Skutki działania prądu elektrycznego na organizm ludzki
Skutki działania prądu elektrycznego na organizm człowieka można rozpatrywać jako fizyczne (np. cieplne), chemiczne (np. zmiany elektrolityczne) lub biologiczne (np. zaburzenia czynności). Prąd stały działa na człowieka inaczej niż prąd zmienny. Prądy przemienne o dużej częstotliwości nie wywołują zaburzeń przewodnictwa w nerwach, skurczów mięśni i zaburzeń w czynnościach mięśnia sercowego, mogą jednak doprowadzić do uszkodzeń wskutek wytwarzania ciepła na drodze przepływu przez ciało. Prądy o bardzo dużych częstotliwościach (kilka tysięcy Hz) mają stosunkowo małą zdolność do przenikania w głąb tkanek. Im częstotliwości są większe, tym działanie jest bardziej powierzchniowe. W praktyce najbardziej niebezpieczne dla człowieka są prądy przemienne o częstotliwości 50, 60Hz, a więc częstotliwości przemysłowej. Progowe wartości odczucia przepływu prądu przez elektrodę trzymaną w ręku wynoszą:
Prąd / Płeć Mężczyźni Kobiety
Stały 5,0 mA 3,5 mA
Zmienny (50..60Hz) 1,1 mA 0,7 mA
Prąd przemienny przepływając przez mięśnie, powoduje ich silne skurcze. Człowiek obejmujące ręką przewód doznaje skurczu mięśni zginających palce, co powoduje powstanie zjawiska zwanego przymarzaniem (nie udaje się oderwać ręki od przewodu). Górna granica wartości prądu oderwania (samo uwolnienia) wynosi 10...12 mA przy częstotliwości prądu 50...60Hz. Skutki przepływu prądu przez ciało zależą od jego wartości, drogi i czasu przepływu oraz stanu zdrowotnego poparzonego. Decydujący wpływ, gdy chodzi o niebezpieczeństwo porażeń ma wartość prądu i czas przepływu. Prąd przepływający przez ciało człowieka wpływa na wartość rezystancji wewnętrznej ciała oraz na wartość niewielkiej, lecz najbardziej niebezpiecznej składowej prądu przepływającego przez serce.
Przepływ krwi w naczyniach krwionośnych jest wywołany pracą serca. Mimo, że przez serce przepływa niewielka wartość prądu, może ona spowodować śmiertelne skutki – najczęściej występuje migotanie komór sercowych. Stan ten należy do najtrudniej odwracalnych. Istotnym czynnikiem decydującym o wystąpieniu tego zjawiska jest czas przepływu prądu, a w przypadku krótkich przepływów, moment na który on przypadł. Jeśli przypada na początek rozkurczów (przerwa w pracy serca), to prawdopodobieństwo wystąpienia migotania jest bardzo duże. Przy czasie przepływu krótszym od 0,2s wystąpienie migotania komór jest rzadkie. W czasie rażenia występują również zaburzenia oddychania. Przepływ prądu przez mózg może spowodować zahamowanie czynności ośrodka oddechowego sterującego czynnością oddychania. Doprowadza to w krótkim czasie do ustawania oddychania, krążenia krwi (z powodu braku tlenu) i śmierć. Podczas przepływu prądu przez klatkę piersiową dochodzi więc do skurczu mięśni oddechowych, co w konsekwencji prowadzi do uduszenia.
Podczas przepływu prądu elektrycznego przez organizm ludzki następuje pobudzenie, a następnie porażenie układu nerwowego. Skutkiem tego jest utrata przytomności.
Może ona być spowodowana:
- Zatrzymaniem krążenia wywołanym niedostateczną pracą serca, migotaniem komór lub zatrzymaniem serca.
- Przepływem prądu bezpośrednio przez czaszkę i mózg
Wytwarzanie się dużej ilości ciepła przy przepływie prądów o wysokim napięciu może w ciągu kilku sekund wywołać nieodwracalne uszkodzenie lub zniszczenie mózgu.
Przepływ prądu przez ciało powoduje wytwarzanie ciepła na drodze tego przepływu. Wzrost temperatury może prowadzić do nieodwracalnych uszkodzeń organizmu człowieka. Najczęściej spotyka się uszkodzenia skóry. W miejscu wejścia prądu powstają oparzenia; od zaczerwienienia skóry, powstawania pęcherzy oparzeniowych, po martwicę skóry i zwęglenie. Produkty rozpadu oparzonych tkanek mogą spowodować śmierć przepływu prądu przy dobrej styczności z przewodnikiem.
Przepływ prądu elektrycznego może spowodować również uszkodzenia mięśni. W wyniku gwałtownych skurczów może nastąpić przerwanie włókien mięśnia. Mogą wystąpić również zmiany w strukturze włókien mięśniowych, a także uszkodzenia kości.
Często spotyka się uszkodzenia ciała spowodowane pośrednim działaniem prądu elektrycznego, gdy nie przepływa on przez ciało. Dzieje się tak w przypadkach powstania łuku elektrycznego, w wyniku zwarcia w urządzeniach elektrycznych.
Łuk elektryczny może spowodować mechaniczne uszkodzenia skóry, mające wygląd ran ciętych, kłutych lub postrzałowych. Towarzyszą temu często poważne oparzenia skóry powstałe również w wyniku zapalenia się odzieży. Łuk elektryczny może wywołać również uszkodzenie cieplne i świetlne narządu wzroku.
Do urazów wywołanych pośrednio przez prąd należy zaliczyć także złamania i inne obrażenia wynikłe wskutek upadku z wysokości wskutek odruchowej reakcji na porażenie.
Pierwsza pomoc w wypadku porażenia prądem
Porażenia elektryczne doprowadzają do rozmaitych uszkodzeń organizmu – od bardzo lekkich do najcięższych, w których opóźnienie udzielania właściwej pierwszej pomocy może doprowadzić do śmierci. Ratownik powinien podjąć akcję ratunkową jak najszybciej i prowadzić ja aż do przybycia lekarza. Przede wszystkim należy:
- Uwolnić człowieka porażonego spod napięcia.
- Rozpoznać stan zagrożenia porażonego
- Zastosować najlepszą metodę ratownictwa.
Przy uwalnianiu spod napięcia ratownik jest zobowiązany dbać nie tylko o bezpieczeństwo porażonego, ale także o swoje. Należy pamiętać, że niebezpieczne dla ratownika są:
- bezpośrednie zetknięcia gołych rąk ratownika z ciałem porażonego;
- równoczesne używanie obu rąk przy odciąganiu spod napięcia;
- mokre podłoże;
- bliskie sąsiedztwo urządzeń pod wysokim napięciem;
- brak równowagi.
Wyłączenie porażonego spod napięcia jest nieodzownym warunkiem podjęcia akcji ratunkowej. Rozpoznanie stanu zagrożenia jest również ważne, ponieważ od tego zależy wybór sposobu ratowania. W celu ułatwienia oceny stanu porażonego należy przyswoić sobie schemat postępowania rozpoznawczego. Jest on oparty na kilku podstawowych pytaniach, na które ratownik musi znaleźć odpowiedź.
Po pierwsze należy stwierdzić czy porażony jest przytomny. Z człowiekiem przytomnym można nawiązać kontakt słowny, ma niewątpliwe utrzymane krążenie krwi i oddychanie. Ratownik powinien zając się uszkodzeniami ciała, takimi jak oparzenia, złamania itp. Oraz przygotowaniem do transportu.
Jeżeli człowiek jest nieprzytomny, to należy sprawdzić czy:
- oddycha prawidłowo;
- nie oddycha lub oddycha bardzo słabo, ale krążenie krwi jest utrzymane;
- nie oddycha i brak krążenia krwi.
Pierwsza pomoc składa się z dwóch zasadniczych elementów:
- Zabiegów ożywiających.
- Opatrzeniu obrażeń.
Zabiegi ożywiające dotyczą porażonych, u których uległy zaburzeniu funkcje układów decydujących bezpośrednio o życiu, tj. układu oddechowego, krążenia krwi i odśrodkowego układu nerwowego. Na zabiegi te składają się:
- Przywracanie i podtrzymywanie drożności oddechowej;
- Sztuczne oddychanie;
- Sztuczne krążenie z równoczesnym oddychaniem.
Opatrzenie obrażeń polega na zabezpieczeniu oparzeń skóry, złamań, zwichnięć, zranień i krwotoków, stłuczeń itd. do chwili podjęcia właściwego leczenia przez lekarza.
Wpływ prądu elektrycznego na organizmy żywe
Skutki działania prądu na organizm człowieka można rozpatrzyć jako fizyczne (np. cieplne), chemiczne (np. zmiany elektrolityczne) lub biologiczne (np. zaburzenia czynności).
Prąd stały działa na człowieka inaczej niż prąd zmienny. Jedną z różnic jest działanie prądu na obdarzone ładunkiem elektrycznym cząsteczki będące składnikami komórek. Pod wpływem doprowadzonego napięcia cząsteczki te przemieszczają się, co prowadzi do zmian stężenia jonów w komórkach i przestrzeniach międzykomórkowych. Im dłuższy jest czas przepływu prądu w tym samym kierunku, tym większych przemieszczeń jonów należy oczekiwać. Od właściwych stężeń jonów zależy czynność wielu komórek, miedzy innymi komórek mięśni i komórek nerwowych, dlatego też, zmieniają się stężenia jonów w wyniku przepływu prądu prowadzą do zaburzenia czynności tych komórek. Prądy przemienne o dużej częstotliwości nie wywołują zaburzeń przewodnictwa w nerwach, skurczów mięśni i zaburzeń w czynności mięśnia sercowego, mogą jednak doprowadzić do poważnych uszkodzeń w skutek wytwarzania ciepła na drodze przepływu przez ciało. Prądu o bardzo wielkich częstotliwościach (rządu kilku tysięcy Hz) mają stosunkowo małą zdolność przenikania w głąb tkanki. Im częstotliwości są większe, tym działanie prądu jest bardziej powierzchniowe. W praktyce najbardziej niebezpieczne dla człowieka są prądy przemienne o częstotliwości 50, 60 Hz, a więc częstotliwości przemysłowej.
Progowe wartości odczucia przepływu prądu przez elektrodę trzymaną w ręku:
- Dla mężczyzny: Prąd stały 5,0 mA Prąd przemienny (50 ¸ 60 Hz) 1,1 mA
- Dla kobiety: Prąd stały 3,5 mA Prąd przemienny (50 ¸ 60 Hz) 0,7 mA
Prąd przemienny przepływając przez mięśnie, powoduje ich silne skurcze. Człowiek obejmujący ręką przewód doznaje skurczu mięśni zginające palce, co powoduje powstanie zjawiska zwanego „przymarzaniem” (nie udaje się oderwać ręki od przewodu). Wartości prądu „oderwania” (samo uwolnienie) wynoszą: dla mężczyzny – 16mA, dla kobiety – 10,5 mA. Przyjęto więc górną granice prądu oderwania wynoszącą 10 ¸12 mA przy prądzie przemiennym 50 ¸ 60 Hz.
Skutki przepływy prądu przez ciało zależy od wartości, rodzaju prądu (stały czy zmienny oraz jego częstotliwość), drogi i czasu przepływu prądu oraz stanu zdrowia porażonego. Decydujący wpływ, gdy chodzi o niebezpieczeństwo porażeń, ma wartość prądu i czas przepływu. Prąd przepływający przez ciało człowieka wpływa na wartość rezystancji wewnętrznej ciała oraz na wartości niewielkie, lecz najbardziej niebezpiecznej składowej prądu przepływającej przez serce.
Działanie prądu elektrycznego na krążenie krwi i oddychania
Przepływ krwi w naczyniach krwionośnych jest wywołany pracą serca. Mimo że przez serce przepływa niewielka część prądu rażenia, może ona spowodować śmiertelne skutki. Przy porażeniu prądem przemiennym o częstotliwości 50¸60 Hz najczęściej występuje migotanie komórek serca. Stan ten należy do naj trudniej odwracalnych. Istotnym czynnikiem decydującym o wystąpieniu migotania komórek jest czas przepływu prądu, a w wypadku krótko trwałych przepływów, moment, na jaki przypadł przepływ prądu. Jeśli przypada on na początek rozkurczów (przerwa w pracy serca), to prawdopodobieństwo wystąpienia migotania jest duże. Przy czasie przepływu krótszym niż 0,2 s, wystąpienie migotania komórek jest rzadkie.
Podczas rażenia występują również zaburzenia oddychania. Przepływ prądu przez mózg może spowodować zahamowanie czynności ośrodka oddechowego sterującego czynnością oddychania, po krótkim czasie może nastąpić ustanie oddychania, krążenie krwi (z powodu z braku tlenu) i śmierć. Podczas przepływu prądu przez klatkę piersiową dochodzi więc do skurczu mięśni oddechowych i zaniku ruchów oddechowych, co w konsekwencji prowadzi do uduszenia.
Działanie prądu elektrycznego na układ nerwowy
Podczas przepływu prądu elektrycznego przez organizm ludzki następuje pobudzenie, a następnie porażenie układu nerwowego. Skutkiem tego jest utrata przytomności. Może ona być spowodowana:
- Zatrzymaniem krążenia wywołaniem niedostateczną pracą serca, migotaniem komór lub zatrzymanie serca
- Przepływem prądu bezpośrednio przez czaszkę i mózg. Wytwarzanie się dużej ilości ciepła przy przepływie prądów o wysokim napięciu może w ciągu kilka sekund wywołać nieodwracalne uszkodzenia lub zniszczenie mózgu
Uszkodzenie skóry, mięśni i kości
Przepływ prądu przez ciało powoduje wytwarzanie ciepła na drodze tego przepływu. Wzrost temperatury może prowadzić do nieodwracalnych uszkodzeń organizmu ciała. Najczęściej spotyka się uszkodzenia skóry. W miejscu „wejścia” prądu powstaje oparzenia: od zaczerwienienia skóry, powstania pęcherzy oparzeniowych, po martwice skóry i zwęglenie. Produkty rozpadu oparzonych tkanek mogą spowodować śmierć porażonego nawet w kilka dni po wypadku.
Innym rodzajem uszkodzeń skóry są tzw. znamiona prądowe, które występują w czasie przepływu prądu, przy dobrej styczności z przewodnikiem.
Przepływ prądu elektrycznego może spowodować również uszkodzenia mięśni. W wyniku gwałtownych skurczów może nastąpić przerwanie włókien mięśni a więc mechaniczne zerwanie mięśni. Mogą wystąpić również zmiany w strukturze włókien mięśniowych, a także uszkodzeń kości.
Działanie pośrednie prądu elektrycznego
Często spotyka się uszkodzenia ciała wywołane pośrednim działaniem prądu elektrycznego, gdy nie przepływa on przez ciało. Dzieje się to podczas powstania łuku elektrycznego, w wyniku zwarcia w urządzeniach elektrycznych. Łuk elektryczny może spowodować mechaniczne uszkodzenie skóry, mające wygląd ran ciętych, kłutych lub postrzałowych. Towarzyszom temu często oparzenia skóry powstałe w wyniku zapalenia się odzieży. Łuk elektryczny może wywołać również uszkodzenie cieplne i świetlne narządu wzroku. Do urazów wywołanych pośrednio przez prąd należy zaliczyć także złamania inne obrażenia wynikłe wskutek upadku z wysokości przy odruchowej reakcji na porażenie.
Przyczyny porażeń prądem elektrycznym
Przyczyny wypadków podczas eksploatacji urządzeń elektrycznych są różne. Przeważnie są to: nieostrożność, lekceważenie przepisów, roztargnienie, omyłki, brak odpowiedniej konserwacji lub kontroli urządzeń zabezpieczających, zła organizacja pracy, brak nadzoru, złe zrozumienie polecenia, niedbałe wykonanie pracy, nieumiejętność lub nieznajomość instalacji oraz nieszczęśliwy zbieg okoliczności. Następstwem tych przyczyn jest najczęściej dotknięcie części znajdujących się normalnie lub przypadkowo pod napięciem względem ziemi. Jeżeli dotykający stoi na ziemi, na przewodzącej podłodze konstrukcji stalowej, to pod działaniem napięcia dotykowego nastąpi przepływ prądu przez jego ciało. Napięcie dotykowe jest to napięcie występujące między dwoma punktami, nie należącymi do obwodu elektrycznego z którymi mogą się zetknąć jednocześnie ręce lub ręka i stopy człowieka.
Podczas przepływu prądu w ziemi miedzy dwoma miejscami na powierzchni gruntu oddalonymi o długość kroku może pojawić się napięcie zwane napięciem krokowym.
Ochrona przed porażeniem
Zgodnie z przepisami dotyczącymi ochrony przeciwporażeniowej należy stosować, w zależności od zagrożenia, następujące środki:
1) ochronę podstawową
2) ochronę dodatkową
Ochrona podstawowa ma zapobiegać:
- zetknięciu się człowieka z przewodzącymi częściami obwodów elektrycznych, znajdujących się pod napięciem
- udzielaniu się napięcia przedmiotom lub częściom przewodzącym, które normalnie nie powinny znajdować się pod napięciem
- szkodliwemu działaniu na otoczenie łuku elektrycznego, który mógłby wystąpić podczas pracy urządzeń.
Ochrona podstawowa polega więc przede wszystkim na umieszczeniu elementów znajdujących się pod napięciem poza zasięgiem ręki człowieka, a więc stosowanie przegród, siatek lub poręczy z materiału izolacyjnego.
Ochrona dodatkowa ma zapobiegać utrzymywaniu się niebezpiecznego napięcia dotykowego. Polega ona na zastosowaniu, oprócz ochrony podstawowej, jeden z następujących ośrodków:
- uziemienia ochronnego
- zerowania
- sieci ochronnej
- wyłącznika przeciw pożarowego
- obniżenia napięcia roboczego
- separacji
- izolacji ochronnej
- izolowania stanowisk
Uziemienia ochronne stanowią najbardziej rozpowszechniony rodzaj ochrony dodatkowej, stosowany w maszynach i urządzeniach elektrycznych. Celem stosowania uziemienia ochronnego jest zrównanie potencjału uziemionych przedmiotów z potencjałem ziemi. Zerowanie może być stosowane w przystosowanych do zerowania sieciach trójfazowych o napięciu mniejszym niż 500V. Polega ono na połączeniu dostępnych części metalowych urządzeń z uziemionym przewodem zerowym.
Sieć przewodów ochronnych wolno stosować w urządzeniach przemiennoprądowych i stałoprądowych niezależnie od rodzaju i wartości napięcia. Wszystkie dostępne części metalowe nie znajdują się pod napięciem oraz dostępne metalowe konstrukcje wsporcze i osłony powinny być połączone z przewodem ochronnym.
Włączniki przeciwporażeniowe wolno stosować w urządzeniach na napięcie nie przekraczające 500 V. Powinny być one przystosowane do rodzaju prądu, napięcia i obciążenia, oraz spełnić wymagania dotyczące wyłączników nadmiarowo-prądowych zawarte w odpowiednich normach. Ochronne obniżenie napięcia roboczego wolno stosować w stosunku do urządzeń stałych i ruchomych w instalacjach przemiennoprądowych na napięcie znamionowe nie przekraczające 500V, a w stało prądowych – 750V. Do obniżenia napięcia roboczego stosuje się transformatory ochronne lub przetwornice ochronne. Obniżone napięcie ochronne nie może być większe niż 42 V dla obwodów przemiennoprądowych i 80 V dla stałoprądowych.
Transformatory separacyjne wolno stosować w sieciach na napięcia przemienne do 500 V wówczas, gdy :
1. w obwodzie odseparowanym znajduje się tylko jeden odbiornik
2. napięci znamionowe odseparowanego obwodu nie przekracza 400 V, a prąd znamieniowy – 16A.
Obwodu odseparowanego niewolo uziemić ani zerować i łączyć z jakimkolwiek innym obwodem. Izolację ochronną wolno stosować do fabrycznie produkowanych urządzeń przemiennoprądowych i stało prądowych, niezależnie od wartości napięcia zmiennego.
Izolowanie stanowiska polega na odizolowaniu go od ziemi i wyrównaniu potencjałów dostępnych z tego stanowiska przedmiotów przewodzących, nie należących do obwodu elektrycznego. Może ono być stosowane do urządzeń przemiennoprądowych i stałoprądowych zainstalowanych na stałe pomieszczeniach suchych.
Pierwsza pomoc w wypadku porażenia prądem
Porażenia elektryczne doprowadzają do rozmaitych uszkodzeń organizmu – od bardzo lekkich do najcięższych, w których opóźnienie udzielania właściwej pierwszej pomocy może doprowadzić do śmierci. Ratownik powinien podjąć akcję ratunkową jak najszybciej i prowadzić ja aż do przybycia lekarza. Przede wszystkim należy:
- Uwolnić człowieka porażonego spod napięcia.
- Rozpoznać stan zagrożenia porażonego
- Zastosować najlepszą metodę ratownictwa.
Przy uwalnianiu spod napięcia ratownik jest zobowiązany dbać nie tylko o bezpieczeństwo porażonego, ale także o swoje. Należy pamiętać, że niebezpieczne dla ratownika są:
- bezpośrednie zetknięcia gołych rąk ratownika z ciałem porażonego;
- równoczesne używanie obu rąk przy odciąganiu spod napięcia;
- mokre podłoże;
- bliskie sąsiedztwo urządzeń pod wysokim napięciem;
- brak równowagi.
Wyłączenie porażonego spod napięcia jest nieodzownym warunkiem podjęcia akcji ratunkowej. Rozpoznanie stanu zagrożenia jest również ważne, ponieważ od tego zależy wybór sposobu ratowania. W celu ułatwienia oceny stanu porażonego należy przyswoić sobie schemat postępowania rozpoznawczego. Jest on oparty na kilku podstawowych pytaniach, na które ratownik musi znaleźć odpowiedź.
Po pierwsze należy stwierdzić czy porażony jest przytomny. Z człowiekiem przytomnym można nawiązać kontakt słowny, ma niewątpliwe utrzymane krążenie krwi i oddychanie. Ratownik powinien zając się uszkodzeniami ciała, takimi jak oparzenia, złamania itp. Oraz przygotowaniem do transportu.
Jeżeli człowiek jest nieprzytomny, to należy sprawdzić czy:
- oddycha prawidłowo;
- nie oddycha lub oddycha bardzo słabo, ale krążenie krwi jest utrzymane;
- nie oddycha i brak krążenia krwi.
Pierwsza pomoc składa się z dwóch zasadniczych elementów:
- Zabiegów ożywiających.
- Opatrzeniu obrażeń.
Zabiegi ożywiające dotyczą porażonych, u których uległy zaburzeniu funkcje układów decydujących bezpośrednio o życiu, tj. układu oddechowego, krążenia krwi i odśrodkowego układu nerwowego. Na zabiegi te składają się:
- Przywracanie i podtrzymywanie drożności oddechowej;
- Sztuczne oddychanie;
- Sztuczne krążenie z równoczesnym oddychaniem.
Opatrzenie obrażeń polega na zabezpieczeniu oparzeń skóry, złamań, zwichnięć, zranień i krwotoków, stłuczeń itd. do chwili podjęcia właściwego leczenia przez lekarza.
