Расчетная величина сопротивления тела человека: Сопротивление тела человека в зависимости от приложенного напряжения и времени действия

Электрическое сопротивление тела человека – Безопасность жизнедеятельности

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.

2.2. Путь тока.

Поражение будет более тяжелым, если на пути тока оказываются сердце, грудная клетка, головной и спинной мозг. В практике обслуживания электроустановок ток, ротеекающий через тело человека, попавшего под напряжение, идет, как правило, по пути «рука—рука» или «рука—ноги». Однако он может протекать и по другим путям, например, «голова—ноги», «спина—руки», «нога—нога» и др. Степень поражения в этих случаях зависит от того, какие органы человека попадут под воздействие тока, а также от силы тока, проходящего непосредственно через сердце. Так, сила неотпускающего тока по пути «рука-рука» приблизительно в 2 раза меньше, чем по пути «правая рука—ноги».

Значение полного сопротивления тел людей

Действие электрического тока на человека

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.

2.3. Род тока

В целом согласно ГОСТ 12.1.038-82 для пути протекания тока «рука-рука» или «рука-две ноги» установлены следующие предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов. Ниже в табл.1 и 2 приведены отдельные значения указанных величин.
Ток промышленной частоты является самым неблагоприятным. При увеличении частоты (более 50 Гц) значения ощутимого и неотпускающего тока возрастают.

С уменьшением частоты от 50 Гц до 0 значения неотпускающего тока также возрастают и при частоте, равной нулю (постоянный ток), становятся больше примерно в 3 раза. Таблица 2

Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения

Неощутимое напряжение, В для t≤10мин	Отпускающее напряжение, В t ≤ 30 с	Нефибрилляционное напряжение, В t = 1,0 с
Род тока	Переменный, 50 Гц
Предельная величина, Uпр	2,0	36,0	50,0
Род тока	Постоянный
Uпр	8,0	40,0	200,0
Род тока	Переменный, 400 Гц
Uпр	3,0	36,0	100,0

Таблица 3

Предельно допустимые уровни токов прикосновения

Неощутимый ток, мА t ≤ 10 мин	Отпускающий ток, А t ≤ 30 с	Нефибрилля ционный ток, А t = 1,0 с
Род тока	Переменный, 50 Гц
Предельная величина, Iпр	0,3	6,0	50,0
Род тока	Постоянный
Iпр	1,0	15,0	200,0
Род тока	Переменный, 400 Гц
Iпр	0,4	8,0	100,0

Значения фибрилляционного тока при частотах 50-100 Гц равны. С повышением частоты сила фибрилляционного тока возрастает и повышение частоты питающего напряжения электроустановок применяют как одну из мер электробезопасности.

3.1. Порядок выполнения работы

I. Соединить шнур питания установки с сетью и включить измерительные приборы.
2. Установить ручку « Регулятор выхода»

генератора в крайнее левое положение, при этом милливольтметр должен показывать 0,0 В.

3. Переключателем П1 подключить к схеме соответствую­щие электроды с дисками площадью St

= 12,5 см2 или
S2
= 25,0 см2.

4. Один из испытуемых кладет руки на диски электродов, подключенных к схеме переключателем П1.

5, Лимбом настройки и переключателем «Множитель» ге­нератора ЗГ установить заданную частоту тока (см. табл.. 4),

6. Медленно вращая вправо ручку генератора «Регулятор выхода», установить в цепи ток, равный 0,5 мА.
7.
Произвести считывание показаний милливольтметра и миллиамперметра, результаты измерений записать в табл. 4,

8. После считывания показаний приборов ручку «Регуля­тор выхода» возвратить в исходное положение

—
крайнее левое.
При этом милливольтметр должен показывать 0,0 В.

9. Установить следующую заданную частоту тока пли площадь дисков-электродов и продолжить измерения (см. табл., 4). Выполнить измерения для каждого члена подгруппы, выполняющей настоящую работу. После каждого измерения снимать руки с электродов. Поверхности электродов и ладоней на протяжении всего цикла измерений должны быть сухими.

2.4. Окружающая среда.

Влажность и температура воздуха, наличие заземленных металлических конструкций и полов, токопроводящей пыли оказывают дополнительное влияние на условия электробезопасности.
Степень поражения электрическим током во многом зависит от плотности и площади контакта человека с токоведущими частями. Во влажных помещениях с высокой температурой или в наружных электроустановках складываются неблагоприятные условия, при которых площадь контакта человека с токоведущими частями увеличивается. Наличие, заземленных металлических конструкций и полов создает повышенную опасность поражения вследствие того, что человек практически постоянно связан с одним полюсом (землей) электроустановки. В этом случае любое прикосновение человека к токоведущим частям сразу приводит к двухполюсному включению его в электрическую цепь. Toкoпроводящая пыль также создает условия для электрического контакта как с токоведущими частями, так и с землей.

Литература.

1. Система стандартов безопасности труда. Сб. ГОСТов. — М.: ИПК Издательство стандартов, 2002 год Дата редакции: 1.2.2002
2. Учебно – справочное пособие «УЗО — устройства защитного отключения. — М.: ЗАО «Энергосервис» , 2003. – 232 с

3. Киселев А.П. Опасность поражения токами различного вида

4. Ткаченко Ю.Л., Резчиков Е.А., Грибков О.И.. Безопасность жизнедеятельности. Часть I: Учебное пособие. — М.: МИИТ, 2005. -256 с.

6. Князевский Б.А. Охрана труда в электроустановках. М., Энергия,1977 г.

Электробезопасность

Электробезопасность

Основные правила. Лица, обслуживающие электроустановки, должны предварительно пройти обучение безопасным методам работы”на рабочем месте и сдать экзамен квалификационной комиссии.

В соответствии с «Правилами технической эксплуатации и безопасного обслуживания электроустановок промышленных предприятий» установлено пять квалификационных групп. Для каждой квалификационной группы установлен перечень работ, которые работник данной группы должен выполнять в электроустановках, и степень его ответственности при работе. Группу устанавливает квалификационная комиссия сроком на один год.

Разряд работника и присвоенная ему квалификационная группа, как правило, не совпадает. Например, электрик, имеющий самый высокий разряд, но не имеющий квалификационной группы, не может быть допущен к самостоятельной работе в электротехнических установках. Согласно Правилам машинисты башенных кранов должны иметь квалификационную группу не ниже второй, а обслуживающие кран электромонтеры — не ниже третьей.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Лица, относящиеся ко второй квалификационной группе, должны знать устройство электроустановок; отчетливо представлять опасность электрического тока; знать основные требования техники безопасности в объеме, необходимом для безопасного производства работ, выполняемых по данной должности; иметь общее представление о назначении и применении защитных средств; уметь практически оказать первую помощь.

Лица третьей квалификационной группы должны иметь элементарные познания в области электротехники, быть ознакомлены с устройством и оборудованием электроустановок; отчетливо представлять опасность при работах на электроустановках; знать общие правила техники безопасности, в частности, правила допуска к работам на электротехнических установках; твердо знать правила безопасности по тем видам работ, которые входят в их обязанности, а также правила пользования защитными средствами; иметь опыт по надзору за работающими на электроустановках; уметь оказывать первую помощь.

Опасность выполнения работ на электроустановках состоит в том, что при прикосновении к частям установки, находящимся под рабочим напряжением, человека поражает электрический ток. Это может привести к смертельному исходу или потере трудоспособности. При поражении электрическим током различают электрические травмы (наружные поражения тканей) и электрический удар ’(поражение внутренних органов человека). Особенно опасен электрический удар, который сопровождается, как правило, потерей сознания, появлением судорог, частичным или полным прекращением дыхания и работы сердца у пострадавшего. Величина тока, начиная с 0,05 А, опасна для жизни, а ток 0,1 А является смертельным. Наиболее опасен переменный ток частотой от 40 до 60 Гц.

Величина тока, опасная для жизни человека, в каждом конкретном случае определяется рядом факторов: сопротивлением тела человека, величиной приложенного напряжения, площадью соприкосновения тела с токо-ведущей частью, местом входа и выхода тока через тело человека.

Рис. 168. Прикосновение человека к токоведущим частям электроустановок:
а — однополюсное, б — двухполюсное

Сопротивление тела человека может быть в пределах от нескольких сотен до нескольких сотен тысяч Ом. Оно зависит главным образом от состояния кожного покрова: значительно уменьшают сопротивление увлажнение кожи, выделение пота, а также общая усталость. Расчетная величина сопротивления 1000 Ом.

Электроустановки согласно «Правилам устройства электроустановок» разделяются в отношении мер безопасности на электроустановки напряжением до 1000 В и напряжением выше 1000 В, Безопасным считают напряжение 12 или 36 В в зависимости от условий эксплуатации установки и производственной среды.

По степени опасности поражения людей электрическим током различают три группы установок (помещений): без повышенной опасности, с повышенной опасностью и особо опасные. Башенные краны относятся к группе особо опасных, поэтому безопасная величина напряжения на кране 12 В.

Прикосновение человека к токоведущим частям может быть однополюсным (рис. 168, а), когда прикасаются к одному проводу (одной фазе), и двухполюсным (рис. 168, б), когда прикасаются к двум проводам (фазам). Двухполюсное прикосновение более опасно, так как человек находится под полным линейным напряжением.

Защитное заземление. Для защиты персонала, обслуживающего электрооборудование башенного крана, применяют защитное заземление. Защитное заземление служит для защиты, человека от поражения током при переходе напряжения на нетоковедущие части электроустановки в результате порчи изоляции. Заземляют корпуса электродвигателей, трансформаторов, контроллеров, металлические кожухи рубильников, защитных панелей, кнопок.

Способ заземления зависит от системы сети, в которую включена электроустановка. В сети с изолированной нейтралью силового трансформатора (рис. 169, а) для заземления соединяют нетоковедущив части установки с землей. Между корпусом и землей создают металлическое соединение, имеющее малое сопротивление. В случае пробоя изоляции ток по этому соединению уходит в землю. Если человек прикоснется к корпусу, то его тело (обладающее значительно большим сопротивлением) будет присоединено параллельно с проводником, а следовательно, не будет подвержено действию опасной для организма величины тока. В сети с глухим заземлением нейтрали силового трансформатора (рис. 169, б) соединяют нетоковедущие части установки с заземленным нейтральным проводом. При неисправности изоляции и замыкании на корпус происходит короткое замыкание между поврежденной фазой и нейтральным проводом. В цепи резко увеличивается ток, и поврежденный участок автоматически отключается от сети в результате того, что сгорают плавкие вставки предохранителей, срабатывают токовые реле или отключаются автоматические выключатели.

Башенный кран заземляют, присоединяя рельс кранового пути к искусственным заземляющим устройствам (рис. 170) или к естественным заземлителям. В четырехпроводнои сети с глухим заземлением нейтрали заземление кранового пути является повторным заземлением нейтрального провода. Корпуса электроаппаратов, установленных изолированно от металлоконструкции крана (например, на деревянных частях кабины), должны быть соединены с заземляющим проводом (или с нейтральным проводом) проводниками.

Искусственное заземляющее устройство (рис. 170, а, б) состоит из заземлителей, находящихся в непосредственном соединении с землей, и заземляющих проводников, с помощью которых заземлители соединяют с рельсами кранового пути. В качестве заземлителей обычно используют стальные трубы длиной 2,5—3 м, диаметром 35 мм и более со стенками толщиной не менее 4 мм или равнобокий уголок размером не менее 63 X 63 X 4 мм. Трубы или уголки забивают вертикально в землю на расстоянии 2,5—3 м друг от друга (рис.

170, в). Заземлители соединяют между собой и с рельсами кранового пути полосовой сталью толщиной не менее 4 мм и сечением не менее 48 мм2 или стальной проволокой диаметром не менее 6 мм.

Перемычки (рис. 170, г) между стыками рельсов и между двумя нитками рельсов в начале и конце кранового пути выполняют из стальной полосы или стальной проволоки тех же сечений и крепят к рельсам сваркой. Запрещается применять в качестве заземляющих проводников какие-либо материалы, кроме стали. Если есть опасность коррозии, применяют обмедненные или оцинкованные стальные заземлители, заземляющие проводники и перемычки.

Рис. 170. Заземление рельсового кранового пути:
а — расположение заземляющих устройств и перемычек, б — заземляющее устройство, в — расположение заземлителей в заземляющем устройстве, г — перемычки на стыке рельсов; 1 — заземляющее устройство, 2 — перемычка между нитками рельсов, 3 — перемычка на стыке рельсов, 4 — заземляющий проводник, 5 — заземлитель

Если в зоне кранового пути есть естественные заземлители, их соединяют с рельсами в разных местах не менее чем двумя проводниками. В качестве естественных заземлителей используют проложенные под землей водопроводы, обсадные трубы, металлические конструкции и арматуру железобетонных конструкций зданий и сооружений, имеющие соединение с землей. Запрещается использовать в качестве естественных заземлителей трубопроводы горючих или взрывчатых жидкостей и газов, трубопроводы, покрытые изоляцией для защиты от коррозии, алюминиевые и свинцовые оболочки кабелей.

При питании крана электроэнергией от четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью трансформатора крановые пути помимо заземляющего устройства соединяют также и с нейтральным проводом питающей сети. Это соединение выполняют проводниками на сварке.

Заземляющую жилу четырехжильного кабеля, которым кран подключают к внешней сети питания, одним концом присоединяют к металлоконструкции крана, а другим — к клемме нейтрального провода (или клемме земли, если сеть питания трехпроводная) на подключа-тельном пункте.

Количество необходимых заземляющих устройств определяется общим сопротивлением заземляющего устройства кранового пути, но должно быть не менее двух.

Общее сопротивление заземляющего устройства кранового пути должно быть не более 4 Ом. Для повторных заземлений нейтрального провода, а также при питании крана от трансформатора мощностью, равной или меньше чем 100 кВА, сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 10 Ом.

Сопротивление заземляющего устройства проверяют при вводе кранового пути в эксплуатацию и в дальнейшем периодически, не реже одного раза в три месяца. Результаты проверки записывают в крановой журнал.

Защитные средства. Средства, применяемые для защиты людей от поражения электрическим током, в зависимости от назначения делятся на четыре группы.

Первую группу составляют изолирующие защитные средства, предназначенные для защиты человека от частей электроустановок, находящихся под напряжением, и от земли.

Рис. 171. Изолирующие защитные средства:
а — инструменты с изолированными ручками, б — диэлектрические галоши, в — диэлектрические боты, г — резиновый коврик

Сюда входят штанги, клещи, инструменты с изолированными ручками (рис. 171, а), диэлектрические перчатки, галоши (рис. 171, б), рукавицы, диэлектрические боты (рис. 171, в), изолирующие подставки, резиновые коврики (рис. 171, г) и дорожки.

Изолирующие средства первой группы разделяют на основные и дополнительные.

К основным относятся такие, изоляция которых способна выдержать рабочее напряжение установки и допускает прикосновение их к токоведущим частям. По отношению к электроустановкам любого напряжения основными средствами являются изолирующие штанги и клещи для предохранителей, а для установок с напряжением до №00 В также диэлектрические перчатки и рукавицы и монтерский инструмент с изолированными ручками.

Дополнительные защитные средства не могут обеспечить защиту от поражения током и предназначены для усиления действия основнота защитного средства. К ним относятся изолирующие подставки, диэлектрические боты, коврики, дорожки, перчатки и рукавицы, применяемые при работе на установках с напряжением выше 1000 В. Для работы на установках с напряжением до 1000 В дополнительными средствами служат диэлектрические галоши и все перечисленные выше средства, кроме диэлектрических перчаток и рукавиц, которые в данных установках являются основными.

Изолирующие средства периодически испытывают повышенным напряжением. Результаты испытаний заносят в журнал, а на ботах, галошах, ковриках, перчатках и других защитных средствах ставят штамп с датой испытания и величиной рабочего напряжения, при котором они могут быть использованы. Защитные средства перед применением очищают, проверяют, нет ли на них повреждений, а по клейму на них убеждаются в соответствии рабочему напряжению и в том, что не истек срок периодического испытания. Защитные средства, срок действия которых истек, а также поврежденные средства или новые, но не прошедшие испытания, применять не разрешается. Их нельзя хранить вместе с остальными средствами.

В торую группу составляют переносные указатели тока и напряжения. К ним относятся токоизмерительные клещи (рис. 172, а), контрольные лампы и токоискатели с неоновой лампой (рис. 172, б).

Контрольную лампу разрешают применять в установках с напряжением не выше 220 В, токоискатели с неоновой лампой — с напряжением до 500 В. Указатели напряжения проверяют наружным осмотром перед каждым применением.

В третью группу входят предупредительные плакаты, переносные ограждения и временные защитные заземления.

Четвертую группу составляют защитные средства от действия вольтовой дуги, продуктов горения и механических повреждений. К ним относятся защитные очки, брезентовые рукавицы, противогазы, шланговые и кислородные респираторы.

Правила обслуживания электроустановок. Основные указания по устройству и эксплуатации электрооборудования башенных кранов изложены в «Правилах устройства электроустановок» и «Правилак технической эксплуатации и безопасного обслуживания электроустановок промышленных предприятий».
Электрические аппараты башенного крана, находящиеся в местах, доступных для случайного прикосновения к их токоведущим частям, должны иметь защитные кожухи. Снимать эти кожухи для осмотра электрооборудования, а также ремонтировать электродвигатели, электроаппараты и сменять плавкие вставки разрешается только при отключении крана от сети. При этом на отключающих аппаратах вывешивают предупредительные плакаты «Не включать, работают люди».

Все работы, связанные с проверкой напряжения, тока и регулированием электроаппаратов, следует проводить в диэлектрических перчатках, стоя на изолирующем основании (изолирующей подставке, коврике), или в диэлектрических галошах.

Не разрешается работать с засученными рукавами и без головного убора, так как можно случайно прикоснуться открытой частью рук или головы к токоведущим частям разных фаз. Находящиеся вблизи места работ металлические заземленные предметы должны быть ограждены или закрыты изолирующим материалом.

Оказание первой помощи. Человека, пораженного электрическим током, необходимо быстро освободить от действия тока. Для этого следует отключить ту часть установки, которой касается пострадавший. Если установку отключить невозможно, пострадавшего отделяют от токоведущих частей, используя сухую одежду и любой другой непроводящий материал. При однофазном включении человека можно освободить, если отделить от земли (например, с помощью сухой Доски, веревки и т. д.). При необходимости можно перерубить провода, соблюдая особую осторожность (не касаться проводов, рубить каждый провод отдельно, надев диэлектрические перчатки и галоши). При напряжении сети .выше 1000 В для отделения пострадавшего от земли или от токоведущих частей следует надеть боты, перчатки и действовать штангой или клещами на соответствующее напряжение. Если пострадавший находится на высоте, следует предупредить или обезопасить его падение.

Меры первой помощи зависят от состояния пострадавшего после освобождения его от тока. Если пострадавший .в сознании, но до того был в обмороке или продолжительное время находился под током, ему необходимо обеспечить полный покой до прибытия врача и дальнейшее наблюдение в течение 2—3 ч. При тяжелом состоянии нужно вызвать скорую помощь. Если пострадавший потерял сознание, его надо уложить, распустить одежду, создать приток свежего воздуха, срочно вызвать врача. Если пострадавший дышит слабо, нужно делать искусственное дыхание до прибытия врача.

Эксперименты по сопротивлению человеческого тела постоянному току I

Примечание редактора — Документ, на котором основана эта статья, был первоначально представлен на симпозиуме IEEE Product Safety Engineering Society 2018, где он был признан лучшим симпозиумным докладом. Он перепечатан здесь с разрешения из материалов Международного симпозиума IEEE Product Safety Engineering Society 2018 по проектированию соответствия продукции. Авторское право IEEE, 2018.

---

Физиологические эффекты поражения электрическим током в основном вызываются током [1], поэтому ограничения тока часто указываются 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 предела напряжения на основе безопасных пределов тока. Кроме того, импеданс человеческого тела можно использовать для построения моделей электрических цепей, представляющих пути проводимости через тело человека, для оценки токов прикосновения. Например, как указано в UL 101 [2], импеданс человеческого тела моделируется сопротивлением 1500 Ом, подключенным параллельно с конденсатором 0,22 мкФ, включенным последовательно с другим резистором 500 Ом. Такая измерительная схема используется для оценки тока прикосновения ударных воздействий на уровне восприятия для синусоидального переменного тока частотой 60 Гц.

Применения постоянного тока, особенно при опасном напряжении, становятся все более распространенными из-за более широкого использования возобновляемых источников энергии (таких как фотогальваника), систем накопления энергии и т. д. Поэтому полезно изучить сопротивление человеческого тела при постоянном токе, чтобы лучше понять его влияние на физиологические эффекты поражения электрическим током для приложений постоянного тока. В стандарте IEC 60479-1 [3] указано сопротивление человеческого тела для сопротивления человеческого тела постоянному току в диапазоне 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 тела человека переменному току. Это делает предположение, что импеданс тела масштабируется одинаково с постоянным током, как и с переменным током, что может быть, а может и не быть. Кроме того, сопротивление тела постоянному току, приведенное в [3], относится только к сухим условиям. Насколько известно авторам, в настоящее время отсутствуют данные о стойкости организма человека к постоянному току во влажных условиях, основанные непосредственно на экспериментальных наблюдениях. Предполагается, что для влажных условий значения сопротивления тела постоянному току, указанные в стандарте IEC [3], идентичны сопротивлению тела переменному току во влажных условиях при каждом напряжении. Опять же, это делает предположения, которые не имеют твердого подтверждения экспериментальными данными.

По мере того, как постоянное напряжение при опасном напряжении и потенциальное воздействие таких опасностей на человека становится все более распространенным явлением, крайне важно иметь исчерпывающие данные об импедансе человеческого тела при постоянном токе. Такой набор данных потребует измерения многих людей, чтобы иметь какую-либо статистическую значимость (например, 50 или более). Конечной целью авторов является разработка типичных значений импеданса тела при постоянном токе на основе экспериментальных данных, аналогичных тем, которые в настоящее время доступны для переменного тока.

Однако пока неясно, какой уровень влияния будут иметь различные параметры измерения, а также на сегодняшний день неясно, насколько воспроизводимым будет какое-либо данное измерение для конкретного человека. Авторы пришли к выводу, что поэтому было преждевременно продвигать крупномасштабную экспериментальную программу с участием значительного числа людей-добровольцев, прежде чем будет установлено лучшее понимание согласованности измерений для любого конкретного человека. 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, никакая предыдущая работа не оценивала это. Кроме того, не было обнаружено никаких опубликованных данных о влиянии контактного материала на измерение импеданса человеческого тела, которое, как предполагается, оказывает влияние на измеренное импеданс тела и может лучше объяснить взаимосвязь между измеренным импедансом тела и приложенным напряжением. (В [3] сообщалось, что сопротивление тела уменьшается линейно по мере увеличения приложенного напряжения.) Рассмотрев эти неизвестные эффекты измерения сопротивления тела постоянному току, авторы сделали первый шаг к более глубокому пониманию этих факторов; результаты которого сообщаются здесь. Поэтому крупномасштабная программа испытаний была отложена и стала вторым этапом нашей работы.

Первоначальная работа, о которой сообщается здесь, изучала влияние трех тестовых переменных (материал контакта, влажные или сухие условия и время суток) на трех испытуемых. Медные и алюминиевые контактные материалы использовались для лучшего понимания потенциального влияния на измеряемый 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 измеряемый импеданс тела, а также для определения относительной повторяемости измерений в каждом состоянии. В целях безопасности эта работа ограничила область исследования напряжениями 60 В и ниже.0009

Рисунок 1: Схема измерения воспринимаемого тока прикосновения

Обзор порогового значения напряжения постоянного тока

Существует четыре различных физиологических эффекта поражения электрическим током как при постоянном, так и при переменном токе: восприятие, невозможность отпустить, фибрилляция желудочков и ожог. Согласно экспериментам, проведенным Далзилом в 1940-х годах [1], порог поражения электрическим током при постоянном токе выше, чем при переменном токе. Другими словами, человеческое тело менее уязвимо для поражения электрическим током при постоянном токе по сравнению с сигналами переменного тока с частотой 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], предназначенный для защиты от невозможности ударных воздействий отпускания. Этот предел был выбран с намерением 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. Для сбора более широкого диапазона экспериментальных данных предел напряжения был установлен на уровне 60 В вместо 30 В как для сухих, так и для влажных условий в этой работе, хотя 60 В — это предел невозможности отпускания только в сухих условиях. . Однако отмечается, что эти ограничения были установлены с учетом детей, и в этой работе испытуемыми были только взрослые (и, следовательно, они могут выдерживать более высокие напряжения). В целях безопасности и комфорта испытуемых каждый испытуемый мог разорвать цепь в любое время во время теста, подняв 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, включенного последовательно с источником тока для испытуемого.

Рисунок 2. Фотография экспериментальной установки с объектом

.

Оборудование и экспериментальная установка

Прецизионная модель BK 9183B использовалась для подачи постоянного тока для испытаний. Во время теста выходное напряжение источника питания контролировалось портативным компьютером. Модель Dewetron DEWE-50-USB2-8 использовалась для сбора данных, включая выходное напряжение и ток от источника питания постоянного тока. Соединения тока и напряжения с металлическими пластинами были физически разделены, чтобы свести к минимуму влияние контактного сопротивления. Сопротивление тела рассчитывали по показаниям напряжения и силы тока по закону Ома.

На рис. 2 показана экспериментальная установка, показанная с субъектом в положении во время тестирования. Испытуемый стоял на металлической пластине, на которой чередовались медь и алюминий. Испытуемых просили встать на плиту босиком. Каждый испытуемый клал правую руку на металлическую пластину из того же материала, что и пластина у ног. Перед каждым сеансом тестирования руки протирали спиртовой салфеткой, чтобы удалить поверхностные масла и грязь, а также высушить руки. Не было предпринято никаких усилий, чтобы очистить или высушить ноги. Размер металлической пластины для ручного контакта составлял 100 мм на 100 мм. Этот размер определяется стандартом IEC 60479 как «большая площадь контакта».-1 [2]. В соответствии с этим стандартом ожидается, что большая площадь контакта приведет к наименьшему сопротивлению телу, что считается «наихудшим случаем» по сравнению с аналогичными «средними» и «малыми» площадями контакта. В этой работе предполагается большая площадь контакта или «наихудший случай», поскольку условия наихудшего случая представляют наибольший интерес для приложений, связанных с безопасностью.

Известно, что на сопротивляемость организма человека влияет уровень влажности поверхности кожи [3]. В этой работе поверхность рук тестировалась в двух условиях: сухая и имитирующая мокрая вода от пота. Концентрация натрия в поте находится в пределах от 6 до 85 мэкв. на л [5], что эквивалентно 13,8 мг/дл до 195,5 мг/дл. Для этой работы выбрана концентрация натрия на верхнем конце этого диапазона, так как это приведет к наименьшему сопротивлению и, следовательно, к «наихудшей» опасности для электробезопасности. Тест проводился при солености 80 мэкв на л воды, что приблизительно соответствует 95-му процентилю максимальной концентрации натрия 85 мэкв. Это соответствует 1,85 г NaCl на литр воды. Человеческий пот также содержит калий и другие соли, но эти концентрации значительно ниже по сравнению с концентрацией натрия [5]; поэтому эффекты, связанные с калием, в этом исследовании игнорировались.

Как показано на рисунке 2, на тыльную сторону кисти накладывали два мешка, каждый из которых содержал по 0,5 кг металлической дроби. Испытуемых проинструктировали расслабить руку с тем намерением, чтобы давление оказывалось только за счет веса мешков. Это была попытка контролировать переменное давление на металлические пластины, которое могло повлиять на контактное сопротивление тела.

Результаты

Напряжение питания подавалось линейно от 0 В до 60 В с линейным изменением со скоростью 1 В/с. Ток был ограничен до 20 мА, и когда либо ток, либо напряжение достигали предела, источник питания переключался на источник постоянного тока при 20 мА. Каждый тест продолжают до тех пор, пока не будет достигнуто 60 В или испытуемый не уберет руку с планшета из-за дискомфорта. На рисунке 3 показан пример измеренного напряжения и тока в сухих условиях для одного субъекта. В этом случае приложенное постоянное напряжение достигло 60 В, а затем снова снизилось до 0 В, при этом наблюдалось, что ток составляет около 12 мА при приложенном напряжении 60 В. На рисунке 3 показано, как 9Ось 0004 x – это временной шаг, который представляет собой выборку измерений, сделанных в течение 60-секундного теста.

Рисунок 3: Пример измеренного выходного сигнала и тока в сухих условиях для одного субъекта

 

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

Таблица 1: Условия испытаний

Были измерены четыре комбинации условий испытаний: В таблице 1 показаны условия, которые использовались для каждого испытания. Для каждого условия теста и добровольца тест повторяли 20 раз в течение нескольких недель. На рисунке 4 показаны результаты измерения 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 собой третий квартиль (Q3). Таким образом, эта внешняя часть графика представляет межквартильный диапазон (IQR) или средние 50 % наблюдений. Внутренняя коробка представляет 95% доверительный интервал. Вертикальные линии представляют собой верхние и нижние усы, которые расширяются наружу, чтобы указать самые низкие и самые высокие значения в наборе данных (исключая выбросы). 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 вариабельность сопротивления тела во влажных условиях (испытания 3 и 4) была значительно меньше, чем в сухих условиях (испытания 1 и 2). Кроме того, сопротивление во влажном состоянии было ниже, чем в соответствующем сухом состоянии, что означает, что влажное состояние является худшим случаем (т. е. более опасным) с точки зрения безопасности. Поскольку при анализе безопасности, как правило, предпочтение отдается консерватизму, а также тому факту, что данные во влажных условиях показали меньшую изменчивость, результаты предполагают, что в будущем испытания импеданса тела будут проводиться только во влажных условиях.

На рисунке 5 показана диаграмма измеренного тока для обоих тестов 3 (алюминий) и 4 (медь, оба проводились с влажной кожей) при 5 В. Было замечено, что металлический электрод влияет на измеренный ток. Для всех испытуемых медь продемонстрировала более высокий измеренный ток при 5 В и 10 В, причем этот эффект уменьшался по мере увеличения напряжения. Отмечается, что это вряд ли связано с более высокой электропроводностью меди по сравнению с алюминием, поскольку четырехзондовая конфигурация, используемая для измерения сопротивления, включает в измерение только контакт металл-кожа и не включает объемное сопротивление металла. контакт. Кроме того, любой вклад общего сопротивления будет наблюдаться при всех напряжениях и не будет уменьшаться при увеличении напряжения.

Рисунок 5: Гистограмма измеренного тока для теста 3 и теста 4 (влажное состояние) 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 для измерения сопротивления тела в зависимости от напряжения. На рис. 6 показаны значения R , рассчитанные для влияния материала электрода на измеряемый ток: выше Значение R предполагает большее влияние на выходной параметр. Было обнаружено, что значение R является высоким при низких напряжениях, а затем быстро падает при увеличении напряжения от 10 В до 20 В. Это говорит о том, что металлический электрод оказывает статистически значимое влияние на измеренный импеданс при напряжениях ниже 20 В. , что согласуется с наличием барьера Шоттки на границе металл-кожа. [6]

Рисунок 6: Значение R (в процентах), рассчитанное с помощью ANOVA во влажных условиях, с оценкой влияния материала электрода на каждого из трех добровольцев.

На рисунке 7 показано среднее значение сопротивления напряжению для теста 4 (влажное состояние, медный электрод). Было замечено, что сопротивление тела обычно уменьшалось по мере увеличения напряжения прикосновения. Также было обнаружено, что сопротивление тела имеет нелинейную зависимость от напряжения, наблюдения соответствуют стандарту IEC 60479-1. IEC 60479-1 отмечает это нелинейное поведение, а также упоминает дальнейшее увеличение по мере возникновения электрического пробоя 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 поведению тока и напряжения. Тогда разница в измеренном сопротивлении между алюминием и медью будет зависеть от работы выхода (которая для двух металлов составляет приблизительно 4,3 и 4,7 эВ соответственно) [6]. Обосновать или опровергнуть эту гипотезу помогли бы измерения с использованием дополнительных металлических поверхностей, например проведение измерений с использованием материалов с меньшей работой выхода (т. е. магний, 3,7 эВ) и с более высокой работой выхода (т. е. никель и платина, 5,2 и 5,7 эВ соответственно). ), оба потенциальных предмета будущей работы.

Рисунок 7: Среднее значение сопротивления в зависимости от напряжения для теста 4 (влажное состояние)

Коэффициент дисперсии (CV) представляет собой отношение стандартного отклонения к среднему значению, 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 показан CV для всех трех добровольцев, использующих медные электроды во влажных условиях (тест 4), при сравнении относительной дисперсии данных среди добровольцев. Было замечено, что добровольец № 3 демонстрировал гораздо большую вариацию сопротивления тела по сравнению с двумя другими добровольцами (это также можно наблюдать на рисунке 4). У добровольца № 2 измеренное сопротивление тела было менее постоянным при более низких напряжениях, но при повышении напряжения выше 20 В CV сопротивления тела падает примерно до 10%, что согласуется с данными добровольца № 1.

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

Для дальнейшего изучения большей вариации, наблюдаемой в результатах добровольца № 3, данные были разделены по времени суток (утро и день). Утром считаются измерения, проведенные в течение обычного рабочего дня до 12:00 по местному времени, а днем ​​— измерения, завершенные после 12:00. На протяжении всей этой работы, как правило, каждый день проводились два измерения на каждом испытуемом: одно утром и одно днем. Эталон времени определялся как время, когда результаты теста были завершены и сохранены в компьютере. Рисунок 9показывает коэффициент дисперсии для утреннего (а) и дневного (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 добровольца № 3 между утром и днем, тенденция, которая была постоянной для этого субъекта при всех приложенных напряжениях, использованных в этом исследовании. Для двух других добровольцев разница между утренним и дневным периодом оказалась менее значимой, особенно для добровольца № 1. Отмечено, что для тестов, проведенных утром, разброс данных для добровольца № 3 был фактически ниже, чем для добровольца № 3. для добровольца № 2 при напряжении менее 25 В. И утром, и днем ​​CV уменьшается по мере увеличения напряжения. Точная природа статистически значимых различий 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-то метаболическим или другим состоянием организма, затронутым в течение полудня (например, во время обеда). Другой, хотя и менее вероятной, возможностью является какое-то бессознательное изменение поведения добровольца № 3 между утром и днем, хотя было бы трудно постоянно влиять на такое изменение в течение 20 тестовых сеансов. Независимо от причины, здесь важна не столько конкретная причина, сколько общее влияние на сопротивляемость организма. Эти наблюдения предполагают, что будущие измерения, возможно, потребуется проводить как утром, так и днем, и соответствующее время измерения будет отмечено для каждого испытуемого для будущих исследований.

Рисунок 9: Коэффициент дисперсии при использовании медных электродов во влажных условиях (тест 4), (а) утром (б) днем ​​

Заключение

Данные показали влияние материала контакта на измеренное сопротивление тела и могут быть связаны с образованием барьера Шоттки, подобно тому, что наблюдается в устройствах металл-полупроводник. Это могло бы объяснить природу неомического поведения, которое давно известно для импеданса человеческого тела, хотя для подтверждения этой гипотезы необходимы дальнейшие исследования. Результаты показывают, что необходимо сообщать состав контактных материалов, используемых для измерения импеданса тела, вместе с результатами, и что для обоих контактов следует использовать только один тип контактного материала.

Во влажных условиях результаты испытаний сопротивления кузова были более стабильными, чем в сухих условиях. Принимая это во внимание, а также тот факт, что сопротивление тела во влажных условиях ниже, чем в соответствующих сухих условиях, будущая работа будет сосредоточена на использовании только влажных условий. Это исследование также показало, что измеренное сопротивление может значительно различаться в разное время суток, а именно утром и днем, как было исследовано здесь. Также было замечено, что это изменение в зависимости от времени суток наблюдалось не у всех испытуемых и имело неизвестное происхождение. Независимо от причины, результаты показывают, что время суток является потенциальной переменной для импеданса тела, и его необходимо продолжать включать в будущие исследования, желательно получать данные в разное время суток для одного и того же добровольца. Когда этот эффект времени суток отделен от данных, наблюдается, что коэффициент дисперсии имеет тенденцию составлять около 10%, причем более высокие значения наблюдаются при более низких напряжениях.

Экспериментальная работа, описанная здесь, показывает, что сопротивление человеческого тела, измеренное для конкретного испытуемого в одних и тех же условиях, должно быть воспроизводимым во времени. Ожидается, что данные будут нормально распределены со стандартными отклонениями примерно в 10% от среднего значения для большинства испытуемых и условий, хотя для некоторых испытуемых возможна большая вариабельность (в частности, из-за изменений, связанных со временем суток, с пока неизвестным происхождения).

Эти результаты подтверждают, что данные, полученные от большей выборки добровольцев, скорее всего, будут репрезентативными для сопротивления тела каждому человеку в пределах предсказуемого уровня неопределенности, даже если на добровольце был проведен только один сеанс измерения. Тем не менее, измерения, проведенные несколько раз на дополнительных добровольцах, были бы полезны для лучшего понимания влияния тестовых переменных на отдельных людей. Это предполагает, что в будущей работе часть добровольцев попросят вернуться для повторных измерений в течение нескольких дней, в то время как большую группу можно будет попросить принять участие только в одной или двух тестовых сессиях (предпочтительно в двух, одна из которых проводится утром, а второй в тот же день). Для дальнейшего изучения природы неомического контактного поведения трем первоначальным испытуемым будет предложено повторить тестирование с использованием дополнительных контактных материалов. Также могут быть запрошены дополнительные испытуемые для проведения тестов с использованием нескольких контактных материалов. Предполагается, что для всех испытаний будут использоваться только влажные условия, поскольку измеренные течения были выше, а изменчивость данных ниже. Ожидается, что испытания будут продолжены с использованием того же пути тока тела (от правой руки к обеим ногам), хотя было бы полезно провести дополнительные исследования с другими путями тока тела.

Каталожные номера

1. 1. К.Ф. Далзил, Э. Огден и К. Эбботт, «Влияние частоты на токи отпускания», Труды Американского института инженеров-электриков,
      , том. 62 1943.
   2. UL 101, «Ток утечки для приборов», Underwriters Laboratories Inc.
   3. Технический комитет 64 МЭК, рабочая группа 4, «Воздействие тока на людей и домашний скот —
      , часть 1: общие аспекты», МЭК 60479-1.
   4. UL 1310, «Энергоблок класса II», Underwriters Laboratories LLC.
   5. И. Шварц и др., «Экскреция натрия и калия в человеческом поте», 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. хим., 2010, 20, 2499-2512.
   7. Р. Т. Тунг, (2014). «Физика и химия высоты барьера Шоттки», Applied Physics Reviews , 1 (1).

 

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

 

Пол В. Бразис-младший . является менеджером по исследованиям и почетным членом технического персонала отдела корпоративных исследований UL в UL LLC (Нортбрук, Иллинойс, США). Он имеет опыт работы в области электрических и тепловых характеристик, электронных материалов и физики устройств, получив 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 исследований в области электротехники и механики. С ним можно связаться по адресу [email protected].

 

электрический шокхай цзянсопротивление человеческого телаieee psespaul brazispsessafety

Об авторе

Изоляция | Министерство энергетики

Энергосбережение

 

Изображение

Изоляция в вашем доме обеспечивает сопротивление тепловому потоку и снижает затраты на отопление и охлаждение. Надлежащая изоляция вашего дома не только снижает затраты на отопление и охлаждение, но и повышает комфорт.

Как работает изоляция

Чтобы понять, как работает изоляция, необходимо понять тепловой поток, который включает три основных механизма: проводимость, конвекцию и излучение. Теплопроводность — это то, как тепло проходит через материалы, например, когда ложка, помещенная в горячую чашку кофе, передает тепло через ручку к вашей руке. Конвекция — это способ циркуляции тепла через жидкости и газы, поэтому более легкий и теплый воздух поднимается вверх, а более холодный и плотный воздух опускается в вашем доме. Лучистое тепло распространяется по прямой линии и нагревает все твердое тело на своем пути, которое поглощает его энергию.

Наиболее распространенные изоляционные материалы работают за счет замедления кондуктивного теплового потока и конвективного теплового потока. Радиационные барьеры и отражающие системы изоляции работают за счет уменьшения притока лучистого тепла. Чтобы быть эффективным, отражающая поверхность должна соприкасаться с воздушным пространством.

Независимо от механизма, тепло переходит от более теплых участков к более холодным до тех пор, пока не исчезнет разница температур. В вашем доме это означает, что зимой тепло от всех отапливаемых жилых помещений поступает непосредственно на соседние неотапливаемые чердаки, гаражи, подвалы и особенно на улицу. Тепловой поток может также перемещаться косвенно через внутренние потолки, стены и полы — везде, где есть разница в температуре. В сезон похолодания тепло поступает с улицы внутрь дома.

Для поддержания комфорта тепло, теряемое зимой, должно компенсироваться системой отопления, а тепло, получаемое летом, должно отводиться системой охлаждения. Надлежащая изоляция вашего дома уменьшит этот тепловой поток, обеспечивая эффективное сопротивление потоку тепла.

R-значения

Сопротивление изоляционного материала кондуктивному тепловому потоку измеряется или оценивается с точки зрения его теплового сопротивления или R-значения — чем выше R-значение, тем выше эффективность изоляции. Значение R зависит от типа изоляции, ее толщины и плотности. Значение R большинства изоляционных материалов также зависит от температуры, старения и накопления влаги. При расчете R-значения многослойной установки добавьте R-значения отдельных слоев.

Установка дополнительной теплоизоляции в вашем доме увеличивает коэффициент теплопередачи и сопротивление тепловому потоку. Как правило, увеличение толщины изоляции пропорционально увеличивает значение R. Однако по мере увеличения установленной толщины у насыпного утеплителя увеличивается осевшая плотность изделия за счет сжатия утеплителя под собственным весом. Из-за этого сжатия R-значение рыхлой изоляции не изменяется пропорционально толщине. Чтобы определить, сколько изоляции вам нужно для вашего климата, проконсультируйтесь с местным подрядчиком по изоляции.

Эффективность сопротивления изоляционного материала тепловому потоку также зависит от того, как и где установлена ​​изоляция. Например, сжатая изоляция не будет обеспечивать полное номинальное значение R. Общее значение R стены или потолка будет несколько отличаться от значения R самой изоляции, потому что тепло легче проходит через стойки, балки и другие строительные материалы в явлении, известном как тепловые мосты. Кроме того, изоляция, которая заполняет полости здания, уменьшает воздушный поток или утечку и экономит энергию.

В отличие от традиционных изоляционных материалов радиационные барьеры представляют собой материалы с высокой отражающей способностью, которые повторно излучают лучистое тепло, а не поглощают его, что снижает нагрузку на систему охлаждения. Как таковой, радиационный барьер не имеет присущего R-значения.

Несмотря на то, что можно рассчитать значение R для конкретного излучающего барьера или установки отражающей изоляции, эффективность этих систем заключается в их способности снижать приток тепла за счет отражения тепла от жилого помещения.

Необходимое количество теплоизоляции или R-коэффициент зависит от вашего климата, типа системы отопления и охлаждения и той части дома, которую вы планируете изолировать. Чтобы узнать больше, ознакомьтесь с нашей информацией о добавлении изоляции в существующий дом или изоляции нового дома. Кроме того, помните, что герметизация воздуха и контроль влажности важны для энергоэффективности, здоровья и комфорта дома.

Используйте следующую карту для определения вашей климатической зоны, а затем следующие таблицы для оценки требуемых значений R. Дополнительную информацию о климатических зонах см. в Международном кодексе энергосбережения 2021 года.

Климатические зоны Аляски:

• 7 – Восточные Алеутские острова
• 7 – Западные Алеутские острова
• 7 – Анкоридж
• 7 – Вефиль
• 7 – Бристольский залив
• 8 – Денали
• 7 – Диллингем
• 8 – Северная звезда Фэрбенкса
• 6 – Хейнс
• 6 – Джуно
• 7 – Полуостров Кенай
• 5 – Шлюз Кетчикан
• 6 – Остров Кадьяк
• 7 – Озеро и полуостров
• 7 – Матануска-Суситна
• 8 – Номер
• 8 – Северный склон
• 8 – Северо-Западная Арктика
• 5 – Принц Уэльский-Внешний Кетчикан
• 5 – Ситка
• 6 – Скагуэй-Хуна-Ангун
• 8 – Юго-Восточный Фэрбенкс
• 7 – Вальдес-Кордова
• 8 – Уэйд Хэмптон
• 6 – Врангель-Петербург
• 7 – Якутат
• 8 – Юкон-Коюкук

Зона 1 включает Гавайи, Гуам, Пуэрто-Рико и Виргинские острова.

Климатическая зона	Неизолированный чердак	3-4 дюйма существующей изоляции чердака	Неизолированный пол	Неизолированная стена с деревянным каркасом	Изолированная деревянная каркасная стена
1	Р30–Р49	Р19–Р38	Р13	R13 или R0 + R10 CI*	н/д
2	Р49–Р60	Р38–Р49	Р13	R13 или R0 + R10 CI	н/д
3	Р49–Р60	Р38–Р49	Р19	R20 или R13 + R5 CI или R0 + R15 CI	Добавить R5 CI
4 кроме морского	Р60	Р49	Р19	R20 + R5 CI или R13 + R10 CI или R0 + R15 CI	Добавить R10 CI
4 морской и 5	Р60	Р49	Р30	R20 + R5 CI или R13 + R10 CI или R0 + R15 CI	Добавить R10 CI
6	Р60	Р49	Р30	R20 + R5 CI или R13 + R10 CI или R0 + R20 CI	Добавить R10 CI
7 и 8	Р60	Р49	Р38	R20 + R5 CI или R13 + R10 CI или R0 + R20 CI	Добавить R10 CI

*Примечание. В приведенной выше таблице CI означает «сплошная изоляция», которая наносится на наружную часть стенового узла непосредственно внутри облицовки.

При снятии наружной обшивки с неизолированной стены с деревянным каркасом:

• Просверлите отверстия в обшивке и продуйте изоляцию в пустую стенную полость перед установкой новой обшивки, и
• Добавьте количество непрерывной изоляции, рекомендованное в таблице выше.

Всякий раз, когда снимается наружная обшивка с утепленной стены с деревянным каркасом:

• Добавьте количество непрерывной изоляции, рекомендованное в таблице выше.

Типы изоляции

Чтобы выбрать наилучшую изоляцию для вашего дома из множества видов изоляции, представленных на рынке, вам нужно знать, где вы хотите или должны установить изоляцию, и какое значение R вы хотите получить при установке. Другие соображения могут включать влияние на качество воздуха в помещении, стоимость жизненного цикла, переработанное содержимое, воплощенный углерод и простоту установки, особенно если вы планируете выполнить установку самостоятельно. Некоторые стратегии изоляции требуют профессиональной установки, в то время как домовладельцы могут легко справиться с другими.

Изоляционные материалы

Изоляционные материалы охватывают весь спектр от объемных волокнистых материалов, таких как стекловолокно, минеральная вата, целлюлоза и натуральные волокна, до жестких пенопластовых плит и гладкой фольги. Объемные материалы препятствуют кондуктивному тепловому потоку в полости здания. Жесткие пенопластовые плиты задерживают воздух или другой газ в своих ячейках, чтобы противостоять проводящему тепловому потоку. Фольга с высокой отражающей способностью в лучистых барьерах и отражающих системах изоляции отражает лучистое тепло от жилых помещений, что делает их особенно полезными в прохладном климате. Также доступны другие менее распространенные материалы, такие как цементные и фенольные пены и перлит.

• Узнать больше
• Ссылки
• Рекомендации

Изоляция на энергосбережении

Где утеплить дом Узнать больше

Изоляция для строительства нового дома Узнать больше

Добавление изоляции к существующему дому Узнать больше

Типы изоляции Узнать больше

Изоляционные материалы Узнать больше

Контроль влажности Узнать больше

Сияющие барьеры Узнать больше

Герметизация вашего дома Узнать больше

#AskEnergySaver: Изоляция Узнать больше

• Найдите подрядчика по теплоизоляции в вашем районе
• Часто задаваемые вопросы об изоляции
• Калькулятор экономии энергии дома – рекомендации и окупаемость энергосберегающих модернизаций
• Поиск сертифицированных высокоэффективных специалистов по изоляции
• Информация о целлюлозной изоляции
• Информация об изоляции из стекловолокна и минеральной ваты
• Информация о продукте из полиизоцианурата
• Часто задаваемые вопросы по отражающей изоляции
• Спрей-полиуретан Информация о пене

• Отражающая изоляция, барьеры для излучения и покрытия для контроля излучения (2002 г.