Účinky proudů na lidský organismus (prahy vnímání, odpoutání, srdeční fibrilace)
Je známou skutečností, že čím je elektrický proud procházející lidským tělem větší, tím znatelněji se projevuje. Průchod střídavého elektrického proudu tělem začínáme pociťovat při jeho intenzitě okolo 0,5 miliampéru. Tato hodnota se považuje za práh vnímání. Do hodnoty 3mA proud vyvolává v těle, a to zejména v místech, kde do těla vstupuje, nikoli nepříjemné pocity mravenčení až brnění. Tento proud, pokud neprotéká lidským tělem příliš dlouho, není nebezpečný. Při dalším zvyšování jeho intenzity se začnou svírat svaly, zejména kolem části pod napětím, kterou člověk drží v ruce, až při hodnotě kolem 10mA toto sevření zesílí natolik, že již je není možné uvolnit. To je zvlášť nebezpečný stav, kdy již není možno se pustit například elektrického nářadí s proraženou izolací drženého v ruce, a tak procházející proud přerušit.

Je zde nebezpečí dlouhodobého průchodu proudu, který je zvlášť nebezpečný. Hodnota 10mA se nazývá mez uvolnění. Proud o velikosti kolem 20mA může již mít škodlivé patofyziologické následky – vnitřní poranění, porušení tkání apod., až při intenzitě nad 35mA může dojít k srdeční zástavě – u proudu nad 80mA je srdeční zástava již téměř jistá. Všechny přibližné hodnoty, které zde byly uvedeny, platí pro střídavý proud o frekvenci 50Hz, a to pro dlouhodobější průchod proudu kolem 5s. Při kratších dobách průchodu proudu jsou uvedené mezní hodnoty (kromě prahu vnímání) podstatně větší. Závislost uvedených mezních hodnot na čase je znázorněna na obr. 8

Obr. 8 – Dohodnuté zóny účinků střídavého proudu (od 15Hz do 100Hz) na člověka

Dohodnuté zóny účinků střídavého proudu (od 15 Hz do 100 Hz) na člověka
Pro větší náhled kliknout!

Odpor (impedance) lidského těla
Zde se dostáváme vlastně ke vztahu mezi proudem a napětím, který potřebujeme z hlediska účinků proudů v poměru k dotykovým napětím znát. Rovněž v tomto případě platí Ohmův zákon.

V IEC 479 jsou shrnuty výsledky různých měření impedancí, která byla provedena na tělech zvířat i lidí. Celková impedance lidského těla ZT je přitom složena především z impedance místa na kůži, jímž proud do těla vstupuje (Z_p1), impedance místa, jímž proud z těla vystupuje (Zp2)  a dále pak z vnitřní impedance těla (Zi), tj. impedance tkání samotného trupu a končetin (viz obr. 9).

Impedance lidského těla má převážně charakter činného odporu. Malý podíl kapacit je obvykle zanedbatelný. Velikost odporu přitom závisí na dráze proudu lidským tělem. Hodnota impedance kůže naproti tomu závisí na řadě vnějších činitelů. Těmi jsou napětí, kmitočet, doba průchodu proudu, plocha, kterou se člověk dotýká části pod napětím i tlak na tuto plochu, vlhkost a teplota kůže. Např. zpocená kůže má mnohem menší odpor než kůže suchá. Při malém napětí okolo 50V AC je impedance kůže velká, při zvyšujícím se napětí její hodnota značně klesá a od napětí 150V výše přitom stále méně závisí na vlhkosti a ploše dotyku. Od určitého napětí (kolem 200V AC) dojde k průrazu kožní vrstvy a její impedanci je pak možno zanedbat.

Impedance lidského těla

Pro větší náhled kliknout!

Statistické hodnoty impedance a odporu lidského těla

Pro větší náhled kliknout!

Celková impedance těla se při dotykových napětích do 50V velmi silně mění, a to v závislosti na odporu kůže. Ten zase závisí na ploše, na které se člověk části pod napětím dotýká. To jsme již viděli na obr. 3.

Hlavní podíl na vnitřní impedanci těla mají končetiny (ruce a nohy), zvláště pak klouby. Naproti tomu odpor trupu je zanedbatelně malý. Celková impedance těla měřená na dráze ruka – noha je nepatrně menší než na dráze ruka – ruka, takže pro praktické účely se předpokládá, že tyto impedance jsou stejné.

Pro jiné dráhy proudu jsou impedance těla menší. Například celková impedance těla při dráze proudu mezi oběma rukama a zadkem je jenom třetina hodnoty podle obr. 10 měřené pro dráhu proudu ruka – ruka, impedance mezi oběma rukama a hrudí je pak méně než čtvrtina impedance pro dráhu ruka – ruka.

Pokud se týká závislosti na kmitočtu proudu, pak čím vyšší je kmitočet, tím menší je závislost impedance na dotykovém napětí, takže pro napětí asi od 25V výše a kmitočty nad 2kHz je možno počítat s impedancí lidského těla asi jenom 600Ω.

Na druhou stranu se ovšem při vyšších kmitočtech snižuje citlivost člověka na elektrický proud. Nejhorší účinky má na člověka elektrický proud o kmitočtu 50 až 60Hz.

Norma ČSN EN 60204-1:2000 ve svém úvodu specifikovala předmět jednotlivých článků normy a odkazovala i na vazby norem souvisejících. (v tabulce jsou již některé normy neplatné). Nová norma má již tyto odkazy v průběhu textu.

Rozdíl mezi účinky stejnosměrného a střídavého proudu
Na obr. 11 jsou znázorněny závislosti mezních hodnot (prahu vnímání, odpoutání, srdeční fibrilace) pro stejnosměrný proud. Z obrázku je vidět, že téměř všechny tyto hodnoty jsou větší než pro střídavý proud. Pouze u velmi krátkých dob průchodu proudu (10ms) jsou mezní hodnoty stejné. Je to logické. U tak krátkých časů již nelze o střídavém proudu hovořit (10ms je doba jedné půlperiody proudu). Důvod, proč člověk (i zvíře) snese větší proud stejnosměrný než střídavý, spočívá v tom, že nejnebezpečnější je fáze, kdy proud mění svou polaritu. Tehdy jsou tkáně nejvíce namáhány.

Nicméně na základě naměřených hodnot shrnutých v obr. 11 je možno zdůvodnit, proč jsou stejnosměrná dovolená dotyková napětí přibližně dvakrát větší než dovolená dotyková napětí střídavá.

Dohodnuté zóny účinků stejnosměrného proudu na člověka

Pro větší náhled kliknout!

... UKÁZKA ZE SBORNÍKU L.P. Elektro ...

Tato přednáška je součástí sborníku přednášek č. 40.

Sborník je již doprodán.