옴의 법칙(다시!)

전기 안전과 관련하여 흔히 들을 수 있는 문구는 다음과 같습니다. “죽는 것은 전압이 아니라 현재 ! " 여기에는 진실의 요소가 있지만 이 단순한 격언보다 충격 위험에 대해 더 많이 이해해야 합니다. 전압이 위험하지 않다면 아무도 DANGER—HIGH VOLTAGE!라는 표지판을 인쇄하거나 표시하지 않을 것입니다.

"현재 죽이기"라는 원칙은 본질적으로 옳습니다. 조직을 태우고 근육을 얼리고 심장을 세동시키는 것은 전류입니다. 그러나 전류는 저절로 발생하지 않습니다. 전류가 피해자를 통해 흐르도록 동기를 부여할 수 있는 전압이 있어야 합니다. 사람의 몸도 전류에 대한 저항을 나타내므로 이를 고려해야 합니다.

전압, 전류 및 저항에 대한 옴의 법칙을 취하고 주어진 전압과 저항에 대한 전류로 표현하면 다음 방정식이 있습니다.

몸체를 통과하는 전류의 양은 몸체의 두 지점 사이에 인가된 전압의 양을 두 지점 사이에서 몸체가 제공하는 전기 저항으로 나눈 값과 같습니다. 분명히 전류가 흐르도록 하는 데 사용할 수 있는 전압이 많을수록 주어진 저항 양을 통해 더 쉽게 흐를 수 있습니다.

따라서 부상이나 사망을 유발할 수 있는 충분한 전류를 생성할 수 있는 고전압의 위험이 있습니다. 반대로 신체가 더 높은 저항을 나타내면 주어진 전압 양에 대해 더 적은 전류가 흐를 것입니다. 얼마나 많은 전압이 위험한가는 전류의 흐름에 반대하는 회로의 총 저항이 얼마나 되는지에 달려 있습니다.

신체 저항은 고정된 양이 아닙니다. 사람마다 그리고 때에 따라 다릅니다. 사람의 발가락과 손가락 사이의 전기 저항을 측정하여 체지방을 측정하는 기법도 있습니다.

체지방의 다른 비율은 다양한 저항을 제공합니다. 하나의 변수는 인체의 전기 저항에 영향을 미칩니다. 이 기술이 정확하게 작동하려면 검사 전 몇 시간 동안 수분 섭취를 조절해야 하며, 이는 체내 수분이 신체의 전기 저항에 영향을 미치는 또 다른 요인임을 나타냅니다.

신체 저항은 피부와의 접촉 방식에 따라 달라집니다. 손에서 손으로, 손에서 발로, 발에서 발로, 손에서 팔꿈치 등 땀과 염분과 미네랄이 풍부한 땀, 액체이기 때문에 우수한 전기 전도체입니다. 마찬가지로 전도성 화학 물질의 함량이 높은 혈액도 마찬가지입니다.

따라서 땀에 젖은 손이나 열린 상처로 만들어진 전선과의 접촉은 깨끗하고 건조한 피부에 의한 접촉보다 전류에 대한 저항이 훨씬 적습니다.

민감한 미터로 전기 저항을 측정할 때 손가락 사이에 미터의 금속 프로브를 잡고 손으로 약 100만 옴의 저항(1MΩ)을 측정합니다. 측정기는 프로브를 세게 쥐었을 때 저항이 덜하고 느슨하게 잡았을 때 저항이 커졌다는 것을 나타냅니다.

여기 내 컴퓨터에 앉아서 이 단어를 입력하면 내 손이 깨끗하고 건조해집니다. 덥고 더러운 산업 환경에서 작업하고 있다면 손 사이의 저항이 훨씬 적어 치명적인 전류에 대한 저항이 줄어들고 감전의 위험이 커집니다.

유해한 전류는 얼마입니까?

그 질문에 대한 대답은 또한 몇 가지 요인에 달려 있습니다. 개별 신체 화학은 전류가 개인에게 미치는 영향에 상당한 영향을 미칩니다. 어떤 사람들은 전류에 매우 민감하여 정전기에 의한 충격으로 비자발적인 근육 수축을 경험합니다.

다른 사람들은 방전된 정전기로 인해 큰 스파크를 끌어내고 거의 느끼지 못하고 근육 경련을 덜 경험할 수 있습니다. 이러한 차이점에도 불구하고 유해한 영향을 나타내는 데 필요한 전류가 거의 없음을 나타내는 테스트를 통해 대략적인 지침이 개발되었습니다(이 데이터의 출처에 대한 정보는 장의 끝 부분 참조).

밀리암페어로 표시된 모든 현재 수치(밀리암페어는 암페어의 1/1000와 동일):

전기가 신체에 미치는 영향에 대한 표

"Hz"는 헤르츠 단위를 나타냅니다. . 주파수라고도 하는 교류가 얼마나 빠르게 교번하는지를 측정한 것입니다. . 따라서 "60 Hz AC"라고 표시된 열은 초당 60사이클(1사이클 =전류가 한 방향으로 흐르고 다른 방향으로 흐르는 시간)의 주파수로 교번하는 전류를 나타냅니다.

"10kHz AC"라고 표시된 마지막 열은 매초마다 만(10,000)번의 왕복 주기를 완료하는 교류를 나타냅니다.

이 수치는 대략적인 수치일 뿐이며, 신체 화학 반응이 다른 개인은 다르게 반응할 수 있습니다. 단지 17mA AC의 흉부 전류가 특정 조건에서 인간 피험자에게 세동을 유발하기에 충분하다고 제안되었습니다. 유도 세동에 관한 대부분의 데이터는 동물 실험에서 나온 것입니다. 분명히, 인간 피험자에 대한 유도 심실 세동의 테스트를 수행하는 것은 실용적이지 않으므로 사용 가능한 데이터는 대략적입니다.

아, 그리고 궁금하시다면 여성이 남성보다 전류에 더 민감한 이유를 모르겠습니다! 60Hz(초당 60사이클)에서 AC 전압 소스의 단자에 손을 댄다고 가정합니다. 이 깨끗하고 건조한 피부 상태에서 20밀리암페어의 전류를 생성하려면 얼마나 많은 전압이 필요할까요? 이를 결정하기 위해 옴의 법칙을 사용할 수 있습니다.

E =IR E =(20mA)(1MΩ) E =20,000볼트 또는 20kV

이것은 전기 안전의 관점에서 "최상의" 시나리오(깨끗하고 건조한 피부)이며 이 전압 수치는 파상풍을 유발하는 데 필요한 양을 나타냅니다. 고통스러운 쇼크를 일으키는 데 필요한 것은 훨씬 적습니다! 또한 특정 전류량의 생리학적 효과는 사람마다 크게 다를 수 있으며 이러한 계산은 대략적인 추정치일 뿐입니다 .

땀을 시뮬레이션하기 위해 손가락에 물을 뿌렸을 때 나는 17,000옴(17kΩ)의 손에서 손으로의 저항을 측정할 수 있었습니다. 이것은 얇은 금속 와이어에 접촉하는 각 손의 한 손가락으로만 가능함을 명심하십시오. 20밀리암페어의 전류를 발생시키는 데 필요한 전압을 다시 계산하면 다음과 같은 수치를 얻을 수 있습니다.

E =IR E =(20mA)(17kΩ) E =340볼트

이 현실적인 조건에서 한 손에서 다른 손으로 340볼트의 전위만 있으면 20밀리암페어의 전류가 발생합니다. 그러나 이보다 낮은 전압에서는 여전히 치명적인 충격을 받을 수 있습니다. 반지와 접촉하여 훨씬 더 낮은 신체 저항 수치를 제공합니다(손가락 둘레에 감긴 금 밴드는 탁월합니다 전기 충격을 위한 접점) 또는 파이프나 도구의 금속 손잡이와 같은 큰 금속 물체와 완전히 접촉하면 신체 저항 수치가 1,000옴(1kΩ)까지 낮아져 훨씬 더 낮은 전압이 전위를 나타낼 수 있습니다. 위험합니다.

E =IR E =(20mA)(1kΩ) E =20볼트

이 조건에서 20볼트는 사람을 통해 20밀리암페어의 전류를 생성하기에 충분합니다. 파상풍을 유발하기에 충분합니다. 17밀리암페어의 전류만으로도 심실(심장) 세동을 유발할 수 있다는 제안이 있었습니다. 1000Ω의 직접적인 저항으로 이 위험한 상태를 만드는 데 17볼트만 소요됩니다.

E =IR E =(17mA)(1kΩ) E =17볼트

17볼트는 전기 시스템에 관한 한 그리 많지 않습니다. 물론 이것은 60Hz AC 전압과 우수한 신체 전도성을 가진 "최악의 경우" 시나리오이지만 특정 조건에서 적은 전압이 심각한 위협이 될 수 있음을 보여줍니다.

1,000Ω의 신체 저항을 생성하는 데 필요한 조건은 제시된 것(금반지와 접촉한 땀에 젖은 피부)만큼 극단적일 필요는 없습니다. 전압이 가해지면 신체 저항이 감소할 수 있으므로(특히 파상풍으로 인해 희생자가 도체를 더 단단히 쥐게 되는 경우) 일정한 전압을 가하면 초기 접촉 후 충격의 심각도가 증가할 수 있습니다.

가벼운 충격으로 시작하여 희생자를 "동결"시켜 놓아줄 수 없을 정도의 충격으로 시작한 것이 신체 저항이 감소하고 그에 따라 전류가 증가함에 따라 희생자를 죽일 정도로 심각한 것으로 확대될 수 있습니다.

연구에서는 다양한 조건에서 인간 접점의 전기 저항에 대한 대략적인 수치 세트를 제공했습니다(이 데이터의 출처에 대한 정보는 장의 끝 부분 참조).

<울>

손가락으로 만진 와이어:40,000Ω ~ 1,000,000Ω 건식, 4,000Ω ~ 15,000Ω 습식

손으로 잡은 전선:15,000Ω ~ 50,000Ω 건식, 3,000Ω ~ 5,000Ω 습식

손으로 잡는 금속 플라이어:5,000Ω ~ 10,000Ω 건식, 1,000Ω ~ 3,000Ω 습식

손바닥으로 접촉:3,000Ω ~ 8,000Ω 건조, 1,000Ω ~ 2,000Ω 습식

한 손으로 잡은 1.5인치 금속 파이프:1,000Ω ~ 3,000Ω 건식, 500Ω ~ 1,500Ω 습식

두 손으로 잡은 1.5인치 금속 파이프:500Ω ~ 1,500kΩ 건식, 250Ω ~ 750Ω 습식

전도성 액체에 손 담그기:200Ω ~ 500Ω

전도성 액체에 담근 발:100Ω ~ 300Ω

1.5인치 금속 파이프와 관련된 두 가지 조건의 저항 값에 유의하십시오. 두 손으로 파이프를 잡고 측정한 저항은 정확히 한 손으로 파이프를 잡는 저항의 절반입니다.

두 손의 경우 신체 접촉 면적이 한 손의 두 배입니다. 이것은 배워야 할 중요한 교훈입니다. 접촉하는 물체 사이의 전기 저항은 접촉 면적이 증가함에 따라 감소하며 다른 모든 요소는 동일합니다. 두 손으로 파이프를 잡고 전류는 병렬 파이프에서 본체로(또는 그 반대로) 흐르는 경로입니다.

이후 장에서 살펴보겠지만 병렬 회로 경로는 항상 단독으로 고려되는 단일 경로보다 전체 저항이 적습니다.

산업계에서 30볼트는 일반적으로 위험한 전압에 대한 보수적인 임계값으로 간주됩니다. 조심스러운 사람은 30볼트 이상의 전압은 위협적인 것으로 간주해야 하며 충격으로부터 보호하기 위해 정상적인 신체 저항에 의존하지 않아야 합니다. 그렇지만 전기 주변에서 작업할 때는 손을 깨끗하고 건조하게 유지하고 모든 금속 장신구를 제거하는 것이 여전히 좋은 생각입니다.

더 낮은 전압 주변에서도 금속 장신구는 회로의 두 지점 사이에 접촉하면 피부를 태울 만큼 충분한 전류를 전도하여 위험할 수 있습니다. 특히 금속 고리는 저전압, 고전류 회로의 지점 사이를 연결하여 몇 개 이상의 손가락에 화상을 입힌 원인이었습니다.

또한 30보다 낮은 전압은 불쾌한 감각을 유발하기에 충분할 경우 위험할 수 있으며, 이로 인해 갑자기 더 높은 전압이나 다른 위험 요소가 접촉하여 갑자기 접촉하게 될 수 있습니다. 한 번 더운 여름날 자동차 작업을 했던 기억이 납니다.

나는 반바지를 입고 있었고 배터리 연결을 조일 때 맨발이 차량의 크롬 범퍼에 닿았습니다. 금속 렌치를 12볼트 배터리의 (접지되지 않은) 양극에 만졌을 때 다리가 범퍼에 닿는 지점에서 따끔거림을 느낄 수 있었습니다. 금속과의 단단한 접촉과 땀에 젖은 피부의 조합으로 12볼트의 전위만으로도 충격을 느낄 수 있었습니다.

다행히 나쁜 일은 없었지만 엔진이 작동되고 충격이 다리 대신 손에 느껴졌다면 반사적으로 팔을 회전하는 팬의 경로에 튕기거나 금속 렌치를 배터리 단자에 떨어뜨렸을 수 있습니다(대형 많은 스파크가 동반된 렌치를 통한 전류의 양).

이것은 전기 안전에 관한 또 다른 중요한 교훈을 보여줍니다. 전류 자체가 신체의 일부를 뛰어오르거나 경련시켜 위험하게 하여 간접적인 부상의 원인이 될 수 있습니다.

전류가 인체를 통과하는 경로는 인체에 ​​얼마나 해로운지를 결정합니다. 전류는 경로에 있는 모든 근육에 영향을 미치며 심장과 폐(횡격막) 근육이 아마도 생존에 가장 중요하기 때문에 가슴을 가로지르는 충격 경로가 가장 위험합니다. 이로 인해 직접적인 충격 전류 경로는 부상 및 사망의 가능성이 매우 높은 모드입니다.

이러한 상황을 방지하려면 한 손만 사용하여 위험한 전압이 흐르는 회로에서 작업하고 다른 한 손은 주머니에 넣어 실수로 아무 것도 만지지 않도록 하는 것이 좋습니다. 물론 항상 전원이 공급되지 않을 때 회로에서 작업하는 것이 더 안전하지만 이것이 항상 실용적이거나 가능한 것은 아닙니다.

한 손 작업의 경우 일반적으로 두 가지 이유로 오른손이 왼손보다 선호됩니다. 대부분의 사람들은 오른손잡이이고(따라서 작업할 때 추가 조정이 가능함) 심장은 일반적으로 흉강의 중앙 왼쪽에 위치합니다.

왼손잡이들에게는 이 조언이 최선이 아닐 수 있습니다. 그러한 사람이 오른손으로 충분히 조정되지 않은 경우, 그 손을 통한 충격 전류가 심장에 더 많은 위험을 줄 수 있더라도 가장 편안하지 않은 손을 사용하여 자신을 더 큰 위험에 처하게 할 수 있습니다. 한 손 또는 다른 손을 통한 충격 사이의 상대적 위험은 아마도 최적의 조정이 아닌 상태에서 작업하는 위험보다 적을 것이므로 작업할 손에 대한 선택은 개인에게 가장 잘 맡겨집니다.

전류가 흐르는 회로의 충격에 대한 가장 좋은 보호는 저항이며 절연 도구, 장갑, 부츠 및 기타 장비를 사용하여 신체에 저항을 추가할 수 있습니다. 회로의 전류는 사용 가능한 전압을 총으로 나눈 함수입니다. 흐름 경로의 저항. 이 책의 뒷부분에서 더 자세히 조사하겠지만 저항은 누적되어 전류가 흐르는 경로가 하나뿐일 때 부가적인 효과를 가집니다.

이제 절연 장갑과 부츠를 착용한 사람의 등가 회로를 볼 수 있습니다.

전류가 부트 및를 통과해야 하기 때문에 본체 및 배터리로 다시 회로를 완성하기 위한 장갑, 결합된 총계(sum ) 이러한 저항 중 개별적으로 고려되는 저항보다 더 큰 정도로 전류의 흐름을 반대합니다.

안전은 전선이 일반적으로 플라스틱 또는 고무 절연체로 덮인 이유 중 하나입니다. 도체와 접촉할 수 있는 사람 또는 무엇이든 간에 저항을 크게 증가시키기 위함입니다.

불행히도, 우발적인 접촉의 경우 안전을 제공하기 위해 절연이 불충분한 전력선 도체를 둘러싸는 것은 엄청나게 비용이 많이 들 것입니다. 따라서 누구도 실수로 선을 만질 수 없도록 해당 선을 손이 ​​닿지 않는 거리에 유지하여 안전을 유지합니다.

검토:

<울>

신체에 대한 피해는 충격 전류의 양에 따라 달라집니다. 더 높은 전압은 더 높고 더 위험한 전류를 생성할 수 있습니다. 저항은 전류에 반대하므로 높은 저항을 충격에 대한 좋은 보호 수단으로 만듭니다.

30 이상의 전압은 일반적으로 위험한 충격 전류를 전달할 수 있는 것으로 간주됩니다.

금속 장신구는 확실히 전기 회로 주변에서 작업할 때 착용하기 좋지 않습니다. 반지, 시계줄, 목걸이, 팔찌 및 기타 장신구는 신체에 우수한 전기적 접촉을 제공하며 낮은 전압에서도 피부 화상을 일으킬 만큼 충분히 전류를 전도할 수 있습니다.

저전압은 너무 낮아서 직접적으로 쇼크 부상을 입힐 수 없더라도 여전히 위험할 수 있습니다. 그들은 피해자를 놀라게 하기에 충분할 수 있으며, 이로 인해 몸을 뒤로 젖히고 가까운 곳에서 더 위험한 것과 접촉하게 할 수 있습니다.

"라이브" 회로에서 작업해야 하는 경우 치명적인 (가슴을 통한) 충격 전류 경로를 방지하기 위해 한 손으로 작업을 수행하는 것이 가장 좋습니다.

옴의 법칙 계산기를 확인하세요.

관련 워크시트:

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옴의 법칙 워크시트와 답변 워크시트

전기 회로에 대한 대수 치환 워크시트