Pełny numer elektro.info 9/2015 tylko dla Ciebie [PDF]

wystarczy założyć konto w portalu elektro.info.pl

Łuk elektryczny i skutki jego działania na człowieka

Właściwości fizyczne, wypadki elektryczne, uszkodzenia ciała
Zabezpieczenia łukochronne
Zabezpieczenia łukochronne
ENERGOTEST

W artykule opisano fizyczne właściwości łuku elektrycznego. Omówiono sprawy związane z wypadkami elektrycznymi, w wyniku których poszkodowani doznali urazów oparzenia ciała. Przedstawiono również zmiany patologiczne w tkankach organizmu człowieka powodowane łukiem elektrycznym.

Ciepło łuku elektrycznego działające na ciało człowieka może spowodować w nim zmiany patologiczne nazywane oparzeniem elektrycznym. Wypadkom poparzenia łukiem ulegają głównie elektrycy podczas wykonywania napraw i przeglądów urządzeń.

Łuk elektryczny powstaje najczęściej na skutek zwarć w urządzeniach elektrycznych, których przyczyną są zarówno uszkodzenia, jak i błędne postępowanie człowieka. Energia termiczna łuku elektrycznego uszkadza podczas wypadków najczęściej odsłonięte części ciała poszkodowanych lub słabiej chronione przez odzież. Zazwyczaj jest to skóra rąk i twarz poszkodowanych (Czytaj więcej na ten temat). Groźne są oparzenia łukiem przy urządzeniach elektrycznych o napięciu większym niż 6 kV. W tych przypadkach na człowieka działa większa energia cieplna łuku niż w urządzeniach niskiego napięcia, a oparzenia są na ogół bardziej rozległe.

Uszkodzenia skóry i tkanek podskórnych przez łuk elektryczny zazwyczaj rozprzestrzeniają się poza pierwotny obszar oparzeń. Często występuje pożar ubrania.

Łuk elektryczny i jego właściwości

Powstawanie łuku jest związane z jonizacją kanału wyładowania elektrycznego, który przekształca się w strumień plazmy o bardzo wysokiej temperaturze. Łuk wytwarza ciśnieniową falę uderzeniową, która gwałtownie nagrzewa powietrze wzdłuż osi łuku. Powstający gorący strumień gazów unosi z powierzchni przewodnika roztopione cząsteczki metali, które podczas oparzenia wnikają w głąb skóry poszkodowanego wywołując jej metalizację. Następuje wtedy elektroliza płynu tkankowego, w której kwasy tłuszczowe reagują ze związkami metalu tworząc sole metaliczne, przenikające do głębszych warstw skóry. Poszkodowani czują ból pochodzący od oparzenia skóry cząsteczkami metalu oraz napięcie skóry pochodzące od obecności ciał obcych na naskórku.

Przeczytaj także: Rozdzielnice SN – wykonania górnicze i inne wybrane rozwiązania >>

Palący się w powietrzu łuk elektryczny charakteryzuje się wysoką temperaturą, dużą gęstością prądu oraz małym spadkiem napięcia na jego długości. Łuk elektryczny w powietrzu nie ogranicza swojej długości tylko do przestrzeni między elektrodami, lecz wydłuża się pod działaniem siły powstałej od własnego pola elektromagnetycznego.

Przy przejściu prądu przemiennego przez zero rezystancja łuku dąży do nieskończoności i łuk powinien zgasnąć. Jednak przy dostatecznie wysokim i szybko narastającym napięciu powrotnym następuje natychmiastowy ponowny zapłon łuku. Jest to przypadek łuku swobodnego występującego przy napięciu większym od 300 V oraz dwukrotnie wyższym od amplitudy spadku napięcia na łuku, zwanego napięciem łuku. Jeśli te warunki nie są spełnione, łuk staje się niestabilny i samogasnący.

Spadek napięcia na jednostkę długości łuku, zwany gradientem łuku, jest stały o wartości około 15 V/cm przy prądzie 5 kA i wzrasta do ok. 20 V/cm przy prądzie 20 kA. W przypadku łuku intensywnie chłodzonego jego gradient może być większy, a lepsze chłodzenie powoduje wzrost strat energii łuku do otaczającego gazu. Zwiększenie chłodzenia łuku pociąga za sobą wzrost jego mocy, a temperatura łuku chłodzonego jest wyższa niż łuku swobodnego. Energię łuku elektrycznego E wyznacza się całką oznaczoną, którą określa równanie:

(1)

 

gdzie:
E – energia łuku,
u – napięcie łuku,
i – natężenie prądu zwarcia płynącego w łuku,
t – czas palenia się łuku.

Napięcie łuku (u) jest napięciem wzdłuż rdzenia łuku, które jest zmienne w czasie i rośnie wraz ze wzrostem długości łuku. Czas palenia się łuku (t) trwa od chwili wystąpienia łuku aż do chwili jego zgaśnięcia. Moc elektryczna doprowadzona do rdzenia łuku jest rozpraszana do otoczenia przez promieniowanie, przewodnictwo i konwekcję, a niewielka jej część przetwarzana jest na energię fali akustycznej i to tylko w przypadku, gdy chwilowa moc łuku ulegnie zmianie. Przyjmuje się, że moc promieniowania z rdzenia łuku stanowi od 50 do 75 % całkowitej mocy doprowadzonej.

Po zapłonie łuk elektryczny wytwarza ciśnieniową falę uderzeniową, która powstaje na skutek gwałtownego nagrzania powietrza wzdłuż osi łuku. Amplitudę (A) tej fali ciśnieniowej można w przybliżeniu oszacować ze wzoru:

(2)

 

gdzie:
i – prąd zwarcia w miejscu łuku, w [kA],
t – czas palenia się łuku, w [s],
d – długość łuku, w [m].

W zależności od odległości od łuku, ludzie doznają obrażeń bądź od fali ciśnieniowej lub od odłamków urządzeń elektrycznych zniszczonych przez tę falę. Jednak najwięcej szkody powoduje termiczne działanie łuku na otoczenie. Temperatura łuku osiąga wartość 10 000 - 15 000 K. Zgodnie z prawem Boltzmana, energia wypromieniowana ze źródła o temperaturze q jest proporcjonalna do θ4.

Ilość ciepła otrzymana przez ciało zależy od gęstości wypromieniowanej energii, która maleje z kwadratem odległości od osi łuku. Wydzielona energia cieplna w ciele dotkniętego człowieka powoduje wzrost jego temperatury, której wartość zależy od ciepła właściwego ciała człowieka. Średnia wartość ciepła właściwego tkanek ciała człowieka wynosi 3,3 J/g·°C.

Materiały organiczne będące w styczności z łukiem ulegają pirolizie. Są to procesy endotermiczne pochłaniające pewne ilości energii doprowadzonej przez łuk. Powstają wówczas różne gazy, przeważnie chemicznie aktywne, które wchodzą w reakcje egzotermiczne z tlenem powietrza wytwarzając niekiedy duże ilości dodatkowego ciepła.

Artykuł pochodzi z: miesięcznika elektro.info 9/2008

Komentarze

(0)

Dowiedz się więcej

 

KONKURS MIESIĘCZNIKA ELEKTRO.INFO »

 

Nowe jednofunkcyjne przekaźniki czasowe! Poznaj ich zalety »
Jak dobrać czasówkę przemysłową? »

(…) trzy nowe wykonania jednofunkcyjnych przekaźników czasowych przeznaczonych do zastosowań w instalacjach niskiego napięcia (...)

Doświadczenie zdobyte w aplikacjach rynku przemysłowego przenosimy na produkty rynku automatyki domowej  (...)

 

Technologia SafetyBridge  

Chcesz poprawić jakość napięcia? Skorzytsaj z prostego rozwiazania »
Obejrzyj film instruktażowy i ulepsz pomiary termiczne »

(…) kompleksowe rozwiązania w zakresie systemów zasilania gwarantowanego (...)

jedyny na świecie producent kamer termowizyjnych z tak wysokim stopniem automatyzacji i integracji (...)

 

Dbaj o bezpieczeństwo swojego IT »

Każdy, kto chce poprawić bezpieczeństwo IT, powinien zacząć od bezpieczeństwa fizycznego (...)

 

Wybrane dla Ciebie

Jaki sprzęt powinieneś zamontować w nowoczesnym budynku?

(...) charakteryzuje się trzema stylami wykończeń tworzących gamę wielu niepowtarzalnych wzorów (...)

6 powodów dla których inni stosują mobilne drukarki etykiet »

Wyraźne i trwałe oznakowanie odgrywa coraz bardziej istotną rolę we wszystkich dziedzinach przemysłu (...)

Popraw współczynnik mocy i płać mniej za energię elktryczną! 

Coraz większa liczba urządzeń elektrycznych sprawia, że pogarsza się jakość napięcia i współczynnik mocy energii elektrycznej (...)

Poznaj tajemnicę produkcji niezawodnego i eleganckiego osprzętu elektrycznego »

Gniazda i Łączniki elektryczne to nie tylko przykry obowiązek i źródło energii, (...)

Projektowanie systemu rejestracji zakłóceń krok po kroku » 

W pierwszej części opisałem, jak Miły Starszy Pan zaproponował naszej firmie udział w pewnym projekcie (...)

5 powodów dla których powinieneś stosować przewody szynowe »

Pomimo prawie stuletniej historii przewodów szynowych jako elementu instalacji elektrycznych (...)

Czym jest układ wyzwalania i jak działa?

Jedną z najważniejszych właściwości oscyloskopu jest jego zdolność do wyzwolenia pomiaru na sygnale wejściowym (...)

Pracujesz przy instalacjach elektrycznych? Zdradzamy, jak zwiększyć bezpieczeństwo Twojej pracy

Ze względu na różne obszary zastosowań urządzeń wydzielone zostały cztery dywizje (...)

Opis na taśmie laminowanej na długie lata? Jak tego dokonać?

(...) w osiągnięciu zaskakująco dobrych parametrów wytrzymałościowych (...) 

 

» Chcesz się u nas reklamować? Dołącz do najlepszych w branży »

Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »
Zapisz się na bezpłatny newsletter!
Najnowsze informacje na Twoją skrzynkę:
10/2016

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 10/2016
W miesięczniku m.in.:
  • - Instalacje elektryczne w strefach zagrożonych wybuchem
  • - Zalety i wady instalacji inteligentnych
Zobacz szczegóły
BIALL Sp. z o.o. BIALL Sp. z o.o.
BIALL Sp. z o.o. zajmuje się dystrybucją aparatury pomiarowej, techniki lutowniczej i narzędzi dla elektroniki i elektroinstalatorów. W...
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa, w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl