Villamos áram élettani hatása

Ember és a villamosság kapcsolata

• Légköri, elektrosztatikus feltöltődés, villamos erőművek, vezetékek, fogyasztók, berendezések, készülékek, stb.

• A villamos energia előnyösebben alkalmazható mint a hagyományos energiafajták (tűz, víz, szél, nap) korunk egyik alapvető jellegzetessége a villamos energia felhasználásának egyre szélesebb körű elterjedése az élet minden területén növekszik a villamos berendezéseknek és készülékeknek a száma nő a tájékozatlan emberek száma

2

• Az ember villamos vagy mágneses térben van. Hatás nem érzékelhető. Egészségkárosodás csak hosszabb idő múlva. elektromágneses környezetvédelem.

• Az ember közvetlenül, vagy átütés, átívelés következtében bekapcsolódik a villamos áramkörbe: áramütés.

– Veszélyes mértékű áramütés rövid idejű behatás esetén is azonnali egészségkárosodás (baleset), esetleg halálhoz vezethet. A villamos balesetek szám és súlyosság tekintetében a közlekedési balesetek után 2. helyen áll.

3

• A villamos energia felhasználása nemcsak előnyös, hanem veszélyes, de miért?

• Hatásaihoz az emberiség nem szokott hozzá évezredeken keresztül, és még ma sem tud hozzászokni igazán a folytonosan megújuló villamos berendezések miatt. A tűz, víz és a különféle mozgások veszélyeinek érzete mintegy a "zsigereinkben" van.

• A villamos energia nem körülhatárolható ("ketrecbe zárható") veszélyforrást jelent, mert mindenütt (munkahelyen, lakásban, stb.) jelen van.

4

• Hiba (zárlat) esetén a használt teljesítmény sokszorosa léphet fel.

• Az átlagember nem ért a villamossághoz, és egyre többen lesznek ilyenek, akik kapcsolatba kerülnek vele.

• Fontos a villamosság veszélyeinek elhárítása, a balesetek elleni biztonságos védelem kialakítása.

5

A villamosság biztonságtechnikája szervezési és műszaki intézkedések valamint védelmi eszközök olyan rendszere, amely a villamosság veszélyeit elsősorban műszaki megoldásokkal igyekszik elhárítani.

A nem szándékos károkozás elleni biztonság (safety).

A szándékos károkozás elleni biztonság: a villamos biztonságtechnika (security).

6

A villamos áram veszélyei

• legalapvetőbb érzékeléseinkkel nem szerezhetünk tudomást a jelenlétéről;

• rendkívül kis villamos energiamennyiségek is súlyos baleseteket, nagy anyagi károkat képesek előidézni.

7

A veszélyek csoportosítása

1. Személyi sérülések, balesetek:

• áramütéses balesetek (a villamos berendezések, készülékek üzemszerűen feszültség alatt álló részeinek közvetlen, vagy hiba következtében feszültség alá kerülő részeinek közvetett érintése)

• a villamos ív által okozott balesetek (égés)

• a levegő – mint szigetelő anyag – átütése által okozott balesetek (nagyfeszültségű villamos berendezésekben fordulnak elő)

8

• másodlagos balesetek (a villamos balesetekkel okozati összefüggésben álló, de nem közvetlenül az áram által kiváltott baleseteket)

• a villámcsapás által okozott balesetek

2. Egészségkárosodás (villamos és mágneses terek hatásai)

3. Tűz- és robbanásveszély

• a villamos ív és szikra gyújtó hatása

• a villamos áram hőhatása

9

Balesetek csoportosítása

Villamos balesetek csoportjai I.:

• villamos áramütések

• villamos sérülések

Villamos balesetek csoportjai II.:

• közvetlen érintés (érintéselleni védelem)

• közvetett érintés (érintésvédelem)

10

Áramütések következményei

• Villamos áramütés: a szervezeten átfolyó áram az izmok görcsös összehúzódását, idegközpontok és pályák zavarát vagy bénulást okozza

• Izomgörcs

• Rövid ideig tartó eszméletvesztés

• Heveny szívmegállás (szívbénulás)

11

• Szívkamraremegés (fibrilláció)

• Légzésbénulás (a légzőközpont vagy légző izmok bénulása)

• Szívműködés és vérkeringés változásai

• Az idegrendszer változásai

• Áramhalál

12

Villamos sérülések

• Bőr sérülései (áramjegy, metallizáció, égési sérülés)

• Izmok, inak sérülése

• Csontok sérülése

• Vérerek sérülése

• Belső szervek károsodása

• Érzékszervek károsodása

13

Az elektromos áram hatásai

– hő-,

– vegyi-,

– mágneses- és

– biológiai v. élettani hatás.

14

A villamos áram hatása az emberi szervezetre

• Ha egy élő szervezeten áram folyik keresztül, akkor is fellépnek a hő, a vegyi és a mágneses hatások, de ezek mellett biológiai szempontból sokkal fontosabb, ahogyan az izom- és az idegrendszer működését befolyásolja.

• Élettani hatásnak nevezzük azokat az életet veszélyeztető biológia elváltozásokat, amelyeket az elektromos áram okozhat, ha az emberi szervezettel kapcsolatba kerül.

15

Az izmok összerándulása:

• Az agy a testet behálózó idegpályákon keresztül villamos ingerületek útján mozgatja az izmokat. Áramütés esetén az (áram be- és kilépési pontjaitól függő) idegeket és izmokat nagyon erős inger érheti, melynek hatására utóbbiak összerándulhatnak, el is szakadhatnak.

• A legveszélyesebb, ha az áram a szíven vagy a tüdőn halad keresztül, mert e létfontosságú szervek izmainak összerándulása a szerv görcsét, bénulását okozhatja.

16

• Az izomsejtek egy csoportja az áram bekapcsolásakor, más csoportja kikapcsoláskor ingerlődik, ezért az izmokra gyakorolt hatás tekintetében a váltakozóáram (amely minden félperiódusában kivált ilyen ingerületeket) hatása veszélyesebb.

17

Vegyi hatás:

• Az emberi test szöveteinek igen nagy (kb. 70%) a nedvtartalma, e nedvek az oldott ásványi sók és más alkotók miatt áramot vezető elektrolitnak tekinthetők.

• A vegyi hatás szempontjából az egyenáramú áramütés a veszélyes, mert az ilyenkor kialakuló elektrolízis miatt a vér és a szövetnedvek veszélyes mértékben elbomolhatnak.

• A bontás során keletkező gázbuborékok is veszélyt jelentenek. A vérsejtek rögökké összeállva eldugíthatják az ereket.

18

Hőhatás:

• A test ellenállásán áthaladó áram hőt termel. A keletkező hő az érrendszerre a legveszélyesebb, mert az erek fala „törékennyé” válik, utólag vérzések keletkezhetnek.

• A 45 °C feletti felmelegedés – a fehérjék (vissza nem fordítható) kicsapódása miatt – halálos kimenetelű lehet.

• Az áram be- és kilépési pontján égési sérüléseket okozhat.

19

A villamos áram élettani hatása

• A szervezetünket az idegrendszer irányítja, amelynek az agy a központja. Ide futnak be, és innen indulnak az idegpályákon az információk a testünk minden pontjába, néhány mV-os feszültség formájában.

• Az élő szervezeten átfolyó áram ezeket a gyenge villamos folyamatokat megzavarja, hamis ingerek, izommozgató utasítások formájában.

20

• Ha a zavaró hatás túl nagy, akkor a szervezet ideg- és izomrendszerét az agy már nem tudja irányítani, leállhat a légzés, megállhat a szív, vagyis bekövetkezhet a halál.

21

KEDVEZŐTLEN HATÁSOK:

1. A test nedvei (vér, nyál, izzadtság) mint elektrolitok, az elektromos áramot vezetik.

2. Ha a szervezeten keresztül áram indul meg a föld felé, annak erősségétől függően

– izomgörcsöket,

– szívritmuszavart,

– idegrendszeri zavarokat,

– szívbénulást,

– légzésleállást okozhat.

22

• Egy esetleges baleset súlyosságát, a balesetet szenvedett testi és lelki állapota befolyásolja.

• A fáradt, kimerült, esetleg ittas személy reakcióképessége rosszabb, mint egy egészségesé, ezért az áramütés által kiváltott menekülési reflex is lassúbb lesz, vagyis a behatás időtartama meghosszabbodik.

• A nem egészséges ember hajlamos az izzadásra, ezért a bőrének ellenállása kisebb lesz, aminek következtében nagyobb áram fog kialakulni benne.

23

A tapasztalatok alapján akár 50 mA-es áram már halált is okozhat.

Veszélyessége függ:

• Áram erősség

– 1 mA érzékelési küszöb,

– 15 mA elengedési küszöb,

– 20 mA légzési zavarok, szív működésre hatással lehet

Behatás ideje:

– a szív periódusa 60 – 120 / perc

– 50 Hz: 50/mp = 3000 / perc !! 24

KEDVEZŐ HATÁSOK:

1. Az emberi élet alapjait az agyból kiinduló elektromos impulzusok biztosítják.

2. Fizikoterápiás kezelések a gyógyászatban.

25

ÉRINTÉSVÉDELEM

26

• Attól függően, hogy az áramütést valamilyen üzemszerűen feszültség alatt álló (aktív), vagy csak meghibásodás következtében feszültség alá kerülő rész megérintése okozza, beszélhetünk közvetlen vagy közvetett érintés elleni védelemről.

• Mindkét védelemre jól használható módszer az érintési feszültségnél kisebb működtető feszültség (törpefeszültség) alkalmazása.

27

Érintésvédelmi módszerek

• Közvetett érintés elleni védelem az áramütés megelőzésére szolgáló műszaki intézkedések összessége: az üzemszerűen feszültségmentes, de a hiba miatt a földhöz képest feszültség alá kerülő részek érintése következtében lépnének fel.

• Közvetett érintés csak a berendezés meghibásodásakor következik be, ezért ilyenkor a feszültség gyors, automatikus lekapcsolása, a kettős szigetelés vagy a védőelválasztás lehet a biztonságos megoldás.

28

Érintésvédelmi fogalmak

• Föld: a talaj vagy a talajjal jól érintkező minden vezető anyag.

• Földelés: a testnek vagy valamilyen vezető résznek a tudatos összekötése a földdel.

• Földelő feszültség: az a feszültség, amely a földelőn átfolyó áram hatására a földelő és nullpotenciálú hely között fellép.

29

• Földzárlat: üzemszerűen feszültség alatt álló vezetőnek a földdel való olyan záródása, amely rendellenesség következtében keletkezik.

• Érintési feszültség: a hibafeszültségnek (vagy a földelő feszültségnek) az a része, amelyet megérintéskor az ember testével áthidalhat.

• Üzemi földelés: az energiaszolgáltató vezetékrendszer valamely pontjának összekötése a földdel.

• Védővezető: a földet és a készüléket összekötő vezető, amely az alapvető érintésvédelmet biztosítja.

30

Áramütés • talpponti ellenállás:

150 Ω • száraz bőrtalp:

80 kΩ • nedves bőrtalp:

450 Ω • gumitalp: függ az

anyagában lévő koromtól

• Re = Rbelső+Rbőr1+Rbőr2

• Rbelső = Rbl+Rt+Rbk

U

Rá2

Rbőr2

Rbl

Rá1Rbőr1 I

R t

Rbk

R jl

R jk

31

Az emberi test ellenállása

Érintésvédelmi méretezés:

Re = 1 kW (legkedvezőtlenebb eset)

32

Középérték

0 200 400 600 U(V)

2000

4000

6000

R ( )e

Élettani hatások

• Hőhatás

– fehérjemolekulák - testhőmérséklet + 5 ◦C

– egyenlőtlen eloszlás - helyi károsodás

• Elektrolízis

– DC

– AC (alacsony frekvencia)

33

• Ingerhatások

Pszichológiai és élettani hatások fokozatai:

– érzetküszöb (rázásérzet),

– elengedési áram (izomgörcs),

– légzési zavarok (görcs a rekeszizomban),

– szívkamralebegés (fibrilláció),

– pillanatos agyhalál.

34

- érzetküszöb 0,5 – 1 mA - erős rázásérzet 6 – 14 mA - izomgörcs 20 – 25 mA - szabálytalan szívműködés 25 – 80 mA - szívkamralebegés 80 – 100 mA - pillanatos halál 100 mA felett.

Néhány érték:

• érzetküszöb 0,5 – 1 mA

• erős rázásérzet 6 – 14 mA

• izomgörcs 20 – 25 mA

• szabálytalan szívműködés 25 – 80 mA

• szívkamralebegés 80 – 100 mA

• pillanatos halál 100 mA felett.

35

Érzetküszöb – rázásérzet (50 Hz és egyenáram)

f = 50 Hz

Nők: Ié=0,7 mA

Férfiak: Ié=1,1 mA

Egyenáram esetén:

Férfiak: Ié=5,0 mA

36

Elengedési áramerősség – izomgörcs (50 Hz és egyenáram)

f = 50 Hz

Amit még el tudunk engedni

Nők: Ié=10,5 mA

Férfiak: Ié=15,9 mA

Egyenáram esetén:

Férfiak: Ié=74,0 mA

37

Érzetküszöb, elengedési áramerősség (50 %-os értékek a frekvencia függvényében)

38

Szívkamralebegés

A szív percenként 300-400-szor húzódik össze.

Ugrás a szív periódus idejénél (tp)

Emberre vonatkozó kutatások:

t > tp

kísérletek 39

Kamrai fibrilláció

• bal láb - bal kéz áramút

rizikófaktorok:

• mell – hát: 1,73

• mell – bal kéz: 1,68

• jobb kéz - bal láb:1,36

• bal kéz – lábak: 1,07

• bal kéz – jobb kéz: 0,46

10 20 40 6010

20

50

100

200

500

I (mA )csúcs

Testsúly (kg)

95

50

5

0,3

%

%

%

%

1000

40

A villamos hálózat és az áramütések

• Kisfeszültségű hálózatok (U< 1000 V) földeltek

• Áramütés

– földön állva, vagy

– egyidejűleg földelt fémtárgyhoz érve

• Fontos a földelések elméletének tárgyalása

41

Földelések

• Üzemi földelés - potenciálrögzítés

• Védőföldelés - érintésvédelem

• Segédföldelések - mérési célokra

Földelések ellenállása

földelő + földelővezető

42

Feszültségszintek besorolása

Nagyfeszültség: • váltakozó áram esetén 1000 V-nál nagyobb

névleges feszültség. • egyenáram esetén 1500 V-nál nagyobb névleges

feszültség. Kisfeszültség: • törpefeszültségnél nagyobb, de nagyfeszültségnél

kisebb névleges feszültség.

43

Törpefeszültség:

• váltakozó esetén 50 V-nál nem nagyobb névleges feszültség.

• egyenáram esetén 120 V-nál nem nagyobb névleges feszültség.

44

Érintésvédelmi osztályok

45

I. érintésvédelmi osztályú berendezés (védővezető)

II. érintésvédelmi osztályú (kettős szigetelés)

III. érintésvédelmi osztályú gyártmányt jelzi (külső törpefeszültség)

• Az I. érintésvédelmi osztályba sorolják például (üzemi szigetelés + védővezető):

– a villamos motorok,

– a hűtőszekrény,

– a villanyvasaló.

• A II. érintésvédelmi osztályba tartozó berendezés (villamos hálózattól független, nincs védővezető, kettős szigetelése van) például:

• a villamos kéziszerszámok,

• a televíziót,

• a hajszárító, porszívó, stb. 46

• A III. érintésvédelmi osztályba tartozó berendezést csak törpefeszültséggel lehet üzemeltetni, és benne nem alakul ki ettől nagyobb feszültség. (6 V, 12 V, 24 V, 48 V)

• Törpefeszültséggel működnek a fokozottan veszélyes helyen, pl. nedves pincében üzemeltetett villamos berendezések, pl.:

– világítótestek, speciális kéziszerszámok, illetve a gyermekjátékok, amelyeknél már a 48 V-os feszültség sem megengedett.

47

Erősáramú villamos berendezés

• Erősáramú az a villamos berendezés, amely a villamos áram munkavégző képességének felhasználására szolgál, továbbá mindaz a villamos berendezés, amely a villamos energiát e berendezések céljára más energiafajtából előállítja, átalakítja, szállítja illetve elosztja.

48

Gyengeáramú villamos berendezés

• Gyengeáramú az a villamos berendezés, amely a villamos áramot nem munkavégzésre, hanem jelátvitelre használja fel, továbbá az ezek célját szolgáló, ezekbe beépített tápegységek.

49

Áramütések fajtái

Áramütés létrejötte:

1) Fázis-föld érintés – üzemszerűen feszültség alatt álló vezetők

2) Fázis-fázis érintése – üzemszerűen feszültség alatt nem álló vezetők

3) Lépésfeszültség áthidalása

50

51

Lépésfeszültség

Elsősegélynyújtás áramütés esetén

• A sérültnek az áramból való kiszabadítása. – Kisfeszültség, azaz 1000V alatt a sérültet az

áramkörből száraz ruhával rántjuk ki ( farúddal, lapátnyél J ).

– 1000V-nál nagyobb feszültség esetén villamos szakember szigetelt mentőrúddal végezheti a kiszabadítást.

52

• Az elsősegélynyújtás a diagnózis megállapítása után kezdődik: – Ha a sérült eszméleténél van állandó

megfigyelés alatt kell tartani; – ha a sérült eszméletlen, de légzése és

vérkeringése van hagyjuk fekve, eszméletre hozása nem feltétlenül szükséges → azonnal mentőt kell hívni;

– ha eszméletlen, nincs légzése, de vérkeringése van akkor mesterséges lélegeztetéssel kell az életét a mentő megérkezéséig fenntartani;

– ha nincs légzés és vérkeringés → mesterséges légzés és szívműködtetés

53