ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ МЕДИЦИНСКОЙ АППАРАТУРЫ.
1). Механизмы поражения электрическим током.
Этот вопрос считается сложным по целому ряду причин:
а) Все, что мы знаем, получено в ходе изучения случайных электротравм, т.е. не всегда можно установить интересующие нас параметры.
б) Результаты экспериментов над животными нельзя однозначно переносить на человека. Например, у собак и мышей механизмы поражения током совершенно разные.
в) Известны факты смертельного поражения человека током величиной менее 10 мА при напряжении менее 12В, в то же время люди оставались живы после нахождения в цепи с напряжением в несколько киловольт.
Характер поражения зависит от многих факторов, в числе которых внезапность (такие электротравмы опаснее ожидаемых), состояние человека (болезнь, алкоголь усугубляют ситуацию), участок тела, через который замыкается цепь и т.д.
Обратим внимание на то, что пациент в силу ослабленности организма, действия лекарств, наркоза, наличия электродов находятся в ОСОБО ОПАСНЫХ условиях с точки зрения электротравм.
Электричёский ток является сложным раздражителем тканей и к которому люди не могли приспособиться в ходе эволюции.
Можно выделить три основных механизма поражающего действия электрического тока:
а) Раздражение тканей, ответной реакцией которых является возбуждение, проявляющееся в виде непроизвольного сокращения мышц. Разумеется, не всякое сокращение мышц опасно для жизни, но возможны неожиданные и опасные ситуации.
Зависимость среднестатистического порога неотпускающего тока от частоты тока представлена на рис. 1.1.
б) Рефлекторное действие тока приводит к возбуждению центральной нервной системы (ЦНС). Для обычных, естественных раздражителей ЦНС обеспечивает целесообразную ответную реакцию. Ответная реакция ЦНС на раздражение током может быть (в силу необычности раздражителя) нецелесообразной, что может привести к серьезному нарушению жизнедеятельности и иметь не только кратковременные, но и отдаленные последствия.
в) Изменения концентрации ионов и, следовательно, биопотенциалов на мембранах клеток.
Внешние проявления действия электрического тока заключаются в нарушении нормального кровоснабжения, сокращении мускулатуры, шоке, остановке дыхания.
Реже наблюдаются фибрилляция и остановка сердца.
(Фибрилляция сердца - разновременные и разрозненные сокращения отдельных волокон мышцы сердца).
Затруднение дыхания, вызванное судорожным сокращением мышц начинается при токе 20-25 мА (50 Гц). При увеличении силы тока наступает асфиксия (удушье). Фибрилляция сердца возникает при токе более 100 мА.
Величина тока, протекающего через тело человека, определяется величиной сопротивления тела, основной вклад в которое дает кожа. Удельное сопротивление сухой кожи достигает 106 Ом•м, а мышечной ткани до 30 Ом•м.
Строение кожи довольно сложное. Основным сопротивлением обладает внешний роговой слой, толщина которого 0,05-0,2 мм.
Сопротивление между двумя электродами, наложенными на сухую, неповрежденную кожу рук, колеблется от 3 Ком до 100 Ком и более. Сопротивление внутренних органов и тканей тела человека достигает до 1 Ком. Эквивалентную электрическую схему тела человека можно представить в виде, изображенном на рис. 1.2.
На этой схеме Rк - сопротивление кожи, Сэк - электроемкость системы электрод — кожа — проводящие ткани (величина может достигать нескольких микрофарад), Rвн1, Rвн2 и Свн - сопротивление и электроемкость внутренних тканей.
Поражающее действие электрического тока зависит от силы тока (плотности тока), протекающего через ткани, и его вида (постоянный, переменный). Эквивалентная электрическая схема живой ткани (см. рис 1.2), отражающая ее основные электрические свойства, содержит резисторы - активные сопротивления и конденсаторы - реактивные сопротивления. Конденсатор (или электроемкость) является разрывом в цепи постоянного тока, но обладает определенным сопротивлением в цепи переменного тока (Хс=1/(ωС)). Конденсаторы в схеме включены параллельно резисторам, поэтому для переменного тока в цепи оказываются включенными параллельно два проводника. При параллельном включении общее сопротивление меньше меньшего. Следовательно, для переменного тока сопротивление живой ткани меньше и сила тока больше, чем для постоянного тока с таким же напряжением.
У человека на коже имеются участки особо уязвимые к току -биологически активные (акупунктурные) точки (БАТ) и зоны. Они легко обнаруживается по резкому падению их сопротивления по сравнению с сопротивлением окружающих тканей. Вокруг БАТ имеются группы "тучных" клеток, которые рассматриваются как регуляторы гомеостаза. Раздражение током этих зон может нарушить равновесие жизнеопределяющих систем организма.
В заключение можно сделать вывод, что полностью безопасным можно считать лишь ток в пределах 1-2 мА.
2) Трехфазный электрический ток.
Трехфазная система возникла при решении вопроса об экономичной передаче энергия по проводам. Принцип экономии проще всего выяснить на примере постоянного тока: требуется передать энергию от двух генераторов к двум потребителям. Рассмотрим схемы
При переходе ко второй схеме экономится один провод, это важно еще и по причине того, что значительные потери электроэнергии происходят вследствие нагревания проводов.
Переменный ток оказался удобнее постоянного по причине более удобного и почти без потерь энергии преобразования: увеличения напряжения при передаче энергии по линии электропередач и понижения его непосредственно для потребителей.
Целесообразность такого преобразования видна из формул для передаваемой мощности Р = I U и мощности потерь Р = I2R.
В трехфазной системе переменного тока (рис. 1.4) энергия от трех источников (обмотки генераторов или понижающих трансформаторов) передается трем потребителям. Для передачи электроэнергии трем потребителям в трехфазной системе требуется четыре провода вместо шести. В случае простого уменьшения числа проводов при передаче определенной мощности, например, при параллельном включении потребителей увеличивается сила тока в проводах, а если учесть, что тепловые потери пропорциональны квадрату силы тока (Q=I2R), то становится ясно, что такой способ экономически неприемлем.
Рассмотрим схему:
IA=Im SIN (ωt) IВ=Im SIN (ωt-120°) Ic=Im SIN (ωt-240°)
Общая точка генераторов (нейтральная точка) заземляется, т.е. электрически соединяется с металлической конструкцией, находящейся на определенной глубине в земле. Это рабочее заземление Провода А,В,С называются линейными, в центре проходит нулевой провод (рабочий нулевой провод). Если потребители (нагрузки) одинаковые по сопротивлению, то токи IA, IВ, IС имеют одинаковые амплитуды и Io=IA+IВ+Ic=0. В этом случае нулевой провод можно не ставить. Так, например, подсоединяются трехфазные электромоторы.
Напряжения между линейными проводами UАБ, UВС. UАС Называются линейными. Напряжения между нулевым проводом и линейными называются фазовыми (UA, UВ, Uc). Соотношения между ними можно показать на векторной диаграмме (рис. 1.5),
на которой длина вектора соответствует величине амплитуды напряжения, а угол между векторами - сдвигу (разности) фаз этих напряжений .
Если фазовое напряжение равно 220 В, то линейное равно 380 В. Заметим, что эти цифры соответствуют эффективным, а не амплитудным значениям напряжения. Амплитудное значение напряжения в \/2 раз больше.
Амплитудное напряжение это величина амплитуды. Эффективное напряжение соответствует величине напряжения постоянного тока, дающего такой же тепловой эффект.
Рассмотрим схему электропроводки в бытовых помещениях (рис. 1.6):
Для бытовых целей и для большинства случаев технического использования (кроме подключения мощных электродвигателей и энергоемких установок) электроэнергия подается по двум проводам: линейному и нулевому. Эффективное значение этого синусоидального фазового напряжения частотой 50 Гц равно 220 В.
Каждый потребитель подсоединяется к сети через пpeдохранители, которые отключают его в случае короткого замыкания или перегрузки. Короткое замыкание, т.е. соединение линейного и нулевого проводов приводит к резкому возрастанию силы тока, так как в цепи остается только сопротивление самих проводов. К возрастанию тока приводит также параллельное включение большого числа электроприборов, вследствие чего уменьшается их общее сопротивление и ток превышает максимально допустимое значение. Перегрузкой называется превышение максимально допустимой мощности потребления электроэнергии. Ток, превышающий допустимый вызывает чрезмерное нагревание проводов, разрушение и возгорание изоляции, выход из строя источника тока. Для предотвращение аварии исправный предохранитель при определенной силе тока (6,3; 10А) размыкает цепь.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
