Słów kilka o… elektryczności cz.3

Czy zastanawiałeś się kiedyś:

1. Co to znaczy, że prąd elektryczny „kopie”?
2. W jaki sposób uniknąć porażenia prądem elektrycznym?

Jeśli odpowiedź na jedno z tych pytań brzmi 'tak’, a do tej pory nie znasz odpowiedzi, ten artykuł jest dla Ciebie.

Porażenie prądem

Nie ma co ukrywać, każdy w pewnym stopniu obawia się porażenia prądem elektrycznym. Im większa nieznajomość zjawiska, tym większy lęk, że coś złego może się przydarzyć.

W poprzednich częściach artykułu (część 1 i część 2) porównywałem przepływ prądu elektrycznego do przepływu wody w rurociągu. Pisałem, że jeśli obwód elektryczny jest zamknięty to przez żarówkę przepływa prąd elektryczny o natężeniu zależnym od napięcia elektrycznego i oporu jaki stawia żarówka.

Jaki to ma związek z tematem? Jeśli prąd „kopnął” to nie stało się nic innego tylko przez ciało człowieka przepłynął prąd elektryczny.

Rozłóżmy to na czynniki pierwsze. Co jest potrzebne, żeby prąd płynął:

1. Źródło napięcia elektrycznego
2. Element który przewodzi prąd elektryczny
3. Zamknięty obwód elektryczny

Ad. 1.
Źródło napięcia elektrycznego to m.in. bateria, zasilacz, transformator no i przede wszystkim zakład energetyczny (który notabene dostarcza napięcie poprzez transformatory).

Ad. 2.
Elementami, które przewodzą prąd elektryczny są m.in. różnego rodzaju metale np. w przewodach elektrycznych jest to miedź (rzadziej aluminium). Co nas w tej chwili jednak najbardziej interesuje to fakt, że prąd elektryczny przewodzą również substancje organiczne, czyli m.in. ciało człowieka.

Ad. 3.
Wracając do części pierwszej artykułu, argumentowałem, że obwód elektryczny musi być zamknięty, żeby pomiędzy znakiem „+” zasilacza a znakiem „-” popłynął prąd.

Porównywałem ten zamknięty obwód do zamkniętego obiegu wodnego w którym pompa tłoczyła wodę. Przepływ wody był możliwy, ponieważ natura zawsze dąży do wyrównania ciśnienia. Załączona pompa wytworzyła ciśnienie po jednej stronie obiegu wodnego, natomiast po drugiej stronie nie było żadnego ciśnienia. To w efekcie spowodowało ruch wody.

Nie inaczej jest w obwodzie elektrycznym, elektrony dążą do wyrównania potencjału (napięcia) i przepływają od znaku „+” zasilacza (U = 12V), do znaku „-” (U = 0V).

Tak więc istotą zamkniętego obwodu jest de facto połączenie dwóch elementów o różnym napięciu (potencjale) elektrycznym. Wtedy możliwy jest przepływ prądu. Jeżeli po jednej i drugiej stronie zasilacza byłoby napięcie o tej samej wartości to prąd nie płynąłby, nie wytworzyłaby się energia i żarówka by nie zaświeciła.
To jest bardzo ważna kwestia. Przypomnę definicję porażenia prądem z kilku linijek powyżej: Porażenie prądem elektrycznym następuje wtedy, gdy przez organizm przepływa prąd elektryczny co nie jest równoznaczne z dotknięciem elementu który znajduje się pod napięciem elektrycznym. Aby to zrozumieć z pomocą przychodzą nam ptaki.

Ptak może czuć się bezpiecznie na linii wysokiego napięcia, dopóki ma styczność tylko i wyłącznie z jednym drutem naraz. Różnica potencjałów pomiędzy jedną a drugą nóżką ptaka jest (prawie) równa 0V. Tak więc high life.
Gorzej jeśli ten sam ptaszek dotknie dwóch drutów linii wysokiego napięcia jednocześnie. Wtedy zacznie płynąć prąd i zwierzątko będzie – delikatnie mówiąc – w opałach.

Bliskie spotkanie z prądem

Załóżmy więc, że mamy gościa, który znajduje się w bliskiej odległości od gniazdka elektrycznego, do którego nic nie jest podłączone. Gniazdko co prawda jest zasilone napięciem 230V, ale w tej chwili nie jest do niego podłączony żaden przewodnik. Człowiek natomiast stąpa sobie bezpiecznie po ziemi, która ma najczęściej potencjał o napięciu równym 0V.

Jeżeli do otworu gniazdka podpięty byłby drucik i człowiek postanowiłby go złapać, wtedy przez naszego przyjaciela popłynąłby prąd, ponieważ byłyby połączone dwa elementy o różnym potencjale (napięcie 230V gniazdka i napięcie 0V ziemi).

Im większe natężenie prądu tym większy problem

Przez organizm ludzki przepływa zatem prąd. Jaką ma wartość? To zależy od:

• oporu elektrycznego jaki posiada człowiek,
• oporu elektrycznego pomiędzy człowiekiem, a ziemią.

W tzw. normalnych warunkach czyli gdy powietrze ma niską wilgotność, temperatura otoczenia jest w okolicach 20-25 stopni celcjusza i skóra jest sucha (brak potu), człowiek może mieć opór wynoszący 2000Ω. Natomiast, gdy wilgotność powietrza wynosi powyżej 75% i/lub człowiek jest wilgotny czy to od potu czy wody, to opór elektryczny może być dużo mniejszy.

Załóżmy jednak, że opór przykładowego gościa wynosi wspomniane wcześniej 2000Ω.
Wyliczę teraz wartość prądu jaka będzie przepływała w tych warunkach (I = U/R):
I = 230V/2000Ω = 0.115A = 115mA. Czy to dużo czy mało?

Z punktu widzenia sprzętu elektrycznego to niewiele. Zwykły laptop może pobierać więcej prądu.

Człowiek jest jednak istotą kruchą i taki prąd może stanowić dla niego prawdziwe zagrożenie. Wszystko zależy od czasu trwania porażenia prądem, ale zacznę od początku. Istnieje kilka progów natężenia prądu, dla porażenia trwającego ok. 0.5 sekundy:

• Próg 1 – 0.5mA (czyli 0.0005A) – prąd płynący przez człowieka jest nieodczuwalny
• Próg 2 – 10mA – prąd płynący przez człowieka jest odczuwalny, ale wciąż delikwent posiada nad sobą kontrolę.
• Próg 3 – 30mA – człowiek odczuwa ból, niekontrolowane skurcze mięśni, jest to granica poprawnego funkcjonowania mięśni odpowiedzialnych za oddychanie. Na takie natężenie prądu zwykle zaprojektowane są wyłączniki różnicowo-prądowe stosowane jako dodatkowe zabezpieczenie przeciw porażeniowe w naszych domach.
• Próg 4 – 100mA – graniczna wartość prądu, powyżej której może wystąpić migotanie komór serca.

Jeżeli porażenie trwa znacznie krócej niż 0.5 sekundy człowiek może wytrzymać nawet 500mA. Natomiast jeśli porażenie trwa długo tj. powyżej 2 sekund to graniczne natężenie prądu płynące przez człowieka wynosi 30mA.

Napięcie bezpieczne

Na podstawie ww. wartości progowych prądu i fakcie, że opór elektryczny organizmu jest zależny od wielkości napięcia (tej właściwości nie posiadają metale), ustalono wartości tzw. napięć bezpiecznych przy których porażenie prądem nie wywoła permanentnego zagrożenia dla zdrowia lub życia ludzkiego. Wygląda to tak:

• Napięcie stałe (teoretycznie jest mniej groźne od przemiennego bo nie powoduje migotania komór serca)
  • 120V – warunki normalne
  • 60V – warunki szczególne, pomieszczenia wilgotne
  • 30V – warunki ekstremalne np. sauna, basen lub zbiorniki metalowe
• Napięcie przemienne
  • 50V – warunki normalne
  • 25V – warunki szczególne, pomieszczenia wilgotne
  • 12V – warunki ekstremalne np. sauna, basen lub zbiorniki metalowe

Ochrona przeciwporażeniowa

Zagrożenie już znamy. Czas, aby temu przeciwdziałać. W warunkach domowych i czynnościach elektroinstalacyjnych jakie będziemy popełniać, powinniśmy zastosować się do kilku zaleceń:

• Zawsze, gdy zabierasz się do pracy z elektryką (wymieniasz gniazdko, dokładasz wyłącznik światła, cokolwiek), wyłączaj prąd w obwodzie elektrycznym nad którym zamierzasz pracować. Jak to zrobić? Znajdź rozdzielnicę w swoim domu i rozłącz napięcie zamontowanym tam bezpiecznikiem / wyłącznikiem nadprądowym.

  

  

  

  Jeśli w domu posiadasz zabezpieczenia starszego typu w postaci bezpieczników ceramicznych, nic straconego, zamiast opuszczenia klawisza wyłącznika, wykręcasz bezpiecznik.

• Używaj narzędzi z izolacją ochronną (najczęściej mają oznaczenie „1000V” i zgodność z normą IEC 60900 : 2004, foto poniżej). Są dostępne w każdym supermarkecie budowlanym, hurtowni elektrycznej. Lepiej dmuchać na zimne.

  

  

  

  Powyższe zdjęcia pokazują zniszczone szczypce boczne. Elektryk popełnił błąd i przeciął przewód znajdujący się pod napięciem co doprowadziło do zwarcia przewodu fazowego i neutralnego poprzez szczypce. Huk był, błysk był, ale człowiek wyszedł bez szwanku.

  

• Po zakończonej pracy, zanim załączysz napięcie upewnij się, że wszystkie elementy przewodzące są niedostępne / zaizolowane taśmą izolacyjną. Używaj złączek elektrycznych (piszę o nich tutaj) jeśli po zakończonej pracy pozostały Ci nieobsadzone, wiszące druty.

  

  

• Używaj mózgu. Ten punkt jest najważniejszy ze wszystkich. Myśl, działaj bez pośpiechu. Nie wiesz czy przewód jest pod napięciem? Weź próbnik, sprawdź. Nie dotykaj elementów niesprawdzonych wewnętrzną częścią dłoni (skurcz spowodowany porażeniem sprawi, że możesz złapać i nie puścić tego elementu). Nic nie musisz zrobić tu i teraz. Zrobiło się ciemno, robota nie zrobiona, a lampy nie świecą? Jutro też jest dzień, a żona jak kocha to poczeka 😉 .

Zdaję sobie sprawę, że ochronę przeciwporażeniową opisałem trochę lakonicznie, ale bez obaw, będę o niej wspominał w każdym artykule związanym z pracami elektroinstalacyjnymi.

I tym optymistycznym akcentem zakończę dzisiejsze rozważania i jednocześnie pierwszą trylogię serii artykułów w historii tego bloga. Do zobaczenia w kolejnym artykule 🙂 .