Akıma daha kolay bir yol aç
Vücutta biriken fazla statik elektriği atmak için toprağa yalın ayak basmak tavsiye edilir; fazla yük toprağa geçer. Aynı fikir binalarda da işliyor: elektrik tesisatında oluşan fazla akım cihazları bozabilir, insanı çarpabilir. Bunun önüne topraklama sistemiyle geçiliyor. Bu sayfada elektrik kaçağı, topraklama, topraklı priz, paratoner ve akımın insan vücudundaki etkileri tablosu var.
Elektrikli cihazlarda çeşitli nedenlerden elektrik kaçağı meydana gelebilir. Elektrik kaçağı olan bir cihazın insan vücudunun herhangi bir noktasına temas etmesi durumunda kişiyi elektrik çarpabilir. Bu durum sadece insanlar için değil tüm canlılar için çok tehlikelidir.
Kaçak, cihazın metal gövdesinin istemeden gerilim altında kalması demektir. Buzdolabının kapağı, çamaşır makinesinin sacı ya da fırının gövdesi — dışarıdan bakınca hiçbir şey değişmemiştir; fark, ancak dokunulduğunda anlaşılır.
Elektrikli cihazların herhangi bir elektrik kaçağı tehlikesine karşı bir iletkenle toprağa gömülü hâldeki sisteme bağlanmasına topraklama denir.
Toprak bağlantısı olan prizler topraklı priz olarak adlandırılır. Elektrik kaçağı tehlikesini önlemek için topraklı prizler kullanılır. Bu prizler, bir iletken ile topraktaki topraklama çubuğuna bağlanır. Bu şekilde elektrik sistemindeki kaçak ya da fazla elektrik akımı iletkenlerle toprağa aktarılır.
Elektrikli aletin topraklanması durumunda cihazdaki olası bir elektrik kaçağı, cihaza dokunan canlı üzerinden değil iç direnci oldukça düşük olan toprak hattı üzerinden geçer. Bu durumda elektrikle temas eden canlının çarpılma riski azaltılmış olur.
Fizik olarak neden işe yarıyor? Akım, iki yol arasında direnci küçük olanı tercih eder. Toprak hattının direnci vücut direncinin yanında ihmal edilecek kadar küçüktür; bu yüzden kaçak akımın neredeyse tamamı senin üzerinden değil, o telden geçer. Topraklama bir “kalkan” değil, daha kolay bir yol.
Aynı buzdolabı, üç senaryo: kaçak yok · kaçak var ve topraklama yok · kaçak var ve topraklama var. Akımın hangi yoldan geçtiğini ve kişiden ne kadar geçtiğini karşılaştır.
Bir cisimde biriken fazla elektrik yükünün güvenli bir şekilde toprağa aktarılması işlemidir. Genellikle negatif yükler iletken bir tel aracılığıyla toprağa yönlendirilerek elektriksel denge sağlanır.
Elektrik devrelerinde topraklamanın kendi şematik gösterimi vardır: aşağıya doğru inen bir çizgi ve altında giderek kısalan üç yatay çizgi. Devre şemasında bu işareti gördüğünde, o noktanın toprağa bağlı olduğunu anlarsın.
Paratoner, insanların yoğun olarak bulunduğu bölgelerde yıldırımın olası zararlarını önleyen bir çeşit topraklama sistemidir.
Elektrik yüklerinin sivri alanlarda toplanması sebebiyle sivri bir şekilde yapılan paratoner, fazla elektrik yüklerini kontrollü ve güvenli bir sistem ile toprağa aktarır.
Bina çatıları ve cami minareleri gibi yüksek yerlere yerleştirilen yıldırımsavarlar, bakır bir iletken ile toprağa bağlıdır. Bu sayede bina, olası bir yıldırımın zararlı etkilerinden korunmuş olur.
İşleyişi üç adımda: yıldırım paratoner tarafından çekilir → elektrik akımı bakır iletkenle toprağa iletilir → akım toprakta yayılır. Yani paratoner yıldırımı engellemez, ona zararsız bir yol gösterir. Sivri yapılmasının sebebi, yüklerin sivri uçlarda yoğunlaşmasıdır.
Paratonerin üç aşaması ve topraklamanın günlük hayattaki kullanım alanları. Düğmelerle geç:
Paratonerle ilgili aşağıdaki ifadelerden hangileri doğrudur?
I. Bir tür topraklama sistemidir.
II. Canlıları yıldırımın zararlı etkilerine karşı korur.
III. İstenmeyen elektrik yükünün toprağa aktarılması işlemini yapar.
Çözüm: Paratoner, istenmeyen elektrik yüklerinin toprağa aktarılması işlemini yapan ve bu şekilde canlıları yıldırımın zararlı etkilerine karşı koruyan bir tür topraklama sistemidir.
Cevap: I, II ve III.
Evdeki topraklama uygulamaları bir zincir hâlinde çalışır: paratoner · topraklama teli · elektrik sigorta paneli · servis teli · elektrik sayacı · elektrik prizi · topraklama çubuğu. Fazla ya da kaçak yükün toprağa varana kadar izlediği yol budur.
220 V’ta insan vücudunun ortalama direncinin 500 – 500.000 Ω arasında olduğu kabul edilir. Günlük hayatta kullanılan potansiyel fark 220 V’tur.
1000 Ω’luk vücut direncine sahip bir kişi, elektrik kaçağı olan topraklanmamış bir buzdolabına dokunursa üzerinden geçen akım Ohm Yasası ile hesaplanır:
I = V / R = 220 / 1000 = 0,22 A = 220 mA
Elektrik çarpmasına karşı insan vücudunun güvenli kabul edilen akım sınırı yaklaşık 30 mA’dir. Bu durumda elektrik kaçağı olan topraklanmamış bir elektrikli alete dokunulduğunda ölümcül kazalar yaşanabilir.
220 mA, güvenli sınırın yedi katından fazlasıdır. Akım-etki tablosuna göre bu bant 3. derece yanık ve %30 hayatta kalma olasılığı anlamına geliyor.
Vücut direnci 2000 Ω olan bir insan, elektrik kaçağı olan topraklanmamış ve topraklanmış iki buzdolabına dokunuyor. Üzerinden geçebilecek akımlar nedir?
a) Topraklanmamış buzdolabı: kaçak akımın gidebileceği tek yol insan vücududur.
I = V / R = 220 / 2000 = 0,11 A = 110 mA
110 mA, güvenli sınır olan 30 mA’in çok üzerinde. Akım-etki tablosunda ≥ 100 mA bandına düşüyor: 2. derece yanık, hayatta kalma olasılığı %50.
b) Topraklanmış buzdolabı: kaçak akım, cihaza dokunan canlı üzerinden değil iç direnci oldukça düşük olan toprak hattı üzerinden geçer. Toprak hattının direnci vücut direncinin yanında ihmal edilecek kadar küçüktür; bu yüzden kişiden geçen akım ihmal edilecek kadar azdır ve çarpılma riski azaltılmış olur.
Ders kitabı bu iki değerin hesabını okuyucuya bırakıyor. Aradaki fark tek bir telden geliyor: gerilim de cihaz da aynı, değişen tek şey akıma sunulan ikinci yol.
Vücut direncini değiştir: topraklama varken ve yokken kişiden geçen akım yan yana hesaplanıyor. Kırmızı çizgi 30 mA güvenli sınırı.
Günlük hayatta kullanılan elektrikli cihazların güç tüketimi ile elektrik akımının insan vücudu üzerindeki etkileri birbiriyle ilişkilidir. Elektrik güvenliği açısından cihazların güç değerlerine dikkat edilmelidir.
Tabloda dikkat çeken şey, sayıların ne kadar küçük olduğu. Bir cep telefonu şarj adaptörünün gücü bile 5-20 W civarındadır; tablonun ölümcül bandı 16-18 W dolaylarında başlıyor. Tehlike, büyük makinelerde değil çok küçük akımlarda.
Kaydırağı çek: her akım değerinin cihaz gücü karşılığı ve insan vücudundaki etkisi görünüyor. 30 mA çizgisini geçtiğinde renk değişiyor.
Tablonun tamamı. Aradığın satırı yazarak süz:
1. “Topraklama akımı yok eder.” Etmez. Topraklama akıma daha kolay bir yol açar. Kaçak akım iç direnci oldukça düşük olan toprak hattı üzerinden geçer; canlı üzerinden geçen pay ihmal edilecek kadar azalır.
2. “Topraklı priz varsa çarpılmam imkânsız.” Metin daha temkinli: çarpılma riski azaltılmış olur. Islak elle temas, hasarlı kablo ya da hatalı tesisat hâlâ tehlikelidir.
3. “Paratoner yıldırımı uzaklaştırır.” Tam tersi: sivri yapısıyla yıldırımı kendine çeker ve bakır iletkenle kontrollü biçimde toprağa aktarır. Koruma, kaçırmaktan değil yönlendirmekten geliyor.
4. “30 mA çok küçük, bir şey olmaz.” 30 mA, güvenli kabul edilen sınırdır ve o bantta nefes almada zorluk yaşanabilir. Ölçek amperle değil miliamperle okunur.
5. “Tehlikeyi cihazın gücü belirler.” Tablonun ikinci sütunu güç veriyor ama belirleyici olan vücuttan geçen akımdır. 18 W’lık bir güç, 100 mA’lik bir akıma karşılık geliyor ve hayatta kalma olasılığı %50 anlamına geliyor.
Rastgele bir topraklama sorusu gelir; doğru cevabı seçersin. Yanlışta gerekçe hemen görünür.
Prizin iki deliğinin yanındaki metal tırnaklar topraklama bağlantısıdır. O tırnak, bir topraklama teliyle binanın topraklama çubuğuna ulaşır. Bilgisayarı ya da çamaşır makinesini takarken fişin üçüncü ucunun oturması, kaçak akım için hazır bir yol demektir.
Ucuz uzatma kablolarının bir kısmında toprak tırnağı yoktur. Bilgisayarını ya da buzdolabını böyle bir kabloya taktığında, priz topraklı olsa bile zincir kopar. Kaçak akımın tek yolu yine sen olursun.
Şarjdayken dizüstünün metal gövdesine dokununca hafif bir karıncalanma hissediyorsan bu küçük bir kaçaktır. Tablonun ilk satırlarına göre ≥ 1 mA bandında hafif karıncalanma hissedilir. Cihazı topraklı prize takmak, o akıma kendinden daha kolay bir yol açar.
Cami minarelerinin tepesindeki metal çubuk bir paratonerdir ve bakır bir iletkenle toprağa bağlıdır. Sivri olması tesadüf değil: elektrik yükleri sivri alanlarda toplanır. Yıldırım oraya düşer, akım kontrollü biçimde toprağa gider.
Otoyolda arkasında zincir sürükleyen tankerleri görmüşsündür. Sürtünmeyle biriken statik yük, o zincirle sürekli toprağa akıtılır. Yakıt taşıyan bir araçta biriken yükün bir anda boşalması, tek bir kıvılcımla felakete dönebilirdi.
LPG dolumu sırasında araçtan inip metal gövdeye dokunmak istenir; istasyonun kendisi de topraklanmıştır. Amaç aynı: yanıcı gazın bulunduğu ortamda statik yükün kıvılcıma dönüşmesini engellemek.
Telefon ya da bilgisayar tamir eden kişilerin bileğinde ince bir kablo görürsün. Bu topraklama bilekliğidir: teknisyenin vücudunda biriken statik yük, anakarta zarar vermeden toprağa gider. Aynı ilke, ameliyathane zemininin iletken bir maddeyle kaplanmasında da var.
Kışın halıda yürüyüp kapı koluna dokununca hissettiğin küçük şok, vücutta biriken statik yükün aniden boşalmasıdır. Toprağa yalın ayak basmanın önerilme sebebi de bu: fazla elektrik yükü toprağa geçirilir ve elektriksel denge sağlanır.
Banyo hem ıslak zemin hem topraklama gerektiren cihaz demektir. Islak zeminde vücut direnci 500-1000 Ω’a düşer; kaçak akım için insan, kuru ortamdakinden çok daha “kolay” bir yol hâline gelir. Bu yüzden banyo prizleri mutlaka topraklı olmalıdır.
Elektrik kaçağı, topraklama ve topraklı priz, paratoner, vücut direnci ile geçen akım hesabı ve akımın insan vücudu üzerindeki etkileri üzerine test
Bir cisimde biriken fazla elektrik yükünün güvenli bir şekilde toprağa aktarılması işlemidir. Genellikle negatif yükler iletken bir tel aracılığıyla toprağa yönlendirilerek elektriksel denge sağlanır.
Elektrikli cihazların elektrik kaçağı tehlikesine karşı bir iletkenle toprağa gömülü sisteme bağlanmasına topraklama denir.
Toprak bağlantısı olan prizlerdir; bir iletken ile topraktaki topraklama çubuğuna bağlanır. Elektrik sistemindeki kaçak ya da fazla akım iletkenlerle toprağa aktarılır.
Cihaz topraklıysa kaçak akım, dokunan canlı üzerinden değil iç direnci oldukça düşük olan toprak hattı üzerinden geçer; çarpılma riski azalır.
Binaları ve yapıları yıldırımın zararlı etkilerinden korumak için kullanılan bir güvenlik sistemidir ve bir çeşit topraklamadır.
Elektrik yükleri sivri alanlarda toplandığı için sivri yapılır; bina çatıları ve cami minareleri gibi yüksek yerlere konur, bakır bir iletkenle toprağa bağlıdır.
220 V’ta insan vücudunun ortalama direnci 500 – 500.000 Ω kabul edilir; günlük hayatta kullanılan potansiyel fark 220 V’tur.
1000 Ω → I = 220/1000 = 0,22 A = 220 mA
2000 Ω → I = 220/2000 = 0,11 A = 110 mA
Güvenli kabul edilen akım sınırı yaklaşık 30 mA’dir. Topraklanmamış bir alete dokunulduğunda ölümcül kazalar yaşanabilir.
≤ 1 mA hissedilmez · ≥ 1 mA hafif karıncalanma · ≥ 5 mA küçük şok, sigorta devreye girer · ≥ 10 mA şoku bırakmak zordur · ≥ 20 mA kas kasılması · ≥ 30 mA nefes almada zorluk · ≥ 60 mA solunum kasları felç · ≥ 90 mA 1. derece yanık, kalp durabilir · ≥ 100 mA hayatta kalma %50 · ≥ 200 mA %30 · ≥ 300 mA %10 · ≥ 1000 mA %5 · ≥ 10.000 mA %1
Petrol tankerlerinin arkasına zincir · ameliyathane zemininin iletken maddeyle kaplanması · LPG istasyonlarında topraklama · elektrikle ilgilenenlerin bilekliği · bina ve minarelerde paratoner · evlerde topraklı priz.