电需要一条完整的路(电路)才能一直流动。就像你拍一下静电,那种震动一下子就过去了,因为静电放完就没了,电也流不久。这种短暂的电冲击通常不危险。
如果你身上没有两个地方同时碰到电,一个进一个出,那你就不会被电击。这就是为什么鸟儿能安心地站在高压线上:它们只碰到了一个地方,电没法在它们身上流来流去。
要让电子在导体里流动,得有个电压来推动它们。电压说的是两点之间的差别,不是说电路里哪个地方单独有电压。所以,鸟儿如果只碰到电线的一点,就没有电压能让电流流过它的身体。
鸟儿两脚都站在同一根电线上,就像站在同一个地方,它们两脚之间就没有电压差来推动电流。
这可能会让人觉得,只要碰一根电线就不会被电到,就像鸟儿那样。如果我们只碰一根电线,是不是就安全了呢?但其实,这样想是不对的。人和鸟儿不一样,我们碰电线的时候,脚通常是踩在地上的。
那个接地符号,就是三个越来越窄的横线,画在电路图的下面,也像是在人脚下。在电力系统中,接地是用深埋在地下的金属做的,为了让金属和大地接触得更好。这个金属再用粗线连到电路上的某个地方。
而人如果触电,通常是因为他们的脚碰到了地面。
这时,脑海中通常会出现几个问题:
1、如果电路中接地点的存在为触电者提供了一个容易接触的点,那么电路中为什么还要有接地点呢?不接地电路不是更安全吗?
2、受到惊吓的人可能不是光脚的。如果橡胶和织物是绝缘材料,那么为什么它们的鞋子没有通过阻止电路形成来保护它们呢?
3、泥土能成为多好的导体?如果你能被通过大地的电流电击,为什么不把大地作为我们电源电路的导体呢?
在回答第一个问题时,故意的存在”接地“电路中的点是为了确保接触它的一边是安全的。
请注意,如果上图中的受害者触摸电阻的底部,即使他们的脚仍然接触地面,也不会发生任何情况:
因为电路的底侧通过电路左下方的接地点牢固地接地,所以电路的下导体与大地电连接。因为在电公共点之间没有电压,所以没有电压施加在接触较低电线的人身上,他们不会受到电击。
出于同样的原因,将电路连接到接地棒/接地板上的电线通常是裸露的(无绝缘),因此它碰到的任何金属物体都将与地面电连接。
电路接地确保电路中至少有一点可以安全触摸。但是,让电路完全不接地会怎么样呢?
这难道不会让任何接触一根电线的人和只坐在一根电线上的鸟一样安全吗?理想情况下,是的。实际上,没有。观察在没有任何基础的情况下会发生什么:
尽管这个人的脚还在接触地面,但是电路中的任何一点都应该是可以安全触摸的。由于从电压源的底部到顶部没有形成通过人体的完整路径(电路),所以没有办法建立通过人体的电流。
但是,这一切都可以随着意外接地例如接触电源线并接地的树枝;
电力系统中的导线和电缆如果不小心与地面(接地)相连,就叫做接地故障。这种故障可能由好几种情况引起,比如电线绝缘子上积了脏东西(下雨时,脏水和电流会从电线流到电线杆,再流到地面)、地下水渗进埋在地下的电线里,或者是鸟儿停在电线上,翅膀不小心把电线和电线杆连在了一起。
因为接地故障的原因有很多,所以通常很难提前知道会发生什么故障。就拿树来说吧,我们无法预测树的树枝会碰到哪根电线。
如果一棵树碰到了电路中最上面的电线,那么碰上面的电线是安全的,但碰下面的电线就危险了——这和树之前碰到下面电线时的情况刚好相反。
当树枝接触顶部导线时,该导线成为电路中的接地导线,与大地共电。因此,在导线和地之间没有电压,但是在底部导线和地之间有全(高)电压。
如前所述,树枝只是接地故障的一个潜在来源电力系统.
考虑一个不接地的电力系统,没有树木接触,但这次有两个人接触单根电线:
每个人站在地面上,接触电路中的不同点,电击电流通过一个人,通过大地,通过另一个人。
尽管每个人都认为他们只接触电路中的一个点是安全的,他们的联合行动创造了一个致命的场景。实际上,一个人充当了接地故障,使得对另一个人来说不安全。这就是为什么不接地的电力系统是危险的:电路中任何一点与地面(大地)之间的电压都是不可预测的,因为接地故障可能在任何时间出现在电路中的任何一点。
在这些情况下,唯一保证安全的字符是这只鸟与大地完全没有联系!
通过将电路中的指定点牢固地连接到大地(“电路接地”),至少可以在该点确保安全。这比完全没有接地更能保证安全。
对于第二个问题,胶底鞋确实提供了一些电绝缘,有助于保护人们免受通过他们的脚传导的电击电流。然而,大多数普通鞋的设计都不具备电气“安全性”,它们的鞋底太薄,材质也不合适。
此外,任何湿气、灰尘或人体汗液中的导电盐,或者渗透到鞋底的导电盐,都会损害鞋子本来就不多的绝缘性能。有专门为危险的电气工作制作的鞋子,也有在带电电路上工作时可以站立的厚橡胶垫,但这些特殊的设备必须处于绝对清洁、干燥的条件下才能有效工作。
可以说,普通的鞋子不足以保证免受电力系统的电击。
对人体各部分与接触点(如地面)之间的接触电阻进行的研究显示了各种数据:
手或脚接触,用橡胶绝缘:典型20欧姆(Ω)
通过真皮鞋底与脚接触(干燥):100000欧姆(Ω)至500000欧姆(Ω)
通过真皮鞋底与脚接触(湿):5 kΩ到20 kΩ
如你所看到的,橡胶不仅是一种比皮革好得多的绝缘材料,而且像皮革这样的多孔物质中的水的存在大大降低了电阻。对于第三个问题,泥土不是很好的导体(至少在它干燥的时候不是!).
导体性能太差,不能支持给负载供电的连续电流。然而,正如我们将在下一节中看到的,伤害或杀死一个人只需要很小的电流,因此,当有足够的电压时,即使是导电性很差的污垢也足以为致命的电流提供路径,正如电力系统中通常存在的那样。
有些地面是比其他地面更好的绝缘体。例如,沥青是油基的,比大多数形式的泥土或岩石具有更大的阻力。另一方面,混凝土由于其固有的水和电解质(导电化学物质)含量,往往具有相当低的电阻。
结论
电击只有在电路的两点接触时才会发生;当电压施加在受害者身体上时。
电源电路通常有一个指定的“接地”点:牢固地连接到埋在泥土中的金属棒或金属板,以确保电路的一侧始终处于地电位(该点和大地之间的电压为零)。
接地故障是电路导体和大地(地面)之间的意外连接。
特制的绝缘鞋和绝缘垫可以防止人们因接地而触电
但即使是这些装备也必须在干净、干燥的条件下才能发挥作用。普通的鞋子不足以通过将穿着者与地面隔离来提供防震保护。
虽然泥土导电性能不好,但它还是能让足够的电流通过,对人造成伤害甚至致命。