کلید نشتی جریان و کاربردهای آن

شکل 1 کلید نشتی جریان توسط Felten & Guilleaume برای کاربردهای صنعتی ، آلمان ، 1956

شکل 2: کلید نشتی جریان با قطع تاخیر ، حساسیت 35 میلی آمپر ؛ تولید شده توسط Felten & Guilleaume ، اتریش ، 1958

در حال حاضر ، کلید های نشتی جریان در تمام تاسیسات فشار ضعیف اعمال می شوند و مناطق کاربردی زیر بسته به هدف استفاده از آن ها تعریف می شوند:

1. حفاظت اضافی توسط RCD با حساسیت I∆n≤ 30 میلی آمپر ؛
2. محافظت با قطع خودکار در صورت خرابی ؛ حساسیت بستگی به شرایط محل نصب دارد ؛
3. حفاظت در برابر آتش ناشی از نشت جریان توسط RCD با I∆n≤ 300 میلی آمپر.

شکل 3)  اختراع ثبت شده برای کلید نشتی جریان با خازن به عنوان یک باتری ، دکتر Gotfried Biegelmeier ، اتریش ، 1957

تاثیرات جریان الکتریکی بر بدن انسان :

در صورت تماس انسان با یک جریان برق زنده ، جریان از بدن شروع می شود و اگر مقدار آن از حد مشخصی فراتر رود ، ممکن است آسیب کشنده ای به فرد مورد نظر وارد شود. جریان الکتریکی بر روی هر فرد تأثیرات متفاوتی دارد – بستگی به قدرت تماس ، مقدار جریان ، فرکانس و به طور طبیعی به مدت زمان قرار گرفتن در معرض آن نیز بستگی دارد. تا حد زیادی ، این نیز به شرایط تأثیرات خارجی مانند رطوبت و… بستگی دارد. نتایج تحقیقات به طور خلاصه در گزارش IEC / TS 60479-1 به شرح زیر آمده است

اثرات جریان ورودی بر انسان و دام  قسمت 1 : جنبه های عمومی این استاندارد اثر جریان متناوب با فرکانس تا 100 هرتز و تأثیر جریان مستقیم را توصیف می کند. علاوه بر قسمت 1 ، بخش های دیگری نیز به بخش های مختلف جریان ، فرکانس های بالا و غیره اختصاص داده شده است. استانداردهای اساسی برای تعیین شرایط ایمنی IEC 61140 ed است. قسمت 2 : حفاظت در برابر شوک الکتریکی – جنبه های مشترک برای نصب و تجهیزات و (IEC 60364-4-41 ed.2 (2007) زیر: حفاظت در برابر شوک الکتریکی . این به طور مستقیم شامل تعریف خصوصیات کلیدهای جریان نشتی نیز می شود.

عملکرد قلب توسط تکانه های الکتریکی کنترل می شود و هرگونه تأثیر خارجی ممکن است باعث متوقف شدن یا ایجاد نوسان کنترل نشده در محفظه های قلب به نام فیبریلاسیون شود. خطرناک ترین وضعیت در صورت عبور جریان از بازو چپ به پاها ، هنگامی که قسمت اصلی بدن بر قلب تأثیر می گذارد ، رخ می دهد. این اتفاق در مدت طولانی صورت می پذیرد اما هیچ نشانه ای از تاثیر جریان بر بدن انسان وجود ندارد. برای تایید ارتباط استفاده از کلیدهای جریان نشتی پروفسور گوتفرید بیگلمایر از اتریش در دهه 1980 چندین مورد قبلی را روی بدن خود انجام داد.
وی در سطح جهان به عنوان یکی از پیشگامان اروپایی در تحقیقات تأثیرات جریان الکتریکی بر روی انسان شناخته می شود و همچنین نویسنده چندین اختراع ثبت شده در زمینه طراحی کلید جریان نشتی است. وی به تدریج خود را در معرض تأثیر جریان متناوب در ولتاژ 25 تا 220 ولت قرار داد. الکتروکاردیوگرافی بی نظمی های احتمالی تکانه های الکتریکی قلب را نشان داد. یک پزشک ماهر در این آزمایش ها همراه وی بود که در صورت بروز مشکل به سرعت عمل کند و در صورت لخته شدن خون در قلب با یک دفیبریلاتور آماده کمک رسانی بود.

شکل 4 امپدانس کل ZT برای مسیر جریان بین هر دو دست با سطح تماس زیاد برای تماس متناوب UT = 25 ولت تا 700 ولت ، 50/60 هرتز در شرایط مختلف

تجهیزات ثبت کننده ، ولتاژ و جریان را ذخیره کردند و تجربه ی واقعی را بر روی فیلم ثبت کردند. سوابق به وضوح نشان می دهد که در ولتاژ 220 ولت ، جریان بدن چنان قوی است که باعث انقباضات عضلانی در انسان می شود. اندازه گیری با دست های خشک و مرطوب با استفاده از الکترودهای استوانه ای انجام شد ، در حالی که جریان بین دو دست جریان داشت. در طی اندازه گیری های بیشتر ، جریان از دست چپ به هر دو پا جریان داشت. کفی های کفش از جنس ورق مس بودند که به عنوان الکترود استفاده شده است. (شکل 5 را ببینید) با استفاده از دستگاه الکتروکاردیوگرافی ، می توان آن را شناسایی کرد ، که در آن مرحله اثر جریان بر قلب تأثیر عمده ای دارد.

شکل 5 عکس از آزمایشات پروفسور بیگلمایر در مورد تأثیر جریان بر بدن او

موج های جاری اغلب به مرحله آسیب پذیر قلب (مرحله آسیب پذیر) گسترش می یابد. (شکل 6 ) این مرحله آسیب پذیر را به عنوان موج T نشان می دهد که تقریباً 200 میلی ثانیه طول می کشد. خطر تحریک فیبریلاسیون بطنی زیاد است. اثرات آن در نوار قلب و فشار خون مشاهده می شود.

نتایج تحقیق عبارتند از:
▶ جریان های 10 تا 30 میلی آمپر کشنده نیستند اما وجود طولانی مدت آنها باعث اسپاسم عضلانی ، مشکلات تنفسی و غیره می شود.
▶ جریان های بالاتر از 30 میلی آمپر ممکن است کشنده باشد مگر اینکه فرد به سرعت از منبع جدا شود
▶ جریان های بیش از 500 میلی آمپر در صورت عبور بیش از 0.5 ثانیه باعث مرگ می شوند.
▶ جریان های بالای 500 میلی آمپر حتی در زمان های کوتاه قرار گرفتن در معرض نیز کشنده هستند.

شکل 6 ثبت ECG (الکتروکاردیوگرام) قلب انسان پس از قرار گرفتن در معرض جریان الکتریکی

ارزیابی تأثیر جریان DC بر روی انسان براساس توصیف تأثیرات جریان برای هر یک از مناطق (DC-1 ، DC -2 و غیره) است که با اثرات جریان متناوب مطابقت دارد (شکل 7 را ببینید) ، که در آن مقادیر جریان DC بدن تقریباً چهار برابر بیشتر از جریان AC است.
آزمایشات انجام شده این تصور را که امپدانس بدن به اندازه مساوی بین دست ها و پاها تقسیم می شوند را تایید می کنند. پروفسور بیگلمایر بدون هیچ گونه عواقب سلامتی تقریباً در برابر 500 موج فعلی مقاومت کرد. این به صراحت تأیید کرد که کلید های نشتی  جریان حساس قادر به محافظت از صدمات مرگبار حتی در تماس مستقیم با قطعات دارای جریان هستند. این نیز یکی از لحظات تعیین کننده برای شناسایی مجدد نهایی حفاظت اضافی توسط دستگاه های حساس نشتی جریان در صورت تماس مستقیم افراد با قطعه دارای جریان است.

شکل 7 ) مناطق متناوب جریان های متناوب (15-100 هرتز) را نشان می دهد. مسیر فعلی از دست چپ به پاها بستگی به زمان تماس و مدت زمان محدود مربوط به RCD ها با حساسیت 30 میلی آمپر دارد.

شکل 7: مناطق متناوب زمان / جریان اثرات جریان متناوب (15 – 100 هرتز) بر روی افراد برای مسیر فعلی مربوط به عبور از بازوی چپ به پاها و مقایسه با محدودیت زمانهای قطع جریان RCD ، IΔn = 30 میلی آمپر

علامت گذاری AC1 به AC4 بیانگر مناطق عملکرد جریان متناوب است (AC – جریان متناوب). منحنی های a ، b و c حدود تأثیرات مختلف جریان را بیان می کنند:
• منحنی a آستانه درک است (جریان 0.5 میلی آمپر باعث گزگز می شود).
• منحنی b آستانه افت است ، هنگامی که فرد در معرض دیگر نمی تواند جسم را تحت جریان بیندازد.
• منحنی c1 به اصطلاح آستانه ایمنی است. ممکن است اثرات پاتوفیزیولوژیکی مانند ایست قلبی ، ایست نفس ، سوختگی یا سایر آسیب ها در سطح سلول وجود داشته باشد. احتمال فیبریلاسیون محفظه با شدت و مدت زمان جریان افزایش می یابد

توجه داشته باشید:
ممکن است به نظر برسد که هرچه حساسیت بالاتر باشد ، بهتر است. RCD بسیار حساس به دلیل نشت جریان بسیار مکرر قطع می شود و سهم آنها در ایمنی زیاد نیست. در صورت تماس یک انسان با یک جریان برق ، جریان از بدن عبور می کند ، فقط توسط امپدانس بدن محدود می شود و کلید جریان نشتی فقط پس از زمان مشخصی واکنش نشان می دهد (10 – 30 میلی ثانیه). در لحظه تماس با یک قطعه برق دار ، فرد دچار یک ولتاژ کامل برق می شود و در صورت استفاده از کلید جریان نشتی با حساسیت 10 یا 30 میلی آمپر ، عملا فرقی نمی کند.

• AC-1 بدون درک ، بدون واکنش شوک.
• درک AC-2 ، هیچ اثر مضر فیزیولوژیکی ندارد.
• AC-3 انقباضات عضلانی شدید غیر ارادی. بی حرکتی (اسپاسم عضله) ممکن است رخ دهد. اختلال برگشت پذیر عملکرد قلب.
• اثرات پاتوفیزیولوژیک AC-4 ممکن است مانند ایست قلبی ، آپنه رخ دهد. احتمال فیبریلاسیون بطنی با آمپراژ و مدت زمان جریان جریان افزایش می یابد:
• AC-4.1 احتمال فیبریلاسیون بطنی تا تقریباً افزایش می یابد. 5٪
• AC-4.2 احتمال فیبریلاسیون بطنی تا تقریباً افزایش می یابد. 50٪
• AC-4.3 احتمال فیبریلاسیون بطنی بیش از 50٪