قوس الکتریکی

حسن شرفخانه دانشجوی مهندسی ایمنی صنعتی و محیط کار، دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی

 

قوس الکتریکی چیست؟

اگر یک هادی زمین شده با هادی دیگری که دارای ولتاژ بالایی است تماس یابد، ممکن است عایق هوای بین آنها شکسته و باعث ایجاد جرقه شود، این عمل موجب یونیزه شدن هوا شده و مقاومت آن را پایین می آورد، که این به نوبه خود باعث افزایش جریان برق در نتیجه ایجاد قوس الکتریکی یا آرک می شود. حال اگر انسان را یک هادی زمین شده فرض بگیریم که به یک خط با ولتاژ بالا بسیار نزدیک شود به وسیله قوس الکتریکی بدون تماس با هادی می سوزد. چون مقاومت الکتریکی هوا کاهش می یابد و سطح وسیعی از پوست می سوزد.

 

مکان هایی که دارای پتانسیل این حوادث هستند عبارتند از:

  • تابلوهای برق
  • بدنه سلول کلیدهای قطع کننده
  • ترانسفورماتورها
  • راه اندازهای موتور و محفظه فلزی آنها
  • جداکننده های فیوز
  • هر مکانی که احتمال خطای عملکرد تجهیزات الکتریکی باشد

 

حرارت نهایی یک قوس الکتریکی بیش از ۳۵۰۰۰ درجه فارنهایت تخمین زده شده که همراه بخارات فلزی که حدود ۲۳۰۰۰ درجه فارنهایت حرارت داشته؛ می باشد. در صورتیکه حرار ت سطح خورشید فقط ۱۰۰۰۰ درجه فارنهایت بوده و حرارت انفجار  یک بمب اتمی بعد از ۳ / ۰ ثانیه فقط به حدود ۱۲۶۰۰ درجه فارنهایت می رسد.

اثرات یک قوس الکتریکی می تواند ویران کننده باشد. این انرژی زیاد و نور شدید آن می تواند در یک ثانیه باعث سوختگی های شدید، نابودی پوست و بافت ها شود. قوس الکتریکی می تواند لباس را سوزانده و متلاشی کند و در نتیجه باعث سوختگی شود. قربانیان در بعضی موارد نیاز به پیوند پوست داشته یا اینکه باید قطع عضو شوند. البته بسته به درصد سوختگی و سن می تواند باعث مرگ نیز شود.

آرک ناشی از آمپراژ بالا می تواند موج انفجاری، که نیرویی بیش از ۱۰۰۰ پوند دارد، ایجاد کرده که می تواند قربانی را پرتاب و در نتیجه آن، مجروح از جایی سقوط یا با اشیاء نزدیک خود برخوردکند. فشار امواج می تواند قطعات آزاد و شل، تکه های تجهیزات آسیب دیده، ابزار و دیگر اشیاء را به هوا پرتاب کند.

همچنین حرارت شدید ممکن است باعث ذوب اجزای فلزی الکتریکی و انفجار باعث پرتاب قطعات مذاب به فواصل قابل توجهی منجر گردد و این قطعات سریع، می توانند به اشخاص اصابت کرده، که ضمن سوزاندن لباس به پوست وحتی به ریه شخص آسیب برسانند.

 

جراحت های ناشی از قوس الکتریکی

سوختگی های مستقیم و ثانویه:

در فواصلی از قوس الکتریکی، حرارت آنقدر هست که بتواند پوست و بافت را تخریب نماید. شدت این آسیب به مدت زمان و مقدار حرارت تماس بستگی دارد. مطالعات  نشان می دهد که حرارت بیش از ۲۰۵ درجه فارنهایت در مدت 1/0 ثانیه اثری غیر قابل ترمیم می گذارد که به آن سوختگی علاج ناپذیر یا غیر قابل درمان می گویند. حرارت اولیه پوست با شدت فلاش، فاصله از قوس و زمان انفجار تعیین می گردد.

جدول شماره یک، این اثرات را برای حرارت و زمان های مختلف نشان می دهد :

 

جدول 1- اثرات و انواع سوختگی در حرارت و زمان های مختلف

 

درجه حرارت پوست

طول زمان تماس

اثرات بروی پوست

110  ˚F

6 ساعت

آغاز آسیب به سلول های پوستی

158  ˚F

1 ثانیه

از بین رفتن کامل سلول ها

176    ˚F

1/0 ثانیه

سوختگی قابل درمان

205  ˚F

1/0 ثانیه

سوختگی غیرقابل درمان

 

هوای گرم و مواد مذاب حاصل از قوس تجهیزات الکتریکی، سبب از هم پاشیدن لباس های معمولی که حتی مستقیما با قوس تماس نداشته، می شوند. جز اینکه لباس کندسوز بوده و در ادامه باعث توسعه منطقه سوختگی شود. لباس های جنس الیاف مصنوعی همچون نایلون و پلی استر ممکن است ذوب شده و به پوست بچسبند و در نتیجه سوختگی تشدید شود.

 

جراحت های چشم:

قوس الکتریکی حتی با استفاده مستمر از حفاظ چشم و عینک، ممکن است آسیب جدی به چشم زده و یا موجب کوری شود. اشعه شدید ماورای بفنش ناشی از قوس الکتریکی نیز می تواند به شبکیه چشم آسیب بزند. اثر اشعه ماورای بنفش بر چشم همراه علائمی است مثل اینکه تصور می شود ریگی وارد چشم شده و دید فرد تیره، حس سوختگی داشته و از چشم اشک آمده و حتی فرد دچار سردرد می شود. فشار امواج ناشی از انفجار می تواند آسیب جدی به چشم زده و چنانچه چشم مسلح نباشد، پرتاب اشیاء و قطعات ریز و برخورد آنها با چشم منجر به حوادث جبران ناپذیری گردد.

  

آسیب به سیستم شنوایی:

صدا و فشار زیاد ناشی از انفجار قوس الکتریکی نیز می تواند بر شنوایی اثر بگذارد. صدا و نویز را با واحد دسی بل می سنجند. OSHA  حد مجاز PEL (Permissible Exposure Limit) آن را 90 دسی بل معین کرده است و از کارگران می خواهد که در تماس با حد 85 دسی بل و یا بالاتر از گوشی های حفاظتی استفاده نمایند. اگر صدا 3 دسی بل افزایش پیدا کند اثر آن معادل میزان صدای دو برابر می باشد. اطلاعات منتشر شده نشان داده که صدای انفجار قوس الکتریکی تا 140 دسی بل افزایش یافته که معادل صدای هواپیما هنگام برخاستن می باشد.  فشار ناگهانی که تا lbs/ft 720  که در مدت 400 میلی ثانیه افزایش می یابد، می تواند موجب پارگی پرده گوش شود.

  

مراحل آنالیز مخاطرات قوس الكتریكی:

مطابق استاندارد 1584 IEEE برای آنالیز مخاطرات قوس الكتریكی ۹ مرحله تعریف شده است :

۱. سیستم جمع آوری و نصب اطلاعات

۲. تعیین سیستم و اسلوب كار

۳. تعیین جریان ناگهانی خطا

۴. تعیین جریان قوس ناشی از خطا

۵. تعیین مشخصات تجهیزات حفاظتی و طول قوس

۶. مستندات سیستم ولتاژ و كلاس تجهیزات

۷. انتخاب فواصل كاری

۸. محاسبه انرژی رویداد

۹. محاسبه حد و مرز حفاظت از درخشندگی

 

محاسبات قوس الکتریکی براساس استاندارد2002  IEEE 1584™ -

استاندارد 1584 IEEE شامل روش محاسبه گام به گام مقدار انرژی رویداد است که کارگر احتمالا با آن روبرو می شود. فاکتورهایی که در محاسبه استفاده می شوند شامل جریان ناگهانی خطا، ولتاژ، نوع تجهیزات، ساختمان و متد اتصال زمین محل می باشد. علاوه بر آن اعداد ثابتی که مقادیر و تقریب آن بر اساس جدول استاندارد مشخص شده، در محاسبه استفاده می شوند.

انرژی رویداد اساسا در سه مرحله به شرح زیر محاسبه می شود:

۱. محاسبه جریان های قوس با استفاده از جریان خطای ناگهانی.

۲. محاسبه انرژی رویداد نرمال در هر جریان ناشی از قوس.

۳. تبدیل ا نرژی رویداد از نرمال به اکتیو براساس فاکتورهای مرتبط اکتیو (زمان خالص، مؤلفه تجهیزات و غیره)

گام آخر لیست بالا شامل تبدیل پیشاپیش محاسبه انرژ ی رویداد نرمال به اکتیو است. این پروسه توجه خاصی به مؤلفه تجهیزات و زمان های خالص خطای اکتیو براساس حفاظت در محل، از قبیل اشاره به، عمل بموقع تمام تجهیزات مثل رله ها، فیوزها و بریکرها دارد.

برای محاسبه از دو فرمول زیر که بستگی به ولتاژ سیستم دارد، استفاده می شود:

 


 

انرژی رویداد در شرایط عادی با مدت زمان و فاصله معین از قوس ( Cal / Cm2)

En

انرژی رویداد در شرایط عادی با مدت زمان و فاصله معین از قوس ( Cal / Cm2)

E

عدد ثابت (اگر ولتاژ بیش از1KV    باشد آنگاه  =1.5 Cf   و اگر ولتاژ کمتر از1KV    باشد   =1 Cf )

Cf

فاصله شخص از نقطه قوس (با استفاده از جدول شماره 2 ) (میلیمتر)

D

زمان قوس (ثانیه)

t

فاصله تعریف شده (با استفاده از جدول شماره 3 )

X

جریان ناگهانی خطا برای سه فاز (کیلو آمپر)

Ibf

ولتاژسیستم

V

 

جدول 2- فاصله کاری براساس نوع تجهیزات

 

نوع تجهیزات

فاصله کاری معمول

تجهیزات تقسیم و انتقال 15 KV

910 mm

تجهیزات تقسیم و انتقال 5 KV

910 mm

تجهیزات تقسیم و انتقال با ولتاژ کم

610 mm

تابلو برق ها و MCCها با ولتاژ کم

455 mm

کابل

455 mm

دیگر موارد

بسته به شرایط موجود

 

 جدول 3- مؤلفه های تجهیزات و نوع ولتاژ آنها

 

ولتاژ سیستم (KV)

نوع تجهیزات

فاصله معمول هادی(mm)

مؤلفه X   فاصله

 

0.208-1

در هوای آزاد

40-10

2.000

تجهیزات تقسیم و انتقال

32

1.473

تابلو برق ها و MCCها

25

1.641

کابل

13

2.000

 

 

> 1-5

در هوای آزاد

102

2.000

تجهیزات تقسیم و انتقال

102-13

0.973

کابل

13

2.000

 

 

> 5-15

در هوای آزاد

153-13

2.000

تجهیزات تقسیم و انتقال

153

0.973

کابل

13

2.000

 

 سطح خطرات

در استاندارد NFPA 70E  سطح ریسک مخاطرات، بستگی به محاسبات انرژی رویداد دارد. این استاندارد نیز لیستی از تجهیزات حفاظت فردی  PPEمثل لباس های کار خاص را با توجه به طبقه بندی مخاطرات معرفی نموده است. برا ی عملی کردن، ابتدا باید انرژ ی رویداد محاسبه شود، سپس با استفاده از جدول شماره چهار استانداردNFPA  که برا ی سهولت کار تهیه نموده، مشخصات ترکیب تجهیزات حفاظت فردی مناسب بدست می آید.

 

 جدول 4- مشخصات تجهیزات حفاظت فردی

 

سطح ریسک خطر

سیستم های پوششی حفاظتی  معمول

حداقل الزامات PPE نسبت به قوس (Cal / Cm2)

0

مواد نسوز و غیر قابل تبخیر ( مواد طبیعی یا تقویت شده )

N/A(2/1)

1

شلوار ها  وپیراهن  ضد حریق ویا لباس یکسره ضد حریق

4

2

لباس ها زیر از جنس کتان بعلاوه شلوار ها  وپیراهن  ضد حریق

8

3

لباس ها زیر از جنس کتان بعلاوه شلوار ها  وپیراهن  ضد حریق و لباس یکسره ضد حریق

25

4

لباس ها زیر از جنس کتان بعلاوه شلوار ها  وپیراهن  ضد حریق و لباس های چند لایه ضد قوس

40

 

 توجه داشته باشید که بالاترین درجه طبقه بندی 4 بوده  که حد آن برابرCal / Cm2 40 می باشد، در صورتی که تجهیزات حفاظت فردی باید متناسب برای مقادیر بالاتر از Cal / Cm2 40 باشد. اگرچه لباسی که قادر باشد عمل حفاظت را در برابر قوس الکتریکی با انرژی رویداد Cal / Cm2 112 انجام دهد ، به صورت تجاری در دسترس می باشد.

استانداردNFPA 70E-2004  به این موضوع صریحا اشاره کرده واجازه کار در مقابل سطح انرژی رویداد بالاتر از Cal / Cm2 40 را نداده است، چراکه تحقیقات نشان داده است که صدمات بدون جراحت ظاهری (مثل سوختگی های داخلی، صدمات داخلی و ...) ناشی از کار در مقابل سطح انرژی رویداد بالاتر از Cal / Cm2 40 می باشد .

 

منابع:

1- Burn Injury Facts- Arc Flash/ Blast : SHARP- Promoting Safer , Healthier Workplaces – April 2006

 2- Protection from electric shock and arc flash – CPWR Journeyman TIP– www.cdc.gov/elcosh

 3- Understanding and reducing Arc Flash Hazards : Little fuse Power-Guard Products , USA – http://itudownloads.com

 4- IEEE standard™ No. 1584 -2002 - www.ieee.org

 5- NFPA 70E 2004 – Standard for Electrical Safety Requirements for Employee Workplaces 

 

خبرنامه

اطلاعات تماسی

تلفن : ۰۲۱۲۲۹۲۴۹۸۷

ایمیل :‌ info [@] safetymmesage [dot] com

درباره پیام ایمنی

فعاليت سايت پیام ایمنی از سال 1382 همزمان با انتشار نشریه پیام ایمنی آغاز گرديد. هدف ما از طراحی اين سايت، ايجاد مرجعی کامل و كارآمد از موضوعات ایمنی، بهداشت، محیط‏ زیست و آتش‏ نشانی، به منظور رفع نياز محققين و علاقمندان در كشور است.


طراحی سایت و طراحی گرافیک توسط استودیو طراحی حاشیه