Biztonságtechnika

A villamos áram hatása az emberi szervezetre

Az emberi test maga is vezető, ezért ha a test különböző pontjai között potenciálkülönbség lép fel, a testen áram indul meg. Az emberi testen áthaladó áram élettani hatásai:

- 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. 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.

- 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.

- 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 ^oC feletti felmelegedés – a fehérjék (vissza nem fordítható) kicsapódása miatt – halálos kimenetelű lehet.

Az áram hatása a be- és kilépési pontokon (tehát az áram útján) kívül az áram erősségétől, frekvenciájától, az áramütés időtartamától, és az emberi szervezet állapotától is függ. Az áramütést okozó feszültség hatására kialakuló áram erőssége függ az emberi test ellenállásától. Ezt alapvetően a bőrfelület tulajdonságai ás állapota határozzák meg (száraz, érdes bőrfelület esetén az ellenállás nagyobb), valamint az érintkező felületek nagysága. A test ellenállása száraz bőrfelület esetén néhány száz kiloohm szokott lenni, de nedves bőrfelületnél, vagy ha az áramütést okozó feszültség átüti a bőr felső hámrétegét, néhány száz ohmra csökken.

A testen áthaladó áramot egy bizonyos érték (az ún. érzetküszöb) alatt nem is érzékeljük. Az érzetküszöb átlagos esetben, egyenáram esetén 5-6 mA. 15-25 mA áram hatására az izmok már összerándulnak, a testen áthaladó 25-100 mA már veszélyes, a 100 mA feletti áram halált okozhat. A megadott áramértékek hozzávetőlegesek, és erősen függenek az áram útjától és az emberi szervezet pillanatnyi állapotától.

A legveszélyesebb az, ha az áram a szíven, a légzőközpontokon, vagy a fejen halad keresztül. Veszélytelenebb az áramütés akkor, ha az áram útja ezeket a szerveket elkerüli (pl. a két lábon keresztül vezet).

Az áram hatása frekvenciájától is függ. Egyenáramú balesetnél az áram vegyi hatása a legveszélyesebb. Hálózati (50 Hz-es) áramütésnél az izmokra gyakorolt hatás a legjelentősebb. A frekvencia növekedtével a „szkin hatás” miatt az áram a test felületére szorul ki, és ott égési sérüléseket okozhat.

Minél hosszabb ideig halad át az áram a testen, annál súlyosabb következményeket okozhat.

Számít a szervezet állapota, a figyelem, és az áramütésre való „felkészültség” is. Ha a villamos árammal dolgozó figyelmes, és fel van készülve az esetleges áramütésre, az áram hatása gyengébb lehet.

Az áramütés elleni megelőző intézkedések

Néhány fogalommeghatározás:

- 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.

- 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.

A szabványok érintésvédelmi szempontból különböző feszültségszinteket határoznak meg.

Törpefeszültségű az a berendezés, amelynek vezetői között (vagy bármely vezetője és a föld között) a feszültség nem nagyobb, mint 50 V.

Kisfeszültségű az a berendezés, amelynek vezetői közt a feszültség 50 V-nál nagyobb, de 1000 V-nál kisebb, és közvetlenül földelt berendezésnél egyik vezetője és a föld közötti feszültség sem nagyobb, mint 600 V.

Nagyfeszültségű az a berendezés, melynek vezetői között a névleges feszültség nagyobb, mint 1000 V, vagy közvetlenül földelt berendezésnél egyik vezetője és a föld közötti feszültség meghaladja a 600 V-ot.

Magyarországon a háztartásokba általában egyfázisú váltakozóáram van bevezetve. (A hálózati feszültség 230 V, a frekvencia 50 Hz.) A beérkező két vezeték közül az egyik az üzemi földelés (ezt a transzformátorháznál és esetleg a légvezeték vagy földkábel más pontjain is leföldelik), a másik a fázis. Könnyen belátható, hogy a fázis megérintése áramütést okoz, ha egyidejűleg testünk valamely része a földdel érintkezik. A fázissal akkor is érintkezésbe kerülhetünk, ha valamely villamos berendezés meghibásodása folytán az megjelenik a készülék dobozán, általában valamely, a kezelő által megérinthető pontján (testzárlat).

Az érintésvédelem feladata az esetleges testzárlat által okozott életveszély megelőzése.

Az érintésvédelemnek vannak passzív és aktív megoldásai.

Passzív érintésvédelem

Passzív megoldások: az elkerítés, védőelválasztás, elszigetelés, burkolás.

Az elkerítés nem akadályozza meg, hogy üzemszerűen feszültségmentes részek a környezethez képest veszélyes feszültség alá kerüljenek, de ezek véletlen érintése ellen védelmet nyújt úgy, hogy a védendő (helyhez kötött) berendezést kerítéssel, korláttal stb. veszik körül.

A védőelválasztás alkalmazásakor minden egyes fogyasztó készüléket külön biztonsági transzformátorral előállított, földeletlen feszültséggel táplálnak. (A biztonsági elválasztó transzformátor két, egymástól elszigetelt primer és szekunder tekercsének feszültsége azonos, de a szekunder tekercs egyik kivezetése sincs leföldelve. Így a szekunder bármely pontjának és a földnek egyidejű érintése nem okoz áramütést).

Az elszigetelés a meghibásodott készülék testének megérintése esetén kialakuló áram erősségét a veszélyes érték alá korlátozza az által, hogy az áramkörbe az emberi test ellenállásával sorba kapcsolva nagy ellenállást (szigetelést) iktat be. Egyik módja a készülék testének a kezelőtől kettős szigeteléssel való elszigetelése. A megkettőzött szigetelés az üzemi szigetelés meghibásodása esetén védelmet nyújt az áramütés ellen. A kettős szigetelésű (az 1. ábra szerint megjelölt) berendezést nem szabad leföldelni.

1. ábra Kettős szigetelés jele

Az elszigetelés másik módja a kezelőnek a földtől és földpotenciálon lévő szerkezetektől (pl. szigetelő padlóval) való elszigetelése.

A burkolás – az elkerítéshez hasonló módon – azt akadályozza meg, hogy a helyhez kötött berendezést megérintsék. A védendő berendezést szekrénybe helyezik, beburkolják.

Aktív érintésvédelem

Az aktív érintésvédelem hatását úgy fejti ki, hogy a megengedettnél nagyobb érintési feszültséget okozó testzárlatos berendezést az előírt időn belül a hálózatról lekapcsolja. (A lekapcsolási idő alatt az érintési feszültséget nem csökkenti.) Fajtái: feszültségvédő kapcsolás, áramvédő kapcsolás, nullázás, védőföldelés.

A feszültségvédő kapcsolás alkalmazásakor a védett berendezés teste, és egy, a testtől független potenciálú földelő szonda (segédföldelés) közé egy relét kapcsolnak. Ha a berendezés testpotenciálja a megengedett érintési feszültség fölé emelkedik, a relé 0,2 s alatt kikapcsol, és megszakítja a védett berendezés hálózati feszültség ellátását.

Az áramvédő kapcsolás figyeli a védendő berendezés hálózati áramfelvételét, és testzárlatkor a földelésen keresztül kialakuló áram hatására megszakítja a berendezés hálózati feszültség ellátását. A közvetlen fogyasztót védő áramvédő kapcsolónak 0,2 s alatt le kell kapcsolnia. Áramvédő kapcsolóként általában ún. kismegszakítót alkalmaznak.

A nullázás az érintésvédelemnek az a módja, amikor a villamos berendezés testét a nullázóvezetőn keresztül a hálózat közvetlenül földelt nullavezetőjével kötik össze. Így a testzárlat egyfázisú rövidzárlattá alakul, azt pedig a rövidzárlat-védelem az előírt időn belül lekapcsolja.

A védőföldelés alkalmazásakor a villamos berendezés testét megfelelő földelési ellenállású földeléssel kötik össze. Így elérhető, hogy kisebb áramerősségű testzárlatok esetén az érintési feszültség nem lesz nagyobb a megengedettnél, nagyobb áramerősségű testzárlatok esetén pedig a berendezés zárlatvédelme az előírt időn belül kikapcsol. A védőföldeléses hálózati csatlakozó aljzat védőföldelés érintkezőt is tartalmaz. A védőföldelés érintkezőhöz a berendezés hálózati kábelének zöld-sárga színjelölésű vezetékét kell csatlakoztatni. A védőföldelés vezetékének legalább olyan keresztmetszetűnek kell lennie, mint a hálózati áramot szállító vezetéknek.

Biztosító

A berendezéseket nem csak érintésvédelmi okokból látják el túláramvédelemmel, hanem saját áramköreinek a védelme céljából is. A túláramvédelem (biztosító) leold, ha bármely okból (pl. egy alkatrész meghibásodása miatt) a megengedettnél nagyobb tápáram folyik, és ezzel megvédi a túláram miatt veszélyeztetett többi alkatrészt, áramkört.

Az készüléken belüli túláramvédelemre az aktív áramvédelemnél már említett kismegszakítók is alkalmazhatók, de gyakoribb az olvadó biztosítók használata. Az ún. Wichmann-biztosító egy, a két végén fémkupakkal lezárt üveg (vagy kerámia) csőben elhelyezett ólomhuzal darab. A biztosítót a védendő áramkörrel sorba kapcsolják. Az ólomhuzal átmérőjét úgy választják meg, hogy ha a biztosítón a megadott áramerősség folyik keresztül, a huzal felizzik és elolvad, ezzel a vele soros áramkört is megszakítva. A biztosító kialakításától függően lehet nagyon gyors (FF), gyors (F), normál (N), vagy lassú (T) kiolvadású. Ugyanakkora túláram esetén a gyors biztosító rövidebb idő alatt olvad ki, mint a lassú. (Lassú kiolvadású biztosítót pl. olyan berendezéseknél használnak, amelyek bekapcsoláskor rövid ideig nagy áramot vesznek fel, majd áramfelvételük lényegesen csökken.)

Ha egy olvadó biztosító cserére szorul, először a teljes készüléket feszültségmentesíteni kell, ez után kerülhet sor a hibás biztosító megkeresésére, és azonos típusúval (és értékűvel) való kicserélésére, majd a készülék feszültség alá helyezésére.

Kisfeszültségű hálózatokban végzett munkákkal kapcsolatos biztonsági szabályok:

- A hálózatban munkát végezni csak feszültségmentesítés, megfelelő szakképzettség és a szükséges biztonsági előírások betartása mellett szabad.

- Villamos fogyasztó hálózati csatlakozó vezetékét nem szabad megtoldani (de az erre a célra készült hosszabbító vagy elosztó alkalmazásával meghosszabbítható).

- Kisfeszültségű villamos hálózat légvezetékén akkor sem szabad egyedül munkát végezni, ha a hálózat feszültségmentesítve van.

- A készülék tápegységében lévő nagy kapacitású kondenzátorok a berendezés kikapcsolása után is hosszú ideig feltöltött állapotban lehetnek, és így (ha a készülékben javítást végzünk, és ezért burkolatát eltávolítjuk) áramütést okozhatnak. Ezért e kondenzátorokat a munka megkezdése előtt célszerű egy ellenálláson keresztül kisütni.

Villámvédelem

Zivatarkor a különböző légrétegek erős villamos töltést nyernek, és e töltések villámcsapás útján sülnek ki. A kisülés létrejöhet két légréteg, vagy egy légréteg és a föld felszínén lévő tárgy között. A villámcsapáskorkor fellépő áramerősség több ezer A. A nagy áramú villámot sokszor kisebb kisülés előzi meg, amely ionizálja a levegőt, így mintegy előkészíti a következő, nagy áramú villám útját. A villám a legkisebb ellenállású áramutat keresi, és (megfelelő magasságban telepített villámhárító híján) főként magas épületekbe, fába, vagy antennába csap bele.

Így az amatőr rádióantennák is erősen veszélyeztettek. A levezető kábelen keresztül a villám a lakótérbe is eljuthat, és ott komoly károkat okozhat. A közelben lecsapó villám az épület belsejében lévő (különösen az antenna levezető kábellel párhuzamos) vezetőkben (akár a hálózati, vagy távbeszélő vezetékben) is nagy feszültséget indukálhat, amely a hozzá csatlakoztatott berendezéseket tönkreteheti.

Az esetleges villámcsapás okozta károk elkerülése ill. csökkentése céljából villámvédelmi rendszert (földelést) kell kialakítani. Az antennaárboc mindig legyen leföldelve. Megjegyzendő, hogy a villámvédelmi hálózat földelését nem szabad érintésvédelmi földelésre felhasználni.

Zivatar közeledésekor az összeköttetést haladéktalanul be kell fejezni, és az antennát le kell földelni. Az antenna levezető kábelét távolítsuk el a rádióberendezésünktől. A közelben lecsapó villám által a házban lévő vezetékekben indukált (illetve kapacitív úton keletkezett) feszültség káros hatásainak elkerülésére berendezéseinket célszerű a villamos hálózatról (távbeszélő hálózatról) is leválasztani. Ez a „másodlagos” villámvédelem. Ha olyan antennánk van, amelynél a levezető kábel árnyékolása nem a földhöz (hanem pl. a dipól antenna egyik vezetékéhez, vagy GP antenna ellensúlyához) csatlakozik, a kábel belső erét és az árnyékolást kössük össze, és így földeljük le.

Ha a közelben (pl. az antennaárbocba) villám csap le, annak földelt talppontjában a rendkívül nagy áram hatására akkor is magas feszültség alakul ki, ha jó (kis ellenállású) földelése van. Ilyenkor ez a feszültség a földben az antennától távolodva rohamosan csökken. Ha ekkor közelítjük meg, vagy távolodunk az árboctól, egyetlen lépésünkkel akár életveszélyes feszültségkülönbségű távolságot hidalhatunk át a földön (lépésfeszültség), és áramütést szenvedhetünk.

Teendők villamos áramütés esetén

Villamos áramütéses baleset esetén a sérültet (ha még az áram hatása alatt van), azonnal ki kell szabadítani. Ez történhet a helyiség, vagy a megérintett berendezés áramtalanításával, vagy a sérült elmozdításával (ilyenkor ügyelni kell arra, hogy a sérültet megérintő segítségnyújtó maga ne szenvedjen közben áramütést, illetve hogy az áram hatása alól kiszabadított sérült pl. a magasból ne essen le.)

Az áramütés következtében szív-és légzésbénulás következhet be, ilyen esetben 4 percen belül meg kell kezdeni az újraélesztési kísérletet (szájon keresztül lélegeztetve és felváltva szívmasszázst alkalmazva). A balesetest hanyatt fektetve kemény helyre kell helyezni, ruháját meglazítani, a fejét hátrahajtani, hogy a nyelv által elzárt légút szabaddá váljon. Ez után percenként 16-20 befúvásütemmel néhány szájbafúvás következik, majd a szegycsonton két tenyerünket egymásra helyezve végzünk erős nyomásokat a szívre. A befúvást és a szívmasszázst felváltva alkalmazva egy idő után megindulhat a balesetes légzése.

Minden áramütéses balesetnél orvost kell hívni. Az orvos engedélye nélkül az áramütéses sérülttel nem szabad folyadékot itatni.

Ha az áramütött ember (vagy ruhája) ég, a tüzet betakarással (pl. egy kabáttal betakarva, az égéstől az oxigént elvonva) kell oltani.