Электрические истории от гуманитария. Мифы.

подключаем ответвления от провода заземления ко всем крупным металлическим штуковинам в ванной и прочих комнатах, к трубам, чугунной ванне, стиралке, каркасу гипсокартона и батареям. Одной рукой касаемся корпуса сломанной стиралки под напряжением, другой батареи. И нам пофиг, ведь они соединены через СУП и ток от стиралки к батарее через нас не течет – потенциал одинаковый, вместо этого ток течет через заземление.  В России никто так не делает – авось повезет, а буржуи даже металлические перила лестниц подключают – жить хотят сволочи. 

берем перфоратор или фен, обеспечиваем хорошую изоляцию электрических проводников снаружи и внутри прибора, а потом все металлические части снаружи покрываем пластиком или резиной – даже если внутри все сломается, током нас не шваркнет. Просто, но тем не менее пока разнообразные пластики не пошли в широкое употребление, сделать это было невозможно.

Бытовой прибор запитываем не от 220 Вольт, а через блок питания от безопасных 5 или 12 Вольт. Раньше в  блоке питания был громоздкий трансформатор, в котором одна обмотка подключенная к сети 220 Вольт, наводит электричество на вторую обмотку к которой подключен наш прибор. Ток между обмотками не течет, опасное напряжение 220 Вольт никогда не попадет в прибор, ведь прибор соединен проводом не с розеткой, а с вторичной обмоткой . Примерно со времен первых компьютеров Apple повсеместно используются маааленькие импульсные блоки питания, примерно как в нашей зарядке айфона или зубной щетки, они устроены немного по-другому но смысл тот же, соединения бытового устройства с сетью 220 нет. После распространения этого способа, появилось множество электроприборов, которые безопасно можно давать в руки идиотам, бросать в ванну, засовывать куда угодно без угрозы жизни. Правда? Об этом в последней главе про то, как убиться айпадом в ванной. Конечно, сейчас с прогрессом в аккумуляторах, мы перешли на беспроводные устройства - и пылесос и компьютеры с телефонами и шуруповерт. Но рано или поздно все равно ставить на зарядку, так что окончательно расслабляться не нужно. Пока.

модульное (в виде коробочки на металлической рейке) устройство в электрощите, через которое подключено электричество в квартире. Устройство отлавливает утечку тока на землю и отключает сеть. Утечка означает, что фазный провод коснулся заземленного корпуса прибора, батареи, ванной или ток течет через человеческое тело. Устройство простое как автомат Калашникова, если конечно не давать его в руки китайцам. Принцип элементарный. Ток на фазе равен току на нуле, по правилу для последовательного соединения. Внутри УЗО рубильник взводимый пружиной со спусковым крючком. Спусковой крючок управляется электромагнитной катушечкой. Магнитное поле наводимое током на фазе тянет спусковой крючок в одну сторону, магнитное поле наводимое током на нуле в другую. Если усилия равны, ничего не происходит. Как только случается утечка тока на землю, ток на нуле становится меньше чем ток на фазе (или наоборот), усилие одного поля побеждает и спусковой крючок срабатывает, рубильник размыкает цепь. "Чувствительность" спускового крючка настраивается на величину тока утечки. Для спасения человека 10 или 30 миллиампер, противопожарные УЗО 100 или 300 миллиампер. Но это все для кошерных европейских или американских УЗО. Хитрожопые китайцы делают электронные УЗО. Это как автомат Калашникова, внутри которого затвор работает на китайском усилителе в виде микросхемы. Хотите, чтобы от него зависела ваша жизнь? Ну конечно можно прилично сэкономить.

Хотя конечно это не панацея... если взяться руками за фазу и ноль стоя на линолеуме, то УЗО отнесется к вам как еще к одному обогревателю и не станет спасать – ведь утечки на землю не произойдет.

Если просто – зачем току идти окольными путями через тело человека, если есть хорошая дорога через заколку. Если чуть подробнее – ток всегда течет только через замкнутую цепь между фазой и нулем. В данном случае есть две цепи - заколка и подключенный параллельно ей человек. Сопротивление человеческой кожи и вообще тела в тысячи раз больше чем сопротивление заколки.  Допустим сопротивление заколки около 0,5 Ом. Чтобы причинить человеку вред, нужно, чтобы ток потек через сердце и лёгкие. С заколкой все понятно, а через человека ток пойдет по такому пути:  фаза-заколка-рука-туловище-нога-пол-земля-повторное заземление-нулевой провод, вот как далеко. Сопротивление человеческого тела в туфлях плюс сопротивление пола с паркетом обычно очень большое, к примеру более 100000 Ом (я бы поставил на больше миллиона). Размер тока протекающего через проводник ограничивается только его сопротивлением и напряжением на входе. В результате через саму заколку потечет огромный ток около 200 Ампер, который ее подогрел бы, если бы автомат на 16 Ампер не выключил эту линию менее чем через секунду, а через пальцы человека мизерный ток менее 2 миллиампер, который чувствуется как легкое подергивание. Так что ожог человек еще может получить, а удара током не случится.  Этот фокус регулярно показывал один из преподавателей своим студентам будущим инженерам. Ниже, в следующей главе станет понятно почему все же не стоит торопиться повторять этот фокус своим друзьям на следующем же симпозиуме после кружки доброго вина.

R - сопротивление; L- фаза; N - ноль; красным - основная цепь; желтым - второстепенная.

А вот если взять в каждую руку по гвоздю и засунуть их в оба отверстия розетки или взяться за оба оголенных провода (фазу и ноль), шанс получить удар током резко возрастает. У тока остается два пути : первый основной от одной руки до другой через грудь. Одновременно ток попытается течь от руки, которая воткнула гвоздь в фазу через грудь, через ноги в землю и дальше к нулю через повторное заземление, но там как мы знаем сопротивление большое. И тут все зависит от сопротивления кожи рук, площади контакта проводника с кожей, возраста и пола персонажа и конечно везения, но об этом дальше.

­

Периодически эту максиму произносят с умным видом то тут то там. Возможно те, кто это сформулировал, имели в виду, что не важно какое большое напряжение между нами и железкой под напругой – угрозу несет сила тока, который через нас потечет при касании. Иногда это похоже на правду. Но знаете что? Строго говоря это не так, ведь одна и та же сила тока может быть смертельной или нет в зависимости от некоторых других параметров. Особенно когда речь идет о живых организмах. Поговорим об этом. Начнем издалека. Вот мы походили в шерстяных носках по линолеуму, а потом коснулись батареи или другого человека – проскакивает искра. Напряжение при этом достигает ну 5-6 тысяч вольт. Правда ток действительно совсем небольшой и течет считанные микросекунды. Какой-нибудь микросхеме и этого хватит, а русскому человеку шерстяные носки не страшны. Вроде всё совпадает, однако жизнь сложнее. На зарядке айпада написано, что может выдать 2 Ампера, казалось бы смертельный ток, но куда себе не засовывай провод, а током не ударит, об этом поговорим в разделе про айпад и ванну.

Как же оно там все устроено с ударами током?

Вены и артерии человека наполненные соленой кровью проводят ток не хуже медных проводов.

Ток по ним легко доходит до сердца. У сердца есть своя мини-электростанция с блоком управления, который аварийно отключается при воздействии внешнего тока определенной силы, частоты и напряжения в течении определенного времени. Ток и вправду наносит вред – он разогревает проводник (в данном случае живые ткани), отчего они портятся, еще он без спроса двигает ионы внутри клеток, что тоже им на пользу не идет. Но считать силу тока единственным важным фактором самим по себе будет ошибкой.

К примеру, одна и та же сила тока по разному работает в переменном и постоянном токе. 25 миллиампер уже вызывают остановку дыхания и судороги при переменном токе, но при постоянном только ощущение нагрева и подергивание. При 50 мA наступает фибрилляция при переменном, но при постоянном человек выживет. При меньших значениях главная опасность переменного тока в том, что он вызывает судороги и человек вместо того, чтобы отдернуть руку, сожмет провод под напряжением в ладони например. А вот по воздействию на кровь и внутренние органы опаснее постоянный ток.  Правда в быту встретить опасные значения постоянного тока сложно : батарея аккумуляторов для резервного питания майнинговой фермы, крыша с солнечными батареями, Тесла в гараже.

В двух словах перечислим прочие компоненты ведущие к успеху :

Мы знаем, что если заземлить корпус прибора, напряжение прикосновения будет значительно меньше 220 Вольт. Образуется последовательное соединение копуса, заземления корпуса и повторного заземления. При этом напряжение на корпусе значительно уменьшается.  По-электрически говоря, напряжение на корпусе прибора будет равно падению напряжения на повторном заземлении. Как так?

Вот взял пример из курсовой задачки малолетних электриков. Тут чел трогает холодильник, в котором фаза замыкается на корпус и при этом реализовано повторное заземление в системе TN-C-S. Должно ухренячить? Да нифига, ведь корпус заземлен и рядом в наличие повторное заземление. Формулы скучные, важно, что в результате через человека течет ток около 2 миллиампер с напряжением около 2 Вольт (в реальной жизни будет еще меньше). Короче жрешь из холодильника, когда Родина спит и не паришься. И только УЗО это дело прекратит, ведь через заземление шпарит ток утечки что надо - 260 миллиампер - казалось бы шваркнет, так копыт не соберешь. 

Есть еще одна важная деталь, в предыдущей статейке про заземление, мы говорили, что важно заземлять все строения на участке. И дом и баньку и сарайчик, да лучше около каждого из этих строений закапывать свои заземляющие железки и потом объединять их на ГЗШ. Заземление участка должно быть эквипотенциальным (иметь одинаковый потенциал). Почему? Очень просто однако. 

Вот представим что стоит на земле, рядом сломанная стиралка или холодильник под напругой на корпусе. Корпус заземлен через вкопанный железный штырь неподалеку. Напряжение прикосновения будет разностью потенциалов между корпусом прибора и землей, на которой мы стоим. Если корпус прибора заземлен, ток течет через заземление и растекается по земле вокруг точки заземления. Чем ближе находимся к повторному заземлению, тем больше потенциал на поверхности земли.И тем меньше разница потенциалов между корпусом под напряжением и землей в этом месте. А значит тем меньше Напряжение прикосновения, тем менее опасно касаться такого прибора – между нами и корпусом будет всего несколько вольт. А вот если заземление далеко или его вообще нет, то напряжение прикосновения для нас равно фазному, то есть все 220, что не слишком хорошо для людей с нежными руками и красивыми ногами. Конечно если все на участке соединено медным проводом заземления, то сопротивление у него отличное, падение патенциала очень маленькое и вроде все хорошо, однако вот потенциал земли у вас под ногами будет совсем другой, что приведет к высокому напряжению между вами и землей.

Поэтому что? Заземляйте и баньку и сарайчик, не ленитесь.

Вот такая получается резюма:

Если мы касаемся заземленного корпуса под напряжением, напряжение прикосновения слишком мало, чтобы мы получили удар током.

Если мы касаемся одновременно заземленного корпуса под напряжением и заземленной батареи или трубы или металлической конструкции, нас тоже током не ударит, так как потенциалы практически равны.

Конечно в нормальной системе от протекания тока через человека на землю защищает УЗО. Но главной защитной системой все же работает ЗАЗЕМЛЕНИЕ. Потому как в современных домах утечку через человека на землю зачастую предотвращают изолирующие покрытия вроде ламината, линолеума и т.п. 

Инженерам, как известно плевать на потребителей – гори они огнем, им главное, чтобы любимая механизма работала. Вот они и понапридумывали всякого странного. К примеру, в приборах с электродвигателями, в импульсных блоках питания и т.п. применяются фильтры на основе конденсаторов. Они позволяют не пропускать импульсные помехи в сеть, чтобы не мешать другим приборам. Конденсаторы подключаются одним контактом к фазному и нулевому проводу, а другим друг к другу и к корпусу. Конденсаторы в переменном токе работают как сопротивление, то есть в последовательной цепи на средней точке между двумя сопротивлениями падение напряжения равно половину фазного, примерно 110 Вольт. Если в розетке три контакта, то корпус заземлен и человек ничего не почувствует – ток будет мизерный, что-то около 1 миллиампера из-за большого сопротивления конденсаторов. Но если заземления нет, от корпуса компьютера, стиралки или светодиодной лампы может существенно пощипывать током, все же 110 - высокое напряжение. Конечно пока один из конденсаторов не сломается и не станет внезапно проводником. Так что лучше бы корпус заземлить.

Зачастую эту ситуацию можно прочувствовать, когда корпус компьютера щиплется. В нем ведь тоже импульсный блок - все так же - на корпусе 110 вольт. Лучше конечно включать в розетку с заземлением.

Схема подключения стиралки (та же хрень повсеместно)

Самая большая страшилка электриков - это обрыв нулевого проводника на вводе в дом, когда в квартире в розетках образуется 380 Вольт. Квартиру от этого защитит реле напряжения.

Но довольно часто происходит следующая, более приземленная ситуация: одна или несколько розеток, или ламп внезапно не работает. При этом если проверить индикаторной отверткой, оказывается, что оба контакта розетки – фаза. Это приводит в ступор. Происходит это довольно просто – где-то по пути от счетчика к лампе или розетке обрывается нулевой провод. А тем временем где-то была включена люстра или настольная лампа в розетке. После обрыва она конечно тоже перестает гореть, но продолжает играть ключевую роль. После пропадания нулевого провода, току течь становится совершенно некуда, разности потенциалов между контактами лампы нет никакой. И лампа с замкнутым выключателем становится просто продолжением фазного провода, а дальше и нулевой провод через выключатель и далее по распределительным коробкам все проводники и контакты розеток по всей сети до места обрыва тоже становятся фазными. Если же выключить выключатель неработающей люстры, фаза из нулевого провода пропадет. Но работать конечно ничего не будет, пока обрыв нуля не устранится. 

Две картинки для иллюстрации. Первая – нормальная работа сети, Вторая – обрыв нуля при включенной лампочке и как следствие фаза во всех контактах розеток. Опасность ситуации в том, что света вроде как нет, но фаза на всех проводниках. Может ударить, и далее как повезет – мы уже разбирали, что все будет зависеть от влажности рук, наличия УЗО и сопротивления пола.

Проверочный вопрос: произойдет ли короткое замыкание, если воткнуть заколку в оба контакта розетки в случае, если в них обоих фаза? Ответ : нет, ничего не произойдет, току не за чем течь по заколке – нет разности потенциалов. Он захочет течь только по руке держащей заколку в землю и дальше через заземление на ноль, но в такой цепи как правило довольно большое сопротивление, скорее всего ток будет небольшой, а там фортуна-лотерея.

Лежим в ванной, читаем ipad. Опасно? Нет. Батарея Ipad ни при каких обстоятельствах не ударит нас током (Аллилуя братья, помолимся Стиву Джобсу). Почему? Потому что напряжение слишком маленькое а ток постоянный. Но он разряжается, и мы подключаем зарядку, продолжая парить ласты. На зарядке Ipad написано 5 вольт и 2 ампера. Казалось бы, 2 ампера – большой ток. Но в реальности по человеку он никогда не потечет. Как мы знаем, ток зависит только от напряжения и сопротивления потребителя. При напряжении 5 Вольт сопротивления человека все равно достаточно, чтобы возможный ток был мизерным и безопасным в любом случае. А серьезное напряжение попасть к человеку не может – ведь в блоке питания сделана гальваническая развязка. Кроме того ток после гальванической развязки уже никак связан с заземлением - цепи через задницу человека сидящего в ванной на "землю" не образуется.

Однако неоднократно людей убивало в ванной, когда ipad или iphone (наговаривают, на самом деле это был гнусмас) были включены в зарядку. Как так? Очевидно единственный способ убраться – попасть под напряжение 220 Вольт сидя в заземленной ванной (ведь ни у зарядки ни на корпусе айпада заземления нет и весь ток потечет через наше тело и ванну). Чтобы получить напряжение на корпусе айпада необходимое условие - убрать гальваническую развязку, например заливанием воды прямо в блок питания. Достаточно ли этого? Скорее нет. я бы еще сделал заземление ванной, а вот на УЗО бы я сэкономил. Вуаля - хоть кто-то пирожков на поминках потрескает. Хотя и без заземления может сработать, тут как повезет. Кстати, чтобы пробить гальваническую развязку просто водяного пара и влажности не достаточно, выпаренная и конденсированная вода – практически дистиллят и тока не проводит, правда вызывает коррозию контактов. 

Однако и это не всё. У добрых маленьких китайцев маленькие проворные руки и их косые глаза гораздо ближе к их микросхемам. Поэтому они делают такие маааленькие экономные блоки питания, для любителей покупать всё на алиэкспрессе за пару шекелей. Там все так мало и экономно, что частенько напряжение 220 пробивает гальваническую развязку, и через человека течет уже не 5 вольт а 220, а ток уже не постоянный, а переменный с смертельным значением. И тут все, как мы много раз повторили, зависит от работы УЗО. Хотя если жалко лишнего сольдо на хорошую зарядку, откуда оно у глупого лаовая на УЗО возьмется. Тем не менее при наличии УЗО лучше бы, чтобы ванна была заземлена. Потому что тогда УЗО спасет. А если не заземлена, поломанная зарядка будет работать как бомба с часовым механизмом - не в ванне, так позже в кроватке. Возьмешься неловко за корпус, или дуга вызовет возгорание - один конец.

PS. Для ванной УЗО нужно брать 10 миллиампер, потому как распаренный, защитный слой грязи неусмотрительно смыт, току легче до сердца добраться.