Виды электротравм
Особенности применения и выбора измерительных трансформаторов тока
Под воздействием опасного электрического тока на организм человека возникают локальные повреждения тканей тела. К ним относят следующие:
- электроожоги;
- электрические знаки;
- металлизация кожного покрова;
- механический разрыв;
- электроофтальмия.
Электрический ожог
Электроимпульс поражает кожный покров разной степени ожогами. Особенно тяжёлые травмы получают при контакте с электрической дугой. Нагрев разряда достигает температуры 30000С.
Электрическая дуга
Что такое электрические знаки
На коже возникают отметины сероватого или желтоватого оттенка. Повреждённые части кожного покрова проявляются после соприкосновения с оголённым проводником электричества. Объяснить природу этих знаков до сих пор затрудняются.
Возникновение металлизации кожи
Такое явление происходит из-за мелких металлических частиц, которые попали внутрь кожного покрова из расплавленного электрода от электрической дуги. Кожа, где произошёл ожог, приобретает металлический оттенок, становится болезненной и жёсткой.
Когда наступает электроофтальмия
Этим термином обозначают поражение роговицы глаз ультрафиолетовыми лучами дуги. В результате у человека, насмотревшегося на сварку без защитных очков, воспаляются глаза. Они краснеют и начинают обильно слезиться, сопровождаемые острой резью.
Возникновение механических повреждений
Ток становится причиной конвульсий мышечной ткани. Иногда доходит до разрыва кожного покрова и вен. Возможны переломы костей в результате потери равновесия пострадавшим.
Исход от удара током
В различных ситуациях исход от удара током наблюдался очень разнообразный. Однако первым делом при получении сильного электрического удара появляются проблемы с дыханием и кровообращением.
Более тяжелые случаи характеризуют сердечной фибрилляцией (хаотичное подёргивание мышц). В такой ситуации необходимо скорейшее медицинское вмешательство, так как фактически сердце перестаёт нормально функционировать. По статистике, чаще всего получают удары током напряжением до 1000 В, при этом, ожоги могут возникнуть если его сила превысит 1 А.
Наиболее частой причиной ударов электротоком является несоблюдение правил техники безопасности. Если говорить простыми словами, то чем выше напряжение, тем больше может быть расстояние от тела человека до проводника с током для появления искрового разряда. А чем выше сила тока, тем выше причиненный им ущерб. Во время контакта с только что возникшим искровым разрядом, кожные ткани контактирующего нагревается. А чтобы получить ожог достаточно температуры 60 градусов по Цельсию, при которой белок начинает сворачиваться, а на поражённой ткани появляется ожог.
Вылечить электрические ожоги проблематично, поэтому они считаются крайне опасными.
Основные виды поражения в результате воздействия электрического тока
Электрические ожоги — самая распространенная электротравма, возникает в результате локального воздействия тока на ткани. Ожоги бывают двух видов — контактный и дуговой. Контактный ожог является следствием преобразования электрической энергии в тепловую и возникает в основном в электроустановках напряжением до 1 000 В. Дуговой ожог обусловлен воздействием электрической дуги, создающей высокую температуру. Дуговой ожог возникает при работе в электроустановках различных напряжений, часто является следствием случайных коротких замыканий в установках выше 1000 В и до 10 кВ или ошибочных операций персонала. Поражение возникает от перемены электрической дуги или загоревшейся от нее одежды.
Электрические знаки – пятна серого или бледно-желтого цвета, образующиеся на коже. Происходит как бы омертвление верхнего слоя пораженного участка кожи и ее затвердевание наподобие мозоли. Обычно электрические знаки безболезненны и при лечении бесследно исчезают. Знаки после поражения током появляются приблизительно у 11-20 % пострадавших.
Металлизация кожи – проникновение в нее мельчайших частиц металла при его расплавлении и разбрызгивании в случае образования электрической дуги. Металл может проникнуть в кожу также вследствие электролиза в местах соприкосновения человека с токоведущими частями. Возникает приблизительно у каждого десятого пострадавшего. С течением времени пораженный участок кожи регенерирует и приобретает нормальный вид и эластичность. Однако, при поражении глаз, лечение бывает безрезультатным и в результате травмы наступает слепота.
Электроофтальмия – воспаление наружных оболочек глаз в результате воздействия ультрафиолетового излучения электрической дуги. Характерные проявления болезни: слезотечение, частичное ослепление и светобоязнь; боль в глазах продолжается обычно несколько дней.
Механические повреждения проявляются под действием тока непроизвольным судорожным сокращением мышц. Это может привести к разрыву кожи, кровеносных сосудов и нервных тканей. Такие травмы возникают при контакте с напряжением ниже 380 В, когда человек не теряет сознания и пытается самостоятельно освободиться от источника тока.
Опасная, безопасная и смертельная сила тока для человека
Нельзя считать какую-либо величину тока безопасной для человека. Существует лишь более и менее опасная величина электротока. Каждый человек имеет внутреннее сопротивление, на величину которого влияет множество факторов (толщина кожи, влажность помещения и тела человека, путь протекания тока).
Самым опасным путем протекания тока является направление нога-голова, рука-голова, так как при этом путь идет через сердце, мозг, органы дыхания. А большая величина тока может вызвать остановку сердца и остановку дыхания. Именно эти причины являются наиболее вероятными причинами летальных исходов при протекании электротока.
Считается, что постоянный ток более безопасный, чем переменный в сетях до 500В. При напряжении выше 500 вольт опасность постоянного тока возрастает.
Частота сети влияет на степень тяжести электротравмы. Промышленная частота в 50 Гц является более опасной, чем частота в 500Гц. При высокой частоте наблюдается так называемый «скин-эффект», когда ток проходит не по всему проводнику, а лишь по его поверхности. А значит, внутренние органы напрямую не затрагиваются.
Также на степень опасности воздействия тока на человека влияет продолжительность нахождения человека под воздействием тока. Здесь зависимость линейная – чем дольше, тем больше разрушений и неблагоприятных последствий.
Приведем пороговые значения переменного и постоянного тока и возможные реакции организма на эти воздействия:
Проходя через человеческое тело, ток может создавать электрические травмы или электрические удары.
Электрический удар подразумевает, что ток возбуждает ткани организма, что вызывает их сокращение и судороги. Существует 4 группы электроударов: судороги, судороги с потерей сознания, потеря сознания с нарушением дыхания и работы сердца, клиническая смерть.
При электрической травме ток наносит прямые повреждения тканям и органам человека. Это могут быть электрические ожоги, металлизация кожи, электрические метки и механические повреждения.
Электрические ожоги бывают токовыми и дуговыми. Действие токового ожога связано с прохождением тока через тело человека. Дуговой ожог возникает между человеком и проводником электротока высокого напряжения, вследствие возникновения дуги между ними. Температура дуги может достигать тысяч градусов по Цельсию. Такой ожог гораздо опаснее и может плюс ко всему сопровождаться возгоранием одежды пострадавшего.
Металлизация кожи происходит, когда под действием тока в кожу попадают частицы металла, при этом проводимость кожи увеличивается, что повышает травмоопасность.
Электрические метки – это места, через которые ток входит и выходит из тела человека. Наиболее часто встречаются на ногах и руках.
В любом случае следует стараться избегать касания токоведущих частей проводящими предметами (ловить рыбу под ЛЭП, нести стремянку вблизи шин напряжения), не использовать провода и кабели с ослабленной изоляцией, соблюдать правила безопасности при нахождении и работе в электроустановках. Берегите здоровье себя и своих родных.
Характер и последствия воздействия на человека
Характер и последствия опасного и вредного воздействия на человека электрического тока зависит от многих факторов:
- от величины и рода (переменный или постоянный) протекающего тока;
- продолжительности его воздействия (чем больше время действия тока на человека, тем тяжелее последствия);
- пути протекания;
- от физического и психологического состояния человека;
- от состояния внешней среды, например при высокой влажности воздействие электричества на организм будет сильнее.
Величина и тип протекающего тока является главным фактором от которого зависит исход его воздействия на организм человека (или животного).
По степени воздействия на человека от величины ток делится на три пороговых значения:
- Человек начинает ощущать воздействие проходящего сквозь него переменного тока при значении 0,6 мА, прямого начиная с 5-7 мА. Эти значения называются пороговыми ощутимыми токами.
- Следующий порог – порог неотпускающего (удерживающего) тока. Его значение для переменного тока составляет ≥10 мА, для постоянного ≥50 мА.
- Третье пороговое значение – фибрилляционный ток. Это значение переменного тока 100 мА, а постоянного 300 мА, при длительности воздействия такого тока 0,5 сек, может наступить остановка сердца или его фибрилляция.
В таблице 1 приведены различные реакции организма человека на электрический ток в зависимости от его силы и типа. Таблица 1 – воздействие электрического тока на человека в зависимости от пороговые значения и типа (постоянного и переменного)
| Сила тока, мА | Характер воздействия | |
| Постоянный ток | Переменный ток 50 Гц | |
| 0,6—1,6 | Не ощущается | Начало ощущения — слабый зуд, пощипывание кожи под электродами |
| 2—4 | Не ощущается | Ощущение тока распространяется и на запястье руки, слегка сводит руку |
| 5—7 | Начало ощущения. Впечатление нагрева кожи под электродом | Болевые ощущения усиливаются во всей кисти руки, сопровождаются судорогами. Руки, как правило, можно оторвать от электродов |
| 8—10 | Усиление ощущения нагрева | Сильные боли и судороги во всей руке, включая предплечье. Руки трудно оторвать от электродов |
| 10—15 | Усиление ощущения нагрева | Едва переносимые боли во всей руке. Руки невозможно оторвать от электродов. |
| 20—25 | Еще большее усиление ощущения нагрева кожи. | Руки парализуются мгновенно, оторваться от электродов невозможно. Сильные боли, дыхание затруднено |
| 25—50 | Ощущение сильного нагрева, боли и судороги в руках. При отрыве рук от электродов возникают едва переносимые боли в результате судорожного сокращения мышц | Очень сильная боль в руках и груди. Дыхание крайне затруднено. При длительном токе может наступить паралич дыхания или ослабление деятельности сердца с потерей сознания |
| 50—80 | Ощущение очень сильного поверхностного и внутреннего нагрева, сильные боли во всей руке и в области груди. Затруднение дыхания. Руки невозможно оторвать от электродов из-за сильных болей при нарушении контакта | Дыхание парализуется через несколько секунд, нарушается работа сердца. При длительном протекании тока может наступить фибрилляция сердца |
| 100 | Паралич дыхания при длительном протекании тока | Фибрилляция сердца через 2-3 с; еще через несколько секунд — паралич сердца |
| 300 | Фибрилляция сердца через 2-3 с; еще через несколько секунд — паралич дыхания | То же действие за меньшее время |
| более 5000 | Дыхание парализуется немедленно — через доли секунды. Фибрилляция сердца, как правило, не наступает; возможна временная остановка сердца в период протекания тока. При длительном протекании тока (несколько секунд) тяжелые ожоги, разрушения тканей |
Как видно из таблицы 1, переменный ток более опасен чем постоянный. Тем не менее, даже небольшой, ниже порога ощущения постоянный ток, дает сильные удары способные вызвать судороги мышц. А при значении напряжения выше 500 В уже опаснее постоянный ток так как он обладает большой «липучестью» и от него практически невозможно самостоятельно освободиться.
В то же время, хотя переменный ток считается более опасным для человека, но это касается в основном частоты 50 Гц. С увеличением частоты, даже с учетом что сопротивление организма падает и ток текущий через него увеличивается – опасность поражения снижается электротоком и полностью исчезает при частоте 450 — 500 гГц, т.к. при высокой частоте возникает так называемый «skin» эффект – ток идет по поверхности организма, те по коже, и не может поразить человека. Но с токами такой частоты мы практически не сталкиваемся ни в быту, ни на производстве, в отличие от 50 герцового переменного напряжения, которое является стандартом в электросетях России.
Симптомы
Признаки поражения электрическим током и степень тяжести функциональных расстройств могут варьировать в чрезвычайно широком диапазоне и зависят от напряжения, силы и характера тока, длительности его воздействия и путей прохождения, уровня сопротивления кожи и других условий.
К местным признакам относятся электроожоги, которые в зависимости от глубины поражения тканей подразделяют на 4 степени:
- 1 степень – характеризуется повреждением эпидермиса и проявляется покраснением и появлением знаков (электрометок) тока;
- 2 степень – визуально определяемая отслойка эпидермиса и образование безжидкостных пузырей;
- 3 степень – процесс коагуляции распространяется на всю толщину кожи;
- 4 степень – поражаются нервные волокна, сухожилия, кровеносные сосуды, мышечная и костная ткань.
Отличительной особенностью электроожога является его появление в местах входа тока и наличие импрегнации металла в кожу, которая, в зависимости от вида проводника, приобретает различную окраску: от серо-желто-коричневой при контакте кожи со свинцом до зеленоватой – при ее контакте с латунью.
Характерно отсутствие боли или незначительная болезненность ожогов. Их особенностью является распространение процесса распада и отторжения за границы первоначального поражения, частые осложнения в виде кровотечений, обусловленные их «хрупкостью» и склонностью к разрыву из-за нарушения сосудистых стенок электротоком. Позже, может развиваться некроз кожи и подкожных тканей, захватывающий кость. При обширном поражении мышц развивается протеолиз и происходит всасывание продуктов распада тканей организма, что и обуславливает травматический токсикоз. При заживании могут образовываться грубые рубцовые деформации и развиваться контрактуры.
Общие признаки определяются степенью тяжести поражения током:
- I степень — тоническое сокращение мышц, возбуждение, сознание сохранено, артериальная тахикардия, невыраженная гипертензия.
- II степень — сопор, выраженная артериальная гипертензия, нарушение сердечного ритма и дыхания.
- III степень — ларингоспазм, коматозное состояние, аритмия.
- IV степень — клиническая смерть.
Общие проявления при поражении электротоком проявляются судорожным синдромом, изменениями психики, нарушениями функции дыхательной, центральной/периферической нервной и сердечно-сосудистой систем, различных внутренних органов, изменениями в крови, снижением проницаемости сосудов. Субъективные ощущения в месте прикосновения к проводнику могут быть различными: ощущение зуда, толчок, жгучая боль, дрожь. Как правило, возникает судорожное сокращение мышц.
Характерной особенностью действия электротока является тетанический спазм дыхательных мышц и ларингоспазм, вызывающий афонию, что и обуславливает невозможность пострадавшего человек позвать на помощь. В большинстве случаев при незначительной силе тока появляется моторное возбуждение. При большей мощности тока около 70% пострадавших теряют сознание, и значительная часть пострадавших приходит в себя без каких-либо специальных мероприятий сразу после отключения от сети. Потеря сознания на длительный срок характерна при прохождении электротока через структуры головного мозга.
Объективно отмечается холодный пот, синюшность губ, бледность кожных покровов, чувство усталости/разбитости, вялость, апатия, тяжесть во всем теле, адинамия, общее угнетение/возбуждение, возможна истерия и ретроградная амнезия. При поражении током отмечаются изменения со стороны ЦНС и структур спинного мозга — длительное апноэ, головная боль, повышение внутричерепного давления, светобоязнь, симптом Кернига.
Реже — субарахноидальные кровоизлияния, острая мозжечковая атаксия, очаговые поражения головного/спинного мозга, паркинсонизм, посттравматическая энцефалопатия. При поражении не высоким напряжением — снижение чувствительности, трофические расстройства.
Характерны распространенный сосудистый спазм, деструкции стенок кровеносных сосудов, тромбообразование, расстройства микроциркуляции, некроз сосудов. В периферической крови отмечается лейкоцитоз, реже, изменения лейкоцитарной формулы. При тяжелых поражениях могут появляться расстройства дыхания, вплоть до его остановки, отек легких, травматическая эмфизема, поражения печени, поджелудочной железы, кишечника, почек. При прикосновении к проводнику головой или воздействии вольтовой дуги вблизи лица отмечаются: неврит зрительного нерва, хореоретиниты, катаракты.
Основные причины поражения электрическим током
Самые частые причины по которым люди оказываются под действием электротока следующие:
- прикосновение к неизолированным токоведущим при котором возникает напряжение прикосновения;
- появление напряжения на частях установок и машин, не находящихся под напряжением в нормальных условиях эксплуатации (корпуса, пульты и др.), что чаще всего происходит вследствие повреждения изоляции;
- образование электрической дуги между токоведущей частью и человеком, что возможно в электрических установках напряжением 1 кВ;
- воздействие напряжения шага (в основном при обрыве провода линии электропередачи когда происходит его замыкание на землю);
- несогласованные и ошибочные действия персонала, отсутствие надзора за электроустановками под напряжением и ряд других организационных причин.
Предугадать электротравмы трудно, так как электричество невидимо, не имеет запаха. И хотя электротравматизм на производстве случается гораздо реже других видов травм – но находиться на первом месте по тяжести и по количеству смертельных исходов от них. К сожалению немалая часть несчастных случаев происходит из-за несоблюдения правил безопасности при работе с электроустановками, а также недостаточной квалификации работников.
Также часть смертельных исходов происходит потому что не все после электрического удара обращаются к врачу, а как было описано выше, существуют виды травм, при которых если не проводить лечение, смерть может наступить не сразу.
Очень важно в организациях проводить периодические инструктажи и объяснять работникам об опасности электрического тока, рассказывать о безопасных способах работы с электроустановками, обучать оказанию первой помощи пострадавшим
Закон Джоуля — Ленца
Закон Джо́уля — Ле́нца — физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока. Установлен в 1841 году Джеймсом Джоулем и независимо от него в 1842 году Эмилием Ленцем.
Определения
В словесной формулировке звучит следующим образом:
Мощность тепла, выделяемого в единице объёма среды при протекании постоянного электрического тока, равна произведению плотности электрического тока на величину напряженности электрического поля.
Математически может быть выражен в следующей форме:
w
=
j
→
⋅
E
→
=
σ
E
2
,
{displaystyle w={vec {j}}cdot {vec {E}}=sigma E^{2},}
где
w
{displaystyle w}
— мощность выделения тепла в единице объёма,
j
→
{displaystyle {vec {j}}}
— плотность электрического тока,
E
→
{displaystyle {vec {E}}}
— напряжённость электрического поля, σ — проводимость среды, а точкой обозначено скалярное произведение.
Закон также может быть сформулирован в интегральной форме для случая протекания токов в тонких проводах:
В интегральной форме этот закон имеет вид
d
Q
=
I
2
R
d
t
,
{displaystyle dQ=I^{2}Rdt,}
Q
=
∫
t
1
t
2
I
2
R
d
t
,
{displaystyle Q=int limits _{t_{1}}^{t_{2}}I^{2}Rdt,}
где
d
Q
{displaystyle dQ}
— количество теплоты, выделяемое за промежуток времени
d
t
{displaystyle dt}
,
I
{displaystyle I}
— сила тока,
R
{displaystyle R}
— сопротивление,
Q
{displaystyle Q}
— полное количество теплоты, выделенное за промежуток времени от
t
1
{displaystyle t_{1}}
до
t
2
{displaystyle t_{2}}
. В случае постоянных силы тока и сопротивления:
Q
=
I
2
R
t
.
{displaystyle Q=I^{2}Rt.}
Применяя закон Ома, можно получить следующие эквивалентные формулы:
Q
=
U
2
t
R
=
I
U
t
.
{displaystyle Q=U^{2}t/R =IUt.}
Снижение потерь энергии
При передаче электроэнергии тепловое действие тока в проводах является нежелательным, поскольку ведёт к потерям энергии.
Подводящие провода и нагрузка соединены последовательно, значит ток в сети
I
{displaystyle I}
на проводах и нагрузке одинаков.
Мощность нагрузки и сопротивление проводов не должны зависеть от выбора напряжения источника. Выделяемая на проводах и на нагрузке мощность определяется следующими формулами
Q
w
=
R
w
⋅
I
2
,
{displaystyle Q_{w}=R_{w}cdot I^{2},}
Q
c
=
U
c
⋅
I
.
{displaystyle Q_{c}=U_{c}cdot I.}
Откуда следует, что
Q
w
=
R
w
⋅
Q
c
2
U
c
2
{displaystyle Q_{w}=R_{w}cdot Q_{c}^{2}/U_{c}^{2}}
. Так как в каждом конкретном случае мощность нагрузки и сопротивление проводов остаются неизменными и выражение
R
w
⋅
Q
c
2
{displaystyle R_{w}cdot Q_{c}^{2}}
является константой, то тепло выделяемое на проводе обратно пропорционально квадрату напряжения на потребителе. Повышая напряжение мы снижаем тепловые потери в проводах. Это, однако, снижает электробезопасность линий электропередачи.
Выбор проводов для цепей
Тепло, выделяемое проводником с током, в той или иной степени выделяется в окружающую среду.
В случае, если сила тока в выбранном проводнике превысит некоторое предельно допустимое значение, возможен столь сильный нагрев, что проводник может спровоцировать возгорание находящихся рядом с ним объектов или расплавиться сам.
Как правило, при выборе проводов, предназначенных для сборки электрических цепей, достаточно следовать принятым нормативным документам, которые регламентируют выбор сечения проводников.
Электронагревательные приборы
Если сила тока одна и та же на всём протяжении электрической цепи, то в любом выбранном участке будет выделять тепла тем больше, чем выше сопротивление данного участка.
За счёт сознательного увеличения сопротивления участка цепи можно добиться локализованного выделения тепла в этом участке. По этому принципу работают электронагревательные приборы. В них используется нагревательный элемент — проводник с высоким сопротивлением.
Подводящие провода имеют обычное низкое сопротивление и поэтому их нагрев, как правило, незаметен.
Плавкие предохранители
Основная статья: Электрический предохранитель
Для защиты электрических цепей от протекания чрезмерно больших токов используется отрезок проводника со специальными характеристиками.
Это проводник относительно малого сечения и из такого сплава, что при допустимых токах нагрев проводника не перегревает его, а при чрезмерно больших перегрев проводника столь значителен, что проводник расплавляется и размыкает цепь.
Примечания
- ↑ Джоуля — Ленца закон // Дебитор — Евкалипт. — М. : Советская энциклопедия, 1972. — (Большая советская энциклопедия : / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 8).
- ↑ Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М.: Наука, 1977. — Т. III. Электричество. — С. 186. — 688 с.
- ↑ Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М.: Наука, 1977. — Т. III. Электричество. — С. 197—198. — 688 с.
