با توجه به اینکه نیروی الکتریکی حضور روزمره ای در زندگی مدرن دارد ، تقریباً هر کسی می تواند با تصاویر ارائه شده در این نوشته ارتباط برقرار کند. آیا تا به حال فکر کرده اید که چرا پرندگان هنگام استراحت روی خطوط برق دچار شوک نمی شوند؟

بسیاری از ما نوعی "شوک" الکتریکی را تجربه کرده ایم  اگر خوش شانس باشیم ، میزان آن تجربه محدود به سوزن سوزن شدن یا تکان خوردن است. هنگامی که ما در حال کار بر روی مدارهای الکتریکی هستیم که قادر به ارائه قدرت زیاد به بارها هستند ، شوک الکتریکی به یک مسئله بسیار جدی تبدیل می شود و درد کمترین نتیجه شوک است.

از آنجا که جریان الکتریکی از طریق یک ماده هدایت می شود ، هرگونه مخالفت با آن جریان الکترون (مقاومت) باعث اتلاف انرژی ، معمولاً به شکل گرما می شود. این اساسی ترین و آسان ترین تأثیر الکتریسیته بر بافت زنده است. جریان باعث گرم شدن آن می شود. اگر مقدار حرارت تولید شده کافی باشد ، بافت ممکن است بسوزد. این اثر از نظر فیزیولوژیکی مشابه آسیب ناشی از شعله یا منبع حرارتی با درجه حرارت بالا است ، با این تفاوت که الکتریسیته قادر است بافت را در زیر پوست قربانی بسوزاند و حتی اندام های داخلی را نیز می سوزاند.

یکی دیگر از تأثیرات جریان الکتریکی بر بدن ، شاید مهمترین از نظر خطر ، مربوط به سیستم عصبی است. منظور من از "سیستم عصبی" شبکه سلولهای خاص بدن به نام "سلولهای عصبی" یا "نورونها" است که بسیاری از سیگنالهای مسئول تنظیم بسیاری از عملکردهای بدن را پردازش و هدایت می کند. عضلات به دلیل جریان خارجی (شوک) ناخواسته منقبض می شوند و قربانی نمی تواند در این مورد کاری انجام دهد.

اگرچه مطالعه اولیه مدارهای الکتریکی تقریباً منحصراً بر DC متمرکز است (جریان مستقیم یا الکتریسیته که در یک مدار پیوسته در مدار حرکت می کند) ، سیستم های قدرت مدرن از جریان متناوب یا AC استفاده می کنند. دلایل فنی برای ترجیح AC بر DC در سیستم های قدرت به این بحث ربطی ندارد ، اما خطرات ویژه هر نوع قدرت الکتریکی برای موضوع ایمنی بسیار مهم است.

نحوه تأثیر AC بر بدن تا حد زیادی به فرکانس بستگی دارد. AC با فرکانس پایین (50 تا 60 هرتز) در خانواده های آمریکایی (60 هرتز) و اروپایی (50 هرتز) استفاده می شود. این می تواند خطرناک تر از AC با فرکانس بالا باشد و 3 تا 5 برابر بیشتر از DC با همان ولتاژ و آمپر است. AC با فرکانس پایین باعث انقباض ماهیچه ای گسترده  می شود که ممکن است دست را به منبع جریان ثابت کند و بچسباند و باعث طولانی شدن قرار گرفتن در معرض آن شود. DC به احتمال زیاد باعث انقباض تشنجی می شود ، که اغلب قربانی را مجبور می کند از منبع جریان دور شود.

طبیعت متناوب AC تمایل بیشتری به انداختن نورونهای ضربان ساز قلب در شرایط غیرطبیعی دارد ، در حالی که DC تمایل دارد فقط قلب را ثابت نگه دارد. هنگامی که جریان شوک متوقف شود ، قلب "یخ زده" شانس بیشتری برای بازیابی الگوی ضربان معمولی نسبت به قلب فیبریلاسیون دارد.

شوک و مسیرجریان:

همانطور که قبلاً آموخته ایم ، جریان الکتریکی برای جریان مداوم نیاز به یک مسیر (مدار) کامل دارد. بدون دو نقطه تماس روی بدن، برای ورود و خروج جریان ، خطر شوک وجود ندارد. به همین دلیل است که پرندگان می توانند بدون هیچ گونه شوک با خیال راحت بر روی خطوط برق فشار قوی استراحت کنند آنها فقط در یک نقطه با مدار تماس می گیرند.

 

درحقیقت پاهای پرنده بین دونقطه با اختلاف پتانسیل صفرقرار دارد پس طبق قانون اهم جریان الکتریکی از بدن پرنده نمی گذرد.

0≈VAB=IR∆سیم      0≈→Rسیم  →     VAB≈0∆

0~iپرنده=VAB/R∆

مثال پرنده ممکن است به فرد این باور را بدهد که شوک الکتریکی تنها با لمس یک سیم غیرممکن است. متأسفانه ، این درست نیست. برخلاف پرندگان ، مردم معمولاً هنگام تماس با سیم "زنده" روی زمین ایستاده اند. در بسیاری از مواقع ، یک سمت یک سیستم قدرت عمداً به زمین متصل می شود ، بنابراین شخصی که یک سیم را لمس می کند ، در واقع بین دو نقطه از مدار (سیم و زمین) قرار می گیرد.و اختلاف پتانسیل بین سیم و زمین دیگر صفر نیست.

0≠iشخص=vAE≠0/R∆

در همین مدار شخص با تماس نقطهB دچار برقگرفتگی نمی شود!

درحقیقت ولتاژ نقاط B وE برابر است پس دونقطه تماس بدن شخص بین اختلاف پتانسیل صفر قرار می گیرد و شخص ایمن باقی می ماند(مانند مثال پرنده مقاومت سیم بینBوE ناچیز است و اختلاف پتانسیلی ایجاد نمی کند).

با وجود این خطرات حال سوالات زیر پیش می آید:

1- اگر وجود یک نقطه زمین در مدار یک نقطه تماس آسان برای شوکه شدن دیگران را فراهم می کند ، چرا آن را اصلاً در مدار داشته باشید؟ آیا مدار بدون زمین، ایمن تر نخواهد بود؟

2- فرد شوکه شده احتمالاً پا برهنه نیست. اگر لاستیک و پارچه عایق هستند ، چرا کفش ها از آنها محافظت نمی کند؟

3- اگر می توانید از جریان زمین شوکه شوید ، چرا به جای زمین و خاک که رسانای خوبی نیست از یک رسانا خوب در مدارهای قدرت استفاده نمی کنید؟

پاسخ سوال اول:

وجود نقطه زمین شده به خاطر این است که در یک مدار نقطه ای ایمن برای لمس مدار داشته باشیم دیدید که در شکل قبل شخص با لمس نقطهB ایمن است به همین دلیل ، سیم متصل کننده مدار به صفحات زمین معمولاً برهنه می ماند (عایق کاری وجود ندارد) .

اما در مورد رها کردن مدار کاملا بدون نقطه زمین چطور؟ آیا این باعث نمی شود که فردی فقط یک سیم را به اندازه پرنده روی یک سیم لمس کند؟ در حالت ایده آل ، بله. از نظر عملی ، خیر. مشاهده کنید که چه اتفاقی می افتد:

اگر شخص اینچنین مداری را لمس کند ایمن است اما اگر تصادفا درختی به مدار تماس پیدا کند آیا باز هم شخص ایمن است؟خیر

 

ارتباط تصادفی بین مدار و زمینی ممکن است به دلایل زیادی ایجاد شود ، از جمله نفوذ آب زیرزمینی در رساناهای خطوط برق مدفون و در مورد درختان ، هیچ کس نمی تواند تضمین کندکدام سیم را ممکن است شاخه های آنها لمس کنند.تفاوت نقطه لمس ،فاصله بین مرگ و زندگی است شکل زیر را ببینید:

در ادامه پاسخ به سوال اول نیاز نیست پای درختان را به مساله باز کنیم،فرض کنیم هیچ کدام ازتماس های گفته شده در مدار نباشد و ظاهرا مدار کاملا ایمن است آیا شما تضمین می دهید که دو نفر با هم مدار را لمس نکنند ؟در این صورت هرشخص برای دیگری نقش درخت را دارد!! شکل زیر را ببینید:

فکر کنم برای وجود نقطه اتصال به زمین نیاز به توضیح بیشتر نباشد!!

پاسخ به سوال دوم:

در پاسخ به سوال دوم ، کفش های لاستیکی درواقع مقداری عایق الکتریکی برای کمک به محافظت از فرد در برابر جریان شوک در پاهای آنها ایجاد می کند. با این حال ، بیشتر طرح های معمول کفش از نظر الکتریکی "ایمن" نیستند ، زیرا کف آنها بسیار نازک است و از جنس مناسب نیستند. همچنین ، هرگونه رطوبت ، کثیفی یا نمک های رسانا از عرق بدن در سطح کف کفش یا از طریق کف آن نفوذ کرده است ، ارزش عایق اندک کفش را به خطر می اندازد. کفش هایی وجود دارد که به طور خاص برای کارهای الکتریکی خطرناک ساخته شده اند ، و همچنین تشک های لاستیکی ضخیمی ساخته شده اند که هنگام کار بر روی مدارهای زنده روی آن می ایستند ، کفش معمولی برای تضمین حفاظت در برابر شوک الکتریکی از سیستم قدرت کافی نیست.

مقاومت تماس پا از طریق کفش چرم (خشک): 100 کیلو اهم تا 500 کیلو اهم ومقاومت تماس پا از طریق کفش چرم (مرطوب): 5 کیلو اهم تا 20 کیلو اهم و مقاومت تماس دست یا پا ، عایق بندی شده با لاستیک  200 میلیون اهم است.برتری لاستیک به چرم!

پاسخ به سوال سوم:

در پاسخ به سوال سوم ، خاک رسانای خوبی نیست (حداقل زمانی که خشک شد!) این هادی بسیار ضعیف است تا بتواند جریان مداوم را برای تغذیه بار پشتیبانی کند. با این حال ، همانطور که خواهیم دید ، برای جراحت یا کشتن یک انسان، جریان بسیار کمی لازم است ، بنابراین در سیستم های قدرت حتی رسانایی ضعیف خاک به اندازه کافی برای ایجاد جریان کشنده در مواقعی که ولتاژ کافی در دسترس است ، کافی است. برخی از سطوح زمین عایق های بهتری هستند. به عنوان مثال ، آسفالت ، نفتی است ، مقاومت بسیار بیشتری نسبت به اکثر انواع خاک یا سنگ دارد. از طرف دیگر بتن به دلیل محتوای ذاتی آب و الکترولیت (شیمیایی رسانا) دارای مقاومت نسبتاً پایینی است.