Podstawy - łopatologicznie.doc

Co to jest prąd elektryczny?

W drucie miedzianym jest to ruch elektronów - takich małych kulek, które odpychają się od siebie. Oczywiście w drucie miedzianym elektrony poruszają się chaotycznie, są bardzo małe i jest ich bardzo dużo. Aby wytworzyć prąd elektryczny musimy zmusić te małe kulki (elektrony) do przemieszczania się z jednego końca drutu na drugi. Elektrony, które przemieszczają się z jednego końca drutu na drugi, tworzą prąd elektryczny. Aby elektrony się przemieszczały z jednej strony drutu na drugą stronę drutu musi być ich więcej po jednej stronie drutu niż po drugiej stronie drutu. Wtedy tam gdzie jest ich więcej będą się one odpychały od siebie przesuwając się kolejno w stronę gdzie jest ich mniej, dążąc do rozluźnienia zupełnie jak ściśnięci ludzie w zatłoczonym tramwaju lub autobusie, którzy po wyjściu kilku osób na przystanku zajmują wolne miejsca, żeby się nie cisnąć.
Jak zmusić elektrony do tego, aby przemieszczały się tworząc tym samym prąd elektryczny? Wystarczy do jednego końca podłączyć "zbiornik z dużą ilością elektronów" a na drugim końcu zamontować "pusty zbiornik na elektrony" i połączyć je drutem miedzianym, po którym popłyną elektrony, zupełnie jakbyśmy chcieli przelać wodę ze zbiornika pełnego do pustego po jakiejś rynnie. Rynna dla płynącej wody jest jak drut dla płynącego prądu elektrycznego. W rynnie płynie woda a w drucie płyną elektrony - czyli prąd elektryczny.
I co dalej? Nie wdając się w szczegóły: Płynące elektrony trafiając na swojej drodze na odbiornik elektryczny (np. żarówkę) przekazują swoją energię zamieniając ją na to, co potrzebujemy, czyli w tym konkretnym przypadku na światło.

Jak wygląda prąd w kablu?

Wyobraźmy sobie stado baranów pędzonych przez pole. W dużym przybliżeniu możemy przyjąć, że każdy baran porusza się w tym samym kierunku i z tą samą prędkością. Podobnie zachowują się elektrony w kablu. Gdybyśmy kabel pocięli na plasterki i popatrzyli się na taki plasterek z góry, (czyli obejrzeli przekrój prostopadły do długości kabla) to elektrony byłyby poukładane mniej więcej w równych odległościach od siebie - jak rodzynki na torcie rozsypane równomiernie po powierzchni tortu. I tak jest jak mamy do czynienia z prądem stałym, czyli płynącym w jednym kierunku. Jednak, co będzie, gdy stado baranów zaczniemy gonić od jednej zagrody do drugiej i to z taką prędkością, że ledwo będą się wyrabiać? Chcąc zawrócić baran zrobi to zataczając łuk, który ułatwi mu nawrót i może się okazać, że środek pola, po którym ganiane są barany zostanie pusty,  bo barany będą biegać jak po torze na stadionie. Podobnie elektrony, które płyną w tą i z powrotem, nie zachowają "grzecznego toru ruchu" i będzie on zależał m.in. od częstotliwości prądu elektrycznego, czyli od tego ile razy w ciągu 1 sekundy prąd elektryczny będzie musiał popłynąć w tą i z powrotem. Dla prądu zmiennego (a dokładniej przemiennego) częstotliwość wynosi 50 Hz, czyli w ciągu 1 sekundy prąd płynie 50 razy w tą i z powrotem, czyli od jednego końca drutu do drugiego końca drutu. (Spróbujmy policzyć do pięćdziesięciu w ciągu jednej sekundy to uświadomimy sobie jak szybko następują zmiany kierunku przepływu prądu). Więc dla prądu przemiennego, patrząc na przekrój przewodu, elektrony w drucie będą płynąć wzdłuż przewodu bliżej zewnętrznej części koła (po obwodzie). Więc na torcie rodzynki będą rozsypane po obwodzie a w środku będzie ich bardzo, bardzo mało. Jest to tak zwany efekt naskórkowości. Szczegółowe informacje dotyczące rozkładu gęstości prądu elektrycznego (i innych jego właściwości) dostarczają równania Maxwella, których jednak nie polecam  amatorom do samodzielnej analizy. 

Kiedy prąd jest niebezpieczny?

Zawsze. Mając takie nastawienie mamy duże szanse na przetrwanie w tym fachu.
Dlaczego prąd elektryczny kopie, zabija i jest niebezpieczny?·Drut pod napięciem to drut po stronie, w której jest bardzo dużo elektronów czekających na rozluźnienie i chcących wykorzystać każdą okazję do tego, aby spłynąć do ziemi. Człowiek stoi na ziemi, która połączona jest z drugim końcem drutu, na którym jest bardzo mało elektronów.  Otóż, jeżeli stojąc na ziemi dotkniemy drutu, który jest pod napięciem to zamkniemy obwód elektryczny i popłynie przez nas prąd zupełnie jak w drucie. Prąd popłynie od drutu pod napięciem, przez człowieka i do ziemi. Jeżeli dotkniemy go "na krótko" np. palcem - to nas kopnie. Duża ilość elektronów przeskoczy z drutu na palec i to nas zaboli. Jeżeli złapiemy drut ręką, to przepływający przez ciało człowieka i przez mięśnie prąd elektryczny spowoduje skurcz mięśni. Jest to coś, na co nie mamy wpływu po prostu tak się dzieje, jeżeli przez mięśnie przepływają elektrony. Skurcz mięśni spowoduje zaciśnięcie się ręki na drucie znajdującym się pod napięciem i ciągły przepływ prądu elektrycznego przez organizm. Prąd będzie płynąć kolejno od drutu pod napięciem, przez rękę, narządy wewnętrzne, nogi i do ziemi. Skutkami przepływu prądu mogą być między innymi zaburzenia i wstrzymanie pracy serca, i oparzenia narządów wewnątrz organizmu. Wszystko zależy od tego jak duży prąd przez nas przepłynął i w jakim czasie. Duży prąd to znaczy dużo elektronów a elektronów jest tym więcej im wyższe jest napięcie elektryczne. Również częstotliwość prądu ma duże znaczenie. Kilka woltów prądu stałego z baterii nie zrobi nikomu krzywdy, ale jeżeli przekształcimy go w prąd przemienny to już go poczujemy

Łączniki schodowe i krzyżowe - schematy.

Łączniki schodowe służą do włączania lub wyłączania światła (lub innych odbiorników) za pomocą dwóch wyłączników (łączników) umieszczonych w dwóch różnych miejscach. Np. na parterze i na strychu. Każde pstryknięcie obojętnie, którego łącznika spowoduje jedną zmianę (włączenie lub wyłączenie światła). Jeżeli chcemy, aby takich punktów było więcej, czyli np. w piwnicy, na parterze i na strychu, to pomiędzy łączniki schodowe musimy wstawić łącznik krzyżowy. Jeżeli jeszcze nam mało, możemy między łącznikami schodowymi wstawić dowolną ilość łączników krzyżowych.

Co to jest "różnicówka"?

"Różnicówka" to potoczne określenie wyłącznika różnicowoprądowego. Człowiek stojący na ziemi i dotykający przewodu pod napięciem, zamyka obwód elektryczny i spełnia rolę odbiornika elektrycznego. To mało przyjemna funkcja i niebezpieczna dla życia. W przypadku prawidłowego zainstalowania wyłącznika różnicowoprądowego szanse na porażenie prądem elektrycznym praktycznie nie istnieją, chyba, że bardzo tego chcemy i zrobimy to świadomie. Wyłącznik różnicowoprądowy działa na zasadzie wychwytywania różnicy między prądem wpływającym do obwodu instalacji domowej a prądem z niej wypływającym. Prąd wpływa po przewodzie fazowym a wypływa po neutralnym. Jeżeli człowiek dotknie przewodu fazowego stojąc na ziemi to prąd popłynie od przewodu fazowego, przez człowieka i do ziemi. Tyle prądu ile popłynie przez człowieka do ziemi nie wróci prawidłowo przewodem neutralnym i wytworzona w ten sposób różnica prądów spowoduje zadziałanie wyłącznika i wyłączenie zasilania elektrycznego. Wartość natężenia prądu, dla której nastąpi wyłączenie najczęściej waha się w przedziale między 15-30 mA (miliamperów). Wartość prądu wywołującego migotanie komór serca wynosi ok. 30 mA. Zbyt niska wartość prądu wyłączającego może spowodować zbyt częste zadziałania wyłącznika ze względu na obecność prądów upływnościowych na poziomie do ok. 15 mA. Ponieważ rezystancja człowieka wynosi ok. 1000 Ω (omów) a wartość napięcia 230 V (woltów), więc z prawa Ohma wynika, że przez człowieka może popłynąć prąd o wartości ok. 230 mA. Jest to wartość, która gwarantuje porażenie i wywołuje tzw. skutki patofizjologiczne. Trudno w tej sytuacji nie docenić zalet wyłącznika różnicowoprądowego.

Jak zmieniły się instalacje domowe?

Do niedawna instalacje były robione w układzie TN-C, obecnie TN-S. Układ TN-C to przestarzały układ, w którym zarówno po stronie zasilającej (tej od elektrowni) jak i po stronie odbiorczej (instalacji w mieszkaniu) wystarczy kabel dwużyłowy (dwuprzewodowy).  L1 - przewód fazowy (przewód z elektronami), PEN-przewód ochronno-neutralny (uziemiony przewód powrotny i połączony z obudową np. pralki, żeby w przypadku przebicia i pojawienia się napięcia na obudowie odbiornika, prąd spłynął do ziemi po przewodzie PEN i wywalił bezpieczniki (korki :) a nie popłynął przez człowieka dotykającego pralki).

Układ TN-S to obecnie stosowany układ, w którym używamy przewodu trzyżyłowego (lub więcej). L1 - przewód fazowy (po nim prąd płynie od elektrowni do odbiornika w mieszkaniu), N - przewód neutralny (po nim prąd wraca z odbiornika do elektrowni)  PE - przewód ochronny (uziemiony przewód połączony do obudowy odbiornika, aby zabezpieczyć przed porażeniem w przypadku uszkodzenia odbiornika i pojawieniu się na obudowie niebezpiecznego napięcia). Jak widać różnica między TN-C a TN-S jest taka, że w przestarzałej TN-C przewód ochronny (PE) i neutralny (N) tworzą jedno, jako przewód PEN.

Ciekawostką jest fakt, że w związku z powyższym, na przewodzie PEN może generować się napięcie. Jeżeli punkt uziemienia PEN jest daleko od domu, to, ponieważ płynie w nim prąd przewód staje się rezystorem (opornikiem elektrycznym - tym większym im większa długość kabla). Na takim oporniku odkłada się napięcie. Stąd zdarza się, że w instalacjach TN-C po dotknięciu próbką bolca uziemiającego w gniazdku, próbka najzwyczajniej świeci sygnalizując napięcie. Wartość tego napięcia nie jest niebezpieczna dla życia człowieka.

Układ TNC-S to układ, w którym po stronie zasilania jest TNC (np. napowietrzna linia zasilająca) a po stronie odbiorczej (w mieszkaniu) TNS. Przewód PE z instalacji domowej łączony jest z przewodem N instalacji zasilającej i uziemiany przed domem.

Po co przerabia się instalacje na 24 V?

Przede wszystkim chodzi o ochronę człowieka przed porażeniem prądem elektrycznym. Napięcie sieciowe 230 V przy rezystancji człowieka ok. 1000 Ω powoduje, że przy dobrym uziemieniu człowieka rażonego, może przez niego popłynąć (zgodnie z prawem Ohma dla prądu stałego, możemy przyjąć dla prądu przemiennego) prąd rzędu ok. 230 mA, co  zagraża życiu człowieka, zważywszy, że do migotania komór serca wystarczy wartości ok. 30 mA. Co więc zrobić, aby obniżyć wartość prądu, jaki może porazić do wartości poniżej 30 mA? Wystarczy zmniejszyć napięcie i najlepiej jeszcze odseparować od siebie obwody przed transformatorem (230 V) i za transformatorem (24 V). Zmniejszenie napięcia do 24 V spowoduje, że w najgorszym wypadku popłynie przez nas prąd rzędu ok. 2,4 mA. Próg odczuwania prądu zmiennego to ok. 0,5 mA, a dla prądu stałego ok. 2 mA. Więc możemy go poczuć w formie łaskotania, ale na pewno nic nam nie zrobi i formalnie zgodnie z definicją będziemy rażeni, ale nie będziemy porażeni, czyli nie odczujemy skutków patofizjologicznych.

Porażenie prądem - co robić?

 Najważniejsze to zachować spokój i trzeźwo ocenić sytuację, choć to zazwyczaj bywa bardzo trudne, bo wypadki mają to do siebie, że są nieprzewidywalne, dzieją się bardzo szybko i towarzyszy im dużo emocji; A umiejętności odpowiedniego zachowania zależą oprócz doświadczenia od indywidualnych predyspozycji każdego człowieka.
W sytuacji, gdy widzimy rażonego człowieka, w pierwszej kolejności powinniśmy ocenić (najszybciej jak to jest możliwe) czy możemy go w sposób bezpieczny odizolować czy lepiej wezwać pomoc tracąc cenny czas. Jeżeli w pobliżu nie ma nikogo a  facet leży z zaciśniętą ręką na przewodzie a my nie mamy nic żeby przewód przeciąć, nie wiemy skąd jest podpięte zasilanie to niestety musimy w pierwszej kolejności zadbać o to abyśmy nie byli kolejną ofiarą i w pierwszej kolejności musimy wezwać pomoc. Jeżeli w pobliżu wypadku nie ma nikogo dzwonimy po pomoc. Jeżeli nie mamy telefonu to czeka nas trudny wybór i tu nie ma rady.
Jeżeli natomiast  jest ktokolwiek, informujemy go, co się stało i każemy mu wezwać pomoc, po czym przystępujemy do ratowania. Jeżeli jesteśmy wśród wykwalifikowanej kadry pracowniczej informujemy ich (najczęściej krzykiem), co się stało i możemy próbować ratować rażonego, wiedząc, że w przypadku, gdy nas porazi będzie, kto miał nas ratować. Jeżeli stoimy przy bezpiecznikach możemy je wyłączyć, jeżeli jesteśmy monterami i mamy, czym to tniemy przewód zasilający, jeżeli jest dostępny. Jeżeli facet się oparł o betoniarkę lepiej złamać mu ręce deską odrywając go od źródła prądu niż pozwolić mu umrzeć. Jeżeli facet stoi na drabinie lepiej go zrzucić z 3 metrów niż zostawić zawieszonego na jakimś gzymsie. Przy wszystkich tych operacjach trzeba zachować zdrowy rozsądek na tyle na ile jest to możliwe. Nie jest to łatwe widząc jak człowiek, którego najczęściej znamy, jest rażony. Po odizolowaniu porażonego i wezwaniu pomocy, możemy przystąpić do udzielenia pierwszej pomocy medycznej, pamiętając  żeby zabezpieczyć miejsce wypadku, aby zapobiec kolejnym porażeniom.

Niebezpieczeństwo porażenia

Prąd elektryczny to coś, do czego trzeba mieć szacunek , (choć to może nieprecyzyjne określenie), bez względu na to ile się wie, ile instalacji się zrobiło, ile razy było się rażonym  i porażonym, i ile żarówek się wymieniło:).·W przypadku rażenia nie mamy wiele szans na logiczne rozumowanie i samodzielne uwolnienie, chyba, że wartość przepływającego przez nas prądu jest dużo mniejsza niż przy pełnym zwarciu, możemy sobie uświadomić, co się dzieje i próbować przeciwdziałać, ale nie ma reguły.  Jeżeli jesteśmy słabo uziemieni, bo mamy dobre buty albo odklejamy się od przewodzącej ściany, bo zsuwamy się z drabiny to mamy większe szanse na przeżycie niż jak złapiemy przewód fazowy ręką i prąd o natężeniu 200mA przepłynie przez serce. Trzeba pamiętać, że zabija nas natężenie prądu a nie napięcie, pomimo tego, że te wartości są ze sobą powiązane, zwłaszcza, że rezystancję człowieka możemy przyjąć, jako stałą.
Napięcie elektryczne można rozumieć, jako stopień "nabuzowania" elektronów tworzących prąd elektryczny natomiast natężenie to szybkość ich przepływu lub ilość ładunków przepływających w jednostce czasu. Inaczej mówiąc, porównując prąd elektryczny do rzeki, stopień wzburzenia (spienienia) rzeki możemy porównać z napięciem a szybkość przepływu wody z natężeniem. W instalacjach 230 V, jedyna metoda ograniczenia przepływającego prądu przez organizm to zwiększona rezystancja przez dodanie poszczególnych rezystancji na drodze między człowiekiem a czystą ziemią. Rezystancja butów, skarpetek, rękawiczek, naskórka, kafli, na których stoimy, paneli, podłoża betonowego itp. Miejmy tego świadomość. Przed przystąpieniem do jakichkolwiek prac pamiętajmy o odłączeniu zasilania elektrycznego i zabezpieczeniu bezpieczników przed ponownym włączeniem przez uczynnego sąsiada albo kochającą żonę. Po sprawdzeniu, że nie ma fazy polecam dotknięcie tych przewodów palcem - w najgorszym przypadku nas kopnie:). A dla pewności polecam zwarcie przewodu fazowego i neutralnego. Po tych czynnościach mamy gwarancję bezpiecznej pracy.