1. Cálculo do choque eléctrico utilizando o modelo do Circuito Do Corpo
quando os sistemas eléctricos estão a ser concebidos, a avaliação da segurança deve incluir uma avaliação do efeito do contacto humano com quaisquer partes metálicas ou condutores sob tensão que possam existir. Sempre que possível, a imobilização, o isolamento e a distância física devem reduzir ou eliminar os perigos de choques eléctricos. Durante o projeto, o efeito do contato com condutores pode ser avaliado usando modelos de circuitos elétricos do corpo humano. Haverá muitos factores que afectam esse modelo e diferentes graus de complexidade do modelo, dependendo da aplicação e do nível de risco potencial que possa estar presente. Esta seção irá apresentar uma introdução a este campo, que ainda está evoluindo à medida que novas pesquisas são realizadas e técnicas de modelagem matemática mais avançadas são usadas.
o modelo de circuito de um corpo humano pode então ser construído com base no modelo de pele, os membros e o tronco. A figura 1 mostra os modelos de circuitos combinados, assumindo pele seca com uma área de contacto de 1 cm^2, a partir dos exemplos anteriores para simular o contacto eléctrico da mão ao pé, através do tronco. A figura 2 mostra a redução do circuito do corpo do exemplo com pele seca. A redução do circuito é realizada nas seguintes etapas:
Passo 1. Combinar modelos duplicados. Há duas áreas idênticas de contacto com a pele. Para a área da pele, as resistências,, estão em série, portanto….
as capacitâncias em série combinam-se por reciprocidade:
o mesmo procedimento é utilizado para os dois membros idênticos.
Passo 2. Converter circuitos paralelos em circuitos de série, de modo que todos os elementos resistivos e capacitivos possam ser resumidos para todos os elementos …
FIG 1 Circuit model of hand-to-foot conduction, with dry skin.
Fig. 2 Redução do circuito da impedância do corpo humano com pele seca.
a admissão total do elemento é calculada a partir da condutância e susceptância.
E. 1
…onde e a admissão é convertida em impedância.
e. 2
A impedância é dividida em dois elementos da série.
e3
e. 4
Passo 3. Os elementos da série são somados.
e5
e.6
e.7
e.8
passo 4. Um circuito equivalente paralelo também é criado.
e.9
e.10
11
Esta avaliação mostra que o efeito capacitivo é mínima, como…
O modelo pode ser usado para simular os efeitos de um choque elétrico. Com 120V AC aplicada, a corrente é …
isto é o que produz o “formigueiro” quando a cablagem da casa é tocada inadvertidamente.
a figura 3 mostra a redução do circuito do corpo do exemplo com pele molhada, assumindo que a resistência da pele é zero, tornando o único fator a resistência interna do corpo. Com 120 V de AC aplicada, a corrente é
corrente a este nível pode causar fibrilação ventricular e possível morte.
Fig. 3 Redução do circuito da impedância corporal humana com pele húmida.
2. Resposta de frequência do corpo humano
usando o modelo de circuito desenvolvido, as indutâncias podem ser adicionadas como elementos em série com as resistências, e o efeito de frequência variável pode ser encontrado. Continuando o exemplo anterior, indutâncias foram encontradas para os membros e o tronco:
as resistências e capacitâncias eram o circuito equivalente de uma parte do corpo, incluindo indutância, é mostrado na Figura 4.
FIG 4 circuito equivalente de uma parte do corpo.
a impedância em função da frequência pode ser calculada como E.12
para o tronco, e, e ressonância não existe. Para o membro, e, e ressonância não existe. O valor máximo de resistência para a qual existe ressonância é…
e18
E. 19.
para o tronco,para o membro.
estas resistências estão bem abaixo dos valores típicos para o corpo humano. As parcelas de magnitude e ângulo da impedância são mostradas nas figuras 5 e 6. Para todas as frequências na gama de kilohertz, que consiste na frequência de potência e suas harmônicas, a resistência é o único valor do circuito que precisa ser usado. Considerando a impedância da pele, a pele consiste em uma resistência em paralelo com uma capacitância, juntamente com uma resistência em série . A impedância pode ser calculada como e. 20
no cálculo exemplo, as resistências e capacitância foram …
as parcelas de impedância e ângulo são mostradas nas figuras 7 e 8. Para todas as frequências na gama de kilohertz, que consiste na frequência de potência e suas harmônicas, a resistência é o único valor do circuito que precisa ser usado. Há um pólo de circuito Neste é bem abaixo da frequência de potência normal.
o modelo de circuito para todo o corpo, incluindo resistência, capacitância e indutância pode então ser construído. Uma vez que a ressonância está envolvida, o método de redução de circuitos de série-paralelo utilizado para os elementos de resistência não modela corretamente a resposta de frequência.
Portanto, será utilizada a abordagem de somar os modelos de circuitos equivalentes.
Figura 5 Impedância versus gráficos de frequência para tronco e membros.
FIG 6 Ângulo de fase versus gráficos de frequência para tronco e membros.
FIG 7 Impedância versus gráfico de frequência para a pele.
FIG 8 ângulo de fase versus gráfico de frequência para a pele.
e.21
A impedância total do corpo para baixas freqüências é a soma das resistências
e.22
total Do corpo de impedância para altas freqüências é o dobro da resistência da pele, como as resistências em paralelo com os capacitores são ignorados:
e.23
corpo interno de impedância para baixas freqüências é a soma das resistências…
E.24
corpo interno de impedância para altas freqüências é zero, como as resistências em paralelo com os capacitores são ignorados:
e.25
no Entanto, isso é compensado pelo efeito de pele, que não está incluído neste modelo, de modo que em altas freqüências, corpo interno de impedâncias não são considerados. Os resultados são apresentados nas figuras 9 e 10. Como se vê pelo mergulho na parcela angular, existem pólos de sistema para os membros em E. 26
por exemplo, sendo considerado, …
existem pólos de sistema para o tronco em E.27 tendo em conta, por exemplo:,
FIG 9 magnitude total da impedância corporal (ZBS) e impedância corporal interna (ZB) versus frequência. PTN é o tronco negativo a 18 kHz.
Fig. 10 ângulo total de impedância corporal (ZBS) e impedância corporal interna (ZB) versus frequência. PTN é o tronco negativo a 18 kHz.