Tác dụng của dòng điện đối với cơ thể con người
1. Khái niệm
Mục tiêu: Hiểu biết tổng quan tình hình tai nạn điện giật, nguyên nhân dẫn đến sự cố điện giật đối với con người.
– Khoa học hiện nay đã biết rõ về tác dụng sinh lí của dòng điện lên cơ thể người và những tác hại của nó.
– Căn cứ vào số liệu các trường hợp tai nạn đối với con người, cũng như các thí nghiệm trên động vật cho thấy rằng trong tổng số các trường hợp tai nạn điện giật có 76,4% trường hợp tử vong hoặc thương tật nặng ở các mạng điện U < 1000V và 23,6% ở các mạng điện U > 1000V.
– Khi phân loại nạn nhân do điện giật thấy rằng nạn nhân làm việc trong ngành điện chiếm 42,2%, nạn nhân không có chuyên môn về điện chiếm 57,8%.
– Các sự cố dẫn đến bị điện giật:
- Chạm trực tiếp vào dây dẫn điện.
- Chạm gián tiếp vào phần kim loại của thiết bị điện bị chạm vỏ.
- Chạm vào vật không phải bằng kim loại có mang điện áp như tường, nền nhà.
- Bị chấn thương do hồ quang điện phát ra khi vận hành thiết bị.
+ Đối với điện giật: tùy theo mức độ, dòng điện qua người sẽ gây nên những phản ứng sinh học như co cơ, tê liệt hệ thống hô hấp, sự co giãn nhịp tim bị rối loạn, sự kích thích và đình trệ hoạt động của não.
+ Đối với đốt cháy hồ quang: dòng diện cường độ lớn tạo nên sự hủy diệt lớp da, sâu hơn có thể hủy diệt các cơ bắp, lớp mỡ, gân, xương. Nếu xảy ra ở một diện tích khá rộng hay tổn thương các cơ quan quan trọng có thể dẫn đến tử vong.
– Các nguyên nhân xảy ra tai nạn điện:
+ Trình độ tổ chức, quản lí công tác lắp đặt, xây dựng, sửa chữa công trình điện chưa tốt.
+ Vi phạm qui trình kĩ thuật an toàn như đóng điện khi có người đang sửa chữa mà chưa đóng dao tiếp đất an toàn, thao tác vận hành thiết bị điện không đúng qui trình.
2. Các yếu tố liên quan mức độ tác dụng của dòng điện đối với cơ thể người
Mục tiêu: Phân tích để hiểu và nắm vững được các yếu tố liên quan đến mức độ tác dụng của dòng điện như điện trở của cơ thể người, trị số dòng điện, tần số dòng điện, đường đi của dòng điện, thời gian dòng điện chạy qua cơ thể người.
a. Giá trị dòng điện đi qua người:
Dòng điện chạy qua cơ thể người (Ing), tuỳ thuộc vào trị số của nó, cũng như loại dòng điện một chiều hoặc xoay chiều mà có thể gây nên mức độ nguy hiểm khác nhau.
Giá trị lớn nhất của dòng điện không nguy hiểm đối với người là:
- 10mA: dòng AC.
- 50mA: dòng DC.
Trị số dòng điện xoay chiều từ 10-50 mA thì khả năng tự mình rời khỏi vật mang điện rất khó vì có sự co giật của cơ bắp. Khi lớn hơn 50 mA thì có thể dẫn đến nguy hiểm chết người vì có sự mất ổn định của hệ thần kinh và sự rung tương ứng với sự dừng làm việc của tim.
Các giới hạn an toàn của trị số dòng điện xoay chiều qua người và thời gian tiếp xúc.
| Ing (mA) | 10 | 60 | 90 | 110 | 160 | 250 | 350 | 500 |
| Thời gian tiếp xúc (s) | 30 | 10-30 | 3 | 2 | 1 | 0,4 | 0,2 | 0,1 |
Bảng tác hại của dòng điện đối với cơ thể con người.
| I (mA) | Tác hại đối với người | |
| Điện AC | Điện DC | |
| 0.6-1.5 | Bắt đầu thấy tê | Chưa có cảm giác |
| 2-3 | Tê tăng mạnh | Chưa có cảm giác. |
| 5-7 | Bắp thịt bắt đầu co | Đau như bị kim châm |
| 8-10 | Tay khó rời vật có điện | Nóng tăng dần |
| 20-25 | Tay không rời vật có điện, bắt đầu cảm thấy khó thở | Bắp thịt co và rung |
| 50-80 | Tê liệt hô hấp, tim bắt đầu đập mạnh | Tay khó rời vật có điện và khó thở |
| 90-100 | Nếu kéo dài > 3s tim ngừng đập | Hô hấp tê liệt |
| 3-8 (A) | Các cơ bắp bị tổn thương nặng, có thể dẫn đến bốc cháy | |
b. Điện trở của người:
Bao gồm lớp da tiếp xúc bên ngoài, các thành phần bên trong cơ thể như thịt, mỡ, máu, xương, dịch thể… cấu tạo nên điện trở của người (Rng).
Là yếu tố quan trọng để xác định độ lớn dòng đi qua cơ thể người.
Ing =Ung/Rng.
Điện trở của người gồm có 2 phần: da có điện trở từ (1.6-2).106 Ω, các cơ quan nội tạng khác như: tủy sống, huyết thanh, hệ cơ bắp, máu có điện trở khoảng vài trăm Ω.
Điện trở suất của các thành phần khác nhau của cơ thể người được trình bày trong bảng.
Bảng 2. Điện trở suất của một số thành phần cấu tạo cơ thể người.
| Thành phần cấu tạo cơ thể người | Điện trở suất, Ωcm |
| Tuỷ sống | 56 |
| Huyết thanh | 71 |
| Cơ bắp | 150 – 300 |
| Máu | 120 -180 |
| Da khô | 1,6.106 – 2.106 |
Theo bảng dưới, da hay nói một cách chính xác lớp sừng của da là bộ phận đóng góp rất đáng kể vào trị số điện trở của người. Khi ở trạng thái khô ráo, lớp sừng của da có điện trở khá lớn có tác dụng như một lớp cách điện. Điện trở của các bộ phận bên trong đóng góp không đáng kể vào trị số điện trở của người. Điện trở của người có giá trị nằm trong khoảng 40-400 kΩ, thậm chí lên đến 500 kΩ.
Nói chung, điện trở của người có giá trị không ổn định phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như diện tích tiếp xúc, áp lực tiếp xúc, vị trí cơ thể tiếp xúc, độ ẩm môi trường, nhiệt độ môi trường, thời gian dòng điện tác dụng, giới tính, tuổi tác,…
Điện áp:
Khi điện áp tăng sẽ xuất hiện sự xuyên thủng da dẫn đến điện trở của cơ thể sẽ giảm đến một giá trị nhất định không đổi.
Sự xuyên thủng da bắt đầu ở điện áp 10-50V.
Diện tích tiếp xúc:
Diện tích tiếp xúc càng lớn, điện trở người càng bé do điện trở thay đổi tỷ lệ nghịch với tiết diện dòng điện chạy qua.
Áp lực tiếp xúc:
Áp lực tiếp xúc lớn, điện trở người bé.
Độ ẩm môi trường:
Độ ẩm cao dẫn đến độ dẫn điện của lớp da sẽ tăng lên, điện trở người giảm.
Nhiệt độ môi trường:
Nhiệt độ môi trường cao, tuyến mồ hôi hoạt động nhiều, điện trở người giảm.
Thời gian dòng tác dụng:
Thời gian dòng chạy qua người tăng sẽ dẫn đến:
- Xảy ra quá trình xuyên thủng da, điện trở người giảm.
- Nhiệt lượng tỏa ra của cơ thể tăng, tạo nên sự hoạt động tích cực của tuyến mồ hôi, điện trở người giảm.
c. Điện áp tiếp xúc:
Ta có thể coi điện áp tiếp xúc là điện áp đặt lên cơ thể người khi bị điện giật. Nó phụ thuộc tình trạng tiếp xúc, điện áp và cấu trúc mạng điện.
Điện áp tiếp xúc là thông số quan trọng ảnh hưởng đến cường độ dòng điện qua người. ta có: Ing = Utx/Rngười.
Theo tiêu chuẩn IEC 364-4-4.1, giới hạn điện áp an toàn cho người là:
| Thời gian tiếp xúc tối đa | UAC (V) | UDC(V) |
| >5 | 50 | 120 |
| 1 | 75 | 140 |
| 0.5 | 90 | 160 |
| 0.2 | 110 | 175 |
| 0.1 | 150 | 200 |
| 0.05 | 220 | 250 |
| 0.03 | 280 | 310 |
d. Đường đi của dòng qua người
Dòng diện đi qua tim, vị trí có hệ thần kinh tập trung, hay các vị trí khớp nối của tay có mức độ nguy hiểm cao. Ví dụ: vùng đầu, gáy, cổ, thái dương; vùng bụng, cuống phổi.
Dòng đi từ tay phải qua chân có lượng dòng điện đi qua tim lớn nhất.
e. Tần số dòng điện
Khi tần số dòng điện (f) qua người tăng, Rng giảm do thành phần dung kháng giảm, Ing tăng. Tuy nhiên khi f tăng cao mức độ tai nạn sẽ giảm thấp hơn so với tần số công nghiệp (50-60 Hz). Thực vậy, khi tần số dòng điện tăng, quãng chạy của các ion rút ngắn, mức độ phá huỷ tế bào giảm đi. Ở tần số rất cao, các ion gần như đứng yên, tế bào hầu như không bị phá huỷ; nếu dòng điện đủ lớn thì sự đốt cháy trở nên nghiêm trọng.
Các thí nghiệm sinh học trên động vật đã chứng tỏ rằng ở tần số điện công nghiệp mức độ phá huỷ các tế bào rất lớn và trị số của dòng điện nguy hiểm bé nhất là 10 mA.
Dòng điện một chiều tương ứng với tần số dòng điện bằng không, ít nguy hiểm hơn so với dòng điện xoay chiều tần số công nghiệp.
Tuy nhiên khi điện áp càng lớn thì mức độ nguy hiểm điện giật của dòng điện một chiều càng tăng. Cụ thể là ở điện áp lớn hơn 450V thì mức độ nguy hiểm của nó có cùng mức độ nguy hiểm như dòng điện xoay chiều tần số công nghiệp. Sự tương đương giữa mức độ nguy hiểm của điện áp một chiều và điện áp xoay chiều tần số công nghiệp được trình bày trong bảng.
Bảng. Sự tương đương giữa mức độ nguy hiểm của điện áp một chiều và điện áp xoay chiều tần số công nghiệp.
| UAC (V) | 120 | 108 | 42 |
| UDC (V) | 42 | 36 | 12 |
Dòng một chiều ít nguy hiểm hơn dòng xoay chiều.
Đối với dòng xoay chiều, tần số nguy hiểm nhất là 50-60Hz. Khi trị số tần số càng cao thì mức độ nguy hiểm giảm đi.
f. Tình trạng sức khỏe và thể xác con người
Người mệt mỏi, tình trạng say rượu khi bị điện giật dễ dẫn tới tình trạng “sốc điện ‘’.
Phụ nữ, trẻ em nhạy cảm với hiện tượng ‘’sốc điện‘’.
g. Sự chú ý của người lúc tiếp xúc
Khi không được chuẩn bị hay chú ý trước khi tiếp xúc điện sẽ dẫn đến tình trạng nghiêm trọng hơn, đặc biệt khi dòng điện chạy qua hệ thống thần kinh.
Nguồn: Bài giảng An toàn điện