Działanie prądu elektrycznego na organizm ludzki

W ostatnich latach nastąpił znaczny postęp jeśli chodzi o wiedzę w zakresie oddziaływania prądu na ludzi. Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna (IEC) szczegółowo analizowała prowadzone w tym zakresie badania na ludziach i zwierzętach i publikowała uzgodnione wnioski i poglądy w kolejnych wydaniach raportu 479 Komisji IEC. Przepisy ochrony przed porażeniem prądem elektrycznym zawarte są w normie PN-IEC (HD) 60364 i są one odzwierciedleniem rozpoznania skutków przepływu prądu elektrycznego przez ciało ludzkie, dostępnych środków ochrony oraz warunków ekonomicznych. Przepływ prądu elektrycznego przez ciało ludzkie może powodować niebezpieczne skutki, a nawet śmierć. Skutki te są zależne od rodzaju i wartości przepływającego prądu oraz drogi i czasu przepływu. Ludzkie ciało posiada pewną impedancję, która nie jest stała, a zależy od:

  • częstotliwości prądu,
  • wilgotności skóry,
  • wartości napięcia dotykowego,
  • warunków środowiskowych,
  • miejsca ciała dotykającego element pod napięciem.

Impedancja skóry ciała ma znaczącą wartość w całej impedancji ludzkiego ciała tylko przy niskich napięciach dotykowych, niskiej częstotliwości prądu i niskim zawilgoceniu powietrza i skóry. Wraz ze wzrostem napięcia dotykowego, częstotliwości prądu i zawilgocenia, impedancja ta staje się coraz mniejsza, aż do wartości pomijalnie małej. Najbardziej niebezpieczne dla człowieka są prądy o częstotliwości w przedziale 50-60Hz, ponieważ mogą wywołać poważne zaburzenia funkcji nerwów, skurcze mięśni i zaburzenia pracy serca. Droga przepływu prądu przez ciało ludzkie, ma również wpływ na skutki rażenia, a najbardziej niebezpieczny jest przepływ prądu na drodze lewa ręka – noga (lub obie nogi) oraz obie ręce – stopy. Dlatego właśnie charakterystyki stref czasowo-prądowych skutków oddziaływania prądu na ciało ludzkie są podawane dla drogi przepływu lewa ręka – stopy. Są one różne dla prądu przemiennego i stałego, ponieważ prąd przemienny działa na organizm ludzki inaczej niż prąd stały.

Strefy skutków oddziaływania prądu przemiennego o częstotliwości 50/60Hz na ciało ludzkie, przepływającego na drodze lewa ręka – stopy.
Strefy skutków oddziaływania prądu przemiennego o częstotliwości 50/60Hz na ciało ludzkie, przepływającego na drodze lewa ręka – stopy.

Strefy skutków oddziaływania prądu przemiennego o częstotliwości 50/60Hz na ciało ludzkie, przepływającego na drodze lewa ręka – stopy:

AC-1: Zazwyczaj brak reakcji organizmu. Linia „a” oznacza granicę wartości prądów odczuwania.

AC-2: Zazwyczaj nie występują szkodliwe skutki w organizmie. Linia „b” oznacza granicę samodzielnego uwolnienia się rażonego od części będącej pod napięciem.

AC-3: Zazwyczaj nie występują uszkodzenia w organizmie. Przy przepływie prądu w czasie dłuższym niż 2s zachodzi prawdopodobieństwo skurczów mięśni uniemożliwiających samodzielne uwolnienie się rażonego od elementu będącego pod napięciem, oraz mogą wystąpić problemy z oddychaniem. Istnieje możliwość migotania przedsionków serca oraz przejściowe zatrzymanie jego akcji.

AC-4: Dodatkowo, oprócz skutków charakterystycznych dla strefy AC-3, pojawia się wzrastające wraz z wartością prądu i czasem jego przepływu niebezpieczeństwo wystąpienia migotania komór sercowych, zatrzymania pracy serca, zatrzymania oddechu i wystąpienia poważnych oparzeń:

Ze względu na prawdopodobieństwo migotania komór sercowych wyróżnia się strefy:

AC-4.1: 5% przypadków migotania komór serca

AC-4.2: <50% przypadków migotania komór serca

AC-4.3: >50% przypadków migotania komór serca

 

Przyjęto, że graniczna bezpieczna wartość prądu rażeniowego, płynącego w dłuższym czasie przez ciało człowieka dla prądu przemiennego o częstotliwości 50/60Hz, wynosi 30mA. Dlatego właśnie wyłączniki różnicowoprądowe stosowane jako ochrona uzupełniająca przed dotykiem bezpośrednim w instalacjach elektrycznych prądu przemiennego, mają prąd znamionowy różnicowy nie większy niż 30mA. Prąd upływu o takiej wartości spowoduje już bezzwłoczne zadziałanie wyłącznika i wyłączenie zasilania.

Strefy skutków oddziaływania prądu stałego (prąd wznoszący) na ciało ludzkie, przepływającego na drodze lewa ręka – stopy.
Strefy skutków oddziaływania prądu stałego (prąd wznoszący) na ciało ludzkie, przepływającego na drodze lewa ręka – stopy.

Strefy skutków oddziaływania prądu stałego (prąd wznoszący) na ciało ludzkie, przepływającego na drodze lewa ręka – stopy:

DC-1: Zazwyczaj brak reakcji organizmu. Linia „a” oznacza granicę wartości prądów odczuwania.

DC-2: Zazwyczaj nie występują szkodliwe skutki w organizmie. Linia „b” oznacza granicę samodzielnego uwolnienia się rażonego od części będącej pod napięciem.

DC-3: Zazwyczaj nie występują uszkodzenia organiczne. Istnieje prawdopodobieństwo odwracalnych zakłóceń powstawania i przewodzenia impulsów w sercu, które wzrasta wraz z natężeniem i czasem przepływu prądu.

DC-4: Prawdopodobieństwo wystąpienia migotania komór serca oraz wzrastające wraz z natężeniem i czasem przepływu prądu inne skutki patofizjologiczne, np. poważne oparzenia.

Ze względu na prawdopodobieństwo migotania komór sercowych wyróżnia się strefy:

DC-4.1: 5% przypadków migotania komór serca

DC-4.2: <50% przypadków migotania komór serca

DC-4.3: >50% przypadków migotania komór serca

 

Badania dowodzą, że przy rażeniu prądem stałym, niebezpieczeństwo migotania komór serca jest związane główne z prądami wzdłużnymi, czyli płynącymi wzdłuż tułowia ciała ludzkiego, np. ręka – stopy. Z kolei dla prądów opadających (stopa stanowi biegun ujemny) prawdopodobieństwo migotania komór serca jest ok. dwa razy wyższe niż dla prądów wznoszących (stopa stanowi biegun dodatni).

Przyjęto, że graniczna bezpieczna wartość prądu rażeniowego, płynącego w dłuższym czasie przez ciało człowieka dla prądu stałego, wynosi 70mA.

Na podstawie wartości impedancji ciała ludzkiego i wartości prądu rażeniowego, określono wartości napięć dotykowych dopuszczalnych długotrwale w różnych warunkach środowiskowych.

Warunki środowiskowe normalne – lokale mieszkalne, biurowe, sale teatralne i widowiskowe, klasy szkolne (z wyjątkiem niektórych laboratoriów) itp.

Warunki środowiskowe o zwiększonym zagrożeniu – łazienki, natryski, sauny, pomieszczenia dla zwierząt domowych, bloki operacyjne szpitali oraz klinik, hydrofornie, kanały rewizyjne, kempingi, tereny budowy i rozbiórki, tereny otwarte, przestrzenie ograniczone powierzchniami przewodzącymi itp.

Napięcia dotykowe dopuszczalne długotrwale:

Warunki środowiskowe

Prąd przemienny o częstotliwości 50/60Hz

Prąd stały

Warunki środowiskowe normalne

50 V

120 V

Warunki środowiskowe o zwiększonym zagrożeniu

25 V

60 V

Warunki środowiskowe o zwiększonym zagrożeniu przy zetknięciu się ciała ludzkiego zanurzonego w wodzie z elementami będącymi pod napięciem

12 V

30 V

 

Dla napięcia przemiennego określono również krzywą określającą czasy utrzymywania się napięć dotykowych, przekraczających wartości napięć dotykowych dopuszczalnych długotrwale, które nie powodują zagrożenia dla ciała ludzkiego. Krzywa ta jest określona dla linii C1 na charakterystyce stref czasowo-prądowych skutków oddziaływania prądu przemiennego na ciało ludzkie oraz impedancji ciała ludzkiego, która nie jest przekroczona dla 5% populacji. Krzywa ta pokazuje największe dopuszczalne napięcie dotykowe w zależności od czasu rażenia.

Największe dopuszczalne przemienne napięcie dotykowe w zależności od czasu rażenia.
Największe dopuszczalne przemienne napięcie dotykowe w zależności od czasu rażenia.

Zobacz również:

  • Ogólne zasady ochrony przeciwporażeniowejOgólne zasady ochrony przeciwporażeniowej We wszystkich instalacjach elektrycznych ważne jest zachowanie bezpieczeństwa, tak aby użytkownicy instalacji byli absolutnie bezpieczni. Zadanie to jest realizowane przez środki ochrony […]
  • Ochrona przeciwporażeniowa w systemach fotowoltaicznychOchrona przeciwporażeniowa w systemach fotowoltaicznych System fotowoltaiczny to elektrownia i wszystkie osoby mogące mieć do niej dostęp muszą być bezpieczne. Przede wszystkim należy zadbać o zapewnienie ochrony podstawowej – przed dotykiem […]
  • Wyłącznik różnicowoprądowyWyłącznik różnicowoprądowy Wyłącznik różnicowoprądowy (pot. różnicówka) jest urządzeniem realizującym samoczynne wyłączenie zasilania w przypadku porażenia lub uszkodzenia izolacji. Działanie wyłącznika opiera się […]

Dodaj komentarz

Podpis *
Email *
Witryna internetowa