Schok huidig ​​pad

Zoals we al hebben geleerd, vereist elektriciteit een volledig pad (circuit) om continu te stromen. Dit is de reden waarom de schok die wordt ontvangen van statische elektriciteit slechts een tijdelijke schok is:de stroomstroom is noodzakelijkerwijs kort wanneer statische ladingen worden vereffend tussen twee objecten. Schokken van zelfbeperkende duur zoals deze zijn zelden gevaarlijk.

Zonder twee contactpunten op het lichaam waar de stroom respectievelijk naar binnen en naar buiten kan, is er geen gevaar voor schokken. Dit is de reden waarom vogels veilig kunnen rusten op hoogspanningslijnen zonder schrik te krijgen:ze maken maar op één punt contact met het circuit.

Om stroom door een geleider te laten stromen, moet er een spanning aanwezig zijn om deze te motiveren. Spanning, zoals u zich herinnert, is altijd relatief tussen twee punten . Er bestaat niet zoiets als spanning "aan" of "op" een enkel punt in het circuit, en dus heeft de vogel die contact maakt met een enkel punt in het bovenstaande circuit geen spanning over zijn lichaam om er een stroom doorheen te brengen.

Ja, ook al rusten ze op twee voeten, beide voeten raken dezelfde draad, waardoor ze elektrisch gemeenschappelijk . Elektrisch gezien raken beide poten van de vogel hetzelfde punt, dus er is geen spanning tussen hen om stroom door het lichaam van de vogel te motiveren.

Dit kan ertoe leiden dat je denkt dat het onmogelijk is om door elektriciteit te worden geschokt door slechts een enkele draad aan te raken. Net als de vogels, als we er zeker van zijn dat we maar één draad tegelijk aanraken, zijn we veilig, toch? Helaas klopt dit niet. In tegenstelling tot vogels staan ​​mensen meestal op de grond wanneer ze contact maken met een "live" draad.

Vaak wordt een kant van een voedingssysteem opzettelijk met de aarde verbonden, en dus maakt de persoon die een enkele draad aanraakt feitelijk contact tussen twee punten in het circuit (de draad en de aarde):

Het grondsymbool is die reeks van drie horizontale balken van afnemende breedte die zich linksonder in het getoonde circuit bevinden, en ook aan de voet van de persoon die geschokt wordt. In het echte leven bestaat de aarde van het voedingssysteem uit een soort metalen geleider die diep in de grond is begraven om maximaal contact met de aarde te maken.

Die geleider is elektrisch verbonden met een geschikt aansluitpunt op het circuit met dikke draad. De massaverbinding van het slachtoffer is via hun voeten, die de aarde raken.

Op dit punt rijzen meestal een paar vragen in het hoofd van de leerling:

• Als de aanwezigheid van een aardingspunt in het circuit een gemakkelijk contactpunt is voor iemand om een ​​schok te krijgen, waarom dan überhaupt in het circuit? Zou een circuit zonder aarding niet veiliger zijn?
• De persoon die geschokt wordt, loopt waarschijnlijk niet op blote voeten. Als rubber en stof isolerende materialen zijn, waarom beschermen hun schoenen ze dan niet door te voorkomen dat er een circuit ontstaat?
• Hoe goed kan een dirigent vervuilen zijn? Als je geschokt kunt raken door de stroom door de aarde, waarom zou je de aarde dan niet gebruiken als geleider in onze stroomcircuits?

In antwoord op de eerste vraag:de aanwezigheid van een opzettelijk "aardingspunt" in een elektrisch circuit is bedoeld om ervoor te zorgen dat één kant ervan is veilig om mee in contact te komen. Merk op dat als ons slachtoffer in het bovenstaande diagram de onderkant van de weerstand zou raken, er niets zou gebeuren, ook al zouden hun voeten nog steeds contact maken met de grond:

Omdat de onderkant van het circuit stevig met aarde is verbonden via het aardingspunt linksonder op het circuit, is de onderste geleider van het circuit elektrisch algemeen gemaakt met aarde. Aangezien er geen spanning kan zijn tussen elektrisch gemeenschappelijke punten, zal er geen spanning worden aangelegd over de persoon die contact maakt met de onderste draad, en zullen ze geen schok krijgen.

Om dezelfde reden wordt de draad die het circuit verbindt met de aardingsstaaf/-platen meestal kaal gelaten (geen isolatie), zodat elk metalen voorwerp waar het tegenaan komt op dezelfde manier elektrisch gemeenschappelijk is met de aarde.

Circuitaarding zorgt ervoor dat ten minste één punt in het circuit veilig kan worden aangeraakt. Maar hoe zit het met het volledig ongeaard laten van een circuit? Zou dat niet maken dat iemand die slechts een enkele draad aanraakt, net zo veilig is als de vogel die op slechts één zit? Idealiter wel. Praktisch, nee. Observeer wat er gebeurt zonder enige grond:

Ondanks het feit dat de voeten van de persoon nog steeds contact maken met de grond, moet elk afzonderlijk punt in het circuit veilig kunnen worden aangeraakt. Aangezien er geen volledig pad (circuit) door het lichaam van de persoon wordt gevormd van de onderkant van de spanningsbron naar de bovenkant, is er geen manier om een ​​stroom door de persoon tot stand te brengen.

Dit kan echter allemaal veranderen met een toevallige aarde, zoals een boomtak die een hoogspanningslijn raakt en de verbinding met de aarde levert:

Zo'n toevallige verbinding tussen een stroomgeleider en de aarde (aarde) wordt een aardlek genoemd .

Aarde fouten

Aardfouten kunnen door veel dingen worden veroorzaakt, waaronder vuilophoping op isolatoren van hoogspanningslijnen (het creëren van een vuilwaterpad voor stroom van de geleider naar de paal en naar de grond als het regent), grondwaterinfiltratie in begraven hoogspanningsgeleiders, en vogels die op hoogspanningslijnen landen en met hun vleugels de lijn naar de paal overbruggen.

Gezien de vele oorzaken van aardfouten, zijn ze vaak onvoorspelbaar. In het geval van bomen kan niemand welke draad garanderen hun takken zouden elkaar kunnen raken. Als een boom tegen de bovenste draad in het circuit zou komen, zou de bovenste draad veilig zijn om aan te raken en de onderste gevaarlijk - precies het tegenovergestelde van het vorige scenario waarbij de boom contact maakt met de onderste draad:

Met een boomtak die contact maakt met de bovenste draad, wordt die draad de geaarde geleider in het circuit, elektrisch gemeenschappelijk met aarding. Er staat dus geen spanning tussen die draad en aarde, maar volledige (hoog)spanning tussen de onderste draad en aarde.

Zoals eerder vermeld, zijn boomtakken slechts één mogelijke bron van aardfouten in een voedingssysteem. Overweeg een niet-geaard stroomsysteem zonder bomen in contact, maar deze keer met twee mensen die enkele draden aanraken:

Met elke persoon die op de grond staat en contact maakt met verschillende punten in het circuit, wordt een pad voor schokstroom gemaakt door één persoon, door de aarde en door de andere persoon. Hoewel elke persoon denkt dat ze veilig zijn door slechts één enkel punt in het circuit aan te raken, creëren hun gecombineerde acties een dodelijk scenario. In feite fungeert de ene persoon als de aardlek, waardoor het onveilig is voor de andere persoon.

Dit is precies waarom ongeaarde voedingssystemen gevaarlijk zijn:de spanning tussen elk punt in het circuit en aarde (aarde) is onvoorspelbaar omdat er op elk moment in het circuit een aardlek kan optreden. Het enige personage dat in deze scenario's gegarandeerd veilig is, is de vogel, die helemaal geen verbinding met de aarde heeft!

Door een aangewezen punt in het circuit stevig te verbinden met aarde (“aarding” van het circuit), kan in ieder geval de veiligheid op dat ene punt worden gegarandeerd. Dit is meer zekerheid van veiligheid dan helemaal geen aardverbinding.

In antwoord op de tweede vraag:schoenen met rubberen zolen doen inderdaad enige elektrische isolatie bieden om iemand te helpen beschermen tegen het geleiden van schokstroom door zijn voeten. De meeste schoenontwerpen zijn echter niet bedoeld om elektrisch "veilig" te zijn, omdat hun zolen te dun en niet van de juiste stof zijn.

Ook zal vocht, vuil of geleidende zouten van lichaamszweet op het oppervlak van of doordrongen door de zolen van schoenen de geringe isolerende waarde van de schoen in gevaar brengen. Er zijn schoenen die speciaal zijn gemaakt voor gevaarlijk elektrisch werk, evenals dikke rubberen matten om op te staan ​​tijdens het werken aan stroomcircuits, maar deze speciale uitrustingen moeten absoluut schoon en droog zijn om effectief te zijn.

Het volstaat te zeggen dat normaal schoeisel niet voldoende is om bescherming te bieden tegen elektrische schokken van een elektriciteitssysteem.

Onderzoek naar contactweerstand tussen delen van het menselijk lichaam en contactpunten (zoals de grond) laat een breed scala aan cijfers zien (zie het einde van het hoofdstuk voor informatie over de bron van deze gegevens):

• Hand- of voetcontact, geïsoleerd met rubber:20 MΩ typisch.
• Voetcontact door leren schoenzool (droog):100 kΩ tot 500 kΩ
• Voetcontact door leren schoenzool (nat):5 kΩ tot 20 kΩ

Zoals u kunt zien, is rubber niet alleen een veel beter isolatiemateriaal dan leer, maar de aanwezigheid van water in een poreuze substantie zoals leer is zeer vermindert elektrische weerstand.

In antwoord op de derde vraag:vuil is geen erg goede geleider (tenminste niet als het droog is!). Het is een te slechte geleider om continue stroom te ondersteunen voor het voeden van een belasting. Zoals we in de volgende paragraaf zullen zien, is er echter maar heel weinig stroom nodig om een ​​mens te verwonden of te doden, dus zelfs de slechte geleidbaarheid van vuil is voldoende om een ​​pad te bieden voor dodelijke stroom wanneer er voldoende spanning beschikbaar is, zoals er meestal is zit in energiesystemen.

Sommige grondoppervlakken zijn betere isolatoren dan andere. Asfalt, bijvoorbeeld, is op olie gebaseerd en heeft een veel grotere weerstand dan de meeste vormen van vuil of steen. Beton daarentegen heeft de neiging om een ​​vrij lage weerstand te hebben vanwege het intrinsieke gehalte aan water en elektrolyt (geleidende chemische stof).

BEOORDELING:

• Elektrische schokken kunnen alleen optreden als er contact wordt gemaakt tussen twee punten van een circuit; wanneer er spanning wordt aangelegd over het lichaam van een slachtoffer.
• Voedingscircuits hebben meestal een aangewezen punt dat "geaard" is:stevig verbonden met metalen staven of platen die in het vuil zijn begraven om ervoor te zorgen dat één kant van het circuit altijd op aardpotentiaal staat (nulspanning tussen dat punt en aarde) .
• Een aardlek is een toevallige verbinding tussen een circuitgeleider en de aarde (aarde).
• Speciale, geïsoleerde schoenen en matten zijn gemaakt om personen te beschermen tegen schokken via grondgeleiding, maar zelfs deze onderdelen moeten in schone, droge staat zijn om effectief te zijn. Normaal schoeisel is niet goed genoeg om bescherming te bieden tegen schokken door de drager van de aarde te isoleren.
• Hoewel vuil een slechte geleider is, kan het genoeg stroom geleiden om een ​​mens te verwonden of te doden.

GERELATEERD WERKBLAD:

• Werkblad elektrische schokken