Elektrikli cihazlar, elektriğin geçtiği canlı kısımlar ve bu canlı kısımlardan ayrılmış yalıtkan bir gövdeden oluşurlar. Canlı kısımlar, cihazın işlevini yerine getirmek için L1, L2, L3 gibi fazların ve/veya nötrün geçtiği bölümdür. Canlı kısımlara dokunulmasına direkt dokunma denir. Bir canlı, cihazın canlı kısımlarıyla temas ederse elektrik şokuna (elektrik çarpması) maruz kalır. Elektrik şoku bir canlının üzerinden akım akması durumudur. Direkt dokunmaya örnek olarak şunlar verilebilir: Bir elektrik panosunda gerilim altındaki baraya dokunmak, izolesi soyulmuş kablonun gerilim altındaki bakır bölümüne dokunmak ya da yerinden çıkmış bir prizin canlı bakır kısımlarına dokumak. Direkt dokunmanın yaratacağı elektrik şokuna mani olmak için birçok elektrik cihazında, canlı kısımları izole eden yalıtkan bir gövde bulunur. Trafo, elektrik panosu gibi elektrik tesislerinin olduğu yerlerde de yetkili olmayan personelin girmesini engellemek için kilit ve uyarı levhaları bulunur.
Yalıtkan gövdeye dokunduğumuzda üzerimizden bir akım akmayacağı için elektrik şokuna uğramayız. Ancak cihaz içinde yaşanabilecek bir arıza sonucu cihazın yalıtkan gövdesi delinip canlı bölümlerle temas edebilir. Buna elektrik kaçağı denir. Elektrik kaçağı sonucu cihazın gövdesi gerilim altında kalır. Bu durumda cihazın gövdesine dokunarak da elektrik şokuna kapılabiliriz. Bu duruma, doğrudan dokunma denir. Doğrudan dokunmaya örnek olarak şunlar verilebilir: Bir matkabın izolasyonunun bozulması sonucu tuttuğumuz yerde gerilim oluşması ve buna dokunmamız. Buzdolabı, fırın, tost makinesi gibi ev aletlerinde yalıtkan yapının bozulması sonucu gövdede gerilim oluşması ve buna dokunmamız. Elektrik kablo kanallarındaki kablolardan birinin izolasyonunun bozulması sonucu canlı ucun kanala temas etmesi ve gerilim altında kalan kablo kanalına dokunmamız.
Elektrik kaçağı durumlarında elektrik şokuna maruz kalmamak önemlidir. Can güvenliğimizi sağlamak ve elektrik kaçağı nedenli yangına mani olmak için topraklama yapılır. Topraklamada cihazda bir elektrik kaçağı yaşanması durumunda, kaçak elektrik düşük dirençli topraklama hattı üzerinden toprağa akıtılır. Elektrik kaçağı olan bir cihazın gövdesine bir insan dokunsa bile elektrik akımının büyük bir kısmı direnci küçük olan toprak hattı üzerinden akacaktır.
Topraklamanın doğrudan dokunma sırasındaki etkisini matematiksel bir örnekle açıklamaya çalışalım:
Yukarıda TT topraklama yapılmış bir tesisten basitleştirilmiş bir örnek bulunuyor.
RB: İşletme topraklaması direnci
RA: Koruma topraklaması direnci
RPE: Koruma iletkeni direnci
RK: İnsan vücudu direnci
IF: Arıza hat akımı
IPE: Koruma iletkeni üzerinden akan akım
IK: İnsan üzerinden akan akım
UF: Hata gerilimi
UB: Dokunma gerilimi
Örneğimizde elektrikli bir cihaz monofaze 230V gerilim ile 16A bir sigorta üzerinden besleniyor. Elektrikli cihazın üzerindeki yalıtımın delindiğini, gövdesindeki metal bölümde gerilim oluştuğunu ve bu sırada gövdeye bir insanın dokunduğunu varsayalım.
RB = 2Ω | RA = 7,9Ω | RPE = 0,1Ω için UB dokunma gerilimi ve IK insan üzerinden akan akımı hesaplayalım:
Bunun için yukarıdaki durumun eşdeğer devresini oluşturalım:
RK insan vücudu direnci 1000Ω alıyoruz.
Paralel bağlı RPE 0,1Ω ve RK 1000Ω un eşdeğeri yaklaşık olarak 0,1Ω olacaktır.
(0,1 * 1000) / (0,1 + 1000) = 0,1Ω
UF geriliminin olduğu bölümdeki direnç 0,1Ω + 7,9Ω = 8Ω olacaktır. RB 2Ω dur. Seri bağlı dirençlerde gerilim dirençle doğru orantılı olarak bölünür. Bu durumda
UF = (8Ω / (2Ω + 8Ω)) * 230V = 184V
UB = (0,1Ω / 8Ω) * 184V = 2,3V
IF = UF / R = 184V / 8Ω = 23A
IK = UB / RK = 2,3V / 1000Ω = 2,3mA
Görüldüğü gibi; PE koruma iletkeni ve TT topraklama sistemi sayesinde doğrudan dokumada oluşan dokunma gerilimi 2,3V ve insan üzerinden akan akım sadece 2,3mA. Dokuma gerilimi 50V’un altında. İnsan üzerinden akan akım da 10mA’in altında. İnsan için tehlike oluşturacak bir durum yok.
Şimdi de koruma topraklaması yapılmamış olsaydı ne olurdu, ona bakalım: Bu durumda RPE koruma iletkeni olmazdı. Hata akımı seri bağlı RB, RA, RK dirençleri üzerinden akardı.
Reş = 2Ω + 7,9Ω + 1000Ω = 1009,9Ω
IK = 230 / 1009,9Ω = 0,23A = 230mA
Görüldüğü gibi koruma topraklaması olmasaydı insan üzerinden akacak akım 230mA gibi yüksek bir değer olurdu. Bu durum, devreyi uygun zamanda kesecek bir devre elemanı (kaçak akım anahtarı) olmadığı durumlarda insan için ölümcül olurdu.
