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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。
当电击持续时间大于 1。5 倍心动周期时,
Iev = Ipp/√2
当电击持续时间小于 0。75 倍心动周期时,
Iev = Ip/√2
当交流对直流比越小,上述关系越不能适用。对于持续时间小于 0。1s 的直流电击,其阈值等于图 11中相应的电流值。
当电击持续时间在 0。75 倍到 1。5 倍心动周期时,量值参数由峰值转变为峰间值,转变的过程 IEC 认为尚需进一步研究。
如图 13 所示的半波及全波整流的波形,由于电流峰值等于其峰间值,当电击持续时间大干 1。5 倍心动周期及小于 0。75 倍心动周期时,Iev 分别为 Ipp/(2√2)= Ip/(2√2) 及 Ipp/√2 = Ip/√2 。由图 13可见,半波整流时 Irms = Ip/2,全波整流时为 Ip/√2。因此可得半波整流时 Iev值分别为 Irms/√2 及 √2Irms;全波整流时,Iev 值分别为 Irms/2 及 Irms 。
② 具有相位控制的交流电流的效应 一般的具有相应控制的交流电流的波形分为对称控制和不对称控制两种,分别示于图 14 的(a)和(b)。
这种波形的电流在产生感觉和阻止摆脱方面的效应大致上与具有相同 Ip 的纯交流电流相同。相位控制角在 120° 以上时,峰值随着电流流通持续时间的减少而增加。
对于对称控制:当电击持续时间大于 1。5 倍心动周期时。Iev 为具有与所涉及的相应波形电流相同的有效值;当电击持续时间小于 0。75 倍心动周期时,Iev 为具有与所涉及的相应波形电流相同峰值电流的有效值,如相位控制角在 120°以上,心室纤维性颤动阈值将升高;当电击时间在 0。75 倍到 1。5 倍心动周期时,Iev 由峰值转变为有效值,转变的过程,IEC 认为尚待进一步研究。
对于不对称控制,其所产生的电流,也可能有直流分量。当电击持续时间大干 1。5 倍心动周期时,IEC 尚在考虑中;电击持续时间小于 0。75 倍心动周期时,Iev 为具有与所涉及的相应波形电流相同峰值电流的有效值。相位控制角在 120° 以上时,心室纤维性颤动阈值将升高。
③具有多周期控制的交流电流的效应 具有多周期控制的交流电流的波形见图 15所示。ts 为传导时间。tp 为不传导时问,ts+tp 为工作周期。p = ts/(ts+tp)为电力控制程度。I1rms 为电流传导期间电流的有效值,即Ip/√2;I2rms为工作周期内电流有效值,即 I1rms√p 。
感觉阈值及摆脱阈值,IEC 尚在考虑中。
心室纤维性颤动阈值,IEC 在幼猪身上进行试验,试验结果如图 16所示,对于人体,可作参考。当电击持续时间大于 1。5 倍心动周期时,阈值取决于 p 。p接近 1 时,Iev为与同一持续时间的正弦交流电流相同的有效值。p接近于 0。1 时 I1rms 与持续时间短于 0。75 倍心动周期的交流电流的阈值相同。 当 p在 1~0。1 的中间值时,如图 16所示,流过人体的电流逐渐增大,致使纤维 I1rms 与同一持续时间的正弦交流电流的有效值相同。
④ 短持续时间单向单脉冲电流的效应 内装电子元件的电器绝缘损坏或直接接触其带电体时可形成矩形或正弦形脉冲,如图 17(a)、(b)所示;电容器放电的短持续时间单向脉冲如图 17(c)所示。这些脉冲当其持续时间为 10ms 及以上时,对人体的效应与图 7 相同;对于 0。lms~10ms 持续时间的脉冲,其效应按下列能量率来表征。
心室纤维性颤动能量率 Fe :在电流路径、心脏时相(心脏跳动的幅值与时间的关系)等给定条件下,引起一定几率的心室纤维性颤动的短持续时间单向脉冲的最小 I2t值,以积分形式表示为
Fe =∫0tii2dt
Fe乘以人体电阻得出脉冲期间耗散在人体的能量。
心室纤维性颤动电荷率 Fq :在给定的电流路径、心脏时相等条件下,引起一定几率的心室纤维性颤动短持续时间单向脉冲最小 It 值,以积分形式表示为
Fq =∫0tiidt
现以电容器放电为例。电容器由放电开始到放电电流降至其峰值的 5% 的时间间隔为电容器放电的电击持续时间 t1。按指数衰减降到起初幅值 1/e = 0。3679 倍所需的时间为时间常数T 。当 ti = 3T时,所有脉冲能量几乎耗尽。
电容器放电的感觉阈值和痛苦阈值取决于电极的形式、脉冲的电荷及其电流峰值。图 18为以干手执大电极的人作为放电对象的感觉阈值及痛苦阈值.痛苦阔值为人感到有蜜蜂蜇或纸烟烧似的痛苦。以能量率 Fe表示的痛苦阈值对于通过手脚的电流路径及大接触面积来说为(50~100)×10…6A2s 数量级(在图 18中,如以面对图的右侧为东,则电容 C 按指向东北的对角线计量,能量W按指向西北的对角钱计量。如已知充电电压为 100V,电容为 100nF,则由该两线的交点 K,可读出脉冲的电荷为 10μC,能量为 0。5mJ)。
心室纤维性颤动阈值取决于脉冲电流的形式、持续时间及幅度、脉冲开始时的心脏时相、通过人体的电流路径及人的生理特征。
IEC 曾在动物身上做过试验,其结果是:对于短持续时间的脉冲,心室纤维性颤动一般仅在脉冲落在心动周期易损时间内发生;对于电击持续时间小于 10ms 的单向脉冲,心室纤维性颤动的发生由 Fq或 Fe 所决定。图 19示出心室纤维性颤动的阈值,对于 50% 的纤维性颤动几率,Fq为 0。005As ,Fe 则由脉冲持续时间 t1 = 4ms 时的 0。01A2s 上升到 t1 = 1ms 时的 0。02A2s 。该曲线给出路径以左手到双脚流过的电流的心室纤维性颤动危险几率.对于其它电流途径,则乘以表2的心电流系数 F 。图中 c1 曲线以下,无纤维性出动;c1 曲线以上直到曲线 c2 以下,具有较低的心室纤维性颤动危险,几率直到 5%;c2 曲线以上直到 c3 曲线以下,具有中等纤维性颤动危险,几率直到 50% ;c3 曲线以上,具有高纤维性颤动危险,大于 50% 几率。
对于各种形式脉冲的纤维性颤动能量率 Fe可由下列公式求出:
对于矩形脉冲:
Fe = IDC2ti
对于正弦形脉冲:
Fe = (IAC(p)2/2)ti = IAC(rms)2ti
对于时间常数为T的电容放电:
Fe = IC(p)2 (T/2) = IC(rms)2ti
以上各式的电流参量可由图17看出:IDC为矩形脉冲电流的量值,IAC(p)为正弦形脉冲电流的峰值,IAC(rms)为正弦形脉冲电流的有效值,IC(p)为电容放电的峰值,IC(rms)为持续时间为 3T 的电容放电电流的有效值。具有相同心室纤维性颤动能量率及相同电击持续时间的矩形脉冲、正弦形脉冲及电容放电见图 20。
由Fe定义可写出,电容放电的 Fe1为
Fe1 = IC(p)2∫0∞e…2t/T = IC(p)2(T/2)
矩形脉冲及正弦形脉冲的 Fe2及 Fe3为
Fe2 = IDC2 3T
Fe3 = IC(rms)2 3T
因为 Fe1 = Fe2= Fe3 ,则
IC(p)2(T/2) = IDC2 3T = IC(rms)2 3T
即 IC(p)(1/√6) = IC(rms) = IDC
根据上式将 ID