Pełny numer elektro.info 7-8/2017 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)

Wybrane dla Ciebie


Zdobądź certyfikat i uprawnienia - Opomiarowanie i dozór elektryczny

Kurs kwalifikacyjny Grupa 1 elektroenergetyczna Po zakończeniu szkolenia odbędzie się praktyczny test egzaminacyjny. Uczestnik, który pozytywnie zaliczy test oraz zda pozytywnie egzamin kwalifikacyjny przed Państwową Komisją Kwalifikacyjną, otrzymuje imienne świadectwo upoważniające go do samodzielnego wykonywania pomiarów elektrycznych(...) czytam dalej »


Normy na urządzenia zasilające a ups-y kompensacyjne »
Upsy kompensacyjne

Wymagania dotyczące jakości dostarczanej energii poza zakresem zmian napięcia i częstotliwości sprowadzają (...) czytam dalej »


Detektor zwarć łukowych - maksymalizacja bezpieczeństwa »

Zalety i funkcje ładowarek podtynkowych »

Zwarcia łukowe ładowarki podtynkowe
Co roku w całej Europie wybuchają tysiące pożarów wywołanych awarią w instalacji elektrycznej, których przyczyną są niebezpieczne zwarcia łukowe. Sprawdź.... czytam dalej » Już nie musisz szukać wolnego przewodu, ponieważ punkt ładowania znajduje się zawsze w tym samym miejscu i jest gotowy do naładowania Twojego (...) czytam dalej »

Zalety modułowych rozdzielnic nn »
rozdzielnice modułowe

Rozdzielnice niskonapięciowe (rozdzielnice nn) są elementami złożonymi z jednego lub kilku aparatów niskiego napięcia, które współpracują z urządzeniami sterowniczymi, sygnalizacyjnymi oraz pomiarowymi. Dodatkowo służą do łączenia... czytaj dalej »


Czy naprawdę warto? - Nowa seria ograniczników przepięć » Jak diagnozować urządzenia elektryczne za pomocą termowizji »
Ograniczniki przepięć Pomiar za pomocą termowizji
Szeregowe połączenie iskierników w stosunku do warystora powoduje, że ograniczniki typu 1, 2 w czasie normalnej pracy (…) czytaj dalej »
Kamera termowizyjna jest urządzeniem służącym do bezkontaktowego zobrazowania rozkładu temperatury na obserwowanej powierzchni na podstawie pomiaru (...) czytam dalej»

Jakie wybrać agregaty prądotwórcze »
Agregaty prądotwórcze - jakie wybrać

Niezawodne zasilanie i rozdział energii elektrycznej, doświadczona obsługa techniczna to... czytam dalej »


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 »
4/2018

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 4/2018
W miesięczniku m.in.:
  • - Zasady i kryteria doboru wyłączników różnicowoprądowych do selektywnej współpracy
  • - Projekt instalacji piorunochronnej budynku hali produkcyjnej
Zobacz szczegóły

Polska firma po raz pierwszy na targach INDEX Mumbai Indie

Firma GTV – międzynarodowy dystrybutor akcesoriów meblowych i oświetlenia - po raz pierwszy wzięła udział w indyjskich targach Mumbai 2018r. Podczas wydarzenia zaprezentowano najważniejsze...

Noże szwedzkie firmy Montero

Montero zaprezentował nowość w ofercie – trzy modele szwedzkich noży, których ostrza wyprodukowano z wysokiej jakości stali nierdzewnej. Pierwszy to nóż przeznaczony dla elektryków –...
Zasilanie urządzeń pożarowych w ujęciu normy 12101-10

Zasilanie urządzeń pożarowych w ujęciu normy 12101-10

Napisano już sporo artykułów na temat sposobu doboru przewodów zasilających urządzenia przeciwpożarowe, które muszą funkcjonować w warunkach pożaru. Brak jest...
MICROS sp.j. W. Kędra i J. Lic MICROS sp.j. W. Kędra i J. Lic
Firma Micros istnieje na polskim rynku elektronicznym nieprzerwanie od 1988 roku. Jej początki to mały sklep z asortymentem elektronicznym,...
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