Die Auswirkungen von elektrischem Strom auf den Menschen sind in ihrer Art und Art äußerst vielfältig. Sie hängen von vielen Faktoren ab.
Je nach Art der Einwirkung werden thermische, biologische, elektrolytische, chemische und mechanische Schäden unterschieden.
Die thermische Wirkung des Stroms äußert sich in Verbrennungen einzelner Körperteile, Schwärzung und Verkohlung der Haut und Weichteile; Erhitzen von Organen im Strompfad, Blutgefäßen und Nervenfasern auf eine hohe Temperatur. Der Erwärmungsfaktor verursacht Funktionsstörungen in den Organen und Systemen des menschlichen Körpers.
Die elektrolytische Wirkung von Strom äußert sich in der Zersetzung verschiedener Körperflüssigkeiten in Ionen, die ihre Eigenschaften verletzen.
Die chemische Wirkung des Stroms äußert sich im Auftreten chemischer Reaktionen im Blut, in der Lymphe und in den Nervenfasern unter Bildung neuer körperfremder Stoffe.
Die biologische Wirkung führt zu Reizungen und Erregungen lebender Gewebe im Körper, zum Auftreten von Krämpfen, Atemstillstand und Veränderungen in der Art der Herztätigkeit.
Die mechanische Wirkung des Stroms äußert sich in einer starken Kontraktion der Muskeln bis hin zu deren Bruch, Rissen der Haut, Blutgefäßen, Knochenbrüchen, Gelenkluxationen und Gewebetrennungen.
Nach der Art des Schadens werden unterschieden: elektrische Verletzungen und elektrische Verletzungen
Elektrische Verletzungen sind lokale Läsionen (Verbrennungen, elektrische Flecken, Metallisierung der Haut, mechanische Schäden, Elektroophthalmie).
Elektrische Verbrennungen werden in Kontakt- und Lichtbogenverbrennungen unterteilt. Kontaktlichtbögen treten an der Kontaktstelle der Haut mit dem stromführenden Teil einer elektrischen Anlage mit einer Spannung von nicht mehr als 2 kV auf, Lichtbogenlichtbögen – an Orten, an denen ein Lichtbogen aufgetreten ist, der eine hohe Temperatur und hohe Energie aufweist. Der Lichtbogen kann ausgedehnte Körperverbrennungen, Verkohlungen und sogar vollständige Verbrennungen großer Körperbereiche verursachen.
Elektrische Markierungen sind dichte graue oder blassgelbe Bereiche auf der Hautoberfläche einer Person, die Strom ausgesetzt war. In der Regel verliert die Haut an der Stelle des elektrischen Zeichens an Empfindlichkeit.
Bei der Metallisierung der Haut werden kleinste Metallpartikel, die unter Einwirkung eines Lichtbogens geschmolzen sind, oder geladene Elektrolytpartikel aus Elektrolysebädern in die oberen Hautschichten eingebracht.
Elektroophthalmie ist eine Entzündung der äußeren Augenmembranen, die durch die Einwirkung eines starken Stroms ultravioletter Strahlung aus einem Lichtbogen entsteht. Eine Schädigung der Hornhaut ist möglich, was besonders gefährlich ist.
Elektroschocks sind häufige Läsionen, die mit der Erregung von Geweben durch durchfließenden Strom einhergehen (Funktionsstörungen des Zentralnervensystems, der Atmungs- und Kreislauforgane, Bewusstlosigkeit, Sprachstörungen, Krämpfe, Atemversagen bis zum Stillstand, sofortiger Tod). .
Je nach Grad der Einwirkung auf eine Person werden drei Schwellenstromwerte unterschieden: tastbar, nicht freisetzend und flimmernd.
Sensibel ist ein elektrischer Strom, der, wenn er durch den Körper fließt, spürbare Reizungen hervorruft. Das Gefühl eines elektrischen Wechselstromflusses beginnt normalerweise bei 0,6 mA.
Nicht freisetzender Strom ist ein Strom, der, wenn er durch eine Person fließt, unwiderstehliche krampfhafte Kontraktionen der Muskeln der Arme, Beine oder anderer Körperteile verursacht, die mit dem stromdurchflossenen Leiter in Kontakt stehen. Ein Wechselstrom mit industrieller Frequenz, der durch Nervengewebe fließt, beeinflusst die Bioströme des Gehirns und bewirkt an der Kontaktstelle eine „Verkettung“ mit einem nicht isolierten Stromleiter. Ein Mensch kann sich nicht selbstständig vom lebenden Teil losreißen.
Flimmern ist ein Strom, der, wenn er durch den Körper fließt, Herzflimmern (mehrmalige unkoordinierte Kontraktionen einzelner Muskelfasern des Herzens) verursacht. Flimmern kann zu Herzstillstand und Atemlähmung führen.
Das Ausmaß des Stromschlags hängt von der elektrischen Leitfähigkeit oder ihrem umgekehrten Parameter ab – dem allgemeinen elektrischen Widerstand des Körpers. Sie wiederum werden bestimmt:
Individuelle Eigenschaften des menschlichen Körpers;
Parameter des Stromkreises (Spannung, Stärke und Art des Stroms, Frequenz seiner Schwingungen), unter die der Arbeitnehmer fiel;
Indem Strom durch den menschlichen Körper geleitet wird;
Bedingungen für die Einbindung in das Stromnetz;
Dauer der Exposition;
Umgebungsbedingungen (Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Vorhandensein von leitfähigem Staub usw.).
Ein geringer elektrischer Widerstand des Körpers trägt zu schwerwiegenderen Schadensfolgen bei. Der elektrische Widerstand des menschlichen Körpers nimmt aufgrund ungünstiger physiologischer und psychologischer Bedingungen (Müdigkeit, Krankheit, Alkoholvergiftung, Hunger, emotionale Erregung) ab.
Der gesamte elektrische Widerstand des menschlichen Körpers ergibt sich aus dem Widerstand jedes Körperteils, der sich entlang des Stromflusspfads befindet. Jeder Abschnitt hat seinen eigenen Widerstand. Den größten elektrischen Widerstand weist die obere Hornschicht der Haut auf, in der es keine Nervenenden und Blutgefäße gibt. Bei nasser oder geschädigter Haut beträgt der Widerstand etwa 1000 Ohm. Bei trockener Haut ohne Schädigung steigt sie um ein Vielfaches. Beim elektrischen Durchschlag der äußeren Hautschicht wird der Gesamtwiderstand des menschlichen Körpers deutlich reduziert. Je länger der Strom fließt, desto schneller sinkt der Hautwiderstand.
Die Schwere der Verletzung eines Menschen ist proportional zur Stärke des durch seinen Körper fließenden Stroms. Ein Strom von mehr als 0,05 A kann bei einer Einwirkungsdauer von 0,1 s eine Person tödlich verletzen.
Wechselstrom ist gefährlicher als Gleichstrom, bei hohen Spannungen (mehr als 500 V) wird Gleichstrom jedoch gefährlicher. Der gefährlichste Frequenzbereich von Wechselstrom liegt zwischen 20 und 100 Hz. Der Großteil der Industrieanlagen arbeitet mit einer Frequenz von 50 Hz, die innerhalb dieses gefährlichen Bereichs liegt. Hochfrequente Ströme sind weniger gefährlich. Hochfrequenzströme können nur oberflächliche Verbrennungen verursachen, da sie sich nur über die Körperoberfläche ausbreiten.
Der Grad der Schädigung des Körpers bestimmt maßgeblich den Weg, auf dem der elektrische Strom durch den menschlichen Körper fließt. Die in der Praxis am häufigsten verwendeten Optionen sind 1, 2, 5, 6, 7, dargestellt in Abb. 2.1.
Reis. 2.1. Optionen für den Durchgang von elektrischem Strom durch den menschlichen Körper: 1 - „Hand-zu-Hand“; 2 - „Arme und Beine“; 5 – „Bein an Bein“; 6 - „Kopf-Beine“; 7 - „Kopf-Hand“
Eine Person berührt mit beiden Händen spannungsführende Leitungen oder spannungsführende Geräteteile. Dabei fließt der Strom von einer Hand zur anderen durch Lunge und Herz. Dieser Weg wird üblicherweise „Hand – Hand“ genannt;
Eine Person steht mit beiden Füßen auf dem Boden und berührt mit einer Hand die Stromquelle. Der Stromflussweg wird in diesem Fall „Arm – Beine“ genannt. Der Strom fließt durch die Lunge und möglicherweise das Herz;
Eine Person steht mit beiden Füßen auf dem Boden in dem Bereich, in dem Strom von defekten elektrischen Geräten zur Erde fließt, die in diesem Fall als Erdungselektrode dienen. Die Erde erhält im Umkreis von bis zu 20 m ein Spannungspotential, das mit der Entfernung von der Erdungselektrode abnimmt. Jedes Bein einer Person erhält ein anderes Spannungspotential, das durch die Entfernung zum defekten elektrischen Gerät bestimmt wird. Dadurch entsteht ein Stromkreis „Bein-Bein“, dessen Spannung schrittweise aufgerufen wird;
Wenn Sie stromführende Teile mit dem Kopf berühren, kann ein Stromkreis entstehen, bei dem der Strompfad „Kopf – Hände“ oder „Kopf – Füße“ ist.
Die gefährlichsten Optionen sind solche, bei denen lebenswichtige Systeme des Körpers – Gehirn, Herz, Lunge – in den betroffenen Bereich gelangen. Dies sind Ketten: „Kopf – Hand“, „Kopf – Füße“, „Hände – Füße“, „Hand – Hand“.
Beispiel. Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz und einer Spannung von 220 V, wie er in häuslichen Stromnetzen üblich ist, kann beim Durchgang auf dem Hand-zu-Fuß-Weg je nach Stromstärke unterschiedliche Auswirkungen haben. Wenn die Stromstärke also 0,6-1,5 mA beträgt, ist dies bereits spürbar. Es geht mit leichtem Juckreiz und leichtem Zittern der Finger einher. Bei einer Stromstärke von 2,0-2,5 mA treten Schmerzen und starkes Zittern der Finger auf. Bei einer Stromstärke von 5,0-7,0 mA kommt es zu Krämpfen der Hände. Ein Strom von 20,0-25,0 mA ist bereits ein nicht auslösender Strom. Die Person kann ihre Hände nicht selbstständig vom Schaffner losreißen, es treten starke Schmerzen und Krämpfe sowie Atembeschwerden auf. Bei einer Stromstärke von 50,0-80,0 mA kommt es zu einer Atemlähmung (bei längerem Stromfluss kann es zu Herzflimmern kommen). Bei 90,0–100,0 mA tritt Flimmern auf. Nach 2-3 Sekunden kommt es zu einer Atemlähmung (Tabelle 2.1).
Tabelle 2.1. Die Art der Auswirkung auf eine Person, wenn elektrischer Strom durch den Körper (Körperteile) fließt.
Der Gleichstromfluss durch den menschlichen Körper mit einer Spannung von weniger als 500 V verursacht Schmerzen an der Kontaktstelle mit dem Leiter, in den Gelenken der Gliedmaßen, schmerzhafte Stöße und Verbrennungen. Es kann jedoch auch zu einem Atem- oder Herzstillstand kommen. Bei Spannungen ab 500 V gibt es praktisch keine Unterschiede in der Wirkung von Gleich- und Wechselstrom.
Es besteht ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen dem durch den menschlichen Körper fließenden Strom und der an ihm angelegten Spannung. Mit zunehmender Spannung steigt der Strom schneller als die Spannung.
Der Grad der Gefahr eines Stromschlags hängt von den Bedingungen ab, unter denen eine Person an das Stromnetz angeschlossen ist. In der Produktion werden dreiphasige Wechselstromnetze (mit isoliertem Neutralleiter oder mit geerdetem Neutralleiter) und einphasige Stromnetze verwendet. Alle von ihnen sind gefährlich, aber jede birgt ein unterschiedliches Maß an Gefahr.
Bei dreiphasigen Wechselstromnetzen mit beliebigem Neutralmodus ist der zweiphasige Kontakt (gleichzeitig mit zwei Drähten eines funktionierenden Netzes) am gefährlichsten. Eine Person schließt zwei Phasendrähte durch ihren Körper und steht unter der vollen Netzspannung. In diesem Fall verläuft der Strom auf dem gefährlichsten „Hand-zu-Hand“-Weg. Die Stromstärke ist maximal, da nur ein sehr geringer (ca. 1000 Ohm) Widerstand des menschlichen Körpers mit dem Netz verbunden ist. Zweiphasiger Kontakt mit aktiven Teilen der Anlage kann auch bei einer Spannung von 100 V lebensgefährlich sein.
Wenn Sie das Kabel einer Anlage im Notbetrieb berühren (Unterbrechung des zweiten Kabels und Kurzschluss einer Phase mit Erde), ist aufgrund der Umverteilung der Spannungen zwischen den Phasen das Risiko eines schweren Stromschlags für eine Person etwas geringer.
Dreiphasige Stromnetze mit geerdetem Neutralleiter sind etwas weniger gefährlich als Netze mit isoliertem Neutralleiter. Solche Netzwerke haben einen sehr geringen Widerstand zwischen Neutralleiter und Erde, sodass die Erdung des Neutralleiters Sicherheitszwecken dient.
Am wenigsten gefährlich ist es immer, eines der Kabel eines funktionierenden Netzwerks zu berühren.
Wenn ein gebrochener Draht auf den Boden fällt oder wenn die Isolierung beschädigt ist und es zu einem Phasendurchschlag durch das Gerätegehäuse zur Erde sowie an den Stellen der Erdungselektrode kommt, breitet sich der Fehlerstrom in den Boden aus. Es gehorcht dem hyperbolischen Gesetz (Abb. 2.2).
Reis. 2.2. Diagramm der Ausbreitung des Fehlerstroms im Boden: 1 - Stelle, an der ein gebrochener Draht auf den Boden fällt; 2 - Kurve (Hyperbel) der Potentialverteilung auf der Erdoberfläche während der Stromausbreitung; U3 - Spannung an der Fehlerstelle
Da die Erde einen erheblichen Widerstand für die Stromausbreitung darstellt, haben alle Punkte, die sich auf derselben radialen Geraden, aber in unterschiedlichen Abständen vom Anschlusspunkt des Leiters zur Erde befinden, unterschiedliche Potenziale. Sie ist an der Erdungselektrode maximal, nimmt mit der Entfernung von dieser ab und ist jenseits der Grenze der Ausbreitungszone gleich Null. In einem Abstand von 1 m vom Erder beträgt der Spannungsabfall im trockenen Boden bereits 68 %, in einem Abstand von 10 m - 92 %. Das Auffinden einer Person in der Stromflusszone in der Nähe der Erdungselektrode kann gefährlich sein.
Es ist erforderlich, den Gefahrenbereich in sehr kleinen Schritten entlang des Radius zu verlassen. Gemäß den „Sicherheitsanweisungen für den Betrieb von Umspannwerken, Stromversorgungspunkten und Abschnitten elektrifizierter Eisenbahnen“ Nr. TsE-402, genehmigt vom russischen Eisenbahnministerium am 17. Oktober 1996, bewegen sie sich in der Zone des sich ausbreitenden Erdschlusses Strom ohne Schutzausrüstung (dielektrische Galoschen, Boot) erfolgt durch Bewegen der Füße auf dem Boden und ohne sie voneinander abzuheben. Mit zunehmender Schrittlänge nimmt der Unterschied in den Potentialen zu, unter denen sich jedes Bein befindet. Die Spannung, die sich aufgrund der Potentialdifferenz in der Stromausbreitungszone zwischen zwei Punkten auf der Erdoberfläche bildet, die in radialer Richtung in einem Stufenabstand (0,8 m) voneinander entfernt sind, wird als Stufenspannung bezeichnet. Der Strompfad mit einer Schrittspannung von Bein zu Bein berührt keine lebenswichtigen Organe. Bei starker Belastung kommt es jedoch zu Beinkrämpfen und die Person stürzt. In diesem Fall wird der Stromkreis durch den gesamten Körper der gestürzten Person geschlossen.
In einphasigen Gleichstromnetzen ist es auch am gefährlichsten, wenn eine Person zwei Drähte gleichzeitig berührt, da in diesem Fall der durch den menschlichen Körper fließende Strom nur durch den Widerstand seines Körpers bestimmt wird.
Die Dauer der aktuellen Exposition ist oft ein Faktor, von dem der Ausgang der Verletzung abhängt. Je länger der elektrische Strom auf den Körper einwirkt, desto schwerwiegender sind die Folgen. Nach 30 s sinkt der Widerstand des menschlichen Körpers gegen den Stromfluss um etwa 25 % und nach 90 s um 70 %.