Doğru akımın - DC (Direct Current) - zamanla şiddeti ve yönünü değişmezken, alternatif akımın - AC (Alternating Current) - zamanla yönü ile şiddeti değiştirir ve belli bir frekansa sahiptir. Aynı seviyelerdeki Alternatif Akım, Doğru Akımdan daha tehlikelidir.  Düşük frekanslı AC akım ise yüksek frekanslı AC akımdan daha tehlikelidir.

 

Şekil 1: Alternatif akım ve doğru akımın zamana bağlı büyüklük grafikleri


► İlginizi çekebilir: Elektrik Sistemlerinde Neden 50 Hz Frekansı Kullanılır?

 
 

 

Elektriğin asıl ölümcül özelliğinin akım miktarı olduğunu düşünülür. Buna karşılık, elektrik ile ilgili birçok noktada bulunan uyarı levhalarında, gerilim üzerinden bir tasvir yapılmakta ve aslında öldürücü darbeyi vuranın gerilim olduğu belirtilmektedir. Peki hangisi doğru?

Elektriği hissetmemizin sebebi, dolaylı olarak canımızı acıtan ve hatta ölüme sebep olan, elektrik akımıdır. Elektrik akımı, bir bölgeden geçen yüklü parçacıkların (elektron vb) sayısına verilen isimdir. Genel olarak, elektrik çarpması sonucu oluşacak hasarın şiddetini belirleyecek olan faktörler şöyle sıralanabilir:

► Akım yoğunluğu
► Doku direnci
► Temas süresi

Elektrik ile temas edildiğinde dokularımıza ve organlarımıza zarar veren, yakan ve hatta kalbimizin durmasına neden olan unsur, akım içerisinde bulunan yukarıda bahsedilen yüklü parçacıklar ve daha net anlatım ile bu yüklü parçaların yoğunluğudur. Bunlar, vücut içerisinde hızla yol alırken, farklı dirence sahip dokularda farklı miktarda ısı üretirler ve doku yanmasına neden olurlar. Bu nedenle akımın ne süreyle, hangi dokular üzerinden geçtiği, hasarın miktarını da etkilemektedir.

Bir insan doğru akıma maruz kaldığında, anlık bir şokla kasları kısa ve kasılı hale gelirken enerji tarafından uzağa fırlatılır. Alternatif akıma kapılma durumunda ise, kişinin kaslarında onu hareketsiz bırakacak kasılma ve spazm oluşur. Alternatif akımın sürekli değişen doğası şok durumunda kalpte atriyal fibrilasyona sebep olur. Yani kalbin elektriksel aktivitesinin bozulması sonucu üst kalp kapakçıkları hızlı ve düzensiz atmaya başlar. Bu durum, doğru akımın sebep olduğu kalp durmasından daha tehlikelidir. Çünkü durmuş kalbin normale dönmesi, fibrilasyona uğramış kalpten daha kolaydır. Fibrilasyona uğramış kalp, DC sinyaller gönderen defibrillatör cihazıyla normale döndürülür.
 
Elektriğin canlılara verdiği zarar; maruz kalınan akım veya gerilim değerinin yanı sıra kişinin vücut direnci, cildinin kalınlığı, kilosu, cinsiyeti, yaşı ve bulunduğu yerin ıslak/kuru olması gibi birçok değişkene bağlı olarak farklılık gösterir. Standartlara göre en güvenli gerilim değeri üst sınırları, AC için 50 Volt, DC için nemli ortamda 25 Volt ve kuru ortamda 120 Volt'tur. Bu değerler ortalama insan vücut direncine göre hesaplandığı için kişiden kişiye değişkenlik gösterebilir.


 

Şekil 2: Alternatif akım ve doğru akımın vücuda etkisi

 

Bunlara ek olarak, elektrik akımı ile nasıl temas edildiği de önemlidir; çünkü elektrik akımının şiddetine bağlı olarak kaslar kontrolsüzce kasılacağı için, kasların doğal kasılma yönleri, şoktan kurtulma ihtimalini etkilemektedir. Örneğin avuç içi ile bir elektrik teli kavranacak olursa, bu telden yayılan elektrik nedeniyle el kasları daha da kasılacak ve teli daha da sıkı tutmaya neden olacaktır. Yani şahıs, elektrik çarpıyor olmasına rağmen şoktan kurtulma yönünde hareket edemeyecektir (buna bırakmama olgusu denir). Bu durum, temas süresini arttırarak, ölüm riskini yükseltecektir.

Gerilim, akım üretmek için gereken potansiyel farktır. Daha teknik ifade ile, iki nokta arasında bir test yükünü hareket ettirebilmek için yük başına yapılması gereken iş miktarıdır. Görebileceğiniz gibi, akımın oluşmasını sağlayan unsur, gerilimdir ve eğer gerilim farkı yoksa, elektrik akamaz yani akım oluşamaz.

 

"Gerilim silahtır, akım kurşundur."
 

Dolayısıyla gerilim miktarı da, bir elektrik akımının ölümcül olup olmayacağı hakkında bize bilgi verebilir. En nihayetinde canınızı acıtacak veya sizi öldürecek düzeyde akımın vücudunuzdan geçebilmesi için, yeterince büyük bir gerilim gereklidir. Ayrıca ortalama bir insanın vücut direncini sabit alacak olursanız, gerilim ile akım doğrusal olarak ilişkili olacaktır. Bu durumda, gerilimden söz ederek de risk analizi yapmanız mümkün olacaktır.

Burada önemli nokta, aşırı yüksek gerilimin insan derisinin dielektrik özelliklerini bozabilmesi ve vücut direncini düşürebilmesidir. Bu sayede aynı gerilim ile çok daha yüksek akım üretmek mümkün olur. İnsan vücudu için dielektrik özelliklerin bozunması olayı yaklaşık 600 Volt seviyesinde başlar. İşte tam da bu nedenle birçok elektrikli tel üzerinde gerilim bilgisi verilir; çünkü 600 Volt üzeri gerilim seviyelerinde muhtemelen bireysel özellikleriniz artık önemini tamamen yitirecektir ve üzerinizden, neredeyse kesin olarak kalıcı hasar oluşacak düzeyde elektrik akımı geçecektir.

 

► İlginizi çekebilir: HVDC Nedir? Avantajları ve Dezavantajları Nelerdir?

Yapılan çalışmalara göre, uygun şartlar altında insan vücudu için 0.01 amper (ya da 10 miliamper) alternatif akım bile ölümcül olabilmektedir; fakat birçok durumda bu düzeyde akım ölüme sebep olmayacak ve daha ziyade acı verici bir deneyim olacaktır. Daha realistik olarak bakacak olursak, birçok durumda 100-200 mA (0.1-0.2 A) seviyesindeki alternatif akım "ölüm tehlikesi" olarak nitelendirilmektedir ve yaklaşık 500 mA seviyesinden sonraki alternatif akım seviyelerinde kalbin çalışması mümkün olmayacaktır.

Alternatif akımın frekansı bu sonucu etkileyebilmektedir. Genel olarak, daha hızlı yön değiştiren elektrik akımı daha az etkiye sebep olmaktadır. Doğru akım ile bir kişinin hayatını kaybetmesi pek olası değildir (ancak imkansız da değildir). Buna rağmen, 60-90 mA düzeyindeki doğru akım, ciddi düzeyde acı verebilir ve nefes darlığına sebep olabilir; altta yatan sebepler varsa bunların etkisiyle ciddi sağlık komplikasyonları ve ölüm yaşanabilir. Ancak burada dikkat edilmesi gereken nokta, akımın izlediği yoldur. Yani akımın, vücudunuza hangi noktadan girdiği ve nereden çıktığı (dolayısıyla bu iki nokta arasında akımın nasıl bir yol izlediği) büyük öneme sahiptir. 

Saniyede 50 defa yön değiştiren alternatif akım (AC) kaynaklarından gelecek 1 miliamperlik (mA) elektrik akımını bile hissetmeniz mümkündür. 1 Amper, 1 saniyede akan 1 Coulomb değerindeki yük miktarıdır. 1 miliamper, 1 amperin 1000'de biridir. Bu kadar düşük miktardaki alternatif akımı bile hissetmeniz mümkündür. Ancak doğru akım için bu değer, 1 mA değerinin 5 katı kadardır. Yani 5 mA değerine kadar olan doğru akımı hissetmeniz pek mümkün olmayacaktır.

 

Evlerimize gelen şebeke gerilimi 230 Volt 50 Hz'dir. ABD'de ise şebekeler 120 Volt 60 Hz kullanılmakradır. Elektrik daha az kayba sebep olduğu için AC olarak iletilir ve ihtiyaç durumunda DC forma çevrilebilir. Bahsedilen 230 V, AC olduğu için gerilimin tepe değeri değil, etkin değeridir. Yani tepe değerin 0.707 ile çarpılmış hali RMS (Root Mean Square) değerini verdiğinden tepe değer aslında 325 Volt'tur. Aynı şekilde Amerika’da kullanılan 120 Volt AC'nin tepe değeri 170 Volt'a denk gelmektedir. Halbuki 230 Volt DC, büyüklüğü zamanla değişmediği için hep 230 Volttur.

Etkin değer ısı etkisi ile alakalıdır. Yani bir direnç üzerinden akan akımın DC’de yaptığı işe eşit iş yapan AC değeridir. Periyot için alternatif akımın ortalama değeri sıfırdır.

Kısacası AC gerilimin verdiği zararın aynısını DC ancak daha yüksek gerilimlerde verebilir.    
               

Şekil 3: Etkin (RMS) gerilim formülü

► İlginizi çekebilir: Güç Kalitesi Ölçümündeki Genel Endeksler

 

Kapasitörler DC sinyali bloke ederken AC sinyalin geçmesine izin verir. İnsan vücudu temas noktasıyla yer arasında kapasitör gibi davranarak yalıtım görevi görür. DC akım ve gerilimde frekanstan söz edemediğimiz için formüllerde sıfır olarak alınır. Empedans formülünde DC için frekans sıfır olduğundan empedans değeri sonsuza yakındır. Akım sonsuz dirençten geçmeyeceği için kapasitör doğru akımı geçirmez. AC için durum çok daha farklıdır. Frekansı 50 Hz olan bir AC sinyal için empedans değeri DC’den daha küçüktür. Dolayısıyla kapasitör alternatif akımı geçirir. Hatta frekans değeri arttıkça empedans daha da küçülür ve kapasitör daha çok akım geçirir. Özetle insan vücudunun kapasitör görevi gördüğü durumlarda AC daha tehlikelidir.
 

50 Hertz'lik bir AC sinyal Şekil 4’te görüldüğü gibi her 0,02 saniyede bir döngü tamamlayarak 0 Volt değerini alır. Genellikle, gerilimin sıfır olduğu noktalarda elektrik akımına tutulan kişinin kendini şoktan kurtarabileceğine inanılır fakat insan beyni bu kadar kısa sürede anlık tepki verebilecek kapasitede olmadığından AC akımdan kurtulması dışardan bir müdahale olmadıkça yahut enerji kaynağı kesilmedikçe zordur. Akımın kalpten geçmesi durumunda kalp kasında fibrilasyon oluşmasının sebebi frekanstır. Anlık frekans değişimi kalbin atış ritmini bozduğu için AC, DC’den daha tehlikelidir.
 

 

Şekil 4: 50 Hertz AC sinyal

 
Bu yazıda AC'nin DC’den daha tehlikeli olduğundan bahsettik fakat bu durum kesinlikle DC’nin masum olduğu anlamına gelmemeli. İkisi de insan vücudunda geri dönüşü olmayan hasarlar bırakmasının yanı sıra ölüme sebebiyet verebilir.

 

Kaynak:

► electricaltechnology.org
► electronicsforu.com
► evrimagacı.org