Villamos áram élettani hatása - csonkagy.uw.hucsonkagy.uw.hu/tananyag/egyeb/vill_elet_hat.pdf ·...
Transcript of Villamos áram élettani hatása - csonkagy.uw.hucsonkagy.uw.hu/tananyag/egyeb/vill_elet_hat.pdf ·...
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