1. Beregning Av Elektrisk Støt Ved Hjelp Av Kretsmodellen Til Karosseriet
når elektriske systemer utformes, skal sikkerhetsevalueringen omfatte en vurdering av effekten av menneskelig kontakt med eventuelle metalliske eller energiserte deler eller ledere som måtte eksistere.
når det er mulig, bør jording, isolasjon og fysisk avstand redusere eller eliminere farene ved elektrisk støt. Under utformingen kan effekten av kontakt med ledere evalueres ved hjelp av elektriske kretsmodeller av menneskekroppen. Det vil være mange faktorer som påvirker en slik modell, og varierende grad av kompleksitet i modellen avhengig av applikasjonen og nivået av potensiell risiko som kan være tilstede. Denne Delen vil presentere en introduksjon til dette feltet, som fortsatt utvikler seg etter hvert som ny forskning utføres og mer avanserte matematiske modelleringsteknikker brukes.
kretsmodellen til en menneskekropp kan da konstrueres på grunnlag av hudmodellen, lemmer og stammen. FIG 1 viser de kombinerte kretsmodellene, forutsatt tørr hud med kontaktområde på 1 cm^2, fra de forrige eksemplene for å simulere den elektriske kontakten fra hånd til fot, gjennom stammen. FIG 2 viser kretsreduksjonen av eksempelkroppen med tørr hud. Kretsreduksjonen utføres i følgende trinn:
Trinn 1. Kombiner dupliserte modeller. Det er to identiske områder av hudkontakt. For hudområdet er motstandene,, i serie, således….
kapasitansene i serie kombineres med gjensidige:
samme prosedyre brukes for de to identiske lemmer.
Trinn 2. Konverter parallelle kretser til seriekretser, slik at alle resistive og kapasitive elementer kan oppsummeres for alle elementer …
FIG 1 Kretsmodell av hånd-til-fot ledning, med tørr hud.
FIG 2 Krets reduksjon av menneskekroppen impedans med tørr hud.
den totale adgang av elementet er beregnet ut fra konduktans og susceptance.
e.1
…hvor og adgang konverteres til impedans.
e.2
impedansen er brutt ut i to serieelementer.
e3
e. 4
trinn 3. Serieelementene er oppsummert.
e5
e.6
e.7
e.8
trinn 4. En parallell ekvivalent krets er også opprettet.
e.9
e. 10
e11
denne evalueringen viser at den kapasitive effekten er minimal, da…
modellen kan brukes til å simulere effekten av elektrisk støt. MED 120v AC påført, er strømmen…
Dette er det som produserer «tingle» når husledninger berøres utilsiktet.
FIG 3 viser kretsreduksjonen av eksempelkroppen med våt hud, forutsatt at hudmotstanden er null, noe som gjør den eneste faktoren den indre kroppsmotstanden. Med 120 V AC påført, er strømmen
Strøm på dette nivået kan forårsake ventrikulær fibrillering og mulig død.
FIG 3 Krets reduksjon av menneskekroppen impedans med våt hud.
2. Frekvensrespons Av Menneskekroppen
Ved hjelp av kretsmodellen utviklet, kan induktansene legges til som elementer i serie med motstandene, og effekten av varierende frekvens kan bli funnet. Fortsetter forrige eksempel, induktanser hadde blitt funnet for lemmer og stammen:
motstandene og kapasitanser var ekvivalent krets av en kroppsdel, inkludert induktans, er vist I FIG 4.
FIG 4 Ekvivalent krets av en kroppsdel.
impedansen som en funksjon av frekvens kan beregnes som e.12
for stammen, , og , og resonans eksisterer ikke. For lem,, og, og resonans eksisterer ikke. Den maksimale verdien av motstand som resonans eksisterer er…
e18
e.19.
for stammen, for lemmen.
disse motstandene er godt under typiske verdier for menneskekroppen. Impedansens størrelse og vinkel er vist i Figur 5 og 6. For alle frekvenser i kilohertz-området, bestående av strømfrekvensen og dens harmoniske, er motstanden den eneste kretsverdien som må brukes. Med tanke på hudimpedansen består huden av en motstand parallelt med en kapasitans, sammen med en seriemotstand . Impedansen kan beregnes som e.20
i eksempelberegningen var motstandene og kapasitansen …
impedansens størrelse og vinkelplott er vist i Figur 7 og 8. For alle frekvenser i kilohertz-området, bestående av strømfrekvensen og dens harmoniske, er motstanden den eneste kretsverdien som må brukes. Det er en krets pol På dette er godt under normal strømfrekvens.
kretsmodellen for hele kroppen, inkludert motstand, kapasitans og induktans, kan deretter konstrueres. Fordi resonans er involvert, vil serie-parallell kretsreduksjonsmetoden som brukes for motstandselementene, ikke modellere frekvensresponsen riktig.
derfor vil tilnærmingen til å summere ekvivalente kretsmodeller bli brukt.
FIG 5 Impedans versus frekvens tomter for stammen og lem.
FIG 6 Fasevinkel versus frekvensplott for trunk og lem.
FIG 7 Impedans versus frekvens plot for huden.
FIG 8 Fasevinkel versus frekvensplott for hud.
e.21
total kroppsimpedans for lave frekvenser er summen av motstandene
e.22
total kroppsimpedans for høye frekvenser er to ganger hudmotstanden, da motstandene parallelt med kondensatorer blir omgått:
e.23
den indre kroppen impedans for lave frekvenser er summen av motstandene…
e.24
den interne kroppsimpedansen for høye frekvenser er null, da motstandene parallelt med kondensatorer blir omgått:
e. 25
dette motvirkes imidlertid av hudeffekten, som ikke er inkludert i denne modellen, slik at ved høye frekvenser ikke interne kroppsimpedanser vurderes. Resultatene er vist i Figur 9 og 10. Som det fremgår av dip i vinkelplottet, er det systempoler for lemmer ved e.26
for eksemplet som vurderes, …
Det er systempoler for stammen ved e.27 for eksempel som vurderes,
FIG 9 Total kroppsimpedansstørrelse (ZBS) og intern kroppsimpedans (ZB) versus frekvens. PTN ER den negative stammen på 18 kHz.
FIG 10 Total kroppsimpedansvinkel (ZBS) og intern kroppsimpedans (ZB) versus frekvens. PTN ER den negative stammen på 18 kHz.