Ток электрического удара, куда он идет? (фото Дженнифер Су на Flickr)
Электрический шок //
Как мы уже знаем, для обеспечения непрерывного потока электроэнергии требуется полный путь (схема). Вот почему удар, получаемый от статического электричества, является всего лишь мгновенным толчком: поток электронов обязательно кратковременен, когда статические заряды выравниваются между двумя объектами. Потрясения с ограниченным сроком действия, подобные этому, редко опасны.
Без двух контактных точек на корпусе для входа и выхода, соответственно, нет опасности удара. Вот почему птицы могут спокойно опираться на высоковольтные линии электропередач, не шокировавшись: они контактируют с контуром только в одной точке.
Птица не шокирована
Для того, чтобы электроны протекали через проводник, должно существовать напряжение, чтобы мотивировать их. Напряжение, как вы помните, всегда относительное между двумя точками. Нет такой вещи, как напряжение «включено» или « в » в одной точке цепи, и поэтому птица, контактирующая с одной точкой в вышеприведенной схеме, не имеет напряжения, наложенного на ее тело, чтобы установить через нее ток.
Да, хотя они опираются на два фута, обе ноги касаются одного и того же провода, делая их электрически обычными. Электрически говоря, обе ноги птицы касаются одной и той же точки, поэтому между ними нет напряжения, чтобы мотивировать ток через тело птицы.
Это может позволить одному полагать, что его невозможно шокировать электричеством, касаясь только одного провода. Как птицы, если мы обязательно коснемся только одного провода за раз, мы будем в безопасности, не так ли? К сожалению, это неверно. В отличие от птиц, люди обычно стоят на земле, когда они контактируют с «живым» проводом.
Много раз одна сторона энергосистемы намеренно соединяется с землей, и поэтому человек, касающийся одного провода, фактически вступает в контакт между двумя точками в цепи (провод и земля):
Птица не шокирована, человек шокирован
Символом заземления является набор из трех горизонтальных полос уменьшающейся ширины, расположенных в левом нижнем углу показанной схемы, а также у подножия человека, который был шокирован. В реальной жизни заземление энергетической системы состоит из какого-то металлического проводника, глубоко погруженного в землю для максимального контакта с землей. Этот проводник электрически соединен с соответствующей точкой соединения на цепи с толстой проволокой.
Связь земли жертвы проходит через их ноги, которые касаются земли.
На этом этапе в голове ученика возникает несколько вопросов:
- Если наличие точки заземления в цепи обеспечивает легкий контакт для кого-то, кто может быть шокирован, зачем вообще это делать? Не будет ли более безопасным заземление?
- Человек, который шокирован, вероятно, не голый. Если резина и ткань являются изоляционными материалами, то почему их обувь не защищает их, предотвращая образование цепи?
- Насколько хорош проводник, может быть грязь? Если вы можете быть потрясены течением через землю, почему бы не использовать землю в качестве проводника в наших силовых цепях?
В ответ на первый вопрос наличие намеренной «заземляющей» точки в электрической цепи предназначено для обеспечения того, чтобы с одной стороны было безопасно соприкасаться. Обратите внимание, что если наша жертва на приведенной выше диаграмме должна была касаться нижней части резистора, ничего не произошло бы, даже если их ноги все равно будут контактировать с землей:
Птица не шокирована, человек не шокирован
Поскольку нижняя сторона схемы прочно соединена с землей через точку заземления в левом нижнем углу контура, нижний проводник цепи электрически соединен с заземлением. Так как между электрически общими точками не может быть напряжения, не будет напряжения, наложенного на человека, связавшего нижний провод, и они не получат удар.
По той же причине провод, соединяющий контур с заземляющим стержнем / пластинами, обычно остается открытым (без изоляции), так что любой металлический предмет, который он щеткой, будет аналогичным образом быть электрически общим с землей.
Заземление цепи гарантирует, что по крайней мере одна точка в цепи будет безопасной для касания. Но как насчет того, чтобы оставить схему полностью необоснованной?
Разве это не заставило бы кого-либо касаться только одного провода так же безопасно, как птица, сидящая только на одном? В идеале, да. Практически нет. Наблюдайте за тем, что происходит без земли:
Птица не шокирована, человек не шокирован, без земли
Несмотря на то, что ноги человека все еще контактируют с землей, любая точка в цепи должна быть безопасной для касания. Поскольку нет полного пути (схемы), сформированного через тело человека от нижней стороны источника напряжения до вершины, нет возможности установить ток через человека.
Однако все это может измениться с помощью случайного заземления, такого как ветка дерева, касающаяся линии электропередачи и обеспечивающая соединение с землей:
Птица не шокирована, человек шокирован высоким напряжением через источник и оад
Такое случайное соединение между проводником силовой системы и землей (землей) называется замыканием на землю. Неисправности заземления могут быть вызваны многими вещами, включая накопление грязи на изоляторах линии электропередачи (создание пути грязной воды для тока от проводника к полюсу, а также к земле, когда идет дождь), проникновение грунтовых вод в провода заземленных проводников, и птицы, приземляющиеся на линии электропередачи, перекрывающие линию к полюсу своими крыльями.
Учитывая многие причины явлений на земле, они имеют тенденцию быть непредсказуемыми. В случае с деревьями никто не может гарантировать, какой провод их ветви могут коснуться. Если дерево должно было раскачиваться против верхнего провода в цепи, это сделало бы верхний провод безопасным для прикосновения, а нижний - опасным - как раз напротив предыдущего сценария, когда дерево контактирует с нижним проводом:
Птица не шокирована, человек шокирован высоким напряжением в источнике и нагрузке
С веткой дерева, контактирующей с верхним проводом, этот провод становится заземленным проводником в цепи, электрически общим с заземлением. Поэтому между этим проводом и заземлением нет напряжения, но полное (высокое) напряжение между нижним проводом и массой.
Как упоминалось ранее, ветви деревьев являются только одним потенциальным источником замыканий на землю в энергосистеме.
Рассмотрим необоснованную систему электропитания без контакта с деревьями, но на этот раз с двумя людьми, касающимися одиночных проводов:
Птица шокирована, люди шокированы высоким напряжением в источнике и нагрузке
Когда каждый человек стоит на земле, контактируя с разными точками в цепи, путь к ударному току осуществляется через одного человека, через землю и через другого человека.
Несмотря на то, что каждый человек думает, что они в безопасности, касаясь только одной точки в цепи, их совместные действия создают смертельный сценарий. По сути, один человек действует как ошибка заземления, что делает его небезопасным для другого человека. Именно поэтому незаземленные энергосистемы опасны: напряжение между любыми точками цепи и землей (земля) непредсказуемо, так как в любой момент цепи может появиться замыкание на землю в любой точке цепи. Единственный герой, который в этих сценариях может быть безопасным, - это птица, у которой вообще нет связи с землей!
Твердо подключив обозначенную точку в цепи к заземлению («заземление» цепи), по крайней мере, безопасность может быть обеспечена в этой точке. Это больше гарантии безопасности, чем вообще отсутствие заземления.
В ответ на второй вопрос обувь с резиновой подошвой действительно обеспечивает некоторую электрическую изоляцию, чтобы защитить кого-то от прохождения ударного тока через их ноги. Однако наиболее распространенные конструкции обуви не предназначены для «безопасного», их подошвы слишком тонкие, а не правильного вещества.
Кроме того, любая влажность, грязь или проводящие соли из пота тела на поверхности или пронизанные подошвами обуви будут компрометировать ту маленькую изоляционную ценность, с которой должен был начинаться ботинок. Существуют специальные ботинки, предназначенные для опасных электрических работ, а также толстые резиновые маты, предназначенные для работы в живом исполнении, но эти специальные детали должны быть в абсолютно чистом и сухом состоянии, чтобы быть эффективными. Достаточно сказать, что обычной обуви недостаточно, чтобы гарантировать защиту от поражения электрическим током от энергосистемы.
Исследования, проведенные по контактному сопротивлению между частями человеческого тела и точками контакта (такими как земля), показывают широкий диапазон цифр:
- Ручной или ножной контакт, изолированный резиной: 20 М типичный
- Ножной контакт через подошву для обуви (сухой): от 100 до 500 k
- Ножной контакт через подошву из подошвы для обуви (мокрой): от 5 k до 20 k
Как вы можете видеть, не только резина обладает гораздо лучшим изоляционным материалом, чем кожей, но наличие воды в пористом веществе, таком как кожа, значительно снижает электрическое сопротивление. В ответ на третий вопрос грязь - не очень хороший проводник (по крайней мере, когда он сух!).
Это слишком плохой проводник для поддержки непрерывного тока для питания нагрузки. Однако, как мы увидим в следующем разделе, очень мало тока, чтобы повредить или убить человека, поэтому даже плохой проводимости грязи достаточно, чтобы обеспечить путь для смертельного тока, когда имеется достаточное напряжение, так как обычно находится в энергетических системах.
Некоторые поверхности земли лучше изоляторов, чем другие. Асфальт, например, находящийся на масляной основе, обладает гораздо большей устойчивостью, чем большинство форм грязи или породы. С другой стороны, бетон имеет довольно низкое сопротивление из-за его внутренней воды и содержания электролита (проводящего химического).
Вывод
Электрический шок может возникать только при контакте между двумя точками цепи; когда напряжение подается на тело жертвы.
Силовые цепи обычно имеют обозначенную точку, которая «заземлена»: прочно соединена с металлическими стержнями или пластинами, зарытыми в грязь, чтобы гарантировать, что одна сторона цепи всегда находится под потенциалом земли (нулевое напряжение между этой точкой и землей).
Ошибка замыкания на землю - это случайное соединение между проводником цепи и землей (земля).
Специальная, изолированная обувь и маты предназначены для защиты людей от ударов с помощью заземления, но даже эти куски передач должны быть в чистом, сухом состоянии, чтобы быть эффективными. Обычная обувь недостаточно хороша, чтобы обеспечить защиту от шока, изолируя ее
носитель с земли.
Хотя грязь является плохим проводником, она может проводить достаточно тока, чтобы ранить или убить человека.
Ресурс: Уроки в электрических цепях Том I - DC