当电流流过人体时,人身所察觉到的最小电流值称为感觉阈值。对于 15 ~100Hz 交流电流,此值为 0.5mA。人握电极能摆脱的电流最大值称为摆脱电流,对于 15~100Hz 交流电流为 10mA。当流过人体的电流继续增加时,人体电流 IB和电流流过的持续时间 t 的关系如图 7所示。图7是按电流流过人体的路径从左手到双脚的效应绘制的。当电流为 500mA、时间为 100ms 时,产生心室纤维性颤动的几率为 14%。图 7中的 Ⅰ 区通常无反应性效应;Ⅱ 区通常无有害的生理效应;Ⅲ 区通常无器官性损伤,但可能出现肌肉收缩和呼吸困难.在心脏中形成兴奋波和传导的可逆性紊乱,包括心房纤维性颤动及短暂心脏停跳;在 Ⅳ区内.开始出现心室纤维性颤动,到曲线 c1,几率为 5%;到曲线 c2,几率为 50%;曲线 c3 以外则几率超过 50%。随着电流与时间的增加,可能发生心脏停跳、呼吸停止及严重烧伤。
图 7中的电流为“从左手到双脚”路径的电流,如为其它路径,按下式计算:
IB = Iref/F (2)
式中:IB ──流经其它路径的人体电流,mA
Iref──流经“从左手到双脚”的人体电流,mA
F ──心电流系数,见表 2
上述的感觉阈值、摆脱阈值及图 7中的心室纤维性颤动阈值都是对 15~100Hz 交流电流而言的。
在工业企业和民用建筑中,有不少电气设备的使用频率超过 100Hz,例如有些电动工具和电焊机,可用到 450Hz;电疗设备大多数使用 4000~5000Hz;开关方式供电的设备则为 20kHz ~ 1MHz;微波及无线电设备还有使用更高的频率的。对于这些 100Hz 以上交流电流,人体皮肤的阻抗,在数十伏数量级的接触电压下,大致与频率成反比,例如 500Hz 时皮肤阻抗,仅约为 50Hz 时皮肤阻抗的 1/10,在很多情况下,皮肤的阻抗可以忽略不计。但因为是高频电流,对人体的感觉和对心脏的影响都比 100Hz 以下交流电小。为了与 50Hz 时阈值相比,常采用频率系数 Ff 来衡量、频率系数 Ff 为频率f时产生相应生理效应的阈值电流与 50Hz 的阈值电流之比。在频率为 100Hz 以上直至 1000Hz 时,感觉阈值的频率系数和摆脱阈值的频率系数见图 8;电击持续时间长于心动周期并以纵向电流流经人体躯干时,心室纤维性颤动阈值的频率系数见图 9。电击持续时间小于心动周期时,尚无试验数据。频率在 1000Hz 以上直到 10000Hz 交流电的感觉阈值的频率系数和摆脱阈值的频率系数见图 10;心室纤维性颤动阈值的频率系数,IEC 还在考虑中。频率在 10kHz 及 100Hz 之间时,阈值大致由 10mA 上升到 100mA(有效值),频率在 100kHz 以上及电流强度在数百毫安数量级时,较低频率时有针刺的感觉,频率再高则有温暖的感觉。频率在 100kHz 以上时,既没有摆脱阈值和心室纤维性颤动阈值的试验数据.也没有这方面的事故报告。频率在 100kHz 以上及电流在安培数量级时,可能出现烧伤,烧伤的严重程度随电流流通的持续时间而定。
(2)直流电流的电击效应 电流对人体的效应,例如刺激神经和肌肉,引起心房或心室纤维性颤动等,与电流大小的变化有关,特别是在接通或断开电流的时候。电流幅度不变的直流电流要产生同样的效应,要比交流电流大得多。握持直流电器,事故时较易摆脱;当电击持续时间长于心动周期时,心室纤维性颤动阈值比交流的阈值高得多。直流电流从手到双脚,通过人体躯干的电流称为纵向电流;从手到手通过人体躯干的电流称为横向电流;以双脚为正极,流过人体的电流为向上电流;以双脚为负极,流经人体的电流为向下电流。直流电流与具有相同诱发心室纤维性颤动几率的等效交流电流(有效值)之比称为直流/交流等效系数。
直流电流的持续时间和电流幅值的关系见图 11。图中Ⅰ区通常无反应性效应;Ⅱ 区通常无有害的生理效应;Ⅲ区通常预期无器官损伤,随电流幅值和时间而增加其严重程度,可能出现心脏中兴奋波的形成和传导的可逆性紊乱;Ⅳ 区可能出现心室纤维性颤动,随电流幅值和时间增加,除 Ⅲ区的效应外,预计会发生严重烧伤等病理生理效应。关于心室纤维性颤动,该图所示为电流从左手到双脚,且为向上电流的效应。如为向下电流,应将电流乘以 2 的系数进行换算。当电流从手到手,不大可能产生心室纤维性颤动。在该图中,当电流流过的持续时间小于 500ms 时,尚无 Ⅱ 和 Ⅲ 区分界线的资料。
直流电流的感觉阈值取决于接触面积、接触状态(干湿度、压力、温度)、电流流过的持续时间和各自的生理特征等,与交流电不同的是:当电流以感觉阈值强度流过人体时,只是在接通和断开电流时有感觉,其它时间没有感觉。在与测定交流电流感觉阈值相等条件下,直流电流的感觉阈值约为 2mA。
直流的摆脱阈值与交流不同,约 300mA 以下的直流电流没有可以确定的摆脱阈值,只有在接通和断开电流时,才能引起疼痛性和痉挛似的肌肉收缩。当电流大干 300mA 时,可能摆脱不了,或仅在电击持续时间达几秒或几分种后才有可能摆脱不了。
通过人体的电流约为 30mA 时,人体四肢有暖热感觉。流经人体的电流为 300mA 及以下横向电流持续几分钟时,随着时间和电流增加,可能产生可逆性的心节律障碍。电流伤痕、烧伤、眩晕、有时失去知觉,超过 300mA 时,经常出现失去知觉的情况。
(3)特殊波形电流的电击效应 (3)特殊波形电流的电击效应 特殊波形电流在工业企业和民用建筑所用的电气设备中,有以下几种,对于人体的电击效应分别说明如下:
① 具有直流分量的交流电流的效应 标准交流和直流的图形如图 12(a)及(b)所示、具有直流分量的交流电流的波形如图 12(c)所示,常用的半波整流及全波整流的波形如图 13(a)及(b)所示。
经过整流后,如图 13中所示的波形交流电的感觉阈值和摆脱阈值取决于人体与电极的接触面积,接触状态(干湿度、压力、温度)和各自的生理特征,其阈值尚在 IEC 的考虑中。
在讨论心室纤维性颤动阈值时,必须区别下列的电流量值:Irms 为合成波形电流的有效值;Ip 为合成波形电流的峰值;Ipp 为合成波形电流的峰间值;Iev 为产生与所涉及波形在心室纤维性颤动方向有相同危险的正弦电流的有效值,该值用来代替图 7及图 11中的人体电流 IB 以估计心室纤维性颤动的危险。