1. Beregning af elektrisk stød ved hjælp af Kredsløbsmodellen for kroppen
når elektriske systemer konstrueres, skal sikkerhedsvurderingen omfatte en vurdering af virkningen af menneskelig kontakt med eventuelle metalliske eller strømførende dele eller ledere.
når det er muligt, bør jordforbindelse, isolering og fysisk afstand reducere eller eliminere farerne ved elektrisk stød. Under designet kan effekten af kontakt med ledere evalueres ved hjælp af elektriske kredsløbsmodeller af menneskekroppen. Der vil være mange faktorer, der påvirker en sådan model, og varierende grad af kompleksitet af modellen afhængigt af anvendelsen og niveauet af potentiel risiko, der kan være til stede. Dette afsnit vil præsentere en introduktion til dette felt, som stadig udvikler sig, når ny forskning udføres, og mere avancerede matematiske modelleringsteknikker anvendes.
kredsløbsmodellen for en menneskelig krop kan derefter konstrueres på basis af hudmodellen, lemmerne og bagagerummet. Figur 1 viser de kombinerede kredsløbsmodeller, forudsat tør hud med kontaktområde på 1 cm^2 , fra de foregående eksempler for at simulere den elektriske kontakt fra hånd til fod gennem bagagerummet. Figur 2 viser kredsløbsreduktionen af eksempellegemet med tør hud. Kredsløbsreduktionen udføres i følgende trin:
Trin 1. Kombiner duplikatmodeller. Der er to identiske områder af hudkontakt. For hudområdet er modstandene,, således i serie….
kapacitanserne i serie kombineres med reciprocals:
den samme procedure anvendes til de to identiske lemmer.
Trin 2. Konverter parallelle kredsløb til seriekredsløb, så alle resistive og kapacitive elementer kan opsummeres for alle elementer …
figur 1 Kredsløbsmodel af hånd-til-fod ledning, med tør hud.
FIG 2 kredsløb reduktion af menneskelige krop impedans med tør hud.
den samlede optagelse af elementet beregnes ud fra konduktansen og susceptansen.
e.1
…hvor og adgangen konverteres til impedans.
e.2
impedansen er opdelt i to serieelementer.
e3
e.4
trin 3. Serieelementerne er opsummeret.
e5
e.6
e.7
e.8
trin 4. Der oprettes også et parallelt ækvivalent kredsløb.
e.9
e.10
e11
denne evaluering viser, at den kapacitive effekt er minimal, da…
modellen kan bruges til at simulere virkningerne af elektrisk stød. Med 120V AC anvendt er strømmen …
dette er, hvad der producerer “tingle”, når husledninger berøres utilsigtet.
figur 3 viser kredsløbsreduktionen af eksempellegemet med våd hud, forudsat at hudmodstanden er nul, hvilket gør den eneste faktor til den indre kropsmodstand. Med 120 V AC påført er strømmen
strøm på dette niveau kan forårsage ventrikelflimmer og mulig død.
FIG 3 kredsløb reduktion af menneskelige krop impedans med våd hud.
2. Frekvensrespons af den menneskelige krop
ved hjælp af den udviklede kredsløbsmodel kan induktanserne tilføjes som elementer i serie med modstandene, og effekten af varierende frekvens kan findes. Fortsat det foregående eksempel var der fundet induktanser for lemmerne og bagagerummet:
modstandene og kapacitanserne var det ækvivalente kredsløb for en kropsdel, inklusive induktans, er vist i FIG 4.
FIG 4 ækvivalent kredsløb af en kropsdel.
impedansen som funktion af frekvens kan beregnes som e.12
for stammen, og , og resonans findes ikke. For lemmer, , og , og resonans findes ikke. Den maksimale værdi af modstand, for hvilken resonans eksisterer, er…
e18
e.19.
til bagagerummet , til lemmerne.
disse modstande ligger langt under typiske værdier for den menneskelige krop. Impedansstørrelsen og vinkelplottene er vist i figur 5 og 6. For alle frekvenser i kilohertsområdet, der består af effektfrekvensen og dens harmoniske, er modstanden den eneste kredsløbsværdi, der skal bruges. I betragtning af hudimpedansen består huden af en modstand parallelt med en kapacitans sammen med en seriemodstand . Impedansen kan beregnes som e.20
i eksempelberegningen var modstandene og kapacitansen …
impedansstørrelsen og vinkelplottene er vist i Figur 7 og 8. For alle frekvenser i kilohertsområdet, der består af effektfrekvensen og dens harmoniske, er modstanden den eneste kredsløbsværdi, der skal bruges. Der er en kredsløbspol ved dette er langt under den normale effektfrekvens.
kredsløbsmodellen for hele kroppen, inklusive modstand, kapacitans og induktans, kan derefter konstrueres. Fordi resonans er involveret, vil den serie-parallelle kredsløbsreduktionsmetode, der anvendes til modstandselementerne, ikke korrekt modellere frekvensresponsen.
derfor vil fremgangsmåden til opsummering af de ækvivalente kredsløbsmodeller blive brugt.
FIG 5 impedans versus frekvens plots for stammen og lemmer.
FIG 6 fase vinkel versus frekvens plots for stammen og lemmer.
FIG 7 impedans versus frekvens plot for huden.
FIG 8 fase vinkel versus frekvens plot for huden.
e.21
den samlede kropsimpedans for lave frekvenser er summen af modstandene
e.22
den samlede kropsimpedans for høje frekvenser er dobbelt så høj hudmodstand, da modstandene parallelt med kondensatorer omgåes:
e.23
den indre kropsimpedans for for lave frekvenser er summen af modstandene…
e.24
den indre kropsimpedans for høje frekvenser er nul, da modstandene parallelt med kondensatorer omgåes:
e.25
dette modvirkes imidlertid af hudeffekten, som ikke er inkluderet i denne model, således at der ved høje frekvenser ikke tages hensyn til interne kropsimpedanser. Resultaterne er vist i figur 9 og 10. Som det ses af dip i vinkelplottet, er der systempoler til lemmerne ved e.26
for det eksempel, der overvejes, …
der er systempoler til bagagerummet ved e.27 for det eksempel, der overvejes,
figur 9 Total kropsimpedans størrelse (SBS) og indre kropsimpedans (SB) versus frekvens. PTN er den negative trunk pol ved 18 KHS.
figur 10 Total kropsimpedans vinkel (SBS) og indre kropsimpedans (SB) versus frekvens. PTN er den negative trunk pol ved 18 KHS.