Účinky napětí a proudů na látky, materiály a lidský organismus

Účinky napětí a proudů na látky a materiály

Účinky napětí i proudů se projevují především na izolantech (nebo dielektriku). Čím je napětí přiložené na izolaci vyšší, tím větší je pravděpodobnost, že dojde k jejímu elektrickému průrazu. Přitom průrazné napětí je hodnota, při které dojde k elektrickému průrazu izolace. Velikost tohoto napětí však není konstantní po celou dobu života elektrického předmětu, tedy i izolace. Izolace stárne, a tak se mění i velikost průrazného napětí. Rychlost stárnutí závisí především na teplotě izolace, ale také na napětí, popř. i přepětí, kterému byla izolace před průrazem vystavena. Z tohoto hlediska je nebezpečné její tepelné namáhání způsobované především elektrickým proudem protékajícím vodičem nebo jinými vodivými částmi izolovaných elektrických předmětů. Rozlišujeme elektrický průraz izolantu a jeho tepelný průraz.

Kromě uvedených vlivů napětí a proudů působí na izolaci i chemické vlivy a různá záření (tepelná, ultrafialová apod.), která mohou, zejména izolaci z plastů, rozkládat. Mechanické vlivy poškozují křehkou izolaci z anorganických (keramických) materiálů.

Elektrický proud způsobuje ohřívání vodičů, kterými prochází. Kromě toho, že jejich oteplení škodlivě působí na izolaci, způsobuje zvýšená teplota potíže ve spojích. Zejména u hliníkových vodičů malých průřezů způsobuje střídající se oteplení při zatížení a ochlazení v klidovém stavu uvolnění spojů. Proto je stanoveno spoje hliníkových vodičů pravidelně kontrolovat nebo je provádět tak, aby na vodiče ve svorkách byl vyvozován trvalý tlak, pokud možno nezávislý na tepelné změně jejich objemu. Proto je v nových instalacích zakázáno používat hliníkové vodiče s průřezy nižšími než 10 mm².

Dle ČSN 33 2000-5-54 se nedoporučuje používat měděné zemniče. Přes jejich velmi dobré vlastnosti jsou nebezpečné tím, že způsobují nejen úbytek ocelových zemničů, které jsou v jejich blízkosti, ale i ocelových potrubí a též ocelové výztuže základů budov. Proto, aby bludné proudy, resp. proudy vedené zemí, byly co nejmenší, je třeba, aby i odběry v trojfázové distribuční síti byly rozděleny na jednotlivé fáze co nejrovnoměrněji. Je to proto, aby pracovní proud vodičem PEN, jehož určitá malá část je vedená zemí, byl co nejmenší.

Co je důsledkem uvedeného působení napětí, proudů a ostatních vlivů? Je pravda, že vysoké přepětí způsobí okamžitý elektrický průraz izolace, čímž dojde ke zkratu. Ten by měl být včas odpojen jistícím prvkem. Velké nadproudy (zejména zkratové proudy) by měly být odpojeny okamžitě, a proto by neměly způsobovat větší škody. Nemůžeme však podceňovat stárnutí izolace, které se projeví zhoršením izolačního stavu. Toto zhoršení totiž není v celé izolaci rovnoměrně rozloženo, ale v některých místech nebo na jejím povrchu se vytvářejí vodivé cesty, které jsou zdrojem zvýšené teploty a způsobují další znehodnocování okolní izolace. Stejným způsobem dochází ke zhoršování kontaktů ve spojích vodičů. Proto je důležité nejen pravidelně ověřovat izolační stav i stav vodivosti obvodů (např. měřením impedance smyčky), ale ještě důležitější je, hlavně v prostředích, kde porucha může mít vážné důsledky, zjištěné závady a odchylky od normálního stavu co nejdříve odstraňovat.

Účinky elektrického proudu na lidský organismus

Je známou skutečností, že čím větší je elektrický proud procházející lidským tělem, tím výrazněji se projevuje. Průchod střídavého elektrického proudu tělem začínáme vnímat při jeho hodnotě okolo 0,5 mA. Tuto hodnotu označujeme za práh vnímání. Do hodnoty 3 mA proud vyvolává v těle, a to zejména v místech vstupu do těla, nepříjemné pocity mravenčení až brnění. Tento proud při krátkém působení, není nebezpečný. Při dalším zvyšování jeho velikosti se začnou svírat svaly, zejména kolem části pod napětím, kterou člověk drží v ruce, až při hodnotě kolem 10 mA toto sevření zesílí natolik, že již je není možné uvolnit. To je velmi nebezpečný stav, kdy není možno se pustit - například elektrického nářadí s proraženou izolací.

Je zde nebezpečí dlouhodobého průchodu proudu, který může způsobit například zástavu srdeční činnosti. Hodnota 5 mA AC resp. 25 mA DC se nazývá mez uvolnění. Proud o velikosti kolem 30 mA může již mít škodlivé patofyziologické následky – vnitřní poranění, porušení tkání apod., až při velikosti proudu nad 35 mA může dojít k srdeční zástavě – u proudu nad 80 mA je srdeční zástava již téměř jistá. Aktuální konvenční hodnoty jsou uvedeny v NC. 3 tab. NC1 ČSN 33 2000-4-41 ed.2.

Všechny přibližné hodnoty, které zde byly uvedeny, platí pro střídavý proud o frekvenci 50 Hz, a to pro dlouhodobější průchod proudu kolem 5 s. Při kratších dobách průchodu proudu jsou uvedené mezní hodnoty (kromě prahu vnímání) podstatně větší. Závislost uvedených mezních hodnot na čase je znázorněna na Obr.1. Křivka označená L_C je dohodnutá křivka, znázorňující závislost doby, za kterou by měl být proud lidským tělem odpojen, na velikosti procházejícího proudu.

Obr. 1: Dohodnuté zóny účinků střídavého proudu (od 15 Hz do 100 Hz) na člověka

 

Obr. 2: Popis zón uvedených na Obr. 1

Zdroje

• KŘÍŽ, Michal. Příručka pro zkoušky elektrotechniků: požadavky na základní odbornou způsobilost. 10., aktualiz. vyd. Praha: IN-EL, 2014, 247 s. Elektro (IN-EL). ISBN 978-80-87942-01-7.

• SOLID TEAM, s.r.o. Elektro v praxi: Právní předpisy, základní normy, silnoproud. 2014. .

Obrázky

• Obr. 1, 2: ČSN EN 33 2000-4-41 ed.2. Elektrické instalace nízkého napětí - Část 4-41: Ochranná opatření pro zajištění bezpečnosti - Ochrana před úrazem elektrickým proudem. Praha: Český normalizační institut, 2007.