1. Calculul șocului electric utilizând modelul de Circuit al corpului
atunci când sunt proiectate sisteme electrice, evaluarea siguranței trebuie să includă o evaluare a efectului contactului uman cu orice părți sau conductori metalici sau energizați care pot exista.
ori de câte ori este posibil, împământarea, izolarea și distanța fizică ar trebui să reducă sau să elimine pericolele de șoc electric. În timpul proiectării, efectul contactului cu conductorii poate fi evaluat folosind modele de circuite electrice ale corpului uman. Vor exista mulți factori care afectează un astfel de model și diferite grade de complexitate a modelului în funcție de aplicație și de nivelul riscului potențial care poate fi prezent. Această secțiune va prezenta o introducere în acest domeniu, care este încă în evoluție pe măsură ce se efectuează noi cercetări și se folosesc tehnici de modelare matematică mai avansate.
modelul de circuit al unui corp uman poate fi apoi construit pe baza modelului pielii, a membrelor și a trunchiului. FIG 1 prezintă modelele de circuite combinate, presupunând pielea uscată cu suprafața de contact de 1 cm^2, din exemplele anterioare pentru a simula contactul electric de la mână la picior, prin trunchi. FIG 2 prezintă reducerea circuitului corpului exemplu cu pielea uscată. Reducerea circuitului se efectuează în următoarele etape:
Pasul 1. Combinați modele duplicate. Există două zone identice de contact cu pielea. Pentru zona pielii, rezistențele,, sunt în serie, astfel….
capacitanțele în serie se combină prin reciprocități:
aceeași procedură este utilizată pentru cele două membre identice.
Pasul 2. Convertiți circuitele paralele în circuite de serie, astfel încât toate elementele rezistive și capacitive să poată fi rezumate pentru toate elementele …
FIG 1 Model de circuit de conducere mână-picior, cu piele uscată.
FIG 2 Reducerea circuitului impedanței corpului uman cu pielea uscată.
admiterea totală a elementului este calculată din conductanță și susceptibilitate.
e.1
…unde și admiterea este convertită în impedanță.
e.2
impedanța este împărțită în două elemente de serie.
e3
e.4
Pasul 3. Elementele seriei sunt însumate.
e5
e.6
e.7
e.8
pasul 4. De asemenea, este creat un circuit echivalent paralel.
e.9
e.10
e11
această evaluare arată că efectul capacitiv este minim, deoarece…
modelul poate fi utilizat pentru a simula efectele șocurilor electrice. Cu 120V AC aplicat, curentul este…
aceasta este ceea ce produce „furnica” atunci când cablajul casei este atins din neatenție.
FIG 3 prezintă reducerea circuitului corpului exemplu cu pielea umedă, presupunând că rezistența pielii este zero, făcând singurul factor rezistența internă a corpului. Cu 120 V AC aplicat, curentul este
curent la acest nivel poate provoca fibrilație ventriculară și moarte posibilă.
FIG 3 reducerea circuitului impedanței corpului uman cu pielea umedă.
2. Răspunsul în frecvență al corpului uman
folosind modelul de circuit dezvoltat, inductanțele pot fi adăugate ca elemente în serie cu rezistențele, iar efectul frecvenței variabile poate fi găsit. Continuând exemplul anterior, s-au găsit inductanțe pentru membre și trunchi:
rezistențele și capacitățile au fost circuitul echivalent al unei părți a corpului, inclusiv inductanța, este prezentat în FIG 4.
FIG 4 circuit echivalent al unei părți a corpului.
impedanța în funcție de frecvență poate fi calculată ca e.12
pentru trunchi, , și , și rezonanța nu există. Pentru membrul,, și, și rezonanța nu există. Valoarea maximă a rezistenței pentru care există rezonanță este…
e18
e.19.
pentru trunchi, pentru membre.
aceste rezistențe sunt cu mult sub valorile tipice pentru corpul uman. Magnitudinea impedanței și graficele unghiului sunt prezentate în figurile 5 și 6. Pentru toate frecvențele din gama kilohertz, constând din frecvența de putere și armonicele sale, rezistența este singura valoare a circuitului care trebuie utilizată. Având în vedere impedanța pielii, Pielea constă dintr-o rezistență în paralel cu o capacitate, împreună cu o rezistență în serie . Impedanța poate fi calculată ca e. 20
în calculul exemplului, rezistențele și capacitatea au fost …
magnitudinea impedanței și graficele unghiului sunt prezentate în figurile 7 și 8. Pentru toate frecvențele din gama kilohertz, constând din frecvența de putere și armonicele sale, rezistența este singura valoare a circuitului care trebuie utilizată. Există un pol de circuit la acest lucru este mult sub frecvența normală de putere.
modelul circuitului pentru întregul corp, inclusiv rezistența, capacitatea și inductanța, poate fi apoi construit. Deoarece este implicată rezonanța, metoda de reducere a circuitului serie-paralel utilizată pentru elementele de rezistență nu va modela corect răspunsul în frecvență.
prin urmare, va fi utilizată abordarea însumării modelelor de circuite echivalente.
FIG 5 impedanță față de parcele de frecvență pentru trunchi și membre.
FIG 6 unghiul de fază față de parcelele de frecvență pentru trunchi și membre.
FIG 7 impedanța față de graficul de frecvență pentru piele.
FIG 8 unghiul de fază față de graficul de frecvență pentru piele.
e.21
impedanța totală a corpului pentru frecvențe joase este suma rezistențelor
e.22
impedanța totală a corpului pentru frecvențe înalte este de două ori mai mare decât rezistența pielii, deoarece rezistențele în paralel cu condensatoarele sunt ocolite:
e.23
impedanța internă a corpului pentru frecvențele joase este suma rezistențelor…
e.24
impedanța internă a corpului pentru frecvențe înalte este zero, deoarece rezistențele în paralel cu condensatoarele sunt ocolite:
e.25
cu toate acestea, acest lucru este contracarat de efectul pielii, care nu este inclus în acest model, astfel încât la frecvențe înalte, impedanțele interne ale corpului nu sunt luate în considerare. Rezultatele sunt prezentate în figurile 9 și 10. După cum se vede prin scufundarea în graficul unghiului, există poli de sistem pentru membre la e.26
pentru exemplul luat în considerare, …
există poli de sistem pentru trunchi la e.27 pentru exemplul luat în considerare,
FIG 9 magnitudinea impedanței totale a corpului (ZBS) și impedanța internă a corpului (ZB) față de frecvență. PTN este polul negativ al trunchiului la 18 kHz.
FIG 10 Unghiul impedanței totale a corpului (ZBS) și impedanța internă a corpului (ZB) față de frecvență. PTN este polul negativ al trunchiului la 18 kHz.