شاید برای شما یا نزدیکانتان پیش آمده باشد که دچار برق‌گرفتگی شده باشید. اگر جریان الکتریکی زیادی از بدن انسان عبور کند ممکن است به ارگان‌های مهم بدن آسیب بزند یا حتی باعث مرگ انسان شود.
به همین دلیل است که استانداردهای سختگیرانه‌ای برای ایمنی افراد در برابر برق‌گرفتگی در نظر گرفته شده است. در این مقاله، اثرات عبور جریان برق از بدن و استانداردهای ایمنی و تحلیل‌های آماری مربوط به آن را بررسی می‌کنیم. با ماهر همراه باشید.
با توجه به اهمیت اجرای ارتینگ در محیط‌های مختلف، آکادمی ماهر یک دوره تخصصی آماده کرده است که هم‌اکنون در دسترس دانش‌پذیران قرار دارد. برای تهیه این دوره به صفحه (دوره جامع آموزش سیستم اتصال زمین) مراجعه کنید.
برق‌گرفتگی و استاندارد IEC
برای تأمین ایمنی افراد در برابر برق‌گرفتگی لازم است از تأثیر مخرب عبور جریان الکتریکی از بدن انسان آگاه باشیم. واضح است که در اینجا منظور از جریان الکتریکی جریان‌های ناخواسته و نامطلوبی است که به‌دلیل نقص ایمنی در سیستم‌های الکتریکی به بدن راه پیدا می‌کنند.
آگاهی از نحوه واکنش بدن به عبور جریان الکتریکی از آن و عوارض فیزیولوژیکی که در ارگان‌ها و اعضای بدن ایجاد می‌کند، در تعیین راهکار برای حفاظت افراد در برابر برق‌گرفتگی به ما کمک می‌کند. بهطور طبیعی، ارسال فرمان‌های سیستم عصبی در بدن انسان از طریق جریان‌های الکتریکی انجام می‌شود. اما آن‌چه برای بدن مشکل ایجاد می‌کند جریانی است که از منشأ خارجی وارد آن می‌شود و شدت آن از جریان‌های الکتریکی معمول در بدن بسیار بیشتر است.
استاندارد IEC60479 که با عنوان «اثرات جریان بر انسان و دام‌ها» که در طول نزدیک به ۹۰ سال، تهیه و تدوین شده است، شرح مفصلی از آثار عبور جریان الکتریکی از بدن ارائه می‌کند. نخستین ویرایش این استاندارد در ۱۹۷۴ منتشر شد و تا به حال بارها مورد ویرایش و تکمیل قرار گرفته است. بخش‌های اصلی استاندارد IEC60479 به شرح زیر است.
- بخش ۱: جنبه‌های کلی
- بخش ۲: جنبه‌های خاص
- بخش ۳: اثرات جریان‌های عبوری از بدن دام
- بخش ۴: اثرات صاعقه
- بخش ۵: مقادیر آستانه ولتاژ لمسی برای اثرات فیزیولوژیکی
تا پیش از آن‌که IEC اقدام به تهیه مقررات ایمنی در برابر برق‌گرفتگی کند، مطالعات گسترده‌ای در کشورهای مختلف درباره نحوه تأثیر جریان بر بدن انسان انجام شده بود. ولی بین آن‌ها اختلافات زیادی وجود داشت. IEC با تهیه استاندارد 60479، به این اختلافات پایان داد و اینک این استاندارد مورد توافق همه کشورها است. انواع جریان‌های مؤثر بر بدن انسان که در استاندارد IEC60479 به آن‌ها اشاره شده است، شامل موارد زیر است.
- جریان‌های متناوب
- جریان‌های مستقیم
- جریان‌های مخصوص (مانند پالس و ضربه)
مطالعات IEC در مورد برق‌گرفتگی، مبتنی بر آزمایش‌هایی است که روی حیوانات، اجساد و در برخی موارد نادر، روی انسان زنده به عمل آمده است. این نتایج تحت تأثیر عواملی مانند وزن، جنس و نژاد بوده است. معیارهای تعیین‌شده در استاندارد IEC به‌قدری محافظه‌کارانه هستند که حتی در مورد کودکان، با هر سنی، ایمنی مناسب را ایجاد می‌کنند.
مدل الکتریکی بدن انسان
برق‌گرفتگی در اثر عبور جریان از بدن رخ می‌دهد هرچند در باور رایج، ولتاژ را عامل برق‌گرفتگی می‌دانند. هر مهندس برق می‌داند که صحبت درباره جریان، مستقل از ولتاژ بی‌معنا است و رابطه میان این دو با استفاده از قانون اهم (V=I.R) تعیین می‌شود.
هنگام بحث درباره برق‌گرفتگی، توصیف مسئله با استفاده از جریان، ساده‌تر و قابل فهم‌تر است. هرچند با وجود سادگی قانون اهم، بحث در مورد برق‌گرفتگی، در عمل چندان هم ساده نیست. زیرا مقاومت اهمی بدن انسان یک مفهوم آماری است و مقدار ثابتی ندارد. مطالعات نشان می‌دهند که مدل الکتریکی بدن انسان می‌تواند به‌صورت شکل ۲ بیان شود.
در مدل شکل ۲، سهم عمده امپدانس کل (ZT) را امپدانس پوست بدن به خود اختصاص می‌دهد. مقاومت R3 که مربوط به مسیر جریان در درون بدن است را به‌صورت جزئی‌تر می‌توانید در شکل ۳ مشاهده کنید.
جریان عبوری از بدن تابع امپدانس آن است. امپدانس بدن، خود تابع ولتاژ اعمال شده، سطح تماس بدن با قسمت برق‌دار، فرکانس، مسیر عبور جریان در بدن و شرایط فیزیولوژیک هر فرد است. برای بررسی این درجه از پیچیدگی، بجای مدل‌سازی عمومی، لازم است مسئله به صورت آماری بیان شود.
مطالعات آماری در رابطه با برق‌گرفتگی
برای بیان آماری، از شاخص آماری «رتبه صدک» استفاده می‌شود. بهطور ساده مقصود از رتبه صدکِ X برای یک متغیر آماری، این است که در جمعیت موردنظر، X درصد از افراد دارای خصوصیت ویژه‌ای باشند. مثلاً گفته می‌شود رتبه صدک افرادی از جامعه با امپدانس بدن بیشتر از ۳۰۰۰ اهم، ۵ درصد است (جدول ۱).
بر اساس مدل شکل ۲، می‌توان دید که بدن انسان در هنگام عبور جریان DC امپدانس بزرگ‌تری دارد. زیرا خازن‌ها در برابر برق DC مدار باز عمل می‌کنند و عملاً یکی از دو مسیر عبور جریان مسدود می‌شود. در نتیجه، به‌ازای یک ولتاژ معین، جریان عبوری کمتر است. در مقابل، با اعمال ولتاژ AC بدن امپدانس کمتری داشته و جریان بیشتر است؛ در نتیجه خطر نیز بیشتر است.
برخی به اشتباه بر این باورند که چون جریان AC دارای نیم‌سیکل مثبت و نیم‌سیکل منفی است و جریان DC ثابت و بدون تغییر است، عبور جریان DC خطر بیش‌تری برای بدن دارد. این تصور، نادرست است و با رفتاری که در عمل از بدن دیده می‌شود، مغایرت دارد.
مسیر عبور جریان در بدن انسان
برای بررسی تأثیر مسیر عبور جریان در مسئله شوک الکتریکی، یک راه آسان این است که امپدانس مسیرهای مختلف در بدن را به صورت درصدی از امپدانس یک مسیر مرجع بیان کنیم (شکل ۴). این روش دارای این مزیت است که تقریباً برای هر فردی، صرف‌نظر از خصوصیات خاص او، می‌تواند صحیح باشد.
در شکل ۴ مسیر مرجع، مسیر دست به دست است و امپدانس سایر مسیرها به‌صورت درصدی از آن بیان شده‌اند. اعدادی که در داخل پرانتز دیده می‌شوند، بیانگر حالتی است که امپدانس هر دو دست، نسبت به نقطه موردنظر سنجیده شود.
مطالعات نشان می‌دهند بدترین زمان وقوع برق‌گرفتگی برای قلب انسان هنگامی است که تماس بدن با قسمت برق‌دار دقیقاً در خلال استراحت دهلیزها و قبل از پایان یافتن انقباض بطن‌ها رخ دهد (شکل ۵).
تحلیل عوارض برق‌گرفتگی
برای بررسی دقیق‌تر پدیده برق‌گرفتگی برخی مقادیر آستانه برای جریان تعریف می‌شوند. برای جریان‌های بیشتر از مقادیر آستانه، یک عارضه خاص برای رتبه صدک کل جامعه آماری رخ می‌دهد. این عارضه‌ها عمدتاً شامل موارد زیر هستند.
- ادراک (Perception)
- رهایی (Let-go)
- فیبریلاسیون بطنی (Ventricular Fibrillation)
برای مثال، آستانه ادراک برای جریان متناوب، مقدار ثابت ۰.۵ میلی‌آمپر است، آستانه رهایی به‌صورت یک مرز دو‌قسمتی تعریف می‌شود و آستانه فیبریلاسیون بطنی به‌صورت یک منحنی تعیین می‌شود (شکل ۶).
جمع‌بندی
استفاده از انرژی الکتریکی با وجود مزایای بسیاری که برای جهان امروز دارد، می‌تواند برای انسان و دیگر جانداران خطرناک باشد. برق‌گرفتگی از خطراتی است که از ابتدای پیدایش صنعت برق وجود داشته است و می‌تواند سلامت یا حتی جان انسان‌ها را با خطر جدی مواجه کند.
در این مقاله، یک مدل الکتریکی برای بدن انسان ارايه شد و با هدف درک بهتر از تأثیر عبور جریان الکتریکی از بدن، نتایج آزمایش‌های علمی و تحلیل‌های آماری در رابطه با برق‌گرفتگی مورد بررسی قرار گرفت.
با توجه به این‌که اجرای سیستم ارتینگ از مهمترین راهکارهای حفظ ایمنی افراد در برابر برق‌گرفتگی به شمار می‌رود، یادگیری این مهارت برای مهندسان برق بسیار سودمند است.
سوالات متداول
خیر. این باور نادرستی است. حتی ولتاژهای پایین در صورت عبور جریان قابل‌توجه از بدن می‌توانند آسیب‌زا باشند.
منبع برق را خاموش کنید، در صورت عدم امکان قطع سریع برق، از مواد غیر‌رسانا برای جدا کردن فرد از جریان استفاده کنید و فوراً با اورژانس تماس بگیرید.
تجهیزات را باید بصورت دوره‌ای بررسی کنید و مطمئن شوید اتصال زمین آن‌ها برقرار است. از وسایل ایمنی مانند دستکش، لباس و کفش ایمنی برق استفاده کنید.
همه تجهیزات الکتریکی باید به صورت استاندارد نصب شوند و به صورت دوره‌ای بررسی شوند. برای کارکنان باید وسایل ایمنی برق فراهم شود. کارکنان باید پیش از آغاز به کار، آموزش‌های لازم در زمینه ایمنی برق را ببینند؟
با سلام و تشکر از مطالب بسیار مفید، آموزنده، جالب و ارزشمندتان
جسارتا احتمالات درج شده در نواحی c1 و c3 به نظر صحیح نیست و احتمالا باید به ترتیب به 5 درصد و بالای 50 درصد تغییر داده شود. چون اگر احتمال فیبریلاسیون بطنی در c1 وجود ندارد پس تفاوتی بین این ناحیه و ac-3 نیست.
با عرض پوزش از کامنتی که چند دقیقه پیش فرستادم. دقت نکرده بودم که c1 و … نامگذاری خطوط مرزی است.
درود بر شما
ممنون از حسن توجه شما