Elektřina s sebou nese nebezpečí, to ví téměř každý. Aby se předešlo úrazu elektrickým proudem, je třeba pochopit podstatu nárazu, který způsobuje napětí aplikované na lidské tělo.
Pojmy proud a napětí
Abychom pochopili podstatu nebezpečí elektřiny, je nejprve nutné pochopit základní elektrotechnické pojmy a pochopit rozdíl mezi proudem a napětím.
Napětí je potenciální rozdíl. Jednoduše řečeno, jde o rozdíl mezi přítomností nábojů ve dvou bodech elektrického obvodu. Čím více nosičů náboje v jednom bodě vzhledem k jinému bodu, tím větší je rozdíl potenciálů (čím vyšší je napětí, které se měří ve voltech).
Povrch Země je obvykle považován za úroveň s nulovým potenciálem.
Analogii lze udělat s nádobami na vodu. Nechť jsou dvě nádoby, jedna zvednutá vzhledem k druhé (nebo vzhledem k zemi) do určité výšky. Mezi výškovým rozdílem (přesněji rozdílem potenciální energie vody) a rozdílem potenciálů lze nakreslit analogii.
Analogie mezi výškovým rozdílem a potenciálním rozdílem
Nyní můžete nádoby spojit trubicí (nebo spustit trubku z nádoby na zem). Voda bude proudit z horní nádoby a bude produkovat určitý druh efektu (hluk, šplouchání, eroze půdy) v souladu s její kinetickou energií, která závisí na:
- z výškového rozdílu (analogie s napětím);
- z průřezu trubky (analogie s elektrickým odporem).
Kinetická energie vodního toku může být porovnána s velikostí elektrického proudu (měří se v ampérech) a účinek vodního toku může být proveden působením proudu (zahřátí vodiče, vznik magnetické pole atd.). Je zřejmé, že čím větší je výškový rozdíl, tím více cákání, tím více hluku atd. K tomuto efektu vede i zvětšení průřezu trubky.
Ve skutečnosti se elektrický proud projevuje jako směrový pohyb nosičů náboje. Čím více náboje se přenese za jednotku času, tím vyšší je intenzita proudu.
Vodní analogie elektrického proudu
Lze shrnout, že napětí může existovat bez proudu (otevřený obvod), ale proud bez napětí (rozdíl potenciálů) nikoliv.
Můžeme také vyvodit dva důležité závěry:
- Při stejném napětí mohou různými odpory protékat různé proudy.
- Stejný proud může být způsoben různými napětími s různými odpory vodičů.
Oba závěry jsou důležité pro pochopení následujících částí.
Co zabíjí proud nebo napětí
V běžném životě i na internetu můžete často slyšet běžnou větu – „nezabíjí napětí, ale proud“. Obecně je to pravda, ale často nepochopená. Proto ty strašáky, jako ten, že autobaterie produkuje napětí 12 voltů, ale proud až 100 ampér, takže může zabít člověka.
Ve skutečnosti bylo výše diskutováno, že proud vzniká napětím aplikovaným na určitý odpor. To znamená, že pro vytvoření proudu 0,1 A (100 mA), který je považován za smrtelný pro lidské tělo, musí být baterie zatížena odporem 120 ohmů, která je mnohem nižší než odpor lidského těla (Předpokládá se, že v průměru je to 50 kOhm, ale ve skutečnosti je to v rozmezí od 2 kOhm do 2 MΩ, v závislosti na stavu pokožky a cestě průchodu).
K vytvoření proudu 0,1 A (100 mA) lidským tělem (za předpokladu, že tělesný odpor je 50 kOhm) by bylo zapotřebí 500 voltů. A pokud je odpor lidského těla z jakéhokoli důvodu pod 50 kOhm, může se stát osudným i domácí napětí 220 V. Baterie za takových podmínek vydá 0,00024 A nebo 0,24 mA, což ani nevyvolá nepříjemné pocity. I když je odpor těla minimální, nízkonapěťový zdroj elektřiny nebude schopen vytvořit nebezpečný proud.
Autobaterie může dodávat proud až 100 A, ale ne přes lidské tělo.
Závěr: zabíjí proud, ale k jeho vytvoření potřebujete odpovídající napětí. Proto je zpočátku stres pro člověka fatální a míra nebezpečí je dána velikostí napětí.
Různé úrovně proudu mají různé účinky na lidské tělo. S rostoucím proudem se zvyšují škodlivé účinky.
| Proud, mA | 1,5 5 .. | 3 7 .. | 10 17 .. | 17 30 .. | 30 80 .. | 80 120 .. |
| Pocit | mírné mravenčení | Mírné chvění prstů, rukou | Svalové křeče, pocit pálení | Silné křeče, bolesti | Přerušení činnosti srdce, potíže s dýcháním | Zástava srdce a dýchání |
Které napětí je nebezpečnější AC nebo DC
Elektrický oblouk je příčinou těžkých popálenin
Když elektrický proud prochází lidským tělem, vyvolává několik typů účinků:
- tepelné (zahřívání tkání), včetně přímého ohřevu a vystavení elektrickému oblouku;
- elektrochemický (elektrolytický rozklad krve, lymfy a jiných biologických tekutin);
- biologické (nekontrolovaná kontrakce svalů, včetně myokardu).
Pokud jsou tepelné a elektrochemické účinky střídavého a stejnosměrného proudu přibližně stejně škodlivé, pak existují rozdíly s biologickými účinky. Periodické změny směru proudu několik desítekkrát za sekundu narušují normální rytmus stahu srdečního svalu a mohou vést k fibrilaci (nekoordinovanému chvění) komor, které může být smrtelné. Proto je střídavý proud stále považován za nebezpečnější.
Otázka, který proud je nebezpečnější – stejnosměrný nebo střídavý – je poměrně akutní už desítky let. Ve slavné „válce proudů“ mezi Nikolou Teslou a Thomasem Edisonem bylo jedním z hlavních argumentů Thomase Edisona smrtelné nebezpečí střídavé energie. To se v praxi potvrzuje – nízkofrekvenční střídavý proud, který lze pozorovat v domácí zásuvce, může skutečně způsobit značné poškození zdraví i při relativně nízkém napětí, asi 50 Voltů.
Při stejných hodnotách stejnosměrného proudu může šok zůstat zcela bez povšimnutí. Ale střídavý proud se snadněji přepravuje, mění své napětí a dochází k menším ztrátám energie. Navíc se optimálně hodí pro napájení elektromotorů. Proto se používá v domácích sítích, i když zůstává smrtící.
Jaký je rozdíl mezi DC a AC
Než pochopíte, který proud je nebezpečnější – přímý nebo proměnný, měli byste pochopit, jaký je mezi nimi rozdíl. Hlavní rozdíl je v tom, že u stejnosměrného proudu dochází k pohybu elektronů ve směru, zatímco u střídavého se pohybují náhodně.
V domácích podmínkách se střídavý proud používá nejčastěji k napájení žárovek, teče v zásuvkách a na rozvaděči. Stejnosměrný proud najdeme v LED podsvícení. U elektrických spotřebičů se střídavý proud obvykle přeměňuje na stejnosměrný, zejména pokud jde o digitální elektroniku, protože s ním je snazší přenášet signály v rámci samotné technologie.
Nebezpečné hodnoty pro lidi
Na otázku, který proud je nebezpečnější – stejnosměrný nebo střídavý, nelze jednoznačně odpovědět. Závisí na mnoha parametrech, jako je napětí, frekvence a proud v obvodu. Je třeba vzít v úvahu možné rozsahy těchto hodnot:
- Frekvence. V domácím napájení je to 50 Hz. Při hodnotách 10-500 Hz je střídavý proud přibližně stejně nebezpečný, ale při hodnotách od 500 do 1000 Hz se toto nebezpečí výrazně zvyšuje. Ale proud s frekvencí nad 1000 Hz je již mnohem bezpečnější. Je třeba poznamenat, že DC bude mnohem méně nebezpečné (3-4krát), pokud je frekvence střídavého proudu 50 Hz nebo tak.
- Napětí. Které napětí – konstantní nebo proměnné – je nebezpečnější, lze pochopit pouze vyhodnocením jeho velikosti. Pokud je síťové napětí menší než 400 voltů, pak můžeme mluvit o jednoznačně vyšším nebezpečí střídavého proudu. Od 400 do 600 voltů jsou obě odrůdy přibližně stejným nebezpečím. Při napětí výrazně nad 500 voltů se zvyšuje nebezpečí stejnosměrného proudu.
- Síla proudu. Pro střídavý proud je považováno za bezpečné, pokud je proud v síti menší než 10 mA, pro stejnosměrný proud je tato hodnota přibližně 5x vyšší.
Jednotlivé případy
Je možné s jistotou říci, že stejnosměrný proud je bezpečný pouze tehdy, má-li nízké napětí. Jako příklad si můžete vzít známý lékařský postup – elektroforézu. Používá se k ovlivnění kůže nebo sliznic lidských orgánů ke zvýšení vstřebávání léků. Při elektroforéze se používá napětí 60 Voltů a proud v síti dosahuje 50 mA, přičemž člověk pociťuje pouze lehké brnění. Pokud se během tohoto postupu použije střídavý proud, může to ovlivnit zdraví člověka a způsobit poruchy srdečního rytmu.
Pokud se budeme bavit o vysokém napětí, tak odpověď na otázku, který elektrický proud je nebezpečnější, už nebude tak jednoznačná. Existují případy, kdy vybití kondenzátoru při napětí asi 500 voltů na elektrodách vedlo k vážnému porušení srdečního rytmu. Nebezpečí stejnosměrného proudu tedy není menší, pokud má vysoké napětí. Ale střídavý proud s vysokým napětím může být bezpečný, pokud má vysokou frekvenci.
Svého času Tesla za účelem demonstrace prošel skrz sebe střídavý proud o napětí 100 kV a zůstal nezraněn. Stalo se to kvůli skutečnosti, že frekvence takového proudu byla více než 100 kHz. Střídavý proud nad 20 kHz je považován za bezpečný i při vysokém napětí.
Nebezpečí porážky pro člověka
Hlavní nebezpečí spočívá v tom, že při zásahu elektrickým proudem jsou poškozena nejen postižená místa, ale i orgány, které mu stojí v cestě. Expozice způsobuje některé potenciálně nebezpečné reflexní reakce (jako jsou svalové kontrakce), poškození nervového systému a mnoho dalších nevratných účinků.
Aktuální cesty
Bez ohledu na to, který proud je nebezpečnější – stejnosměrný nebo střídavý proud, bude stupeň poškození záviset poměrně silně na cestě, kterou prochází. Nejzranitelnější jsou srdce, plíce, mícha nebo mozek. Ale pokud jsou poškozeny jiné orgány, mohou nastat vážné následky. Cesty jsou různé. Hlavní jsou:
- Ruka je ruka. Přibližně 40 % všech případů. Asi 83 % lidí ztratí vědomí, když proud prochází z domácí sítě touto cestou.
- Pravá ruka – nohy. Pětina všech případů, porucha vědomí v 87 %.
- Levá ruka – nohy. 17 % všech případů. Ztráta vědomí v 80 %.
- Hlava – nohy. Pouze 5 % všech případů. Velmi nebezpečná cesta, v 88 % případů člověk pravděpodobně potřebuje resuscitaci.
- Hlava – ruce. 4% případů, v 90% – ztráta vědomí.
Potenciální nebezpečí
Než uzavřeme diskusi o tom, který proud je nebezpečnější – střídavý nebo přímý, musíme pochopit, jak dochází k úrazu elektrickým proudem. Aby člověka zasáhl elektrický proud, musí se nějakým způsobem stát jedním z článků řetězu. To se může stát několika způsoby.
Nejběžnější je dotýkání se předmětů, které jsou pod napětím. Mohou to být holé vodiče, vadné zásuvky nebo spotřebiče, kovové spotřebiče s porušenou izolací. Nebezpečný je také současný kontakt s uzemněnými předměty, jako jsou topné trubky.
Navíc přímý dopad je nepovinnou podmínkou porážky. Problémy mohou nastat i při přiblížení se ke zdroji nebezpečí, zvláště pokud je vlhkost v místnosti dostatečně vysoká. V tomto případě může dojít k elektrickému oblouku.
Dalším potenciálním nebezpečím jsou stržené elektrické vedení ležící na zemi. Zóna potenciálního dopadu se nachází v okruhu 10 metrů od takového drátu. Nepřibližujte se k takovým drátům. Mezi oběma nohama může být dostatečný potenciál ke zranění. Navíc čím blíže je člověk ke zdroji napětí, tím je nebezpečnější. Pokud se vám náhodou podaří dostat se do takové oblasti, měli byste se pro vlastní bezpečnost pohybovat v jednom souboru nebo na jedné noze.
