ДЛЯ ТЕХ, КТО ГЛУБОКО КОПАЕТ
Гусев С.В.
Начальник ПТО ЗАО «ОБЕРОН-АЛЬФА»
13.03.2010г.

ПЛАВАЮЩИЙ ИМПУЛЬС ЭЛЕКТРОШОКОВЫХ УСТРОЙСТВ ОБЕРОН-АЛЬФА:
 ТЕХНОЛОГИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМПУЛЬСОВ, ПРИМЕНЯЕМАЯ С 1996г. по 2015г.

Несмотря на то, что электрошоковые устройства (электрошокеры, шокеры, ЭШУ) уже достаточно прочно закрепились на пока еще молодом рынке гражданского оружия, не все знают, как работают эти устройства, на каких принципах построено их воздействие на биологический объект. На первый взгляд все просто – как ими пользоваться часто показывают в художественных фильмах, а выбрав в магазине электрошокер самого высокого класса (класс 1) можно обеспечить успех при самообороне. Но не так все гладко. Существующая методика сертификации контролирует только группу параметров, и она не может гарантировать то, что купив электрошокер Класса 1, Вы купили эффективное оружие самообороны.

Эта статья призвана помочь разобраться во всех тонкостях электрошокового воздействия. Зная, как устроено электрошоковое устройство, на чем основаны принципы поражения током высокого напряжения, гораздо проще выбрать электрошокер в магазине, и в этом случае можно быть уверенным, что при самообороне результат будет ожидаемым и покупатель не разочаруется сразу во всех ЭШУ, случайно натолкнувшись на shoker низкой эффективности.

 

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ РАЗРЯД ЭЛЕКТРОШОКЕРА

 

ПАРАМЕТРЫ РАЗРЯДА

Какие электрические процессы происходят при работе электрошокера? Вы нажали на кнопку ЭШУ. Что происходит дальше?

Если элемент питания электрошокового устройства достаточно заряжен, то запускается генератор электрошокера, производящий накачку высоковольтной развязки. Эта высоковольтная развязка работает импульсно и выдает на один из электродов электрошокера по отношению к другому электрический потенциал: пусть в нашем случае высоковольтный потенциал возникает на электроде Р1 (фазовый электрод), а электродом с низким потенциалом является второй электрод Р2 (нулевой) (рис 1.).

По какому пути далее пойдет электрический ток с высоковольтного электрода Р1 на электрод Р2? Это зависит от расстояний Lк, Lр1, Lp2, коэффициента k (рис.1), где

Lк – расстояние между контрольными электродами;
Lр1 – расстояние от рабочего электрода Р1 до объекта;
Lp2 - расстояние от рабочего электрода Р2 до объекта;
k-коэффициент массы объекта;

(k=1 для объектов с малой массой(например, ножницы); k=1,2-1,3 для массивных объектов (например, человек)).

Для высоковольтного электрошокового разряда критическим соотношением является соотношение между:

(Lк) и (Lр1*k+Lp2)

Если Lк < Lр1*k+Lp2, то ток Iэшу с электрода Р1 на электрод Р2 проходит по воздуху между контрольных электродов (рис.1) - между электродов возникает холостой электрический разряд.

Если Lк > Lр1*k+Lp2, то разряд начинает протекать не с контрольного электрода на контрольный, а течет с рабочего электрода Р1 на электропроводные биологические ткани объекта и замыкается на электроде Р2 (рис.2).

Электрошокер генерируют импульсный ток, т.е. электрический разряд с Р1 на Р2 не идет постоянно, а возникает периодически с частотами 5-300Гц. Импульсный электрический разряд электрошокера характеризуется следующими параметрами:

1.Напряжением холостого разряда Uх.р.;
2.Амплитудой импульсов на различных нагрузках;
3.Длительностью импульсов на различных нагрузках;
4.Частотой следования импульсов высокого напряжения в разряде;
5.Мощностью разряда на различных эквивалентных нагрузках;
6.Формой импульса;
7.Визуальной оценкой (субъективной) холостого разряда.

  

Рассмотрим более подробно эти параметры.

Напряжение холостого разряда Uх.р.

Этот параметр электрошокера говорит о возможности пробивать воздушный зазор между контрольных электродов. Он пропорционален величине Lк (рис.1).

Естественно, чем больше Lк, тем больше может быть обозначенное выше соотношение Lр1*k+Lp2. А это как раз и есть расстояние до объекта, при котором электрический разряд пойдет не между контрольных электродов, а по пути, представленном на рис.2.

При замерах Uх.р. в лабораториях в соответствии с существующей методикой подразумевается, что этот параметр пропорционален также и мощности импульса, хотя на практике произошло выхолащивание этой сути и сегодня практически он стал пропорционален только воздушному зазору, который может взять разряд электрошокера.

Амплитуда и длительность импульсов на различных нагрузках

Для того, чтобы полноценно рассмотреть параметры импульса, нужно дополнительно рассмотреть эквивалентную электрическую схему воздействия ЭШУ на биологический объект. В наиболее общем случае ток с электрода Р1 на Р2 проходит через воздушный зазор, кожу, ткани. Далее опять через кожу и воздушный зазор (рис.2). Все эти элементы имеют свое электрическое сопротивление и эквивалентная схема представлена на рис.3.

Rв-сопротивление воздушного зазора между электродом электрошокера и кожей объекта;
Rк-сопротивление кожи;
Rт-сопротивление тканей;
Cк-емкость кожи.

В случае электрического разряда ЭШУ общее сопротивление R:

R=Rв1+Rв2+2Rк+Rт

При разных значениях Rв1,Rв2,Rк,Rт высоковольтная развязка электрошокера замыкается на совершенно разные нагрузки. Ток через объект будет иметь разные значения и разный вид:

1.При разных условиях применения Rв различно (расстояние до объекта, влажность воздуха, наличие и плотность одежды на объекте, степень поляризации воздуха электрическим разрядом);
2.От физиологии человека зависят параметр Rк и Rт (так для человека, находящегося в состоянии алкогольного опьянения эти параметры резко снижаются).

При работе электрошокового устройства высоковольтная развязка нагружается на общее сопротивление R.

Частота следования импульсов высокого напряжения в разряде (f)

Эта характеристика говорит о том, сколько импульсов генерирует электрошокер за 1 секунду.

Нет четкого значения частоты ЭШУ, которую можно было бы рекомендовать. Она напрямую связана с формой импульса и для разных способов реализации высоковольтных разрядов она разная. Кроме этого частота должна быть с одной стороны высокой, чтобы поляризовать воздушный канал при работе ЭШУ с зазором до объекта, а с другой стороны не быть слишком высокой, чтобы в процессе воздействия на мышечные ткани давать им возможность работать в режиме «сокращение-расслабление» и тем самым вызывать парализацию мышц объекта. Можно определенно сказать, что для контактного оружия необходимая частота – 100-250Гц.

Мощностью разряда на различных эквивалентных нагрузках

Мощность Р вычисляется по формуле:

Р=Римп*f, где Римп-мощность одного импульса; f – частота импульсов.

Форма импульса

Когда речь заходит о форме импульса, то как правило имеется в виду соотношение амплитуды и длительности, а также поведение кривой от пикового значения до завершения (кривая из точки1 в 2 на рис.8). Если объяснять простым языком, то поскольку мощность электрошокера на нагрузке R = 1 кОм не должна превышать 3Вт (ограничение при сертификации), т.е. Р=Римп*f < 3, то следовательно если мы хотим работать с хорошей частотой, мощность импульса мы уменьшаем.

Чтобы уменьшить мощность импульса и не потерять эффективность ЭШУ Конвой, были сделаны следующие корректировки формы импульса (убрано все лишнее):

-максимально уменьшена амплитуда до достаточного уровня, чтобы обеспечить гарантированный пробой одежды объекта. Есть электрошокеры, у которых амплитуда импульса выше амплитуды импульса ЭШУ Конвой в несколько раз, но это не дает значительного прироста эффективности, а эффективность резко снижается, поскольку в этих ЭШУ резко приходится снижать либо частоту, либо длительность импульса.
-импульс электрошокера Конвой прогнут внутрь в кривой 1-2 (рис.8). Это позволило резко повысить длительность импульса. Можно отметить, что длительность импульса ЭШУ Конвой в несколько раз длиннее ближайшего конкурента.

Форма импульса ЭШУ Конвой оптимизирована для обеспечения максимальной эффективности, а мощность не превышала разрешенные ГОСТом 3Вт на нагрузке 1 кОм.

Визуальная оценка (субъективная) холостого разряда

Это оценка говорит о том, насколько «впечатляет» работа электрошокера при холостом разряде. Естественно желание получить электрошокер с хорошим психологическим отпугивающем эффектом: высокой частотой, громким треском и насыщенным цветом разряда. Такие электрошоки более чем убедительны, особенно в темноте, и агрессор может ретироваться, охладев после того, как увидит такое «чудо».

 

ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО РАЗРЯДА ЭЛЕКТРОШОКЕРА НА ЖИВУЮ ЦЕЛЬ

 

УСЛОВИЕ ПРИМЕНЕНИЯ 1: ЧЕРЕЗ ТОЛСТУЮ ОДЕЖДУ

Условия: расстояние до объекта значительное (на объекте толстая куртка).

Результат: Высоковольтная развязка ЭШУ нагружается на большое сопротивление R: сопротивление на одежде, только частично поляризованный воздушный канал (разряд разваливается и не способен поляризовать и этим значительно снизить сопротивление воздушного канала). Кроме того разряд с электрода Р1 попадает на кожу объекта в разных точках зоны поражения (рис.4) и сопротивление кожи велико для каждого импульса. В результате система «воздух-кожа-ткани» получает удар высоким напряжением. Вследствие того, что мощность импульса электрошокера ограничена общей энергетикой элемента питания, то соответственно снижается средний ток импульса. Если в процессе воздействия Rв снизится (например, одежда подгорит в пути прохождения тока), то ток увеличится.

Вывод: Неблагоприятные условия применения. Применять желательно в те участки тела, где минимум одежды и электроды Р1 и Р2 будут максимально близко к зоне поражения.

 

 

 

 

УСЛОВИЕ ПРИМЕНЕНИЯ 2: ЧЕРЕЗ ТОНКУЮ ОДЕЖДУ

Условия: расстояние до объекта не значительное (5-7мм).

Результат: Высоковольтная развязка электрошокера нагружается на небольшое сопротивление R: воздушный канал поляризуется (при этих условиях как раз и незаменима высокая частота импульсов) Кроме того разряд с электрода Р1 попадает на кожу объекта, пробивает кожу и последующие импульсы стекают на зону поражения именно в этой точке (рис.5). В результате система «воздух-кожа-ткани» получает удар всего в несколько киловольт. При этом условии применения средний ток импульса значительно вырастает.

Вывод: Хорошие условия применения. Эффект очень сильный.

УСЛОВИЕ ПРИМЕНЕНИЯ 3: ПЛОТНЫЙ КОНТАКТ

Условия: плотное касание электродами объекта.

Результат: ЭШУ работает в режиме короткого замыкания. Сопротивление воздушного слоя отсутствуют. Разряд с электрода Р1 пробивает кожу и далее высоковольтная развязка замыкается на подкожные ткани зоны поражения: общее сопротивление нагрузки R=50 Ом. Средний ток импульса высокий.

Вывод: Оптимальные условия применения. Эффект максимально сильный.

ВЫВОДЫ

Внимательный читатель видимо уже обратил внимание на то, что при снижении напряжения воздействия поражающий эффект усиливается. Да именно так, поскольку при этом вырастает средний ток импульса. А этот параметр значительно влияет на поражающую характеристику.

При сертификации электрошокеров электрические параметры импульса контролируются следующим образом: высоковольтная развязка замыкается на сопротивление R=1кОм и замеряется напряжение (ток) на этой нагрузке, форма импульса и его длительность. Эти данные вкупе с частотой образования импульсов позволяют рассчитать мощность ЭШУ. Ни о каких приведенных выше различных условиях применения речь не идет. Это позволяет выходить на рынок электрошокерам, которые не имеют права считаться оружием. У таких электрошокеров полный обман по электрическим параметрам: на R=1кОм амплитуда импульса как правило не оптимизирована по отношению к его длительности. Что это означает на практике. Через толстую одежду разряд не эффективен, а при плотном контакте электродов с зоной поражения бесполезен. А если человек обладает от природы низким сопротивлением или находится в алкогольном или наркоточеском опъянении (Rт=10 Ом), высоковольтная развязка «проседает», средний ток импульса резко падает и такой разряд объект практически не чувствует (рис. 6).

Встречаются электрошокеры с импульсом практически нулевого воздействия, но существующие замеры мощности позволяют называть их электрошокерами (рис.7).

   

 

ПЛАВАЮЩИЙ ИМПУЛЬС

 

Рассмотрим поведение параметров импульса в зависимости от условий применения (параметра R), т.е. изменение силы тока, проходящей через биологический объект в течение одного импульса на примере ЭШУ Конвой. В ОБЕРОН-АЛЬФА были проведены исследования по фактическому воздействию разной формы импульса с одной и той же мощностью и определено необходимое поведение этой формы при разных условиях применения. На основе этого нами была создана электрическая схема ЭШУ, реализующая технологию изменения длительности импульса в зависимости от условий применения - технологию Плавающего импульса.

Плавающий импульс электрошокового устройства – значительно изменяемая длительность импульса в зависимости от условий применения электрошокера. При воздействии на человека в состоянии алкогольного или наркотического опъянения, а так же на лиц с врожденным низким сопротивлением, сопротивление кожи и подкожных тканей очень низкое. Высоковольтная развязка чрезвычайно чувствительна к подключаемой к ней нагрузке и длительность импульса в этом случае вырастает. Это значит, что объект более длительное время будет находиться непосредственно под напряжением, и эффективность воздействия ЭШУ значительно увеличится (рис.8).

 

ПАРАМЕТРЫ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОШОКЕРА

 

Среди всех вышеперечисленных электрических параметров ЭШУ нельзя выделить один-два параметра и по ним оценивать эффективность. Однако, многие покупатели, которые ответственно подходят к выбору электрошокера, и некоторые специалисты пытаются как-то систематизировать и преподнести простую оценку эффективности. Но на сегодняшний день простых решений нет. На 100% можно сказать ДА или НЕТ только при испытаниях в конкретных боевых условиях.

Но в этом плане есть следующие соображения:

1.Средний ток в импульсе на нагрузке 1кОм не является определяющим, а позаимствован из электротехники, где рассматривается поражение человека током высокого напряжения. Но в тех условиях ток синусоидальный или постоянный и проходит через все тело человека.
2.Мощность устройства тоже нельзя рассматривать как единственный показатель. Можно создать электрошокер, который будет обладать очень высокой мощностью, но если не правильно сформирована форма импульса и неправильно подобрана частота, то такой прибор может просто, например, вызвать ожоговый эффект: разряд прожжет верхние ткани зоны поражения и результатом будет не шоковое состояние, а дым в зоне поражения.
3.Напряжение холостого разряда не связано с эффективностью, а говорит только о том, насколько близко нужно поднести рабочие электроды к зоне поражения, чтобы разряд перекинулся с контрольных электродов непосредственно на объект. И на самом деле 90кВ или 70кВ – это все очень близко по условиям пробоя.

Действительно важные характеристики электрошокера:

1.Расстояние между рабочих электродов должно быть максимально разрешенное законом - 40мм. (рис.9).
2.Форма импульса, обеспечивающая экономное использование мощностных ресурсов и имеющая максимальную длительность – это залог успешного боевого применения.
3.Способность высоковольтной развязки эффективно работать при разных условиях применения.

 

ФАКТИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТ ВОЗДЕЙСТВИЯ

 

Строго говоря, в общем случае возможны всего четыре вида фактического воздействия разряда электрошока на биологический объект:

1.Слабое. (Без комментариев).
2.Ожогово-болевое. Неправильно подобраны режимы работы высоковольтной развязки;
3.Удар. Электрошокер имеет хорошую мощность импульса и высокую частоту. Мышечные ткани сокращаются один раз, но чрезвычайно сильно и в процессе воздействия не расслабляются. При воздействии в уязвимые точки поражается нервная система и возможна потеря сознания.
4.Парализующее воздействие. Электрошокер имеет хорошую мощность импульса и длительность, и не очень высокую частоту. Мышечные ткани зоны поражения работают в режиме «сокращение-расслабление» и тем самым воздействие вызывает парализацию мышц объекта. При воздействии в уязвимые точки объект теряет подвижность. Парализация продолжается и после окончания воздействия. Поражается нервная система и возможна потеря сознания.

Важный вопрос, и он правомерно возникает у каждого владельца ЭШУ: возможен ли летальный исход при применении ЭШУ. На сегодняшний день можно однозначно сказать – НЕТ. До тех пор, пока расстояние между рабочими электродами у контактного ЭШУ не превышает 40мм., такое маловероятно. Даже если увеличить мощность устройства. Дело в том, что в этом случае поражаются нервные окончания в ограниченной зоне поражения. И кроме того, опыт применения ЭШУ в странах, где есть ограничения на большую мощность, говорит – летальный исход исключен. Были зафиксированы летальные исходы только при применении ЭШУ дистанционного действия вследствие несоблюдения правил применения (они достаточно сложны и в боевой обстановке их сложно выполнять) и сильных травм при попадании в тело гарпунов-электродов.

Очень часто приходится слышать вопрос: что будет после воздействия? На сколько времени агрессор потеряет сознание? Это сложный вопрос и для ответа на него нужно уточнить: каков возраст агрессора, его телосложение, в какую зону применялся электрошокер, какое было расстояние от рабочих электродов до зоны поражения. Применение ЭШУ Конвой и PHANTOM с непосредственным контактом к зоне поражения в шею, солнечное сплетение, пах, область сердца, грудную клетку даст 100% результат. С первого мгновения агрессор будет недееспособен. Применение в более слабые зоны дают возможность выиграть время и нанести второй разряд уже в рекомендуемую зону.

 

ОСНОВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ЭЛЕКТРОШОКЕРОВ КОМПАНИИ ОБЕРОН-АЛЬФА

 

В ОБЕРОН-АЛЬФА большое внимание уделяется качеству устройств, поскольку вопрос надежности любого оружия, тем более гражданского, является для нас приоритетным.

Вторая приоритетная задача - совершенствование электронной «начинки» в пределах электрических параметров, разрешенных действующим законодательством. Последнее обновление – модернизация высоковольтной развязки, позволяющей получить «плавающий» импульс и переход на Литий-полимерные (LiPol) аккумуляторы для специальных применений. LiPol аккумулятор обладает повышенной токоотдачей, способен длительно работать при пиковых нагрузках, имеет малый процент саморазряда при хранении, а также может форсированно заряжаться (полный заряд за 40 минут) без ущерба химическим свойствам и сроку службы аккумулятора.