2. DJELOVANJE ELEKTRIČNE STRUJE NA ČOVJEKA

SIGURNOST U PRIMJENI ELEKTRIČNE ENERGIJE 2. DJELOVANJE ELEKTRIČNE STRUJE NA ČOVJEKA Doc. dr. sc. Vitomir Komen, dipl. ing. el. 1/38

SADRŽAJ: 2.1 Prolazak električne struje kroz čovjekovo tijelo 2.2 Impedancija čovjekovog tijela 2.3 Otpor odjeće, obuće i prijelazni otpor tla 2.4 Djelovanje električne struje na čovjekovo tijelo 2.5 Ozljede uzrokovane električnom energijom 2.6 Granice opasnih napona 2/38

2.1 Prolazak električne struje kroz čovjekovo tijelo 2.1 Prolazak električne struje kroz čovjekovo tijelo Električna struja djeluje na čovjeka kad prolazi kroz njegovo tijelo Električna struja djeluje na čovjekovo tijelo, i u nekim slučajevima, kada struja ne prolazi kroz njegovo tijelo, ali se nalazi u blizini dijelova električnih postrojenja pod naponom Štetno djelovanje električne struje na živa bića: - Statistički podaci: Razina razvijenosti zaštitnih mjera i kvalitete električnih instalacija mogu se u nekoj zemlji ocijeniti pomoću: - broja nesreća na milijun stanovnika - broja nesreća na 1 TWh potrošene električne energije Od ukupnog broja nesreća od elektrokucije koje završavaju smrću: - 80-85% su muškarci - 15-20% su žene - Najveća zastupljenost smrtnih slučajeva je kod ljudi od 25 do 34 godine starosti. - Od svih nesreća uzrokovanih električnom strujom 5% su smrtne. - 85% ih izazove napon do 1 kv, a 15% napon iznad 1 kv. - Moguće je zaključiti da su nesreće na VN rjeđe, ali oko 4 puta opasnije. 3/38

2.1 Prolazak električne struje kroz čovjekovo tijelo Električna struja teče kroz čovjekovo tijelo kad je ono dio ZATVORENOG STRUJNOG KRUGA čovjek svojim tijelom dodiruje dvije točke strujnog kruga između kojih postoji napon Slučajevi u kojima čovjek postaje dio zatvorenog strujnog kruga prolazak električne struje kroz čovjekovo tijelo 1. Dodir čovjeka s dva vodiča nekog strujnog kruga između kojih postoji napon direktni dodir 4/38

2.1 Prolazak električne struje kroz čovjekovo tijelo 2. Dodir s jednim vodičem koji se nalazi pod naponom u odnosu na zemlju direktni dodir 3. Dodir s metalnim dijelom (kućištem) električnog uređaja ili postrojenja koji je u normalnom pogonu izoliran od napona, ali je došao pod napon uslijed kvara (proboja) na izolaciji indirektni dodir 5/38

2.1 Prolazak električne struje kroz čovjekovo tijelo 4. Dodir s uzemljivačem nekog elektroenergetskog postrojenja koji za vrijeme prolaska struje kvara kroz njega poprima potencijal (napon) prema zemlji napon dodira 5. Dodir s dvije točke na površini zemlje između kojih vlada razlika potencijala (napon) uslijed prolaska struje kvara kroz uzemljivač i zemlju napon koraka 6/38

2.1 Prolazak električne struje kroz čovjekovo tijelo 6. Ako čovjek dođe u takvu blizinu visokonaponskog elektroenergetskog postrojenja da dođe do električnog proboja zraka kao izolatora i da se strujni krug zatvara preko čovjeka na zemlju 7/38

2.1 Prolazak električne struje kroz čovjekovo tijelo Kad čovjek postane dio zatvorenog strujnog kruga kroz njegovo tijelo teče električna struja jakosti I t. Jakost električne struje koja teče kroz čovjekovo tijelo kad je on dio zatvorenog strujnog kruga Ohmov zakon I = t U Z d t ( A) I t U d Z t - struja kroz čovjekovo tijelo (A) - napon dodira između dviju točki dodira na čovjekovom tijelu (V) - impedancija čovjekovog tijela (Ω) 8/38

2.2 Impedancija čovjekovog tijela 2.2 Impedancija čovjekovog tijela Impedancija čovjekovog tijela ukupna impedancija različitih dijelova čovjekovog tijela (koža, krv, mišići, druga vlakna, kosti i zglobovi) na putu struje kroz tijelo, između dvije točke dodira. Impedancija čovjekovog tijela Z t sastoji se od radnih i kapacitivnih otpora pojedinih dijelova čovjekovog tijela v Z t = v Z u v + 2Z k Impedancija čovjekovog tijela Impedancija čovjekovog tijela Z t ukupna impedancija tijela unutarnja impedancija Z u impedancija kože Z k 9/38

2.2 Impedancija čovjekovog tijela Unutarnja impedancija Z u impedancija čovjekovog tijela između dviju točki dodira, kad je na mjestima dodira skinuta koža - ima pretežito obilježje radnog otpora - brojčana vrijednost ovisi o putu struje kroz tijelo Impedancija kože Z k impedancija između vanjske površine kože i potkožnog tkiva. - ima obilježje radnog i kapacitivnog otpora (mreža otpornika i kondenzatora) - ima promjenjive brojčane vrijednosti i vrlo širokim granicama od 0 do 50.000 Ω u ovisnosti o iznosu napona dodira, frekvenciji, jakosti i trajanju struje, površini dodira, pritisku dodira, stupnju vlažnosti kože i temperature kože - za napone dodira U d < 50 V vrijednost impedancije kože se mijenja u širokim granicama - za napone dodira U d > 50 do 100 V impedancija kože se znatno smanjuje, a nakon proboja kože postaje zanemariva 10/38

2.2 Impedancija čovjekovog tijela Ukupna impedancija čovjekovog tijela Z t v Z t = v Z u v + 2Z - za napone dodira U d < 50 V ukupna impedancija tijela mijenja se u širokim granicama - za napone dodira U d > 50 V ukupna impedancija tijela sve manje i manje ovisi od impedancije kože, a nakon proboja kože njena vrijednost postaje približno jednaka unutarnjoj impedanciji tijela Z u. k 11/38

2.2 Impedancija čovjekovog tijela Ukupna impedancija čovjekovog tijela (Z t ) u ovisnosti o naponu dodira Napon dodira (V) Vrijednosti ukupne impedancije čovjekovog tijela u Ω 25 1750 50 1450 75 1250 100 1200 125 1125 220 1000 700 750 1000 700 Iznad 1000 Asimptotska vrijednost 650 * Vrijednosti Z u za put struje šaka-šaka ili šaka-stopalo, za veliku površinu dodira 50-100 cm 2, za suhe uvjete - ukupna impedancija čovjekovog tijela Z u pada s porastom frekvencije (ako f raste, X c = 1 / ωc pada), pa je Z u najveća za istosmjernu struju (f = 0). 12/38

2.2 Impedancija čovjekovog tijela Početni otpor čovjekovog tijela R u radni otpor koji ograničava početnu vršnu jakost struje u trenutku primjene napona dodira na tijelo. - kreće se u granicama od 500 1000 Ω i ovisi prvenstveno od puta struje kroz tijelo, a manje od veličine površine dodira. 13/38

2.3 Otpor odjeće, obuće i prijelazni otpor tla 2.3 Otpor odjeće, obuće i prijelazni otpor tla DODIR ČOVJEKA S DVA VODIČA STRUJNOG KRUGA ukupna impedancija strujnog kruga je jednaka impedanciji čovjekovog tijela Z t 14/38

2.3 Otpor odjeće, obuće i prijelazni otpor tla DODIR ČOVJEKA S JEDNIM VODIČEM STRUJNOG KRUGA ukupna impedancija strujnog kruga sastavljena je od impedancije čovjekovog tijela Z t, otpora odjeće i obuće R oo (otpor čarapa, otpor cipela) i prijelaznog otpora tla na mjestu stajanja R PT. Dodir faznog vodiča 15/38

2.3 Otpor odjeće, obuće i prijelazni otpor tla Otpor odjeće i obuće R oo - promjenjiv od 0 do nekoliko tisuća oma - otpor suhe odjeće i obuće može biti vrlo visok i značajno smanjiti iznos struje kroz tijelo - otpor odjeće i obuće u vlažnoj atmosferi (izuzev gumenih proizvoda) je približno zanemariv (R oo 0) 16/38

2.3 Otpor odjeće, obuće i prijelazni otpor tla Prijelazni otpor tla na mjestu stajanje (stajališta) R PT - promjenjiv u vrlo širokim granicama; praktično zanemariv (R PT 0) kod vlažnih betonskih i zemljanih podova ili metalnih podova, pa do > 500.000 Ω kod suhih drvenih podova - iznos prijelaznog otpora tla stajališta u nekoj prostoriji je jedan od bitnih faktora za ocjenu stupnja opasnosti od električne struje u toj prostoriji. 17/38

2.4 Djelovanje električne struje na čovjekovo tijelo 2.4 Djelovanje električne struje na čovjekovo tijelo Vrste djelovanja električne struje na čovjekovo tijelo: 1. Djelovanje u slučajevima kada električna struja prolazi kroz čovjekovo tijelo: toplinsko djelovanje tijelo se zagrijava, osobito na mjestu ulaza i izlaza struje iz tijela, do te mjere da nastaju teške vanjske i unutarnje ozljede kemijsko djelovanje električna struja, prolazeći kroz krv, električki rastvara krvnu plazmu biološko djelovanje očituje se grčenjem mišićnog tkiva, paralizom disanja, grčevima krvotoka, treperenjem srčanih klijetki i nepovoljnim utjecajem na živčani sustav mehaničko djelovanje prolaskom struje kroz tijelo dolazi do grčenja mišića što može izazvati kidanje krvnih žila, živaca, pa čak i lomova kostiju 2. Djelovanje u slučajevima kada električna struja je prolazi kroz čovjekovo tijelo, ali se čovjek nalazi u blizini električnih postrojenja pod naponom: djelovanje električnim i magnetskim poljima - izazivaju stanovite promjene u ćelijama, krvotoku, živčanom sustavu i slično djelovanje svjetlosnim i toplinskim zračenjem u neposrednoj blizini događanja električnog luka, koje stvara opekotine, odnosno ozljede očiju 18/38

2.4 Djelovanje električne struje na čovjekovo tijelo Posljedice djelovanja električne struje na čovjekovo tijelo: - lakše ili teže povrede - smrt Čimbenici koji utječu na težinu povrede pri djelovanju električne struje na čovjekovo tijelo: - jakost struje - vrijeme trajanja prolaza struje - put struje kroz tijelo - frekvencija struje - individualne osobine čovjeka 19/38

JAKOST STRUJE I TRAJANJE PROLAZA STRUJE KROZ ČOVJEKOVO TIJELO Podaci o fiziološkom djelovanju električnih izmjeničnih struja različitih jakosti na čovjekovo tijelo dobiveni na temelju različitih ispitivanja te analiza ozljeda i smrtnih slučajeva (prolaz izmjenične struje frekvencije 50-60 Hz od jedne šake ka drugoj šaci ili od šake do stopala) Jakost struje (ma) 2.4 Djelovanje električne struje na čovjekovo tijelo Pregled fiziološkog djelovanja izmjeničnih struja različite jakosti Fiziološka djelovanja 0,5 1,5 Početak osjeta, lagano podrhtavanje prstiju 2 3 Jako podrhtavanje prstiju 5 10 Grč šake 10 15 Ruke se teško odvajaju od elektroda, snažni bolovi u prstima i rukama, bol se može trpjeti 5 10 sekundi 20 25 Paraliza ruku, vrlo jaki bolovi, otežano disanje 40 80 Moguća paraliza disanja, početak treperenja srčanih klijetki (40 ma pri 3 sekunde ili 50 ma pri 1 sekundi) 80 100 Paraliza disanja, paraliza rada srca, moguće treperenje srčanih klijetki pri 100 ma i 0,5 sekundi Iznad 3000 Paraliza disanja i rada srca pri djelovanjima struje duljim od 0,1 sekunde, razaranje tkiva toplinskim djelovanjem 20/38

2.4 Djelovanje električne struje na čovjekovo tijelo PRAG OSJETA najmanja jakost struje koju osjeća osoba kroz koju protječe struja - prag osjeta za izmjeničnu struju je 0,5 ma - parametri o kojima ovisi: veličina površine dodira, pritisak dodira, suha ili vlažna koža, temperatura i individualne osobine čovjeka PRAG OTPUŠTANJA najveća jakost struje pri kojoj osoba, koja drži dvije elektrode, može te elektrode otpustiti snagom svojih mišića. - prag otpuštanja za izmjeničnu struju je 10 ma - parametri o kojima ovisi: površina dodira, oblik i veličina elektrode, individualne osobine čovjeka VRIJEME TRAJANJA PROLAZA STRUJE t (s) KROZ ČOVJEKOVO TIJELO ima značajan utjecaj na vrstu i ishod ozljede KOLIČINA ELEKTRICITETA Q = I t (As) veličina koja je mjerodavna za određivanje stupnja opasnosti odnosno stupnja ozljede čovjeka - pri količinama elektriciteta Q < 20 mas nema nikakvih štetnih fizioloških reakcija na čovjekovo tijelo - pri količini elektriciteta Q 80 mas nastupa paraliza disanja i fibrilacija srca 21/38

2.4 Djelovanje električne struje na čovjekovo tijelo FIBRILACIJA SRCA treperenje srčanih klijetki je statistički najčešći uzrok smrtnih slučajeva djelovanja izmjenične električne struje (f = 50 Hz) Promjena rada srca i krvnog tlaka kod fibrilacije srca PRAG FIBRILACIJE SRCA najmanja jakost struje koja izaziva treperenje srčanih klijetki - parametri o kojima ovisi: anatomija tijela, vrsta struje i frekvencija struje, te trenutak u kojem je nastupio srčani udar (srčani ciklus razdoblje povredivosti) 22/38

2.4 Djelovanje električne struje na čovjekovo tijelo PUT STRUJE KROZ ČOVJEKOVO TIJELO Put struje kroz čovjekovo tijelo ima veliki utjecaj na stupanj povrede čovjeka kod djelovanja električne struje Jakost električnog polja odnosno gustoća električne struje u srcu čovjeka je različita pri prolazu električne struje jednake jakosti kroz različite putove kroz tijelo čovjeka FAKTOR STRUJE SRCA Faktor struje srca F je odnos jakosti električnog polja (gustoće struje) u srcu za određeni put struje prema jakosti električnog polja (gustoće struje) u srcu za put struje od lijeve šake prema obim stopalima, a za jednake jakosti struje 23/38

2.4 Djelovanje električne struje na čovjekovo tijelo Faktor struje srca za različite putove struje Put struje Faktor struje srca Lijeva šaka lijevo stopalo, desno stopalo ili oba stopala 1,0 Obje šake, oba stopala 1,0 Lijeva šaka desna šaka 0,4 Desna šaka desno stopalo, lijevo stopalo ili oba stopala 0,8 Leđa desna šaka 0,3 Leđa lijeva šaka 0,7 Prsa desna šaka 1,3 Prsa lijeva šaka 1,5 Stražnjica lijeva šaka, desna šaka ili obje šake 0,7 24/38

2.4 Djelovanje električne struje na čovjekovo tijelo Proračun struje I t koja protječe nekim drugim putem od referentnog puta lijeva šaka oba stopala, a koja predstavlja jednaku opasnost od fibrilacije srca kao struja I REF koja teče referentnim putem lijeva šaka oba stopala I t = I F REF I REF I t F - struja kroz referentni put lijeva šaka oba stopala - struja kroz neki drugi određeni put - faktor struje srca za drugi određeni put Primjer: Ako prag fibrilacije srca za vrijeme prolaza od t = 0,5 s iznosi 100 ma za referentni put lijeva šaka oba stopala, izračunaj prag fibrilacije srca za put prsa lijeva šaka za isto trajanje t = 0,5 s. Referentni put lijeva šaka oba stopala I REF _ FIB =100 ma I Put prsa lijeva šaka I = 1,5 100 1,5 REF _ FIB t _ FIB = = = F F 66,7 ma 25/38

2.4 Djelovanje električne struje na čovjekovo tijelo UTJECAJ FREKVENCIJE Izmjenična električna struja u elektroenergetskom sustavu je frekvencije 50 Hz (60, 48 Hz) Električne struje viših frekvencija jednake jakosti su manje opasne za čovjeka Porastom frekvencije električne struje se povećava prag osjeta, prag otpuštanja i prag fibrilacije srca Faktor frekvencije F f odnos praga struje (osjeta, otpuštanja, fibrilacije) pri nekoj frekvenciji različitoj od f = 50 / 60 Hz Faktor frekvencije za prag fibrilacije srca pri frekvencijama od 50 do 1000 Hz 26/38

2.4 Djelovanje električne struje na čovjekovo tijelo INDIVIDUALNE OSOBINE ČOVJEKOVOG TIJELA Individualne osobine čovjekovog tijela Psihička pripremljenost čovjeka na opasnost Zdravstveno stanje čovjeka - jače fiziološke reakcije kod čovjeka sa bolešću tuberkuloze, sa povećanim znojenjem i pod utjecajem alkohola 27/38

2.4 Djelovanje električne struje na čovjekovo tijelo DJELOVANJE ISTOSMJERNE ELEKTRIČNE STRUJE NA ČOVJEKA Nesreće i ozljede od istosmjerne struje su puno rjeđe - rudnici, kemijska industrija Istosmjerna struja konstantne jakosti mora biti dva do četiri puta veća od efektivne vrijednosti izmjenične struje za jednako fiziološko djelovanje na čovjeka Istosmjerna struja: - prag osjeta iznosi 2 ma - neopasna količina elektriciteta iznosi < 60 mas - prag fibrilacije srca pri količini elektriciteta > 200 mas Prag fibrilacije srca za istosmjernu struju - za strujne udese trajanja t duljeg od srčanog ciklusa I = = k I npr. za t ~ = 1s k 200 ma 50 ma - za strujne udese trajanja t < 200 ms = I I = ~ = I = I ~ = 4 faktor ekvivalentnosti 28/38

2.4 Djelovanje električne struje na čovjekovo tijelo Opasnost od akumuliranog naboja na električnim uređajima sa velikim električnim kapacitetom Električni uređaji sa velikim električnim kapacitetom - elektroenergetski kabeli - kondenzatorske baterije - energetski transformatori Akumulirani naboj na električnom kapacitetu Q = CU (As) i nakon isključenja uređaja predstavlja opasnost za čovjeka. 29/38

2.5 Ozljede uzrokovane električnom energijom 2.5 Ozljede uzrokovane električnom energijom Vrste ozljeda čovjeka uzrokovanih električnom strujom: 1. Električni udar ozljeđuje cijeli organizam i obično ne ostavlja vanjske vidljive znakove 2. Električne traume izazivaju vanjske ozljede na nekim dijelovima tijela, kao što su opekline, metalizacija kože i električni znakovi. 30/38

2.5 Ozljede uzrokovane električnom energijom ELEKTRIČNI UDAR Najopasniji oblik ozljede čovjeka električnom strujom Nastaje kad električna struja prolazi kroz grudni koš i zahvaća srce, a najčešće dovodi do smrti Fiziološke reakcije čovjeka pri električnom udaru - oštećenja živčanog sustava i krvotoka - nadražaj živčanog sustava manifestira se grčevima, te lakšim poremećajima svijesti - na krvnim žilama nastaju grčevi koji izazivaju naglo povećanje krvnog tlaka Uzroci smrti pri električnom udaru - paraliza disanja pomanjkanje kisika u krvi zbog grčenja pluća - paraliza rada srca fibrilacija srca takvo stanje srca kad ono prestaje ritmički raditi kao jedna cjelina, već nastupaju odijeljena nenadzirana titranja mnogobrojnih vlakana srčanog mišića, što dovodi do prestanka njegova rada i nakon nekoliko minuta do smrti čovjeka - istovremena paraliza disanja i paraliza rada srca 31/38

2.5 Ozljede uzrokovane električnom energijom Električne traume vrste ozljeda - opekotine - električni znaci - metalizacija kože - ozljede pri padu s visine ELEKTRIČNE TRAUME Električne opekotine rezultat toplinskog djelovanja električne struje i djelovanja električnog luka - posljedice su trajne, a kod zahvaćanja većeg dijela kože ili unutarnjih organa često nastupa i smrt (često i naknadno) Električni znaci (strujni biljezi) rezultat kemijskog i mehaničkog djelovanja električne struje - nastaju pri dobrom kontaktu tijela s vodljivim dijelovima strujnog kruga, na mjestu ulaza i izlaza struje iz tijela - izgled: oteklina, ožiljci žuto-sive boje - ne uzrokuju bolesno stanje i ne ostavljaju posljedice 32/38

2.5 Ozljede uzrokovane električnom energijom Elektrometalizacija kože rezultat kemijskog i mehaničkog djelovanja električne struje - prekrivanje kože česticama metala, sa djelovanjem kao i opekotine, a ima pojava i nekroza (odumrlih dijelova tijela) Posljedice električnih traumi: - ŠOK teška smetnja krvotoka i živčanog sustava, a posljedice (smrt) mogu nastati i poslije više sati nakon ozljede iako je osoba pri svijesti i izgleda zadovoljavajuće svaka osoba povrijeđena električnom strujom mora biti liječnički pregledana - KRVARENJA posljedica unutarnjih ozljeda - UREMIJA unutarnje trovanje raspadnutim sastojcima uslijed oštećenja bubrega 33/38

2.6 Granice opasnih napona 2.6 Granice opasnih napona Granice opasnih napona tehničkim normativima određene vrijednosti granica opasnih napona određenog trajanja, radi primjene različitih zaštitnih mjera od djelovanja električne struje na čovjeka Dopušteni napon dodira U L najveća vrijednost napona dodira koja je dopuštena da se održava trajno / neograničeno vrijeme pri utvrđenim uvjetima vanjskih utjecaja, bez posljedica za čovjeka. Dopušteno trajanje pojedinih vrijednosti napona dodira određuje se iz poznatih: - fizioloških djelovanja električnih struja različitih jakosti i različitih trajanja - impedancije čovjekovog tijela u ovisnosti o naponu 34/38

2.6 Granice opasnih napona Dopušteno trajanje napona dodira Očekivani napon dodira U C (V) Dopušteno vrijeme trajanja t(s) Normalni uvjeti Loši uvjeti 25 5 50 5 0,48 75 0,6 0,30 100 0,4 0,22 150 0,28 0,12 230 0,17 0,05 300 0,12 0,025 400 0,07 500 0,04 35/38

2.6 Granice opasnih napona Najveće dopušteno trajanje napona dodira 36/38

2.6 Granice opasnih napona Trajno dopušteni napon dodira U L za izmjeničnu struju 50 V u normalnim uvjetima okoline 25 V u teškim, lošim uvjetima okoline Trajno dopušteni napon dodira U L za istosmjernu struju 120 V u normalnim uvjetima okoline 60 V u teškim, lošim uvjetima okoline Za električne instalacije i postrojenja građena prema prijašnjim tehničkim normativima, trajno dopušteni naponi dodira (trajanja jednu sekundu i dulje) iznose: za električne instalacije u zgradama i na otvorenom prostoru 65 V za električne instalacije u rudnicima s podzemnom eksploatacijom i u prostorima ugroženim od eksplozije 50 V u teškim uvjetima prema posebnim odredbama 42 V u teškim uvjetima kao što je rasvjeta u metalnim spremnicima, ručne prenosive svjetiljke i dječje igračke 24 V 37/38

2.6 Granice opasnih napona Trajno dopušteni naponi dodira unutar ograda i objekata elektroenergetskih postrojenja visokog napona (U n > 1 kv) imaju veće vrijednosti i prikazane su tablicom. Za t 1 sek U L = 125 V. Vrijednosti napona dodira u ovisnosti o vremenu Vrijeme isključenja t(s) Napon dodira unutar U(V) 0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1 325 250 175 140 125 125 38/38