Меню

Для начинающих путь тока

Электричество и электробезопасность: ликбез для начинающих электриков

Электричество и электробезопасность: ликбез для начинающих электриковЭлектричество так давно и прочно вошло в нашу повседневность, что, кажется, будто оно было открыто во время изобретения колеса, а может даже и раньше. Популярность использования электрической энергии объяснить очень просто: именно электричество приводит в движение различные механизмы и станки, электротранспорт и всевозможную бытовую технику.

Оно помогает облегчить различные работы и организовать досуг: вспомните, сколько времени мы проводим перед телевизором, компьютером или домашним кинотеатром. При этом электричество не заметно, не шумит, у него нет цвета и запаха.

Обнаружить его можно лишь с помощью приборов, в простейшем случае таким прибором является обычная лампочка или индикаторная отвертка. Но зачастую эта «незаметность» может превратить электричество из доброго помощника в злого врага, из созидательной энергии в разрушительную, а иногда даже смертельную. Более того, неудачные опыты с электричеством могут стать причиной страха к таким работам на всю жизнь.

Домашние опыты с электричеством

ремонт электрооборудования в домеКаждому из нас, конечно, приходилось вворачивать лампочку, ремонтировать сгоревший шнур у утюга, подтягивать контакты в розетке. При этом вовсе не обязательно иметь специальное электротехническое образование. Примерно так же, как не обязательно знать до мельчайших деталей устройство двигателя внутреннего сгорания, чтобы стать автолюбителем. Мелкие неисправности можно устранить и, не зная всего автомобиля в целом, а в серьезных случаях всегда можно обратиться в автосервис.

В точности также и с электричеством: совершенно необязательно приглашать электромонтера из ЖКО, чтобы заменить негодный выключатель или розетку. Но при этом надо знать, чем опасно электричество, и какие правила надо соблюдать, чтобы не потерять навсегда желание к подобным работам. Ведь, согласитесь, совсем не весело сидеть целый день и ждать пока придет добрый дядя, и щелкнет «вырубившимся» автоматом или УЗО, потому, что вы боитесь это сделать сами или просто об этом не знаете.

Конечно, для проведения серьезных электромонтажных работ понадобится целый набор инструмента, но сначала следует познакомиться с правилами электробезопасности и хотя бы с основами электричества.

Чем опасно электричество

Так почему же электричество опасно для организма человека? Здесь можно назвать две основных причины. Это простое механическое повреждение тканей, а кроме того воздействие на нервную систему человека, приводящее к очень тяжелым последствиям.

Из истории развития электричества известно, что итальянский врач Луиджи Гальвани в своих опытах использовал препарированных лягушек, ведь никаких электроизмерительных приборов в то время еще не было. Слабый электрический ток, пропущенный через нервные окончания, заставлял сокращаться мышцы лягушачьих лапок.

Сейчас это явление изучено достаточно хорошо, и всем известно, что не только лягушачьи лапки, а и все мышцы человека, включая сердечную, сокращаются от импульсов электричества, вырабатываемых центральной нервной системой. Человек имеет собственное электричество, весьма маломощное, но достаточное для управления всем организмом, всеми его органами.

действие тока на организм человекаВ случае контакта человека с оголенным проводником, находящимся под током, возможны две опасных ситуации. Во-первых, это воздействие на нервную систему. Как было сказано выше, организм человека управляется слабыми электрическими импульсами. В случае прохождения через ткани человека электрического тока от внешнего источника, организм реагирует на него, как будто на электрические сигналы своей центральной нервной системы. Но внешние сигналы могут оказаться намного сильнее внутренних, попросту их «заглушить», поэтому они вызывают беспорядочное, судорожное сокращение мышц, которые приходят в состояние постоянного напряжения и расслабить их не удается. В таких случаях говорят, что электрический ток притягивает.

Отсюда следует золотое правило, известное всем электрикам: прикасаться к оголенным проводам можно лишь тыльной стороной ладони, хотя без особых причин делать этого не стоит. При таком касании ладонь просто сжимается в кулак, и рука отталкивается от оголенного провода. В противном случае рука настолько крепко обхватит проводник, что разжать ее не будет никакой возможности, и человек окажется под долговременным воздействием электрического тока, что, конечно, очень опасно.

Сила тока через организм может быть настолько велика, что вызванные им, током, мощные мышечные сокращения нередко приводят к разрывам связок, вывихам и даже переломам. Поэтому в фильмах и плакатах по технике безопасности, человека, попавшего под удар тока, изображают трясущимся и с волосами вставшими дыбом. Во-вторых, это механические повреждения тканей организма, которые по воздействию можно разделить на физические и химические.

Свойства различных источников тока

Основным поражающим фактором электричества является не высокое напряжение, как думает большинство граждан, а ток, протекающий через тело человека. Все видели синеватые искры статического электричества, возникающие при снятии одежды. Напряжение таких искорок находится в пределах 7 — 10 тысяч вольт. Но мощность такого источника тока крайне мала, поэтому никакого вреда организму такое электричество принести не может.

Гораздо опасней и неприятней касание обычных проводов осветительной сети: при напряжении всего в 220 В выходной ток такой проводки может достигать 16 — 20 А. Такой источник вполне способен выдать ток опасный и даже смертельный для человека.

По правилам техники безопасности человек начинает ощущать проходящий через организм переменный ток от 1 миллиампера. Ток в 10 мА считается опасным, при таком токе человек еще вполне в состоянии оторваться от токоведущей части самостоятельно. Ток в 50 и выше миллиампер считается смертельным, может привести к летальному исходу. Вопрос об этих значениях тока часто задается на периодических аттестациях электриков. Переменный ток оказывает отрицательное влияние на человека при несколько меньших значениях, нежели постоянный, но контактов с постоянным током, по крайней мере, в быту, случается намного меньше.

Наиболее типичные случаи поражения электрическим током в быту показаны на рисунках. Стрелками на картинках отмечены пути прохождения тока через организм. Токи проходят через грудную клетку и область сердца.

типичные случаи поражения электрическим током в быту

типичные случаи поражения электрическим током в быту

Именно такие контакты способны стать причиной остановки сердца, привести к остановке дыхания, что ничего хорошего не сулит. Все они вызваны контактом человека с неисправными электроприборами, батареями отопления, газовым оборудованиям или даже просто водой, льющейся из крана. В подобных случаях совершенно не лишним будет установка защитных устройств УЗО. Об этом будет рассказано в следующих статьях. А пока вспомним, какие вредные воздействия на человека может оказать электрический ток.

Физические воздействия электрического тока

электробезопасность в бытуКак известно из законов физики, электрический ток, проходящий в проводнике, вызывает его нагревание. Достаточно вспомнить электрическую плитку или просто лампу накаливания. В нашем случае таким проводником оказывается человек, попавший под воздействие тока. Внутри тканей также будет выделяться тепло. Какое и сколько, все зависит в первую очередь от состояния кожных покровов, попросту говоря кожи.

Электрическое сопротивление кожи у всех людей индивидуально и зависит от множества причин. Именно это сопротивление и ограничивает ток через организм. Известны случаи, когда человек длительное время удерживал руками два провода из розетки без всяких вредных последствий. Но это скорее счастливое исключение, чем правило: все-таки большинство людей такого фокуса сделать не могут, а касание оголенного провода для большинства если не смертельно, то весьма чувствительно.

При определенных условиях сопротивление кожи значительно снижается. Это может быть вызвано болезненными состояниями человека или просто, когда кожа мокрая, смочена водой или потом. При таких условиях ток, протекающий через организм, заметно выше, тепла в организме выделяется больше, последствия могут оказаться более тяжелыми. Известны случаи, когда электрический ток прямо-таки поджаривал внутренние органы, при этом не оставляя на поверхности кожи видимых следов и разрушений.

Читайте также:  Проверка аккумуляторной батареи толчковыми токами

Ток силой порядка 30 — 50 мА, проходящий через область сердца, способен привести в фибрилляции (трепетанию) сердца и к последующей его рефлекторной остановке. Если ток и не затронет сердечную мышцу, то вполне возможен паралич дыхательных мышц, что тоже не сулит ничего хорошего. Ведь пути электрического тока в организме непредсказуемы и причудливы.

Кроме этого возможны просто поверхностные ожоги кожи, а также повреждение сетчатки глаза при вспышках электродуги в момент короткого замыкания. Ожог сетчатки жестким ультрафиолетом может привести к инверсии цветовосприятия, а то и вовсе к слепоте, временной или даже постоянной.

Химические воздействия электрического тока

Электрический разряд, проходящий через ткани человека, вызывает изменения электролитических свойств лимфы, крови, тканевой жидкости и др. Такие изменения очень вредны, ведь состав крови должен быть неизменным и оставаться таковым все время. Тяжелое заболевание организма может вызвать изменение свойств и количества эритроцитов, изменение показателей кислотности и химического состава.

Из всего, что было сказано выше, можно сделать выводы, и они малоутешительны: любой непредвиденный контакт с электричеством, хотя не всегда смертелен, но достаточно неприятен. Тяжесть поражения зависит, прежде всего, от силы тока и продолжительности его воздействия на организм.

Совсем уж тяжкие последствия возникают далеко не всегда: согласно статистике летальным исходом заканчивается лишь один случай на 120 — 140 тыс. непредвиденных контактов с электричеством. Хотя, достаточно часто, имеют место различные по тяжести травмы, что не дает основания относиться к этим случаям без должного внимания. Особенно это касается тех ситуаций, когда человек работает с электричеством каждый день, — при ремонте электрооборудования или монтажных работах.

Изучение правил электробезопасности, использование защитных средств, поможет если не избежать совсем, то хотя бы свести до минимума риск поражения током. Об этих правилах и средствах будет рассказано в следующей статье.

Источник

Путь электрического тока через тело человека

Варианты путей прохождения электрического тока через тело человека:

1 — «рука—рука»; 2 — «рука—ноги»; 3 — «рука—нога»; 4 — «руки—ноги»; 5 — «нога—нога»; 6 — «голова—ноги»; 7 — «голова—рука»; 8 — «голова—нога»

Путь электрического тока через тело человека во многом определяет степень поражения организма. Наиболее часто в практике встречаются такие варианты:

человек дотрагивается двумя руками до токоведущих проводов или частей оборудования, находящихся под напряжением. В этом случае движение тока идет от одной руки к другой через легкие и сердце. Путь этот принято называть «рука—рука»;

при прикасании одной рукой к источнику тока, стоя двумя ногами на земле; путь протекания тока «рука—ноги»;

при стекании тока на землю от неисправного электрооборудования. Земля в радиусе до 20 м получает потенциал напряжения, уменьшающийся с удалением от заземлителя. Человек, стоящий обеими ногами в этой зоне, оказывается под разностью потенциалов, так как каждая из его ног получает разный потенциал напряжения, зависящий от удаленности от заземлителя. В результате возникает электрическая цепь «нога—нога», напряжение которой называют шаговым;

прикосновение головой к токоведущим частям может создать электрическую цепь, где путь тока будет: «голова—руки» или «голова—ноги».

Наиболее опасными являются те варианты, в которых в зону поражения попадают жизненно важные органы и системы организма — головной мозг, сердце, легкие Это цепи: «голова—руки», «голова—ноги», «руки—ноги», «рука—рука».

Электрическое сопротивление человека.

Факторы состояния человека, существенно увеличивающие вероятность смертельного поражения человека электрическим током:

всё, что увеличивает темп работы сердца – усталость, возбуждение, принятие алкоголя, наркотиков, некоторых лекарств, курение, болезни;

все, что уменьшает сопротивление кожи – потливость, порезы, принятие алкоголя.

Общее электрическое сопротивление между двумя электродами, наложенными на тело одного и того же человека, следует разделить на две части: сопротивление кожи и кровеносных сосудов и сопротивление нервов. Сопротивление тела человека являйся активной величиной, состоящей из внутренней и наружной составляющих. Внутреннее сопротивление у всех людей примерно одинаково и составляет 600 – 800 Ом. Сопротивление тела человека определяется в основном величиной наружного сопротивления, а конкретно – состоянием кожи рук толщиной всего лишь 0.2 мм (в первую очередь ее наружным слоем – эпидермисом).

Примеров тому немало, вот один из них. Рабочий опускает в электролитическую ванну средний и указательный пальцы руки и получает смертельный удар. Оказалось, что причиной гибели явился имевший место порез кожи на одном из пальцев. Эпидермис не оказал своего защитного действия, и поражение произошло при явно безопасной петле тока.

Если принять сопротивление кожи за 1, то сопротивление внутренних тканей, костей, лимфы, крови составит 0,15 – 0,20, а сопротивление нервных волокон – всего лишь 0,025 («нервы» – отличные проводники электрического тока!).

Сопротивление тела не является постоянной величиной: в условиях повышенной влажности оно снижается в 12 раз, в воде – в 25 раз, резко снижает его принятие алкоголя.

Зато во время сна оно возрастает в 15-17 раз. В качестве минимального сопротивления тела человека принимают величину 1000 Ом, но вообще эта величина может колебаться от нескольких сотен Ом до нескольких МОм. Таким сопротивлением обладает сухая, неповрежденная, чистая кожа.

Фаза кардиоцикла.

Опасность совпадения момента прохождения тока через сердце с фазой Т кардиоцикла

Каждый цикл сердечной деятельности состоит из двух периодов: одного, называемого диастолой, когда желудочки сердца, находясь в расслабленном состоянии, заполняются кровью, и другого, именуемого систолой, когда сердце, сокращаясь, выталкивает кровь в артериальные сосуды.

Наиболее уязвимым сердце оказывается в фазе Т, продолжительность которой около 0,2 с. Поэтому если во время фазы Т через сердце проходит ток, то, как правило, возникает фибрилляция сердца; если же время прохождения тока не совпадает с фазой Т, то вероятность возникновения фибрилляции резко уменьшается.

Т – период, когда заканчивается сокращение желудочков и они переходят в расслабленное состояние.

При длительности прохождения тока, равной или превышающей время кардиоцикла (0,75 – 1 с), ток “встречается” со всеми фазами работы сердца, в том числе с наиболее уязвимой фазой Т; это весьма опасно для организма. Если же время воздействия тока меньше продолжительности кардиоцикла на 0,2 с или более, то вероятность совпадения момента прохождения тока с фазой Т, а следовательно и, опасность поражения резко уменьшается.

Если время прохождения тока совпадает с фазой Т, то и в этом случае вероятность возникновения фибрилляции сердца зависит от длительности воздействия тока.

Источник



Основы электротехники для начинающих

Существует множество понятий, которые нельзя увидеть собственными глазами и потрогать руками. Наиболее ярким примером служит электротехника, состоящая из сложных схем и малопонятной терминологии. Поэтому очень многие просто отступают перед трудностями предстоящего изучения этой научно-технической дисциплины. Получить знания в этой области помогут основы электротехники для начинающих.

  1. Понятия и свойства электрического тока
  2. Основные токовые величины
  3. Закон Ома
  4. Энергия и мощность в электротехнике
  5. Электрика для чайников: основы электроники

Понятия и свойства электрического тока

Электрические законы и формулы требуются не только для проведения каких-либо расчетов. Они нужны и тем, кто на практике выполняет операции, связанные с электричеством. Зная основы электротехники можно логическим путем установить причину неисправности и очень быстро ее устранить.

Читайте также:  Как называют материалы которые проводят электрический ток не проводят электрический ток

Основы электротехники для начинающих

Суть электрического тока заключается в движении заряженных частиц, переносящих электрический заряд от одной до другой точки. Однако при беспорядочном тепловом движении заряженных частиц, по примеру свободных электронов в металлах, переноса заряда не происходит. Перемещение электрического заряда через поперечное сечение проводника происходит лишь при условии участия ионов или электронов в упорядоченном движении.

Электрический ток всегда протекает в определенном направлении. О его наличии свидетельствуют специфические признаки:

  • Нагревание проводника, по которому протекает ток.
  • Изменение химического состава проводника под действием тока.
  • Оказание силового воздействия на соседние токи, намагниченные тела и соседние токи.

Электрический ток может быть постоянным и переменным. В первом случае все его параметры остаются неизменными, а во втором – периодически происходит изменение полярности от положительной к отрицательной. В каждом полупериоде изменяется направление потока электронов. Скорость таких периодических изменений представляет собой частоту, измеряемую в герцах

Основные токовые величины

При возникновении в цепи электрического тока, происходит постоянный перенос заряда через поперечное сечение проводника. Величина заряда, перенесенная за определенную единицу времени, называется силой тока, измеряемой в амперах.

Для того чтобы создать и поддерживать движение заряженных частиц, необходимо воздействие силы, приложенной к ним в определенном направлении. В случае прекращения такого действия, прекращается и течение электрического тока. Такая сила получила название электрического поля, еще она известна как напряженность электрического поля. Именно она вызывает разность потенциалов или напряжение на концах проводника и дает толчок движению заряженных частиц. Для измерения этой величины применяется специальная единица – вольт. Существует определенная зависимость между основными величинами, отраженная в законе Ома, который будет рассмотрен подробно.

Важнейшей характеристикой проводника, непосредственно связанной с электрическим током, является сопротивление, измеряемое в омах. Данная величина является своеобразным противодействием проводника течению в нем электрического тока. В результате воздействия сопротивления происходит нагрев проводника. С увеличением длины проводника и уменьшением его сечения, значение сопротивления увеличивается. Величина в 1 Ом возникает, когда разность потенциалов в проводнике составляет 1 В, а сила тока – 1 А.

Закон Ома

Данный закон относится к основным положениям и понятиям электротехники. Он наиболее точно отражает зависимость между такими величинами, как сила тока, напряжение, сопротивление и мощность. Определения этих величин уже были рассмотрены, теперь нужно установить степень их взаимодействия и влияния друг на друга.

Для того чтобы вычислить ту или иную величину, необходимо воспользоваться следующими формулами:

  1. Сила тока: I = U/R (ампер).
  2. Напряжение: U = I x R (вольт).
  3. Сопротивление: R = U/I (ом).

Зависимость этих величин, для лучшего понимания сути процессов, часто сравнивается с гидравлическими характеристиками. Например, внизу бака, наполненного водой, устанавливается клапан с примыкающей к нему трубой. При открытии клапана вода начинает течь, поскольку существует разница между высоким давлением в начале трубы и низким – на ее конце. Точно такая же ситуация возникает на концах проводника в виде разности потенциалов – напряжения, под действием которого электроны двигаются по проводнику. Таким образом, по аналогии, напряжение представляет собой своеобразное электрическое давление.

Силу тока можно сравнить с расходом воды, то есть ее количеством, протекающим через сечение трубы за установленный период времени. При уменьшении диаметра трубы уменьшится и поток воды в связи с увеличением сопротивления. Этот ограниченный поток можно сравнить с электрическим сопротивлением проводника, удерживающим поток электронов в определенных рамках. Взаимодействие тока, напряжения и сопротивления аналогично гидравлическим характеристикам: с изменением одного параметра, происходит изменение всех остальных.

Энергия и мощность в электротехнике

В электротехнике существуют еще и такие понятия, как энергия и мощность, связанные с законом Ома. Сама энергия существует в механической, тепловой, ядерной и электрической форме. В соответствии с законом сохранения энергии, ее невозможно уничтожить или создать. Она может лишь преобразовываться из одной формы в другую. Например, в аудиосистемах осуществляется преобразование электроэнергии в звук и теплоту.

Любые электрические приборы потребляют определенное количество энергии на протяжении установленного промежутка времени. Эта величина индивидуальна для каждого прибора и представляет собой мощность, то есть объем энергии, который может потребить тот или иной прибор. Этот параметр вычисляется по формуле P = I x U, единицей измерения служит ватт. Он означает перемещение одного ампера одним вольтом через сопротивление в один ом.

Таким образом, основы электротехники для начинающих помогут на первых порах разобраться с основными понятиями и терминами. После этого будет значительно легче использовать полученные знания на практике.

Электрика для чайников: основы электроники

Основы электротехники и электроники

Применение полупроводников в радио- и электротехнике

Источник

Путь протекания тока при электрическом ударе

Как мы уже узнали, электричеству для непрерывного протекания тока требуется полный замкнутый путь (цепь). Вот почему электрический удар, полученный от статического электричества, представляет собой лишь мгновенный толчок: протекание тока при нем обязательно кратковременное, пока между двумя объектами уравниваются статические заряды. Подобные самоограниченные электрические удары 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 электропередач, не подвергаясь электрическому удару: они контактируют с цепью только в одной точке.

Рисунок 1 Отсутствие поражения птицы электрическим током при высоком напряжении Рисунок 1 – Отсутствие поражения птицы электрическим током при высоком напряжении

Чтобы ток протекал по проводнику, должно присутствовать напряжение, которое побуждает его протекать. Напряжение, как вы должны помнить, всегда является относительной величиной между двумя точками. Не существует такого понятия, как напряжение «на» или «в» одной точке цепи, поэтому, когда птица контактирует с одной точкой в вышеуказанной цепи, к ее телу не прикладывается напряжение, необходимое, чтобы заставить ток течь через него.

Да, даже если птица опирается на две лапы, обе лапы касаются одного и того же провода, что делает их электрически общими. С точки зрения электричества, обе птичьи лапы касаются одной и той же точки, поэтому между ними нет напряжения, которое могло бы стимулировать ток протекать через тело птицы.

Это может привести к мысли, что невозможно получить удар электричеством, прикоснувшись только к одному проводу. Если мы будем, как птицы, в какой-либо момент касаться только одного провода, мы будем в безопасности, верно? К сожалению, это не так. В отличие от птиц, при контакте с «живым» проводом люди обычно стоят на земле.

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):

Рисунок 2 Установление контакта между двумя точками в цепи при касании только одного ее провода Рисунок 2 – Установление контакта между двумя точками в цепи при касании только одного ее провода

Условное обозначение заземления – это набор из трех горизонтальных полос уменьшающейся ширины, расположенный в нижнем левом углу на схеме выше, а также у ступни человека, которого ударило током. В реальной жизни заземление энергосистемы представляет собой какой-то металлический проводник, закопанный глубоко в землю для максимального контакта с землей. Этот проводник электрически подключен к соответствующей точке в цепи толстым проводом. Заземление пострадавшего осуществляется через ноги, которые касаются земли.

Читайте также:  Основные формулы по теме постоянный электрический ток

В этот момент у студента обычно возникает несколько вопросов:

  • Если наличие точки заземления в цепи обеспечивает легкодоступную точку контакта, чтобы получить электрический удар, зачем оно вообще в цепи? Разве схема без заземления не была бы безопаснее?
  • Человек, которого ударило током, вероятно, не ходит босиком. Если резина и ткань являются диэлектрическими материалами, то почему обувь не защищает человека, предотвращая формирование цепи?
  • Насколько хорошим проводником может быть земля? Если вы можете получить удар электрическим током, проходящим через землю, почему бы не использовать землю в качестве проводника в наших цепях электропитания?

Отвечая на первый вопрос, наличие точки намеренного «заземления» в электрической цепи предназначено для обеспечения безопасного контакта с одной ее стороной. Обратите внимание, что если бы наш пострадавший на приведенном выше рисунке коснулся нижней стороны резистора, ничего бы не произошло, даже если бы его ноги всё еще касались земли:

Рисунок 3 Касание заземленной части цепи Рисунок 3 – Касание заземленной части цепи

Поскольку нижняя сторона цепи надежно соединена с землей через точку заземления в нижнем левом углу схемы, нижний провод цепи электрически соединен с землей. Поскольку между электрически общими точками не может быть напряжения, к человеку, контактирующему с нижним проводом, не будет приложено напряжение, и он не получит удар электрическим током.

По той же причине провод, соединяющий цепь с заземляющим стержнем/пластинами, обычно остается оголенным (без изоляции), и поэтому любой металлический объект, который его 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 касание человека только одного провода таким же безопасным, как в случае с птицей, сидящей только на одном проводе? В идеале да. На практике нет. Посмотрим, что происходит без заземления:

Рисунок 4 Касание одной точки цепи, не имеющей заземления Рисунок 4 – Касание одной точки цепи, не имеющей заземления

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

Однако всё это может измениться из-за случайного заземления, например, если ветка дерева касается линии электропередач и обеспечивает соединение с землей:

Рисунок 5 Касание одной точки цепи, не имеющей заземления в нормальном режиме, но при появлении непреднамеренного заземления Рисунок 5 – Касание одной точки цепи, не имеющей заземления в нормальном режиме, но при появлении непреднамеренного заземления

Такое случайное соединение проводника системы электропитания с землей называется замыканием на землю.

Замыкания на землю

Замыкания на землю могут быть вызваны многими причинами, включая накопление грязи на изоляторах линий электропередач (создание для тока пути через грязную воду от проводника к опоре линии электропередач и к земле, когда идет дождь), проникновение грунтовых вод в подземные линии электропередач, и птицы, приземляющиеся на линии электропередачи, устанавливая своими крыльями замыкание между линией и опорой линии электропередач.

Учитывая множество причин замыканий на землю, они, как правило, непредсказуемы. В случае с деревьями никто не может гарантировать, какого провода могут коснуться их ветви. Если бы дерево задело верхний провод в цепи, это сделало бы верхний провод безопасным для прикосновения, а нижний опасным; а, если дерево касается нижнего провода, это приведет в точности к противоположному сценарию:

Рисунок 6 Влияние случайного замыкания на землю на опасность поражения электрическим током Рисунок 6 – Влияние случайного замыкания на землю на опасность поражения электрическим током

Когда ветка дерева соприкасается с верхним проводом, этот провод становится заземленным проводником в цепи, электрически общим с заземлением. Следовательно, между этим проводом и землей нет напряжения, а появляется 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 людьми, касающимися отдельных проводов:

Рисунок 7 Опасность поражения электрическим током при касании двух людей к точкам цепи, не имещей заземления Рисунок 7 – Опасность поражения электрическим током при касании двух людей к точкам цепи, не имеющей заземления

Когда два человека стоят на земле, контактируя с разными точками цепи, путь для тока электрического удара проходит через одного человека, через землю и через другого человека. Хотя каждый человек думает, что он находится в безопасности, касаясь только 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 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!

После надежного подключения указанной точки цепи к заземлению («заземления» цепи) безопасность может быть обеспечена, по крайней мере, в этой точке. Это бо́льшая гарантия безопасности, чем полное отсутствие заземления.

Отвечая на второй вопрос, обувь на резиновой подошве действительно обеспечивает некоторую электрическую изоляцию, чтобы защитить человека от проведения электрического тока через ступни. Однако наиболее распространенные конструкции обуви не являются электрически «безопасными», поскольку их подошва слишком тонкая и состоит из неподходящего материала.

Кроме того, любая влага, грязь или токопроводящие соли из пота тела на поверхности подошвы или проникающие сквозь нее могут поставить под угрозу ту небольшую изолирующую ценность, которую обувь должна была иметь изначально. Существует обувь, специально предназначенная для опасных работ с электричеством, а также толстые резиновые коврики, на которых можно стоять во время работы с цепями под напряжением, но эти специальные средства, чтобы быть эффективными, должны применяться в абсолютно чистом и сухом состоянии.

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 значений (информацию об источнике этих данных смотрите в конце главы):

  • контакт для рук или ног, изолированных резиной (резиновые сапоги или перчатки): обычно 20 МОм;
  • контакт ступни через кожаную (сухую) подошву обуви: от 100 кОм до 500 кОм;
  • контакт ступни через кожаную (влажную) подошву обуви: от 5 кОм до 20 кОм.

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

Отвечая на третий вопрос, земля – не очень хороший проводник (по крайней мере, когда она сухая!). Из нее слишком плохой проводник, чтобы поддерживать постоянный ток для питания нагрузки. Однако, как мы увидим в следующем разделе, чтобы ранить или убить человека, требуется очень небольшой ток, поэтому даже плохой проводимости земли достаточно, чтобы обеспечить путь для смертельного тока при наличии достаточного напряжения, которое обычно используется в системах электропитания.

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

Источник