Stefan GIERLOTKA KWK Wujek – Katowice
Działanie prądu elektrycznego na zwierzęta hodowlane i leśne Streszczenie. Przedstawiono skutki rażenia prądem elektrycznym zwierząt hodowlanych i leśnych. Opisano zagadnienie impedancji ciała zwierząt oraz prądu rażeniowego powodujące fibrylacją komór serca. Podano wytyczne do projektowania elektrycznych ogrodzeń pasterskich. Abstract. The presentation of the results of the electric shock that the farm and forest animals were given. The issue of impedance of the animal body and current shock causing ventricular fibrillation is described. The guidelines about the designing the shepherd’s fences are issued. (The influence of the electric current on the farm end forest animals).
Słowa kluczowe: porażenie prądem elektrycznym, impedancja ciała. Keywords: electric shock, impedance of body.
Wstęp Znajomość dopuszczalnych wartości napięć rażeniowych dla zwierząt hodowlanych i leśnych jest istotna dla projektowania instalacji elektrycznych w ośrodkach hodowlanych jak też elektrycznych ogrodzeń pasterskich. Dla określenia dopuszczalnych wartości napięć rażeniowych konieczna jest znajomość modelowych wartości impedancji ciała zwierząt oraz granicznych wartości prądów fibrylacji. Impedancja ciała zwierząt hodowlanych Wartość impedancji ciała zwierząt zależy od drogi przepływu prądu rażeniowego przez ich ciało. Zazwyczaj droga przepływu prądu rażeniowego ogranicza się do impedancji ciała w odcinku: pysk – cztery kończyny, tułów – cztery kończyny lub od przednich kopyt do tylnich. Prawdopodobne drogi rażenia u zwierząt przedstawiono na rysunku 1. Najistotniejszym czynnikiem wpływającym na całkowitą wartość impedancji ciała zwierząt jest impedancja skóry z jej pokryciem oraz kopyt. a
b
c Z1
Z1 Z2
Z2 Z3
Z3
Z2
Z2 Z3
Głowa – 4 nogi Głowa – 2 przednie nogi Głowa – 2 tylnie nogi Głowa – korpus Korpus – 1 noga przednia Korpus – 1 noga tylna Nogi przednie – nogi tylnie
Z3
Z2
Z2
Z3
Z3
Z1=75Ω
Z2
Z2
Wyznaczenie impedancji poszczególnych części ciała jest trudne w badaniach bezpośrednich. Można określić wartość impedancji w sposób pośredni przez pomiar na różnych drogach rażenia zwierząt. Badania takie pozwoliły ustalić wartości impedancji zwierząt z uwzględnieniem rezystancji kopyt. Wartości impedancji ciała krów na różnych drogach pomiarowych o 5% prawdopodobieństwie wystąpienia impedancji mniejszej od ustalonej podano w tabeli 1. Charakterystyczne u zwierząt jest, że impedancja ciała na dłuższej drodze rażenia od głowy do obu tylnich kończyn jest mniejsza niż na drodze głowa – dwie przednie kończyny. Wynika to z silniejszej budowy tylnych kończyn zwierząt oraz tym, że impedancja samego korpusu jest pomijalnie mała. Badania eksperymentalne impedancji kopyt bydlęcych wykazały ich rezystancyjny charakter a jej wartość wynosi około 400 Ω.
250 - 350 624 475 75 - 100 1030 732 775
Przeprowadzone pomiary impedancji na innych zwierzętach hodowlanych wykazują, że dla stosowania ochronny przed porażeniem prądem w hodowli, wyniki badań wykonanych na krowach mogą być dla innych zwierząt reprezentatywne. Pomiary impedancji ciała wykonane na koniach pomiędzy przednimi i tylnimi nogami wykazały wartość około 500 Ω.
d Z1
Rys.1. Schemat zastępczy przepływu prądu rażeniowego przez ciało zwierząt dla różnych dróg rażenia: a) od pyska do czterech kopyt, b) od pyska do przednich kopyt, c) od pyska do tylnych kopyt, d) od przednich do tylnich kopyt; Z1 – impedancja pysk-tułów, Z2 – impedancja tułów-przednie kopyto, Z3 – impedancja tułów-tylne kopyto
122
Tabela 1. Średnie wartości impedancji ciała krów na różnych drogach rażenia [1] Droga przepływu prądu rażenia Impedancja (Ω)
Z4=250Ω
Z4= 250Ω
Z’2=450Ω
Z’3=250Ω
Z’2=450Ω
Z’3=250Ω
Z4=250Ω
Z4= 250Ω
Z3
Z3
Rys.2. Schemat zastępczy oporu ciała krowy Z1 – pysk-tułów, Z’2 – tułów-przednia noga (bez kopyta), Z’3 – tułów-tylna noga (bez kopyta), Z4 – kopyto
Wartość impedancji zwierząt zależy głównie od impedancji ich skóry wraz z pokryciem. Grubość skóry u różnych gatunków zwierząt jest różna. Przykładowo grubość skóry u nosorożców wynosi od 10-35 mm, podczas gdy u konia 1-5 mm, u świni około 3 mm, a u niektórych krętorogich 3-7 mm. Gatunki zwierząt skąpo uwłosionych mają naskórek grubszy. Najistotniejszy wpływ na wartość impedancji skóry posiada zdolność niektórych gatunków zwierząt do pocenia się. Zwierzęta takie jak koń, owca oraz należące do rodziny świniowatych posiadają tendencją do pocenia się, gdyż w ich skórze znajdują się gruczoły potowe pełniące funkcje termoregulacji. Posiadają one małą wartość impedancji skóry i są bardziej podatne na skutki rażenia prądem elektrycznym. Inne zwierzęta jak pies, lis, wilk, niedźwiedź a także struś u których nadmiar ciepła jest wydalany pyskiem z wydychającym powietrzem, nie posiadają gruczołów potowych w skórze a znaczna wartość ich impedancji skóry uodparnia ich na skutki rażenia prądem elektrycznym. Istotne jest również pokrycie skóry
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 83 NR 5/2007
Dopuszczalne wartości prądów rażeniowych Dla poznania oddziaływania prądu elektrycznego na zwierzęta, przeprowadzono liczne badania na różnych gatunkach, określając dla nich wartość prądu percepcji (wyczuwania elektryczności) oraz prądu rażeniowego powodującego migotanie komór serca. Wartości prądów wywołujących migotanie komór sercowych u różnych rodzajów zwierząt podane w tabeli 2 są bardzo dokładnie ustalone gdyż to na nich przez dziesięciolecia badano patofizjologiczne skutki rażenia prądem elektrycznym. Tabela 2. Wartości progowe prądów wywołujących migotanie komór serca u różnych zwierząt Masa średnia Prąd rażeniowy ( mA ) ( kg ) Zwierzęta ciało serce wartość zakres średnia Psy 22 0,17 110 70 - 220 Świnie 79 0,30 240 170 - 270 Owce 56 0,27 250 160 - 390 Cielęta 100 0,42 310 210 - 470 Źrebaki 115 300 160 - 410
Zmiany w organizmie żywym powodowane prądem elektrycznym zależą od wartości jego natężenia oraz czasu rażenia. Badania eksperymentalne zależności natężenia prądu powodującego migotanie komór sercowych i czasu rażenia, określono w czasie trwania cyklu pracy serca zwierząt. Zależność wartości prądu rażeniowego powodującego fibrylację komór serca od czasu rażenia pokazano na rys. 3. Badania wykazały że niebezpieczne dla życia zwierząt są rażenia których czas trwania jest większy od czasu trwania cyklu pracy ich serca. Pokazany na rys 3 przebieg prądu rażeniowego dotyczy owiec, u których czas trwania cyklu pracy serca wynosi 0,45 sekundy. Dla porównania można podać że czas trwania cyklu pracy serca u człowieka wynosi około 0,75s. U innych zwierząt, zależnie od ich aktywności i wykonywanej czynności, czas cyklu pracy serca wynosi u konia od 1,6 s, niedźwiedzia 0,8 s, krowy 0,9 s, świni 0,45 s, psa i wilka 0,3 s, lisa 0,65 s, jelenia 1,0 s, sarny 0,5 s. U źrebaków serce bije szybciej niż u dorosłych koni. Znajomość czasu cyklu pracy serca dla różnych zwierząt jest istotna przy projektowaniu ogrodzeń pasterskich dla ustalenia czasu impulsu rażeniowego odstraszającego zwierzęta.
10
I [A]
1 0,1 0,01 0,01
0,1
1
10
t [cykl pracy serca]
Rys. 3. Wartości prądu powodującego fibrylację komór serca u owiec zależnie od czasu cyklu pracy serca (dla owiec 0,45s)
Wartość prądu rażeniowego wywołującego migotanie komór serca dla jednej rasy zwierząt nie można uogólniać do innej rasy, na podstawie przeliczania wartości prądu względem ciężaru zwierząt innej rasy. Na rysunku 4 pokazano zależność prądu rażeniowego wywołującego migotanie komór serca zwierząt hodowlanych od ich masy ciała.
Prąd rażeniowy [A]
sierścią. Długa i gęsta sierść futer zwierząt stanowi dobry izolator i czyni ich odpornych na prąd rażeniowy.
0,36 0,32 0,28 0,24 0,2 0,16 0,12 0,08 0,04 0
cielęta konie
owce
20
30
40
świnie
50
60
70
Ciężar ciała
80
90 100 110 120
[kg]
Rys. 4. Wartość prądu powodującego fibrylację komór serca zależnie od masy ciała zwierząt.
W przypadku rażeń prądem przemiennym o częstotliwości 50 Hz znajomość wartości prądu powodującego fibrylacje komór serca oraz impedancji ciała pozwala określić napięcie 50V jako bezpieczne dla zwierząt hodowlanych. Wymagania dla elektrycznych ogrodzeń pasterskich Znajomość wpływu prądu rażeniowego na zwierzęta hodowlane jest niezbędna przy projektowaniu i budowie elektrycznych płotów pasterskich. Elektryczne ogrodzenia służą do odstraszania dzikich zwierząt, a także ograniczenia ruchliwości udomowionych. Większość instalacji elektrycznych służących do tego celu, działa na zasadzie impulsowego rozładowania kondensatora. Jeden zacisk elektryzatora łączy się z gołym przewodem ogrodzenia poprowadzonym na izolatorach a drugi zacisk łączy się z uziemieniem. W przypadku zwierząt hodowlanych efekt odstraszania jest skuteczny gdy napięcie impulsu na przewodzie ogrodzenia jest większe od 2 kV. Czas trwania impulsu wynosi około 1 ms, a odstęp pomiędzy impulsami powinien przekraczać 1 sekundę. Występowanie uczucia bólu u rażonych zwierząt zależy od energii impulsu, czyli od iloczynu ładunku Q rozładowywanego kondensatora i napięcia impulsu U. Elektryzatory o energii impulsu do 0,25 J stosowane są do ogrodzeń krótkich w terenie nie porośniętym roślinnością, dla zwierząt wrażliwych na impulsy elektryczne. Elektryzatory o energii impulsu do 0,5 J stosuje się w terenie o podłożu trawiastym oraz do zabezpieczenia upraw przed zniszczeniem przez zwierzynę leśną. Elektryzatory o energii impulsu powyżej 1 J przeznaczone są do zasilania długich ogrodzeń hodowlanych na terenach porośniętych i dla zwierząt odpornych na impulsy elektryczne oraz ochrony upraw przed dużą zwierzyną leśną. Dla budowy ogrodzeń bardzo długich w terenie silnie porośniętym i dla zwierząt o dużej odporności na impulsy elektryczne stosować należy energię większą od 3 J. Energię taką zaleca się dla ochrony przed dzikami, żubrami czy niedźwiedziami. Dla zwierząt hodowlanych napięcie impulsu odstraszającego powinno wynosić przynajmniej 2 kV. Zwierzęta o dużej impedancji skóry, odporne na impulsy elektryczne (dziki, niedźwiedzie,…) powinie być odstraszane napięciem większym od 4 kV. Przy budowie elektryzatorów dla ogrodzeń elektrycznych zachowuje się zależność aby impuls rażeniowy spełniał warunki: U < 10 kV, I 10 A, t < 1 ms. W tabeli 3 podano podstawowe parametry niektórych produkowanych elektryzatorów. Projektuje się obecnie elektryzatory, których moc zbliża się do 20 Ws. Tłumaczy się to częstym obrastaniem ogrodzeń krzakami i roślinami pnącymi, co bocznikuje częściowo przepływy prądu i zmusza do stosowania wyższych napięć i większych ładunków. Stosowanie dużych
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 83 NR 5/2007
123
wartości napięć okazuje się konieczne, aby pokonać izolujące działanie futer zwierzęcych. Tabela 3. Podstawowe parametry krajowych elektryzatorów do ogrodzeń elektrycznych Maksymalne Energia impulsu napięcie Typ elektryzatora wyjściowe J kV Redyk A 100 0,2 6,5 Redyk AB 200 0,5 9,5 Argus 2000 1,5 9 Ranger A 30 2,4 9 Ranger N 60 6 9,7 Hot Stop 16 8 Clos 30 0,3 10 Clos 150 - 2 3 10 Clos 2005 6 10 Securit 2005 6 10
Wysokość przewodów w ogrodzeniu zależy od rodzaju zwierząt i zaleca się dla: koni 1,4 m, źrebiąt 1,2 m, byki i bydło rzeźne 1,2 m, cielęta i krowy mleczne 0,9 m, owce 0,9 m, kozy 0,9 m, świnie 0,5 m. Prąd przepływający przez ciało zwierzęcia zależy nie tylko od jego impedancji, ale również od rezystancji drutów ogrodzenia oraz od rezystancji uziemienia. Przyjmuje się
rezystancję 1 kΩ dla ziemi wilgotnej i porośniętej trawą oraz 10 kΩ dla ziemi wysuszonej i pustynnej. Ogrodzenie elektryczne przedstawia sobą pewną pojemność, której wartość szacować można około 10 nF dla 1 km drutu na wysokości 70 cm nad powierzchnią ziemi. LITERATURA [1] B i e g i e l m e i e r G., G r a i s s J., M ö r x A.,K i e b a c k D.: Neues Wissen über die Wirkungen des elektrischen Stroms auf Menschen und Nutztiere. VEO Journal, 1995 nr 11. [2] B i e g i e l m e i e r G., B r a n d l F., F o r s t h o f e r A., R e s c h K.: Porażenia prądem elektrycznym zwierząt hodowlanych. XI Międzynarodowa Konferencja Nauk-Techn. Bezpieczeństwo elektryczne. Wrocław 1997. [3] G i e r l o t k a S.: Elektropatologia porażeń prądem. Wyd. Śląsk, Katowice 2006. [4] K o m o s i ń s k a H., P o d s i a d ł o E.: Ssaki kopytne. PWN Warszawa 2002. [5] M a r k i e w i c z H.: Bezpieczeństwo w elektroenergetyce. WNT Warszawa 1999. [6] Katalog firmy HORIZONT ROLOS. Wyszków. [7] Katalog firmy POMELAC. Autor: dr inż.. Stefan Gierlotka, KWK Wujek Katowice, E-mail:
[email protected]
V FORUM INŻYNIERSKIE Poznań, 11 czerwca 2007 Już po raz piąty FSNT-NOT organizuje Forum Inżynierskie poświęcone wspomaganiu przez banki, władze samorządowe i rządowe, wdrażania innowacyjnych rozwiązań przez MŚP. Tegoroczne Forum odbywa się pod hasłem „Banki i Jednostki Badawczo-Rozwojowe partnerem innowacyjnych przedsiębiorstw”. Tematyka ta wynika z włączenia się NOT w realizację rządowego Programu Operacyjnego „Innowacyjna Gospodarka” 2007-2013, a także z Uchwały XXIII Kongresu Techników Polskich „Technicy bliżej rynku”. Od pięciu lat NOT z powodzeniem wciela w życie hasło Kongresu realizując na zlecenie Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego Program FSNT NOT Projektów Celowych dla MŚP. W ramach tego Programu w latach 2001-2005 w pięciu konkursach zarejestrowano łącznie 701 wniosków o dofinansowanie projektów celowych. Korzystając ze środków budżetowych, NOT przekazał realizatorom umów bezzwrotnie ok. 63 mln zł. Do końca 2005 r. zakończono i rozliczono 402 umowy. Przy średnim dofinansowaniu projektu w wysokości 158 tys. zł, uzyskano łącznie wzrost sprzedaży o 322 mln zł, przyrost zysku o 36,2 mln zł oraz utworzono ok. 1.000 nowych miejsc pracy. Działalność ta prowadzona jest przez Centrum Innowacji NOT, któremu podlega Sieć 35 Ośrodków Innowacji FSNTNOT. Współorganizatorami Forum są: Rada Główna Jednostek Badawczo-Rozwojowych, Związek Banków Polskich, Polska adresowana jest do Agencja Rozwoju Przedsiębiorczości oraz Międzynarodowe Targi Poznańskie. Debata przedsiębiorców, gdyż to oni są głównymi beneficjantami poznańskiego spotkania! Podczas Forum Inżynierskiego 2007 przewidziano następujące panele: Jednostki Badawczo-Rozwojowe partnerem przedsiębiorców, banki partnerem przedsiębiorców, krajowe i europejskie źródła wsparcia innowacji. Źródłem aktualnej wiedzy są partnerzy merytoryczni: Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego, Ministerstwo Gospodarki i Ministerstwo Rozwoju Regionalnego. Celem Forum jest zachęcenie przedsiębiorców do intensyfikacji wdrażania innowacji, czego rezultatem będzie wzrost konkurencyjności firm, prezentacja dorobku JBR i Programu Projektów Celowych NOT oraz oferty banków. Przedstawione zostaną źródła nowych rozwiązań (JBR) oraz wsparcia finansowego (Banki i NOT Fundusze Unijne ). Uzupełnieniem tej oferty będą prezentacje rozwiązań systemowych i finansowych opracowane przez MNiSW, MG i PARP. Forum Inżynierskie 2007 ma pomóc w nawiązaniu bezpośrednich kontaktów przedsiębiorców z JBR, bankami, NOT oraz agendami rządowymi. Zarząd Główny NOT zaprasza przedsiębiorców do udziału w V Forum Inżynierskim, które odbędzie się podczas czerwcowych targów w Poznaniu pn. INNOWACJE-TECHNOLOGIE-MASZYNY, w sali konferencyjnej World Trade Center, 11 czerwca 2007 r., w godz. 10.30 – 15.00. Zapraszamy również do odwiedzenia stoiska Centrum Innowacji NOT w branżowym salonie METALFORUM, gdzie prezentowany będzie dorobek Programu FSNT-NOT Projektów Celowych dla MŚP. Na zakończenie Forum wręczone zostaną nagrody NOT i redakcji „Przeglądu Technicznego” DŹWIGNIA 2007 – przyznawane działaczom samorządu gospodarczego i terytorialnego oraz firmom, których działania przyczyniają się do wzrostu innowacyjności gospodarki, wdrażania zaawansowanych technologii, tworzenia nowych miejsc pracy, a także wykorzystania w tym celu środków budżetowych i unijnych.
124
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 83 NR 5/2007
