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.
Сопротивление тела человека — от чего зависит и как может изменяться
При попадании человека под электрическое напряжение, через его тело начинает течь электрический ток, и величина этого тока зависит не только от величины приложенного напряжения, но и от сопротивления тела человека. Между тем, сопротивление тела человека — величина отнюдь не постоянная, ее значение зависит от многих факторов: от состояния человека на момент контакта (психического и физического), от параметров замкнутой цепи, от внешних условий среды, в которой человек на момент удара находится.
Тело человека состоит из различных тканей, и каждый вид тканей обладает своим сопротивлением. Так например, сухожилия, кожа, жировая ткань, хрящи и кости имеют удельное сопротивление порядка 3 — 20 кОм/м. Кровь, мышцы, лимфа, головной и спинной мозг — всего от 0,5 до 1 Ом/м. Из всех этих тканей наибольшим сопротивлением отличается кожа, поэтому именно кожа в значительной степени определяет сопротивление человеческого тела электрическому току.
Человеческая кожа имеет сложную структуру. Ее наружный слой — эпидермис — включает в себя несколько структурных частей: наружный роговой слой, который не содержит ни нервов, ни кровеносных сосудов, от того и обладает наибольшим сопротивлением, и другие слои, сопротивление которых значительно меньше рогового слоя. Дальше идет дерма — внутренний слой, сопротивление которого также сильно меньше, а значит именно сопротивление рогового слоя имеет решающее значение в полном сопротивлении кожи.
На сопротивление кожи влияет ее состояние. Если кожа сухая и чистая, не имеет повреждений, то ее сопротивление лежит в пределах от 10 до 100 кОм. Если же на коже есть порезы, царапины, микротравмы, они способны сильно снизить сопротивление тела человека до сопротивления лишь внутренних тканей. Очевидно, наличие на коже вышеназванных повреждений делает поражение электрическим током более опасным. Загрязненная и влажная кожа также имеет сопротивление более низкое.
Общее сопротивление человеческого тела, попавшего под напряжение, можно представить состоящим из трех сопротивлений, включенных последовательно: два слоя эпидермиса и одно — сопротивление дермы и внутренних тканей. Таким образом, внутренние ткани служат вместе с приложенными электродами как бы обкладками конденсатора, а эпидермис — диэлектриком.
В результате, если снаружи к телу приложены электроды, то получается цепь из активного сопротивления внутренних тканей и почти емкостного сопротивления эпидермиса. То есть можно сказать, что речь идет о диэлектрической проницаемости от 100 до 200, и об удельном сопротивлении от 10 до 100 кОм/м в цепи, состоящей из конденсатора и резистора.
Внутренние ткани имеют сопротивление активное Rв с небольшой емкостной составляющей, которая почти не зависит ни от площади электродов, ни от частоты, и находится в пределах от 500 до 700 Ом.
Но оно зависит от протяженности и поперечного сечения участков тела, и от удельного сопротивления внутренних органов. То есть в эквивалентном виде общее сопротивление Zт тела человека можно представить так:
При малом сопротивлении тела человека емкостная составляющая утрачивает значение:
Итак, электрическое сопротивление тела человека зависит от следующих пяти факторов:
От общего психологического и физиологического состояния (индивидуальные особенности);
От пола — от толщины кожи (у мужчин сопротивление выше, чем у женщин);
От возраста — от грубости кожи (у взрослых сопротивление выше, чем у детей);
От внешних условий (температура, давление, влажность, плотность);
От общего состояния кожи (раны, грязь, увлажненность и т. д.);
От внешних раздражителей (внезапные удар, укол, свет или звук), способных снизить сопротивление на 20 — 50 % за несколько минут.
Легко видеть, что электрическое сопротивление человеческого тела не постоянно и не линейно, однако для расчетов его принимают равным 1 кОм. Тем не менее, сопротивление тела человека зависит и от приложенного напряжения, поскольку в момент поражения током может оказаться, что цепь включает в себя еще и поверхность пола, грунт, обувь, одежду и т. д. Ток тогда будет определять не только сопротивление собственно тела человека, но и схема его включения в цепь.
Двухфазное прикосновение
При двухфазном прикосновении человек стоит на изолированном основании, касаясь одновременно двух фаз трехфазной сети, либо двух проводников однофазной сети переменного или постоянного тока. В этом случае ток потечет через руки и через жизненно важные органы, что весьма опасно, и еще опаснее, если замыкание происходит по пути рука — голова. При таком прикосновении человек может попасть либо под линейное межфазное напряжение, либо под полное рабочее напряжение электроустановки.
Если человек прикоснулся открытыми частями тела, то сопротивление определяется сопротивлением тела, сопротивлением кожи, если же произошло соприкосновение с полюсами через одежду, то в схему добавляется последовательно сопротивление одежды.
Можно сравнить эти два варианта. Сопротивление сухой одежды — от 10 до 15 кОм, а для влажной — от 0,5 до 1,5 кОм. Очевидно, сопротивление одежды так или иначе ограничивает ток через тело человека, хотя и падает в 10 — 30 раз в случае если одежда влажная.
При сухой одежде удар ощутится в сильном дрожании от пальцев до запястья, это 20мА при 220 вольтах. Если же одежда сырая, то при 140мА руки можно будет лишь с определенными усилиями оторвать от мест контакта. Сопротивление обуви и пола здесь не учитываются, поскольку в цепь они не включены.
Однофазное или однополюсное прикосновение
Человек стоит на земле, и только одной частью тела прикоснулся к электроустановке под напряжением, причем потенциал электроустановки отличается от потенциала земли или другой опорной поверхности. В этом случае человек попадает под напряжение относительно земли, и ток через тело будет током замыкания на землю.
Путь тока по петле голова — ноги или рука — ноги, при том через жизненно важные органы. В цепь окажутся включены сопротивления: тела, одежды, обуви, опоры. Сопротивления обуви и опоры включены между собой параллельно.
В зависимости от материала подошвы, от того влажная ли она или сухая, сопротивление обуви будет разным. Немаловажную роль играет и материал пола (опорной поверхности):
Влажная кожаная подошва обладает сопротивлением 500 Ом, сухая — 100 кОм;
Влажная резиновая подошва — 1,5 кОм, сухая резиновая подошва — 500 кОм;
Металлический пол — от 0 (сухой) до 10 Ом (влажный);
Земля сухая — 20 кОм, влажная — 800 Ом;
Бетон сухой — 2 МОм, влажный бетон — 900 Ом;
Линолеум сухой — 1,5 МОм, линолеум влажный — 50 кОм;
Камень сухой — 8,5 кОм, камень влажный — 5 кОм;
Снег или лед — от 300 Ом до 2 МОм;
Песок сухой — 8 кОм, песок влажный — 1,6 кОм;
Чернозем сухой — 160 Ом, влажный чернозем — 50 Ом.
Как видно, сопротивления опоры и обуви играют важную роль, и часто во много раз превосходят сопротивление тела человека, особенно в сухом состоянии, что может порой спасти жизнь.
При прикосновении к корпусу установки, который по какой-то причине оказался под напряжением, если заземления нет, то весь ток пойдет через тело. Если заземление присутствует, то основная часть тока пойдет через землю, а через тело — лишь малая часть, это представляет меньшую опасность для жизни.
Шаговое напряжение
Если человек стоит на земле неподалеку от заземлителя, и по грунту протекает ток, то частично этот ток может потечь через ноги по телу человека — по петле нога — нога, то есть человек попадет под шаговое напряжение. Образуется последовательная цепь, состоящая из сопротивлений опоры, обуви и тела. Сопротивления обуви и опоры играют здесь решающую роль, и способны в сухом виде принять на себя большее напряжение, чем примет голое тело.
Электрическое сопротивление тела человека
Факторы, влияющие на сопротивление тела человека.
Электрическая энергия плотно вошла в нашу жизнь, и заставляет людей приспосабливаться для выживания среди повышенного электрического напряжения, которое производят все без исключения электрические приборы. Поражение человека в электрическом поле сегодня малораспространенное явление, так как допуск к электроустановкам с мощным электрическим полем, ограничивается специалистами, имеющими специальное образование. К бытовым электрическим травмам относятся поражения электрическим током различной силы и напряжения. Такие поражения происходят по неосторожности, во время использования приборов с оголенными электрическими проводами, во время пожаров и во время природных катаклизмов.
Сопротивление тела человека
- Сопротивление тела человека не является постоянной величиной и может приниматься только условно. Электрическое сопротивление зависит от следующих факторов:
- от места приложения электрического напряжения к телу человека;
- от психического состояния, в котором находится человек (например, когда человек волнуется – он сильно потеет, соответственно влажность его кожного покрова увеличивается, что вызывает уменьшение электрического сопротивления тела);
- электрическое сопротивление человеческого тела меняется со временем, и может зависеть от болезни человека.
- Условно, электрическое сопротивление тела человека при частоте электрического поля 50Гц, принимается равное значению 1мОм.
- Безопасным принято считать электрический ток силой 1мА, а ожоги и другие повреждения тканей человека, начинаются при силе тока 100мА.
- Самое большое сопротивление электрическому току происходит на поверхности кожного покрова человека, например, сухая кожа способна создавать сопротивление равное 10000мОм, однако повышение влажности окружающей среды, значительно снижает такое сопротивление.
- Безопасным принято считать электрическое напряжение менее 12В.
Приспособления, применяемые для повышения электрического сопротивления человеческого тела.
Лучшим способом увеличить электрическое сопротивление человеческого тела, является исключение контакта поверхности тела с токопроводящими поверхностями. Добиваются ограничение контактов, с помощью средств персональной защиты, среди которых – использование диэлектрических предметов: резиновых ковриков, резиновых перчаток и ботов изоляционных. Кроме того, изоляции подвергаются все поверхности инструментов, за которые берется человек во время работы с электрическим током.
Электрическое сопротивление человека. Сопротивление тела у людей.
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:
1» 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).
2» 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.