Villamos áram élettani hatása

Átírás

1 Villamos áram élettani hatása

2 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

3 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

4 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

5 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

6 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

7 A villamos áram veszélyei legalapvetőbb érzékeléseinkkel nem szerezhetünk tudomást a jelenlétéről; rendkívül kis villamos energiamennyiségek is súlyos baleseteket, nagy anyagi károkat képesek előidézni. 7

8 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

9 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

10 Balesetek csoportosítása Villamos balesetek csoportjai I.: villamos áramütések villamos sérülések Villamos balesetek csoportjai II.: közvetlen érintés (érintéselleni védelem) közvetett érintés (érintésvédelem) 10

11 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

12 Szívkamraremegés (fibrilláció) Légzésbénulás (a légzőközpont vagy légző izmok bénulása) Szívműködés és vérkeringés változásai Az idegrendszer változásai Áramhalál 12

13 Villamos sérülések Bőr sérülései (áramjegy, metallizáció, égési sérülés) Izmok, inak sérülése Csontok sérülése Vérerek sérülése Belső szervek károsodása Érzékszervek károsodása 13

14 Az elektromos áram hatásai hő-, vegyi-, mágneses- és biológiai v. élettani hatás. 14

15 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

16 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

17 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

18 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

19 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

20 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

21 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

22 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

23 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

24 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 / perc 50 Hz: 50/mp = 3000 / perc!! 24

25 KEDVEZŐ HATÁSOK: 1. Az emberi élet alapjait az agyból kiinduló elektromos impulzusok biztosítják. 2. Fizikoterápiás kezelések a gyógyászatban. 25

26 ÉRINTÉSVÉDELEM 26

27 Érintésvédelmi módszerek 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

28 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

29 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

30 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

31 Áramütés talpponti ellenállás: 150 Ω száraz bőrtalp: 80 kω nedves bőrtalp: 450 Ω gumitalp: függ az anyagában lévő koromtól R e = R belső +R bőr1 +R bőr2 R belső = R bl +R t +R bk R jk R jl R bk R t R bőr2 R bl R bőr1 R á1 I R á2 U 31

32 Az emberi test ellenállása 6000 R ( ) e 4000 Érintésvédelmi méretezés: R e = 1 kw (legkedvezőtlenebb eset) Középérték U(V) 32

33 Élettani hatások Hőhatás fehérjemolekulák - testhőmérséklet + 5 C egyenlőtlen eloszlás - helyi károsodás Elektrolízis DC AC (alacsony frekvencia) 33

34 Ingerhatások Pszichológiai és élettani hatások fokozatai: érzetküszöb (rázásérzet), elengedési áram (izomgörcs), légzési zavarok (görcs a rekeszizomban), szívkamralebegés (fibrilláció), pillanatos agyhalál. - érzetküszöb 0,5 1 ma - erős rázásérzet 6 14 ma - izomgörcs ma - szabálytalan szívműködés ma - szívkamralebegés ma - pillanatos halál 100 ma felett. 34

35 Néhány érték: érzetküszöb 0,5 1 ma erős rázásérzet 6 14 ma izomgörcs ma szabálytalan szívműködés ma szívkamralebegés ma pillanatos halál 100 ma felett. 35

36 Érzetküszöb rázásérzet (50 Hz és egyenáram) f = 50 Hz Nők: I é =0,7 ma Férfiak: I é =1,1 ma Egyenáram esetén: Férfiak: I é =5,0 ma 36

37 Elengedési áramerősség izomgörcs (50 Hz és egyenáram) f = 50 Hz Amit még el tudunk engedni Nők: I é =10,5 ma Férfiak: I é =15,9 ma Egyenáram esetén: Férfiak: I é =74,0 ma 37

38 Érzetküszöb, elengedési áramerősség (50 %-os értékek a frekvencia függvényében) 38

39 Szívkamralebegés A szív percenként szor húzódik össze. Ugrás a szív periódus idejénél (t p ) Emberre vonatkozó kutatások: t > t p kísérletek 39

40 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, I (ma ) csúcs 95 % 50 % 5% 0,3 % Testsúly (kg)

41 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

42 Földelések Üzemi földelés - potenciálrögzítés Védőföldelés - érintésvédelem Segédföldelések - mérési célokra Földelések ellenállása földelő + földelővezető 42

43 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

44 Törpefeszültség: váltakozó esetén 50 V-nál nem nagyobb névleges feszültség. egyenáram esetén 120 V-nál nem nagyobb névleges feszültség. 44

45 Érintésvédelmi osztályok I. érintésvédelmi osztályú berendezés (védővezető) II. érintésvédelmi osztályú (kettős szigetelés) III. érintésvédelmi osztályú gyártmányt jelzi (külső törpefeszültség) 45

46 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

47 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

48 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

49 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

50 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 51

52 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

53 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