آموزش های پایه ای برق

AC یا DC – کدامیک خطرناک‌تر است و چرا؟

AC یا DC کدامیک خطرناک‌تر است و چرا؟

اول از همه به یاد داشته باشید که جریان و ولتاژ AC و DC هر دو خطرناک و کشنده هستند. هر دوی آن‌ها هم دوست و هم دشمن ما هستند، زیرا هرگز در خطرآفرینی خطا نمی‌کنند!

نمایی از AC و DC

شکل ۱ تفاوت بین AC و DC

AC یک قاتل زنجیره‌ای است، زیرا AC با فرکانس کمتر (۵۰ هرتز در اروپا و ۶۰ هرتز در آمریکا) با سطح ولتاژ یکسان خطرناک‌تر از DC است. به عبارت دیگر، ولتاژ AC با مقدار ۲۳۰V (یا ۱۲۰V) خطرناک‌تر از ولتاژ ۲۳۰v DC یا ۱۲۰V DC است. اما به یاد داشته باشید که DC می‌تواند شما را برشته کند. یعنی اگر می‌گوییم AC خطرناک‌تر است منظورمان این نیست که DC با شما بازی می‌کند. آگاه باشید و به هیچکدام اعتماد نکنید.

ولتاژ و جریان AC با فرکانس کم، برای مثال ۵۰ یا ۶۰ هرتز، نسبت به AC با فرکانس بالاتر (مانند ۵۰۰ یا ۶۰۰ هرتز) خطرناک‌تر است. همچنین جریان‌ها و ولتاژ‌های AC سه الی پنج برابر خطرناک‌تر از DC با همان سطح ولتاژ هستند.

ولتاژ و جریان DC، باعث ایجاد یک انقباض تشنج آور می‌شود (یک فرآیند غیر قابل کنترل که در آن ماهیچه‌ها کوتاه‌تر و منقبض‌تر می‌شوند) که باعث می‌شود قربانی از منبع جریان یا ولتاژی که به آن دست زده است پرت شود. ولتاژ و جریان AC باعث ایجاد کزاز عضلات می‌شود (وضعیتی که در آن اسپاسم متناوب و لحظه‌ای ماهیچه رخ می‌دهد)، که به آن همچنین انقباض ماهیچه توسعه یافته نیز گفته می‌شود، و قربانی که با منبع جریان یا ولتاژ AC ارتباط دارد را فریز می‌کند (یا بخش‌هایی از بدن وی را فریز می‌کند).

کدامیک خطرناک تر است

به دلیل طبیعت متناوب رفتار AC، باعث می‌شود نورون‌های تنظیم سرعت قلب وارد حالت رشته‌سازی شود که خطرناک‌تر از DC است. در این حالت یک شوک الکتریک ایجاد شده و به دلیل رشته رشته شدن منجر به ایست قلبی می‌شود. در این حالت، قلب فریز شده با احتمال بیشتری نسبت به قلب رشته شده دوباره می‌تواند به حالت قبلی عادی برگردد. در اینگونه موارد تجهیزات رشته‌زدایی (که واحدهای DC را به بخش رشته‌ای ارسال کرده و قلب را دوباره به حالت عادی برمی‌گردانند) در خدمات اورژانس پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در حالت کلی، تصمیم نهایی به چند فاکتور بستگی دارد، مانند مقاومت بدن انسان، پوست (یا مکان) خشک یا مرطوب، ضخامت پوست، وزن، جنسیت، سن، سطح جریان و ولتاژ، فرکانس و غیره.

اگر سطح حداقل ولتاژ‌های AC و DC را در نظر بگیریم، ۵۰V AC در وضعیت خشک و ۲۵V در وضعیت مرطوب، تا ۱۲۰V DC برای ارتباط مستقیم و غیر مستقیم در تجهیزات الکتریکی ایمن در نظر گرفته می‌شود. ملاحظات فوق و جدول زیر نشان می‌دهد که ولتاژ و جریان AC نسبت به DC خطرناک‌تر است.

برای مثال، برای AC، ایمن‌ترین محدودیت ۵۰V (یا در شرایط مرطوب ۲۵V) است، ولی در DC، محدودیت ایمن ۱۲۰V DC است. برای جریان نیز همین امر صادق است، یعنی جریان‌های کمتری برای ایجاد اثر یکسان بر روی بدن در مقایسه با DC مورد نیاز است. جدول زیر AC و DC و اثرات آن بر روی بدن انسان را نشان می‌دهد.

AC بر حسب mA (50هرتز) DC بر حسب mA اثرات
۰٫۵ – ۱٫۵ ۰٫۴ ادراک
۱٫۳ ۴ – ۱۵ سورپرایز
۳ – ۲۲ ۱۵ – ۸۸ رهاکردن (واکنش)
۲۲ – ۴۰ ۸۰ – ۱۶۰ قفل ماهیچه‌ای
۴۰ – ۱۰۰ ۱۶۰ – ۳۰۰ بلوکه تنفس
بیش از ۱۰۰ بیش از ۳۰۰ معمولاً کٌشنده

همیشه به یاد داشته باشید: جریان می‌کشد نه ولتاژ. اما ولتاژ باید جریان را هدایت کند. یعنی آمپر مسئول شوک الکتریکی است نه ولت.

خطرات شوک الکتریکی بر روی بدن انسان

چرا AC خطرناک‌تر از DC است؟

در ادامه چند دلیل آمده است که نشان می‌دهد AC از DC خطرناک‌تر است.

RMS و مقدار اوج

تغذیه‌ی خانگی ما ۲۳۰V AC (در اروپا) و ۱۲۰V AC (در آمریکا) است. این ولتاژ موثر یا RMS است. یعنی ولتاژ متناوب موجود دارای اثر گرمایی مشابهی با ۲۳۰V DC یا ۱۲۰V DC است.

معادله‌ی جریان متناوب به این صورت است:

V = Vm Sin ω t

 

که در آن:

  • Vm= √۲ VRMS
  • ω = ۲π (f = 50 یا ۶۰ هرتز).

اگر مقادیر را سر جای خود قرار داده و محاسبات ولتاژ را انجام دهیم:

۲۳۰ x √۲ Sin x 2 (3.1415) x 50Hz x t

۲۳۰ x √۲ Sin x 314 x t Volts.

حالا مقدار اوج ولتاژ یا جریان AC را خواهیم دید (این به DC قابل اعمال نیست، که علت آن تناوب شکل موج AC است).

VRMS = VPK /√۲      یا     VRMS = ۰٫۷۰۷ x VPK

همچنین:

IRMS = IPK /√۲      یا     IRMS = ۰٫۷۰۷ x IPK

با استفاده از فرمول فوق، مقدار ولتاژ و جریان اوج AC را به این صورت به دست می‌آوریم:

VPK = √۲ x VRMS      و     IPK = √۲ x IRMS

برای محاسبه مقدار اوج یا حداکثر ولتاژ AC تغذیه‌ی خانگی (که تغذیه در آن ۲۳۰V یا ۱۲۰V است داریم):

VPK = ۰٫۷۰۷ x 230V = 325V AC

یا برای تغذیه‌ی خانگی ۱۲۰V AC می‌شود ۱۷۰V

محاسبات فوق نشان می‌دهد که ولتاژ تغذیه‌ی خانگیِ ۲۳۰V یا ۱۲۰V مقادیر RMS بوده و ولتاژ اوج این مقادیر به ترتیب ۳۲۵V یا ۱۷۰V هستند، یا به عبارت دیگر ۶۵۰V اوج تا اوج و ۳۲۰V اوج تا اوج. در حالیکه مقدار RMS برای DC برابر است با ۲۳۰V یا ۱۲۰V DC. به عبارت دیگر، برای مقادیر یکسان AC و DC، دیده می‌شود که AC مقدار بیشتری به میزان ۳۲۵V  یا ۱۷۰V دارد؛ یعنی بیشتر از آنی است که می‌بینیم، و ولتاژ بیشتر یعنی خطر شوک الکتریکی بیشتر. به صورت خلاصه، جریان یا ولتاژ DC بیشتری برای اعمال اثر خطرناک ولتاژ و جریان AC مورد نیاز است.

ظرفیت خازنی

بدن قربانی مانند یک رسانه عایق بین سیم فاز و زمین عمل می‌کند که باعث ایجاد ظرفیت خازنی می‌شود. اما می‌دانیم که خازن DC را بلوکه کرده و AC را عبور می‌دهد. بیایید به صورت ریاضی ببینیم:

  • فرکانس DC = 0 هرتز
  • فرکانس AC = 50 یا ۶۰ هرتز

مقاومت DC

XC = ۱/۲πfC

اگر فرکانس را صفر در نظر بگیریم، در این صورت راکتانس خازنی (Xc) بی‌نهایت خواهد بود. پس برای همین است که خازن عبور DC را از خود بلوکه می‌کند.

حالا مقاومت AC (که همچنین با نام امپدانس شناخته می‌شود).

امپدانس Z = √ (R2 + XC2)

اگر فرکانس را ۵۰ یا ۶۰ هرتز در نظر بگیریم امپدانس کل (یعنی مقاومت) کاهش پیدا می‌کند. به این صورت، AC می‌تواند به آسانی از خازن عبور کند. یعنی AC نسبت به DC خطرناک‌تر است، زیرا بدن انسان به صورت خازن عمل می‌کند.

به صورت خلاصه، امپدانس و مقاومت در DC کمتر از AC است، زیرا با افزایش فرکانس، امپدانس کاهش پیدا می‌کند. به این صورت، AC در برابر DC آسیب بیشتری وارد می‌کند.

فرکانس

برخی می‌گویند که DC با ولتاژ یکسان نسبت به AC خطرناک‌تر است، زیرا AC چندین بار جهت خود را تغییر می‌دهد (یعنی AC 50 الی ۶۰ بار در ثانیه صفر می‌شود) که علت آن فرکانس است، و قربانی می‌تواند از شوک دوری کند، درحالیکه در DC فرکانسی وجود ندارد.

اکنون اگر فرکانس را ۶۰ یا ۵۰ هرتز در نظر بگیریم، ببینیم AC با چه سرعتی جهت خود را تغییر می‌دهد.

T=1/f

T=1/60Hz=0.20s

این نشان می‌دهد که AC پس از هر ۰٫۲ ثانیه به صفر می‌رسد، ولی ذهن انسان آنقدر سرعت واکنش به شوک الکتریکی نداشته و از منبع ولتاژ به عقب برمی‌گردد.

فرکانس ۵۰ یا ۶۰ هرتز نقش بسیار مهمی در اثر شوک الکتریکی بر روی بدن انسان دارد. برای مثال، ولتاژ کم در حد ۲۵V AC با ۶۰ هرتز خطرناک است (بدن مرطوب و خیس).

توجه: هم جریان و هم ولتاژ DC و AC خطرناک هستند. به سیم‌های فاز دست نزنید. در صورت وجود شوک الکتریکی، سعی کنید تغذیه را قطع کرده و بدن قربانی از منبع دور کنید (به یاد داشته باشید که باید قبل از انجام این کار عایق مناسبی داشته باشید). برای تعمیر و عیب‌یابی تنها از پرسنل حرفه‌ای درخواست کنید. در صورت نیاز، بلافاصله با مقامات محلی تماس بگیرید.

محسن ترابی

مهندس برق قدرت، فوق لیسانس برق قدرت از دانشگاه سراسری یزد، موسس ماه صنعت، متخصص در ژنراتور، دیزل، طراحی و ساخت موتورهای الکتریکی، سنکرون و سیستم های حفاظت الکتریکی به خصوص حفاظت ژنراتور. دارای گواهی ثبت اختراع ساخت موتور PMSM‌ معکوس گرد. هدف از ایجاد این وبسایت و مقالات آن آموزش در راستای توسعه ی صنعت برق کشور عزیزمان ایران می باشد و سعی می کنم مقالات کاربردی در راستای این هدف در وبسایت انتشار بدهم

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا
بستن
بستن