電気的安全性：人体の回路モデル

1. 本体の回路モデルを使用した感電の計算

電気システムを設計する場合、安全性評価には、存在する可能性のある金属または通電部品または導体との

可能な限り、接地、絶縁、物理的距離は感電の危険性を低減または排除する必要があります。設計中、人体の電気回路モデルを使用して導体との接触の影響を評価することができます。そのようなモデルに影響を与える多くの要因、およびアプリケーションおよび存在する可能性のある潜在的なリスクのレベルに応じてモデルの複雑このセクションでは、新しい研究が行われ、より高度な数学的モデリング技術が使用されるにつれて、まだ進化しているこの分野の紹介を紹介します。

人体の回路モデルは、皮膚モデル、手足、体幹に基づいて構築することができます。図1は、手から足への電気的接触をシミュレートするために、前の例から1cm^2の接触面積を持つ乾燥肌を想定した組み合わせ回路モデルを示しています。図2は、乾燥した皮膚を有する例体の回路縮小を示す。回路の削減は、

ステップ1で実行されます。重複したモデルを結合します。皮膚接触の二つの同一の領域があります。従って皮区域のために、抵抗はシリーズに、あります。…

直列の容量は逆数によって結合されます：

同じ手順が2つの同一の手足に使用されます。

ステップ2。並列回路を直列回路に変換して、すべての抵抗素子と容量素子をすべての素子について合計することができます。..

図1手から足への伝導の回路モデル,乾燥肌と.

図2乾燥肌を伴う人体インピーダンスの回路減少。

素子の総アドミタンスは、コンダクタンスとサセプタンスから計算されます。

e.1

。..ここで、アドミタンスはインピーダンスに変換されます。

e.2

インピーダンスは二つの直列要素に分割されます。

e.4

ステップ3。系列要素が合計されます。

e.6

e.7

e.8

ステップ4。並列等価回路も作成されます。

e.9

e.10

e11

この評価は、静電容量効果が最小限であることを示しています。

このモデルを使用して感電の影響をシミュレートできます。 120V ACを印加すると、電流は…

これは、家の配線が誤って触れたときに”うずき”を生成するものです。

図3は、皮膚抵抗がゼロであると仮定して、唯一の要因を内部体抵抗とする、濡れた皮膚を有する例の本体の回路減少を示している。 120V ACを印加すると、電流は

このレベルの電流は心室細動と死の可能性があります。

図3ぬれた皮との人体のインピーダンスの回路の減少。

2. 人体の周波数応答

開発した回路モデルを使用して、インダクタンスを抵抗と直列の素子として追加し、周波数を変化させる効果を見つけることがで前の例に続いて、手足と胴のインダクタンスが見つかりました：

インダクタンスを含む身体部分の等価回路である抵抗と容量を図4に示します。

図4本体部分の等価回路。

周波数の関数としてのインピーダンスはeとして計算できます。12

トランクのために、、および、および共鳴は存在しません。手足のために、、および、および共鳴は存在しません。共振が存在する抵抗の最大値は次のとおりです。..

e18

e.19.

体幹のため、手足のため。

これらの抵抗は人体の典型的な値をはるかに下回っています。インピーダンスの大きさと角度のプロットを図5と図6に示します。電力周波数とその高調波からなるキロヘルツ範囲のすべての周波数について、抵抗は使用する必要がある唯一の回路値です。スキンインピーダンスを考慮すると、スキンインピーダンスは、直列抵抗とともに、静電容量と並列の抵抗から構成されます。インピーダンスはe.20

として計算することができます計算例では、抵抗と容量は次のようになりました。..

インピーダンスの大きさと角度のプロットを図7と8に示します。電力周波数とその高調波からなるキロヘルツ範囲のすべての周波数について、抵抗は使用する必要がある唯一の回路値です。これには回路の極があり、通常の電力周波数をはるかに下回っています。

抵抗、容量、インダクタンスを含むボディ全体の回路モデルを構築することができます。共振が関与しているため、抵抗素子に使用される直並列回路低減法では、周波数応答を正しくモデル化できません。

したがって、等価回路モデルを合計するアプローチが使用されます。

図5胴体と四肢のインピーダンス対周波数プロット。