UMEÅ UNIVERSITET Tillämpad fysik och elektronik Sverker Johansson Johan Pålsson 1999-09-15 Rev 1.0 Personfara genom elektrisk ström K O M P E N D I U M 3 ELEKTRO INNEHÅLL 1. VILKEN STRÖMSTYRKA ÄR FARLIG?...2 2. HUDENS ÖVERGÅNGSRESISTANS...3 3. LÖMSK LADDNINGSKONDENSATOR...4 4. ÄR JORDADE FÖREMÅL FARLIGA?...5 5. ELNÄTETS UPPBYGGNAD...6 5.1. Elnätet i Naturvetarhusets laboratorier... 6 6. TRANSFORMATORER...7 6.1. Spartransformator ansluten till ett vanligt vägguttag... 7 6.2. Spartransformator ansluten till ett laboratorieuttag... 7 6.3. Fulltransformator ansluten till vanligt vägguttag och till laboratorieuttag... 7
2 1. VILKEN STRÖMSTYRKA ÄR FARLIG? Det är inte spänningens storlek i och för sig som är farlig, utan det är styrkan av den ström som går genom kroppen när man lägger på en spänning mellan exempelvis hand och fot eller mellan båda händerna som kan innebära risk för liv och lem. En människa kan mycket väl tåla flera tusen volts spänning om bara den totala resistansen i strömkretsen är så hög att den resulterande strömmen genom kroppen håller sig under en viss nivå. Man brukar därför ange de strömvärden som är farliga. I Figur 1 visas de symptom som uppträder vid växelström av olika styrka genom kroppen, räknat från ena handen till ena foten. Till en början kan vi konstatera att så länge strömmen håller sig under 10 ma behöver en fullvuxen person inte ta någon skada. Känsliga personer kan emellertid må mycket illa av 5-10 ma ström genom kroppen och barn tål inte heller så mycket. Risken för att elektrisk ström som passerar kroppen skall ge skadeverkningar är beroende på hur den passerar genom kroppen. För att bli farlig måste strömmen passera hjärttrakten, eftersom den då kan sätta hjärtverksamheten ur funktion. Ström som passerar från ena handen till den andra är därför farlig, eftersom den passerar hjärttrakten, likaså är det farligt om strömmen passerar från vänster hand genom hjärtat ner till ena eller ev. båda benen. Figur 1 Symptom som uppträder vid strömgenomgång (växelström) av olika styrka genom den mänskliga kroppen. Strömmen är i detta fall tänkt att gå från ena handen till ena foten. 50 ma växelström och 150 ma likström som passerar hjärttrakten är livsfarlig för en fullvuxen person. Däremot kan aldrig en strömgenomgång mellan två fingrar eller mellan ett finger och armbågen bli farlig, även om man vid höga strömstyrkor kan få mycket fula brännsår vid ett sådant tillfälle. En annan faktor av betydelse i detta sammanhang är den tid man påverkas av strömmen. Verkar strömmen kortare tid än 0,l s tål den mänskliga organismen större strömstyrkor än de som nyss angetts som farliga.
2. HUDENS ÖVERGÅNGSRESISTANS Avgörande för vilken ström man får när man berör spänningsförande ledare är hur torra de hudytor är som kommer i beröring med ledningarna (eller spänningsförande chassidelar). Ju torrare huden är desto högre är övergångsresistansen i den. Resistansen i själva kroppen är ungefär 800 Ω, vilket betyder att om man inte hade övergångsresistans i huden skulle man vid 220 V erhålla en ström av 220/800 = 275 ma. Om denna ström passerar hjärttrakten är den direkt dödande. Är man mycket torr om händerna kan emellertid övergångsresistansen mellan hud och kropp uppgå till kanske 10 kω, vilket betyder att strömmen vid 220 V spänning då blir av storleksordningen 20 ma, vilket är en ström, som inte är direkt livshotande. Är man däremot svettig om händerna minskas övergångsresistansen i huden till kanske något tusental ohm, och strömmen blir då kanske 100 ma. Hudens övergångsresistans liksom även kroppens resistans ändrar sig avsevärt med den pålagda spänningen. Totala resistansen mellan hand och fot håller sig vid spänningar under 75 V omkring 100-150 kω (observera: torr hud!), vilket gör att man vid så låga spänningar inte får mer än ca 0,5 ma ström genom kroppen - en helt ofarlig strömstyrka. Vid högre spänningar faller dock totala resistansen snabbt, och vid 220 V är den nere i ca 4 kω, vilket ger en ström av ca 50 ma i kroppen, d v s just vid gränsen till dödande strömdos. Man kan klara sig om man är torr om handen men en smula fuktighet på huden kan ge dödande ström. Figur 2 visar den ström som man får genom kroppen från hand till fot (torra hudytor!) vid olika pålagda spänningar. Praktiskt taget samma strömmar får man vid strömgenomgång från hand till hand. 3 Figur 2 Strömmen genom den mänskliga kroppen, räknad från hand till fot vid torra hudytor vid olika pålagda spänningar. Praktiskt taget samma ström får man om strömmen går från hand till hand.
3. LÖMSK LADDNINGSKONDENSATOR 250 V likspänning, som man har i nätaggregat efter likriktaren är inte fullt så farlig som växelspänningen, eftersom man tål ungefär dubbelt så stark likström som växelström genom kroppen. Man kan emellertid inte bortse från att det är riskabelt med sådan spänning också. Ett exempel på hur man oavsiktligt kan få farlig likström genom kroppen visas i Figur 3. 4 Figur 3 Exempel på hur man kan få livsfarlig likström genomkroppen när man arbetar i en apparat som är igång. (även vid frånslagen apparat kan kondensatorn vara uppladdad till farlig spänning). Här stöder sig vederbörande mot chassiet samtidigt som han med en skruvmejsel kommer åt laddningskondensatorns +pol i nätdelen, där spänningen är 250 V. Är vederbörande torr om händerna blir strömmen, enligt vad som kan utläsas i Figur 2, ca 150 ma - en farlig ström som dessutom passerar hjärttrakten! I allmänhet får man dock räkna med att spänningsfall i transformatorer och likriktarrör reducerar spänningen avsevärt. Dock bör man vara uppmärksam på risken, så att man inte i onödan utsätter sig för att få en ytterst obehaglig strömchock genom kroppen. Tänk i detta sammanhang på att filterkondensatorer som ingår i nätdelen kan behålla sin spänning långt efter det att nätspänningen slagits ifrån. I synnerhet om nätdelen går obelastad, kan man få mycket höga laddningsspänningar. En viktig regel är därför att man innan man gör några ingrepp eller undersökningar i en nätansluten apparat, dels slår ifrån nätspänningen, dels laddar ur filterkondensatorerna genom att kortsluta pluspolen på dessa till chassiet, se Figur 4. Figur 4 Laddningskondensatorn i nätdelen urladdas enklast med en skruvmejsel.
En annan viktig regel är att man aldrig skall arbeta med två händer samtidigt i en nätansluten apparat. Det föreligger då aldrig risk för att man skall få en ström som passerar genom kroppen från hand till hand, dvs via hjärttrakten, som ju, enligt vad som sagts i det föregående, är farligt. Om man därför arbetar i en apparat med påslagen nätspänning, exempelvis vid trimning, bör man stoppa ena handen i byxfickan (se Figur 5). Man kan då inte få ström från hand till hand. Även i olyckliga fall går då ström från ena handens fingrar till exempelvis handleden, vilket i varje fall inte är livsfarligt. 5 Figur 5 Genom att hålla ena handen i byxfickan vid trimning och andra åtgärder på nätanslutna apparater i drift, riskerar man inte att få ström genom kroppen. 4. ÄR JORDADE FÖREMÅL FARLIGA? Ännu lömskare är det fall, som visas i Figur 6. Här har vederbörande förbisett att nätspänningen i allmänhet har ena branschen jordad, under det att den andra är spänningsförande mot jord. Vederbörande har med ena handen tagit på nätströmbrytarens ena kontakt, som råkat vara spänningsförande mot jord, under det att han stöder armbågen mot ett värmeelement som är jordat. Han får då 220 V genom kroppen. Figur 6 Exempel på hur man kan få farlig ström genom kroppen när man arbetar i en nätansluten apparat
6 5. ELNÄTETS UPPBYGGNAD Ett vanligt vägguttag ger 220 V fasspänning (från en fas till jord). Spänningen är angiven i effektivvärde. 5.1. Elnätet i Naturvetarhusets laboratorier Gäller INTE Teknikhuset, men kan naturligtvis förekomma i andra lokaler Laboratorieuttagen ger 220 V huvudspänning (mellan två faser). Spänningen mellan en fas och jord blir därför 127 V. OBS! Använd alltid laboratorieuttag om det är möjligt.
7 6. TRANSFORMATORER Några saker man bör tänka på när man behöver använda en transformator. 6.1. Spartransformator ansluten till ett vanligt vägguttag 220 V fasspänning. 0 (nollan) och jord hopkopplade. När vi stoppar in kontakten i vägguttaget kan vi vända den på två olika sätt. 6.2. Spartransformator ansluten till ett laboratorieuttag Med laboratorieuttag menas 220 V huvudspänning så som beskrivet i avsnitt 5.1 ELNÄTET I NATURVETARHUSETS LABORATORIER ovan. Kontakten kan givetvis även nu vändas på två olika sätt. 6.3. Fulltransformator ansluten till vanligt vägguttag och till laboratorieuttag