ไฟฟ้าเป็นพลังงานที่เงียบสภาวะทั่วไปไม่มีเสียง มองไม่เห็น ไม่มีกลิ่น ใช้งานง่าย ในอดีตไฟฟ้าถูกมองว่าเป็นพลังงานที่ไม่มีอันตราย แต่ปัจจุบันเราจะเห็นป้ายเตือนเกี่ยวกับอันตรายของไฟฟ้าอยู่ทั่วไป
พิชิต จินตโกศลวิทย์
pichitor@yahoo.com
ในปัจจุบันต้องยอมรับว่าไฟฟ้าเป็นสิ่งที่จำเป็นต่อการดำเนินชีวิตของมนุษย์ และมนุษย์ก็ใช้ไฟฟ้ากันอย่างเคยชินและกลมกลืนจนอาจลืมอันตรายของไฟฟ้าไป เนื่องจากไฟฟ้านั้นเป็นพลังงานที่เงียบสภาวะทั่วไปไม่มีเสียง มองไม่เห็น รวมแม้กระทั่งไม่มีกลิ่น และการใช้งานก็ง่ายแค่เสียบปลั๊ก หรือเปิดสวิตช์เครื่องใช้ไฟฟ้า ในอดีตประมาณยุคเริ่มแรกของการใช้ไฟฟ้าถูกมองว่าเป็นพลังงานที่ไม่มีอันตราย เนื่องจากในยุคนั้นเมื่อเปรียบเทียบกับพลังงานชนิดอื่น เช่น น้ำมัน ซึ่งมักทำให้เกิดเพลิงไหม้บ่อยครั้งในอดีต โดยเฉพาะในธุรกิจโรงแรมมักแขวนป้ายเชิญชวนแขกผู้มาพักให้ใช้ไฟฟ้า
แต่อย่างไรก็ตามประมาณ ปี ค.ศ.1900 ป้ายเชิญชวนได้เปลี่ยนเป็นป้ายเตือนถึงอันตรายบอกแขกผู้มาพักว่า ไฟฟ้านั้นมีอันตราย ซึ่งอันตรายหรืออุบัติเหตุโดยทั่วไปมักเกิดขึ้นกับแรงงานที่ติดตั้ง หรือช่างบำรุงรักษาที่ทำงานในสภาพที่ไม่ปลอดภัย ซึ่งอาจบาดเจ็บหรือเสียชีวิต หลาย ๆ คนอาจไม่เข้าใจว่าอันตรายจากไฟฟ้าเป็นอย่างไร จนกว่าได้สัมผัสหรือประสบอุบัติเหตุกับไฟฟ้าด้วยตัวเอง ดังนั้นทุกส่วนที่เกี่ยวข้องกับระบบไฟฟ้าจึงได้ออกขั้นตอนการทำงานเพื่อความปลอดภัยทางไฟฟ้าสำหรับช่างไฟฟ้า หรือแรงงานติดตั้ง ครอบคลุมไปยังผู้ใช้ไฟทั่วไป เพื่อป้องกันอุบัติเหตุทางไฟฟ้า
แต่การที่จะทำให้เข้าใจขั้นตอนความปลอดภัยทางไฟฟ้าได้อย่างดีนั้น ประการแรกต้องเข้าใจธรรมชาติของไฟฟ้าที่สามารถทำให้เกิดอันตรายต่อช่างไฟฟ้าหรือคนได้ และเป็นเรื่องยากที่จะเขียนบรรยายความรู้สึกและอันตรายจากไฟฟ้าว่าเป็นอย่างไร แต่คนส่วนใหญ่ในปัจจุบันคงจะโดนไฟฟ้าช็อก (Shock) หรือดูดมาบ้าง ซึ่งอธิบายหรือบรรยายความรู้สึกได้ยากจริง ๆ อย่างไรก็ตามอันตรายจากไฟฟ้าไม่ได้เกิดจากไฟฟ้าช็อกเพียงอย่างเดียว แต่ยังมีอันตรายที่เกิดจากอาร์กไฟฟ้า (Electric Arc) หรือแม้กระทั่งการระเบิดหรือบลาสต์ (Blast) ซึ่งอาจส่งผลทำให้บาดเจ็บจนถึงเสียชีวิต โดยคำศัพท์ทางเทคนิคเบื้องต้นที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยทางไฟฟ้าในบทความนี้มีดังนี้
การวิเคราะห์อันตรายที่เกิดจากไฟฟ้า
โดยทั่วไปแล้วมีการจัดแบ่งอันตรายที่เกิดจากไฟฟ้าเป็นสามชนิด เพื่อใช้ในการวางแผนป้องกัน ช่างไฟฟ้าหรือแรงงานรวมทั้งผู้ใช้ไฟฟ้า ควรที่ตระหนักอยู่เสมอว่าไฟฟ้านั้นสามารถทำให้บาดเจ็บ หรือเสียชีวิตได้ และควรเลือกวิธีการป้องกันที่เหมาะสมตามชนิดที่อาจเกิดขึ้นได้
1. ช็อก (Shock)
ไฟฟ้าช็อกหรือไฟฟ้าช็อตมีอาการคล้ายการกระตุ้นหรือการกระตุกทางกายภาพที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าไหลผ่านร่างกายของมนุษย์ การกระจายการไหลของกระแสไฟฟ้าผ่านร่างกายจะขึ้นอยู่กับความต้านทานในแต่ละส่วนของร่างกาย และสภาพร่างกายของแต่ละคน อาการบาดเจ็บมักจะเกี่ยวข้องกับเส้นทางการไหลของกระแสว่าผ่านจุดสำคัญของร่างกายหรือไม่ อาการไฟฟ้าช็อกอาจเป็นเพียงอาการเล็กน้อยเช่น มีความรู้จี๊ดเล็ก ๆ หรือ มีกล้ามเนื้อกระตุกอย่างรุนแรง การทำงานของหัวใจผิดจังหวะจนเกร็ง หรืออวัยวะภายในร่างกายเกิดความเสียหาย
สำหรับความเสียหายที่อวัยวะโดยทั่วไปแบ่งได้ สองอาการใหญ่ ๆ คือ อวัยวะถูกเผาไหม้ (Burning) แผลที่เกิดจากการไหม้เนื่องจากไฟฟ้ามักจะเป็นแผลระดับสามขึ้นไป เพราะว่าการไหม้มักจะเกิดจากภายในร่างกาย อวัยวะภายในจะถูกทำลายก่อน แผลไหม้จะร้ายแรงมาก ถ้าเกิดการไหม้อวัยวะภายในที่สำคัญ เช่น ตับ ปอด หรือ หัวใจ อีกความเสียหายนั้นคือ ความเสียหายของผนังเซลล์ สถาบัน EPRI ได้นำเสนอผลการวิจัยว่าเซลล์ในร่างกายสามารถตายได้เนื่องจากการขยายตัวของช่องผนังเซลล์เป็นรูพรุนจากสนามไฟฟ้าความเข้มสูง ซึ่งเป็นผลให้สสารที่เป็นไอออนที่แตกตัววิ่งเข้าออกเซลล์อย่างเป็นอิสระทำให้เซลล์นั้นตายในที่สุด
* ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับอาการบาดเจ็บจากไฟฟ้าช็อก
มีหลายปัจจัยที่มีผลต่อระดับความเสียหายหรืออาการบาดเจ็บจากการถูกไฟฟ้าช็อก ปัจจัยเหล่านี้คือ สภาพร่างกายและการตอบสนองต่อไฟฟ้าของผู้บาดเจ็บนั้น ๆ เส้นทางการไหลของกระแส ระยะเวลาการช็อก ระดับของกระแส ระดับของความถี่ รวมทั้งระดับแรงดันของไฟฟ้าที่ช็อก โดยมีรายละเอียดดังต่อไปนี้
สภาพร่างกายและการตอบสนองต่อไฟฟ้าของผู้บาดเจ็บ สภาพร่างกายของแต่ละคนจะมีผลต่อการไหลของกระแสไฟฟ้าที่แตกต่างกัน ผู้ที่มีร่างกายอยู่ในสภาพดีแข็งแรง ระดับกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านปริมาณเท่ากันจะได้รับบาดเจ็บน้อยกว่าผู้ที่สภาพร่างกายที่อ่อนแอ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับผู้บาดเจ็บที่มีโรคประจำตัว เช่น โรคหัวใจ โรคปอด อาจจะมีอาการบาดเจ็บอย่างหนักถึงแม้จะได้รับกระแสที่ช็อกระดับต่ำ
ระยะเวลาการช็อก ปริมาณพลังงานที่ถูกส่งไปยังร่างกายจะแปรผันตรงกับระยะเวลาการไหลผ่านร่างกายของกระแส ผลที่ได้คือระดับของการบาดเจ็บก็จะแปรผันตรงกับระยะเวลาของกระแสเช่นกัน ดังรายละเอียดต่อไปนี้
1. กระแสไหลผ่านเนื้อเยื่อในร่างกายจะได้รับพลังงานในรูปความร้อน ระดับแมกนิจูดโดยประมาณสามารถคำนวณดังสมการต่อไปนี้
J = I2Rt ………….. (1)
โดยที่ J = พลังงาน หน่วยเป็นจูล
I = กระแส หน่วยเป็นแอมแปร์
R = ความต้านทานตามเส้นทางไหลของกระแสในร่างกาย หน่วยเป็นโอห์ม
t = ระยะเวลาการไหล หน่วยเป็นวินาที
ถ้าระดับความร้อนที่เกิดขึ้นเพียงพอ เนื้อเยื่อในร่างกายก็จะไหม้ หรืออวัยวะภายในอาจจะหยุดทำงานก็เป็นได้ ซึ่งระดับความเสียหายจะขึ้นอยู่กับระยะเวลาที่ไฟช็อก
2. กระแสบางส่วนจะวิ่งไปตามระบบเส้นประสาท เนื่องจากกระแสที่วิ่งภายนอกจะมากกว่ากระแสที่วิ่งภายใน ดังนั้นกระแสที่วิ่งเข้าระบบประสาทมักจะเกิดจากการแบ่งไหลจากกระแสภายนอก และทำลายระบบประสาทรอบนอกร่างกายจนทำให้ถึงตายได้ถ้าวิ่งเข้าระบบประสาทหลักเป็นจำนวนมาก ถึงแม้ภายในระยะเวลาสั้น ๆ เช่นเดียวกัน ยิ่งถูกไฟช็อกนานก็ยิ่งมีโอกาสถูกทำลายระบบประสาท
3. โดยทั่วไปแล้วระยะเวลายิ่งนานก็จะยิ่งส่งผลต่อหัวใจ และไปรบกวนจังหวะการเต้นของหัวใจ การเต้นผิดจังหวะของหัวใจสามารถเกิดขึ้นได้ เมื่อมีสนามไฟฟ้าจากภายนอกจ่ายเข้าไปรบกวนจังหวะการเต้นของหัวใจ จนทำให้หัวใจเกิดอาการเกร็งและล้มเหลวได้ถ้าเป็นระยะเวลานาน
ระดับของความถี่ จากตารางที่ 1 แสดงความสัมพันธ์ระหว่างความถี่กับผลกระทบของกระแสที่ไหลผ่านร่างกาย โดยให้จดจำไว้ว่ายิ่งความถี่สูง ผลกระทบจากความร้อนก็ยิ่งลดลง การลดผลกระทบนี้จะเกี่ยวข้องกับระดับกระแสคาปาซิตีฟที่เพิ่มขึ้นที่ความถี่สูง ควรจำไว้ว่ามีความแตกต่างระหว่างไฟช็อกที่กระแสตรงที่ความถี่เท่ากับศูนย์ กับกระแสสลับมาตรฐานที่ความถี่มาตรฐาน 50Hz ถึง 60Hz เมื่อระดับแมกนิจูดของกระแสมีค่าเท่ากัน (ระหว่าง DC กับ AC rms) โดยกรระแส จะมี 2 ลักษณะแตกต่างที่สำคัญดังนี้
1. ผู้เคราะห์ร้ายจากไฟกระแสตรงช็อกมักจะบอกว่ามีความรู้สึกร้อนกว่าไฟช็อกจากไฟกระแสสลับ ซึ่งยังไม่มีเหตุผลอธิบายที่ชัดเจน เพียงอ้างอิงจากรายงานของผู้ประสบเหตุ
2. ระดับของกระแสปลดปล่อยของผู้ประสบเหตุที่ไฟกระแสตรง จะมีค่าสูงกว่าไฟกระแสสลับ ซึ่งระดับกระแสปลดปล่อยคือระดับที่ผู้ประสบเหตุสามารถปล่อยมือจากตัวนำไฟฟ้าที่ช็อกได้ในกรณีที่จับตัวนำไฟฟ้า
ดังนั้นจึงมีความแตกต่างระหว่างการทำงานใกล้กับไฟกระแสสลับ และกระแสตรง ที่ระดับแมกนิจูดเท่ากัน หรือพลังงานเท่ากัน แต่อย่างไรก็ตามก็ให้ตระหนักต่ออันตรายให้เท่าเทียมกัน เพราะไม่ว่าจะถูกช็อกด้วยไฟอะไรก็มีโอกาสบาดเจ็บหนักหรือตายเช่นกัน
ตาราง 1 ช่วงความถี่ที่สำคัญที่ผลต่ออาการบาดเจ็บจากอุบัติเหตุทางไฟฟ้า
ระดับของแรงดัน ในอดีตนั้นให้ความสนใจน้อยมากต่อระดับของแรงดันต่ออาการบาดเจ็บ เพราะมักคิดว่าอาการบาดเจ็บจากไฟแรงดัน 200 โวลต์ จะเทียบกับ แรงดัน 2,000 โวลต์ ถ้าระดับกระแสที่ไหลผ่านเท่ากัน แต่ในความเป็นจริงแล้วยิ่งระดับแรงดันสูงก็ยิ่งมีอันตรายต่อชีวิตสูงขึ้น อย่างน้อยก็ 3 เหตุผลที่สนับสนุน ดังต่อไปนี้
1. ที่ระดับแรงดันเกิน 400 โวลต์ แรงดันไฟฟ้าจะมีระดับเพียงพอที่จะทะลุชั้นผิวหนัง ซึ่งชั้นผิวหนังถือว่าเป็นตัวต้านทานที่สำคัญต่อการจำกัดระดับกระแส ถ้าชั้นผิวหนังถูกทำลายระดับกระแสจะเพิ่มขึ้นอย่างหลายเท่าตัว
2. ระดับดีกรีของอิเล็กโทรปอเรชันจะสูงขึ้น เพราะว่าแรงดันที่สูงกว่าจะสร้างสนามไฟฟ้าที่เข้มกว่า ทำให้เพิ่มขนาดจำนวนรูพรุนของผนังเซลล์และทำให้เซลล์นั้นตายเร็วยิ่งขึ้น
3. ระดับแรงดันที่สูงมีโอกาสที่ทำให้เกิดการอาร์กขึ้นได้ง่าย ทำให้อันตรายไม่ได้เกิดจากการช็อกเพียงอย่างเดียว แต่เกิดจากลำอาร์กและความร้อนได้ด้วย
ระดับของกระแส ระดับแมกนิจูดของกระแสจะเป็นไปตามกฎของโอห์ม ดังนี้
โดยที่ I = ขนาดแมกนิจูดของกระแส หน่วยเป็นแอมแปร์
E = แรงดันไฟฟ้าที่จ่าย หน่วยเป็นโวลต์
R = ความต้านทานตามเส้นทางการไหลของกระแส หน่วยเป็นโอห์ม
จากรูปที่ 1 ช่างไฟฟ้าได้สัมผัสกับวงจรไฟฟ้าที่ระดับแรงดัน 120 โวลต์ เมื่อสว่านไฟฟ้าได้เกิดการลัดวงจรภายใน ซึ่งทำให้เกิดแรงดันคร่อมร่างกายของช่างคนดังกล่าวขนาด 120 โวลต์จากมือไปยังเท้า แรงดันไฟฟ้าคร่อมนี้ จะสร้างกระแสไหลผ่านร่างกายของช่างลงสู่พื้นดิน เพื่อไหลกลับไปยังแหล่งกำเนิดไฟฟ้าตามธรรมชาติ กระแสไหลผ่านกรณีนี้จะสามารถหาได้จากสมการต่อไปนี้
ตัวแปร R2 คือความต้านทานของดินซึ่งส่วนใหญ่ในการวิเคราะห์อาจนำมาคิดคำนวณ สำหรับตัวแปร R1 คือความต้านทานของร่างกายของช่างรวมความต้านทานของผิวหนัง ความต้านทานร่างกายภายใน และความต้านทานของรองเท้าที่สัมผัสพื้นดิน
รูปที่ 1 แสดงการไหลของกระแสเมื่อไฟฟ้าช็อก
ตาราง 2 ค่าความต้านทานแต่ละส่วนของร่างกายมนุษย์
โดยทั่วไปค่าที่นำมาคำนวณจะสามารถหาได้จากตาราง 2 และ 3 สมมุติฐานว่าช่างในรูป 1 สวมรองเท้าหนังและยืนบนพื้นที่เปียกแฉะและกำลังทำงานเหงื่อออกท่วมตัวโดยช่างมีความต้านทานภายใน 200 โอห์ม จากตาราง 2 และ 3 ความต้านทานรวมสามารถคำนวณได้ดังนี้
500 โอห์ม (ด้ามจับสว่านไฟฟ้า) + 200 โอห์ม (ร่างกาย) + 5,000 โอห์ม (รองเท้าเปียก) = 5,700 โอห์ม จากข้อมูลที่ได้นี้กระแสที่ไหลผ่านร่างกายที่แรงดัน 120 โอห์มจะสามารถคำนวณได้ดังต่อไปนี้
ตาราง 3 ค่าความต้านทานแต่ละส่วนของร่างกายมนุษย์
ตาราง 4 การตอบสนองต่อระดับกระแสไฟฟ้าของร่างกายมนุษย์ทั่วไปน้ำหนัก 68 กิโลกรัม
ตาราง 4 แสดงผลจากระดับกระแสโดยประมาณที่เกิดกับมนุษย์ที่มีน้ำหนักตัว 68 กิโลกรัม จากการตรวจสอบกระแสค่า 21.1 มิลลิแอมแปร์ นั้นเพียงพอที่ทำให้ช่างคนดังกล่าวเกิดอาการไม่สามารถบังคับร่างกายได้ (Electrical Hold) ในสภาวะดังกล่าวกล้ามเนื้อจะเกร็งติดทำให้กระแสยังไหลผ่านได้ต่อซึ่งอันตรายมาก ช่างคนดังกล่าวไม่สามารถสะบัดหนีออกมาได้เอง จนกว่ากระแสจะถูกตัดด้วยอุปกรณ์ป้องกัน หรือมีใครบางคนช่วยนำออกมาจากจุดสัมผัสไฟฟ้า ถ้าช่างยังไม่สามารถหนีออกมาได้ เนื้อเยื่อ ผิวหนัง รวมทั้งวัสดุที่เกี่ยวข้องจะมีอุณหภูมิสูงขึ้นทำให้ค่าความต้านทานยิ่งต่ำลง ส่งผลให้ระดับกระแสเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะยิ่งถ้าผิวหนังถูกทำลาย ด้วยสถานการณ์เช่นนี้ ช่างคนดังกล่าวจะเสียชีวิต จากข้อมูลในตารางจะเห็นว่าค่ากระแสที่ต่ำกว่านี้ก็ยังทำให้เกิดเหตุการณ์ลักษณะเดียวกันได้ นับเป็นสิ่งที่อันตรายมาก
2. อาร์ก
การคำนวณเกี่ยวกับอาร์กส่วนใหญ่เป็นการคำนวณพื้นฐานที่มีการควบคุมสภาพแวดล้อมหรือพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้อง คือ กระแส แรงดัน และพลังงาน ซึ่งถือได้ว่าเป็นการคำนวณเชิงประมาณ สำหรับการคำนวณให้ได้ค่าจริงนั้นทำงานได้ยากเพราะเนื่องจากขึ้นอยู่สภาวะแวดล้อมที่จุดเกิดอาร์ก ณ เวลานั้น ๆ รวมทั้งรูปแบบของคลื่นของอาร์กนั้นไม่แน่นอนตายตัว
* นิยามมาตรฐาน และคำอธิบาย
มาตรฐาน ANSI/IEEE Std 100-1988 ได้นิยามว่าอาร์ก คือการคายประจุไฟฟ้าผ่านแก๊ส โดยปกติจะเกิดจากการดรอป หรือการตกของระดับแรงดันอย่างกะทันหัน ณ ที่ตำแหน่งใกล้ขั้วแคโทดที่แรงดัน หรือศักย์ทางไฟฟ้า เท่ากับศักย์ไฟฟ้าในการแตกตัวเป็นไอออนของแก๊ส
คำนิยามที่เข้าใจได้ง่ายกว่า คืออาร์ก เป็นพลังงานแสง และพลังงานความร้อนที่ถูกปลดปล่อยอันเนื่องจากการเบรกดาวน์ทางไฟฟ้าและมีการคายประจุไฟฟ้าผ่านฉนวน เช่น อากาศ
อาร์กทางไฟฟ้าจะเกิดขึ้นเมื่อมีกระแสไฟฟ้าเพียงพอไหลผ่านฉนวนอะไรก็ได้ แต่มักเกิดกับฉนวนที่เป็นอากาศ เนื่องจากอากาศนั้นเป็นตัวนำที่ไม่ดี ดังนั้นเมื่อเกิดอาร์ก กระแสส่วนใหญ่ที่ไหลอันที่จริงจะไหลผ่านไอของวัสดุที่เป็นตัวนำไฟฟ้าที่เป็นหน้าคอนแทกต์ หรืออากาศที่ร้อนมากจนแตกตัวเป็นไอออน ดังนั้นกระแสอาร์กที่ไหลจะเรียกอีกอย่างว่า พลาสม่า
อาร์กสามารถเริ่มก่อตัวได้จากหลายสถานการณ์ ดังต่อไปนี้
* เมื่อแรงดันระหว่างสองจุดเกินค่าไดอิเล็กทริกของอากาศ เหตุการณ์แบบนี้สามารถเกิดได้เมื่อเกิดแรงดันเกิน หรือโอเวอร์โวลเตจ (Overvoltage) เนื่องจากฟ้าผ่า หรือเซิร์จจากการทำสวิตชิ่งทางไฟฟ้า เช่น ปลดสับเบรกเกอร์
* เมื่ออากาศรอบตัวนำมีอุณหภูมิสูงมาก ๆ เนื่องจากมีกระแสปริมาณมากไหลผ่าน ยกตัวอย่างเช่น ถ้าสายไฟเส้นเล็กนำกระแสปริมาณมาก สายไฟจะเริ่มละลาย อากาศจะมีอุณหภูมิสูงขึ้น และก่อให้เกิดอาร์กได้
* เมื่อสองคอนแทกต์ หรือหน้าสัมผัส แยกออกจากกันในขณะที่นำกระแสปริมาณมาก ในกรณีนี้ จุดสัมผัสสุดท้ายจะมีความร้อนสูงมาก และอาร์กจะถูกสร้างขึ้นตามปรากฏการณ์ฟลายวีล (Inductive Flywheel Effect)
อาร์กนั้นมีความร้อนมาก อุณหภูมิที่ฐานของอาร์กสามารถสูงถึง 50,000 เคลวิน และอุณหภูมิจะลดลงเรื่อย ๆ จากฐานแต่ยังไงก็ไม่ต่ำกว่า 20,000 เคลวิน ถึงแม้ผลกระทบของความร้อนจะแตกต่างขึ้นอยู่กับระยะห่างจากอาร์ก สภาพแวดล้อม และพลังงานของอาร์ก แต่จากผลงานวิจัยที่ทาง IEEE ได้ทำการสำรวจ และสรุปได้ มีดังต่อไปนี้
* พลังงานความร้อนจากอาร์กสามารถทำให้เสียชีวิต หรือบาดเจ็บสาหัสได้ หรือมีแผลไหม้ระดับสองทั้ง ๆ ที่ระยะห่างจากอาร์กมากกว่า 3.6 เมตร
* เส้นใยผ้าทุกชนิดสามารถจุดติดไฟที่ระดับอุณหภูมิของอาร์ก เสื้อผ้าทำมาจากเส้นใยทนไฟ ก็ยังคงติดลุกไหม้ต่อหลังจากอาร์กนั้นได้ดับไปแล้ว เป็นผลทำให้ผู้ประสบภัยบาดเจ็บสาหัส ตาราง 5 แสดงอุณหภูมิจุดติดของผ้าแต่ละชนิด และพฤติกรรมของผ้าหลังจากติดไฟแล้ว
ตาราง 5 การตอบสนองต่อระดับกระแสไฟฟ้าของร่างกายมนุษย์ทั่วไปน้ำหนัก 68 กิโลกรัม
ปริมาณของพลังงาน และความร้อนจากอาร์กจะแปรผันตรงกับพลังงาน ณ จุดที่ลัดวงจร หรือ VA (Volt-amperes) จากการคำนวณของ Ralph Lee ได้แสดงว่าพลังงานของอาร์กสูงสุดจะเป็นได้มากสุดเท่ากับครึ่งหนึ่งของพลังงานทั้งหมดจากการเกิดฟอลต์ ณ จุดเดียวกัน ผลการวิจัยต่อมาของ Neal, Bingham และ Doughty ได้แสดงว่าค่าสูงสุดที่เป็นไปได้อาจอยู่ที่ 50 เปอร์เซ็นต์ แต่ค่าจริงจริงแล้วจะมีความแตกต่างกันขึ้นอยู่กับระดับการบิดเบือนของรูปคลื่น ระดับแรงดันในขณะนั้น รวมทั้งค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์ของอาร์ก
พลังงานของอาร์กจะสามารถประเมินความเสียหายได้จากพลังงานที่แผ่ออกมา พลังงานของอาร์กยังสามารถประเมินได้จาก แรงดันที่ดรอปที่จุดของอาร์ก รวมทั้งระดับกระแสอาร์ก ภายหลังจากที่อาร์กได้ก่อตัวขึ้น แรงดันอาร์กจะเป็นเพียงตัวกำหนดความยาวของอาร์ก พลังงานอาร์กขึ้นอยู่กับแรงดันของระบบน้อยมาก แต่จะขึ้นอยู่กับระดับของกระแสฟอลต์มากกว่า นั้นหมายความว่าแม้ระบบจะมีแรงดันต่ำแต่ถ้าเกิดอาร์กก็อันตรายมาก ดังนั้นควรต้องระมัดระวังไว้ก่อนเสมอ รูปที่ 2 และ 3 แสดงผลของการทดสอบ 2 หัวข้อ นั้นคือ การใช้หุ่นได้การดูผลความเสียหายจากอาร์ก ที่ระดับแรงดันต่างกัน จะเห็นว่าที่ระดับแรงดันสูง และแรงดันต่ำ ให้ผลการทำลายที่ใกล้เคียงกันมาก
* การปลดปล่อยพลังงานของอาร์ก
พลังงานอาร์กจะถูกปลดปล่อยได้อย่างน้อย 3 รูปแบบ คือ พลังงานแสง พลังงานความร้อน และในรูปของพลังงานกล ตารางที่ 6 อธิบายธรรมชาติของพลังงานที่ถูกปลดปล่อย และความเสียหาย อาการบาดเจ็บที่เกิดจากพลังงานดังกล่าว
สำหรับในรูปของพลังแสง และความร้อนจะให้อาการบาดเจ็บต่อบุคคลที่คล้ายคลึงกันมาก จึงได้ถูกจัดให้อยู่ในหมวดของสาเหตุของการบาดเจ็บเดียวกัน แต่สำหรับการบาดเจ็บทางกลนั้นปกติจะเกิดจากการระเบิด หรือบลาสต์ ซึ่งเป็นสาเหตุที่ถือว่าร้ายแรงที่สุดของการเกิดอาร์กทางไฟฟ้า
การคำนวณพลังงานสะสมที่ถูกปลดปล่อยจากอาร์ก สามารถใช้สองสมมุติฐานในคำนวณดังต่อไปนี้
1. พลังงานอาร์กทั้งหมดที่ถูกปลดปล่อยในรูปของความร้อนจะถูกวัดในหน่วย cal/cm2 หรือ J/cm2 จะใช้เฉพาะการประเมินการบาดเจ็บจากอาร์กเนื่องจากความร้อน ในส่วนบาดเจ็บแบบอื่น เช่น ไฟช็อก หรือบลาสต์ จะต้องใช้วิธีวิเคราะห์แบบอื่น
2. อาร์กที่ถูกเลี้ยงด้วยแหล่งจ่ายรูปคลื่นไซน์ที่สมบูรณ์จะปลดปล่อยพลังงานมากที่สุด
ตาราง 6 ปัจจัยที่ผลต่อระดับการบาดเจ็บอันเนื่องจากอาร์ก
รูปที่ 2 ความเสียหายอันเนื่องจากอาร์กที่ระดับแรงดันจำหน่ายปานกลาง (MV)
รูปที่ 3 ความเสียหายอันเนื่องจากอาร์กที่แรงดัน 220 โวลต์
ตาราง 7 อาการบาดเจ็บจากรูปแบบพลังงานที่อาร์กปลดปล่อย
* พลังงานอาร์ก
มีหลายปัจจัยหรือแฟกเตอร์หลักที่ใช้ในการประเมินพลังงานที่ถูกสร้าง หรือถ่ายเทด้วยอาร์ก ตาราง 7 แสดงผลของพลังที่ปลดปล่อยในเชิงพฤติกรรม
การระเบิดของอาร์กแต่ละครั้งจะร้ายแรงแค่ไหนเป็นฟังก์ชั่นหรือ เกี่ยวข้องกับปริมาณพลังงานทั้งหมด ระยะห่าง และพื้นที่หน้าตัดของอาร์ก
* อินพุตของพลังงานอาร์ก
พลังงานที่จ่ายไปยังอาร์กโดยระบบไฟฟ้า นั้นสามารถถูกคำนวณจากสมการต่อไปนี้
โดยที่ Jarc = พลังงานอาร์ก หน่วยเป็นจูล
Varc = แรงดันอาร์ก หน่วยโวลต์
Iarc = กระแสอาร์ก หน่วยโวลต์
t = เวลา หน่วยวินาที
จากผลการวิจัยได้สรุปว่าอาร์กที่เกิดเป็นรูปคลื่นไซน์ที่สมบูรณ์นั้นเป็นไปได้ยาก อย่างไรก็ตาม ที่รูปคลื่นไซน์ที่สมบูรณ์จะให้กำลังอาร์กสูงสุด โดยจากสมการที่ 5 สามารถประเมินพลังงานที่สูงสุดได้จากสมการลดรูปต่อไปนี้
โดยที่ = มุมระหว่างกระแสและแรงดัน
กระแสอาร์กที่เกิดขึ้นจะแตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย และสามารถถูกคำนวณหรือประเมินได้หลายวิธีการ มาตรฐาน IEEE Std 1584-2002 ได้เสนอ 2 สมการที่ใช้เพื่อคำนวณหากระแสอาร์ก สมการ 7 คือสูตรที่ถูกใช้สำหรับอาร์กในระบบที่มีแรงดันน้อยกว่า 1,000 โวลต์ และ สมการ 8 จะถูกใช้สำหรับระบบที่มีแรงดันเท่ากับหรือมากกว่า 1,000 โวลต์
โดยที่ Ia = กระแสอาร์ก หน่วยเป็น kA
K = ค่าคงที่: (สำหรับระบบเปิด: -0153, สำหรับระบบปิด: -0.097)
Ibf = ฟอลต์สามเฟสแบบสมมาตรแบบ RMS หน่วยเป็น kA
V = แรงดันไลน์ของระบบไฟฟ้า หน่วยเป็น kV
G = ช่องว่างระหว่างตัวนำที่เกิดอาร์ก หน่วยเป็น mm
แต่อย่างไรก็ตามสมการมีพื้นฐานอยู่บนเงื่อนไขที่ถูกกำหนดตามมาตรฐาน Std 1584-2002 ซึ่งเงื่อนไขหรือโมเดลดังกล่าวมีดังต่อไปนี้
* แรงดันเฟสทูเฟส จำนวน 3 เฟส ช่วงระหว่าง 208 โวลต์ ถึง 15,000 โวลต์
* ความถี่ 50 หรือ 60 Hz
* กระแสฟอลต์ช่วง 700 ถึง 106,000 แอมแปร์
* โมเดลสนับสนุนทุกประเภทของการกราวด์ รวมทั้งไม่มีกราวด์
* ตู้อุปกรณ์ต้องเป็นขนาดมาตรฐาน
* ช่องว่างระหว่างตัวนำไฟฟ้าอยู่ระหว่าง 13 mm ถึง 152 mm
* ประเภทฟอลต์ ต้องเป็นฟอลต์ประเภท 3 เฟส
เอกสารอ้างอิง
1. Keller, K.J., Electrical Safety Code Manual: a Plain Language Guide to National Electrical Code, OSHA, and NFPA, Elsevier, Oxford, 2010
2.Department of Health and Human Services, Electrical Safety: Student Manual, CDC, Cincinnati, OH, 1998
3.J.Cadick, M.Capelli-Schellpfeffer and D. Neitzel, Electrical Safety Handbook, The McGraw-Hill, 2006.
สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.
ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด
Thailandindustrycom_official
