Figylem! Ez a cikk 11 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A mindennapi munkavégzésünk állandó kisérője az elektromos áram, éppen ezért nem hátrányos, ha tisztában vagyunk az élettani hatásaival.
Köztudott, hogy az emberi test vezeti az áramot. Ezen áramvezetésért a testnedvek a felelősek. A fémekkel ellentétben a testben az ionok a okozzák az áram vezetését. Ha az emberi vagy az állati testen, közvetett vagy közvetlen módon elektromos áram folyik át, akkor annak veszélyessége az alábbi összetevőktől függ:
áramerősség és behatás időtartama,
testimpedancia és az áram útja a testben,
áram jellege és frekvenciája,
szív-áram faktor,
érintési feszültség.
Mérnökök és orvosok már a 30-as évektől kezdődően folytatnak kutatásokat az elektromos áram emberi szervezetre gyakorolt hatásaival és a veszélyes határok megtalálásával kapcsolatban. A 60-as évek vége felé az IEC is felállított egy munkacsoportot aminek az volt a feladata, hogy az elektromos áram emberi és állati szervezetre gyakorolt veszélyes értékhatárait kidolgozza. Ezen munkacsoport az eredményeit először 1974-ben tette közzé, majd többször átdolgozták jelenleg az IEC-Report 60479-1:2007 számú tanulmányban található. Németországban a tanulmány a DIN V VDE V 0140-479:1996-02 számú előszabványként jelent meg. Fontos tudni hogy a tanulmányokban rögzített adatok főként állatkísérleteken alapulnak.
Áramerősség és behatási idő
Az elektromos áram emberre gyakorolt hatása szempontjából nem csak az áramerősség hanem annak az időtartama is fontos. Az 1. ábra mutatja a 15 és 100 Hz közötti frekvenciájú áramok esetén az orvosi szempontból fellépő károsodások mértékét.
1. ábra:15-100 Hz közötti frekvenciájú áramerősségek hatásai.
AC1: Általában semmi hatás
AC2: Általában semmi káros hatás
AC3: Szervi kár nem keletkezik. Az áram növekedésével és a behatási idő növekedésével visszafordítható szívritmuszavarok, pitvari fibrilláció és ideiglenes szívleállás várható. 2másodpercnél hosszabb idejű behatások esetén görcs szerű izom összehúzódások és nehézségek léphetnek fel a légzés során.
AC4: Veszélyes halálos hatások mint szívmegállás, légzésleállás, és súlyos égések léphetnek fel az AC3hatásain felül.
AC4.1 A szívkamra fibrilláció valószínűsége 5%
AC4.2 A szívkamra fibrilláció valószínűsége 50%
AC4.3 A szívkamra fibrilláció valószínűsége több mint 50%
Nézzünk egy példát egy a modern kor követelményinek is megfelelően létesített kisfeszültségű 20A-nál nem nagyobb névleges áramértékű csatlakozópontra. (pl. lakásban villásdugós csatlakozás). Ez esetben kötelező a a legfeljebb 30mA névleges különbözeti áramú áram-védőkapcsoló (ÁVK, FI-kapcsoló, RCD) beszerelése. Ennek a készüléknek a karakterisztikáját berajzolva az 1. ábrába kapjuk meg a 2. ábrát.
2. ábra: ÁVK karakterisztika beillesztése az áramhatás görbébe.
– érzetküszöb
– elengedési küszöb
– ÁVK karakterisztika
– szívkamra fibrilláció határa
Rövid időre a szabványos kialakítás mellett (fenti eset) is felléphetnek a 500 mA-t meghaladó áramerősségek amelyek halálosak lehetnek (ÁVK önideje alatt). Illetve 10-30 mA áramerősség esetén – amire az ÁVK még nem szólal meg – hosszabb idő alatt keletkezhet kisebb károsodás az emberi szervezetben, de jól látható hogy egy jól működő áram-védőkapcsoló a komolyabb károsodásoktól az esetek többségében megvédi a szervezetet.
Testimpedancia és áramút
A test impedanciája jellemzően három összetevőből áll.
3. ábra: Test impedanciájának összetétele.
ZB1 : A bőr ellenállása az áram belépési pontjánál
ZB2 : A bőr ellenállása az áram kilépési pontjánál
ZTB : A test belső ellenállása
A test teljes impedanciája: ZT = ZB1 + ZB2 + ZTB
50 V-nál kisebb érintési feszültség esetén jellemzően a bőr ellenállása a meghatározó amely azonban különböző körülményektől erősen változik. 50 V-nál nagyobb érintési feszültség esetén a test belső ellenállása a meghatározó. Az 50/60 Hz frekvenciájú feszültség esetén a test belső ellenállásának százalékos eloszlás változását mutatja a 4. ábra.
4. ábra: A különböző testrészek százalékos testimpedanciája.
– nagy érintkezési felület (10 000mm2 nagyságrend)
– közepes érintkezési felület (1000 mm2 nagyságrend)
– kis érintkezési felület (100 mm2 nagyságrend)
5. ábra: A testimpedancia feszültségfüggése különböző érintkezési felületek esetén (Ezen értékek az népesség 50%-nál nem kerülnek túllépésre) SZÁRAZ állapotban.
6. ábra. A testimpedancia feszültségfüggése különböző érintkezési felületek esetén (Ezen értékek az népesség 50%-nál nem kerülnek túllépésre) VÍZES NEDVES állapotban
7. ábra. A testimpedancia feszültségfüggése különböző érintkezési felületek esetén (Ezen értékek az népesség 50%-nál nem kerülnek túllépésre) SÓS NEDVES állapotban
A test impedanciája jellemzően az áram útjától függ és kevésbé függ az érintési felülettől. Ha a frekvenciát is figyelembe vesszük, akkor elmondható hogy a testnek egyenfeszültség esetén van a legnagyobb ellenállása és a frekvencia növekedésével az ellenállás csökken.
Az érintési feszültség fellépésének pillanatában az emberi test kapacitása még töltetlen, ezért a bőr ellenállása elhanyagolható. A test impedanciája tiszta ohmos ilyen esetben. Ez az ohmos ellenállás korlátozza az áramcsúcsokat.
Az 50-60 Hz-es teljes testellenállás kéz-kéz között nagy érintkezési felület esetén. A népesség adott százalékánál nem haladja meg a test ellenállása a leolvasható értéket érintési feszültség függvényében.
1. diagram: Testimpedancia feszültségfüggése nagy száraz érintési felület esetén.
2. diagram: Testimpedancia feszültségfüggése nagy nedves érintési felület esetén.
3. diagram: Testimpedancia feszültségfüggése nagy sós nedves érintési felület esetén.
4. diagram: Testimpedancia frekvenciafüggése (a népesség 50%-nál nem haladja meg az adott értékeket) 50-2000Hz között, nagy és száraz érintési felület esetén kéz-kéz között.
Egyéb hatások
Egyéb elektromos hatások is felléphetnek, mint pl.: izom összehúzódások, vérnyomás növekedés, sejtképzési zavarok, szívritmus zavarok, szív pitvari fibrilláció. Ezek a hatások általában nem halálosak. Néhány amperes vagy hosszabb idejű áramütés esetén égési sérülések és belső sérülések léphetnek fel. Nagyfeszültségű baleseteknél előfordulhat hogy nem lép fel szívkamra fibrilláció és mégis szívmegálláshoz vezet az áramütés. Ez a baleseti statisztikákkal és állatkísérletekkel is igazolható. Ahhoz viszont nincs elég rendelkezésre álló adat hogy ennek bekövetkezésére számszerű valószínűséget lehessen megállapítani.
A szívkamra fibrilláció azért halálos mert a vérkeringés megáll és az oxigénellátás megszűnik. Azonban egyéb okok is vezethetnek halálhoz, mint pl légzés zavarok fellépése. Ez két okbol léphet fel. Vagy az idegpályák és az izmok sérülése miatt, vagy az agyi légzésközpont sérülése miatt. Ezek az események elkerülhetetlenül halálhoz vezetnek. Ahhoz hogy valakit légzéskimaradás állapotából kihozzunk, haladéktalanul mesterséges lélegeztetésben kell részesíteni. Ha az áram kritikus részeken halad keresztül mint pl.: hátgerinc vagy légzésközpont akkor a baleset halálhoz vezethet. Azonban ezek az események még további kutatást igényelnek.
Szív-áram faktor
A szív-áram faktor lehetővé teszi azon áramok kiszámítását amik más úton haladnak mint bal kéz -lábak és mégis ugyan olyan veszélyesek a szívkamra-fibrilláció kialakulásával kapcsolatban (lásd 1. ábra).
Ih=Iref / F
Ih: Testáram az összehasonlítandó áramúton (lásd: 1. táblázat) Iref: Bal kéz – lábak közötti testáram (lásd: 1.ábra) F: Szív-áram faktor (lásd: 1. táblázat)
A további számítások a közölt táblázatokon, diagramokon, ábrákon alapulnak és a népesség 50%-ra vonatkoznak.
1. példa
200 V (50 Hz) érintési feszültség, két kéz és két láb között (kéz közepes testfelület, lábak nagy testfelület)
Zta(K-K): Nagy felület, kéz kéz közötti áramút, Zta(K-L): Nagy felület, kéz láb közötti áramút, Zta(K-H): Nagy felület, kéz hát közötti áramút, Zta(H-L): Nagy felület, hát láb közötti áramút, Ztb(K-K): közepes felület, kéz kéz közötti áramút,
Nagy érintési felület esetén: Zta(K-K) az 1. diagramm alapján 1275 Ohm (200 V) Zta(K-H) = Zta(K-K) / 2 = 637,5 Ohm Zta(K-L) = Zta(K-K) x F = 1275 x 0,8 = 1020 Ohm (F=0,8 a kedvezőtlenebb esetet figyelembe véve) Zta(H-L) = Zta(K-L) – Zta (K-H) = 1020-637,5 = 382,5 Ohm
A teljes testimpedancia 1 kéz és 1 láb között: Zt’ = Zta(H-L) + Ztb(K-H) = 382,5 + 1100 = 1482,5 Ohm
A teljes testimpedancia két kéz két láb között (párhuzamos kapcsolás): Zt = Zt’ / 2 = 1482,5 / 2 = 741,25 Ohm
Az érintési áram: It = Ut / Zt = 200V / 741,25 Ohm = 270 mA
Az eredményt összehasonlítva az 1. ábrával látszik hogy 0,2 s-nél hosszab idejű áramütés ez esetben nagy valószínűséggel szívkamra fibrillációhoz vezet.
2. példa
25 V érintési feszültség, sós-nedves érintési felület,áramút a két kéz és a hát között, (nagy felület a kezeknél és igen nagy felület a hátnál (bőrellenállás elhanyagolható). Ez az eset akkor fordulhat pl elő amikor az egyén a földön ül és a kezében tartja a hibás törpefeszültségű készüléket. A számítás során 5-re kerekítünk.
Két kéz párhuzamosan a háthoz: Zt=Zta(K-H) / 2 = 325 Ohm
Érintési áram: It= Ut / Zt = 25V / 325 Ohm = 77 mA
Hiába a törpefeszültség alkalmazása 77 mA-es áramütés esetén az elengedési határ felett van az áramütés és egy igen erős izom összehúzódás alakul ki már kb. 40 ms után.
Forrás: DIN IEC/TS 60479-1 (VDE V 0140-479-1):2007-05 Gerhard Kiefer: DIN VDE 0100 richtig angewandt
