Шокировать текущий путь

Как мы уже узнали, электричество требует непрерывного протекания полного пути (цепи). Вот почему удар, полученный от статического электричества, является только мгновенным толчком:течение тока обязательно кратковременно, когда статические заряды между двумя объектами уравниваются. Подобные самоограниченные разряды редко бывают опасными.

Без двух точек контакта на теле для входа и выхода тока, соответственно, нет опасности поражения электрическим током. Вот почему птицы могут спокойно отдыхать на высоковольтных линиях электропередачи, не подвергаясь электрошоку:они контактируют с цепью только в одной точке.

Чтобы ток протекал по проводнику, должно присутствовать напряжение, которое его мотивирует. Напряжение, как вы должны помнить, всегда относительно между двумя точками . Не существует такого понятия, как напряжение «на» или «в» одной точке цепи, и поэтому птица, контактирующая с одной точкой в ​​приведенной выше цепи, не имеет напряжения, приложенного к ее телу, чтобы установить ток через нее.

Да, даже если они опираются на два ступни, обе ступни касаются одного и того же провода, что делает их электрически общими . С точки зрения электричества, обе птичьи лапы соприкасаются с одной и той же точкой, поэтому между ними нет напряжения, которое могло бы стимулировать ток через тело птицы.

Это может привести к мысли, что невозможно получить поражение электрическим током, коснувшись одного-единственного провода. Как птицы, если мы будем касаться только одного провода за раз, мы будем в безопасности, верно? К сожалению, это не так. В отличие от птиц, люди обычно стоят на земле, когда они касаются «живого» провода.

Часто одна сторона энергосистемы будет намеренно подключена к заземлению, и поэтому человек, касающийся одного провода, фактически устанавливает контакт между двумя точками в цепи (провод и заземление):

Символ земли - это набор из трех горизонтальных полос уменьшающейся ширины, расположенный в нижнем левом углу показанной схемы, а также у ступни человека, подвергающегося электрошоку. В реальной жизни заземление энергосистемы представляет собой какой-то металлический проводник, закопанный глубоко в землю для обеспечения максимального контакта с землей.

Этот проводник электрически подключен к соответствующей точке соединения в цепи толстым проводом. Заземление жертвы осуществляется через ноги, которые касаются земли.

В этот момент у ученика обычно возникает несколько вопросов:

• Если наличие точки заземления в цепи обеспечивает легкую точку контакта для кого-то, чтобы получить электрошок, зачем вообще она в цепи? Разве схема без заземления не была бы безопаснее?
• Человек, которого шокирует, вероятно, не ходит босиком. Если резина и ткань являются изоляционными материалами, то почему их обувь не защищает их, предотвращая образование цепи?
• Насколько хороший проводник может пачкать быть? Если вас может поразить ток, проходящий через землю, почему бы не использовать землю в качестве проводника в наших цепях питания?

Отвечая на первый вопрос, наличие преднамеренной точки «заземления» в электрической цепи предназначено для обеспечения того, чтобы одна ее сторона была безопасно контактировать с. Обратите внимание, что если бы наша жертва на приведенной выше диаграмме коснулась нижней стороны резистора, ничего бы не произошло, даже если бы их ноги все еще касались земли:

Поскольку нижняя сторона схемы надежно соединена с землей через точку заземления в нижнем левом углу схемы, нижний провод схемы делается электрически общим . с землей. Поскольку между электрически общими точками не может быть напряжения, на человека, контактирующего с нижним проводом, не будет напряжения, и они не получат удара током.

По той же причине провод, соединяющий цепь с заземляющим стержнем / пластинами, обычно остается оголенным (без изоляции), так что любой металлический объект, о который он задевает, будет электрически общим с землей.

Заземление цепи гарантирует, что по крайней мере одна точка в цепи будет безопасна для прикосновения. Но как насчет того, чтобы оставить цепь полностью незаземленной? Разве это не сделало бы человека, прикасавшегося только к одному проводу, так же безопасно, как птицу, сидящую на одном проводе? В идеале да. Практически нет. Посмотрите, что происходит без заземления:

Несмотря на то, что ноги человека все еще соприкасаются с землей, любая точка в цепи должна быть безопасной для прикосновения. Поскольку не существует полного пути (цепи), проходящего через тело человека от нижней стороны источника напряжения к верхней, нет возможности для прохождения тока через человека.

Однако все это может измениться из-за случайного заземления, например, если ветка дерева коснется линии электропередачи и обеспечит соединение с землей:

Такое случайное соединение между проводником энергосистемы и землей (землей) называется замыканием на землю . .

Замыкания на землю

Замыкания на землю могут быть вызваны многими причинами, включая накопление грязи на изоляторах линий электропередач (создание пути грязной воды для тока от проводника к полюсу и к земле, когда идет дождь), проникновение грунтовых вод в подземные проводники линии электропередач, и птицы, приземляющиеся на линии электропередачи, перекидывая линию на полюс своими крыльями.

Учитывая множество причин замыканий на землю, они, как правило, непредсказуемы. В случае с деревьями никто не может гарантировать, какой провод их ветви могут соприкоснуться. Если бы дерево задело верхний провод в цепи, это сделало бы верхний провод безопасным для прикосновения, а нижний опасным - как раз противоположность предыдущему сценарию, когда дерево касается нижнего провода:

Когда ветка дерева соприкасается с верхним проводом, этот провод становится заземленным проводом в цепи, электрически общим с заземлением. Следовательно, между этим проводом и землей нет напряжения, а есть полное (высокое) напряжение между нижним проводом и землей.

Как упоминалось ранее, ветви деревьев являются лишь одним потенциальным источником замыканий на землю в энергосистеме. Рассмотрим незаземленную энергосистему без соприкосновения деревьев, но на этот раз с двумя люди касаются одиночных проводов:

Когда каждый человек стоит на земле, контактируя с разными точками цепи, путь для электрического тока проходит через одного человека, через землю и через другого человека. Несмотря на то, что каждый человек думает, что он в безопасности, только коснувшись одной точки в цепи, их совместные действия создают смертельный сценарий. Фактически, один человек действует как замыкание на землю, что делает его небезопасным для другого человека.

Именно поэтому незаземленные энергосистемы опасны:напряжение между любой точкой цепи и землей (землей) непредсказуемо, потому что замыкание на землю может возникнуть в любой точке цепи в любое время. Единственный персонаж, который гарантированно будет в безопасности в этих сценариях, - это птица, которая вообще не связана с землей!

Надежно подключив обозначенную точку цепи к заземлению («заземлив» цепь), по крайней мере, безопасность может быть обеспечена в этой точке. Это большая гарантия безопасности, чем отсутствие заземления вообще.

Отвечая на второй вопрос, обувь на резиновой подошве действительно действительно обеспечить некоторую электрическую изоляцию, чтобы помочь защитить кого-то от электрического тока через ноги. Однако наиболее распространенные конструкции обуви не являются электрически «безопасными», поскольку их подошва слишком тонкая и не из подходящего материала.

Кроме того, любая влага, грязь или токопроводящие соли из пота тела на поверхности подошвы или проникающие через нее могут поставить под угрозу ту небольшую изоляционную ценность, которая должна была изначально иметь обувь. Есть обувь, специально предназначенная для опасных электромонтажных работ, а также толстые резиновые коврики, на которых можно стоять во время работы с цепями под напряжением, но эти специальные детали оборудования 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 электросети.

Исследования контактного сопротивления между частями человеческого тела и точками контакта (например, с землей) показывают широкий диапазон цифр (информацию об источнике этих данных см. В конце главы):

• Контакт для рук или ног, с резиновой изоляцией:обычно 20 МОм.
• Контакт ступни через кожаную подошву обуви (сухой):от 100 кОм до 500 кОм.
• Контакт ступни через кожаную подошву обуви (мокрая):от 5 кОм до 20 кОм.

Как видите, не только резина является гораздо лучшим изоляционным материалом, чем кожа, но и наличие воды в пористом веществе, таком как кожа, значительно снижает электрическое сопротивление.

Отвечая на третий вопрос, грязь - не очень хороший проводник (по крайней мере, когда она сухая!). У него слишком плохой проводник, чтобы поддерживать постоянный ток для питания нагрузки. Однако, как мы увидим в следующем разделе, требуется очень мало тока, чтобы ранить или убить человека, поэтому даже плохой проводимости грязи достаточно, чтобы обеспечить путь для смертельного тока при наличии достаточного напряжения, как обычно находится в энергосистемах.

Некоторые заземленные поверхности лучше изолируют, чем другие. Например, асфальт на масляной основе имеет гораздо большее сопротивление, чем большинство видов грязи или камней. Бетон, с другой стороны, имеет довольно низкое сопротивление из-за внутреннего содержания воды и электролита (проводящего химического вещества).

ОБЗОР:

• Поражение электрическим током может произойти только при контакте между двумя точками цепи; когда на тело жертвы подается напряжение.
• Силовые цепи обычно имеют обозначенную точку, которая «заземлена»:прочно соединена с металлическими стержнями или пластинами, закопанными в грязь, чтобы гарантировать, что одна сторона цепи всегда находится под потенциалом земли (нулевое напряжение между этой точкой и землей). .
• замыкание на землю представляет собой случайное соединение проводника цепи с землей (землей).
• Специальная изолированная обувь и коврики предназначены для защиты людей от ударов через заземление, но даже эти части снаряжения должны быть в чистом, сухом состоянии, чтобы быть эффективными. Обычная обувь недостаточно хороша, чтобы обеспечить защиту от ударов, изолируя ее владельца от земли.
• Хотя грязь - плохой проводник, она может проводить ток, достаточный для того, чтобы ранить или убить человека.

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

• Рабочий лист по поражению электрическим током