Aktuellen Pfad schocken

Wie wir bereits gelernt haben, benötigt Elektrizität einen vollständigen Pfad (Kreislauf), um kontinuierlich zu fließen. Aus diesem Grund ist der Schock durch statische Elektrizität nur ein vorübergehender Stoß:Der Stromfluss ist notwendigerweise kurz, wenn statische Aufladungen zwischen zwei Objekten ausgeglichen werden. Schocks von selbstbegrenzter Dauer wie dieser sind selten gefährlich.

Ohne zwei Kontaktpunkte am Körper für Stromein- bzw. -austritt besteht keine Stromschlaggefahr. Deshalb können sich Vögel sicher auf Hochspannungsleitungen ausruhen, ohne einen Schock zu bekommen:Sie haben nur an einer Stelle Kontakt mit dem Stromkreis.

Damit Strom durch einen Leiter fließen kann, muss eine Spannung vorhanden sein, die ihn antreibt. Wie Sie sich erinnern sollten, ist die Spannung immer relativ zwischen zwei Punkten . Es gibt keine Spannung „an“ oder „an“ einem einzelnen Punkt im Stromkreis, und so wird dem Vogel, der einen einzelnen Punkt im obigen Stromkreis berührt, keine Spannung an seinem Körper angelegt, um einen Strom durch ihn zu erzeugen.

Ja, obwohl sie sich auf zwei ausruhen Füße, beide Füße berühren denselben Draht, was sie elektrisch gleich macht . Elektrisch gesehen berühren beide Füße des Vogels denselben Punkt, daher gibt es keine Spannung zwischen ihnen, um Strom durch den Körper des Vogels zu leiten.

Dies könnte zu der Annahme führen, dass es unmöglich ist, durch Berühren eines einzigen Drahtes durch Elektrizität geschockt zu werden. Wie bei den Vögeln sind wir sicher, wenn wir nur einen Draht gleichzeitig berühren, oder? Dies ist leider nicht richtig. Im Gegensatz zu Vögeln stehen Menschen normalerweise auf dem Boden, wenn sie einen „stromführenden“ Draht berühren.

Oftmals wird eine Seite eines Stromnetzes absichtlich mit der Erdung verbunden, sodass die Person, die einen einzelnen Draht berührt, tatsächlich einen Kontakt zwischen zwei Punkten im Stromkreis (dem Draht und der Erdung) herstellt:

Das Erdungssymbol ist der Satz von drei horizontalen Balken mit abnehmender Breite, die sich unten links in der gezeigten Schaltung und auch am Fuß der geschockten Person befinden. Im wirklichen Leben besteht die Erdung des Stromnetzes aus einer Art Metallleiter, der tief im Boden vergraben ist, um maximalen Kontakt mit der Erde herzustellen.

Dieser Leiter ist mit einem dicken Draht mit einem geeigneten Anschlusspunkt des Stromkreises elektrisch verbunden. Die Masseverbindung des Opfers erfolgt über seine Füße, die die Erde berühren.

An dieser Stelle tauchen normalerweise einige Fragen im Kopf des Schülers auf:

• Wenn das Vorhandensein eines Erdungspunkts im Stromkreis einen leichten Kontaktpunkt für jemanden bietet, der einen Schock bekommt, warum sollte er dann überhaupt im Stromkreis vorhanden sein? Wäre ein masseloser Stromkreis nicht sicherer?
• Die Person, die geschockt wird, ist wahrscheinlich nicht barfuß. Wenn Gummi und Gewebe isolierende Materialien sind, warum schützen ihre Schuhe sie dann nicht, indem sie die Bildung eines Stromkreises verhindern?
• Wie gut ein Dirigent ist, kann Dreck Sein? Wenn Sie durch den Strom durch die Erde einen Schock bekommen können, warum verwenden Sie die Erde nicht als Leiter in unseren Stromkreisen?

Als Antwort auf die erste Frage soll das Vorhandensein eines absichtlichen „Erdungs“-Punktes in einem Stromkreis sicherstellen, dass eine Seite davon ist sicher in Kontakt zu kommen. Beachten Sie, dass nichts passieren würde, wenn unser Opfer im obigen Diagramm die Unterseite des Widerstands berühren würde, obwohl seine Füße immer noch Bodenkontakt haben:

Da die Unterseite des Stromkreises über den Erdungspunkt links unten im Stromkreis fest mit Masse verbunden ist, ist der untere Leiter des Stromkreises elektrisch gemeinsam mit Erdboden. Da zwischen elektrisch gemeinsamen Punkten keine Spannung anliegen kann, wird keine Spannung an die Person angelegt, die den unteren Draht berührt, und sie erhält keinen Schlag.

Aus dem gleichen Grund wird der Draht, der den Stromkreis mit dem Erdungsstab/den Erdungsplatten verbindet, normalerweise blank gelassen (keine Isolierung), so dass jedes Metallobjekt, gegen das es streift, in ähnlicher Weise mit der Erde verbunden ist.

Die Stromkreiserdung stellt sicher, dass mindestens ein Punkt im Stromkreis berührungssicher ist. Aber was ist, wenn Sie einen Stromkreis komplett ungeerdet lassen? Wäre das nicht eine Person, die nur einen einzigen Draht berührt, so sicher wie der Vogel, der nur auf einem sitzt? Idealerweise ja. Praktisch nein. Beobachten Sie, was ohne Grund passiert:

Trotz der Tatsache, dass die Füße der Person immer noch den Boden berühren, sollte jeder einzelne Punkt im Stromkreis sicher berührt werden können. Da kein vollständiger Pfad (Kreis) durch den Körper der Person von der Unterseite der Spannungsquelle nach oben gebildet wird, kann kein Strom durch die Person aufgebaut werden.

Dies kann sich jedoch bei einer versehentlichen Erdung ändern, z. B. wenn ein Ast eine Stromleitung berührt und die Verbindung zur Erde herstellt:

Eine solche versehentliche Verbindung zwischen einem Stromnetzleiter und der Erde (Masse) wird als Erdschluss bezeichnet .

Erdschluss

Erdschlüsse können durch viele Dinge verursacht werden, einschließlich Schmutzablagerungen auf Stromleitungsisolatoren (Schaffung eines Schmutzwasserpfades für den Strom vom Leiter zum Mast und zum Boden, wenn es regnet), Grundwasserinfiltration in erdverlegten Stromleitungsleitern, und Vögel, die auf Stromleitungen landen und die Leitung mit ihren Flügeln zum Mast überbrücken.

Aufgrund der vielen Ursachen von Erdschlüssen sind sie in der Regel unvorhersehbar. Bei Bäumen kann niemand garantieren, welche Leitung ihre Zweige könnten sich berühren. Wenn ein Baum das obere Kabel des Stromkreises berühren würde, wäre das obere Kabel sicher und das untere gefährlich – genau das Gegenteil des vorherigen Szenarios, bei dem der Baum das untere Kabel berührt:

Wenn ein Ast den oberen Draht berührt, wird dieser Draht zum geerdeten Leiter im Stromkreis, der elektrisch mit der Erdung verbunden ist. Daher liegt keine Spannung zwischen diesem Draht und Masse an, sondern volle (hohe) Spannung zwischen dem unteren Draht und Masse.

Wie bereits erwähnt, sind Äste nur eine mögliche Quelle für Erdschlüsse in einem Stromnetz. Betrachten Sie ein ungeerdetes Stromsystem ohne Bäume in Kontakt, aber dieses Mal mit zwei Menschen, die einzelne Drähte berühren:

Wenn jede Person auf dem Boden steht und verschiedene Punkte im Stromkreis berührt, wird ein Weg für den Stoßstrom durch eine Person, durch die Erde und durch die andere Person gelegt. Obwohl jede Person denkt, dass sie nur einen einzigen Punkt in der Schaltung berührt, schaffen ihre kombinierten Aktionen ein tödliches Szenario. Tatsächlich fungiert eine Person als Erdschluss, was sie für die andere Person unsicher macht.

Genau aus diesem Grund sind ungeerdete Stromversorgungssysteme gefährlich:Die Spannung zwischen jedem Punkt des Stromkreises und Erde (Erde) ist unvorhersehbar, da jederzeit an jeder Stelle des Stromkreises ein Erdschluss auftreten kann. Der einzige Charakter, der in diesen Szenarien garantiert sicher ist, ist der Vogel, der überhaupt keine Verbindung zur Erde hat!

Durch festes Verbinden eines bestimmten Punktes im Stromkreis mit Erde („Erden“ des Stromkreises) kann zumindest an diesem Punkt die Sicherheit gewährleistet werden. Dies bietet mehr Sicherheit, als keine Erdverbindung zu haben.

Als Antwort auf die zweite Frage:Schuhe mit Gummisohlen tun tatsächlich eine gewisse elektrische Isolierung bieten, um jemanden davor zu schützen, Stoßstrom durch seine Füße zu leiten. Die meisten gängigen Schuhdesigns sollen jedoch nicht elektrisch „sicher“ sein, da ihre Sohlen zu dünn und nicht aus der richtigen Substanz sind.

Auch Feuchtigkeit, Schmutz oder Leitsalze aus Körperschweiß auf der Oberfläche oder durch die Schuhsohlen durchdringen den geringen Isolierwert des Schuhs. Es gibt Schuhe speziell für gefährliche Elektroarbeiten, aber auch dicke Gummimatten zum Stehen bei Arbeiten an spannungsführenden Stromkreisen, aber diese spezielle Ausrüstung muss in absolut sauberem, trockenem Zustand sein, um wirksam zu sein.

Es genügt zu sagen, dass normales Schuhwerk nicht ausreicht, um den Schutz vor Stromschlägen durch ein Stromnetz zu gewährleisten.

Untersuchungen zum Kontaktwiderstand zwischen Körperteilen und Kontaktpunkten (wie dem Boden) zeigen eine Vielzahl von Zahlen (Informationen zur Quelle dieser Daten finden Sie am Ende des Kapitels):

• Hand- oder Fußkontakt, mit Gummi isoliert:20 MΩ typisch.
• Fußkontakt durch Lederschuhsohle (trocken):100 kΩ bis 500 kΩ
• Fußkontakt durch Lederschuhsohle (nass):5 kΩ bis 20 kΩ

Wie Sie sehen, ist Gummi nicht nur ein weitaus besseres Isoliermaterial als Leder, sondern das Vorhandensein von Wasser in einer porösen Substanz wie Leder stark verringert den elektrischen Widerstand.

Zur dritten Frage:Schmutz ist kein sehr guter Leiter (zumindest nicht im trockenen Zustand!). Es ist ein zu schlechter Leiter, um einen Dauerstrom zur Speisung einer Last zu unterstützen. Wie wir im nächsten Abschnitt sehen werden, braucht es jedoch sehr wenig Strom, um einen Menschen zu verletzen oder zu töten, sodass selbst die schlechte Leitfähigkeit von Schmutz ausreicht, um einen tödlichen Strompfad zu schaffen, wenn ausreichend Spannung vorhanden ist, wie es normalerweise der Fall ist ist in Stromsystemen.

Einige Bodenflächen sind bessere Isolatoren als andere. Asphalt zum Beispiel ist auf Ölbasis viel widerstandsfähiger als die meisten Arten von Schmutz oder Gestein. Beton hingegen neigt aufgrund seines intrinsischen Wasser- und Elektrolytgehalts (leitfähige Chemikalien) zu einem relativ geringen Widerstand.

RÜCKBLICK:

• Ein elektrischer Schlag kann nur auftreten, wenn zwischen zwei Punkten eines Stromkreises Kontakt besteht; wenn Spannung am Körper eines Opfers angelegt wird.
• Stromkreise haben normalerweise einen bestimmten Punkt, der "geerdet" ist:fest mit im Schmutz vergrabenen Metallstäben oder -platten verbunden, um sicherzustellen, dass eine Seite des Stromkreises immer auf Erdpotential liegt (Nullspannung zwischen diesem Punkt und Erderde). .
• Ein Erdschluss ist eine versehentliche Verbindung zwischen einem Stromkreisleiter und der Erde (Masse).
• Spezielle, isolierte Schuhe und Matten werden hergestellt, um Personen vor Erschütterungen durch Erdleitung zu schützen, aber auch diese Ausrüstungsgegenstände müssen in sauberem, trockenem Zustand sein, um wirksam zu sein. Normales Schuhwerk ist nicht gut genug, um Schutz vor Stößen zu bieten, indem es seinen Träger von der Erde isoliert.
• Obwohl Schmutz ein schlechter Leiter ist, kann er genug Strom leiten, um einen Menschen zu verletzen oder zu töten.

VERWANDTES ARBEITSBLATT:

• Arbeitsblatt Elektroschock