w miejscu jego styku z elektrodą.

Skutki rażenia człowieka prądem stałym

Skutki powodowane prądem stałym zależą od kierunku przepływu prądu rażeniowego w ciele człowieka. Rozróżnia się kierunek prądu wzdłużny wstępujący, płynący od stopy spolaryzowanej potencjałem dodatnim do ręki oraz kierunek prąd wzdłużny zstępujący, przepływający od ręki do stopy spolaryzowanej ujemnie.
Na podstawie badań opracowano charakterystyki prądowo- czasowe rozdzielające strefy o różnych reakcjach organizmu na działanie prądu stałego [5]. Zostały one ustalone na drodze rażenia lewa ręka - stopy dla prądu wzdłużnego wstępującego (stopy spolaryzowane dodatnio) i pokazane na rysunku 4.


Rys. 4. Strefy czasowo-prądowe dla prądu stałego: DC-1 - brak reakcji organizmu, DC-2 - nie występują efekty patofizjologiczne, DC-3 - mogą wystąpić jedynie silne reakcje mięśniowe, DC-4 - możliwość wystąpienia migotania komór sercowych

W strefie DC-1 - leżącym pomiędzy początkiem układu współrzędnych i prostą a - nie występują żadne, odczuwalne reakcje organizmu. Prosta a określa granicę prądu percepcji, której przekroczenie powoduje reakcje czuciowe. Wartość prądu percepcji jest osobniczo zmienna i dla kobiet przyjmuje się średnio 1,5 mA, a dla mężczyzn 2,5 mA. Przy bardzo wolnym zwiększaniu natężenia prądu stałego granica percepcji jest nieodczuwalna. Rażenie prądem stałym o wartości natężenia większej od prądu percepcji stwierdzono tylko podczas załączania i wyłączania napięcia. Zjawisko to występuje w odróżnieniu od prądu przemiennego, gdzie po przekroczeniu granicy percepcji osoba przez cały czas rażenia odczuwa mrowienie, mimo że natężenie prądu nie ulega zmianie.
W strefie DC-2 - pomiędzy prostą a i krzywą b - nie występują szkodliwe skutki przepływu prądu stałego. Podczas załączania i wyłączania prądu występuje przykre odczucie mrowienia, drętwienie i skurcze włókien mięśniowych. Wartość prądu samouwolnienia (krzywa b), możliwa do ustalenia również tylko w chwili załączania i wyłączania prądu stałego, wynosi 25-70 mA. Przekroczenie wartości tego prądu powoduje skurcze mięśni, których pokonanie staje się niemożliwe lub tylko prawdopodobne. Występujący próg skurczów przy rażeniu prądem stałym o wartości natężenia 25 mA (DC) odpowiada reakcji dla rażeń prądem przemiennym 50 Hz o natężeniu 10 mA (AC). Dla rażeń krótkotrwałych o czasie do 10 ms, krzywa b przyjmuje tę samą wartość 200 mA zarówno dla prądu przemiennego 50 Hz jak i prądu stałego.
W strefie DC-3 - pomiędzy krzywymi b i c - występują reakcje mięśniowe, które mogą przejściowo lub trwale szkodzić zdrowiu osoby rażonej. Skurcz mięśni może uniemożliwić otwarcie dłoni. W miarę wzrostu wartości natężenia prądu i czasu rażenia dochodzi do odwracalnych zakłóceń w przewodnictwie impulsów i czynności mięśnia sercowego. Przy długotrwałym przepływie prądu rażeniowego mogą wystąpić zmiany termiczne w organizmie. Krzywa c oddziela strefę (DC- 3), gdzie mogą wystąpić mniej szkodliwe skutki od strefy (DC-4), w której migotanie komór serca jest prawdopodobne.
W strefie DC-4 - powyżej krzywej c - oprócz nasilenia zjawisk patofizjologicznych, które wystąpiły w obszarze DC-3, dodatkowo dochodzi prawdopodobieństwo wystąpienia fibrylacji komór serca oraz możliwość powstania oparzeń. Krzywa graniczna c określa granicę tolerowanego ryzyka wystąpienia migotania komór sercowych na poziomie prawdopodobieństwa poniżej 1% populacji, które wzrasta ze wzrostem natężenia prądu i czasu rażenia. Wartości prądu stałego powodujące fibrylację komór sercowych są znacznie większe niż dla prądu przemiennego. Oznacza to mniejsze prawdopodobieństwo wystąpienia migotania komór serca podczas rażeń prądem stałym niż przemiennym. Zjawisko fibrylacji komór serca występuje dla dwukrotnie większych wartości natężenia prądu rażeniowego o kierunku wzdłużnym zstępującym (stopy spolaryzowane ujemnie) niż dla prądów wzdłużnych wstępujących (stóp spolaryzowanych dodatnio). Podczas rażenia prądem stałym o kierunku poprzecznym, płynącym od dłoni do dłoni, wystąpienie fibrylacji komór serca jest mało prawdopodobne [4].
Wartości natężenia prądu powodujące skutki patologiczne w organizmie człowieka są dla prądu stałego trzy-cztery razy wyższe niż dla prądu przemiennego.

Tabela 4

Odczucia i reakcje organizmu człowieka powodowane rażeniem prądem stałym

Reakcja organizmu i skutki Natężenie prądu wrażeniowego, mA
Próg odczuwania prądu przez kobiety 1,5
Próg odczuwania prądu przez mężczyzn 2,5
Uczucie mrowienie oraz skurcze w dłoni podczas załączania i wyłączania prądu 3 - 10
Kłujące bóle w przegubach dłoni, uczucie ciepła w ręce 10 - 25
Silne skurcze mięśni, trudności w oddychaniu, parzenie na powierzchni styku 25 - 70
Możliwość utraty przytomności, wystąpienia migotania komór sercowych oraz znamion prądowych 70 - 200

Warunki środowiskowe mają decydujący wpływ na wybór dopuszczalnych wartości napięcia, uznawanego w danych warunkach jako napięcie bezpieczne. Dla prądu stałego napięcie dotykowe uważa się za bezpieczne, jeżeli jego wartość nie przekracza 120 V, a w warunkach zwiększonego zagrożenia czynnikami środowiskowymi napięcie jest obniżone do 60 V [6, 7]. Warunki zwiększonego zagrożenia czynnikami środowiskowymi, wg rozporządzenia [6], są wtedy, gdy rezystancja ciała ludzkiego w stosunku do ziemi jest mniejsza od 1000 Ω

Termiczne skutki długotrwałego rażenia prądem

Prąd elektryczny płynący długotrwale przez ciało człowieka powoduje wydzielanie energii cieplnej, która zgodnie z prawem Joule`a jest proporcjonalna do kwadratu natężenia prądu rażeniowego oraz czasu jego przepływu i rezystancji tkanek. Zmiany patologiczne spowodowane wydzielonym ciepłem występują w wyniku parowania płynów wewnątrzkomórkowych. Jeżeli temperatura przekracza 43 oC, to ulega ścięciu białko zawarte w komórkach organizmu człowieka. Dochodzi wtedy do "inaktywacji" enzymów i zahamowania niektórych procesów metabolicznych oraz do denaturacji białek. Denaturacja jest nieodwracalnym procesem zmiany struktury cząsteczki białka i jego właściwości biologicznych. Produkty rozpadu oparzonych tkanek są wchłaniane przez organizm i działają toksycznie. Uwolniona mioglobina z uszkodzonych mięśni doprowadza niekiedy do wystąpienia niewydolności nerek.
Przepływający przez drogi układu nerwowego prąd elektryczny powoduje zagęszczanie jonów na granicy struktur biologicznych w miejscach o różnej rezystywności. Pobudliwość układu nerwowego zależy od zgromadzonych jonów na granicy różnych środowisk. Reakcje organizmu człowieka na rażenie prądem stałym są silniejsze na anodzie, mającej większe właściwości drażniące niż na katodzie. Wiąże się to ze zjawiskiem polaryzacji i repolaryzacji włókien nerwowych.

Wnioski

Działanie prądu stałego na organizm człowieka różni się od skutków, jakie powoduje prąd przemienny. Prąd stały, długotrwałe płynący w organizmie człowieka, może powodować zmiany patologiczne u rażonego, nawet gdy nie był odczuwany. Rażenie prądem stałym może spowodować fibrylację komór sercowych przy wartościach natężenia znacznie większych niż dla prądu przemiennego. Długotrwały przepływ prądu rażeniowego powoduje koagulację tkanek organizmu, co prowadzi do martwicy.

LITERATURA
[1] Gierlotka S. : Klimat w aspekcie rażenia prądem elektrycznym. Gospodarka Paliwami i Energią 1997, nr 10
[2] Gierlotka S.: Wpływ uciążliwości ergonomicznych występujących w kopalniach węgla kamiennego na impedancję elektryczną ciała człowieka. Zeszyty Naukowe Politechniki Ślskiej, seria Górnictwo, z. 252. Gliwice 2002, praca habilitacyjna
[3] Gierlotka S.: Elektropatologia porażeń prądem elektrycznym. Wyd. Śląsk, Katowice 2005
[4] Markiewicz H.: Bezpieczeństwo w elektroenergetyce. WNT, Warszawa 1999
[5] IEC - Raport 479 - Part 1 - 2002: Efects of current on human beings and live stock. ESV - Vienna 2002
[6] Rozporządzenie Ministra Przemysłu z dnia 8 października 1990 roku w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać urządzenia elektroenergetyczne w zakresie ochrony przeciwporażeniowej
[7] PN-IEC 60364 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych

Źródło: Elektroenergetyka
O nas  ::  Regulamin  ::  Polityka prywatności (Cookies)  ::  Reklama  ::  Mapa stron  ::  FAQ  ::  Kontakt
Ciekawe linki: www.klimatyzacja.pl  |  www.strony.energoelektronika.pl  |  promienniki podczerwieni
Copyright © Energoelektronika.pl