1.10.2023 - Ing. Aleš Smeták
Všichni vám pořád povídají, abyste nesahali na elektrické zařízení, protože dostanete ránu. No a nekecají... vy ji totiž opravdu dostanete. Jak je ale možné, že vlaštovky mají všechna tato varování na lopatě a vesele si štěbetají na drátech, aniž by se jim cokoliv stalo?
Ono je to ve skutečnosti velmi jednoduché...
To, co vám ublíží, není primárně napětí, ale elektrický proud. Škody na lidském těle dělá totiž procházející proud a napětí mu v průchodu tělem jen pomáhá. Rozdíl mezi napětím a proudem jsme si již vysvětlili v kapitole Ohmův zákon a částečně i v kapitole Účinky elektrického proudu na lidský organismus.
Zkusme si ještě jednou osvětlit. Ačkoliv se to může zdát neuvěřitelné, tak samotné napětí nebo samotný proud vám nemohou prakticky moc ublížit. Nastíníme si dva extrémní případy:
Na jedné straně vidíme ohradník s 10kV a na druhé straně autobaterii se 100A a ani jedno vám nemůže ublížit... umíte si však představit zdroj, který by měl 22kV a uměl k nim přidat i ty stovky ampér? Ne? Ale ano... to je klasické distribuční trafo, které převádí 22kV na 400V pro domácnosti. Pokud se ho dotknete, dopadnete takhle... (není vhodné pro slabší žaludky).
A přesto na drátech vedoucích k němu vlaštovky vesele cvrlikají...
Neuzavřený elektrický obvod je to sladké tajemství. Už jsme si řekli, že aby elektrický proud mohl škodit jakémukoliv organismu, musí jím procházet.
Pokud totiž organismus vystavíme jen napětí, tak to napětí sice do vás nějaký proud natlačí, ale už ho nemá kam tlačit dál. Proud tedy organismem neprotéká, a tudíž nemůže ubližovat.
To se přesně se stane vlaštovce, která usedne na drát, který má proti zemi napětí 230V nebo více voltů. Vlaštovka se při dosednutí nabije na stejný potenciál drátu, nějaký proud do ní nateče, ale protože je všude okolo ní vzduch, nemá proud kudy pokračovat a přestane téct.
Tento jev samozřejmě neplatí jen pro vlaštovky, ale zcela běžně se využívá při opravách distribučního vedení vysokého napětí bez jeho vypnutí. Místo vlaštovky se zde využívá helikoptér, které přiblíží vzduchem pracovníka s plošinkou k vedení. Pracovník se k němu opatrně pomocí magické hůlky připojí a tím nabije sebe i helikoptéru na potenciál vedení, klidně i 800kV. Proud jimi opět nemá kam protékat, a proto nemůže poškodit ani helikoptéru a ani ublížit montérovi... stal se totiž vlaštovkou na drátě.
Dokud si taková vlaštovka dřepí na vedení, tak je v bezpečí, minimálně tedy před úrazem elektrickým proudem, protože je chráně neuzavřeným obvodem.
Pokud by se vám ale podařilo si k takové spící vlaštovce přistavit žebřík (ideálně hliníkový), vylézt po něm a vlaštovku pohladit, tak nebohou vlaštovku i sebe doslova uzemníte.
Počítejte s tím, že z toho nebude chuděra nadšená a vy na tom nebudete o moc líp, protože se stanete vodičem, který propojil zem s vedením a proud se tak skrze vaše tělo může začít vracet zpět do zdroje. To fakt nechcete...
To samé platí i při pokusu za vlaštovkou na drát vylézt...
Vlaštovka narozdíl od vás umí létat a může na drátě pod napětím přistát, aniž by se během toho dotkla zároveň země i drátu. To vy neumíte a jakýkoliv pokus vylézt na vedení skončí tragicky, protože v jednom okamžiku se budete dotýkat drátu pod napětím a konstrukce spojené se zemí. Proud pak bude procházet vaším tělem.
V předchozích odstavcích jsem několikrát zmínil, že pokud vlaštovka přistane na drátě, nabije se na potenciál vedení, nebo že pokud se technik z vrtulníku dotkne vedení, opět se nabije, což je i krásně vidět na videu výše.
Čili, že do nich nateče nějaký proud, který však už nemůže téct dál, a proto je neškodný. Nyní si trošku více rozebereme, co je to "nabití" a ten "nějaký proud".
Pokud by člověk nebo vlaštovka během dotyku byli v kontaktu se zemí, začal by skrze jejich tělo téct do země proud, který by je zabil. Pokud ovšem proud nemá z těla kam dál téct, dojde pouze k vyrovnání potenciálu s vedením a natečení malého množství proudu do těla. Proud prostě dál už téct nemůže.
Nejprve si musíme malinko objasnit, jak je možné, že do vlaštovky nebo do člověka může při dotyku části pod napětím natéct nějaké malé množství proudu. Tím kouzle je elektrická kapacita...
...elektrická kapacita je vlastnost látek, která nám říká, jak dobře dokážou uchovávat elektrickou energii. Můžeme si to představit jako něco podobného jako schopnost nějakého předmětu držet vodu. Když máme nádobu, která má větší kapacitu, může uchovat více vody, zatímco menší nádoba pojme méně vody. Stejně tak, různé látky mají různou elektrickou kapacitu.
Elektrická kapacita je důležitá pro funkci věcí, jako jsou baterie a kondenzátory. Baterie mají větší elektrickou kapacitu, což znamená, že mohou uchovat více elektrické energie a déle zásobovat elektrickými zařízeními, jako jsou mobilní telefony. Naopak, kondenzátory mají také elektrickou kapacitu, ale jsou obvykle menší a rychleji uvolňují elektrickou energii, což je užitečné například v blesku fotoaparátu.
Elektrická kapacita závisí na materiálu, ze kterého je předmět vyroben, a na jeho tvaru. Některé materiály mají větší kapacitu než jiné, a pokud změníte tvar předmětu, může se také změnit jeho kapacita. Takže elektrická kapacita je způsob, jakým látky uchovávají elektrickou energii, a tato vlastnost je důležitá pro mnoho elektrických zařízení, která používáme každý den.
Elektrická kapacita se měří v jednotkách nazývaných farady (F). Kapacitu 1 farad má těleso, které při přivedení náboje 1 coulomb zvýší svůj potenciál o 1 volt.
Farad je základní jednotkou pro měření elektrické kapacity. Nejčastěji se používají mikrofarady (µF), nanofarady (nF) a pikofarady (pF), protože většina zařízení má kapacitu v řádech těchto menších jednotek.
Například, běžné elektrolytické kondenzátory, které se používají v elektronických obvodech, mohou mít kapacitu v desítkách mikrofaradů (µF) až stovkách mikrofaradů. Kondenzátory pro specifické aplikace, jako jsou kondenzátory v počítačových čipech, mohou mít kapacitu v nanofaradech (nF) nebo dokonce pikofaradech (pF).
Elektrickou kapacitu mají i živé organismy...
Ke stanovení síly výboje musíme nejprve zjistit jako kapacitu má lidské tělo.
Už tady se docela zapotíme, protože lidské tělo obsahuje různé tkáně, tekutiny a ionty, které mohou ovlivnit jeho elektrické vlastnosti. Například tuk má větší elektrickou kapacitu než svaly nebo kosti. Elektrická kapacita lidského těla se také mění podle vlhkosti těla, fyzické aktivitě, teplotě a pitném režimu.
V odborné literatuře se elektrická kapacita lidského těla uvádí okolo 100pF (pikofaradů).
Pokud bychom si chtěli kapacitu ověřit orientačním výpočtem, tak můžeme předpokládat, že urostlý montér je vlastně taková koule hustějšího guláše s objemovou hmotností 1.100 kg/m3 o celkové hmotnosti 100kg. Teoretická kapacita takové koule guláše pak vychází okolo 31 pikofaradů.
Jakou energii dostane perfektně izolovaný montér visící z vrtulníku, jehož tělo má elektrickou kapacitu 100pF, při doteku vedení s napětím 800kV? Energii v joulech zjistíme podle následujícího vzorce.
Po dosazení do vzorce zjistíme, že i dokonale izolovaný montér při přiblížení k vedení s ultra vysokým napětím dostane šlupku okolo 32J, a to už rozhodně není zanedbatelný výboj! Vždyť i ty nejsilnější ohradníky se dimenzují ani ne na poloviční energii výboje.
Z tohoto důvodu se montéři při přiblížení musí nejprve vedení dotknout tzv. "magic wand".
Zkusme obdobný příklad pro pracovníka v profesionální a certifikované izolační obuvi, který se dotkne živé části pod napětím 230V. Z výpočtu je patrné, že energie výboje i nabíjecí proud jsou prakticky zanedbatelné.
Vy tohle doma rozhodně nezkoušejte!!! protože nikdy nevíte jako hodně boty izolují, jestli se nedotýkáte i jinou částí těla... tohle prostě není kratochvíle pro neznalé osoby. Viz Účinky elektrického proudu na lidský organismus.
Pokud jste v článku nalezli chybu, dejte nám, prosíme, o ní vědět na eas@eas-elektro.cz
Děkujeme, Eva a Aleš Smetákovi - návrat zpět na přehled článků