9.7.2023 - Ing. Aleš Smeták
Že elektrický proud má na tělo nějaký vliv není asi žádnou novinkou, ale pojďme si to více rozpitvat. V tomto článku si něco řekneme na téma:
Elektrický proud je pro lidské tělo zcela nezbytný, protože je potřeba k přenosu signálů například mezi mozkem a svaly. K tomu místo drátků využívá nervovou soustavu a tyto signály (nervové impulzy) jsou generovány buňkami nazývanými neurony. Běžný elektrický proud v nervové soustavě během přenosu vzruchu je velmi malý a dosahuje maximálně několika miliontin ampéry (µA) a několika tisícin voltu (mA). Proud i napětí jsou v tomto případě tak slabé, že je ani nelze měřit běžnými přístroji používanými v elektrotechnice.
Přenos nervových impulsů v nervové soustavě je založen na změnách elektrického náboje uvnitř neuronů a mezi nimi. Tyto změny náboje vznikají díky pohybu iontů (například sodíku a draslíku) přes buněčné membrány neuronů. Tato změna náboje vytváří elektrický potenciál, který se šíří podél nervových vláken. Nervový impuls je velmi krátkodobý a trvá nanejvýš několik tisícin vteřiny.
Celkově řečeno, běžný proud při aktivaci vzruchu v nervové soustavě je velmi malý a krátkodobý, což je způsobeno způsobem, jakým nervové buňky generují a přenášejí nervové impulsy.
Medicína běžně používá galvanický stejnosměrný proud nebo pulzní usměrněný střídavý sinusový proud k léčbě různých onemocnění. Elektroléčba se dá obecně dělit na:
Použitý elektrický proud a napětí jsou při elektroléčbě ovšem velmi nízké, zpravidla v úrovni několika jednotek až desítek voltů a miliampér. Ve výjimečných případech mohou dosáhnout až několika stovek V a mA, ale v o to kratších časech.
Elektroléčba je vždy aplikována pod dohledem proškoleného personálu a rozhodně ji doma nezkoušejte svépomocí přes hřebík v zásuvce... to už pak elektřina přestává být dobrým sluhou a začíná být zlým pánem.
Dokud jsme řešili elektrický proud protékající lidským tělem v rámci miliontin (µA) až tisícin (mA) ampéry, tak proud nijak neubližoval. Nyní si nastíníme, co se bude s lidským tělem dít, když začneme proud zvyšovat.
Nejprve si musíme trochu objasnit rozdíl v účincích stejnosměrného (DC) a střídavého (AC) proudu na lidský organismu. To souvisí s tím, jak oba proudy ovlivňují svalovou kontrakci, reakci nervového systému a činnost srdce.
Stejnosměrný proud působí jedním směrem a když projde lidským tělem, způsobí kontrakci svalu v místě, kde vstoupí do těla a také v místě, kde tělo opustí. Tato kontrakce svalu je obvykle silná a trvá, dokud je proud přítomen. To může způsobit, že se člověk "přilepí" ke zdroji a nemůže se od něj vlastní vůlí odtrhnout.
Střídavý proud periodicky mění směr svého toku a během procházení lidským tělem se svaly stále stahují a uvolňují v souladu se změnami směru proudu. Tento rytmický pohyb kontrakce působí na tkáně destruktivněji než stejnosměrný proud, ale je naopak méně pravděpodobné, že se člověk "přilepí" k zdroji proudu. Je zde však další riziko v podobě zástavy srdce, protože střídavý proud nutí srdce bít ve stejném rytmu jako je frekvence jeho střídání. Standardní srdeční tep je okolo 60 - 120 tepů za minutu, ale frekvence střídavého proudu v ČR je 50x za vteřinu. Takové tempo nemůže srdce nikdy zvládnout a začne fibrilovat...
Lze říct, že stejnosměrný proud je pro člověka méně nebezpečný než proud střídavý. Ačkoliv oba druhy proudu způsobují rozklad krve a svalové křeče, tak střídavý proud navíc způsobuje i zástavu srdce.
Pro běžné vnitřní prostory se za bezpečné napětí považuje 50 V střídavého napětí, kdy by tělem procházelo asi 3,5 miliampéru (mA) a 120 V stejnosměrného napětí, kdy by tělem procházelo asi 10 miliampér (mA).
Nebezpečnost elektrického proudu na lidský organismus je přímo úměrná velikosti procházejícího proudu a času po který tělem protéká. Čím vyššímu napětí je lidské tělo vystaveno, tím větší proud jím protéká a tím závažnější následky mohou nastat.
Nutno dodat, že účinky elektrického proudu jsou velmi individuální, ale obecně lze uvést následující hodnoty:
| okolo 1 mA | práh vnímání |
| 1 mA až 10 mA | mravenčení, podráždění |
| 5 mA až 15 mA | křeč, ze které se nelze uvolnit |
| 20 mA až 30 mA | křeč dýchacích svalů |
| 30 mA až 60 mA | fibrilace srdce |
| nad 80 mA | trvalá zástava srdce |
Je pochopitelně zásadní rozdíl, pokud je tělo vystaveno "ráně" s proudem 100 mA v délce několika milisekund nebo pokud tělem protéká tentýž proud po dobu několika vteřin – z prvního případu budete mít pravděpodobně jen nepříjemnou vzpomínku a cennou zkušenost, ale z druhého případu zbude vzpomínka nejspíš bohužel jen pozůstalým.
Zajímavým tématem je také případný rozklad krve v důsledku úrazu stejnosměrným elektrickým proudem, kdy proud tekl tělem delší dobu. Tento dotaz často na školení vznáší montéři fotovoltaických elektráren, kteří se stejnosměrným proudem o vyšším napětí přichází do kontaktu. V takovém případě není vyloučeno, i přestože poškozený samotný úraz přežil, že elektrolýza probíhající v jeho tělních tekutinách, způsobí zdravotní komplikace až o několik hodin nebo dní později. Více se o tomto tématu věnujeme v článku o elektrolýze stejnosměrným proudem a o rozkladu krve.
Z dlouhodobé praxe s účinky elektrického proudu na lidský organismus lze závislost velikosti proudu a doby jeho průchodu tělem shrnout do níže uvedené tabulky. Nutno podotknout, že každé tělo je individuální, a ačkoliv někdo může přežít zážitek v červené zóně AC4, pro někoho může být AC2 zážitkem posledním.
Ač se to může zdát, jakkoliv přitažené za vlasy, tak lidské tělo je kvůli vysokému odporu špatným vodičem a proudu se mu jím moc cestovat nechce, ale když už se rozteče, tak cestou způsobuje nemalé škody.
Z šesté třídy základky víme, že elektrický proud vždy volí cestu nejmenšího odporu a bohužel pro poškozeného, bývá někdy cesta nejmenšího odporu právě přes něj.
Pro zjednodušení používáme jen pojem odpor lidského těla, ačkoliv v případě střídavého proudu se správně jedná o impedanci lidského těla. Tělo kromě činného odporu klade proudu také překážky v podobě kapacity ve výši asi 30pF.
Odpor i impedance se měří v Ohmech (Ω), které jsou nedílnou součástí Ohmova zákona. Ten pro naši potřebu můžeme vysvětlit takto: Při stejném napětí - čím nižší odpor, tím vyšší proud.
Jinak řečeno...
Pokud se míchačky s poruchou jejíž kovové části se dostaly pod napětí 230V, dotkne dehydratovaný zedník s odporem 3.000Ω, poteče jeho tělem asi 70 mA. No ale pokud to samé udělá jeho zavodněný přidavač s odporem jen 1.000Ω, poteče jeho tělem asi 230 mA. Průměrná hodnota odporu lidského těla se pro výpočet v elektrotechnice uvádí ve výši 2.000Ω, ale tato hodnota je velmi nepřesná a proměnlivá.
Odpor lidského těla totiž silně závisí na stavu organismu daného člověka, je silně individuální podle psychického rozpoložení, věku, množství svalů a tuku, a především podle stavu kůže.
Kůže je totiž zásadní ochranou lidského těla nejen před elektrickým proudem. Pokud je kůže neporušená a suchá, tak funguje skoro jako izolant a proud se skrze ni nemůže z počátku prokousat. S rostoucí dobou, po kterou je kůže vystavena napětí, se začíná kůže v místě dotyku pomaličku propalovat a proud se pomaličku prodírá skrz. V okamžiku, kdy proud překoná tento ochranný val, odpor lidského těla prudce klesne. Odpor vnitřních orgánů je totiž proti kůži velmi malý. Proud se proto (po propálení kůže) začne snadno šířit tělem a páchat škody.
No a aby toho nebylo málo, tak odpor lidského těla je také silně napěťově závislý. To znamená, že s růstem napětí hodnota odporu klesá.
Proto uvažovaných a průměrných 2.000Ω platí jen pro napětí okolo zásuvkových 230V, kdy se proud dokáže kůží propálit během pár vteřin. Pokud bychom odpor lidského těla zkoušeli na 1,5V baterce, tak bude odpor prakticky nekonečný a baterka nemá šanci tělem jakýkoliv proud protlačit. Bohužel to funguje i naopak. V případě dotyku vysokého napětí vás kůže nijak neochrání a proud si najde cestu tělem prakticky okamžitě, skoro jako by tělo pro něj žádný odpor ani nemělo.
Doposud jsme se bavili o účincích elektrického proudu na lidské tělo při průchodu proudu v hodnotách od prakticky neměřitelných až po nižší jednotky ampér.
Co se však stane, pokud se člověk pouze přiblíží k vysokému napětí
, které skrze lidské tělo pošle úplně jiné dimenze elektrického proudu...
Při delším průchodu proudu nad 10A již dochází k destruktivním účinkům na lidském těle, kdy proud po sobě zanechává hluboké popáleniny přecházející až k zuhelnatění, amputované končetiny a zlikvidovanou cévní a nervovou soustavu.
Šance na přežití při takovém zásahu velmi rychle klesají k nule a pokud postižený přežije, bude kvalita jeho života navěky poznamenána trvalými následky.
V tabulce níže si můžeme ukázat velikost proudu procházející lidským tělem při zásahu z různých zdrojů vysokého napětí. Teoretický výpočet procházejícího proudu je pro daná napětí založen průměrném odporu lidského těla ve výši 2.000Ω.
| zdroj napětí a proudu | teoretický průchod proudu lidským tělem |
|---|---|
| elektrické křeslo 2.300V pod dobu 40s | 1,15A*) |
| distribuce - vysoké napětí 22kV | 11A |
| trakce - železnice 25kV | 12,5A |
| distribuce - vysoké napětí 35kV | 17,5A |
| distribuce - velmi vysoké napětí 110kV | 55A |
| distribuce - velmi vysoké napětí 220kV | 110A |
| distribuce - velmi vysoké napětí 400kV | 200A |
| úder blesku - až 1GV (miliarda voltů) | až 500.000A |
Pravda je ovšem taková, že odpor lidského těla s růstem napětí prudce klesá. To je vidět na příkladu elektrického křela, kdy se popravuje proudem okolo 10A při napětí přes 2.000V a ačkoliv je elekrický odpor odsouzence z kraje popravy zmíněných 2.000Ω, tak velmi rychle klesne na pouhou desetinu... Podotýkám, že j
ako revizní technik a osoba znalá v elektrotechnice, shledávám tento způsob popravy jako barbarský.
U vyšších napětí to platí ještě výrazněji. Procházející proud lidským tělem při napětí 22kV proto bude zcela jistě násobně vyšší než dopočítaných 11A. Dále jsou pro silné povahy uvedeny dva odkazy na tragické důsledky, které umí elektrický proud způsobit. Zcela zbytečná smrt řidiče nákladního auta a snad ještě zbytečnější smrt mladého kluka.
Tohle si o přímém zásahu bleskem o rozdílovém potenciálu 1GV a náboji 15C mysli ChatGPT:
"Zásah lidského těla bleskem s tak vysokým rozdílovým nábojem (15 coulombů) a napětím až 1 gigavolt by měl naprosto katastrofické důsledky pro lidský organismus. Toto množství elektrické energie by bylo extrémně destruktivní a vedlo by k okamžité smrti, protože elektřina procházející lidským tělem by způsobila ohromné popáleniny a explodovala by tkáně. Proud by také okamžitě způsobil zástavu srdce a zcela zlikvidoval nervový systém, což by vedlo k okamžité ztrátě vědomí a úmrtí. Celkově by tělo bylo silně poškozeno, popáleniny by byly rozsáhlé a smrtelné. Takovýto zásah bleskem je extrémně vzácný, ale vždy je důležité se chránit před bouřkami a blesky, protože blesky mohou být smrtelné i při nižších napětích a nábojích."
Pokud jste v článku nalezli chybu, dejte nám, prosíme, o ní vědět na eas@eas-elektro.cz
Děkujeme, Eva a Aleš Smetákovi - návrat zpět na přehled článků