הגנת ציוד נגד התחשמלות – מחקר, הצעות ורעיונות

במאמר זה נעסוק בחשיבות ההגנה על ציוד חשמלי ובני אדם מפני התחשמלות. מחקרים רבים נערכו בנושא, כאשר אחד המחקרים המעניינים שנערך באוניברסיטה הטכנית של ארמניה עסק בהבנת השפעת הזרם החשמלי על גוף האדם. מחקר זה הניב תובנות על השוני בהתנגדות החשמלית של הגוף בין קבוצות גיל שונות. נתייחס גם להצעות לשיפור הגנה מפני התחשמלות במוסדות חינוך ובתים פרטיים, בדגש על הצורך בהגנה יתרה לילדים ולאוכלוסיות פגיעות.

מחקר בנושא השפעת הזרם החשמלי על גוף האדם

באוניברסיטה הטכנית של ארמניה, ערכו מדענים מחקר מקיף על השפעת הזרם החשמלי על גוף האדם. חלק מהפרמטרים המשמעותיים שנבדקו היו התנגדות הגוף במתחי מגע שונים, וההבדלים בין קבוצות גיל, כולל מבוגרים וצעירים.

במהלך הניסוי, הנבדקים נגעו באלקטרודות במתח חשמלי משתנה, והזרם שנוצר בגופם נמדד באמצעות מילי-אמפרמטר. הזמן הממוצע ליצירת מגע יציב הוא כ-0.1 שניות, ולאחר מכן ההתנגדות מתחילה לרדת והזרם בגוף עולה. ניסוי זה נערך על גברים בני 60 ומעלה וכן על גברים צעירים מתחת לגיל 35.

התוצאות הראו הבדל ברור בין הקבוצות: הגברים המבוגרים עמדו במתחי מגע של עד 120 וולט, בעוד שהצעירים עמדו במתח של עד 90 וולט בלבד. כאשר החישובים בוצעו על מתח גבוה יותר, כגון 230 וולט, הזרם בגוף המבוגרים היה 37.8 מילי-אמפר, ובגוף הצעירים 233 מילי-אמפר – זרם שעלול להיות קטלני. התוצאה הסופית הייתה כי ערך ההתנגדות של גוף האדם במתח זה עמד על 950 אוהם עבור צעירים, ועל 5800 אוהם עבור מבוגרים.

פרסום

מציג תרשים לקביעת ההתנגדות הניסיונית של גוף האדם

נוסחאות לקביעת זרם בגוף האדם

הנוסחאות הסטטיסטיות שהתקבלו מהמחקר מתארות את הזרם הזורם בגוף כתלות במתח המגע:

• למבוגרים: I=0.2005e0.0238UI = 0.2005e^{0.0238U}I=0.2005e0.0238U
• לצעירים: I=0.2729e0.0307UI = 0.2729e^{0.0307U}I=0.2729e0.0307U

על פי הנתונים שהתקבלו, ניתן לראות שמתח המגע ומאפייני הגוף כמו גיל וחוזק פיזי משפיעים על זרם ההתחשמלות ועל רמת הסיכון.

הבדל משמעותי בין קבוצות הגיל

הנתונים מהמחקר מצביעים על כך שאדם צעיר במתח מגע של 230 וולט ותדר של 50 הרץ יכול להגיע לזרם של כ-232 מילי-אמפר, ואילו מבוגר ייחשף לזרם של כ-38 מילי-אמפר באותו מתח. יש כאן הבדל משמעותי שעלול להיות קריטי.

לכן, יש צורך לבחון מחדש את אמצעי ההגנה הנוכחיים, במיוחד כשמדובר באוכלוסיות רגישות כמו ילדים. ההתנגדות החשמלית של הגוף משתנה בהתאם לגיל ולמצב הבריאותי, מה שמוביל לשאלה – האם נכון לקבוע תקני בטיחות אחידים לכולם?

צעיר (טבלה 2) יכול להיחשב ל-90 וולט, ערך הזרם הזורם בגופו – 4.21 mA. זרם מעל ערך זה יכול להיחשב ללא שחרור כאשר הוא נחשף אליו במשך זמן רב. כדי לקבוע את גודל הזרם הזורם בגופו של הנבדק במתחים של עד 230 וולט, התוצאות עובדו ניסויים סטטיסטית ותלות הסתברותית שהושגה של הזרם הזורם בגוף האדם במתח המגע:

• למבוגרים – 𝐼 = 0.2005𝑒 0.0238𝑈;
• לצעירים – 𝐼 = 0.2729𝑒 0.0307𝑈.

בהתבסס על המשוואות שהתקבלו, נבנו הגרפים התואמים של התלות הללו (איור 2 ו-3)

כפי שניתן לראות מהדמויות, עבור מבוגר הזרם במתח של 230 V הוא 37.8 mA, ולאדם צעיר – 233 mA. בשני המקרים, כמות הזרם הזורמת בגוף האדם הוא זרם קטלני, אשר בחשיפה ממושכת עלול לגרום לפרפור לב

בהתבסס על התלות שהתקבלו, בוצעו חישובים ונקבעה התלות של ערך ההתנגדות של גוף האדם במתח המגע. תלות אלו מוצגות בטבלה

על פי הנתונים בטבלה, ניתן לקבוע שבהתאם לגיל ולחוזק הפיזי של אדם, במתח מגע של 220 וולט ותדר של 50 הרץ, ערך ההתנגדות של גופו של אדם צעיר הוא 950 אוהם. , למבוגר – 5800 אוהם, וכמות הזרם הזורמת בגוף היא – 232 ו-38 mA, בהתאם

ברור, כאשר מפתחים ציוד הגנה מפני התחשמלות, יש צורך להיות מונחה על ידי הפרמטרים של אדם צעיר

מַסְקָנָה: כתוצאה מהמחקר, התקבלו התלות של הזרם הזורם בגוף האדם במתח המגע. הנתונים שהתקבלו מאפשרים לנו להסיק את המסקנות הבאות:

1. ערך הגבול של הזרם הזורם בגוף האדם במתח מגע של 230 V ותדר של 50 הרץ הוא מעל 232 mA, וההתנגדות של גוף האדם היא 950 אוהם. ניתן להגדיר את ערך הגבול של זרם השחרור שעובר בגוף האדם במשך זמן רב ל-4.2 mA. בעת פיתוח מכשירים חדשים או בשיפור הקיימים להגנה על אנשים מפני התחשמלות, מומלץ להיות מונחה על ידי הפרמטרים לעיל

מישהו יגיד, אז מה חדש כאן. בחישובים שלנו אנו תמיד לוקחים התנגדות משוערת של 1 kOm

אז, רציתי להסב את תשומת הלב למשהו אחר. בהבדל משמעותי עבור צעירים ומבוגרים

פרסום

הבדל של 30 שנה בגיל. אם ניקח את אותו הבדל ונשווה בני שלושים לתינוקות, אז זה אפילו מפחיד לחשוב למה אנחנו לוקחים בחשבון את אותו 1 kOm  עבור למוסדות ילדים: בתי ספר, גנים, בתי חולים…

הצעות לשיפור ההגנה מפני התחשמלות

1. מדבקות התראה על ציוד חשמלי: הצעה אחת היא להדביק על ציוד מתכתי מדבקות שיתפקדו כהתראות קוליות. במקרה של פוטנציאל חשמלי גבוה על הציוד, המדבקה תשמיע קול ותתריע מפני סכנה. פתרון זה זול ופשוט ליישום, ואינו דורש התקנה מורכבת או עלות גבוהה.
2. מכשיר הגנה נגד התחשמלות: מכשיר שיותקן ישירות על מכשירים חשמליים, ובמקרה של מעבר זרם של 5 מילי-אמפר ומעלה דרך הגוף או המכשיר, הוא יכבה את המכשיר אוטומטית בתוך 10-20 מילישניות. מכשיר כזה יכול לשמש כהגנה נוספת, במיוחד במקומות רגישים כמו מוסדות חינוך, גני ילדים ובתי ספר.

מגבלות ההגנות הקיימות

קיימות כיום הגנות כמו הארקה וממסרי פחת שמטרתם להגן על האדם במקרה של תקלה חשמלית. לפי חוק החשמל, כל שקע מחובר למפסק מגן (פחת), והמכשירים עצמם מצוידים במערכות בטיחות. אך ההגנות הללו אינן תמיד מספקות, בעיקר במצבים בהם המפסק אינו מתפקד כראוי או במקרים של התקנות חשמל ישנות.

ההצעות שהועלו כאן מוסיפות שכבה נוספת של הגנה, כדי לספק פתרון לשינויי ההתנגדות החשמלית הקשורים לגיל ולמאפיינים פיזיים שונים. חשוב לזכור כי מחקרים מעידים על כך שההתנגדות של גוף האדם איננה קבועה, וכי יש צורך להחמיר את רמת ההגנות, במיוחד עבור אוכלוסיות בסיכון גבוה יותר.

לסיכום

המחקר הארמני מדגיש את הצורך להסתכל על פרמטרים חדשים כאשר אנו דנים בהגנה על בני אדם מפני התחשמלות. יש הבדל ברור בין ההתנגדות החשמלית של גוף צעיר לגוף מבוגר, מה שמוביל למסקנה כי תקנים ובקרות בטיחות צריכים להיות מותאמים.

הצעות כמו מדבקות התראה או מכשירי הגנה משולבים מציעים פתרונות מעשיים לשיפור הבטיחות החשמלית. אמנם קיימות הגנות כמו הארקה וממסרי פחת, אך הגנות נוספות יכולות להיות קריטיות, במיוחד עבור אוכלוסיות כמו ילדים.

הגנה מפני התחשמלות צריכה להיות בראש סדר העדיפויות, ולא רק לצורך עמידה בתקנים אלא כדי להבטיח רמת בטיחות גבוהה עבור כולם.

MASTAQ