فصل پنجم

اثرهای عبور برق از بدن انسان

۵۰۰ – پیشگفتار

۵۰۰ -۱- ملاحظات عمومی

    مهمترین خطر برق، بروز برق‌زدگی در موجودات زنده در نتیجه تماس با برق است. در فصل ششم درباره روشهای جلوگیری از برقراری تماس، یا قطع برق در صورت بروز تماس، صحبت خواهد شد. اما برای درک این روشها لازم است قدری درباره نحوه اثر برق بر انسان مطالعه شود تا علل انجام این یا آن کار برای احراز ایمنی، معلوم گردد .

۵۰۰ -۲- مقدمه

    تا قبل از ورود  IEC  به میدان تهیه مقررات ایمنی در برابر برق‌گرفتگی. ملل مختلف درباره نحوه تأثیر برق بر انسان مطالعات گسترده ای را انجام داده بودند که به علت وجود اختلاف در سلیقه‌ها و نگرشها، اين مطالعات هیچگاه همفکری لازم بین ملل را ایجاد نکرد . IEC با تهیه استاندارد IEC479¹ ، که اولین چاپ آن در سال 1974 متشر شد. به این اختلافات پایان داد و اینک مدرک فوق راهنمای تهیه مدارک ایمنی در برق می باشد .

برای دسترسی به متن کامل آن لازم است به اصل استاندارد با مشابه فارسی آن که توسط موسسه استاندارد در تحقیقات صنعتی ایران (ISIRI) منتشر می شود. مراجعه شود .

استاندارد IEC479 مشتمل بر چند قسمت است که تأثیر انواع جریانها مانند جریانهای زیر را بر بدن انسان بررسی می کند:

            (۱)جربان متناوب؛

           (۲) جریان مستقیم؛

           (۳) جریانها مخصوص .

———————————————————————

1.IEC479: effects of current passing through the human body.

۵۰۱ – کلیات

۵۰۱ -۱- اصول اولیه

    نتیجه هایی که از مطالعات مربوط به برق‌گرفتگی بدست آمده . مبتتی بر آزمایشهایی است که بر روی حیوائات، اجساد و در بعضی موارد نادر، انسان زنده به عمل آمده است . این نتایج به قدری محافظه کارائه است که در مورد کودکان، بدون توجه به سن آنها، قابل استفاده است . عبور جریان برق از بدن انسان است که سبب برق‌گرفتگی می‌شود اما باز هم اشخاصی پیدا می شوند که ولتاژ را مقصر در ایجاد برق‌زدگی می دانند. آنهایی که با برق سر و کار دارند، می‌دانند که صحبت درباره جریان مستقل از ولتاژ بی معنا است و رابطه بين این دو. ناگسسنتی و بسیار ساده است :

                                                                                        U=IZ

در هر صورت هنگام بحث درباره برق‌زدگی ، کار کردن با نتیجه گیری بر مبنای شدت جریان ساده تر و قابل فهم تر است اما اين نتایج در کاربردهای عملی قابل استفاده نیستند . البته با توجه به رابطه بالا ظاهرا تبدیل جریان به ولتاژ و برعکس بسیار ساده است اما در این رابطه Z که نماینده امپدانس بدن انسان است از یک طرف عددی است آماری و از طرف دیگر مقدار ثابتی ندارد که موضوعی است جداگانه و اولین مورد در ادامه بحث ما خواهد بود .

از بحهای بعدی معلوم خواهد شد که:

خطرات برق‌گرفتگی بستگی به مسیر جریان از بدن، شدت جریان و طول زمان برقراری آن دارد.

در این فصل منحنی‌های جریان / زمان بدست خواهند آمد که از نظر جداسازی مناطق خطرناک و بی‌خطر مورد بحث قرار خواهند گرفت. اما لازم است توجه شود که اين منحنی‌ها برای پیشگیری از برق‌گرفتگی، قابل استفاده عملی نیستند.

ملاک تامین ایمنی:

تعیین مقداری است برای ولتاژ تماس  U_T (که از حاصلضرب امپدانس Z_T  بدن در شدت جریان I_B بدست می آید)در برابر زمان برقراری آن یعنی t.

البته این مطلب را هم باید در نظر گرفت که رابطه ولتاژ با شدت جریان خطی نیست، زیرا امپدانس بدن بستگی به ولتاژ تماس دارد. برای توضیح درباره ولتاژ تماس U_T و مفاهیم دیگری در اين زمینه‌ها فصل ششم را ببینید .

۵۱- امپدانس بدن انسان

۵۱۰- مشخصه های مقاومت بدن انسان و ساختار آن

    در شکل ۵۱۰ – ۱ طرحواره امپدانس بدن انسان نشان داده شده است . ملاحظه می‌شود که امپدانس کل بدن انسان یا  Z_T  از سه قسمت تشکیل شده است: 1 Z_P و2  Z_P امپدانس پوست در قسمت ورودی و خروجی جریان وz امپدانس داخلی بدن. امپدانسهای ورودی و خروجی (پوست) مشابه هم می‌باشند.

 

۵۱۱- امپدانس پوست بدن انسان ( Z_p ) وساختار آن

    مقاومت پوست بدن را می توان به صورت تعداد بیشماری مقاومت و خازن موازی تصور نمود . ساختار آن متشکل از لایه ای نیم هادی و المانهای کوچک هادی است. از مشخصه‌های امپدانس پوست این است که با زیاد کردن جریان عبوری از بدن، از مقدار مقاومت کاسته می‌شود. اصولا امپدانس پوست بدن به موارد زیر بستگی دارد:

۱-ولتاژ؛

۲-فرکانس ؛

۳-زمان برقراری جریان ؛

۴ -سطح کنتاکت ؛

۵ -فشار کنتاکت ؛

۶ – درجه رطویت پوست ؛

۷- دما

برای ولتاژهای تا ۵۰ ولت، امپدانس پوست حتی در مورد یک فرد معین. بستگی زیادی به سطح کنتاکت‌های تماس، دما و تنفس دارد.

برای ولتاژهای بالاتر، بین ۵۰ تا ۱۰۰ ولت، امپدانس پوست به مقدار قابل ملاحظه‌ای کاهش يافته و در صورت پاره شدن آن تقریبا برابر صفر می‌شود.

اثر فرکانس بر امپدانس پوست به نحوی است که با زیاد شدن فرکانس، از مقدار امپدانس کاسته می‌شود.

۵۱۲- امپدانس داخلی بدن انسان(Z _i) و ساختار آن

    مولفه امپدانس داخلی بدن انسان بزرگتر از مولفه خازنی آن است و به همین سبب می توان آن را مقاومت دانست. با وجود این، برای کامل بودن موضوع در شکل ۵۱۰ – ۱ ، مدار واقعی امپدانس داخلی بدن به صورت خط‌چین نشان داده شده است .

مقدار مقاومت داخلی بدن تا حد زیادی بستگی به مسیر عبور جریان در بدن (دست به دست، دست به پا و غیره) و تا حد کمی بستگی به سطح کنتاکت‌های تماس دارد با این توضیح که اگر سطح تماس کنتاکت بسیار کوچک (در حد چند میلیمتر مربع) باشد مقاومت داخلی بدن مقدار بیشتری را به خود می گیرد.

شکل۵۱۲ – ۱ مقاومت بدن را برای مسیرهای مختلف عبور جریان نشان می دهد.

شکل۵۱۲ – ۱ مقاومت داخلی بدن انسان تابعی از مسیر جریان است

۵۱۳ – امپدانس کل بدن انسان(Z_T )

    از شکل ۵۱۰ – ۱ واضح است که مقاومت کل بدن انسان شامل مولفه های مقاومتی و خازنی است . گفتیم برای ولتاژهای تماس تا ۵۰ ولت به دلیل تغییرات زیاد در امپدانس پوست، امپدانس کل  Z_T هم شدیدا در تغییر است. با رشد  تدریجی ولتاژ تماس، امپدانس کل هم به تدریج کمتر به امپدانس پوست وابستگی نشان می دهد و با بروز پارگی در پوست، برابر امپدانس داخلی بدن Z_i می شود .

نظر به اين که امپدانس پوست (Z_P) وابسته به فرکانس است (۵۱۱) در نتیجه امپدانس کل بدن (Z_T) در برابر جریان مستقیم بیشتر از امپدانس آن در برابر جریان متناوب است و بالا رفتن فرکانس، از مقدار آن کاسته می‌شود .

۵۱۴- مقاومت اولیه بدن انسان(R_i)

    مقدار مقاومت اولیه بدن انسان (R_i). از این نظر مهم است که در لحظه برقراری جریان، خازنهای تشکیل دهنده پوست هنوز پر نیستند و برای همین، امپدانس پوست (Z_P) بسیار کوچک و قابل اغماض است و بنابراین امپدانس داخلی بدن( Z_i) تقریبا برابر مقاومت اولیه بدن R_i است .

یادآوری – در نشانه اختصاری Z_i ، حرف i اولین حرف کلمه Internal یا “داخلی” است در حالی که در نشانه اختصاری R_I، حرف i اولین حرف کلمه Initial یا اولیه است .

مانند امپدانس داخلی (Z_i). مقدار مقاوست اولیه (R_i) در درجه اول بستگی به مسیر جریان در بدن و در درجه دوم و به نسبتی کمتر به سطح کنتاکت‌های تماس دارد.

 

۵۱۵- مقادیر آماری امپدانس کل بدن انسان(Z_T)

 یادآوری – رتبه صدک (Percentile Rank) مفهومی است آماری. برای مثال اگر در یک گروه آماری،  X% نفرات، مقاومت کل بدنشان در ولتاژ تماس معین ازY اهم تجاوز نکند، X% را رتبه صدک Y اهم نامند.

با در نظر گرفتن یادآوری بالا، در جدول ۵ – ۱ مقاومت کل بدن افراد زنده برای مسیر جریان دست به دست يا دست به پا و برای کنتاکت‌هایی با سطح بزرگ (50-100 میلیمتر مربع) در شرایط خشک، نشان داده شده است.

برای ولتاژهای تا۵۰ ولت. اگر کنتاکتها با آب معمولی  تر شوند، مقاومت به مقدار ۱۰% تا ۲۵% کمتر از حالت خشک خواهد بود و اگر به جای آب از مایعات هادی، ‏ استفاده شود. مقادیر ممکن است به نصف حالت خشک برسد.

برای ولتاژهای بیش از حدود ۱۵۰ ولت، اثر رطوبت و سطح کتتاکتهای تماس بر مقاوست کل بدن (Z_T)، کم است.

اندازه گیری‌ها بر روی زن و مرد بالغ انجام شده است. در شکل ۵۱۵ -۱ گستره امپدانس کل بدن Z_T برای ولتاژهای تماس تا ۷۰۰ ولت و در شکل ۵۱۵ -۲ امپدانس کل بدن (Z_T) برای ولتاژهای تماس تا ۵۰۰۰ ولت نشان داده شده است .

 

جدول ۵ – ۱ مقادیر امپدانس کل بدن انسان (Z_T)

در تاریخ تهیه استاندارد 1-479 IEC، و با در نظر گرفتن مجموعه اطلاعات ملل شرکت کننده در تهیه آن، تا جایی که مربوط به امپدانس کل بدن، (Z_T) می شود، مقادیر داده شده در جدول ۵-۱و شکل‌های ۵۱۵ -۱ و ۵۱۵ -۲ مطمئن‌ترین اطلاعات در این مورد بوده است .

شکل ۵۱۵ -۱مقادیر آماری امپدانس کل بدن انسان زنده برای مسیر جریان دست به دست يا دست به پا و ولتاژ تماس تا ۷۰۰ولت

شکل ۵۱۵ -۲ مقادیر آماری امپدانس کل بدن انسان زنده برای مسیر جریان دست به دست يا دست به پا و ولتاژ تماس تا ۵۰۰۰ولت

مقدار مقاومت اولیه بدن انسان( R_i) را برای مسیر جریان دست به دست يا دست به پا می توان برای رتبه‌ صدک ۵%، برابر۵۰۰ اهم انتخاب کرد.

۵۲- آثار عبور جریان متناوب ۱۵ تا ۱۰۰ هرتز از بدن انسان

۵۲۰ -۱- کلیات

    در این بخش درباره آثار جریان برق متناوب با فرکانس ۱۵ تا ۱۰۰ هرتز بحث خواهد شد. یادآوری می شود که اطلاعات اصلی مورد استفاده در اين بخش بر اساس يافته‌ها در جریان متتاوب صنعتی ۵۰ تا ۶۰ هرتز قرار دارد اما اثر آنها در محدوده فرکانسهای گفته شده هم قابل استفاده فرض می‌شود، با این توضیح که مقادیر آستانه‌ای آثاربرق در هر دو انتهای پهنه فرکانسها، شدیدتر می باشد.

شدت جریانهای تعیین شده در اینجا بر حسب مقدار موثر است مگر اينکه به نحوی دیگر مشخص شده باشد.

۵۲۱- شدت جریان آستانه درک (treshold of perception)

حداقل شدت جریانی که نوعی احساس در بدن انسان ایجاد کند، به چند عامل بستگی دارد:

(۱) سطحی از بدن که با الکترود در تماس است؛

(۲) وضعیت محل تماس : خشک، تر، فشار، دما؛

(۳) مشخصه‌های فیزیولوژیک فردی ؛

فرض می شود که انتخاب ۰.۵ میلی آمپر برای این مقدار مناسب است .

۵۲۲- شدت جریان آستانه رهایی (treshold of let-go)

حداکثر شدت جریانی که فردی که الکترودی را در دست دارد، قادر است آن‌را رها کند، به چند عامل بستگی دارد:

(۱) سطحی از بدن که با الکترود در تماس است؛

(۲) شکل و اندازه الکترود؛

(۳) مشخصه های فیزیولوژیکی فردی .

فرض می شود که انتخاب ۱۰ میلی آمپر برای این مقدارمناسب است .

۵۲۳- شدت جربان آستانه فیبریلاسیون بطنی (treshold of ventricular fibrillation)

علت اصلی مرگ در اثر برق‌گرفتگی فیبریلاسیون بطنی
(ventricular fibrillation)به حساب می آیند.

شدت جریان آستانه فیریلاسیون بطنی به چند عامل بستگی دارد:

(۱) کالبد انسان؛

(۲) سلامت و وضعیت کار قلب؛

(۳) مدت زمان عبور جریان ؛

(۴) مسیر عبور جریان در بدن؛

(۵)نوع جریان (متناوب و فرکانس آن – مستقیم و تموج آن) .

در مورد جریان متناوب ‎۵۰ –۶۰ هرتز، اگر مدت عبور جریان از یک پریود کار قلب طولانی تر شود، آستانه فیبریلاسیون بطنی به مقداری محسوس تنزل می‌کند (وضعیت وخیمتر می شود) .

برای برق‌گرفتگی با زمانی طولانی تر از ۰.۱ ثانیه فیبریلاسیون ممکن است برای جریان‌هایی با شدت بیش از ۵۰۰ میلی آمپراتفاق افتد و برای جریان‌هایی با شدت چند آمپر، احتمال وقوع فیبریلاسیون فقط هنگامی اتفاق می‌افتد که برق‌گرفتگی در دوره آسیب پذیر بطن‌ها (شکلهای ۵۲۲-۶ و ۵۲۲-۷ دیده شوند) شروع شود. در مورد اینگونه برق‌گرفتگی شدید با زمانی طولانی تر از یک دوره کار قلب، ممکن است ایست قلبی قابل برگشت رخ دهد.

با در نظر گرفتن مطالب فوق و نتیجه گیری‌های بدست آمده از آزمون‌های انجام شده بر روی حیوانات و انطباق آنها بر روی انسان، یک منحنی ترسیم شد که احتمال نمی رود  پایین تر از آن فیبریلاسیون بروز کند:

-برای شدت‌های زیاد و زمان‌های کوتاه برقراری جریان:
بین ۱۰ میلی ثانیه تا ۱۰۰ میلی ثانیه و بین ۴۰۰ میلی آمپر تا ۵۰۰ میلی آمپر، خطی شیب دار (تقریا قائم) انتخاب شده است.

– برای شدت‌های کم و زمان‌های طولانی برقراری جریان:

بین ۱ ثانیه تا بیش از ۳ ثانیه و بین ۵۰ میلی آمپر تا ۴۰ میلی آمپر به صورت خطی شیب دار (تقریبا قائم) انتخاب شده است .

دو حد بالا و پایین به کمک یک منحنی صاف بر اساس نتایج تجربی به دست آمده به هم وصل شده است.

 

۵۲۴- آثاردیگر جریان

     درست است که علت اصلی مرگ در نتيجه برق‌گرفتگی، فیبریلاسیون بطنی است اما شواهدی وجود دارد که در برخی مواقع، مرگ ممکن است به علت خفگی با ایست قلبی نیز بروز کند.

آثارپاتوفیزیولوژیک زیر نیز ممکن است بروز کند :

(۱)  قفل شدگی عضلانی؛

(۲) اشکال در تنفس ؛

(۳)  بالا رفتن فشار خون؛

(۴) اختلال در تشکیل و انتقال ضربان قلب شامل فیبرپلاسیون دهلیزی و ایست قلبی گذرا بدون فیبریلاسیون بطنی.

اینگونه آثار کشنده نیستند و معمولا قابل برگشت می باشند. آثار سوختگی در اثر عبور جریان ممکن است ظاهر شوند.

در اثر جریانهای با شدت چند آمپر. بروز سوختگیهای سنگین
که احتمالا به مرگ منجر می شوند نیز ممکن است بروز کنند.

۵۲۵- شرح نواحی ایجاد شده بوسیله جریانهای آستانه ای

    نتیجه تلفیق مقادیر آستانه ای به دست آمده در بندهای مربوط به درک، رهایی، فیبریلاسیون و دیگر اطلاعات موجود در این زمینه ها، منحنی‌های شکل ۵۲۵ -۱ است که شرح مناطق بين اين منحنی‌ها نیز در جدول ۵-۲ذکر گردیده است.

شکل ۵۲۵ -۱ حوزه‌بندی نوع اثر جریان متناوب روی انسان نسبت به زمان (۱۵ تا ۱۰۰ هرتز)

جدول ۵ – ۲ آثار پاتوفیزیولوژیک‌ جریان‌ متناوب

در عمل‌مقادیربه‌دست آمده ازمنحنیL_c  برای ‌زمان رشدت جریان که
محافظه کارانه‌تر از منحنی c1 (۵ %) است، برای‌قطع خودکار مدارها
انتخاب می‌شود.

یادآوری – برای توضیح مسایل مربوط به برق‌گرفتگی ، شکل‌های۵۲۵ -۲ و ۵۲۵ -۳ ارائه شده‌اند . در شکل ۵۲۵ -۲ یک سیکل از کاردیوگرام یک قلب سالم نشان داده شده است. بدون وارد شدن به جزئیات همین قدر یادآور می‌شود که حالت فیبریلاسیون ممکن است هنگامی اتفاق افتد که جریان برق در دوره کوتاهی از آرامش قلب شروع شود که “دوره آسیب پذیر”(vulnerable period)نامیده می شود .

شکل ۵۱۵ -۲ دوره آسیب پذیر بطن‌ها در یک پریود کار قلب

شکل ۵۱۵ -۳ القای فیبریلاسیون بطنی در منطقه آسیب پذیر پریود قلب و تغییرات فشار خون

در شکل۵۲۵ -۳ ، یک کاردیوگرام طبیعی با شروع عبور برق در “دوره آسیب پذیر” نشان داده شده است. به نحوی که دیده می شود از لحظه برقراری جریان به بعد . کاردیوگرام کاملا از حالت طبیعی خارج شده است که نتیجه آن افت فشار خون و مرگ می باشد.

۶۵۲-استفاده از ولتاژهایی که از ۵۰ ولت توز نمی کنند.

      تجربه بسیاری از کشورهایی که در تهیه گزارش مربوط به برق‌گرفتگی IEC شرکت داشته‌اند، نشان می دهد که درشرایط عادی (برای مثال ، تأسیسات استخر و معدن “عادی” به شمار نمی روند)  ولتاژ ۵۰ ولت صدمه‌ای به انسان نمی زند.

برق‌گرفتگی با ۵۰ولت متناوب یا کمتر هیچ صدمه ای به انسان وارد نمی کند.

 

۵۲۷- ضریب جریان قلب

ضریب جریان قلب (F) عددی است که با استفاده از آن و با در دست داشتن شدت جریان “دست چپ به هر دوپا(Iref)، که به عنوان مسیر اساسی يا پایه انتخاب می شود، می توان جریان مربوط به اجزای دیگر بدن (In) را که دارای خطری مشابه از نظر فیبریلاسیون بطنی می باشند، محاسبه نمود.

ضریب جریان قلب (F) برای مسیرهای مختلف عبور جریان، در جدول ۵ – ۳نشان داده شده است .

جدول ۵ – ۳ ضریب جریان قلب‌ برای‌ مسیرهای‌مختلف

برای مثال، جریانی با شدت ۲۰۰ میلی آمپر بین دو دست ، دارای همان اثری است که جریانی با شدت ۸۰میلی آمپر

بین دست چپ و هر دو پا دارد.

۵۳- آثار عبور جریان مستقیم از بدن انسان

۵۳۰ -۱-کلیات

طبق آمار جمع آوری شده به وسیله IEC ، اتفاقات ناگوار در هنگام استفاده از جریان مستقیم، بسیار کمتر از دفعاتی است که در مقایسه با جریان متناوب انتظار می رود، بروز کند و در اين میان اتفاقات منجر به فوت فقط در شرایط بسیار نامساعد (مانند معادن) پیش می آیند. علت اصلی این است که “رهایی” از تجهیزات جریان مستقیم آسان‌تر از تجهیزات جریان متناوب است و برای برق‌گرفتگی به مدتی طولانی تر از یک دوره کار قلب، آستانه فیبریلاسیون بطنی در جریان مستقیم بالاتر از نظیر جریان متناوب آن باقی می باشد .

تفاوت اصلی بین جریان متناوب و جریان مستقیم در اين است که عمل محرک جریان، مانند تحریک اعصاب و عضلات، القای فیبریلاسیون بطنی و دهلیزی و ایست قلبی، بستگی به تغییرات شدت جریان دارد (مخصوصا هنگام

قطع و وصل جریان) . برای ایجاد تحریکی معادل تحریک ایجاد شده به وسیله یک جریان متتاوب ، شدت جریان مستقیم باید ۲ تا ۴ برابر جریان متناوب باشد.

در این بخش درباره آثار جریان برق مستقیم فاقد تموج بحث شده است . اما مقادیر انتخاب شده به قدری محافظه کارانه است که جریان‌های مستقیم با تموج پیک تا پیک ۱۵% را نیز می پوشاند.

علاوه بر مفاهیمی که در بخش 523 به کار رفته است  شده‌اند ، در جریان مستقیم از مفاهیم اضافی زیر نیز استفاده می شود:

(۱) ضریب تعدیل(K) جریان مستقیم به جریان متناوب : شدت نسبت شدت جریان مستقیم به جریان موثر متناوبی است که احتمال القای فیبریلاسیون بطنی آن برابر شدت جریان مستقیم باشد . برای مثال برای زمان برق‌گرفتگی به مقداری طولانی تر از یک دوره کار قلب، ضریب تعدیل (K)  بصورت تقریبی برابر است با :

(۲) جریان طولی : جریانی که در جهت طولی بدن عبورمی کند، مانند دست و پاها.

(۳) جریان عرضی : جریانی که در جهت عرضی بدن عبور می کند، مانند دست به دست.

(۴) جریان بالارو : جریان مستقیم عبوری از بدن، در حالی که پاها به قطب مثبت وصل باشند.

(۵) جریا پایین رو : جریان مستقیم عبوری از بدن، در حالی که پاها به قطب منفی وصل باشند.

۵۳۱-شدت جریان (مستقیم) آستانه درک

حداقل شدت جریانی که نوعی احساس در بدن انسان ایجاد کند، به چند عامل بستگی دارد:

(۱) سطحی از بدن که با الکترود در تماس است

(۲) وضعیت محل تماس : خشک، تر، فشار، دما؛

(۳) مدت زمان برقراری جریان؛

(۴) مشخصه‌های فزیولوژیک فردی؛

برخلاف جریان متناوب، جریان‌هایی در حد آستانه احساس جز در هنگام وصل و قطع احساس نمی شوند یا در زمان جاری بودن، حس دیگری را برنمی انگیزند.

در شرایطی مشابه جریان متناوب، حد آستانه احساس حدود ۲ میلی آمر تعیین گردید.

۵۳۲- شدت جریان (مستقیم) آستانه رهایی

     برای جریانهای مستقیم با شدت کمتر از ۳۰۰ میلی آمپر، آستانه رهایی قابل تشخیص نیست . تنها در هنگام وصل و قطع جریان، احساس درد و احساس شبیه رگ به رگ شدن در عضلات وجود دارد. در جریان‌هایی که شدت آنها بیش از ۳۰۰ میلی آمپر می باشد . رهایی غیرممکن است و یا فقط پس از سپری شدن چند ثانیه یا چند دقیقه از برق‌گرفتگی ، ممکن می شود.

۵۳۳- جریان (مستقیم) آستانه فیبریلاسون بطنی

     مانند جریان متناوب، در جریان مستقیم نیز بستگی به مشخصه‌های الکتریکی و فردی دارد . شدت جریان آستانه فیبریلاسیون بطنی بستگی به عواملی دارد مانند :

از آزمون‌های به عمل آمده بر روی حیوانات و گزارشهای رسیده از برق گرفتگی‌ها چنین نتیجه گیری شده است که :

آستانه فیبریلاسیون در مورد جریان پایین رو ۲ برابر جریان بالا رو می باشد و احتمال
بروز فیبریلاسیون بطنی برای مسیر دست به دست وجود ندارد.

در مورد برق‌گرفتگی‌هایی که مدت آنها بیش از یک پریود کار قلب می باشد. آستانه فیریلاسیون بطنی در جریان مستقیم چند برابرجریان متناوب است. اما برای مدت زمان‌هایی کوتاه‌تر از ۲۰۰ میلی ثانیه ، آستانه فیبریلاسیون بطنی در جریان مستقیم تقریبا برابر جریان موثر متناوب مشابه است .

مشابه منحنی منطقه بندی زمان / جریان برای جریان متناوب (بند۵۲۳-۴ را ببینید) یک منحنی رسم گردید که منطقه ای را که در آن وقوع فیبریلاسیون محتمل است از منطقه‌ای که در آن آثاری با خواص کم خطر وجود دارند، جدا می کند .

شکل ۵۲۴-۱ و جدول ۵-۴ مربوط به آن را ببینید .

منحنی منطقه بندی جریان مستقیم برای جریان طولی بالارو کشیده شده است . در مورد
جریان طولی پایین رو منحنی را باید باضریب ۲ به سمت جریانهای بالاتر تغییر مکان داد.

۵۳۴- آثار دیگر جریان مستقیم

هنگام عبور جریان‌هایی با شدت ۳۰۰ میلی آمپر، احساس گرما در انتهاهای بدن ایجاد می شود . شدت جریان‌های عرضی تا ۳۰۰ میلی آمپر که به مدت چند دقیقه ادامه یابد و با گذشت زمان رشد کند، سبب پیدایش موارد زیر شوند:

(۱) ضربان قلب نامنظم شود (قابل برگشت)؛

(۲) آثار عبور جریان در پوست بوجود آید :

(۳) سوختگی بروز کند؛

(۴) دوارسر و در بعضی موارد یهوشی بروز کند .

در جریان‌هایی با شدت بیش از ۳۰۰ میلی آمپر، در اغلب موارد بیهوشی بروز خواهد کرد .

شکل ۵۳۴-۱ حوزه بندی نوع اثر جریان مستقیم

 

جدول ۵-۴ آثار پاتوفیزیولوژیک جریان مستقیم

۵۴- آثار عبور جریان متناوب با فرکانس بیش از ۱۰۰ هرتز از بدن انسان

۵۴۰ -۱-کلیات

       در سالهای اخیر در مورد استفاده از فرکانس‌های بالاتر از ۵۰ یا ۶۰ هرتز افزایش يافته است. برای مثال از ۱۰۰ هرتز در صنایع نساجی. ۴۰۰ هرتز در صنایع هواپیمایی، ۴۵۰ هرتز برای ابزار کار و جوشکاری و برای الکتروتراپی از فرکانس‌های ۴۰۰۰ تا ۵۰۰۰ هرتز و برای ارسال علایم و کنترل در خطوط انتقال نیرو از فرکانسهای ۲۰ کیلوهرتز تا یک مگا هرتز استفاده می شود .

برای اطلاعاتی درباره اثر فرکانسهای بالا، که به گفته   IEC 479-2چندان کامل نیست، باید به این منبع مراجعه شود ولی در زیر مختصری از خواص جریان‌های با فرکانس‌های تا ۱۰۰ هرتز که جنبه تاسیساتی دارند مطرح می شود.

با زیاد شدن فرکانس، امپدانس پوست کم می شود. برای مثال امپدانس پوست در ۵۰۰ هرتز حدود یک دهم امپدانس در۵۰ هرتز است و در بسیاری موارد می توان از آن صرفنظر نمود. برای فرکانس‌های بالاتر، این موضوع بارزتر است و در این فرکانس‌ها امپدانس کل بدن به مقدارZ_i  یا امپدانس داخلی بدن، تقلیل می یابد.

۵۴۱- آثار عبور جریان متناوب با فرکانس ۱۰۰ هرتز  تا ۱۰۰۰ هرتز از بدن انسان

تعریف زير برای فرکانس‌های بالاتر مورد استفاده است :

ضریب فرکانس F_f عبارت است از نسبت یکی از مقادیر آستانه ای در فرکانس f به همان مقدار آستانه ای در فرکانس۵۰ يا ۶۰هرتز .

برای ضریب فرکانس (F_f) آستانه درک، شکل ۵۲۵ -۱ دیده شود .

برای ضریب فرکانس (F_f) آستانه رهایی ، شکل ۵۲۵ -۲ دیده شود .

برای مدت برق‌گرفتگی بیش از یک سیکل کار قلب، ضریب فرکانس (F_f) برای آستانه فیبریلاسیون بطنی برای مسیر جریان طولی، شکل ۵۲۵ -۳ دیده شود .

برای مدت‌های کوتاه‌تر برق‌گرفتگی، اطلاعات تجربی وجود ندارد.

۵۵- اثر عبور جریان‌هایی غیر از جریان متناوب و جریان مستقیم ازبدن انسان

علاوه بر جریان‌های متناوب و مستقیم، انواع جریان‌های دیگر وجود دارند که نحوه اثر آن‌ها بر انسان متفاوت است .

استاندارد IEC 479-2 حاوی مطالبی در اين زمینه‌ها می باشد که در اینجا چند عنوان از آنها ذکر می شود:

(۱) جریان متناوب حاوی مولفه جریان مستقیم؛

(۲) جریان متناوب با کنترل فاز؛

(۳) جریان متناوب با کنترل سیکلی؛

(۴) جریان تک سیلک ضربه ای .

شکل۵۴۱-۱ تغییرات در آستانه درک پهنه فرکانس ۵۰ /۶۰تا ۱۰۰۰ هرتز

شکل۵۴۱-۲ تغییرات در آستانه رهایی پهنه فرکانس ۵۰ /۶۰تا ۱۰۰۰ هرتز

شکل۵۴۱-۳ تغییرات در آستانه فیبریلاسیون بطنی با پهنه فرکانس ۵۰ /۶۰تا ۱۰۰۰ هرتز هرتز و زمانی بیش از یک پریود قلب و مسیر جریان در طول بدن

فصل ششم

حفاظت در برابر برق‌گرفتگی

۶۰۰ – پیشگفتار

۶۰۰ -۱-ملاحظات عمومی

          این فصل مقررات و دستورالعمل‌هایی است که تا به‌حال برای استفاده بی خطر از برق تدوین شده‌اند . روش‌های مورد بحث بر اساس IEC ارائه شده است . برخی از روش‌ها بیشتر مورد استفاده می باشند. در حالیکه برخی دیگر برای استفاده در شرایطی مخصوص مناسب هستند. در هر صورت هیچ یک از اقدامات حفاظتی بر دیگری ارجحیت ندارد و تقدم و تأخر در ترتیب شرح آنها را نیز نباید دلیل ارجحیت یکی نسبت به دیگری به حساب آورد .

در استفاده از برق . دو خطر عمده وجود دارد:

۱-برق‌گرفتگی:

۲-آتش‌سوزی .

برق‌گرفتگی و حفاظت در برابر آن موضوعی است که تماما به تأسیسات و تجهیزات استفاده کننده از برق مربوط می باشد. اما موضوع آتش سوزی تفاوت دارد .

انرژی الکتریکی به خودی خود قابل استفاده نمی باشد. اگر بخواهيم کاربردهایی مانند الکترونیک و ذخیره برق در باطری را مصرف مستقیم بدانیم نسبتشان به انرژی‌های تبدیل شده از برق مانند روشنایی ، حرارت و مخصوصا انرژی مکانیکی، ناچیز است .

حال اگر در نتیجه مصرف برق در تجهیزات الکتریکی يا در مدارهای توزیع یا دستگاه‌های کنترل کننده و مصرف کننده برق آتش سوزی رخ دهد، آن آتش سوزی مربوط به سیستم است که جلوگیری از بروز و شیوع آن موردنظر ما می باشد.

اما آگر آتش سوزی پس از تبدیل برق به انرژی دیگری (مثلا حرارتی) و در اثر مصرف آن رخ دهد، دیگر نباید آن را به حساب سیستم برق گذاشت.

تفکیک دو نوع آتش سوزی به ترتیبی که گذشت؛ مخصوصا برای آن‌هایی که در تأسیسات برق کار می کند بسیار مهم است. استفاده نادرست از یک بخاری برقی با وجود نقصی در طراحی آن نباید به حساب وجود عیب در تاسیسات برق گذاشته شود .

مسئله دیگری هم وجود دارد که موضوع را بغرنج تر می کند : هنگامی که سطح مقطع یک هادی يا اندازه و نوع فیوزی که برای حفاظت آن لازم است انتخاب می شود، برداشت طوری است که گویا حفظ سلامت خود هادی در درجه اول اهمیت قرار دارد نه جلوگیری از بروز آتش سوزی که در اثر داغ شدن بیش از حد آن. جان و مال انسان را به خطرمی اندازد .

در هر حال در بحث راجع به آثار حرارتی برق، حفاظت در برابر آتش سوزی ناشی از تجهیزات برق مدنظر است و معمولا روش‌های جلوگیری از این نوع آتش سوزی، حفاظت خود اجزای سیستم را نیز تأمین می کند.

با این همه، نظر به اينکه برق‌گرفتگی مستقیما و بدون واسطه انسان را تحت تأثیر قرار می دهد و اثر آن فوری است ‏ دربحث ایمنی جایگاهی مخصوص دارد .

از بحثهای بالا می توان نتیجه‌گیری کلی زیر را به عمل آورد و خطرهای ناشی از برق رامی توان به دو گروه تقسیم نمود :

۱ – خطرهای مستقیم : برق‌گرفتگی و آتش سوزی در اثر وجود نقص در سیستم، خطرهای مستقیم می باشند.

۲ – خطرهای غيرمستقيم : خطرهای ناشی از فعالیتهای مکانیکی با قوه محرکه برقی و آتش سوزی ناشی از تبدیل برق به حرارت در لوازم مصرف کننده برق، خطرهای غيرمستقیم می باشند.

در این فصل به خطرهای غیرمستقیم پرداخته نخواهد شد و فقط به خطرهای مستقیم توجه می گردد.

نکته مهم دیگری که باید مدنظر داشت. این است که ایجاد سیستم‌هایی با ایمنی صددرصد. از نظر فنی و اقتصادی امکان‌پذیر نیست. این موضوع درهمه موارد و نه تنها برق، صحت دارد.

البته این خصیصه هیچگاه مانع ارتقا درجه ایمنی در نتیجه پیشرفتهای دایمی در علوم و مهندسی، نشده است. اما تنها داشتن توان فنی برای ارتقاء ایمنی کافی نمی باشد. عامل مهم دیگری وجود دارد که مانع رسیدن انسان به بالاترین حد ممکن ایمنی می شود و آن، توان اقتصادی است. در این مورد مقصود از توان اقتصادی توان فردی نمی باشد. بلکه توان اقتصادی ملی موردنظر است و به عبارتی، تولید ناخالص ملی است که ملاک تعیین این نوع توانایی می باشد . بنابراین نباید انتظار داشت که اقدامات حفاظتی برای تأمین ایمنی بطور کامل کارساز باشند بلکه تأمین ایمنی باید در حدی معقول که امکانات فنی روز و توان اقتصادی آن را ممکن می سازد، انجام شود .

در بعضی موارد، نسبی بودن درجه ایمنی خود ناشی از نسبی بودن پدیده های طبیعی است. برای مثال. مقاومت الکتریکی بدن انسانها در شرایطی مساوی یکسان نیست. یعنی در شرایط یکسان، مقاومت گروه بزرگی از مردم درمحدوده یک طیف قرار دارد که بین حداکثر و حداقل آن تفاوت بسیار است و در نتیجه اين سوال پیش می آید که برای تعیین این یا آن دستورالعمل مقرراتی یا آیین نامه‌ای، مقاومت بدن انسان باید بر چه مبنایی انتخاب شود.

این موارد و وجود تفاوت‌های دیگری در نگرشها و عرف ملل مختلف. سبب شده است که بین مقررات ملل. تفاوت‌هایی بوجود آید اما با تقویت IEC. مقررات تدوین شده بوسیله اين کمیسیون، نظر ملل مختلف را به یکدیگر نزدیک و یکسان کرده و در نتیجه تفاوتهای جزئی ذکر شده، روزبروز کمتر می شوند.

با توجه به اینکه پیشگیری. هدف اصلی ایمنی است. روشهای مفصلی برای جلوگیری از برق زدگی تدوین شده اند که ها به تفصیل بحت خواهد شد .