Porażenie prądem AC i DC – przyczyny i skutki

2025-08-21 Bartlomiej Jaworski

Choć elektrotechnika jako dziedzina ma ponad 100 lat, to wciąż w zakresie bezpieczeństwa nie do końca ujarzmiona dziedzina. Porażenie prądem elektrycznym to jedno z ryzyk związanych z elektrycznością. To zjawisko wielce niebezpieczne, mogące prowadzić do śmierci osoby rażonej prądem elektrycznym. Aby odpowiednio chronić użytkowników instalacji elektrycznej, należy rozumieć jaki wpływ ma przepływ prądu i napięcia na ciało ludzkie. Poniższy artykuł przybliża zagadnienie porażenia prądem zarówno zmiennym AC jak i stałym DC.

Co to jest porażenie prądem?

Dotknięcie przez człowieka 2 punktów o różnych potencjałach (o różnym napięciu) wywołuje przepływ prądu przez jego ciało, a więc zachodzi rażenie prądem elektrycznym.

Na skutki rażenia wpływają głównie:

wartość prądu rażeniowego i czas jego przepływu
droga przepływu prądu przez ciało człowieka
kształt przebiegu i częstotliwość prądu rażeniowego

O rażeniu prądem zwykle mówimy w momencie przepływu prądu przez strefę drugą (rys. strefy AC w dalszej części artykułu)

Impedancja (rezystancja) ciała człowieka

O wartości prądu rażeniowego decyduje napięcie, na które jest narażony człowiek, impedancja jego ciała i w pewnych przypadkach rezystancja stanowiska. Impedancję ciała człowieka można przedstawić w postaci modelu jak na rysunku nr 2. Impedancja skóry w miejscu styczności z elektrodą zawiera składową rezystancyjną i pojemnościową, a impedancja wnętrza ciała to w praktyce rezystancja (gałąź ze składową pojemnościową Cw w zasadzie się pomija – linie kreskowe). W uproszczonych analizach pomija się również składową pojemnościową Cs związaną z impedancją skóry. W takich uproszczonych rozważaniach mówimy zatem o rezystancji ciała ludzkiego a nie impedancji.

Wartość impedancji ciała jest zależna od wielu czynników:

od drogi przepływu prądu na przykład ręka-stopy, ręka-klatka piersiowa itd.
wartości napięcia dotykowego
czasu trwania przepływu prądu
częstotliwości prądu
stopnia nawilżenia skóry
pola powierzchni styku z elementem pod napięciem lub elementem uziemionym
siły nacisku
temperatury

Impedancja ciała jest dość mocno zróżnicowana przy niższych napięciach dotykowych. Przy wyższych napięciach, gdy przestaje mieć znaczenie pojemność skóry (pojemność ta jest przebita), różnice nie są już tak znaczące.

W czynnikach wpływających na impedancję ciała bardzo istotnym jest jeszcze stan zdrowia, stąd jedna z gałęzi diagnostyki medycznej bada tzw. „bioimpedancję” w ramach wykrywania stanów zapalnych w organiźmie

Czy napięcie DC jest bardziej niebezpieczne niż napięcie AC?

To blokujące działanie pojemności skóry widać wyraźnie przy porównaniu impedancji a właściwie rezystancji dla rażenia prądem przemiennym i rażenia prądem stałym. Zgodnie z danymi zawartymi w tabeli do napięcia równego 175V impedancja przy prądzie AC jest mniejsza niż rezystancja przy prądzie DC.

Od wartości napięcia 200V różnic już nie ma.

Ważne: rażenie zwykle występuje przy wyższym napięciu zatem użytkownik musi być ostrożny zawsze: czy to przy eksploatacji instalacji AC np. w domu czy DC np. fotowoltaicznej.

Wartości impedancji ciała człowieka podane w tabeli nr 1 obowiązują przy rozpatrywaniu przepływu prądu na drodze ręka-ręka. Jeżeli rażenie wystąpiło na innej drodze to impedancja może mieć znacznie mniejszą wartość.

Napięcie dotykowe rażeniowe V	Impedancja/rezystancja ciała człowieka Ω
	Kwantyl 5%		Kwantyl 50%		Kwantyl 95%
	AC	DC	AC	DC	AC	DC
25	1750	2100	3250	3875	6100	7275
50	1375	1600	2500	2900	4600	5325
75	1125	1275	2000	2275	3600	4100
100	990	1100	1725	1900	3125	3350
125	900	975	1550	1675	2675	2875
150	850	875	1400	1475	2350	2475
175	825	825	1325	1350	2175	2225
200	800	800	1275	1275	2050	2050
225	775	775	1225	1225	1900	1900
400	700	700	950	950	1275	1275
500	625	625	850	850	1150	1150
700	575	575	775	775	1050	1050
1000	575	575	775	775	1050	1050
Wartość asymptotyczna	575	575	775	775	1050	1050

Tabela nr 1 Impedancja ciała człowieka przy prądzie przemiennym AC 50 Hz i rezystancja ciała człowieka przy prądzie stałym DC; droga rażenia ręka-ręka, duża powierzchnia styczności ok. 10 000m2 ręki z elektrodą, ręka sucha;

Objaśnienia:

kwantyl 5% – tylko 5% populacji ma impedancję mniejszą
kwantyl 50% – tylko 50% populacji ma impedancję mniejszą
kwantyl 95% – aż 95% populacji ma impedancję mniejszą
Wartość asymptotyczna – rezystancja wnętrza ciała

W przypadku przepływu prądu od ręki do obu stóp (stopy tworzą połączenie równoległe), impedancja ciała człowieka wynosi około 75% impedancji modelowej (referencyjnej) ręka-stopa lub w przybliżeniu ręka-ręka. Analogicznie przy rażeniu od obu rąk do obu stóp uzyskuje się 50% wartości impedancji modelowej.

Porażenie prądem przemiennym sinusoidalnym o częstotliwości 50 Hz

O skutkach porażenia prądem przemiennym sinusoidalnym o częstotliwości 50 Hz i częstotliwościach zbliżonych do tej wartości, mówi norma IEC TS 60479– 1. Na podstawie tego dokumentu na rysunku nr 3 przedstawiono charakterystyczne linie graniczne i strefy, które objaśniono w tabeli nr 2. Zgodnie z danymi zawartymi w dokumencie można umownie przyjąć, że próg odczuwania prądu przemiennego AC o częstotliwości 50 Hz to 0,5 mA, a granica samouwolnienia to 5 mA. Powyżej tej wartości człowiek nie jest w stanie samodzielnie się uwolnić spod napięcia, a próg migotania komór serca wynosi 30 mA.

Jeżeli rozpatrywać linię C1 z rysunku utożsamianą z progiem migotania komór serca (prawdopodobieństwo migotania mniejsze niż 5%), to bierze się ją za podstawę przy założeniu, że rażenie następuje na drodze lewa ręka-stopy. Dla innych dróg rażenia należy uwzględnić korekcyjny współczynnik prądu serca (ang. heart current factor) pozwalający wyznaczyć prąd stwarzający to samo zagrożenie co przy rażeniu lewa ręka-stopy. W tabeli nr 3 podano wartości tego współczynnika.

Przykładowo jeżeli rażenie wystąpiło na drodze pierś-prawa ręka to prąd o wartości 20 mA wywołuje takie same skutki co prąd o wartości 26 mA przy rażeniu na drodze lewa ręka-stopy.

I_p-pr= I_lr-s * H_F = 20mA * 1,3 = 26 mA

Gdzie:

I_p-pr– prąd płynący na drodze pierś-prawa ręka

I_lr-s – prąd płynący na drodze lewa ręka-stopy

H_F – współczynnik prądu serca (w tym przypadku dla drogi rażenia pierś-lewa ręka).

Droga przepływu prądu	Współczynnik prądu serca
Lewa ręka-lewa stopa, prawa stopa, obie stopy, obie ręce-obie stopy	1,0
Prawa ręka-lewa stopa, prawa stopa, obie stopy	0,8
Plecy-lewa reka, pośladki-lewa ręka, prawa ręka, obie ręcę	0,7
Lewa ręka-prawa ręka	0,4
Plecy-prawa ręka	0,3
Lewa stopa-prawa stopa	0,04
Pierś-lewa ręka	1,5
Pierś-prawa ręka	1,3

Tabela nr 3 Współczynnik prądu serca dla określonych dróg przepływu prądu przez człowieka

Na rysunku powyżej pokazano, w której fazie akcji serca duży wpływ ma działanie prądu. Strumienie prądu często powodowały początkową fazę niewydolności serca (faza niestabilności). Rysunek nr 4 pokazuje tę fazę niestabilności jako falę T, która trwa około 200 ms. Istnieje duże ryzyko migotania komór serca. Efekty widoczne są w badaniu EKG i ciśnieniu krwi.

Porażenie prądem AC a wyłącznik różnicowoprądowy

Z krzywych tych wynika, że ochrona przed migotaniem komór serca może być realizowana tylko wtedy, gdy osoba jest odłączona od zasilania w ciągu 40 ms (krzywa b). Przy niższych wartościach prądu przepływającego przez ciało dozwolone jest stopniowe wydłużanie czasu, aż do momentu ustąpienia zagrożenia migotaniem komór serca (poniżej 40 mA, krzywa c1)

Prąd o podwyższonej częstotliwości

Jeżeli częstotliwość prądu się zwiększa to próg odczuwania, granica samouwolnienia i próg migotania komór serca przesuwają się w zakres prądów o większych wartościach. Wynika z tego że prądy wysokich częstotliwości są mniej groźne dla człowieka niż prądy o częstotliwości sieciowej 50-60 Hz. Najmniej zmienia się granica samouwolnienia, nieco więcej próg odczuwania, a najbardziej zmienia się najważniejszy parametr – próg migotania komór serca. W przypadku analizowania progu migotania komór serca przy częstotliwości 50 Hz niebezpieczne dla człowieka są długotrwale płynące prądy o wartości większej niż 30 mA, natomiast dla 1000 Hz graniczną wartością będzie 30 x 14 = 420 mA.

Próg migotania komór serca przy prądzie przemiennym zawierającym wyższe harmoniczne

W obwodach z przemiennikami częstotliwości można spodziewać się prądów rażeniowych silnie odkształconych, zawierających szerokie spektrum harmonicznych. Przy przebiegu zawierającym wyższe harmoniczne próg migotania komór serca można oszacować na podstawie rozkładu widmowego przebiegu prądu oraz współczynnika przeliczeniowego F_FM. Znając udział każdej składowej harmonicznej oraz wartość współczynnika F_FM, wyznacza się prąd zastępczy o częstotliwości 50 Hz równoważny ze względu na zagrożenie migotaniem komór serca. Prąd zawierający wyższe harmoniczne jest mniej groźny niż prąd o częstotliwości 50 Hz. Jest to oszacowanie zgrubne bo nie uwzględnia m.in. fazy początkowej poszczególnych wyższych harmonicznych.

Porażenie prądem stałym DC

Prąd stały DC o pomijalnym tętnieniu

Prąd stały o pomijalnym tętnieniu jest wyraźnie mniej groźny niż prąd przemienny AC o częstotliwości sieciowej 50 Hz. Na rysunku przedstawiono skutki rażenia prądem stałym przy założeniu, że prąd płynie od stóp do lewej ręki; tak zwany prąd wstępujący (ang. upward current). Jeżeli kierunek przepływu jest przeciwny (prąd zstępujący, ang. downward current), to te same skutki wywołuje prąd o wartości około dwukrotnie większej.

Oznaczenie strefy	Granice strefy	Skutki fizjologiczne
DC-1	Do 2mA, linia a	zwykle brak reakcji; lekkie kłucie przy załączaniu i wyłączaniu prądu lub przy szybkiej zmianie wartości prądu
DC-2	2 mA, do linii b	zwykle brak szkodliwych skutków fizjologicznych; skurcz mięśni przy załączaniu i wyłączaniu prądu
DC-3	linia b do krzywej c1	zwykle brak uszkodzeń organicznych somatycznych; zwiększenie wraz z wartością prądu i czasu możliwych, odwracalnych zakłóceń w powstawaniu i przewodzeniu bodźców w sercu
DC-4	Powyżej krzywej c1	Wzrastające niebezpieczeństwo skutków patofizjologicznych takich jak zatrzymanie pracy serca, zatrzymanie oddychania, migotanie komór serca, poważne oparzenie

Tabela nr 4 Skutki fizjologiczne przepływu prądu stałego DC przez ciało człowieka

Czy prąd DC jest bardziej niebezpieczny od prądu zmiennego AC?

Porównując przebieg krzywej c1 z rysunku ze strefami DC z przebiegiem tej samej krzywej z rysunku ze strefami AC dochodzimy do wniosku, że przy długotrwałym porażeniu prądem przemiennym o częstotliwości 50 Hz umowny próg migotania komór serca to ok. 30 mA natomiast przy prądzie stałym DC o pomijalnym tętnieniu, to aż 150 mA.

UWAGA1:

Widać też wyraźnie, że granica odczuwania i samouwolnienia są przesunięte, ale krzywe „c” dla stref AC i DC schodzą się w tym samym punkcie dla krótkich rażeń wysokimi prądami. Oznacza to, że operowanie na typowych przemysłowych przekształtnikach jest dokładnie tak samo niebezpieczne po stronie AC i DC, a zgon może nastąpić w identycznym mechaniźmie

UWAGA 2

Ochrona oparta o raport IEC skupia się wyłącznie na bardzo krótkich rażeniach i służy do wyznaczania warunków szybkiego samoczynnego wyłączenia; pomija całkowicie ryzyko uduszenia lub ryzyko śmierci od urazu termicznego przy długich (powyżej kilkunastu sekund) rażeniach niskim prądem (poniżej krzywych „c”); ale takie samo podejście stosują Amerykanie i wykorzystywana przez nich norma IEEE 80 do ochrony na stacjach; za to norma NFPA 70E w instalacjacb jako warunki bezpieczne podaje granice samouwolnienia (DC: max. 100V i max. 10mA; AC: max. 50V i max. 5mA);

Prąd jednopołówkowy

Oceniając skutki rażenia prądem półfalowym należy brać pod uwagę czas rażenia odniesiony do cyklu pracy serca. Wyróżnia się 2 przedziały:

rażenie w czasie krótszym niż 0,75 cyklu pracy serca
rażenie w czasie dłuższym niż 1,5 cyklu pracy serca

dla każdego z tych przypadków można wyznaczyć zastępczy prąd sinusoidalny 50 Hz, który ze względu na migotanie komór serca wywoła identyczne skutki co prąd półfalowy o wartości szczytowej Imax.

Jeżeli rażenie trwa krócej niż 0,75 cyklu pracy serca to zastępczy prąd sinusoidalny ma wartość szczytową Imax równą wartości szczytowej prądu rzeczywiście płynącego. Prąd półfalowy wartości szczytowej 10 mA (wartości skutecznej 5 mA) jest zatem równie groźny jak prąd sinusoidalny o wartości skutecznej.

UWAGA

Ochrona oparta o raport IEC skupia się wyłącznie na bardzo krótkich rażeniach i służy do wyznaczania warunków szybkiego samoczynnego wyłączenia; pomija całkowicie ryzyko uduszenia lub ryzyko śmierci od urazu termicznego przy długich (powyżej kilkunastu sekund) rażeniach niskim prądem (poniżej krzywych „c”); ale takie samo podejście stosują Amerykanie i wykorzystywana przez nich norma IEEE 80 do ochrony na stacjach; za to norma NFPA 70E w instalacjacb jako warunki bezpieczne podaje granice samouwolnienia (DC: max. 100V i max. 10mA; AC: max. 50V i max. 5mA);

Napięcie dotykowe i napięcie krokowe

Projektując ochronę przed porażeniem niezbędne jest przyjęcie największych dopuszczalnych wartości prądów rażeniowych lub napięć z którymi może zetknąć się człowiek bez groźnych następstw patofizjologicznych. Wyznaczenie tych wartości wpływa na takie rzeczy jak rodzaj i konfigurację projektowanych uziemień, konieczność wykonania połączeń wyrównawczych lub zapewnienie odpowiednio wysokiej rezystancji stanowiska. Posługiwanie się największymi dopuszczalnymi wartościami prądów rażeniowych za które można przyjąć wartości wyznaczone przez krzywą c1 na rysunkach stref rażeniowych jest niepraktyczne. Wygodnie jest przyjmować największe dopuszczalne wartości napięć, które do celów projektowych podają normy.

Wyróżnia się następujące podstawowe napięcia związane z zagrożeniem porażeniowym:

napięcie dotykowe spodziewane – napięcie między częściami przechodzącymi i jednocześnie dostępnymi gdy tych części nie dotyka człowiek lub zwierzę
napięcie dotykowe rażeniowe lub napięcie dotykowe rzeczywiste – napięcie między częściami przewodzącymi jednocześnie dostępnymi gdy tych części dotyka człowiek lub zwierzę
napięcie dotykowe spodziewane dopuszczalne lub napięcie dotykowe graniczne umowne – największe napięcie dotykowe spodziewane które jest dopuszczalne długotrwale w określonych warunkach środowiskowych
napięcie krokowe – napięcie między dwoma punktami na powierzchni ziemi

Normy odnoszące się do instalacji niskiego napięcia określają wartości największego dopuszczalnego napięcia dotykowego spodziewanego a nie rażeniowego i w praktyce operuje się wartością dopuszczalną długotrwale. W większości obwodów niskiego napięcia AC przyjmuje się wartość U_L równe 50V. Przykładowe wartości dopuszczalne zestawiono w tabeli

Napięcie U_L		Uwagi i przykładowe zastosowanie
AC	DC	Uwagi i przykładowe zastosowanie
50 V	120 V	warunki środowiskowe normalne np. pomieszczenia mieszkalne, biurowe itp.
25 V	60 V	niektóre pomieszczenia i przestrzenie o zwiększonym zagrożeniu porażeniem ; lokalizacje w których konieczne jest przyjęcie tych obniżonych wartości napięć są wskazane w arkuszach serii 700 normy PN-HD 60364
12 V	30 V	przestrzenie o ekstremalnym zagrożeniu porażeniem na przykład największe dopuszczalne napięcie obwodu SELV do zasilania oświetlenia niecki basenowej lub fontanny norma PN HD 60364–7–702

Tabela nr 5 Wartości największego napięcia dotykowego dopuszczalnego długotrwale U_L w sieciach i instalacjach niskiego napięcia

Czy napięcie w gniazdku elektrycznym 230 V AC jest niebezpieczne?

W instalacjach niskiego napięcia, do których zaliczamy instalacje domowe uznawanym napięciem bezpiecznym jest wartość 50V AC. Zatem rażenie prądem o napięciu 230V AC jest uważane za niebezpieczne i mogące prowadzić do śmierci rażonego człowieka. Jak wiemy z początku artykułu, skutki zależą od wartości prądu, napięcia (tutaj 230V AC) oraz rezystancji ciała ludzkiego (oporności). W przypadku ochrony przed porażeniem w warunkach domowych mówimy o tym, że wartość prądu rażeniowego nie może przekroczyć 30mA – jest to próg migotania komór serca. Jest to bardzo mała wartość, ale niosąca śmiertelne zagrożenie.

Jak wygląda porażenie piorunem?

Typowym objawem porażenie prądem piorunowym jest figura Lichtenberga, która przypomina kształt paproci. Należy pamiętać, że wyładowanie w pobliżu człowieka również niesie ze sobą zagrożenie i może skutkować zgonem. Najczęstszą przyczyną zgonu jest zatrzymanie krążenia lub zatrzymanie oddechu. Przepływowi pioruna przez ciało ludzkie towarzyszą również liczne oparzenia wynikające z nagłego odparowania wilgoci ze skóry. Osoby, które przeżyły porażenie piorunem często skarżą się na bóle związane z uszkodzeniem nerwów w układzie ośrodkowym i obwodowym. Na koniec musimy mieć na uwadze, że osoby którym udało się przetrwać wyładowanie piorunowe może spotkać częściowa martwica mięśnia sercowego. Odzież porażonego może ulec zapłonowi i zwęgleniu.

Co więcej, u osób porażonych piorunem często występują dodatkowo późne objawy neurologiczne – zmiany osobowości, zaburzenia pamięci, neuropatie obwodowe, padaczki pourazowe itp.

Zasady postępowania- i pomocy poszkodowanemu w przypadku rażenia prądem

Zasady udzielania pierwszej pomocy w przypadku porażenia prądem elektrycznym są bardzo precyzyjne i mają na celu ochronę zarówno poszkodowanego, jak i osoby udzielającej pomocy. Oto najważniejsze kroki:

Zadbaj o własne bezpieczeństwo

Nigdy nie dotykaj poszkodowanego, dopóki nie masz pewności, że nie ma już kontaktu ze źródłem prądu
Odłącz źródło prądu:
- Wyłącz bezpieczniki lub główny wyłącznik.
- Wyjmij wtyczkę z gniazdka.
- Jeśli nie możesz wyłączyć prądu, użyj przedmiotu nieprzewodzącego (np. drewniany kij, plastikowe krzesło), aby odsunąć przewód lub poszkodowanego
Stój na suchym podłożu, najlepiej w gumowym obuwiu lub na gumowej macie.

Wezwij pomoc

Zadzwoń na 112 lub 999 i poinformuj o porażeniu prądem.
Jeśli to możliwe, przełącz telefon na tryb głośnomówiący – dyspozytor może instruować Cię, jak postępować

Oceń stan poszkodowanego

Jeśli jest przytomny i oddycha:
- Ułóż go w pozycji bocznej ustalonej.
- Monitoruj oddech i świadomość.
- Zapewnij komfort termiczny (np. przykryj kocem).
- Rozmawiaj z nim, by nie zasnął .
Jeśli jest nieprzytomny, ale oddycha:
- Ułóż w pozycji bocznej ustalonej.
- Obserwuj oddech do przyjazdu służb .
Jeśli nie oddycha lub oddycha nieprawidłowo:
- Rozpocznij resuscytację krążeniowo-oddechową (RKO):
  - 30 uciśnięć klatki piersiowej (głębokość ok. 5 cm, tempo ok. 100/min).
  - 2 oddechy ratownicze przez usta (z zaciśniętym nosem)
- Kontynuuj RKO do przyjazdu pomocy lub odzyskania oddechu.

Zajmij się poparzeniami

Schładzaj oparzone miejsca czystą, chłodną wodą przez 10–20 minut (jeśli są powierzchowne).
Nie stosuj maści, tłuszczów ani domowych środków.
Nie odrywaj przywartej odzieży – wytnij ją wokół rany

Uwagi dodatkowe

Porażenie prądem może powodować urazy wewnętrzne, nawet jeśli zewnętrzne objawy są niewielkie.
Poszkodowany może być w szoku – nie bagatelizuj objawów.
W przypadku podejrzenia urazu kręgosłupa (np. po upadku), nie poruszaj poszkodowanego

Podsumowanie

Porażenie prądem może prowadzić do poważnych skutków patofizjologicznych, w tym śmierci osoby rażonej prądem. Skutki rażenia prądem są uzależnione od szeregu czynników w tym wartości prądu, napięcia i impedancji ciała ludzkiego. Istnieją różnice w skutkach rażenia prądem w uzależnieniu od tego czy mamy do czynienia z napięciem zmiennym AC czy stałym DC. Projektowanie bezpiecznych instalacji elektrycznych w praktyce uwzględnia długotrwale dopuszczalne wartości prądu i napięcia tak by ochrona przed porażeniem prądu elektrycznego była skuteczna.

Literatura

Ustawy i rozporządzenia:

Ustawa Prawo budowlane z roku 1994 wraz z późniejszymi zmianami
Rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny podlegać budynki i ich usytuowanie

Normy:

IEC TS 60479-1:2016-07 Effects of current on human beings and livestock. Part 1: General aspects.
IEC TS 60479-2:2007 Effects of current on human beings and livestock. Part 2: Special aspects.

Publikacje

Ochrona przeciwporażeniowa w sieciach i instalacjach niskiego napięcia S.Czapp 2023
Instalacje elektryczne, Henryk Markiewicz wyd.9 2018
Poradnik Projektanta EATON, 2023
Wiatr, M. Orzechowski –Poradnik projektanta Elektryka – DW MEDIUM 2012 wydanie V

Kanał elektryczny

Porażenie prądem AC i DC – przyczyny i skutki

Spis treści

Co to jest porażenie prądem?

Impedancja (rezystancja) ciała człowieka

Czy napięcie DC jest bardziej niebezpieczne niż napięcie AC?

Porażenie prądem przemiennym sinusoidalnym o częstotliwości 50 Hz