Nebezpečný proud pro lidi: Jaké napětí (AC nebo DC) může zabít

Nikdo by si neměl hrát s elektřinou (napětím a proudem), protože je to náš přítel i nejhorší nepřítel. Práce s elektřinou může být nebezpečná. Co zabíjí, proud nebo napětí? Inženýři, elektrikáři a další pracovníci se přímo zabývají elektřinou, včetně práce na venkovním vedení, elektroinstalaci a instalaci elektrických obvodů.

Jiní, například kancelářští pracovníci, zemědělci a stavební dělníci, pracují s elektřinou nepřímo a mohou být také vystaveni riziku úrazu elektrickým proudem.

Elektrická bezpečnost osob je jednou z důležitých otázek, protože riziko nebezpečí je vysoké.

Jaký je zabijácký proud nebo napětí?

Abychom věděli, co zabíjí, proud nebo napětí, musíme znát rozdíl mezi proudem a napětím. Jak je vysvětleno, že napětí je příčinou a proud je důsledkem.

Napětí: Toto je potenciální rozdíl mezi dvěma body, který způsobuje tok proudu v obvodu. Je to síla potřebná k přesunu množství energie z jednoho bodu do druhého.

Proud: Toto je rychlost toku náboje mezi dvěma body způsobená napětím. Napětí je primární síla, která tlačí elektrony skrz vodič nebo uzavřený elektrický obvod.

Jak elektrický proud působí na tělo?

Elektrický proud působí na tělo, když jím prochází. Základní jednotkou měření je proud. Toto je proud, který protéká odporem 1 ohm (Ω), když je na něj aplikováno napětí 1 volt. Proudy malé jako tisícina ampéru (miliampér) však mohou mít na tělo nepříznivé účinky.

Níže uvedená tabulka ukazuje ilustrace typů účinků různých úrovní proudu na tělo.

Fyziologické účinky současné expozice

0,5 – 3 – Pocit mravenčení

3-10 – Svalové kontrakce a bolest

10 – 40 – práh „nechat jít“

30 – 75 – Respirační paralýza

100-200 – Fibrilace komor

200 – 500 – Srdce je pevně stlačeno

1500+ – Začnou hořet tkáně a orgány

30 mA může způsobit potenciálně smrtelnou respirační paralýzu. Nepříznivý účinek bude přímo souviset s úrovní proudu, délkou expozice těla a trajektorií proudu tělem.

Mnozí z nás zažili nějakou formu elektrického „šoku“, kdy elektřina způsobí, že naše tělo zažije bolest nebo zranění. Pokud budeme mít štěstí, rozsah tohoto zážitku bude omezen na mravenčení nebo štípání bolesti způsobené nahromaděním statické elektřiny vybíjející se do celého našeho těla. Když používáme elektrické obvody, které jsou schopny dodávat vysoké výkonové zatížení, elektrický šok se stává mnohem závažnějším problémem a bolest je nejméně významným výsledkem elektrického šoku.

Jak elektrický proud prochází materiálem, jakýkoli odpor (opozice vůči toku elektronů) má za následek rozptýlení energie, obvykle jako teplo. Toto je nejzákladnější a snadno pochopitelný účinek elektřiny na živou tkáň: proud způsobuje její zahřívání. Pokud je množství generovaného tepla dostatečné, může se látka spálit. Fyziologicky je účinek stejný jako při popálení otevřeným plamenem nebo jiným vysokoteplotním zdrojem tepla, až na to, že elektřina má schopnost spálit tkáň hluboko pod kůží oběti, dokonce i vnitřní orgány.

Další vliv elektrického proudu na organismus, z hlediska nebezpečnosti snad nejvýznamnější, se týká nervového systému. „Nervovým systémem“ rozumíme síť specializovaných buněk v těle, nazývaných „nervové buňky“ nebo „neurony“, které zpracovávají a přenášejí různé signály odpovědné za regulaci mnoha tělesných funkcí. Mozek, mícha a smyslové/motorické orgány v těle fungují společně, aby umožnily tělu cítit, pohybovat se, reagovat, myslet a pamatovat si.

Proč elektřina zabíjí?

Nervové buňky spolu komunikují přenosem elektrických signálů (velmi malá napětí a proudy). Pokud živým tvorem (člověkem nebo jiným) prochází elektrický proud dostatečné velikosti, jeho účinek bude mít za následek potlačení drobných elektrických impulsů normálně generovaných neurony, přetížení nervového systému a zabránění vnitřním signálům přimět svaly k pohybu. Svaly způsobené vnějším (šokovým) proudem se mimovolně stahují a oběť s tím nemůže nic dělat. Tento problém je obzvláště nebezpečný, pokud se postižený dotkne rukama živého vodiče. Svaly předloktí zodpovědné za ohýbání prstů jsou obvykle lépe vyvinuté než svaly zodpovědné za prodlužování prstů, a tak pokud se obě skupiny svalů pokusí stáhnout díky elektrickému proudu procházejícímu rukou člověka, vyhrají „ohýbací“ svaly, které sevřou prsty v pěst. Pokud je vodič dodávající proud oběti otočen k jeho dlani, toto stlačení způsobí, že ruka pevně uchopí drát, čímž se situace zhorší tím, že zajistí vynikající kontakt s drátem. Oběť nebude zcela schopna pustit drát. Tento efekt lze zastavit pouze zastavením proudu procházejícího obětí.

I když je proud zastaven, oběť nemusí po nějakou dobu znovu získat kontrolu nad svými svaly, protože chemické složení neurotransmiterů se stalo neorganizované. Elektrický proud však může ovlivnit více než jen kosterní svaly postiženého. Elektrickým proudem lze „zmrazit“ i sval bránice, který ovládá plíce, a srdce, které je samo svalem.

Dokonce i relativně nízké proudy mohou často zkreslit signály nervových buněk natolik, že srdce nemůže správně bít, čímž se dostane do stavu známého jako fibrilace. Srdce ve fibrilaci spíše chvěje, než bije a pumpuje krev neúčinně do životně důležitých orgánů těla. V každém případě obvykle ke smrti udušením a/nebo zástavě srdce dochází v důsledku průchodu dostatečně silného elektrického proudu tělem.

Elektřina s sebou nese nebezpečí, to ví téměř každý. Abyste se vyhnuli úrazu elektrickým proudem, musíte pochopit podstatu účinku, který napětí aplikované na lidské tělo způsobuje.

Pojmy proud a napětí

Abychom pochopili podstatu nebezpečí elektřiny, je nejprve nutné porozumět základním elektrotechnickým konceptům a pochopit rozdíl mezi proudem a napětím.

Napětí představuje potenciální rozdíl. Jednoduše řečeno, jde o rozdíl mezi přítomností nábojů ve dvou bodech elektrického obvodu. Čím více nosičů náboje v jednom bodě vzhledem k jinému bodu, tím větší je rozdíl potenciálů (čím vyšší je napětí, které se měří ve voltech).

Povrch Země je obvykle považován za úroveň s nulovým potenciálem.

Analogii lze udělat s nádobami s vodou. Nechť jsou dvě nádoby, jedna zvednutá vzhledem k druhé (nebo vzhledem k zemi) do určité výšky. Mezi výškovým rozdílem (přesněji rozdílem potenciální energie vody) a rozdílem potenciálů lze nakreslit analogii.

Nyní můžete nádoby spojit trubicí (nebo spustit trubku z nádoby na zem). Voda bude proudit z horní nádoby a bude produkovat určitý efekt (hluk, šplouchání, erodování země) v souladu s její kinetickou energií, která závisí:

• na rozdílu výšky (analogie s napětím);
• z průřezu trubky (analogie s elektrickým odporem).

Kinetická energie vodního toku se dá porovnat s velikostí elektrického proudu (měří se v ampérech) a účinek vodního toku se dá porovnat s účinkem proudu (zahřátí vodiče, vznik magnetické pole atd.). Je zřejmé, že čím větší je výškový rozdíl, tím více spreje, tím více hluku atd. K tomuto efektu vede i zvětšení průřezu trubky.

Ve skutečnosti se elektrický proud projevuje jako směrový pohyb nosičů náboje. Čím více náboje se přenese za jednotku času, tím vyšší je proud.

Lze shrnout, že napětí může existovat bez proudu (otevřený obvod), ale proud bez napětí (rozdíl potenciálů) nikoliv.

Lze vyvodit ještě dva důležité závěry:

1. Při stejném napětí mohou různými odpory protékat různé proudy.
2. Stejný proud může být způsoben různými napětími s různými odpory vodičů.

Oba závěry jsou důležité pro pochopení následujících částí.

Co zabíjí proud nebo napětí

V každodenním životě a na internetu můžete často slyšet běžnou frázi: „nezabíjí napětí, zabíjí proud“. Obecně je to pravda, ale často nepochopená. Proto ty strašáky jako ten, že autobaterie produkuje napětí 12 voltů, ale proud až 100 ampér, takže může zabít člověka.

Ve skutečnosti bylo výše diskutováno, že proud vzniká napětím aplikovaným na určitý odpor. To znamená, že pro vytvoření proudu 0,1 A (100 mA), který je považován za smrtelný pro lidské tělo, musí být baterie zatížena odporem 120 ohmů, která je mnohem nižší než odpor lidského těla (uvažuje se, že v průměru je to 50 kOhm, ale ve skutečnosti se pohybuje od 2 kOhm do 2 Mohm, v závislosti na stavu kůže a cestě průchodu).

K vytvoření proudu 0,1 A (100 mA) lidským tělem (za předpokladu, že tělesný odpor je 50 kOhm) by bylo zapotřebí 500 voltů. A pokud je odpor lidského těla z jakéhokoli důvodu pod 50 kOhm, může se stát osudným i domácí napětí 220 V za takových podmínek bude baterie produkovat 0,00024 A nebo 0,24 mA, což ani nevyvolá nepříjemné pocity. I když je odpor těla minimální, nízkonapěťový zdroj elektřiny nebude schopen vytvořit nebezpečný proud.

Závěr: proud zabíjí, ale k jeho vytvoření potřebujete odpovídající napětí. Napětí je proto pro člověka zpočátku fatální a míra nebezpečí je dána velikostí napětí.

Různé úrovně proudu mají různé účinky na lidské tělo. S rostoucím proudem se zvyšují škodlivé účinky.

Které napětí je nebezpečnější, střídavé nebo stejnosměrné?

Když elektrický proud prochází lidským tělem, vyvolává několik typů účinků:

• tepelné (zahřívání tkání), včetně přímého ohřevu a vystavení elektrickému oblouku;
• elektrochemický (elektrolytický rozklad krve, lymfy a jiných biologických tekutin);
• biologické (nekontrolované stahování svalů včetně myokardu).

Pokud jsou tepelné a elektrochemické účinky střídavého a stejnosměrného proudu přibližně stejně škodlivé, pak existují rozdíly s biologickými účinky. Periodické změny směru proudu několik desítekkrát za sekundu narušují normální rytmus stahu srdečního svalu a mohou vést k fibrilaci (nekoordinovanému chvění) komor, které může být smrtelné. Proto je střídavý proud neustále považován za nebezpečnější.

Znalecký posudek
Stanovoy Alexey
Elektronický inženýr. Pracuji v opravně domácích spotřebičů. Zajímá mě návrh obvodů.

Existuje názor, že to platí pro napětí přibližně 500 voltů a s dalším zvyšováním se stejnosměrný proud stává nebezpečnějším. Toto tvrzení nedává moc smysl. Při takových napěťových úrovních je hlavní poškození těla způsobeno tepelnými a elektrochemickými účinky jakéhokoli druhu proudu, takže rozdělení na stejnosměrný a střídavý není nijak zvlášť smysluplné.

Bezpečné napětí pro lidi

GOST 30331.1-2013 zakotvuje koncept ultra-nízkého napětí. To činí:

• 50 voltů střídavé napětí;
• 120 voltů DC napětí.

Tato úroveň napětí je považována za bezpečnou pro lidské tělo za jakýchkoli podmínek.

Lze vypočítat, že při tomto napětí bude proud procházející lidským tělem s nejnižším odporem 2 kOhm:

• pro střídavé napětí 0,025 A;
• pro konstantní napětí 0,06 A.

Obě úrovně mohou v nejhorším případě způsobit bolest a nepohodlí, ale ne smrt. Při běžném odporu těla nebo při jeho hodnotě blízké maximu nemusí být náraz ani cítit.

Znalecký posudek
Stanovoy Alexey
Elektronický inženýr. Pracuji v opravně domácích spotřebičů. Zajímá mě návrh obvodů.

V literatuře a na internetu si můžete přečíst příběhy o tom, jak byl člověk zabit napětím 12 voltů nebo nižším. Takové příběhy se sice spolehlivě nepotvrdily, ale pokud jsou pravdivé, může se tak stát jen za neuvěřitelné souhry okolností. Například při aplikaci napětí mezi akupunkturními body (což také není spolehlivě potvrzeno).

Co určuje míru poškození?

Předně můžeme říci, že míra úrazu elektrickým proudem závisí na odporu lidského těla – čím nižší odpor, tím vyšší bude proud při stejném napětí. A odpor závisí na stavu pokožky a odpor lze snížit:

1. Vlhká kůže.
2. Poškození kůže.
3. Znečištěný povrch krytů.

Druhá věc, která určuje důsledky vlivu proudu na tělo, je cesta, kterou prochází. Průchod proudu podél cest (bez ohledu na směr) je považován za zvláště nebezpečný pro člověka:

1. Ruka-ruka.
2. Levá ruka – pravá noha.
3. Levá noha-levá ruka.

Faktem je, že v tomto případě se srdce nachází v dráze toku proudu. V takové situaci se k dalšímu působení elektřiny na organismus přidává ještě vliv na svaly myokardu, což vede k poruše činnosti srdce a k zástavě srdce. Neméně nebezpečné jsou způsoby působení elektřiny na lidský mozek a plíce.

Závažnost následků je také ovlivněna individuálními vlastnostmi těla. To, co může jednoho člověka vést ke smrti, jiného ve stejných podmínkách prožije s nepříjemnými pocity.

Znalost podstaty nebezpečí elektřiny samozřejmě nesníží úroveň tohoto nebezpečí. Ale vědomý přístup k ochraně pomůže snížit rizika a zachovat život a zdraví.