Elektrikle ilgili tehlikelerin ve korunma yöntemlerinin anlaşılması için temel elektrik kavramlarına hakim olmak gerekir. Temel Elektrik Güvenliği Rehberinin ilk adımında Elektrik nedir? Akım, direnç, gerilim nedir? sorularının cevaplarını inceleyecek, elektriğe dair temel bilgilerden bahsedecek ve genel elektrik bilgisi konusunda bir altyapı oluşturacağız.
Bütün cisimler atomlardan oluşur. Atomlar ise çekirdek, çekirdeğin içindeki proton, nötron ve bu yapının çevresinde bir yörünge üzerinde devinim yapan elektronlardan oluşur. Bir elementin tüm özelliklerini taşıyan en küçük yapı taşına atom denir.
Elektrik ise atomun yapısını oluşturan elektron veya proton gibi yüklü parçacıkların mevcudiyetinden kaynaklanan; statik olarak, yüklerin birikimi olarak veya akım olarak ortaya çıkan bir enerji biçimidir. Kısaca elektronların bir konumdan başka bir konuma akışı veya hareketine elektrik denir.
Elektriğin statik elektrik ve dinamik elektrik olmak üzere iki türü mevcuttur.
Bir malzemenin yüzeyinde elektron fazlası veya eksikliği mevcut olduğunda statik elektrik üretilmiş olur. Bu elektrik türü “statik” olarak adlandırılmıştır çünkü statik elektriğin oluştuğu yüzeyin yakınlarında elektronları çekecek ve hareket etmelerine sebep olacak bir başka malzeme yoktur. Ayrıca statik kelimesinin Türkçe karşılığı da “duruk” yani hareket etmeyendir.
Birbirine ters olarak yüklenmiş iki yüzey yakın mesafeye getirildiğinde bir deşarj olayı gerçekleşecek veya kıvılcım oluşacaktır. Özellikle yünlü kıyafetler giydiğimiz zamanlarda saçlarımızın elektriklenmesi, etrafımızdaki diğer insanlara dokunduğumuzda yaşadığımız o küçük çarpılma anları bu durumla ilintilidir.
Dinamik elektrik, elektrik yüklerinin bir iletken aracılığıyla akışına denir. Başka bir deyişle elektrik akımına dinamik elektrik denir. Elektrik akımının ise doğru akım (DC) ve alternatif akım (AC) olmak üzere iki iletim şekli mevcuttur.
Doğru akım (DC), elektronların bir iletkenin başından sonuna doğru iletken boyunca akışı şeklinde gerçekleşir. Doğru akım (DC), sıfırın üstünde sabit bir pozitif değere sahiptir ve alternatif akımın aksine yalnızca bir yönde akar.
Doğru akıma verilebilecek en temel örneklerden biri standart kuru pillerdir. Doğru akımın endüstriyel tesislerde kullanımına örnek olarak elektrikli ekipmanların batarya ile kullanıldığı (örn. forklift) işletmeleri verebiliriz.
Alternatif akım (AC), elektronların kendilerinin akışından ziyade elektronlardaki enerjinin salınım yoluyla bir elektrondan diğer elektrona iletken cisim boyunca iletildiği akım biçimidir. Alternatif akım, manyetik alan içerisinde dönen bir iletken cisim üzerinde indüklenir. Akımın değeri ve iletken üzerindeki akış yönü, iletkenin manyetik akıya göre anlık konumuna bağlıdır.
İletken, manyetik alan içerisinde bir tam tur dönüşünü gerçekleştirdiği sırada, akım önce sıfırdan maksimum değere (pozitif), sonrasında yeniden sıfıra, ardından ters yöndeki maksimum değere (negatif) ve son olarak yeniden sıfıra döner. Bu ifadeden anlaşılacağı üzere, alternatif akımlarda elektrik yükünün akışı periyodik olarak yön değiştirir.
Elektriğin davranışını anlamak için eğimli bir yüzeyde bulunan borudaki suyun yokuştan aşağı akışını düşünelim. Borunun içindeki suyun akışı bir elektrik kablosu üzerinden akan elektrik akımına benzerdir. Su boru boyunca yüksek basınçlı alandan düşük basınçlı bir alana doğru ilerler. Elektrik de benzer bir şekilde iletilir. Elektrik akımları yüksek voltajdan düşük voltaja (düşük dirençli alana) doğru hareket ederler.
Elektrik akımı, elektrik yükünün akışı veya elektrik yükünün akış miktarı olarak tanımlanabilir. Elektrik akımı amper (A) cinsinden ölçülür ve kısaca I sembolü ile gösterilir. Çok küçük akımlar söz konusu olduğunda miliamper (mA) ifadesi ile karşılaşabiliriz.
Boru hattı boyunca basınç farkı arttıkça su akış hızı da artacaktır. Benzer şekilde elektrik kablosu boyunca elektrik potansiyel farkı ne kadar fazla ise akım miktarı da o derece yüksek olacaktır. Elektrik akımının iki nokta arasında hareket etmesini sağlayan elektrik potansiyel farkına voltaj veya gerilim denir. Volt cinsinden ölçülür ve V harfi ile gösterilir.
Borunun içindeki suyun akışı, basınç farkının yanı sıra boru iç yüzeyinin pürüzlerinden ve borunun darlığından etkilenecektir. İç yüzeyde pürüzlü alanlar arttıkça, boru daraldıkça su akışı yavaşlayacak dolayısıyla akan su miktarı azalacaktır. Benzer olarak, maddenin elektriksel iletkenliği ne kadar zayıfsa direnç miktarı artacak dolayısıyla iletilen elektrik miktarı da azalacaktır. Bu iletimin verimini belirleyen şey materyalin sahip olduğu elektrik direncidir.
Bir malzemenin üzerinden elektrik akımının geçişi sırasında akıma karşı gösterdiği mukavemete elektriksel direnç denir. Elektriksel direnç ohm (Ω) olarak ifade edilir ve kısaca R sembolü ile gösterilir. Devre elemanı olarak kullanılan direnç; akıma karşı mukavemet gösterir, devreden geçen akımı sınırlayarak belli bir değerde tutar ve diğer devre elemanlarının çalışmalarını sağlar.
Dirençler kullandığımız tüm elektronik cihazlarda bulunmaktadır ve çok geniş bir kullanım alanına sahiptirler. Dirençlerin kullanımına en temel örneklerden biri ise hepimizin evlerinde kullandığı flamanlı ampullerdir. Elektrik akımı üstünden geçtiği sırada ampul içindeki tel ısınır ve ışık yaymaya başlar.
Elektriğin üç temel kavramı; voltaj (V), akım (I) ve direnç (R) kavramları arasında bir bağıntı mevcuttur. Bu bağıntı elektriğin esas formülü olan Ohm kanunudur. Ohm kanunu elektriğin akışını tanımlar.
V = I × R (volt)
Elektriksel gücü (P) bulmak istersek de aşağıdaki formülü kullanırız,
P = V × I (watt)
Bu temel elektrik formülleri, bir ekipman için doğru boyutta sigorta seçilmesi vb. konularda gerekli olan basit hesaplamaları yapmamızı sağlarlar.
Elektrik akımının; aydınlatma, ısıtma ve güç sağlama gibi işlerimizi yerine getirebilmesi için kaynağından güvenli bir şekilde iletilmesi ve geri dönebilmesi gerektir. Elektriğin iletimi ve kaynağına dönüşünün gerçekleşebilmesi için uygun bir elektrik devresi kurulmalı ve devre kapalı pozisyonda olmalıdır.
Eğitim yıllarında gördüğümüz basit elektrik devresini düşünelim. Anahtarı açtığımızda ampulun çalışmadığı, kapattığımızda ise elektrik akışının gerçekleşerek ampulun yanmaya başladığı bu elektrik devresinde gerçekleşen olay, elektriğin iletilip kaynağına geri dönmesidir. Kaynağa geri dönüş yolunu engellediğimizde elektrik akışı gerçekleşmeyecektir.
Basit elektrik devresini oluşturabilmek için güç kaynağı, direnç, devreyi birleştirebilmek için iletken malzeme ve son olarak devrenin açılıp kapatılmasını sağlayacak bir anahtar yeterli olacaktır. Örneğin; güç kaynağı olarak pil, direnç olarak ampul, iletken malzeme olarak bakır kablo ve açma kapama işlemi için bir elektrik anahtarı kullanılarak temel elektrik devresi kurulabilir.
Elektrik bazı materyallerle diğerlerine nazaran daha iyi iletilir. Elektrik akımının üzerinden kolayca aktığı maddeler iletken madde olarak tanımlanırken elektrik geçirgenliği düşük maddelere yalıtkan denir.
Bunlara ek olarak düşük sıcaklıklarda çok zayıf direnç değerine sahip ve elektriği çok iyi ileten bazı metaller ise süper iletken olarak adlandırılır. Bir maddenin iletken veya yalıtkan özellik göstermesi sahip olduğu özdirenç ile alakalıdır.
İletken maddelerin neredeyse tamamı metallerdir. Örnek olarak bakır iyi bir iletkendir. Yalıtkanlar ise iletkenlerin aksine yüksek dirence ve düşük iletkenliğe sahip olan maddelerdir. Yalıtkanlara kauçuk, cam, ahşap, hava ve plastik malzemeleri örnek olarak gösterebiliriz.
Temel elektrik kavramlarını kaçak akım, kısa devre ve topraklama başlıkları ile sonlandıralım.
Bir elektrik devresinde fazdan giren akım nötrden dönerek devreyi tamamlar. Elektrik akımının üzerinden geçtiği kabloların yıpranması ve izolasyon hataları gibi sebeplerden dolayı iletkenlerin muhafazaları zarar görebilir. Bu durumda nötr üzerinden dönmesi gereken akımlar, devrede üzerinden akım geçmemesi gereken iletken kısımlar (örn. buzdolabının kapısı) üzerinden topraklanarak devreyi tamamlar. Bu duruma elektrik kaçağı, bu akıma ise kaçak akım denir.
Elektrik Tesislerinde Topraklamalar Yönetmeliğinde geçen şekliyle; İşletme elemanının aktif bölümlerinden, işletme yalıtkanı üzerinden aktif olmayan bölümlere, örneğin gövdeye işletme sırasında geçen akıma kaçak akım denir.
Kısa devre, akımın bulunması gereken rotadan saparak çok düşük dirençli bir hat üzerinden devreyi tamamlamasıdır. Kısa devre sonucu oluşan aşırı yüksek akımlar, devrenin yanmasına ve güç kaynağının tahrip olmasına neden olabilir. Besleme devresinde kısa devre gerçekleştiği sırada bir sigorta mevcutsa, sigorta devreyi açarak akımı keser ve devreyi korur.
Elektrik tedariğini sağlayan şirketin iletkenlerinden biri her zaman sağlam bir şekilde toprağa bağlanmıştır. Bunun sebebi, devrede bir arıza durumunda oluşan hata akımının besleme devresinde oluşturması muhtemel hasarı önlemektir.
Hata akımı, düşük dirençli iletken üzerinden doğrudan toprağa iletilir ve besleme devresi korunmuş olur. Bu elektriksel koruma işlemine topraklama denir. İyi ve etkili bir topraklama, elektrik devresinin ve insanların korunması için ciddi önem arz etmektedir.
Temel elektrik bilgilerini ve kavramlarını kısaca aktardık. Bu yazıdaki bilgiler; elektrik tehlikelerini ve elektrik iş güvenliği konusunda alınması gereken önlemleri incelerken neyi neden yaptığımızı anlamamıza yardımcı olacaktır.