1. Obliczanie porażenia prądem elektrycznym przy użyciu modelu obwodu ciała
podczas projektowania układów elektrycznych Ocena bezpieczeństwa musi obejmować ocenę wpływu kontaktu człowieka z metalowymi lub pod napięciem częściami lub przewodami, które mogą istnieć.
w miarę możliwości uziemienie, izolacja i fizyczna odległość powinny zmniejszyć lub wyeliminować ryzyko porażenia prądem. Podczas projektowania efekt kontaktu z przewodnikami można ocenić za pomocą modeli obwodów elektrycznych ludzkiego ciała. Będzie wiele czynników, które wpływają na taki model, i różny stopień złożoności modelu w zależności od zastosowania i poziomu potencjalnego ryzyka, które może być obecne. W tej sekcji przedstawimy wprowadzenie do tej dziedziny, która wciąż ewoluuje w miarę wykonywania nowych badań i stosowania bardziej zaawansowanych technik modelowania matematycznego.
model obwodowy ludzkiego ciała można następnie skonstruować na podstawie modelu skóry, kończyn i tułowia. 1 przedstawia modele obwodów połączonych, zakładając suchą skórę o powierzchni kontaktu 1 cm^2 , z poprzednich przykładów w celu symulacji kontaktu elektrycznego z ręki do stopy, przez tułów. Ryc. 2 przedstawia redukcję obwodu przykładowego ciała z suchą skórą. Redukcję obwodu przeprowadza się w następujących krokach:
Krok 1. Połącz zduplikowane modele. Istnieją dwa identyczne obszary kontaktu ze skórą. Dla obszaru skóry, opór,, są w serii, więc….
Kondensatory szeregowo łączą się wzajemnie:
ta sama procedura jest stosowana dla dwóch identycznych kończyn.
Krok 2. Konwertuj obwody równoległe na obwody szeregowe, tak aby wszystkie elementy rezystancyjne i pojemnościowe mogły zostać zsumowane dla wszystkich elementów …
rys. 1 Model przewodnictwa dłoni i stóp z suchą skórą.
rys. 2 Obwód redukujący impedancję ludzkiego ciała przy suchej skórze.
całkowitą admitancję pierwiastka oblicza się na podstawie przewodności i susceptancji.
e.1
…gdzie i admitancja jest konwertowana na impedancję.
e.2
impedancja jest podzielona na dwa elementy szeregowe.
E3
e.4
Krok 3. Elementy serii są sumowane.
E5
e.6
e.7
e.8
Krok 4. Powstaje również równoległy układ równoważny.
e.9
e.10
E11
ta ocena pokazuje, że efekt Pojemnościowy jest minimalny, ponieważ…
model może być użyty do symulacji skutków porażenia prądem elektrycznym. Przy napięciu 120V AC prąd jest …
to powoduje „mrowienie”, gdy okablowanie domu zostanie przypadkowo dotknięte.
3 przedstawia redukcję obwodu przykładowego ciała z mokrą skórą, zakładając, że opór skóry jest zerowy, co czyni jedynym czynnikiem opór wewnętrzny ciała. Przy napięciu 120 V AC prąd wynosi
prąd na tym poziomie może spowodować migotanie komór i ewentualną śmierć.
rys 3 Obwód redukujący impedancję ludzkiego ciała z mokrą skórą.
2. Pasmo przenoszenia ludzkiego ciała
korzystając z opracowanego modelu obwodu, indukcyjność można dodać jako elementy szeregowe z rezystancjami, a efekt o różnej częstotliwości można znaleźć. Kontynuując poprzedni przykład, indukcyjność została znaleziona dla kończyn i tułowia:
rezystancje i pojemnościowe były równoważnym obwodem części ciała, w tym indukcyjności, pokazano na FIG.
4 Obwód równoważny części ciała.
impedancja jako funkcja częstotliwości może być obliczona jako e.12
dla pnia,, i, i rezonans nie istnieje. Dla kończyny,, i, i rezonans nie istnieje. Maksymalna wartość rezystancji, dla której istnieje rezonans jest…
e18
e.19.
na tułów , na kończynę.
te oporności są znacznie poniżej typowych wartości dla ludzkiego ciała. Wielkość impedancji i wykresy kątów przedstawiono na rysunkach 5 i 6. Dla wszystkich częstotliwości w zakresie kiloherców, składających się z częstotliwości mocy i jej harmonicznych, rezystancja jest jedyną wartością obwodu, która musi zostać użyta. Biorąc pod uwagę impedancję skóry, skóra składa się z oporu równolegle z pojemnością, wraz z opornością szeregową . Impedancję można obliczyć jako e. 20
w przykładowym obliczeniu były rezystancje i pojemność …
wielkość impedancji i kąty Wykresów przedstawiono na rysunkach 7 i 8. Dla wszystkich częstotliwości w zakresie kiloherców, składających się z częstotliwości mocy i jej harmonicznych, rezystancja jest jedyną wartością obwodu, która musi zostać użyta. Jest biegun obwodu w tym jest znacznie poniżej normalnej częstotliwości zasilania.
następnie można skonstruować model obwodu dla całego ciała, w tym rezystancję, pojemność i indukcyjność. Ponieważ rezonans jest zaangażowany, metoda redukcji obwodu szeregowo-równoległego stosowana dla elementów rezystancji nie będzie prawidłowo modelować odpowiedzi częstotliwościowej.
w związku z tym stosuje się podejście sumowania równoważnych modeli obwodów.
FIG 5 impedancja A wykresy częstotliwości dla tułowia i kończyny.
ryc. 6 kąt fazowy A wykresy częstotliwości dla tułowia i kończyny.
rys. 7 impedancja a wykres częstotliwości dla skóry.
rys. 8 kąt fazowy a wykres częstotliwości dla skóry.
e.21
całkowita impedancja ciała dla niskich częstotliwości jest sumą rezystancji
e.22
całkowita impedancja ciała dla wysokich częstotliwości jest dwukrotnie większa niż rezystancja skóry, ponieważ rezystancje równolegle z kondensatorami są pomijane:
e.23
wewnętrzna impedancja ciała dla niskie częstotliwości to suma rezystancji…
e.24
wewnętrzna impedancja ciała dla wysokich częstotliwości wynosi zero, ponieważ rezystancje równolegle z kondensatorami są pomijane:
e.25
jest to jednak przeciwdziałane przez efekt skóry, który nie jest zawarty w tym modelu, więc przy wysokich częstotliwościach wewnętrzne impedancje ciała nie są brane pod uwagę. Wyniki przedstawiono na rysunkach 9 i 10. Jak widać po spadku na wykresie kątowym, są bieguny systemu dla kończyn w e.26
na przykład biorąc pod uwagę, …
istnieją bieguny systemu dla tułowia w e.27 dla rozważanego przykładu,
9 całkowita impedancja ciała (ZBS) i wewnętrzna impedancja ciała (ZB) w stosunku do częstotliwości. PTN jest ujemnym biegunem tułowia przy 18 kHz.
10 Całkowity kąt impedancji ciała (ZBS) i wewnętrzna impedancja ciała (ZB) w stosunku do częstotliwości. PTN jest ujemnym biegunem tułowia przy 18 kHz.