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

 

Informujemy, że switche dedykowane dla IEC 61850 otrzymały certyfikat KEMA!

Dowiedz się, co to oznacza dla Ciebie ...

 

Jak zaprojektować niezawodny układ zasilania dla zespołu prądotwórczego?
Czy głębokość pamięci oscyloskopu ma znaczenie?

Zaprojektowanie niezawodnego układu energetycznego to praca, która wymaga profesjonalnego i odpowiedzialnego podejścia ...

 

Pamięć akwizycji danych to ważny czynnik charakteryzujący każdy oscyloskop cyfrowy, przy czym większa pojemność pamięci nie oznacza lepszej klasy oscyloskopu ... 

 

Wybrane dla Ciebie

W jaki sposób skutecznie rejestrować zakłócenia elektryczne?

Jeszcze mądrzejsi wyliczają składowe symetryczne, analizują harmoniczne i mierzą zależności czasowe i fazowe, żeby ... »

Jak uniknąć mostków cieplnych?

Pomiary temperatury pomagają określić stan różnych elementów instalacji i systemów oraz przewidzieć ryzyko ich uszkodzenia ... » 

Jak prawidłowo przeprowadzić pomiar rezystynacji i prądu?

Stan izolacji elektrycznej należy do najczęściej kontrolowanych parametrów sieci energetycznych niskiego napięcia ... »

Opaski zaciskowe inne niż wszystkie! Dlaczego warto je używać?

Trzeba nadmienić, że układanie okablowania samolotu w tamtych czasach było kłopotliwym i drobiazgowym przedsięwzięciem... »


Jak czytelnie oznaczać kable oraz gniazda elektryczne?

Najnowsze przemysłowe drukarki etykiet stworzone zostały z myślą o profesjonalistach, dla których ważna jest jakość ...»

UWAGA! Pierwszy na świecie oscyloskop z zintegrowaną funkcją analizatora widma!

Łączący funkcje oscyloskopu, wektorowego analizatora sygnałów, generatora arbitralnego, analizatora stanów logicznych, analizatora protokołów oraz multimetru cyfrowego ... »

 

Zdradzamy tajemnice! Jak zaprojektować instalacje elektryczną w budynku i ciąć koszty!
Jak ograniczyć straty energii w stacjach transformatorowych?

Przedmiotem opracowania jest budynek wielokondygnacyjny z garażem podziemnym, w którym zlokalizowane jest zaplecze techniczne obiektu ... »

Jakość i niezawodność dostaw energii elektrycznej stała się niezwykle istotnym zagadnieniem z punktu widzenia zarówno użytkowników ... »

» 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:
7-8/2016

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 7-8/2016
W miesięczniku m.in.:
  • - Filtry harmonicznych gwarancją kompatybilności energetycznej
  • - Instalacje fotowoltaiczne - dobór falownika, przewodów i ich zabezpieczeń
Zobacz szczegóły
O projekcie systemu rejestracji zakłóceń elektrycznych, czyli klient nasz pan (część 1)

O projekcie systemu rejestracji zakłóceń elektrycznych, czyli klient nasz pan (część 1)

Niemal 300 rejestratorów SRZ-AMP, produkowanych i serwisowanych przez firmę TRONIA Sp. z o.o., zostało zainstalowanych w elektrowniach (Bełchatów, Łaziska), rozdzielniach...
Essentra Components Essentra Components
Essentra plc jest spółką notowaną w indeksie FTSE 250 i wiodącym międzynarodowym dostawcą specjalistycznych produktów i rozwiązań ....
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