1. Sähköiskun laskeminen käyttämällä Korin Piirimallia
, kun sähköjärjestelmiä suunnitellaan, turvallisuusarvioon on sisällyttävä arviointi ihmisen kosketuksesta mahdollisiin metallisiin tai jännitteisiin osiin tai johtimiin.
maadoituksen, eristyksen ja fyysisen etäisyyden tulisi mahdollisuuksien mukaan vähentää tai poistaa sähköiskun vaarat. Suunnittelun aikana kontaktin vaikutusta johtimiin voidaan arvioida ihmiskehon virtapiirimallien avulla. Malliin vaikuttaa monia tekijöitä, ja mallin monimutkaisuus vaihtelee riippuen sovelluksesta ja mahdollisen riskin tasosta. Tässä jaksossa esitellään tämän alan esittely, joka kehittyy edelleen, kun tehdään uutta tutkimusta ja käytetään kehittyneempiä matemaattisia mallinnustekniikoita.
ihmisruumiin piirimalli voidaan tällöin rakentaa ihomallin, raajojen ja rungon pohjalta. Kuvassa 1 esitetään yhdistetyt piirimallit, olettaen kuivan ihon kosketuspinta-ala 1 cm^2 , edellisistä esimerkeistä sähköisen kosketuksen simuloimiseksi kädestä jalkaan, rungon läpi. Kuvassa 2 esitetään esimerkkirungon piirin vähentäminen kuivalla iholla. Piirin reduktio suoritetaan seuraavissa vaiheissa:
Vaihe 1. Yhdistä päällekkäisiä malleja. Ihokosketuksessa on kaksi samanlaista aluetta. Ihon alueella, vastukset,, ovat sarjassa, näin….
sarjojen kapasitanssit yhdistyvät vastavuoroisesti:
samaa menettelyä käytetään kahdelle identtiselle raajalle.
Vaihe 2. Muunna rinnakkaispiirit sarjapiireiksi, jotta kaikki resistiiviset ja kapasitiiviset elementit voidaan laskea yhteen kaikkien elementtien osalta …
kuva 1 piiri malli kädestä jalkaan johtuminen, kuiva iho.
kuva 2 ihmiskehon impedanssin vähentäminen kuivalla iholla.
alkuaineen kokonaisadmittanssi lasketaan konduktanssista ja suskeptanssista.
e. 1
…missä ja admittanssi muunnetaan impedanssiksi.
e. 2
impedanssi jakautuu kahteen sarja-alkuaineeseen.
e3
e. 4
Vaihe 3. Sarjan elementit on summattu yhteen.
e5
e. 6
e. 7
e. 8
Vaihe 4. Luodaan myös rinnakkainen ekvivalenttipiiri.
e. 9
e.10
e11
tämä arviointi osoittaa, että kapasitiivinen vaikutus on minimaalinen, koska…
mallia voidaan käyttää simuloimaan sähköiskun vaikutuksia. Kun käytössä on 120V vaihtovirtaa, virta on…
tämä saa aikaan ”kihelmöinnin”, kun talon johdotusta kosketetaan epähuomiossa.
kuvassa 3 esitetään esimerkkirungon piirin vähentäminen märällä iholla, olettaen, että ihon kestävyys on nolla, jolloin ainoa tekijä on kehon sisäinen vastus. 120 V AC: n ollessa käytössä virta on
Virta tällä tasolla voi aiheuttaa kammiovärinän ja mahdollisen kuoleman.
kuva 3 ihmiskehon impedanssin vähentäminen märällä iholla.
2. Ihmiskehon taajuusvaste
kehitetyn piirimallin avulla induktansseja voidaan lisätä elementteinä sarjaan vastusten kanssa, ja vaihtelevan taajuuden vaikutus löytyy. Jatkaen edellistä esimerkkiä, raajoille ja rungolle oli löydetty induktansseja:
vastukset ja kapasitanssit olivat ruumiinosan vastaava piiri, Induktanssi mukaan lukien, on esitetty kuvassa 4.
kuva 4 Korin osan vastaava piiri.
impedanssi taajuuden funktiona voidaan laskea arvolla e.12
rungolle,, ja, ja resonanssia ei ole olemassa. Sillä osa,, ja, ja resonanssi ei ole olemassa. Suurin arvo vastus, jolle resonanssi on olemassa on…
e18
e.19.
rungolle, raajalle.
nämä vastukset ovat selvästi ihmiskeholle tyypillisten arvojen alapuolella. Impedanssin suuruus-ja kulmakäyrät on esitetty kuvioissa 5 ja 6. Kaikilla kilohertsin taajuuksilla, jotka koostuvat tehotaajuudesta ja sen yliaalloista, vastus on ainoa piirin arvo, jota on käytettävä. Ottaen huomioon ihon impedanssi, iho koostuu resistanssi rinnakkain kapasitanssi, yhdessä sarjan vastus . Impedanssi voidaan laskea e.20
esimerkkilaskennassa vastukset ja kapasitanssi olivat …
impedanssin suuruus-ja kuvakäyrät on esitetty kuvioissa 7 ja 8. Kaikilla kilohertsin taajuuksilla, jotka koostuvat tehotaajuudesta ja sen yliaalloista, vastus on ainoa piirin arvo, jota on käytettävä. On piiri napa tällä on selvästi alle normaalin tehotaajuuden.
voidaan tällöin konstruoida koko kappaleen piirimalli, johon kuuluvat resistanssi, kapasitanssi ja induktanssi. Koska resonanssi on mukana, vastuselementeille käytetty sarja-rinnakkainen piirien pelkistysmenetelmä ei mallita taajuusvastetta oikein.
näin ollen käytetään lähestymistapaa, jossa ekvivalentit piirimallit lasketaan yhteen.
kuva 5 impedanssi vs. taajuus tontteja rungon ja raajan.
kuva 6 rungon ja raajan vaihekulma vs. taajuuskäyrät.
kuva 7 impedanssi vs. taajuus tontti iholle.
kuva 8 vaihekulma vs. taajuusalue iholle.
e.21
matalien taajuuksien kokonaisimpedanssi on vastusten summa
e.22
korkeilla taajuuksilla kokonaisimpedanssi on kaksinkertainen ihon resistanssiin verrattuna, koska kondensaattoreiden kanssa rinnakkain olevat vastukset ohitetaan:
e.23
kehon sisäinen impedanssi matalilla taajuuksilla on vastusten summa…
e.24
korkeilla taajuuksilla kehon sisäinen impedanssi on nolla, koska kondensaattoreiden kanssa rinnakkaiset resistanssit ohitetaan:
e.25
tätä kumoaa kuitenkin tähän malliin kuulumaton ihovaikutus, joten korkeilla taajuuksilla kehon sisäisiä impedansseja ei oteta huomioon. Tulokset on esitetty kuvioissa 9 ja 10. Kuten dipistä kulmakaaviossa näkyy, raajoille on järjestelmäpaaluja kohdassa E.26
tarkasteltavana olevalle esimerkille …
on järjestelmäpaaluja rungolle kohdassa e.27 tarkasteltavana olevasta esimerkistä,
kuva 9 kehon kokonaisimpedanssin suuruus (ZBS) ja sisäinen kehon impedanssi (ZB) vs. taajuus. PTN on negatiivinen runkopylväs 18 kHz: n taajuudella.
kuva 10 kehon kokonaisimpedanssikulma (ZBS) ja sisäinen kehon impedanssi (ZB) vs. taajuus. PTN on negatiivinen runkopylväs 18 kHz: n taajuudella.