Artykuł przedstawia wpływ prądu elektrycznego na
organizm ludzki. Jeśli chcesz wiedzieć, co grozi ci w przypadku
porażenia- przeczytaj. Dowiesz się m.in o wpływie rodzaju prądu, czasu
jego oddziaływania czy częstotliwości na człowieka.
Siłą rzeczy, elektronik w
swojej codziennej praktyce ma do czynienia z prądem elektrycznym.
Czasami są to prądy o znacznych natężeniach czy napięcia o dużych
wartościach. Intuicyjnie wyczuwamy, że elektryczność to niebezpieczna
siła, ale tak naprawdę nie zawsze wiemy, czy akurat te jej parametry z
którymi aktualnie się stykamy przekraczają wartości bezpieczne. Często w
ogóle nie znamy progów bezpieczeństwa. W niniejszym artykule chciałbym
zamalować te białe plamy w wiedzy elektronicznej i przytoczyć kilka
faktów na temat oddziaływania prądu elektrycznego na organizm ludzki.
Od czego to zależy?
W przypadku wystąpienia
porażenia prądem elektrycznym nie sposób jest przewidzieć jednoznacznie
jego skutków, gdyż te zależą od dużej liczby najróżniejszych czynników.
Każda sytuacja jest inna i nie istnieją kryteria pozwalające z całą
pewnością stwierdzić, że stanie się tak czy inaczej. Możemy jedynie w
przybliżeniu wnioskować czy przewidywać potencjalne zagrożenia,
analizując następujące czynniki:
a) rodzaj prądu (stały, przemienny) i jego wartość
Prąd stały jest generalnie
bezpieczniejszy. Napięcie dotykowe dopuszczalne długotrwale wynosi w
jego przypadku 120V dla warunków normalnych (sucha skóra, nieprzewodzące
stanowisko), 60V dla warunków zwiększonego zagrożenia (mokra skóra,
przewodzące stanowisko) i 30V dla warunków szczególnego zagrożenia.
Graniczna wartość natężenia takiego prądu to 70mA. Progi dla prądu
przemiennego są dużo niższe i wynoszą: napięcia dotykowe dopuszczalne
długotrwale to 50V (warunki normalne), 25V (zwiększone zagrożenie) i
tylko 12V przy szczególnym zagrożeniu, natomiast niebezpieczny prąd
rażeniowy to już 30mA. Z tego zestawienia widać, że najczęściej
elektronicy (a zwłaszcza hobbyści) stykają się z wartościami
bezpiecznymi jeśli chodzi o napięcia. Napięcia w ich przypadku rzadko
przekraczają 24VDC (chyba że mają do czynienia z urządzeniami zasilanymi
przez transformator sieciowy). Nieco gorzej może być z prądami, gdyż
70mADC to nie jest duża wartość.
b) częstotliwość prądu
Prądy o wyższych
częstotliwościach są uważane za bardziej bezpieczne. Wynika to z tzw.
efektu naskórkowości, czyli ze zjawiska polegającego na tym, że im
większą częstotliwość ma prąd tym płycej wnika w materiał (w tym w ciało
ludzkie). Dzięki temu jest szansa że prąd nie dotrze do serca ale
pozostanie tylko w wierzchniej warstwie ciała.
c) czas przepływu
W punkcie b) przytoczyłem
parametry odnośnie wartości prądów i napięć. Są to wartości dopuszczalne
długotrwale. Oczywiście człowiek jest w stanie przeżyć więcej, ale
wszystko zależy wówczas od czasu oddziaływania energii elektrycznej na
organizm. Jak podpowiada logika, im krótszy czas tym „zniesiemy” większe
wartości. W tym kontekście napięcia i prądy oraz czasy powinny być
rozpatrywane łącznie a analiza wpływu np. samego czasu przepływu prądu w
oderwaniu od jego wielkości nie ma większego sensu. Z tej przyczyny
tworzy się specjalne wykresy czasowo-prądowe zarówno dla prądu stałego
jak i zmiennego, na których dodatkowo zaznaczane są strefy przynoszące
określone oddziaływania (o czym później).
d) droga przepływu
Najniebezpieczniejsze są te
prądy, które płyną przez serce, a jak wiemy prąd zawsze płynie
najkrótszą (o najmniejszym oporze) drogą. Dlatego też porażenie w
przypadku gdy np. trzymamy przewód fazowy w jednej ręce a neutralny w
drugiej niesie dużo większe zagrożenie niż sytuacja gdy prąd płynie z
przewodu fazowego trzymanego w ręce przez ciało do ziemi. W pierwszym
przypadku droga przepływu wiedzie przez serce, a w drugim istnieje spora
szansa że ten organ zostanie ominięty.
e) indywidualne cechy człowieka
Człowiek, z punktu widzenia
prądu elektrycznego, stanowi jakąś impedancję. O ile dla prądu stałego
jest to jedynie rezystancja, o tyle dla przemiennego wchodzą jeszcze w
grę pojemności (reaktancje). Impedancja ciała nie jest
stała i zależy m.in. od wilgotności powietrza, stanu naskórka
(wilgotność, uszkodzenia), napięcia dotykowego (dlatego można stwierdzić
że człowiek jest w pewnym sensie… warystorem), częstotliwości prądu,
drogi przepływu itd. W dodatku impedancja ta nie jest jednakowa dla
wszystkich i wykazuje dużą zmienność osobniczą. Dla większości populacji
przy częstotliwości technicznej (50-60Hz) zawiera się ona przedziale
1500-4500 Ohm.
f) warunki środowiskowe i cechy otoczenia
Na to, że warunki
środowiskowe są ważne, wskazuje chociażby punkt b) gdzie wartości napięć
dotykowych dopuszczalnych długotrwale są zróżnicowane m.in. ze względu
na otoczenie oraz punkt e) w którym stwierdziliśmy, że na impedancję
ciała człowieka wpływa także wilgotność powietrza. Dodatkowo można
powiedzieć że otoczenie (podłoże) wnosi własną rezystancję (tzw.
rezystancję przejścia) stanowiącą dodatkową przeszkodę dla przepływu
prądu i zależną od rodzaju podłoża (np. 1 GOhm dla drewna czy tylko 100
Ohm dla betonu).
Skutki
Oddziaływanie prądu
elektrycznego na organizm ludzki jest bardzo złożone i dotyczy prawie
wszystkich części ciała. Skutków przepływu prądu jest naprawdę dużo i
nie sposób ich wszystkich wymienić w ramach krótkiego artykułu. Postaram
się przytoczyć te najważniejsze.
Do efektów bezpośrednich
zaliczyć można skórcze mięśni. Mięśnie do swego działania potrzebują
impulsów elektrycznych dostarczanych z układu nerwowego. Z kolei już od
czasów doktora Luigi Galvaniego i jego słynnego doświadczenia z żabimi
udkami (1789r.) wiadomo, że stymulacja mięśni prądem powoduje ich
skurcze. Zewnętrzne sygnały elektryczne niejako zastępują te płynące z
mózgu. W przypadku porażenia może dochodzić do skurczy mięśni dłoni
trzymającej przewód co utrudnia lub wręcz uniemożliwia jego puszczenie i
uwolnienie się. Próg uwolnienia dla kobiet to 6mA AC a dla mężczyzn
10mA AC. Znacznie groźniejsze są skurcze mięśni klatki piersiowej,
uniemożliwiające samodzielne oddychanie i mogące doprowadzić do
uduszenia się, czy skurcze serca mogące spowodować zatrzymanie jego
pracy (fibrylacja).
Prąd oddziałuje również na układ nerwowy i może powodować zaburzenia czucia, równowagi czy omdlenia.
Ciało człowieka stanowi pewną
impedancję, w tym duży udział ma rezystancja. Ze znanych wzorów P=RI^2 i
P=U^2/R wynika, że na tej rezystancji może wydzielić się moc w postaci
ciepła, która dla dużych prądów i napięć może osiągnąć znaczne wartości.
Nie trzeba chyba nikogo przekonywać, że duża ilość ciepła przepływająca
przez organizm nie zdziała niczego dobrego. Pod wpływem wydzielanej
mocy i wygenerowanego przez nią ciepła może dojść m.in. do oparzenia
skóry, mięśni i organów wewnętrznych czy do pękania torebek stawowych.
Efekty pośrednie sprowadzają się m.in.
do oddziaływania łuku elektrycznego, który może spowodować nie tylko
oparzenia ale również uszkodzić wzrok. Drugą grupą efektów pośrednich są
urazy mechaniczne. Dobrym przykładem jest sytuacja, gdy wkręcamy
żarówkę do żyrandola stojąc na drabinie. Pod wpływem „kopnięcia” spadamy
z drabiny i łamiemy rękę. Uraz mechaniczny a przyczyna elektryczna.
Powróćmy teraz do charakterystyk
czasowo-prądowych. Przedstawiają one korelację między czasem przepływu
prądu, jego wartością i wywoływanymi przezeń skutkami. Każdy wykres
podzielony jest na cztery strefy, przy czym strefa ostatnia podzielona
jest na trzy mniejsze.
Dla prądów i czasów ze strefy 1 żadne
reakcje na przepływ prądu nie są obserwowane. Jest to więc strefa
absolutnego bezpieczeństwa. W strefie 2 przepływ prądu jest już przez
organizm wyczuwany jednak nie powoduje on jakichkolwiek skutków
patofizjologicznych. W strefie 3 mogą już wystąpić skutki np. w postaci
skurczów mięśni dłoni czy klatki piersiowej natomiast w strefie 4
dochodzi prawdopodobieństwo migotania komór serca. Dla strefy 4.1 wynosi
ono mniej niż 5%, dla 4.2 mniej niż 50% a dla 4.3 przekracza 50%.
Podsumowanie
Prąd elektryczny to
niebezpieczna siła i powinien być traktowany z wielkim respektem.
Jednak, jak każda bestia daje się obłaskawić i zaprząc do pożytecznej
pracy. Wszystko zależy jedynie od naszej ostrożności i umiejętności.
Pamiętajmy, że prąd towarzyszy nam w sposób intensywny już od ponad 100
lat i przez ten czas wyrządził więcej dobrego niż złego. Nie bójmy się
go, tylko starajmy się zrozumieć jego działanie.
Mam nadzieję, że dzięki temu krótkiemu artykułowi
przybliżyłem czytelnikom nieco zagadnień dotyczących bezpieczeństwa i
otworzyłem oczy na pomijane do tej pory sprawy.
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz