1. Calcul du choc électrique À l’aide du Modèle de circuit du Corps
Lors de la conception de systèmes électriques, l’évaluation de la sécurité doit inclure une évaluation de l’effet du contact humain avec toute pièce ou conducteur métallique ou sous tension pouvant exister.
Dans la mesure du possible, la mise à la terre, l’isolation et la distance physique devraient réduire ou éliminer les risques de choc électrique. Lors de la conception, l’effet du contact avec les conducteurs peut être évalué à l’aide de modèles de circuits électriques du corps humain. De nombreux facteurs influeront sur un tel modèle et divers degrés de complexité du modèle en fonction de l’application et du niveau de risque potentiel qui peut être présent. Cette section présentera une introduction à ce domaine, qui évolue encore au fur et à mesure que de nouvelles recherches sont effectuées et que des techniques de modélisation mathématique plus avancées sont utilisées.
Le modèle de circuit d’un corps humain peut alors être construit sur la base du modèle de peau, des membres et du tronc. La FIGURE 1 montre les modèles de circuits combinés, en supposant une peau sèche avec une surface de contact de 1 cm ^ 2, à partir des exemples précédents pour simuler le contact électrique de la main au pied, à travers le tronc. La FIGURE 2 montre la réduction de circuit de l’exemple de corps à peau sèche. La réduction de circuit est réalisée dans les étapes suivantes :
Étape 1. Combinez des modèles en double. Il existe deux zones de contact cutané identiques. Pour la zone de peau, les résistances,, sont donc en série….
Les capacités en série se combinent par réciprocité :
La même procédure est utilisée pour les deux branches identiques.
Étape 2. Convertir des circuits parallèles en circuits série, de sorte que tous les éléments résistifs et capacitifs puissent être résumés pour tous les éléments…
FIGURE 1 Modèle de circuit de conduction main-pied, avec peau sèche.
FIG 2 Circuit de réduction de l’impédance du corps humain avec une peau sèche.
L’admittance totale de l’élément est calculée à partir de la conductance et de la susceptibilité.
e. 1
…où et L’admittance est convertie en impédance.
e.2
L’impédance est décomposée en deux éléments en série.
e3
e.4
étape 3. Les éléments de la série sont additionnés.
e5
e. 6
e. 7
e.8
étape 4. Un circuit équivalent parallèle est également créé.
e. 9
e.10
e11
Cette évaluation montre que l’effet capacitif est minime, car…
Le modèle peut être utilisé pour simuler les effets d’un choc électrique. Avec 120V AC appliqué, le courant est…
C’est ce qui produit le « picotement » lorsque le câblage de la maison est touché par inadvertance.
La FIGURE 3 montre la réduction du circuit de l’exemple de corps à peau humide, en supposant que la résistance de la peau est nulle, ce qui fait du seul facteur la résistance interne du corps. Avec 120 V AC appliqué, le courant est
Le courant à ce niveau peut provoquer une fibrillation ventriculaire et une mort possible.
FIG 3 Réduction du circuit de l’impédance du corps humain avec une peau humide.
2. Réponse en fréquence du Corps humain
En utilisant le modèle de circuit développé, les inductances peuvent être ajoutées en tant qu’éléments en série avec les résistances, et l’effet de fréquence variable peut être trouvé. Poursuivant l’exemple précédent, des inductances avaient été trouvées pour les membres et le tronc :
Les résistances et capacités étaient Le circuit équivalent d’une partie du corps, y compris l’inductance, est représenté sur la FIGURE 4.
FIGURE 4 Circuit équivalent d’une partie de corps.
L’impédance en fonction de la fréquence peut être calculée comme e.12
Pour le tronc, , et, et la résonance n’existe pas. Pour le membre,, et, et la résonance n’existe pas. La valeur maximale de résistance pour laquelle la résonance existe est…
e18
e.19.
Pour le tronc, pour le membre.
Ces résistances sont bien inférieures aux valeurs typiques du corps humain. Les diagrammes d’amplitude et d’angle d’impédance sont représentés sur les figures 5 et 6. Pour toutes les fréquences de la gamme kilohertz, comprenant la fréquence de puissance et ses harmoniques, la résistance est la seule valeur de circuit à utiliser. Compte tenu de l’impédance de la peau, la peau consiste en une résistance en parallèle avec une capacité, ainsi qu’une résistance en série. L’impédance peut être calculée comme e. 20
Dans l’exemple de calcul, les résistances et la capacité étaient…
Les courbes d’amplitude et d’angle d’impédance sont représentées sur les figures 7 et 8. Pour toutes les fréquences de la gamme kilohertz, comprenant la fréquence de puissance et ses harmoniques, la résistance est la seule valeur de circuit à utiliser. Il y a un pôle de circuit à Ceci est bien en dessous de la fréquence de puissance normale.
Le modèle de circuit pour l’ensemble du corps, y compris la résistance, la capacité et l’inductance, peut alors être construit. La résonance étant impliquée, la méthode de réduction de circuit série-parallèle utilisée pour les éléments de résistance ne modélisera pas correctement la réponse en fréquence.
Par conséquent, l’approche consistant à additionner les modèles de circuits équivalents sera utilisée.
FIGURE 5 Diagrammes d’impédance par rapport à la fréquence pour le tronc et le membre.
FIGURE 6 Courbes d’angle de phase par rapport à la fréquence pour le tronc et le membre.
FIGURE 7 Diagramme d’impédance par rapport à la fréquence pour la peau.
FIGURE 8 Graphique de l’angle de phase par rapport à la fréquence pour la peau.
e.21
L’impédance totale du corps pour les basses fréquences est la somme des résistances
e.22
L’impédance totale du corps pour les hautes fréquences est le double de la résistance de la peau, car les résistances en parallèle avec les condensateurs sont contournées:
e.23
L’impédance interne du corps pour les basses fréquences les fréquences sont la somme des résistances…
f.24
L’impédance interne du corps pour les hautes fréquences est nulle, car les résistances en parallèle avec les condensateurs sont contournées:
e. 25
Cependant, cela est contrecarré par l’effet de peau, qui n’est pas inclus dans ce modèle, de sorte qu’aux hautes fréquences, les impédances internes du corps ne sont pas prises en compte. Les résultats sont présentés sur les figures 9 et 10. Comme le montre le plongeon dans le diagramme d’angle, il y a des pôles système pour les membres à e. 26
Pour l’exemple considéré, …
Il y a des pôles système pour le tronc à e.27 Pour l’exemple considéré,
FIG 9 Amplitude d’impédance totale du corps (ZBS) et impédance interne du corps (ZB) en fonction de la fréquence. PTN est le pôle de tronc négatif à 18 kHz.
FIG 10 Angle d’impédance totale du corps (ZBS) et impédance interne du corps (ZB) en fonction de la fréquence. PTN est le pôle de tronc négatif à 18 kHz.