Электрическое сопротивление человеческого тела
Все мы знаем, как может быть опасен ток. Наше тело, к сожалению, довольно неплохой проводник, и в некоторых обстоятельствах оно может стать звеном электрической цепи, вызвав опасность для здоровья. Сегодня мы поговорим о том, какова электропроводимость живой ткани, как и по каким причинам она может изменяться и что произойдёт с организмом в этих случаях.
Если случится так, что человек попадёт под воздействие напряжения, величина силы электрического тока в разных условиях будет отличаться. Причиной тому выступает сопротивление нашего тела, которое является не фиксированной величиной, а зависящей от рода ткани, точки приложения провода или кабеля под напряжением, возраста человека, его веса, пола и даже настроения. Безусловно, накладывают отпечаток и условия внешней среды: влажность воздуха, температура окружения, атмосферное давление и наличие разных видов волн в области воздействия.
Пожалуй, наиболее очевидное и значимое влияние на итог поражения оказывает вид ткани, через которую будет проходить ток.
Каждый её участок имеет различное строение и претерпевает весьма непохожие комплексы биофизических процессов, влияющих на проводимость. Согласно результатам исследований учёных, фундаментальный вклад в увеличение суммарного электрического сопротивления тела вносит опорно-двигательный аппарат. Кости, хрящи и сухожилия могут обладать сопротивлением в 3-20 кОм/м, что достаточно много в сравнении с другими системами. К примеру, жировая ткань и органы уже имеют значение около 1,5-3 кОм/м, а мозг, мышцы, кровь и лимфа – вообще на два порядка меньше, всего лишь 0,5-1,5 Ом/м. При этом в инженерных расчётах всегда в первую очередь используется проводимость кожи – наружного слоя эпидермиса. Наиболее вероятно, что прикосновение к токоведущим участкам произойдёт пальцами рук, так что в зависимости от того, сухие ладони или влажные, тёплые они или холодные, итог будет кардинально отличаться.
Структура кожи человека чрезвычайно сложна и неоднородна. Каждый основной слой содержит в себе подслои, которые определяют проводимость всего покрова.
К примеру, тот же эпидермис включает в себя роговой слой, на который нам и приходится полагаться при взаимодействии с электротоком, поскольку он не содержит ни кровеносных сосудов, ни нервов, ни других непосредственно проводящих сигналы структурных элементов, а также ряд внутренних подслоёв, у которых сопротивление в разы меньше. Сразу следом за эпидермисом идёт дерма – слой с очень малым сопротивлением, который непосредственно переходит в другие системы организма. Таким образом, определяющими в данном контексте будут именно свойства наиболее «бронированного» рогового слоя.
Состояние кожных покровов также имеет колоссальное значение. Если Вас хотя бы несколько раз в жизни при разных обстоятельствах настигал разряд статического электричества, то, скорее всего, Вы успели отметить, насколько различаются ощущения, когда удар приходится на ровный участок кожи, на ноготь или на порез. Наилучшие изоляционные свойства имеет чистая сухая кожа без повреждений – её электрическое сопротивление обычно оценивается в диапазоне 10-100 кОм.
В случае появления на ней царапин, травм, порезов до более глубоких слоёв, данная величина может быть снижена в 2-10 раз, поскольку фактическое сопротивление уже будет определяться внутренними тканями, а не роговым слоем эпидермиса. Влажная кожа, как многие понимают, наоборот, обладает повышенной проводимостью из-за тонкой плёнки жидкости, а площадь контакта в подобной ситуации возрастает. Грязные руки тоже сильно увеличивают шансы на то, что поражение будет серьёзным: они создают островную проводимость с весьма непредсказуемым профилем и фактически формируют огромное множество точек контакта тела и проводника под напряжением. Последняя ситуация условно сравнима с кедами футболистов: за счёт наличия шипов сцепление с поверхностью заметно выше, то есть контакт лучше, что в рассматриваемых обстоятельствах плохо.
В инженерных расчётах, особенно для проектирования технически верных условий труда человека, совокупное сопротивление тела представляют в виде трёх последовательно соединённых сопротивлений: слой эпидермиса, дерма с внутренними тканями и ещё один слой эпидермиса.
За счёт того, что внутренние органы имеют очень высокую проводимость, их вклад в задачу защиты оказывается минимален, то есть вся ответственность ложится именно на наружные слои. В определённом смысле это хорошо, поскольку человек вряд ли смог бы научиться направленно управлять внутренними процессами, в то время, как защитить внешние покровы ему вполне под силу.
Как уже было сказано ранее, огромное значение имеет и то, о каком участке кожи идёт речь. Чаще всего в розетку попадают пальцы рук, и на них уровень сопротивления в сравнении с общим довольно высок. При этом уже тыльная сторона ладони гораздо более уязвима, поскольку кожа там заметно тоньше. Наряду с ней самым маленьким сопротивлением обладают другие нежные участки – шея, лицо, паховая область, подмышки, середина стопы, где нет утолщения тканей от постоянного хождения. Вместе с тем, все указанные здесь сведения считаются оценочно-прогностическими, ведь в реальной ситуации будут иметь огромное значение и сопровождающие факторы.
Известно, что у мужчин сопротивление тела выше, чем у женщин, поскольку их кожа толще и грубее. По тем же причинам, а также в силу превосходства по весу, взрослые люди чуть больше защищены, чем дети. Психологическое состояние также оказывает некоторое влияние посредством воздействия на физиологические процессы: известно, что человек в хорошем настроении менее уязвим, чем в подавленном или уставшем. Вдобавок, изменить сопротивление могут и внешние раздражители: если человека ударить, испугать, ослепить ярким светом лампочки или оглушить громким резким звуком, проводимость его тела начнёт меняться в реальном времени, снижаясь на 20-50% всего за пару минут. Когда раздражитель наконец исчезнет, а нервная система сделает вывод, что жизни ничего не угрожает, сопротивление тела снова нормализуется.
Для учёных одним из самых важных и интересных аспектов при изучении подобных вопросов является то, что функция изменения собственного сопротивления тела нелинейна.
Таким образом, её возможно предсказать до определённой степени, но для того, чтобы точно оценить, придётся изучить несколько десятков факторов. Если высокая точность не требуется, в расчётах сопротивление тела человека принимают равным 1000 Ом. Но всегда остаётся актуальным, о каком напряжении идёт речь при рассмотрении возможного случая поражения электротоком. Важен не только сам вольтаж, но и условия: обувь и материал подошвы, поверхность пола и её характеристики, наличие заземления и пр. С учётом этих данных ток будет определяться не только сопротивлением организма, но и схемой его включения в электрическую цепь.
В быту речь зачастую идёт о касании к однофазной сети. Чаще всего это происходит в моменты включения вилок питания приборов в розетки или манипуляциях с распределительным щитком. Человек обычно просто стоит на полу и прикасается к токопроводящей части одной точкой-конечностью. В данной ситуации через тело будет течь ток замыкания на землю, а путь его будет самым коротким: от руки к ногам через туловище и жизненно важные органы в нём.
Сопротивлением выступит как само тело, так и одежда на человеке, его обувь, возможная опора и пр. Чаще всего доминирующее влияние оказывает связка подошва-пол. Для сравнения используем чистую математику: кожаная подошва домашних тапочек или огрубевшая оголённая кожа самого человека в сухом состоянии могут продемонстрировать сопротивление в 100 кОм, в то время, как в присутствии влаги значение для тех же поверхностей составит 500 Ом. Резиновая подошва на сухом полу обеспечит 500 кОм, а на влажном – 1,5 кОм. На металлическом полу результат будет математически противоположный, но в целом итог один: сухой металл имеет бесконечную проводимость с сопротивлением в пределах погрешности, а влажный формально обеспечит «защиту» в 10 Ом. Контактируя с проводами на сухой земле, можно рассчитывать на сопротивление в 20 кОм, а на влажной – лишь на 800 Ом. Лучше всего в быту себя показывает линолеум: будучи сухим, он имеет огромное сопротивление в 1,5 МОм, и даже во влажном состоянии обеспечивает целых 50 кОм.
В подавляющем большинстве случаев именно сопротивление опоры и обуви спасают человеческую жизнь, а не собственная низкая проводимость тела. Конечно же, играет роль и защитная автоматика, но только в том случае, если она исправна и верно укомплектована.
Прикосновение к двум фазам на практике встречается намного реже и является своеобразной прерогативой электриков и электромонтажников. В таких случаях человек разными руками или рукой и ногой касается разных проводников трёхфазной сети, стоя на каком-либо основании. Основная опасность здесь в том, что токи потекут через внутренние органы, в том числе, через сердце. Ввиду специфики ситуации, с подобным столкнуться можно только при монтаже электрических агрегатов, но вряд ли человеку, который занимается подобными работами, придёт в голову сознательно касаться двух фаз: зачастую первой точкой контакта является рабочая рука, а второй – случайный участок тела через одежду. Если она сухая, её сопротивление составит 10-15 кОм, а если влажная – всего 500-1500 Ом.
Важно обратить внимание, что при прикосновении к двум разным фазам нет никакого смысла учитывать сопротивление подошвы и пола, поскольку ток течёт по телу именно между фазными проводниками. В сухой одежде всё ещё можно отделаться неприятным дрожанием рук, от которого достаточно легко избавиться, отпустив провода, а в сырой самостоятельно оторвать конечности даже от плоской токопроводящей поверхности может быть проблематично.
В свете всего вышесказанного следует задуматься о том, насколько важно заземление. Если человек вдруг прикоснётся к кожуху агрегата на производстве или электрочайнику с пробоем на корпус в быту, и заземления не будет, весь ток потечёт через тело. Если же будут использованы розетки с заземлением, доминирующая часть тока уйдёт в землю, а через организм пройдёт лишь малая толика, представляющая минимальную угрозу для здоровья.
Отдельный вид опасности представляет собой шаговое напряжение. Оно может возникнуть, если случился обрыв высоковольтного провода и он теперь лежит прямо на земле; если фазная жила оказалась закорочена на металлический корпус уличного фонарного столба, вблизи которого идёт человек; если люди стоят на грунте рядом с местом закопанной рамки заземления.
Во всех этих ситуациях по наружной поверхности земли проходит ток, который может потечь и через ноги прохожих. В подобной ситуации образуется цепь грунт-нога-нога-грунт, а сопротивление движению тока оказывает лишь часть тела, элементы одежды и обуви. Контакт подошвы и основания играет столь же значительную роль, как и ширина шага, а потому в большинстве таких случаев итог будет зависеть от того, был грунт влажным или нет.
Печальный опыт многих электриков показывает, что в конечном итоге на сопротивлении тела сказывается целый комплекс факторов, а не один-два. К примеру, сухие руки без повреждений эпителия под воздействием тока могут резко начать потеть, что только ухудшит ситуацию. Кроме того, термическое воздействие тока на кожу провоцирует её нагрев, а животные ткани при более высокой температуре и так лучше проводят электричество. Наконец, тонкие участки кожи при длительном поражении начинают лопаться и у тока появляется доступ к более глубоким слоям, которые имеют низкое сопротивление.
Как видим, человеческий организм устроен таким образом, что продолжительность контакта с токоведущими объектами провоцирует только усугубление ситуации. Поэтому очень важно всеми силами постараться оторвать конечность от источника тока поскорее – как только было обнаружено касание. Ещё правильнее, конечно, использовать диэлектрические перчатки и спецодежду при работе, но место для случайных событий, к сожалению, всегда остаётся.
Электротехника
Электротехника
ОглавлениеПРЕДИСЛОВИЕВВЕДЕНИЕ ГЛАВА I. ЛИНЕЙНЫЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 1. ОДНОФАЗНЫЕ ЦЕПИ § 1.2. ПРИНЦИП ПОЛУЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОЙ СИНУСОИДАЛЬНОЙ ЭДС § 1.3. ДЕЙСТВУЮЩИЕ ЗНАЧЕНИЯ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ § 1.5. МЕТОД ВЕКТОРНЫХ ДИАГРАММ § 1.6. СОПРОТИВЛЕНИЯ В ЦЕПЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА § 1.7. ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С АКТИВНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ § 1.8. ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ИНДУКТИВНОСТЬЮ § 1.9. ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С АКТИВНО-ИНДУКТИВНОЙ НАГРУЗКОЙ § 1.10. ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ЕМКОСТЬЮ § 1.11. ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С АКТИВНО-ЕМКОСТНОЙ НАГРУЗКОЙ § 1.12. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ R, L И С. КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ § 1.13. РЕЗОНАНС НАПРЯЖЕНИЙ § 1.14. РЕЗОНАНС ТОКОВ § 1.15. СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ § 1.16. ПРОВОДИМОСТЬ И РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ § 1.  17. СИМВОЛИЧЕСКИЙ МЕТОД2. ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ § 1.19. ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ § 1.20. СОЕДИНЕНИЕ ЗВЕЗДОЙ § 1.21. СОЕДИНЕНИЕ ТРЕУГОЛЬНИКОМ § 1.22. МОЩНОСТЬ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ ГЛАВА II. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ § 2.3. ПОГРЕШНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ § 2.4. ОСНОВНЫЕ ДЕТАЛИ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ § 2.5. МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ § 2.6. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРИБОРЫ § 2.7. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ § 2.8. ФЕРРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ § 2.9. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ВАТТМЕТРЫ § 2.10. ОДНОФАЗНЫЙ ФАЗОМЕТР § 2.11. ОДНОФАЗНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ СЧЕТЧИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ § 2.12. ОММЕТРЫ § 2.13. ЛОГОМЕТРЫ § 2.14. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ § 2.15. ДЕТЕКТОРНЫЕ ПРИБОРЫ § 2.16. ШКОЛЬНЫЕ ДЕМОНСТРАЦИОННЫЕ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ § 2.17. ПОНЯТИЕ О ЦИФРОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРАХ § 2.18. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ § 2.19. ИЗМЕРЕНИЕ ЭНЕРГИИ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ § 2.20. СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ § 2.  21. ПОНЯТИЕ ОБ ИЗМЕРЕНИЯХ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ§ 3.2. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРА § 3.3. ХОЛОСТОЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРА § 3.4. РАБОЧИЙ РЕЖИМ ТРАНСФОРМАТОРА § 3.5. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ТРАНСФОРМАТОРА § 3.6. ТРЕХФАЗНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ § 3.7. КОНСТРУКЦИИ ТРАНСФОРМАТОРОВ § 3.8. АВТОТРАНСФОРМАТОР § 3.9. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ Глава IV. НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ. ВЫПРЯМИТЕЛИ 4.1. ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ И ЭЛЕМЕНТОВ § 4.2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ § 4.3. ТИРИСТОРЫ § 4.4. ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ВЫПРЯМЛЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА § 4.5. ПРИМЕНЕНИЕ ТИРИСТОРОВ ДЛЯ ВЫПРЯМЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА § 4.6. СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ § 4.7. ПОНЯТИЕ ОБ ИНВЕРТОРАХ § 4.8. ФЕРРОРЕЗОНАНС В НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ § 4.9. ФЕРРОРЕЗОНАНСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ § 4.10. ШКОЛЬНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ ГЛАВА V. МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА § 5.  1. КЛАССИФИКАЦИЯ МАШИН ПЕРЕМЕННОГО ТОКА§ 5.2. ПРИНЦИП РАБОТЫ И УСТРОЙСТВО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5.3. СОЗДАНИЕ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМОЙ § 5.4. СКОРОСТЬ ВРАЩЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ. ТИПЫ ОБМОТОК СТАТОРА § 5.5. СКОЛЬЖЕНИЕ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ § 1.6. МАГНИТНЫЙ ПОТОК ЭДС И ТОКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5.7. ВЕКТОРНАЯ ДИАГРАММА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5.8. АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КОНТАКТНЫМИ КОЛЬЦАМИ § 5.9. РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5.10. ПУСК В ХОД АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ § 5.11. РЕВЕРСИРОВАНИЕ И РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ § 5.12. ОДНОФАЗНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ § 5.13. ПРИМЕНЕНИЕ ТРЕХФАЗНЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ § 5.14. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА § 5.15. ЭДС СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА § 5.16. РЕАКЦИЯ ЯКОРЯ § 5.17. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА § 5.19. РАБОТА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ПАРАЛЛЕЛЬНО С СЕТЬЮ § 5.  20. ОБРАТИМОСТЬ СИНХРОННЫХ МАШИН. ПРИНЦИП РАБОТЫ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ§ 5.21. ПУСК И ОСТАНОВКА СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5.22. ВЛИЯНИЕ ТОКА ВОЗБУЖДЕНИЯ НА РАБОТУ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ. СИНХРОННЫЙ КОМПЕНСАТОР § 5.23. РЕАКТИВНЫЕ СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ § 5.24. ПРИМЕНЕНИЕ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ГЛАВА VI. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА § 6.2. ПРИНЦИП РАБОТЫ И УСТРОЙСТВО ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА. ТИПЫ ОБМОТОК ЯКОРЯ § 6.3. ЭДС И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МОМЕНТ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА § 6.4. РЕАКЦИЯ ЯКОРЯ § 6.5. КОММУТАЦИЯ § 6.6. СПОСОБЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА § 6.7. ОБРАТИМОСТЬ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА. ДВИГАТЕЛИ § 6.8. ДВИГАТЕЛЬ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО И НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ § 6.9. ДВИГАТЕЛЬ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ § 6.10. ДВИГАТЕЛЬ СМЕШАННОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ § 6.11. КОЛЛЕКТОРНЫЕ ДВИГАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ГЛАВА VII. ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИКИ § 7.2. РЕЛЕ § 7.3. ДАТЧИКИ § 7.4. АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ § 7.5. АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ § 7.  6. АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ§ 7.7. ТЕЛЕМЕХАНИКА § 7.8. КОМПЛЕКСНАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ ГЛАВА VIII. ПРОИЗВОДСТВО, ПЕРЕДАЧА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ § 8.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ § 8.2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ § 8.3. ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ § 8.4. АВТОМАТИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙ ГЛАВА IX. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ ГЛАВА X. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ § 10.1. ОПАСНОСТЬ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ ДЛЯ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА § 10.2. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА § 10.3. ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ § 10.5. ЗАЩИТНЫЕ СРЕДСТВА И КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК § 10.6. ОКАЗАНИЕ ПЕРВОЙ ПОМОЩИ ПОРАЖЕННОМУ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ § 10.7. ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ В УЧЕБНЫХ ЛАБОРАТОРИЯХ ЛИТЕРАТУРА |
Приведены основные правила работы в учебной электротехнической лаборатории.
Integrated Publishing — ваш источник военных спецификаций и образовательных публикаций
Администрация – Навыки, процедуры, обязанности и т.
д. военного персонала
Продвижение – Военный карьерный рост книги и т. д.
Аэрограф/метеорология
– Метеорология
основы, физика атмосферы, атмосферные явления и др.
Руководства по аэрографии и метеорологии военно-морского флота
Автомобилестроение/Механика –
Руководства по техническому обслуживанию автомобилей, механика дизельных и бензиновых двигателей, руководства по автомобильным деталям, руководства по деталям дизельных двигателей, руководства по деталям бензиновых двигателей и т. д.Автомобильные аксессуары | Перевозчик, персонал | Дизельные генераторы | Механика двигателя | Фильтры | Пожарные машины и оборудование | Топливные насосы и хранение | Газотурбинные генераторы | Генераторы | Обогреватели | HMMWV (Хаммер/Хаммер) | и т.д…
Авиация – Принципы полетов,
авиастроение, авиационная техника, авиационные силовые установки, справочники по авиационным частям, справочники по авиационным частям и т.
д.
Руководства по авиации ВМФ |
Авиационные аксессуары |
Общее техническое обслуживание авиации |
Руководства по эксплуатации вертолетов AH-Apache |
Руководства по эксплуатации вертолетов серии CH |
Руководства по эксплуатации вертолетов Chinook |
и т.д…
Боевой – Служебная винтовка, пистолет
меткая стрельба, боевые маневры, органическое вспомогательное вооружение и т. д.
Химико-биологические, маски и оборудование |
Одежда и индивидуальное снаряжение |
Боевая инженерная машина |
и т.д…
Строительство – Техническое администрирование,
планирование, оценка, планирование, планирование проекта, бетон, кирпичная кладка, тяжелый
строительство и др.
Руководства по строительству военно-морского флота |
Совокупность |
Асфальт |
Битумный корпус распределителя |
Мосты |
Ведро, Раскладушка |
Бульдозеры |
Компрессоры |
Обработчик контейнеров |
дробилка |
Самосвалы |
Землеройные машины |
Экскаваторы | и т.
д…
Дайвинг – Руководства по водолазным работам и спасению различного снаряжения.
Чертежник – Основы, методы, составление проекций, эскизов и т. д.
Электроника – Руководства по обслуживанию электроники для базового ремонта и основ. Руководства по компьютерным компонентам, руководства по электронным компонентам, руководства по электрическим компонентам и т. д.
Кондиционер |
Усилители |
Антенны и мачты |
Аудио |
Батареи |
Компьютерное оборудование |
Электротехника (NEETS) (самая популярная) |
техник по электронике |
Электрооборудование |
Электронное общее испытательное оборудование |
Электронные счетчики |
и т.д…
Машиностроение – Основы и методы черчения, составление проекций и эскизов, деревянное и легкокаркасное строительство и т. д.
д…Еда и кулинария – Руководства по рецептам и оборудованию для приготовления пищи.
Логистика – Логистические данные для миллионов различных деталей.
Математика – Арифметика, элементарная алгебра, предварительное исчисление, введение в вероятность и т. д.
Медицинские книги – Анатомия, физиология, пациент
уход, оборудование для оказания первой помощи, фармация, токсикология и т. д.
Медицинские руководства военно-морского флота |
Агентство регистрации токсичных веществ и заболеваний
Военные спецификации – Государственные спецификации MIL и другие сопутствующие материалы
Музыка – Мажор и минор масштабные действия, диатонические и недиатонические мелодии, паттерны такта, и т.д.
Основы ядра – Теории ядерной энергии,
химия, физика и т.
Справочники Министерства энергетики США
Фотография и журналистика
– Теория света,
оптические принципы, светочувствительные материалы, фотофильтры, копирование
редактирование, написание публикаций и т. д.
Руководства по фотографии и журналистике военно-морского флота |
Руководство по армейской фотографии, печати и журналистике
Религия – Основные религии мира, функции поддержки богослужений, свадьбы в часовне и т. д.
20.6 Опасности поражения электрическим током и человеческое тело – College Physics: OpenStax
Глава 20 Электрический ток, сопротивление и закон Ома
Резюме
- Дайте определение термической опасности, опасности поражения электрическим током и короткого замыкания.
- Объясните, какое влияние на организм человека оказывают различные уровни тока.
Есть две известные опасности электричества — термическая и ударная.
Термическая опасность — это опасность, при которой чрезмерное потребление электроэнергии вызывает нежелательные тепловые эффекты, например возгорание в стене дома. А Опасность поражения электрическим током возникает при прохождении электрического тока через человека. Шок варьируется по степени тяжести от болезненного, но в остальном безвредного, до летального исхода с остановкой сердца. В этом разделе эти опасности и различные факторы, влияющие на них, рассматриваются в количественном выражении. В главе 23.8 Электробезопасность: системы и устройства рассматриваются системы и устройства для предотвращения опасности поражения электрическим током.
Электроэнергия вызывает нежелательные эффекты нагрева, когда электрическая энергия преобразуется в тепловую со скоростью, превышающей скорость ее безопасного рассеивания. Классическим примером этого является 92 /r}[/latex], очень большой. Например, если [латекс]\boldsymbol{V}[/латекс] равно 120 В, а [латекс]\boldsymbol{r}[/латекс] равно [латекс]\boldsymbol{0,100 \;\Omega}[/латекс], тогда мощность 144 кВт, намного больше, чем у типичного бытового прибора.
2R_w = 200 \;\textbf{W}}[/латекс] рассеивается в шнуре — намного больше, чем безопасно. Точно так же, если провод с сопротивлением [латекс]\boldsymbol{0,100 – \Омега}[/латекс] рассчитан на несколько ампер, но вместо этого проводит 100 А, он сильно перегреется. В этом случае рассеиваемая в проводе мощность будет [латекс]\boldsymbol{P=1000 Вт}[/латекс]. Предохранители и автоматические выключатели используются для ограничения чрезмерных токов. (См. рис. 2 и рис. 3.) Каждое устройство автоматически размыкает цепь, когда постоянный ток превышает безопасные пределы.
Рисунок 3. Схема цепи с плавким предохранителем или автоматическим выключателем. Предохранители и автоматические выключатели действуют как автоматические выключатели, которые размыкаются, когда постоянный ток превышает желаемые пределы.Предохранители и автоматические выключатели для обычных бытовых напряжений и токов изготовить относительно просто, но для больших напряжений и токов возникают особые проблемы. Например, когда автоматический выключатель пытается прервать поток высоковольтного электричества, через его точки может проскакивать искра, которая ионизирует воздух в зазоре и позволяет току продолжать течь. Большие автоматические выключатели, используемые в системах распределения электроэнергии, используют изолирующий газ и даже используют струи газа для гашения таких искр. Здесь переменный ток безопаснее постоянного, поскольку переменный ток проходит через ноль 120 раз в секунду, что дает возможность быстро погасить эти дуги.
Электрические токи, проходящие через людей, вызывают чрезвычайно разнообразные эффекты.
Электрический ток можно использовать для блокирования болей в спине. Изучается возможность использования электрического тока для стимуляции мышечной активности в парализованных конечностях, что, возможно, позволит парализованным людям ходить. Телевизионные инсценировки, в которых электрические разряды используются, чтобы вывести жертву сердечного приступа из состояния фибрилляции желудочков (массивно нерегулярное, часто фатальное, биение сердца), более чем распространены. Тем не менее, большинство смертельных случаев от поражения электрическим током происходит из-за того, что электрический ток вызывает фибрилляцию сердца. Кардиостимулятор использует электрические разряды, чтобы заставить сердце биться правильно. Некоторые смертельные удары током не вызывают ожогов, но бородавки можно безопасно сжечь электрическим током (хотя сейчас более распространено замораживание жидким азотом). Конечно, существуют последовательные объяснения этих разрозненных эффектов. Основными факторами, от которых зависят последствия поражения электрическим током, являются
- Сумма текущего [латекса]\boldsymbol{I}[/латекс]
- Путь, пройденный текущим
- Продолжительность шока
- Частота [latex]\boldsymbol{f}[/latex] тока ([latex]\boldsymbol{f=0}[/latex] для постоянного тока)
В таблице 3 приведены последствия поражения электрическим током в зависимости от силы тока при типичном случайном поражении.
Эффекты для удара, который проходит через туловище тела, имеет продолжительность 1 с и вызывается мощностью 60 Гц.
| Ток (мА) | Эффект |
|---|---|
| 1 | Порог ощущения |
| 5 | Максимальный безвредный ток |
| 10–20 | Начало устойчивого мышечного сокращения; не может отпустить на время шока; сокращение грудных мышц может привести к остановке дыхания во время шока |
| 50 | Начало боли |
| 100–300+ | Возможна фибрилляция желудочков; часто со смертельным исходом |
| 300 | Возникновение ожогов в зависимости от концентрации тока |
| 6000 (6 А) | Возникновение стойкого сокращения желудочков и паралича дыхания; оба прекращаются, когда заканчивается шок; сердцебиение может прийти в норму; используется для дефибрилляции сердца |
| Таблица 3: Последствия поражения электрическим током в зависимости от силы тока 1 | |
Наши тела являются относительно хорошими проводниками из-за воды в наших телах.
Учитывая, что большие токи будут протекать через секции с более низким сопротивлением (более подробно это будет обсуждаться в следующей главе), электрические токи предпочтительно протекают по путям в человеческом теле, которые имеют минимальное сопротивление на прямом пути к земле. Земля является естественным поглотителем электронов. Ношение изолирующей обуви, требование многих профессий, препятствует пути электронов, создавая большое сопротивление на этом пути. Всякий раз, когда вы работаете с мощными инструментами (дрелями) или в опасных ситуациях убедитесь, что вы не создаете пути для тока (особенно через сердце).
Очень слабые токи проходят через тело безвредно и неощутимо. Это случается с вами регулярно без вашего ведома. Порог чувствительности составляет всего 1 мА, и, хотя удары неприятны, они, по-видимому, безвредны при токах менее 5 мА. В большом количестве правил безопасности в качестве максимально допустимого разряда используется значение 5 мА. При токе от 10 до 20 мА и выше ток может стимулировать устойчивые мышечные сокращения так же, как это делают обычные нервные импульсы.
Люди иногда говорят, что их отшвырнуло через всю комнату от удара током, но на самом деле произошло то, что определенные мышцы сократились, толкая их не по их собственному выбору. (См. рис. 4(а).) Более пугающим и потенциально более опасным является эффект «не могу отпустить», показанный на рис. 4(б). Мышцы, смыкающие пальцы, сильнее размыкающих, поэтому рука непроизвольно смыкается на проволоке, бьющей по ней током. Это может продлить шок на неопределенный срок. Это также может представлять опасность для человека, пытающегося спасти пострадавшего, поскольку рука спасателя может сомкнуться вокруг запястья пострадавшего. Обычно лучший способ помочь пострадавшему — это сильно ударить кулаком/ударом/сотрясением изолятором или бросить изолятор в кулак. Современные электрические заборы, используемые в вольерах для животных, теперь включаются и выключаются, чтобы позволить людям, которые прикасаются к ним, освободиться, что делает их менее смертоносными, чем в прошлом.
Более сильные токи могут повлиять на сердце.
Его электрические схемы могут быть нарушены, так что он бьется нерегулярно и неэффективно в состоянии, называемом «фибрилляция желудочков». Это состояние часто сохраняется после шока и приводит к летальному исходу из-за недостаточного кровообращения. Порог для фибрилляции желудочков составляет от 100 до 300 мА. При силе тока около 300 мА и выше удар может вызвать ожоги, в зависимости от концентрации тока — чем больше концентрация, тем больше вероятность ожогов.
Очень сильные токи заставляют сердце и диафрагму сокращаться на время разряда. И сердце, и дыхание останавливаются. Интересно, что оба часто возвращаются к нормальному состоянию после шока. Электрические паттерны на сердце полностью стираются таким образом, что сердце может начать заново с нормальным биением, в отличие от постоянных нарушений, вызванных меньшими токами, которые могут привести к фибрилляции желудочков сердца. Последнее чем-то похоже на каракули на доске, тогда как первое полностью их стирает. Телевизионные инсценировки удара электрическим током, используемого для вывода жертвы сердечного приступа из состояния фибрилляции желудочков, также показывают большие лопасти.
Они используются для распределения тока, проходящего через пострадавшего, чтобы снизить вероятность ожогов.
Ток является основным фактором, определяющим тяжесть шока (учитывая, что другие условия, такие как путь, продолжительность и частота, фиксированы, например, в таблице и предыдущем обсуждении). Большее напряжение более опасно, но, поскольку [латекс]\жирный символ{I = V/R}[/латекс], сила удара зависит от комбинации напряжения и сопротивления. Например, у человека с сухой кожей сопротивление составляет около [латекс]\boldsymbol{200 \;\textbf{k} \Омега}[/латекс]. Если он соприкасается с напряжением 120 В переменного тока, ток [латекс]\boldsymbol{I = (120 \;\textbf{V})/(200 \;\textbf{k} \Omega) = 0,6 \;\textbf {mA}}[/latex] безвредно проходит сквозь него. Один и тот же человек, промокший насквозь, может иметь сопротивление [латекс]\boldsymbol{10,0 \;\textbf{k} \Omega }[/латекс], а те же 120 В будут производить ток 12 мА — выше «не может отпустить» порог и потенциально опасны.
Большая часть сопротивления тела находится в его сухой коже. Во влажном состоянии соли переходят в ионную форму, что значительно снижает сопротивление. Внутренняя часть тела имеет гораздо более низкое сопротивление, чем сухая кожа, из-за всех содержащихся в ней ионных растворов и жидкостей. Если сопротивление кожи обойти, например, с помощью внутривенного вливания, катетера или открытых электродов кардиостимулятора, человек становится чувствительным к микрошоку . В этих условиях токи, примерно равные 1/1000 значений, перечисленных в таблице 3, производят аналогичный эффект. Во время операций на открытом сердце для успокоения сердца можно использовать такие малые токи, как [латекс]\boldsymbol{20 \;\mu \textbf{A}}[/latex]. Строгие требования электробезопасности в больницах, особенно в хирургии и реанимации, связаны с вдвойне неблагоприятным положением пациентов, чувствительных к микрошокам. Разрыв кожи уменьшил его сопротивление, поэтому то же самое напряжение вызывает больший ток, а гораздо меньший ток имеет больший эффект.
Другими факторами, помимо тока, которые влияют на тяжесть удара, являются его путь, продолжительность и частота переменного тока. Путь имеет очевидные последствия. Например, на сердце не влияет электрический удар через мозг, который может использоваться для лечения маниакальной депрессии. И это общая истина, что чем дольше продолжительность шока, тем сильнее его последствия. На рис. 5 представлен график, иллюстрирующий влияние частоты на удар. Кривые показывают минимальный ток для двух различных эффектов в зависимости от частоты. Чем ниже требуемый ток, тем более чувствителен организм к этой частоте. По иронии судьбы, тело наиболее чувствительно к частотам около 50 или 60 Гц. Тело немного менее чувствительно к постоянному току ([латекс]\boldsymbol{f = 0}[/латекс]), что слегка подтверждает заявление Эдисона о том, что переменный ток представляет большую опасность.
На все более и более высоких частотах тело становится все менее чувствительным к любым воздействиям, связанным с нервами. Это связано с максимальной скоростью, с которой нервы могут возбуждаться или стимулироваться. На очень высоких частотах электрический ток распространяется только по поверхности человека. Таким образом, бородавку можно сжечь током очень высокой частоты, не вызывая остановки сердца. (Не пытайтесь повторить это дома с переменным током частотой 60 Гц!) В некоторых зрелищных демонстрациях электричества, когда дуги высокого напряжения проходят по воздуху и над телами людей, используются высокие частоты и слабые токи. (См. рис. 6.) Устройства и методы электробезопасности подробно обсуждаются в главе 23.8 Электробезопасность: системы и устройства.
- Опасности поражения электрическим током бывают термическими (чрезмерная мощность) и электрическим током (ток через человека).
- Тяжесть удара определяется током, путем, продолжительностью и частотой переменного тока.
- В таблице 3 перечислены опасности поражения электрическим током в зависимости от силы тока.
- На рис. 5 представлена зависимость порогового тока для двух опасностей от частоты.
Концептуальные вопросы
1: С помощью омметра учащийся измеряет сопротивление между различными точками на своем теле. Он обнаружил, что сопротивление между двумя точками на одном и том же пальце примерно такое же, как сопротивление между двумя точками на противоположных руках — и то, и другое составляет несколько сотен тысяч ом. Кроме того, сопротивление уменьшается, когда большее количество кожи соприкасается с щупами омметра. Наконец, сопротивление резко падает (до нескольких тысяч Ом), когда кожа мокрая. Объясните эти наблюдения и их значение в отношении кожи и внутреннего сопротивления человеческого тела.
2: Каковы две основные опасности электричества?
3: Почему короткое замыкание не представляет опасности поражения электрическим током?
4: От чего зависит тяжесть шока? Можете ли вы сказать, что определенное напряжение опасно без дополнительной информации?
5: Для выжигания бородавок используется электрифицированная игла, при этом цикл замыкается, когда пациент сидит на большой прикладной пластине.
Почему эта тарелка большая?
6: Некоторые операции выполняются с помощью электрического тока высокого напряжения, проходящего от металлического скальпеля через разрезаемую ткань. Учитывая природу электрических полей на поверхности проводников, почему вы ожидаете, что большая часть тока будет течь от острого края скальпеля? Как вы думаете, используется переменный ток высокой или низкой частоты?
7: Некоторые устройства, часто используемые в ванных комнатах, такие как фены, часто имеют сообщения о безопасности, гласящие: «Не используйте, когда ванна или раковина полны воды». Почему это так?
8: Нам часто советуют не щелкать электрическими выключателями мокрыми руками, сначала высушить руки. Нам также рекомендуется никогда не лить воду на электрический огонь. Почему это так?
9: Перед началом работ на линии электропередачи линейные мастера касаются линии тыльной стороной руки в качестве окончательной проверки того, что напряжение равно нулю.
Почему тыльной стороной ладони?
10: Почему сопротивление влажной кожи намного меньше, чем сухой, и почему кровь и другие телесные жидкости имеют низкое сопротивление?
11: Может ли человек, получающий внутривенную инфузию (IV), быть чувствительным к микрошоку?
12: Принимая во внимание малые токи, которые вызывают опасность поражения электрическим током, и большие токи, которые прерывают автоматические выключатели и предохранители, как они играют роль в предотвращении опасности поражения электрическим током?
Задачи Упражнения
1: (a) Какая мощность рассеивается при коротком замыкании 240 В переменного тока через сопротивление [латекс]\boldsymbol{0,250 \;\Омега}[/латекс]? б) Какой ток течет?
2: Какое напряжение возникает при коротком замыкании мощностью 1,44 кВт через [латекс]\boldsymbol{0,100 – \; \Omega}[/latex] сопротивление?
3: Найдите ток, протекающий через человека, и определите вероятное воздействие на него, если он коснется источника переменного тока 120 В: (а) если он стоит на резиновом коврике и оказывает полное сопротивление [латекс]\ жирный символ{300 \;\textbf{k} \Omega}[/latex]; (b) если она стоит босиком на мокрой траве и имеет сопротивление только [латекс]\boldsymbol{4000 \;\textbf{k} \Omega}[/latex].
4: Принимая ванну, человек касается металлического корпуса радиоприемника. Путь через человека к водосточной трубе и земле имеет сопротивление [латекс]\boldsymbol{4000 \;\Омега}[/латекс]. Какое наименьшее напряжение на корпусе радиоприемника может вызвать фибрилляцию желудочков?
5: По глупости пытаясь выловить горящий кусок хлеба из тостера металлическим ножом для масла, мужчина попадает в контакт с напряжением 120 В переменного тока. Он даже не чувствует этого, так как, к счастью, носит обувь на резиновой подошве. Каково минимальное сопротивление пути, по которому ток проходит через человека?
6: (a) Во время операции ток силой всего лишь [латекс]\boldsymbol{20,0 \;\mu \textbf{A}}[/латекс], приложенный непосредственно к сердцу, может вызвать фибрилляцию желудочков. Если сопротивление открытого сердца составляет [латекс]\boldsymbol{300 \;\Омега}[/латекс], при каком наименьшем напряжении возникает такая опасность? (b) Подразумевает ли ваш ответ, что необходимы особые меры предосторожности в отношении электробезопасности?
7: (a) Чему равно сопротивление короткого замыкания на 220 В переменного тока, создающего пиковую мощность 96,8 кВт? б) Какой была бы средняя мощность, если бы напряжение было 120 В переменного тока?
8: Сердечный дефибриллятор пропускает ток 10,0 А через туловище пациента в течение 5,00 мс, пытаясь восстановить нормальное биение.
