Elektrik Akımı ve Elektrik Akımının İnsan Vücuduna Etkileri
Elektrik, Benjamin Franklin’in yıldırım üzerinde yaptığı çalışma sonucu keşfedilmiştir. Elektrik, aslında hayatın makro ve mikro ölçülerinde daha öncesinden de var olmaktaydı. Benjamin Franklin’in bu deneyi sayesinde mevcut durumda var olan elektrik modern yaşamın vazgeçilmez bir parçası haline gelmiştir. Elektrik modern yaşamın vazgeçilmez bir parçası olurken aynı zamanda bazı tehlikeleri de meydana getirmiştir. Özellikle elektrik akımı ile temas edilmesi ağır yaralanmalara ve can kayıplarına neden olmaktadır.
Elektrik akımı insan vücudundan geçtiği zaman öncelikli olarak sinir sistemine hasar verir. Bunun yanında kalp ritminin bozulmasına ve hatta durmasına neden olmaktadır. Elektrik akımının insan vücuduna temas ettiği yerlerde, girdiği ve çıktığı kısımlarda, derin dokularda ve ciltte yanıklar meydana gelir. Ciltteki oluşan yanık yaralarının küçük olmalarına karşın derin dokularda şiddetli hasarlar oluşabilir. Elektrik akımı insan vücuduna girdiği ve çıktığı noktalarda her zaman birer yaraya neden olur. Giriş yarası fazlasıyla küçük olabilir fakat çıkış yarası derin ve geniştir.
Elektrik akımının insan vücudunda oluşturduğu etki incelendiğinde bir bölümünün direkt, bir bölümünün de dolaylı olacak bir şekilde meydana geldiği görülmektedir.
1. Elektrik akımının direkt olarak sinirler, adaleler ve kalbin çalışmasındaki etkileri:
1.1. (Genellikle alçak gerilimde) Kalp ritim bozukluğu (ventrikülerfibrilasyon)
1.2. Göğüs kaslarında kasılma, nefes almada zorluk ve bilinç kaybı
1.3. Solunum organlarında meydana gelen geçici felçten kaynaklı nefes almadaki güçlük
2. Elektrik akımının ısı etkileri:
2.1. (Genellikle yüksek gerilimlerde) akımın vücuda giriş ve çıkışındaki doku yanmaları
2.2. Arkın neden olduğu yanmalar
3. Elektrik Akımının Dolaylı Etkileri:
Kas spazmı sebebiyle oluşan kırıklar ( İnsan için tehlikeli olmayan çok küçük mertebedeki akımlarda dahi, korku nedeniyle mekanik çarpma, yüksekten düşme gibi dolaylı etkilere sebebiyet verebilir.)
1. Elektrik akımının direkt olarak sinirler, adaleler ve kalbin çalışmasındaki etkileri:
1. Devreye Uygulanan Gerilim Değeri
2. Elektrik Akımının Şiddeti
3. İnsan Vücudunun Sahip Olduğu Direnç ve Akımın İzlediği Yol
4. Etki Süresi
5. Etki Anı
6. Elektrik Akımının Şekli ve Frekansının Etkisi
7. Elektrik Akımının Vücuttaki Artış Hızının Etkisi
8. Dokunma Gerilimi
1. Devreye Uygulanan Gerilim Değeri
Hata akımı dolayısıyla Dokunma ve Hata gerilimleri öncelikli olarak devreye uygulanan gerilim değerine bağlıdır. Alçak Gerilimde (AG) ülkemizde de faz arası 380 V ve faz-nötr arası 220 V gerilim değerleri kullanılmaktadır.
2. Elektrik Akımının Şiddeti
Elektrik akımının canlılar üzerinden geçmesi sonucu oluşacak etkiler elektrik akımının büyüklüğüne ve etki süresine göre farklılık göstermektedir. Bu durum aşağıdaki şekil ve tabloda gösterilmiştir.
İnsan vücudundan geçecek olan akımın büyüklüğü, kişinin sahip olduğu vücut direncine, akımın geçiş süresine, temas noktalarının sahip olduğu özelliklere ve alternatif akım durumunda frekansa bağlıdır.
İnsanın vücut direnci, vücudunun iç direnci, temas noktalarındaki geçiş dirençleri ve genellikle akım yolu üzerindeki diğer dirençlerden meydana gelir. Bu değerler insandan insana göre çok farklı değerler olabilir.
İnsan vücudunun toplam direnci 2500 ohm değeri alınıp, insan için tehlikesiz olan akım değeri de 20 mA alınırsa, sınır değer olarak 50 volt’luk bir temas gerilimi kabul edilebilir.
Yüksek frekanslı akımlarda insan vücudunun direncinin artması nedeni ile tehlikenin azaldığı söylenebilir.
|
Akım
Bölgesi
|
Akım
Şiddeti
|
Fizyolojik
Tepki
|
|
AC-1
|
0,01
mA
|
Hissedilme Sınırı
Gıdıklanma Hissi
|
|
AC-2
|
1-5
mA
5-15 mA
15-25
mA
|
Elde Uyuşma Hissi Oluşur, El ve Kol Hareketlerinde
Zorlanma Olur
Tutulmuş Olan Cisim Henüz Bırakılabilir, Elde-Kolda
Kramp Oluşmaya Başlar, Tansiyon Yükselir
Tutulan Cismin Kendiliğinden Bırakılabilmesi Mümkün
Değildir, Kalp Etkilenmez
|
|
AC-3
|
 25-80 mA
80-100 mA
|
Dayanılabilen Akım Sınırı, Tansiyon yükselir, Kalp Ritmi Bozulur,
Teneffüs Zorlaşır, Çevrilebilir Kalp Durması Görülür, Genellikle Şuur Yerindedir,
Bazen Bayılma Meydana Gelebilir
Elektrik akımının etki süresine bağlı olarak kalpte fibrilasyon,
şuur kaybı
|
|
AC-4
|
3 A
‘dan Büyük
|
Tansiyon
Yükselir, Kalp Durur, Akciğerler Şişer, Şuur Kaybı Olur
|
|
Akım Bölgesi
|
Fizyolojik Tepki
|
|
AC-4-1
|
Kalp
Fibrilasyon Olasılığı %5 ‘den Az
|
|
AC-4-2
|
Kalp
Fibrilasyon Olasılığı %50 ‘den Az
|
|
AC-4-3
|
Kalp
Fibrilasyon Olasılığı %50 ‘den Fazla
|
|
Eğriler
|
Fizyolojik Tepki
|
|
A
|
Hissedilme
Sınırı Eşiği
|
|
B
|
Kas
Reaksiyonları Eşiği
|
|
C1
|
%0 Kalp
Fibrilasyon Olasılığı Eşiği
|
|
C2
|
%5 Kalp
Fibrilasyon Olasılığı Eşiği
|
|
C3
|
%50 Kalp
Fibrilasyon Olasılığı Eşiği
|
3. İnsan Vücudunun Sahip Olduğu Direnç ve Akımın İzlediği Yol
Eğer tehlikeye göre sıralama yapılırsa; sol el-gövde-sağ el; sol el-gövde-ayaklar; sağ el-gövde-ayaklar pozisyonları birbirinden farklı olacak şekilde etkiler gösterirler. Elektrik akımını taşıyan iletken ile temas eden bir insanın, temas halinde olduğu elinin ya da herhangi bir yerinin;
1. Nemli ya da kuru olmasına
2. Nasırlanmış ya da nasırlanmamış olmasına
3. Yaralı ya da yaralı olmamasına
4. Giydiği ayakkabı tabanının kauçuk ya da lastik gibi izoleli maddeden yapılmış olmasına
5. Bulunduğu ortamın kuru ya da nemli olmasına
6. Üzerinde bulunduğu toprağın yapısına
7. Konutta ise konut tabanının beton, mermer karo, halı ve parke gibi basılan yerin döşemesine
8. Duvarların beton, alçıpan, metal kaplama vb. oluşuna bağlı olarak etiketlenme durumu farklıdır. Bu sebeple belirlenen gerilim altında da insan tehlikeye maruz kalabilir.
9. Temasın şekli ve cinsine göre elektrik akımının insan vücudu üzerindeki etkisi farklılık gösterir.
10. Büyük bir yüzey ile sıkıca meydana gelen temasta iletişim çok olur. Küçük yüzeyli temaslarda ise etki daha az olur. Hafif değme ile oluşan temasta iletim de daha hafif olur.
4. Etki Süresi
Normalde kalbin çalışma periyodu 750 ms’dir. Eğer elektrik akımının etki süresi 200 ms değerinde ise, zararı oldukça az olur. Özellikle 750 ms’den daha uzun süre boyunca etki eden akımlar tehlike arz etmektedir. Tehlikeli akım sınırı etki süresine bağlı olarak değişmektedir. İnsan vücudundan geçen akım şiddeti ile etki süresini birlikte değerlendirmek gerekir. Sürenin uzamasıyla birlikte tehlike de artmaktadır.
1904-1986 yılları arasında yaşamış Berkeley Üniversite’sinde Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimleri Profesörü olan Charles Dalziel, elektrik akımının insanlar ve hayvanlar üzerindeki etkileri konusunda yaptığı çalışmalar ile öncülük yapmıştır.
Geliştirmiş olduğu ‘Dalziel Formülü’ ile tehlikeli akım sınırının etki süresine bağlı olarak değiştiğini göstermiştir. Dalziel Formülü:
I=k/(√t)
I: Akım (mA)
t: Zaman (saniye)
k: Bir saniyelik temas süresinde fibrilasyona sebebiyet veren akım sınırı (Şok Enerji Fonksiyonu)
k50= 116 (İnsan için 50 kg-116 Ib)
k70= 157 (İnsan için 70 kg-157 Ib) (1 kg= 2.2 Ib)
Örnek vermek gerekirse;
1. 50 kg ağırlığa sahip olan bir insan 2 saniye süresince kaç mA mertebesindeki akıma maruz kalırsa hayatını kaybetme sınırında olur?I=116/(√2) = 82 mA mertebesindeki akıma maruz kalırsa ölüm sınırında olur.
2. 70 kg ağırlığa sahip olan bir insan 2 saniye süresince kaç mA mertebesindeki akıma maruz kalırsa hayatını kaybetme sınırında olur. I=157/(√2) = 111 mA mertebesindeki akıma maruz kalırsa ölüm sınırında olur.
5. Etki Anı
200 ms, elektrik akımının etkisinde kalan kalbin kalp EKG’sine göre kalp çalışmasında bozulma ve kan basıncında düşüş olması için yeterli bir süredir.
6. Frekans
Doğru akım ve yüksek frekansa sahip alternatif akımın etkileri, 50 Hz’lik alternatif akımın etkilerinden daha azdır.
7. Akım Şekli, Artış Hızı
Elektrik akımının insan vücudundaki di/dt artış hızının fazlalığı şok etkisini arttırır. İnsan vücudundan geçen akım yavaş artarsa kasların kasılmasına uyumlu olacak biçimde gecikmektedir.
8. Temas Gerilimi
Bir gövde kaçağı (yalıtım hatası) olduğunda, referans toprağı ile gövde arasında meydana gelen gerilim, hata gerilimi olarak adlandırılır. Kaçak anında gövdeye bir insanın temas etmesi durumunda, hata geriliminin insan vücudu tarafından köprülenmiş olan kısmına “Temas Gerilimi” denir ve “VT” ile gösterilir.
I_B=V_T/Z_B
IB: Vücuttan geçen akım (A)
ZB: Vücut direnci (Ohm)
İnsan vücudunun toplam direnci yaklaşık 2500 Ohm ve insan için tehlikeli olan akım sınırı 20 mA değeri alınırsa 50 Volt’luk bir temas gerilimi sınır olarak kabul görebilir.
Bu bilgiler doğrultusunda, endüstriyel tesislerde, iş yerlerinde, özel işletmelerde ya da evlerde kısacası insanların sosyal yaşam alanını sürdürdüğü yerlerde mal ve can kaybına karşı elektriksel olarak koruma yapılmasının ne kadar gerekli olduğunu görmüş olduk. Bu koruma çalışmaları da elektrik üretiminin yapıldığı yerlerden başlayıp son kullanıcıya kadar devam eden bir süreçtir. Koruma sisteminin de önemli bileşenlerinden biri kaçak akım rölesidir.