1. Beräkning av elektriska stötar med hjälp av Kretsmodellen för kroppen
när elektriska system konstrueras måste säkerhetsutvärderingen innehålla en bedömning av effekten av mänsklig kontakt med eventuella metalliska eller strömförande delar eller ledare som kan finnas.
när det är möjligt bör jordning, isolering och fysiskt avstånd minska eller eliminera riskerna för elektriska stötar. Under konstruktionen kan effekten av kontakt med ledare utvärderas med hjälp av elektriska kretsmodeller av människokroppen. Det kommer att finnas många faktorer som påverkar en sådan modell, och varierande grad av komplexitet av modellen beroende på tillämpningen och den potentiella risknivå som kan förekomma. Detta avsnitt kommer att presentera en introduktion till detta område, som fortfarande utvecklas när ny forskning utförs och mer avancerade matematiska modelleringstekniker används.
kretsmodellen för en mänsklig kropp kan sedan konstrueras på basis av hudmodellen, lemmarna och stammen. FIG 1 visar de kombinerade kretsmodellerna, förutsatt torr hud med kontaktyta på 1 cm^2 , från de tidigare exemplen för att simulera den elektriska kontakten från hand till fot, genom stammen. FIG 2 visar kretsreduktionen av exempelkroppen med torr hud. Kretsreduktionen utförs i följande steg:
Steg 1. Kombinera dubbla modeller. Det finns två identiska områden av hudkontakt. För hudområdet är motstånden,, i serie, sålunda….
kapacitanserna i serie kombineras med reciprocals:
samma procedur används för de två identiska lemmarna.
steg 2. Konvertera parallella kretsar till seriekretsar, så att alla resistiva och kapacitiva element kan sammanfattas för alla element …
FIG 1 Kretsmodell av hand-till-fotledning, med torr hud.
FIG 2 Kretsreduktion av människokroppsimpedans med torr hud.
elementets totala tillträde beräknas utifrån konduktansen och mottagligheten.
e. 1
…var och tillträde omvandlas till impedans.
e. 2
impedansen är uppdelad i två serieelement.
e3
e. 4
steg 3. Serieelementen summeras.
e5
e. 6
e.7
e.8
steg 4. En parallell ekvivalent krets skapas också.
e. 9
e.10
E11
denna utvärdering visar att den kapacitiva effekten är minimal, eftersom…
modellen kan användas för att simulera effekterna av elektriska stötar. Med 120V AC applicerad är strömmen …
det här är vad som producerar” tingle ” när husledningar berörs oavsiktligt.
FIG 3 visar kretsreduktionen av exempelkroppen med våt hud, förutsatt att hudmotståndet är noll, vilket gör den enda faktorn till det inre kroppsmotståndet. Med 120 V AC applicerad är strömmen
ström på denna nivå kan orsaka ventrikelflimmer och eventuell död.
FIG 3 Kretsreduktion av människokroppsimpedans med våt hud.
2. Frekvensrespons hos människokroppen
med hjälp av den utvecklade kretsmodellen kan induktanserna tillsättas som element i serie med resistanserna, och effekten av varierande frekvens kan hittas. Fortsatt det föregående exemplet hade induktanser hittats för lemmarna och stammen:
resistanserna och kapacitanserna var ekvivalentkretsen för en kroppsdel, inklusive induktans, visas i FIG 4.
FIG 4 ekvivalent krets av en kroppsdel.
impedansen som en funktion av frekvensen kan beräknas som e.12
för stammen, och , och resonans existerar inte. För lemmen, och, och resonans existerar inte. Det maximala värdet av motstånd för vilket resonans existerar är…
e18
e. 19.
för stammen, för lemmen.
dessa resistanser ligger långt under typiska värden för människokroppen. Impedansstorleken och vinkeldiagrammen visas i figurerna 5 och 6. För alla frekvenser i kilohertzområdet, bestående av effektfrekvensen och dess övertoner, är motståndet det enda kretsvärdet som behöver användas. Med tanke på hudimpedansen består huden av ett motstånd parallellt med en kapacitans, tillsammans med ett seriemotstånd . Impedansen kan beräknas som e .20
i exempelberäkningen var resistanserna och kapacitansen…
impedansstorleken och vinkeldiagrammen visas i figurerna 7 och 8. För alla frekvenser i kilohertzområdet, bestående av effektfrekvensen och dess övertoner, är motståndet det enda kretsvärdet som behöver användas. Det finns en krets pol på detta är långt under den normala effektfrekvensen.
kretsmodellen för hela kroppen, inklusive motstånd, kapacitans och induktans kan sedan konstrueras. Eftersom resonans är inblandad, kommer den serie-parallella kretsreduktionsmetoden som används för motståndselementen inte att modellera frekvenssvaret korrekt.
därför kommer metoden att summera ekvivalenta kretsmodeller att användas.
FIG 5 Impedans kontra frekvens tomter för bål och lem.
FIG 6 fasvinkel kontra frekvens tomter för bål och lem.
FIG 7 Impedans kontra frekvens tomt för hud.
FIG 8 fasvinkel kontra frekvens tomt för hud.
e.21
den totala kroppsimpedansen för låga frekvenser är summan av resistanserna
e.22
den totala kroppsimpedansen för höga frekvenser är dubbelt så mycket som hudmotståndet, eftersom resistanserna parallellt med kondensatorer kringgås:
e.23
den inre kroppsimpedansen för låga frekvenser är dubbelt så hög som frekvenser är summan av motstånden…
e.24
den inre kroppsimpedansen för höga frekvenser är noll, eftersom motstånden parallellt med kondensatorer kringgås:
e.25
detta motverkas emellertid av hudeffekten, som inte ingår i denna modell, så att vid höga frekvenser beaktas inte inre kroppsimpedanser. Resultaten visas i figurerna 9 och 10. Som ses av dopp i vinkelplotten finns det systempoler för lemmarna vid e.26
för det exempel som övervägs, …
det finns systempoler för stammen vid e.27 för det exempel som övervägs,
FIG 9 total kroppsimpedans magnitud (ZBS) och inre kroppsimpedans (ZB) kontra frekvens. PTN är den negativa stampolen vid 18 kHz.
FIG 10 Total kroppsimpedansvinkel (ZBS) och inre kroppsimpedans (ZB) kontra frekvens. PTN är den negativa stampolen vid 18 kHz.