1 电流对人体的伤害
电流通过人体时,对人体伤害的严重程度与通过人体的电流的大小、电流通过人体的持续时间、电流通过人体的途径、电流的频率以及人体状况等多种因素有关。而且各种因素之间,有着十分密切的关系。 1.1 伤害程度与电流大小的关系 电流通过人体,人体会有麻、痛等感觉,更严重者会引起颤抖、痉挛、心脏停止跳动及至死亡。通过人体的电流越大,人体的生理反应越明显,人的感觉越强烈。 对于工频交流电,按照通过人体电流大小的不同,以及人体所呈现的不同状态,可将电流划分为以下三级: 1.1.1 感知电流 感知电流是人能感觉到的最小电流。实验资料表明,对不同的人,感知电流也不相同:成年男性均匀感知电流约为1.1mA;成年女性约为0.7mA。 1.1.2 摆脱电流 摆脱电流是人触电以后能自主摆脱电流的最大电流。实验资料表明,对于不同的人,摆脱电流也不相同:成年男性的均匀摆脱电流约为16mA;成年女性约为10.5mA。成年男性的最小摆脱电流约为9mA;成年女性的最小摆脱电流约为6mA(最小摆脱电流是按0.5%的概率考虑的)。 1.1.3 致命电流 致命电流是指在较短时间内危及生命的最小电流。在电流不超过数百毫安的情况下,电击致死的主要原因是电流引起心室颤抖或窒息造成的。因此,可以以为引起心室颤抖的电流即是致命电流。 心室颤抖电流与通过期间有关,如通电时间超过心脏搏动周期时,心室颤抖电流仅数十毫安(一般以为是50mA以上)。如通电时间小于心脏搏动周期,但超过10ms,并发生在心脏搏动周期的特定时刻(即易激期)时,心室颤抖电流在数百毫安以上。 工频电流经过手 一 躯干 一 手的途径,对人体产生作用时,成年男性的感觉情况,见表1。 表1 工频电流对人体作用的实验资料 (mA)
根据动物实验和统计分析得出的资料,见表2。 表2 工频电流对人体作用的分析资料
表中O是没有感觉的范围;A<sub>1</sub>、A<sub>2</sub>、A<sub>3</sub>是一般不引起心室颤抖、不致产生严重后果的范围;B<sub>1</sub>、B<sub>2</sub>是轻易产生严重后果的范围。 由于心室颤抖电流是致命电流,不答应在人体上作这样大的电流实验,故表2中的资料是根据动物实验综合分析而得出的。有人以为,不能用简单的数学分析确定人的心室颤抖电流,而必须考虑心脏搏动周期的影响,即通电时间是非的影响。因此,国际电工委员会(IEC)建议按图1确定电流对人体的作用。图中,a以左的I区是没有感觉的区域,a是有感觉的出发点;a和b之间的Ⅱ区是开始有感觉,但一般是没有病理伤害的区域;b和c之间的Ⅲ区是有感觉,但一般不会引起心室颤抖的区域;c和d之间的Ⅳ区是可能引起心室颤抖的危险区域(可能性上升到50%);d以右的Ⅴ区是心室颤抖危险性较大的区域(可能性超过50%)。 图1比较明确地表示出心室颤抖电流的界限,为设计和鉴定防止触电的安全装置提供了比较方便的依据。 @Y1601.gif 图1 电流对人体的作用 1.2 伤害程度与通电时间的关系 通电时间越长,越轻易引起心室颤抖,电击危险性也越大。其原因是: 1.2.1 通电时间越长,能量的积累增加,引起心室颤抖的电流减小。当通电时间在0.01s~5s范围内时,心室颤抖电流和通电时间的关系可用下式表达,即 式中 I--引起心室颤抖的电流(mA); t--通电时间(s)。 心室颤抖电流与时间的关系亦可用下式表达,即 当t≥1s时,I=50mA; 当t<1s时,I=50mA/t。 1.2.2 通电时间短促时,只在心脏搏动的特定时刻才可能引起心室颤抖。因此,通电时间越长,与该时刻重合的可能性越大,亦即电击的危险性也越大。 1.2.3 通电时间越长,人体电阻因出汗等原因而降低,导致通过人体的电流进一步增加,电击危险性亦随之增加。 1.3 伤害程度与电流途径的关系 1.3.1 电流通过心脏会引起心室颤抖,促进心脏停止跳动,中断血液循环,导致死亡。 1.3.2 电流通过中枢神经或有关部位,会引起中枢神经严重失调而导致死亡。 1.3.3 电流通过脊髓,可导致半截肢体瘫痪。 1.3.4 从左手到胸部,电流途经心脏而且途径也最短,是最危险的电流途径;从手得手,电流也途经心脏,因此也是很危险的电流途径;从脚到脚的电流是危险性较小的电流途径,但可能因痉挛而摔倒,导致电流通过全身或摔伤、坠落等二次事故。 1.4 伤害程度与电流种类的关系 以上介绍的是工频电流对人体的伤害作用。直流电流、高频电流、冲击电流和静电电荷对人体的伤害程度,一般较工频电流为轻。以下着重介绍此四种电流对人体伤害的情况。 1.4.1 直流电流对人体的作用 直流电的最小感知电流:男性约为5.2mA,女性约为3.5mA;均匀摆脱电流:男性约为76mA,女性约为51mA;可能引起心室颤抖的电流:通电时间0.03s时约为1300mA,通电时间3s时约为500mA。 表3是直流电流沿手 - 躯干 - 手的途径通过人体(成年男性)的实验资料。 表3 直流电流对人体作用的实验资料 (mA)
图2 直流电流对人体作用区域划分图 考虑到电流通过期间的是非对人体所产生的影响,建议按图2确定直流电流对人体的危害作用。图中,a以左的Ⅰ区是没有感觉的区域;a和b之间的Ⅱ区是开始有感觉,但一般没有病理伤害的区域;c和d是根据对狗的实验导出的,可引起人的心室颤抖的界限,其中,与c相对应的心室颤抖的概率为0.5%;与d相对应的为50%。 1.4.2 高频电流对人体的作用 由于电流的频率不同,对人体的伤害程度也不同。25Hz~300Hz交流电对人体的伤害最严重,1000Hz以上时,其伤害程度将明显减轻,但是高压高频电流也有电击致命的危险。男性摆脱电流与电流频率的关系如图3所示。图中与曲线1、2、3、4、5、6和7相对应的摆脱概率分别为99.5%、99%、75%、50%、25%、1%和0.5%。女性摆脱电流与频率的关系,只要将图3中摆脱电流降低约1/3即可。 @Y1901.gif 图3 摆脱电流与频率的关系 10000Hz高频交流电,最小感知电流,对于男性约为12mA,女性约为8mA;均匀摆脱电流,对于男性约为75mA,女性约为50mA;可能引起心室颤抖的电流,通电时间0.03s时约为1100mA,通电时间3s时约为500mA。 3.冲击电流和静电电荷对人体的伤害 雷电和静电都能产生冲击电流,冲击电流能引起强烈的肌肉收缩,给人以冲击的感觉,使人有冲击感觉的最小电流为数十毫安以上。10μs~100μs的冲击电流其电流值接近100mA时,但也不一定引起心室颤抖而使人毙命。 静电电荷对人体的伤害与静电能量有关,亦即与带电体的电容和电压有关。如系电容器放电,当电容器的电容为740pF时,电压与电击程度的关系见表4。 表4 静电电荷对人体的作用
通常以为,当人体电阻为1000Ω时,冲击电流引起心室颤抖的界限为27M·s。当人体电阻为500Ω时,引起心室颤抖的冲击电流与时间的关系如图4所示。 1.5 伤害程度与人体状况的关系 随着人体条件的不同,不同的人对电流的敏感程度,以及不同的人在遭受同样电流的电击时其危险程度都不完全相同。 女性对电流较男性敏感,女性的感知电流和摆脱电流约比男性低1/3。 小孩的摆脱电流较低,遭受电击时比成人危险。 人体患有心脏病症时,受电击伤害比健壮人严重。 2 安全电压的确定 安全电压是制定安全措施的依据,安全电压决定于人体答应的电流和人体电阻。 2.1 人体答应电流 在摆脱电流范围内,人触电以后能自主摆脱带电体,解除触电危险。一般情况下,可以把摆脱电流看作是答应电流。在装有防止触电的速断保护装置的场合,人体答应电流可按30mA考虑。在空中、水面等可能因电击造成严重二次事故的场合,人体答应电流应按不引起强烈痉挛的5mA考虑。 应当说明,这里所指的人体答应电流,并不是人体长时间能够承受的电流。 2.2 人体电阻 通常所指的人体电阻,实际上并不是纯电阻。人体电阻主要由体内电阻、皮肤电阻和皮肤电容组成。而皮肤电容很小,可以忽略不计。 体内电阻基本上不受外界因素的影响,其数值约为500Ω。 皮肤电阻随着条件的不同,可在很大范围内变化,使得人体电阻也在很大的范围内变化。皮肤表面0.05~0.2mm厚的角质层,其电阻可高达10kΩ~100kΩ,但角质层不是一张完整的薄膜,而且很轻易遭到破坏,故在计算人体电阻时,不宜将角质层考虑在内。除往角质层,人体电阻一般不低于1000Ω。 不同条件下的人体电阻可按表5考虑。一般情况下,人体电阻可按1000Ω~2000Ω考虑。 表5 不同条件下的人体电阻(Ω)
① 干燥场所的皮肤,电流途径为单手至双足。 ② 湿润场所的皮肤,电流途径为单手至双足。 ③ 有水蒸气等特别湿润场所的皮肤,电流途径为双手至双足。 ④ 游泳池或浴池中的情况,基本上为体内电阻。 影响人体电阻的因素很多,诸如: 2.2.1皮肤角质层的厚薄:凡是角质层薄的皮肤电阻小;角质层厚的皮肤电阻就较大。 2.2.2 皮肤湿润、多汗、有损伤、带有导电粉尘等,都会降低人体电阻。 2.2.3 接触面积加大,接触压力增加,也会降低人体电阻。 2.2.4通过的电流增大、通电的时间加长,会使人体增加发热出汗,从而也会降低人体的电阻。 2.2.5 接触电压增高,会击穿人体的角质层,并增强机体电解,从而使人体电阻降低等。 在考虑皮肤干、湿对人体电阻的影响下,人体电阻和接触电压的关系,如图5所示,图中,曲线a是人体电阻的上限,曲线c是人体电阻的下限,曲线b是人体电阻的均匀值。a和b之间相应于干燥的皮肤;b和c之间相应于湿润的皮肤。 @Y2201.gif 图5 人体电阻和接触电压的关系 2.3 安全电压值 我国安全电压值过往多采用36V和12V,83年我国已正式颁布GB3805—83《安全电压标准》。为有力贯彻执行这一《标准》,以下就有关内容作一介绍。 2.3.1 安全电压的定义 为了防止触电事故而采用的由特定电源供电的电压系列。这个电压系列的上限值,在正常和故障情况下,任何两导体间或任一导体与地之间均不得超过交流(50Hz~500Hz)有效值50V。 (1)除采用独立电源外,安全电压的供电电源的输进电路与输出电路必须实行电路上的隔离。 (2)工作在安全电压下的电路,必须与其它电气系统和任何无关的可导电部分实行电气上的隔离。 2.3.2 安全电压的等级及选用举例(见表6) 表6 安全电压的等级及选用举例
2.3.3 几点说明 在这里对《安全电压标准》做几点说明: |
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