قوس الکتریکی چیست؟

اگر يک هادي زمين شده يا هادي ديگري که داراي ولتاژ بالايي است تماس يابد ، ممکن است عايق هواي بين آنها شکسته و باعث ايجاد جرقه شود ، اين عمل موجب يونيزه شدن هوا شده و مقاومت آن را پايين مي آورد ، که اين به نوبة خود باعث افزايش جريان برق در نتيجه ايجاد قوس الکتريکي يا آرک مي شود.حال اگر انسان را يک هادي زمين شده فرض کنيم که به يک خط با ولتاژ بالا بسيار نزديک شود به وسيلهُ قوس الکتريکي بدون تماس با هادي مي سوزد. زيرا مقاومت الکتريکي هوا کاهش مي يابد و سطح وسيعي از پوست مي سوزد.
قوس هاي الکتريکي معمولاً با انرژي زياد ، جابجايي آمپراژ بالا و قوسي که در هوا روي مي دهد همراه هستند.

خطرات قوس الکتريکي:
هر ساله بيش از 2000 نفر کارگر، که در نتيجه قوس الکتريکي دچار جراحت شده‌اند، در مراکز سوختگي درمان مي‌شوند. شعله و درخشندگي، سريع اتفاق مي‌افتد، اما آثار جراحت سخت آن براي ماه‌ها , سالها يا حتي تمام عمر مي‌تواند باقي بماند.
قوس الکتريکي توليد اشعه ماوراي بنفش مي‌کند که باعث جراحتي شبيه به آفتاب سوختگي مي‌شود. اشعه ماوراي بنفش مي‌تواند به نوبه خود باعث حساسيت پوستي و به ويژه حساسيت چشم ها شود.
خوشبختانه , خطرات قوس الکتريکي مي تواند در جريان تمهيدات ايمني و استفاده از تجهيزات حفاظت فردي (PPE) مخصوص کاهش پيدا کند.

مکانهاي داراي پتانسيل قوس الکتريکي:
تصور کنيد قوس الکتريکي يک اتصال کوتاه در هوا باشد. در پديده قوس الکتريکي ، مقدار زيادي انرژي متمرکز ازانفجار تجهيزات الکتريکي ايجاد مي‌شود. در اين انفجار ، فشار امواج ناشي از آن مي توانند به گوش و درخشندگي زياد قوس مي تواند به چشمان آسيب زده و حرارت گردابي زياد ناشي از گاز متصاعد شده، مي تواند فلزات را ذوب کرده و بدن فرد را بسوزاند.
مخاطرات قوس الکتريکي مي‌تواند در هر وسيله الکتريکي ، صرف نظر از ولتاژ با توليد انرژي حاصل از قوس ايجاد شود.
مکانهايي که داراي پتانسيل اين حوادث هستند عبارتند از :
1 – تابلوهاي برق
2 – بدنه سلول کليدهاي قطع‌کننده
3 – ترانسفورماتورها
4 – راه‌اندازهاي موتور و محفظه فلزي آنها
5 – جداکننده هاي فيوز
6 – هر مکاني که احتمال خطاي عملکرد تجهيزات الکتريکي در آن باشد. اپراتورها ، تکنسين‌ها و افرادي که با تجهيزات ولتاژ قوي کار مي‌کنند از جمله افرادي هستند که در معرض آسيب قوس الکتريکي قرار دارند.
اثرات يک قوس الکتريکي مي‌تواند ويران کننده باشد. انرژي زياد و نور شديد آن مي‌تواند در يک ثانيه باعث سوختگي هاي شديد نابودي پوست و بافت ها شود. قوس الکتريکي مي تواند لباس را سوزانده و متلاشي کند ودر نتيجه باعث سوختگي شود.قربانيان در بعضي موارد نياز به پيوند پوست داشته يا اينکه بايد قطع عضو شوند. البته بسته به درصد سوختگي و سن مي‌تواند باعث مرگ نيز شود.
آرک ناشي از آمپراژ بالا موج انفجاري ، که نيرويي بيش از 1000 پوند دارد , ايجاد کرده که مي تواند قرباني را پرتاب کرده و در نتيجه آن ، مجروح از جايي سقوط کرده يا با اشياء نزديک خود برخورد کند.
فشار امواج مي تواند قطعات آزاد و شل ، تکه هاي تجهيزات آسيب ديده ، ابزار و ديگر اشياء را به هوا پرتاب کند.
همچنين حرارت شديد ممکن است باعث ذوب اجزاي فلزي الکتريکي و انفجار باعث پرتاب قطعات مذاب به فواصل قابل توجهي منجر شود و اين قطعات تيز ، مي توانند با لباس هر شخصي اصابت کرده ، که ضمن سوزاندن لباس به پوست وحتي به ريه شخص آسيب برسانند.

سازمانهاي بين‌المللي مقابله با قوس الکتريکي:
سازمان هاي بسياري , به ويژه در آمريکا به موضوع ايمني کار با برق از جمله قوس الکتريکي و نتايج آن پرداخته و استانداردهايي نيز در جهت شناسايي ، محاسبه وکنترل مخاطرات قوس الکتريکي منتشر کرده ، که تعداد مهمي از آنها به شرح زير معرفي مي‌شود.
سازمان‌ايمني و بهداشت حرفه‌اي (OSHA): اين سازمان تأکيد زيادي بر معيارهاي ايمني و بهداشت در محيط هاي کار دارد و داراي بيمارستانهاي دولتي و خصوصي زيادي است. اين سازمان براي ايمني کار با الکتريسيته و نيز قوس الکتريکي دستورالعملي تحت عنوان(OSHA 29 CFR Part 1910) منتشر کرده است.
(OSHA 29 Code of Federal Regulations (CFR) Part 1910 Subpart S) انجمن ملي مقررات ايمني برق (NESC): مرجع مقررات الکتريکي آمريکا NESC است که شامل توليد ، انتقال، توزيع و همچنين تأسيسات الکتريکي ساختمانها است. NEC يا NFPA مسئوليت تهيه آن بخش از مقررات که مربوط به تأسيسات است را دارند و مسئوليت تهيه مقررات بخش مربوط به توليد، انتقال و توزيع به عهده NESC يا IEEE است.
انجمن ملي حفاظت در برابر آتش سوزي (NFPA) اين انجمن در آمريکا قرار دارد و در مورد حفاظت در برابر آتش و وسايل مورد نياز ، ارايه روش مي‌کند و در زمينه ايمني کار با الکتريسيته در محل کار، استاندارد NFPA 70E – 2004 را منتشر کرده است.
(NFPA 70E-2004 Standard for Electrical Safety Requirements for Employee Workplaces)

انجمن مهندسين برق و الکترونيک (IEEE): اين انجمن نيز در آمريکا قرار داشته و به فعاليتهاي مهندسان برق والکترونيک پرداخته و استانداردها ، قوانين و آيين نامه هاي اجرايي مختلفي در ارتباط با برق و الکترونيک را منتشر کرده است.
انجمن مهندسان برق و الکترونيک آمريکا با اجراي برنامه‌هاي آزمايشي متعدد و استفاده ازمدل هاي شبيه سازي شده ، تحت شرايط مشابه، شروع به تجزيه وتحليل مخاطرات قوس الکتريکي و محدوده کاري وحفاظت از آن کرده ، که در نتيجه روش محاسبه تجربي انرژي رويداد و محدوده حفاظت از آن را در استاندارد IEEE Standard 1584™ – 2002 ارائه کرده است.
(IEEE Standard 1584™ – 2002 Guide for Performing Arc Flash hazard Calculations)

سازمان ملي استاندارد تأسيسات الکتريکي آمريکا (NEC) : اين سازمان از مراجع قانوني استاندارد تأسيسات الکتريکي در آمريکا است که استانداردهاي مختلفي دررابطه با برق از جمله مشخصات فني وعمومي تجهيزات الکتريکي براي استفاده متخصصان امر ارائه کرده است.

سوختگي ناشي از قوس الکتريکي:
نتايج حاصل از سوختگي قوس الکتريکي ويران کننده ، و در بعضي موارد غيرقابل جبران است. قربانيان اين حوادث، ممکن است درد سخت و سوختگي را تحمل کنند ، اما براي ورود به جمع و برگشتن به شرايط قبلي خود مشکلاتي از قبيل دلواپسي تجربه گذشته ، افسردگي يا ديگر علائم رواني را دارند. بعضي از کارگران ممکن است ديگر قادر نباشند به کار قبلي خود برگردند.
هرحادثه منجربه آسيب بدني، به همراه خود ناراحتي هاي رواني و تنش براي خود و خانواده کارگر آسيب ديده ، به همراه دارد و وقتي حادثه به معلوليت هميشگي منجر شود، عوارض آن فاجعه آميز بوده و مهارت فرد آسيب ديده ، ظرفيت کسب درآمد وي و در بعضي از موارد امکان لذت از زندگي در فرد معلول مورد تهديد قرار مي‌گيرد. بطور کلي هزينه مراقبت‌هاي درماني، پرداخت غرامت به افراد حادثه ديده و ميزان ضرر و زياني که به جامعه و توليد در صنايع کشورها وارد مي شود بر هيچ کس پوشيده نيست.
هر مرگ يا جراحت يک هزينه است. براي مثال پرفسور فرناند مارتين با اين نظر و با استفاده از ارزش گذاري اقتصادي زندگي انسان در (طرح توجيه طراحي دوباره بزرگراه‌ها) اين مورد را براي وزارت ترابري کانادا به انجام رسانيد. بر اساس مطالعات او هر مرگ 5/2 ميليون دلار ، هر جراحت جدي 66 هزار دلار و هر جراحت ساده 25 هزار دلار هزينه بدنبال داشته است.

جراحت‌هاي ناشي از قوس الکتريکي:
سوختگي هاي مستقيم و ثانويه: در فواصلي از قوس الکتريکي ، حرارت آنقدر هست که بتواند پوست و بافت را تخريب کند و شدت اين آسيب به مدت زمان و مقدار حرارت تماس بستگي دارد. مطالعات نشان مي دهد که حرارت بيش از 205 درجه فارنهايت در مدت 1/0 ثانيه اثري غير قابل ترميم مي گذارد ،که به آن سوختگي علاج ناپذير مي گويند.
حرارت اوليه پوست با شدت فلاش، فاصله از قوس و زمان انفجار تعيين مي‌شود.
هواي گرم و مواد مذاب حاصل از قوس تجهيزات الکتريکي ، سبب از هم پاشيدن لباس هاي معمولي که حتي مستقيماً با قوس تماس نداشته ، مي شوند.جز اينکه لباس کندسوز بوده ودر ادامه باعث توسعه منطقه سوختگي شود.لباس هاي جنس الياف مصنوعي همچون نايلون و پلي استر ممکن است ذوب شده وبه پوست بچسبند و در نتيجه سوختگي تشديد شود.

جراحت هاي چشم و آسيب به سيستم شنوايي: قوس الکتريکي حتي با استفاده مستمر از حفاظ چشم و عينک، ممکن است آسيب جدي به چشم زده و يا موجب کوري شود. اشعه شديد ماوراي بنفش ناشي از قوس الکتريکي نيز مي‌تواند به شبکيه چشم آسيب بزند. اثر اشعه ماوراي بنفش بر چشم همراه علائمي است مثل اينکه تصور مي شود ريگي وارد چشم شده و ديد فرد تيره ، حس سوختگي داشته و از چشم اشک آمده و حتي فرد دچار سردرد مي‌شود.
فشار امواج ناشي از انفجار مي‌تواند آسيب جدي به چشم زده و چنانچه چشم مسلح نباشد،
پرتاب اشياء و قطعات ريز و برخورد آنها با چشم منجر به حوادث جبران‌ناپذيري شود.
صداو فشار زياد ناشي از انفجار قوس الکتريکي: اين عامل نيز مي‌تواند بر شنوايي اثر بگذارد.
حد مجاز PEL (Permissible Exposure Limit ) صدا و نويز را 90db معين کرده است و از کارگران مي خواهد که در تماس با حد 85db و يا بالاتر از گوشي هاي حفاظتي استفاده نمايند. اگر صدا 3db افزايش پيدا کند اثر آن معادل ميزان صداي دو برابر است. اطلاعات منتشر شده نشان داده که صداي انفجار قوس الکتريکي تا 140db افزايش
يافته که معادل صداي Take off هواپيما است.
فشارناگهاني که تا 720 lbs/ft که در مدت 400 ميلي ثانيه افزايش مي يابد، مي‌تواند موجب پارگي پرده گوش شود.

مراحل آناليز مخاطرات قوس الکتريکي:
مطابق استاندارد IEEE 1584 ، براي آناليز مخاطرات قوس الکتريکي 9 مرحله تعريف شده است:
1 – سيستم جمع آوري و نصب اطلاعات
2 – تعيين سيستم و اسلوب کار
3 – تعيين جريان ناگهاني خطا
4 – -تعيين جريان قوس ناشي از خطا
5 – تعيين مشخصات تجهيزات حفاظتي و طول قوس
6 – مستندات سيستم ولتاژ و کلاس تجهيزات
7 – انتخاب فواصل کاري
8 – محاسبه انرژي رويداد
9 – محاسبه حد و مرز حفاظت از درخشندگي

محاسبات قوس الکتريکي:
براساس استاندارد
IEEE 1584™ – 2002
استاندارد IEEE 1584 شامل روش محاسبه گام به گام مقدار انرژي رويداد است که فرد احتمالاً با آن روبرو مي‌شود. فاکتورهايي که در محاسبه استفاده مي شوند شامل : جريان ناگهاني خطا، ولتاژ، نوع تجهيزات، ساختمان و متد اتصال زمين محل مي‌باشد، علاوه بر آن اعداد ثابتي که مقادير و تقريب آن بر اساس جدول استاندارد مشخص شده ، در محاسبه استفاده مي شوند.
انرژي رويداد اساساً در سه مرحله به شرح زير محاسبه مي‌شود:
محاسبه جريانهاي قوس با استفاده از جريان خطاي ناگهاني.
محاسبه انرژي رويداد نرمال در هر جريان ناشي از قوس.
تبديل انرژي رويداد از نرمال به اکتيو بر اساس فاکتورهاي مرتبط اکتيو (زمان خالص، موّلفه تجهيزات و غيره(
گام آخر ليست بالا شامل تبديل پيشاپيش محاسبه انرژي رويداد نرمال به اکتيو است. اين پروسه توجه خاصي به موّلفه تجهيزات و زمانهاي خالص خطاي اکتيو بر اساس حفاظت در محل، از قبيل اشاره به ، عمل بموقع تمام تجهيزات مثل رله‌ها، فيوزها و بريکرها دارد.

سطح خطرات:
در استاندارد NFPA 70E سطح ريسک مخاطرات ، بستگي به محاسبات انرژي رويداد دارد. اين استاندارد نيز ليستي از تجهيزات حفاظت فردي PPE مثل لباس هاي کار خاص را با توجه به طبقه بندي مخاطرات معرفي کرده است. براي عملي کردن ، ابتدا بايد انرژي رويداد محاسبه شود ، سپس با استفاده از جدول شماره چهار استاندارد NFPA که براي سهولت کار تهيه کرده، مشخصات ترکيب تجهيزات حفاظت فردي مناسب بدست مي آيد.
توجه داشته باشيد که بالاترين رتبة طبقه بندي شده عدد 4 بوده که انرژي رويداد آن برابر 40cal/cm² مي باشد، درصورتيکه تجهيزات حفاظت فردي بايد متناسب براي مقادير بالاتر 40cal/cm² باشند ، اگر چه لباسي که قادر باشد عمل حفاظت را در برابر قوس الکتريکي با انرژي رويداد 112 cal/cm² انجام‌دهد، بصورت تجاري در دسترس مي‌باشد.
استاندارد NFPA 70E-2004 به اين موضوع صريحاً اشاره کرده و اجازه کار در مقابل سطح انرژي رويداد بالاتر از 40cal/cm² را نداده است ، زيرا که تحقيقات نشان داده که صدمات بدون اثر ظاهري
)مثل سوختگي هاي داخلي، صدمات داخلي و غيره) ناشي از کار در مقابل سطح انرژي رويداد بالاتر از 40 cal/cm² است.

محدوده کاري:
استاندارد NFPA 70E-2004 حد ومرز اجراي کار ، تردد و رعايت فاصله از تجهيزات برقدار بدون حفاظ را با استفاده از تجهيزات حفاظت فردي مرتبط تعريف کرده است، که در دياگرام زير اين حدود مشخص شده قابل مشاهده هستند:
1 – مرز حفاظت از قوس: عبور از اين مرز و کمتر شدن فاصله ، نسبت به تجهيزات برقدار بدون حفاظ ، در صورت بروز قوس الکتريکي شخص متحمل سوختگي از نوع درجه دو مي شود. معمولاً اين سوختگي ناشي از انرژي رويدادي است که مقدار آن
1.2 cal/cm² مي باشد.
2 – مرز عبورمشروط: عبور از اين حد ومرز و کاهش فاصله از قسمتهاي برقدار بدون حفاظ و پوشش، ريسک شوک وجود دارد.
3 – مرز محصورشده : عبور از اين مرز و کاهش فاصله از قسمتهاي برقدار بدون حفاظ، ريسک بروز شوک ناشي از قوس الکتريکي غيرعمدي، براي افراد کارگر محوطة قسمت برقدار افزايش مي‌يابد.
4 – محدوده ممنوعه: يعني در هنگام کار ، عبور از اين مرز و کاهش فاصله از قسمت برقدار بدون حفاظ و پوشش مثل اينست که با هادي برقدار تماس برقرار شود.
نتيجه:با توجه به آمار بالاي حوادث برق گرفتگي نسبت به حوادث ديگر در ايران ، همواره بايد بر رعايت اصول ايمني اشاره شده در اين مقاله ، انتخاب تجهيزات حفاظت فردي بر اساس اصول علمي و با در نظر داشتن خطرات موجود ، خصوصيات کاربران آنها و همچنين مشخصات عملکردي تجهيزات حفاظت فردي و اجراي دقيق پارامترهاي اجرايي کار و نيز آموزش روشهاي نوين کار با برق، نظارت مستمرداشته، که در نتيجه شاهد کاهش ميزان حوادث به طور محسوس خواهيم بود.