电对人体的作用

　　电能是国民经济各部门及人民生活不可缺少的优良能源。它在造福人类的同时，也存在很大的危险性和破坏性。在电能的生产、输送和使用过程中，如果不懂得电的安全知识、不采取可靠的防护措施或者违反《电业安全工作规程》，就会发生触电事故，给人民生命财产造成不可估量的损失。因此，触电及防护的研究是关系到人民生命财产安全的重要课题。本章介绍电对人体的效应和人体触电机理方面的研究结果、人体触电的方式及防止发生触电的技术措施。

　　一、电流对人体的作用

　　电对人体的作用，是一个很复杂的问题，其影响因素很多，对于同样的情况，不同的人产生的生理效应不尽相同，即使同一个人，在不同的环境、不同的生理状态下，生理效应也不相同。为了确保人身安全，国际电工委员会（IEC）对动物、死人做了大量的研究，同时还收集了发生过触电事故的活人的临床资料，通过数据、资料的研究表明，电对人体的伤害，主要来自电流。

　　电流流过人体时，人体会产生不同程度的刺麻、酸疼、打击感，并伴随不自主的肌肉收缩、心慌、惊恐等症状，伤害严重时会出现心律不齐、昏迷，心跳呼吸停止直至触电者死亡的严重后果。

　　电流对人体的伤害可以分为两种类型，即电伤和电击。

　　（一）电伤

　　电伤是指电对人体的外部造成的局部伤害，如电灼伤、电烙印、皮肤金属化等。

　　1.电灼伤

　　电灼伤一般分接触灼伤和电弧灼伤两种。接触灼伤发生在高压触电事故时，电流流过的人体皮肤进出口处，一般进口处比出口处灼伤严重，接触灼伤的面积较小，但深度大，大多为三度灼伤，灼伤处呈现黄色或褐黑色，并可累及皮下组织、肌腱、肌肉及血管，甚至使骨骼呈现碳化状态，一般需要治疗的时间较长。当发生带负荷误拉、合隔离开关及带地线合隔离开关时，所产生强烈的电弧都可能引起电弧灼伤，其情况与火焰烧伤相似，会使皮肤发红、起泡，组织烧焦、坏死。

　　2.电烙印

　　电烙印发生在人体与带电体之间有良好接触的部位处。在人体不被电击的情况下，在皮肤表面留下与带电接触体形状相似的肿块痕迹。电烙印边缘明显，颜色呈灰黄色，有时在触电后，电烙印并不立即出现，而在相隔一段时间后才出现。电烙印一般不发臭或化浓，但往往造成局部的麻木或失去知觉。

　　3. 皮肤金属化

　　皮肤金属化是由于高温电弧使周围金属熔化、蒸发并飞溅渗透到皮肤表面形成的伤害。皮肤金属化以后，表面粗糙、坚硬，金属化后的皮肤经过一段时间后方能自行脱离，对身体机能不会造成不良的后果。

　　电伤在不是很严重的情况下，一般无致命危险。

　　（二）电击

　　电击是指人的内部器官受到电的伤害。当电流流过人体时造成人体内部器官（如呼吸系统、血液循环系统、中枢神经系统等）生理或病理变化、工作机能紊乱，严重时会导致人体休克，乃至死亡。

　　电击使人致死的原因有三个方面：第一是流过心脏的电流过大、持续时间过长，引起“心室纤维性颤动”而致死；第二是因电流作用使人产生窒息而死亡；第三是因电流作用使心脏停止跳动而死亡。研究表明，“心室纤维性颤动”致死是最根本的、占比例最大的原因。

　　二、电击伤害的影响因素

　　（一）电流强度

　　当不同大小电流流经人体时，往往有各种不同的感觉，通过的电流愈大，人体的生理反应愈明显，感觉也愈强烈。按电流通过人体时的生理机能反应和对人体的伤害程度，可将电流分成以下三级：

　　（1）感知电流。使人体能够感觉，但不遭受伤害的电流，感知电流的最小值为感知阈值。感知电流通过时，人体有麻酥、灼热感。

　　（2）摆脱电流。人体触电后能够自主摆脱的电流。摆脱电流的最大值是摆脱阈值。

　　摆脱电流通过时，人体除麻酥、灼热感外，主要是疼痛、心律障碍感。

　　（3）致命电流。人触电后危及生命的电流。由于导致触电死亡的主要原因是发生“心室纤维性颤动”，故将致命电流的最小值称为致颤阈值。

　　以上三个阈值，均因人而异，不同的人有不同的生理特点，对电流的敏感程度不一样。不仅如此，这三个阈值还与通电时间、人体触电部位、接触状态、电流种类等有关。

　　图2-1-1 是根据试验数据作出的交、直流电流对人体产生效应的时间—电流区域曲线，由曲线可见，人体流过不同电流及通电时间不同时的反应可分为四个区域：

 

 

图2-1-1电流对人体产生效应的时间—电流区域曲线
(a)15~100hz交流；(b)直流

　　1.安全区

　　在图2-1-1 中，1区为无感知区（安全区），在此区域中的电流流过人体时，人一般是没有感觉的，与接触时间的长短没有关系。人对交、直流的无感知电流分别小于0.5mA和2mA即感知阈值分别为0.5mA和2mA。

　　2. 感知区

　　当电流增大，超过了安全区，就进入感知区2。在此区域内，一般人都能感受到电流，可以自由摆脱，通常对人不会发生危险的生理效应。1 区和2 区的交界线a为感知阈值。人体对交流电流的感知阈值为0.5mA。

　　直流电与交流电不同，在感知电流范围内，电流稳定流动时，人并没有感觉，只有在接通和断开时人才会感知，这是因为电流对人的刺激作用与电流幅值变化有关，特别在

　　接通和断开电流时尤其如此。对于同样的刺激效应，恒定不变的直流电，其幅值要比交流电大2~4 倍，故人体对直流电流的感知阈值为2mA。

　　3.不易摆脱区

　　在这个区域内，通常不易摆脱，电对人体会发生明显的电流效应，如肌肉收缩，呼吸困难，形成心脏搏动和心脏搏动传导的可恢复性混乱，但一般不会损害有机组织，不会发生心室纤维性颤动而死亡。3区与2区的界限即摆脱阈值，它随触电时间的延长而下降，对交流电而言，当接触时间t为0.02s 时，人的摆脱阈值为500mA当t为10s时，摆脱阈值为10mA。

　　与交流电不一样，直流电流低于300mA时，没有确定的摆脱阈值，只有在电流接通或断开时，才会引起疼痛和引起肌肉像被夹住一样收缩，在高于300mA、但低于致颤阈值时，摆脱是不可能的，只是在冲击持续几秒或几分钟后才可能摆脱。

　　4.致颤区

　　此区电流流过人体时，会发生心室纤维性颤动，可能导致死亡。3区与4区的交界线为致颤阈值，也与触电时间有关，且随t的延长而下降。这是因为人的心脏每经一个跳动周期（心脏收缩、扩张一次），中间约有0.1s 的间隙，此间隙中心脏对电流最敏感，若电流在这一时刻通过心脏，既使较小的电流也会引起心室纤维性颤动；如果不是此刻通过电流，即使电流较大，也不一定会出现危险。对交流电，当触电时间为0.1s 时，电流为400mA，人就可能发生心室纤维性颤动；若持续时间为2s，则在电流为30mA时人也会产生心室纤维性颤动。直流的致颤阈值在持续时间t长于一个心脏跳动周期（约1s的电流冲击时，要比交流的高几倍，对t小于0.2s的电流冲击，与交流致颤阈值大致相等。

　　（二）人体电阻

　　人体触电时，流过人体电流在接触电压一定时由人体的电阻决定，人体电阻愈小，流过的电流则愈大，人体所遭受的伤害也愈大。

　　人体的不同部分（如皮肤、血液、肌肉及关节等）对电流呈现出一定的阻抗，即人体电阻。其大小不是固定不变的，它决定于许多因素，如接触电压、电流途径、持续时间、接触面积、温度、压力、皮肤厚薄及完好程度、潮湿、脏污程度等。总的来讲，人体电阻由体内电阻和表皮电阻组成。

　　体内电阻是指电流流过人体时，人体内部器官呈现的电阻。它的数值主要决定于电流的通路。当电流流过人体内不同部位时，体内电阻呈现的数值不同。电阻最大的通路是从一只手到另一只手，或从一只手到另一只脚或双脚，这两种电阻基本相同，电流流过人体其他部位时，呈现的体内电阻都小于此两种电阻。一般认为，人体的体内电阻为500Ω左右。

　　表皮电阻指电流流过人体时，两个不同触电部位皮肤上的电极和皮下导电细胞之间的电阻之和。表皮电阻随外界条件不同而在较大范围内变化。当电流、电压、电流频率及持续时间、接触压力、接触面积、温度增加时，表皮电阻会下降。当皮肤受伤甚至破裂时，表皮电阻会随之下降，甚至降为零。可见，人体电阻是一个变化范围较大、且决定于许多因素的变量，只有在特定条件下才能测定。不同条件下的人体电阻见表2-1-1。

　　一般情况下，人体电阻可按1000~2000Ω考虑。在安全程度要求较高的场合，人体电阻可按不受外界因素影响的体内电阻（500Ω）来考虑。

 

　　（三）作用于人体的电压

　　作用于人体电压，对流过人体的电流的大小有直接的影响。当人体电阻一定时，作用于人体电压越高，流过人体的电流越大，其危险性也越大。实际上，通过人体电流的大小也并不与作用于人体的电压成正比，由表2-1-1可知，随着作用于人体电压的升高，人体电阻下降，导致流过人体的电流迅速增加，对人体的伤害也就更加严重。

　　（四）电流的持续时间

　　电流对人体的伤害与流过人体电流的持续时间有着密切的关系。图2-1-1表明了人体的致颤阈值与时间的关系，电流持续时间越长，其对应的致颤阈值越小，电流对人体的危害越严重。这是因为，一方面，时间越长，体内积累的外能量越多，人体电阻因出汗及电流对人体组织的电解作用而使伤害程度进一步增加，另一方面，人的心脏每收缩、舒张一次，中间约有0.1s的间隙，在这0.1s的时间内，心脏对电流最敏感，若电流在这一瞬间通过心脏，即使电流很小（几十毫安），也会引起心室颤动。显然，电流持续时间越长，重合这段危险期的几率越大，危险性也越大。一般认为，工频电流15~20mA 以下及直流50mA 以下，对人体是安全的，但如果持续时间很长，即使工频电流小到8~10mA，也可能使人死亡。

　　（五）电流路径

　　电流通过人体的路径不同，使人体出现的生理反应及对人体的伤害程度是不同的。电流通过人体头部会使人立即昏迷，严重时，使人死亡；电流通过脊髓，使人肢体瘫痪；电流通过呼吸系统，会使人窒息死亡；电流通过中枢神经，会引起中枢神经系统的严重失调而导致死亡；电流通过心脏会引起心室“纤维性颤动”，心脏停跳造成死亡。研究表明，电流通过人体的各种路径中，哪种电流路径通过心脏的电流分量大，其触电伤害程度就大。左手至脚的电流路径，心脏直接处于电流通路内，因而是最危险的；右手至脚的电流路径的危险性相对较小。电流路径与流经心脏电流的比例关系如表2-1-2所示。

 

　　（六）电流种类及频率的影响

　　电流种类不同，对人体的伤害程度不一样。当电压在250~300V以内时，触及频率为50Hz 的交流电，比触及相同电压的直流电的危险性大3~4倍。而当电压更高时，则交流电的危险性明显增大。例如80~300mA的直流电流流过人体不会产生明显的伤害，而20~80mA 的工频电流，将对人体产生严重伤害。

　　不同频率的交流电流对人体的影响也不相同。通常30~100HZ 的交流电，对人体危险最大。低于或高于频率的电流对人体的伤害程度要显著减轻。当频率为450~500HZ时，触电危险性便基本消失。但这种频率的电流通常以电弧的形式出现，因此有灼伤人体的危险。频率在20kHZ 以上的交流小电流，对人体己无危害，所以在医学上用于理疗。

　　（七）人体状态的影响

　　电流对人体的作用与性别、年龄、身体及精神状态有很大关系。一般情况下，女性比男性对电流敏感，小孩比成人敏感。在同等触电情况下，妇女和小孩更容易受到伤害。

　　此外，患有心脏病、精神病、结核病、内分泌器官疾病或酒醉的人，因触电造成的伤害都将比正常人严重；相反，一个身体健康、经常从事体力劳动和体育锻炼的人，由触电引起的后果相对会轻一些。

　　三、静电感应对人体的影响

　　（一）静电感应的基本概念

　　处于空间的带电导体，在其周围会产生电场。在输电线路的高压带电导体与地之间，在发电厂、变电所的高压带电设备附近，都有电场存在。带电体与地之间的电压愈高，则其周围的电场强度就愈大。如果在该电场中引入一个与周围或大地绝缘良好的导体（称为被感应物体），必然受到电场力的作用，使其表面正、负电荷分别移向两侧，如图2-1-2 所示。如果这是一个交变电场，则正、负电荷沿表面不断地交换位置，形成了表面的位移电流，这种被感应物体在交变电场的作用下，形成位移电流的现象，称为静电感应，通常用感应电压和感应电流来描述。

 

 

　　试验。在人的脚踝部位绕一根细铜丝，人处于高电场中，此时人通过的感应电流值很小，不到0.2mA（小于人体的感觉颤值0.5mA），但由于相应的电流密度较大，超过了0.3mA/mm²，人体产生了强烈的刺痛感觉。同样条件下，如果人体用手握住位于高电场中的卡车门把手，由于接触面积增大，当感应电流0.9mA时，人体才有明显的刺痛感觉。

　　2.电场对人体生理的影响

　　高电场对人体生理的影响又称为电场效应。据有些资料介绍，当人体处于电场强度为200~250kv/m的情况下，皮肤会出现类似有风吹的感觉；当电场强度升到500~700kv/m时，皮肤有麻木和刺痛的感觉；当场强高到一定数值时，甚至可能产生弧光放电现象。据现场带电作业时间较长的工人反映，人在强电场中工作1~2h就会有口渴、多汗、吸烟无味感，甚至有呕吐现象发生。最早提出高电场对人体生理有直接危害性影响的是前苏联于1972年在国际大电网会议上作的报告，同时前苏联还制定了有关劳保条例的卫生法规，指出在5~25kv/m的电场强度中工作时，一定要有防护措施。对此各国科学家相继进行了仔细地研究和激烈的讨论。其中美国、加拿大及欧洲国家通过对高电场工作人员进行多年的定期检查；对自愿在高电场下进行实验的人员进行对比性实验；以及对动物（大白鼠、狗、兔等）在25kv/m场强下的试验表明，在目前所处的高电场条件下工作，对人体无明显的影响。经过长时间讨论，当前国际上看法趋近一致。为此国际大电网会议发表了一项会议公报，指出“现有高压线下的电场对人体无害”。还认为即使由于电场的作用使人体在生理学、医学上的指标有一些变化，那也是微弱的、暂时的、可恢复的，并没有超出生理学的允许范围。因此，为了减轻高电场对人体的影响，各国制定了静电感应的允许标准。在变电所内离地面1.5m高的空间的电场强度数值，日本定为7kv/m，美国为15kv/m，我国有关规程规定为10kv/m。

　　综上所述，感应电流对人体影响大，危险程度严重，但不会产生直接的生命危险。但是，人体站在高电场中不接触任何物体时，会出现毛发竖立，手臂与衣服间有刺疼的感觉，人的头发与帽子、脚部对鞋子都会出现放电现象，这时流过人体的电流虽不大，却会使工作人员感到烦恼，重复的多次放电，甚至使人们无法工作，电击的疼痛和多次重复会造成“应激反应综合症”，特别是高空作业的工作人员，思想准备不足时，遇到这些小间隙放电引起的暂态电击，有可能从高空坠落造成二次事故。因此应将静电感应限制在一定范围内。除了对高电场工作人员进行必要的安全教育外，对进入高场强地区的大型被感应物体，应有良好的接地体（例如进入500kv 变电所的大型卡车）。对超过20m 长的被检修设备要采用多处接地的措施。