قوس الکتریکی چیست؟

اگر یک هادی زمین شده یا هادی دیگری که دارای ولتاژ بالایی است تماس یابد ، ممکن است عایق هوای بین آنها شکسته و باعث ایجاد جرقه شود ، این عمل موجب یونیزه شدن هوا شده و مقاومت آن را پایین می آورد ، که این به نوبه خود باعث افزایش جریان برق در نتیجه ایجاد قوس الکتریکی یا آرک می شود.حال اگر انسان را یک هادی زمین شده فرض کنیم که به یک خط با ولتاژ بالا بسیار نزدیک شود به وسیلهُ قوس الکتریکی بدون تماس با هادی می سوزد. زیرا مقاومت الکتریکی هوا کاهش می یابد و سطح وسیعی از پوست می سوزد.
قوس های الکتریکی معمولاً با انرژی زیاد ، جابجایی آمپراژ بالا و قوسی که در هوا روی می دهد همراه هستند.

خطرات قوس الکتریکی:
هر ساله بیش از ۲۰۰۰ نفر کارگر، که در نتیجه قوس الکتریکی دچار جراحت شده‌اند، در مراکز سوختگی درمان می‌شوند. شعله و درخشندگی، سریع اتفاق می‌افتد، اما آثار جراحت سخت آن برای ماه‌ها , سالها یا حتی تمام عمر می‌تواند باقی بماند.
قوس الکتریکی تولید اشعه ماورای بنفش می‌کند که باعث جراحتی شبیه به آفتاب سوختگی می‌شود. اشعه ماورای بنفش می‌تواند به نوبه خود باعث حساسیت پوستی و به ویژه حساسیت چشم ها شود.
خوشبختانه , خطرات قوس الکتریکی می تواند در جریان تمهیدات ایمنی و استفاده از تجهیزات حفاظت فردی (PPE) مخصوص کاهش پیدا کند.

مکانهای دارای پتانسیل قوس الکتریکی:
تصور کنید قوس الکتریکی یک اتصال کوتاه در هوا باشد. در پدیده قوس الکتریکی ، مقدار زیادی انرژی متمرکز ازانفجار تجهیزات الکتریکی ایجاد می‌شود. در این انفجار ، فشار امواج ناشی از آن می توانند به گوش و درخشندگی زیاد قوس می تواند به چشمان آسیب زده و حرارت گردابی زیاد ناشی از گاز متصاعد شده، می تواند فلزات را ذوب کرده و بدن فرد را بسوزاند.
مخاطرات قوس الکتریکی می‌تواند در هر وسیله الکتریکی ، صرف نظر از ولتاژ با تولید انرژی حاصل از قوس ایجاد شود.
مکانهایی که دارای پتانسیل این حوادث هستند عبارتند از :
۱ – تابلوهای برق
۲ – بدنه سلول کلیدهای قطع‌کننده
۳ – ترانسفورماتورها
۴ – راه‌اندازهای موتور و محفظه فلزی آنها
۵ – جداکننده های فیوز
۶ – هر مکانی که احتمال خطای عملکرد تجهیزات الکتریکی در آن باشد. اپراتورها ، تکنسین‌ها و افرادی که با تجهیزات ولتاژ قوی کار می‌کنند از جمله افرادی هستند که در معرض آسیب قوس الکتریکی قرار دارند.
اثرات یک قوس الکتریکی می‌تواند ویران کننده باشد. انرژی زیاد و نور شدید آن می‌تواند در یک ثانیه باعث سوختگی های شدید نابودی پوست و بافت ها شود. قوس الکتریکی می تواند لباس را سوزانده و متلاشی کند ودر نتیجه باعث سوختگی شود.قربانیان در بعضی موارد نیاز به پیوند پوست داشته یا اینکه باید قطع عضو شوند. البته بسته به درصد سوختگی و سن می‌تواند باعث مرگ نیز شود.
آرک ناشی از آمپراژ بالا موج انفجاری ، که نیرویی بیش از ۱۰۰۰ پوند دارد , ایجاد کرده که می تواند قربانی را پرتاب کرده و در نتیجه آن ، مجروح از جایی سقوط کرده یا با اشیاء نزدیک خود برخورد کند.
فشار امواج می تواند قطعات آزاد و شل ، تکه های تجهیزات آسیب دیده ، ابزار و دیگر اشیاء را به هوا پرتاب کند.
همچنین حرارت شدید ممکن است باعث ذوب اجزای فلزی الکتریکی و انفجار باعث پرتاب قطعات مذاب به فواصل قابل توجهی منجر شود و این قطعات تیز ، می توانند با لباس هر شخصی اصابت کرده ، که ضمن سوزاندن لباس به پوست وحتی به ریه شخص آسیب برسانند.

سازمانهای بین‌المللی مقابله با قوس الکتریکی:
سازمان های بسیاری , به ویژه در آمریکا به موضوع ایمنی کار با برق از جمله قوس الکتریکی و نتایج آن پرداخته و استانداردهایی نیز در جهت شناسایی ، محاسبه وکنترل مخاطرات قوس الکتریکی منتشر کرده ، که تعداد مهمی از آنها به شرح زیر معرفی می‌شود.
سازمان‌ایمنی و بهداشت حرفه‌ای (OSHA): این سازمان تأکید زیادی بر معیارهای ایمنی و بهداشت در محیط های کار دارد و دارای بیمارستانهای دولتی و خصوصی زیادی است. این سازمان برای ایمنی کار با الکتریسیته و نیز قوس الکتریکی دستورالعملی تحت عنوان(OSHA 29 CFR Part 1910) منتشر کرده است.
(OSHA 29 Code of Federal Regulations (CFR) Part 1910 Subpart S) انجمن ملی مقررات ایمنی برق (NESC): مرجع مقررات الکتریکی آمریکا NESC است که شامل تولید ، انتقال، توزیع و همچنین تأسیسات الکتریکی ساختمانها است. NEC یا NFPA مسئولیت تهیه آن بخش از مقررات که مربوط به تأسیسات است را دارند و مسئولیت تهیه مقررات بخش مربوط به تولید، انتقال و توزیع به عهده NESC یا IEEE است.
انجمن ملی حفاظت در برابر آتش سوزی (NFPA) این انجمن در آمریکا قرار دارد و در مورد حفاظت در برابر آتش و وسایل مورد نیاز ، ارایه روش می‌کند و در زمینه ایمنی کار با الکتریسیته در محل کار، استاندارد NFPA 70E – ۲۰۰۴ را منتشر کرده است.
(NFPA 70E-2004 Standard for Electrical Safety Requirements for Employee Workplaces)

انجمن مهندسین برق و الکترونیک (IEEE): این انجمن نیز در آمریکا قرار داشته و به فعالیتهای مهندسان برق والکترونیک پرداخته و استانداردها ، قوانین و آیین نامه های اجرایی مختلفی در ارتباط با برق و الکترونیک را منتشر کرده است.
انجمن مهندسان برق و الکترونیک آمریکا با اجرای برنامه‌های آزمایشی متعدد و استفاده ازمدل های شبیه سازی شده ، تحت شرایط مشابه، شروع به تجزیه وتحلیل مخاطرات قوس الکتریکی و محدوده کاری وحفاظت از آن کرده ، که در نتیجه روش محاسبه تجربی انرژی رویداد و محدوده حفاظت از آن را در استاندارد IEEE Standard 1584™ – ۲۰۰۲ ارائه کرده است.
(IEEE Standard 1584™ – ۲۰۰۲ Guide for Performing Arc Flash hazard Calculations)

سازمان ملی استاندارد تأسیسات الکتریکی آمریکا (NEC) : این سازمان از مراجع قانونی استاندارد تأسیسات الکتریکی در آمریکا است که استانداردهای مختلفی دررابطه با برق از جمله مشخصات فنی وعمومی تجهیزات الکتریکی برای استفاده متخصصان امر ارائه کرده است.

سوختگی ناشی از قوس الکتریکی:
نتایج حاصل از سوختگی قوس الکتریکی ویران کننده ، و در بعضی موارد غیرقابل جبران است. قربانیان این حوادث، ممکن است درد سخت و سوختگی را تحمل کنند ، اما برای ورود به جمع و برگشتن به شرایط قبلی خود مشکلاتی از قبیل دلواپسی تجربه گذشته ، افسردگی یا دیگر علائم روانی را دارند. بعضی از کارگران ممکن است دیگر قادر نباشند به کار قبلی خود برگردند.
هرحادثه منجربه آسیب بدنی، به همراه خود ناراحتی های روانی و تنش برای خود و خانواده کارگر آسیب دیده ، به همراه دارد و وقتی حادثه به معلولیت همیشگی منجر شود، عوارض آن فاجعه آمیز بوده و مهارت فرد آسیب دیده ، ظرفیت کسب درآمد وی و در بعضی از موارد امکان لذت از زندگی در فرد معلول مورد تهدید قرار می‌گیرد. بطور کلی هزینه مراقبت‌های درمانی، پرداخت غرامت به افراد حادثه دیده و میزان ضرر و زیانی که به جامعه و تولید در صنایع کشورها وارد می شود بر هیچ کس پوشیده نیست.
هر مرگ یا جراحت یک هزینه است. برای مثال پرفسور فرناند مارتین با این نظر و با استفاده از ارزش گذاری اقتصادی زندگی انسان در (طرح توجیه طراحی دوباره بزرگراه‌ها) این مورد را برای وزارت ترابری کانادا به انجام رسانید. بر اساس مطالعات او هر مرگ ۵/۲ میلیون دلار ، هر جراحت جدی ۶۶ هزار دلار و هر جراحت ساده ۲۵ هزار دلار هزینه بدنبال داشته است.

جراحت‌های ناشی از قوس الکتریکی:
سوختگی های مستقیم و ثانویه: در فواصلی از قوس الکتریکی ، حرارت آنقدر هست که بتواند پوست و بافت را تخریب کند و شدت این آسیب به مدت زمان و مقدار حرارت تماس بستگی دارد. مطالعات نشان می دهد که حرارت بیش از ۲۰۵ درجه فارنهایت در مدت ۱/۰ ثانیه اثری غیر قابل ترمیم می گذارد ،که به آن سوختگی علاج ناپذیر می گویند.
حرارت اولیه پوست با شدت فلاش، فاصله از قوس و زمان انفجار تعیین می‌شود.
هوای گرم و مواد مذاب حاصل از قوس تجهیزات الکتریکی ، سبب از هم پاشیدن لباس های معمولی که حتی مستقیماً با قوس تماس نداشته ، می شوند.جز اینکه لباس کندسوز بوده ودر ادامه باعث توسعه منطقه سوختگی شود.لباس های جنس الیاف مصنوعی همچون نایلون و پلی استر ممکن است ذوب شده وبه پوست بچسبند و در نتیجه سوختگی تشدید شود.

جراحت های چشم و آسیب به سیستم شنوایی: قوس الکتریکی حتی با استفاده مستمر از حفاظ چشم و عینک، ممکن است آسیب جدی به چشم زده و یا موجب کوری شود. اشعه شدید ماورای بنفش ناشی از قوس الکتریکی نیز می‌تواند به شبکیه چشم آسیب بزند. اثر اشعه ماورای بنفش بر چشم همراه علائمی است مثل اینکه تصور می شود ریگی وارد چشم شده و دید فرد تیره ، حس سوختگی داشته و از چشم اشک آمده و حتی فرد دچار سردرد می‌شود.
فشار امواج ناشی از انفجار می‌تواند آسیب جدی به چشم زده و چنانچه چشم مسلح نباشد،
پرتاب اشیاء و قطعات ریز و برخورد آنها با چشم منجر به حوادث جبران‌ناپذیری شود.
صداو فشار زیاد ناشی از انفجار قوس الکتریکی: این عامل نیز می‌تواند بر شنوایی اثر بگذارد.
حد مجاز PEL (Permissible Exposure Limit ) صدا و نویز را ۹۰db معین کرده است و از کارگران می خواهد که در تماس با حد ۸۵db و یا بالاتر از گوشی های حفاظتی استفاده نمایند. اگر صدا ۳db افزایش پیدا کند اثر آن معادل میزان صدای دو برابر است. اطلاعات منتشر شده نشان داده که صدای انفجار قوس الکتریکی تا ۱۴۰db افزایش
یافته که معادل صدای Take off هواپیما است.
فشارناگهانی که تا ۷۲۰ lbs/ft که در مدت ۴۰۰ میلی ثانیه افزایش می یابد، می‌تواند موجب پارگی پرده گوش شود.

مراحل آنالیز مخاطرات قوس الکتریکی:
مطابق استاندارد IEEE 1584 ، برای آنالیز مخاطرات قوس الکتریکی ۹ مرحله تعریف شده است:
۱ – سیستم جمع آوری و نصب اطلاعات
۲ – تعیین سیستم و اسلوب کار
۳ – تعیین جریان ناگهانی خطا
۴ – -تعیین جریان قوس ناشی از خطا
۵ – تعیین مشخصات تجهیزات حفاظتی و طول قوس
۶ – مستندات سیستم ولتاژ و کلاس تجهیزات
۷ – انتخاب فواصل کاری
۸ – محاسبه انرژی رویداد
۹ – محاسبه حد و مرز حفاظت از درخشندگی

محاسبات قوس الکتریکی:
براساس استاندارد
IEEE 1584™ – ۲۰۰۲
استاندارد IEEE 1584 شامل روش محاسبه گام به گام مقدار انرژی رویداد است که فرد احتمالاً با آن روبرو می‌شود. فاکتورهایی که در محاسبه استفاده می شوند شامل : جریان ناگهانی خطا، ولتاژ، نوع تجهیزات، ساختمان و متد اتصال زمین محل می‌باشد، علاوه بر آن اعداد ثابتی که مقادیر و تقریب آن بر اساس جدول استاندارد مشخص شده ، در محاسبه استفاده می شوند.
انرژی رویداد اساساً در سه مرحله به شرح زیر محاسبه می‌شود:
محاسبه جریانهای قوس با استفاده از جریان خطای ناگهانی.
محاسبه انرژی رویداد نرمال در هر جریان ناشی از قوس.
تبدیل انرژی رویداد از نرمال به اکتیو بر اساس فاکتورهای مرتبط اکتیو (زمان خالص، موّلفه تجهیزات و غیره(
گام آخر لیست بالا شامل تبدیل پیشاپیش محاسبه انرژی رویداد نرمال به اکتیو است. این پروسه توجه خاصی به موّلفه تجهیزات و زمانهای خالص خطای اکتیو بر اساس حفاظت در محل، از قبیل اشاره به ، عمل بموقع تمام تجهیزات مثل رله‌ها، فیوزها و بریکرها دارد.

سطح خطرات:
در استاندارد NFPA 70E سطح ریسک مخاطرات ، بستگی به محاسبات انرژی رویداد دارد. این استاندارد نیز لیستی از تجهیزات حفاظت فردی PPE مثل لباس های کار خاص را با توجه به طبقه بندی مخاطرات معرفی کرده است. برای عملی کردن ، ابتدا باید انرژی رویداد محاسبه شود ، سپس با استفاده از جدول شماره چهار استاندارد NFPA که برای سهولت کار تهیه کرده، مشخصات ترکیب تجهیزات حفاظت فردی مناسب بدست می آید.
توجه داشته باشید که بالاترین رتبه طبقه بندی شده عدد ۴ بوده که انرژی رویداد آن برابر ۴۰cal/cm² می باشد، درصورتیکه تجهیزات حفاظت فردی باید متناسب برای مقادیر بالاتر ۴۰cal/cm² باشند ، اگر چه لباسی که قادر باشد عمل حفاظت را در برابر قوس الکتریکی با انرژی رویداد ۱۱۲ cal/cm² انجام‌دهد، بصورت تجاری در دسترس می‌باشد.
استاندارد NFPA 70E-2004 به این موضوع صریحاً اشاره کرده و اجازه کار در مقابل سطح انرژی رویداد بالاتر از ۴۰cal/cm² را نداده است ، زیرا که تحقیقات نشان داده که صدمات بدون اثر ظاهری
)مثل سوختگی های داخلی، صدمات داخلی و غیره) ناشی از کار در مقابل سطح انرژی رویداد بالاتر از ۴۰ cal/cm² است.

محدوده کاری:
استاندارد NFPA 70E-2004 حد ومرز اجرای کار ، تردد و رعایت فاصله از تجهیزات برقدار بدون حفاظ را با استفاده از تجهیزات حفاظت فردی مرتبط تعریف کرده است، که در دیاگرام زیر این حدود مشخص شده قابل مشاهده هستند:
۱ – مرز حفاظت از قوس: عبور از این مرز و کمتر شدن فاصله ، نسبت به تجهیزات برقدار بدون حفاظ ، در صورت بروز قوس الکتریکی شخص متحمل سوختگی از نوع درجه دو می شود. معمولاً این سوختگی ناشی از انرژی رویدادی است که مقدار آن
۱٫۲ cal/cm² می باشد.
۲ – مرز عبورمشروط: عبور از این حد ومرز و کاهش فاصله از قسمتهای برقدار بدون حفاظ و پوشش، ریسک شوک وجود دارد.
۳ – مرز محصورشده : عبور از این مرز و کاهش فاصله از قسمتهای برقدار بدون حفاظ، ریسک بروز شوک ناشی از قوس الکتریکی غیرعمدی، برای افراد کارگر محوطه قسمت برقدار افزایش می‌یابد.
۴ – محدوده ممنوعه: یعنی در هنگام کار ، عبور از این مرز و کاهش فاصله از قسمت برقدار بدون حفاظ و پوشش مثل اینست که با هادی برقدار تماس برقرار شود.
نتیجه:با توجه به آمار بالای حوادث برق گرفتگی نسبت به حوادث دیگر در ایران ، همواره باید بر رعایت اصول ایمنی اشاره شده در این مقاله ، انتخاب تجهیزات حفاظت فردی بر اساس اصول علمی و با در نظر داشتن خطرات موجود ، خصوصیات کاربران آنها و همچنین مشخصات عملکردی تجهیزات حفاظت فردی و اجرای دقیق پارامترهای اجرایی کار و نیز آموزش روشهای نوین کار با برق، نظارت مستمرداشته، که در نتیجه شاهد کاهش میزان حوادث به طور محسوس خواهیم بود.