आपके पैरों के नीचे ख़तरा: स्पर्श और चरण वोल्टेज में एक गहरा गोता

परिचय

जब हम विद्युत संबंधी खतरों के बारे में सोचते हैं, हम अक्सर किसी हाई-वोल्टेज बिजली लाइन या स्पार्किंग मशीनरी के टुकड़े के सीधे संपर्क की कल्पना करते हैं. तथापि, इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में कुछ सबसे खतरनाक खतरे लाइव कंडक्टर के सीधे संपर्क के बिना होते हैं. किसी विद्युत सबस्टेशन या बिजली लाइन में ग्राउंड फॉल्ट के दौरान, बड़ी धाराएँ पृथ्वी में प्रवाहित होती हैं. बिजली का यह प्रवाह जमीन पर ही वोल्टेज ग्रेडिएंट बनाता है, किसी व्यक्ति के पैरों के नीचे की मिट्टी को संभावित मृत्यु जाल में बदलना. यह घटना दो महत्वपूर्ण सुरक्षा अवधारणाओं द्वारा नियंत्रित होती है: चरण वोल्टेज औरस्पर्श वोल्टेज.

इन अवधारणाओं को समझना केवल एक अकादमिक अभ्यास नहीं है; यह सबस्टेशन डिजाइन और उपयोगिता सुरक्षा की आधारशिला है. जैसा कि उद्योग मानकों द्वारा नोट किया गया है, एक सुरक्षित अर्थिंग प्रणाली का प्राथमिक लक्ष्य यह सुनिश्चित करना है कि अर्थिंग सुविधाओं के आसपास का कोई व्यक्ति गंभीर बिजली के झटके के खतरे के संपर्क में न आए।[1][3]. यह आलेख इन वोल्टेज की परिभाषाओं की पड़ताल करता है, वे मानव शरीर को कैसे प्रभावित करते हैं इसके पीछे का विज्ञान, अंतर्राष्ट्रीय मानक जो सुरक्षित सीमाएं निर्धारित करते हैं, और इन अदृश्य खतरों को कम करने के लिए उपयोग की जाने वाली इंजीनियरिंग विधियाँ.

खतरों को परिभाषित करना: चरण बनाम. वोल्टेज स्पर्श करें

जोखिम को समझने के लिए, किसी को सबसे पहले उन दो प्रकार के संभावित अंतरों के बीच अंतर को समझना चाहिए जिनका किसी व्यक्ति को किसी गलती के दौरान सामना करना पड़ सकता है.

चरण वोल्टेज सतह की क्षमता में अंतर है जिसे दूरी तय करने वाले व्यक्ति द्वारा अनुभव किया जा सकता है 1 मीटर (लगभग एक कदम) उनके पैरों के साथ, बिना किसी जमीनी संपर्क के [1][4] . एक ऐसे दोष की कल्पना करें जहां करंट जमीन में फैल जाता है. वोल्टेज उस बिंदु पर सबसे अधिक होता है जहां से विद्युत धारा पृथ्वी में प्रवेश करती है (उदाहरण के लिये, गिरा हुआ कंडक्टर या ट्रांसमिशन टावर) और उस बिंदु से दूरी बढ़ने के साथ घटती जाती है[3] . यदि कोई व्यक्ति क्षेत्र में घूमता है, एक पैर उच्च वोल्टेज के बिंदु पर हो सकता है (गलती के करीब) और दूसरा पैर कम वोल्टेज पर (आगे दूर). उन दो बिंदुओं के बीच वोल्टेज अंतर चरण वोल्टेज है. यदि यह वोल्टेज काफी अधिक है, यह एक व्यक्ति के पैरों और निचले शरीर में करंट प्रवाहित करेगा, संभावित रूप से मांसपेशियों पर नियंत्रण या वेंट्रिकुलर फ़िब्रिलेशन का नुकसान हो सकता है[2][5]..

वोल्टेज स्पर्श करें, वहीं दूसरी ओर, इसमें हाथ से पैर तक का रास्ता शामिल है. इसे के बीच संभावित अंतर के रूप में परिभाषित किया गया हैजमीनी क्षमता में वृद्धि (जीपीआर) एक जमी हुई संरचना का (जैसे सबस्टेशन की बाड़ या धातु का घेरा) और उस बिंदु पर सतह की क्षमता जहां एक व्यक्ति खड़ा है और साथ ही उस संरचना को छू रहा है[1][4]. . उदाहरण के लिये, किसी गलती के दौरान, एक सबस्टेशन की बाड़ सापेक्ष रूप से खतरनाक रूप से उच्च वोल्टेज तक बढ़ सकती है “सच्ची धरती.” अगर कुछ फीट की दूरी पर खड़ा कोई व्यक्ति उस बाड़ को छू लेता है, उनका शरीर सर्किट पूरा करता है. वोल्टेज उनके सीने में करंट प्रवाहित करने का प्रयास कर रहा है (हाथ से पैर तक) स्पर्श वोल्टेज है[2].

एक तिहाई, संबंधित अवधारणा हैस्थानांतरित वोल्टेज, स्पर्श वोल्टेज का एक विशेष मामला. यह तब होता है जब एक वोल्टेज को पाइप जैसे प्रवाहकीय पथों के माध्यम से किसी सबस्टेशन से या उसके बाहर किसी दूरस्थ बिंदु पर स्थानांतरित किया जाता है, रेल, या संचार [1][3] . एक व्यक्ति इसे छू रहा है “सक्रिय” स्थानीय जमीन पर खड़े होने पर दूरस्थ वस्तु दूरस्थ दोष की पूरी ताकत के संपर्क में आ सकती है.

एक झटके की भौतिकी: बॉडी करंट और फ़िब्रिलेशन

ये वोल्टेज खतरनाक क्यों हैं?? मानव शरीर मूलतः एक बड़ा अवरोधक है. जब इसके पार वोल्टेज अंतर दिखाई देता है, धारा बहती है. मौत का प्राथमिक कारण बिजली का झटका हैवेंट्रिकुलर फाइब्रिलेशन, एक ऐसी स्थिति जहां हृदय की लयबद्ध पंपिंग क्रिया बंद हो जाती है और वह अव्यवस्थित रूप से कांपने लगता है, जिससे यह रक्त पंप करने में असमर्थ हो जाता है[5][2].

बिजली के झटके की गंभीरता तीन मुख्य कारकों पर निर्भर करती है: धारा का परिमाण, एक्सपोज़र की अवधि, और वह पथ जो विद्युत धारा शरीर के माध्यम से लेती है (हाथ से पैर तक सबसे खतरनाक है क्योंकि यह हृदय को पार कर जाता है) .

आईईईई जैसे मानक (इलेक्ट्रिकल और इलेक्ट्रॉनिक्स इंजीनियर्स संस्थान) और आईईसी (अंतर्राष्ट्रीय विद्युत तकनीकी आयोग) इन कारकों के आधार पर सुरक्षित वोल्टेज सीमा निर्धारित करने के लिए गणितीय मॉडल स्थापित किए हैं. आईईईई एसटीडी 80 डेल्ज़ियल के अध्ययन से प्राप्त एक सूत्र का उपयोग करता है, जो शरीर के वजन और शरीर के निश्चित प्रतिरोध को मानता है1000 Ω  [1][5]. ए के लिए स्वीकार्य शरीर धारा 50 किग्रा (110 lb) व्यक्ति की गणना इस प्रकार की जाती है:

${\mathrm{मैं}}_{\mathrm{बी}}=\frac{0.116}{\sqrt{{\mathrm{टी}}_{\mathrm{एस}}}}\text{ एम्पीयर}$मैंबी​=टीएस​0.116​ एम्पीयर

जहां${\mathrm{टी}}_{\mathrm{एस}}$टी​ झटके की अवधि सेकंड में है. एक के लिए 70 किलो व्यक्ति, से निरंतर परिवर्तन होता है 0.116 से 0.157[5] .

इसका उपयोग कर रहे हैं, सहनीय स्पर्श और चरण वोल्टेज की गणना की जा सकती है. सूत्र शरीर के प्रतिरोध को शामिल करते हैं (1000 Ω) और पैरों का प्रतिरोध, जिसे एक कंडक्टिंग डिस्क के रूप में तैयार किया गया है. पैर का प्रतिरोध सतह सामग्री की प्रतिरोधकता पर निर्भर है (${\mathrm{आर}}_{\mathrm{एस}}$आरएस​) जिस पर व्यक्ति खड़ा होता है. मानक समीकरण हैं:

• चरण वोल्टेज: ${\mathrm{यह}}_{\mathrm{एस}\mathrm{टी}\mathrm{और}\mathrm{पी}}=(1000+6{\mathrm{सी}}_{\mathrm{एस}}{\mathrm{आर}}_{\mathrm{एस}})\frac{0.116}{\sqrt{{\mathrm{टी}}_{\mathrm{एस}}}}$यहएसटीऔरपी​=(1000+6सीएस​आरएस​)टीएस​0.116​
• वोल्टेज स्पर्श करें: ${\mathrm{यह}}_{\mathrm{टी}o\mathrm{यू}\mathrm{सी}\mathrm{घंटे}}=(1000+1.5{\mathrm{सी}}_{\mathrm{एस}}{\mathrm{आर}}_{\mathrm{एस}})\frac{0.116}{\sqrt{{\mathrm{टी}}_{\mathrm{एस}}}}$यहटीoयूसीघंटे​=(1000+1.5सीएस​आरएस​)टीएस​0.116​

का कारक “6” चरण समीकरण में श्रृंखला में दो पैरों का हिसाब है (एक ही सतह पर दो फुट संपर्कों का प्रतिरोध), जबकि का कारक “1.5” स्पर्श समीकरण में समानांतर में दो पैरों के लिए खाते हैं [1][3] .

आईईसी मानक (आईईसी 60479-1) अधिक जटिल दृष्टिकोण अपनाता है, शरीर की प्रतिबाधा को वोल्टेज और जनसंख्या प्रतिशत पर निर्भर एक चर के रूप में मानना, और एक परिचय “हृदय वर्तमान कारक” विभिन्न वर्तमान पथों के लिए. आम तौर पर, आईईसी मानक कम अवधि की गलती के लिए उच्च सुरक्षित सीमा की अनुमति देता है 400 मिसे, हृदय के कमजोर टी-वेव चरण के समय को स्वीकार करना[2][5] .

इंजीनियरिंग शमन और डिजाइन

क्योंकि किसी दोष को दूर करने के लिए पृथ्वी पर ही भरोसा नहीं किया जा सकता (एक ग्राउंड रॉड अकेले स्पर्श क्षमता को सुरक्षित स्तर तक कम नहीं कर सकती है[3])), इंजीनियरों को कर्मियों की सक्रिय सुरक्षा के लिए ग्राउंडिंग सिस्टम डिज़ाइन करना चाहिए. डिज़ाइन प्रक्रिया में मिट्टी की प्रतिरोधकता को मापना शामिल है, अधिकतम दोष धारा की गणना, और फिर एक ग्राउंडिंग ग्रिड डिजाइन करना जो सुनिश्चित करता है कि वास्तविक स्पर्श और चरण वोल्टेज गणना की गई सहनीय सीमा से नीचे रहें[1][3] .

इसे प्राप्त करने के लिए कई प्रमुख रणनीतियाँ अपनाई जाती हैं:

1. ग्राउंडिंग ग्रिड: प्राथमिक सुरक्षा एक अच्छी तरह से डिज़ाइन किया गया ग्राउंडिंग ग्रिड है. इसमें ग्रिड पैटर्न में दबे नंगे तांबे के कंडक्टरों का एक नेटवर्क होता है (अक्सर अंतरित किया जाता है 10 से 20 पैर अलग) और जमीन के ऊपर की सभी धातु संरचनाओं से सुरक्षित रूप से जुड़ा हुआ है. यह ग्रिड पूरे क्षेत्र को अधिक समान क्षमता पर रखने में मदद करता है और फॉल्ट करंट के लिए कम-प्रतिबाधा पथ प्रदान करता है[1][3][4].

2. उच्च-प्रतिरोधकता सतह परतें: यह सबसे अधिक दिखाई देने वाले और प्रभावी शमन उपायों में से एक है. सबस्टेशनों में, कुचली हुई चट्टान की एक परत (कंकड़) सतह पर फैला हुआ है. इस सामग्री में बहुत अधिक प्रतिरोधकता होती है (${\mathrm{आर}}_{\mathrm{एस}}$ρs​) नियमित मिट्टी की तुलना में. इस परत को व्यक्ति के पैरों और नीचे की धरती के बीच रखने से, यह शॉक सर्किट में महत्वपूर्ण श्रृंखला प्रतिरोध जोड़ता है, जिससे शरीर में प्रवाहित होने वाला करंट कम हो जाता है[1][4]. इस परत की प्रभावशीलता को सुरक्षा समीकरणों में स्केलिंग कारक द्वारा ध्यान में रखा जाता है${\mathrm{सी}}_{\mathrm{एस}}$सी​[1].

3. समविभव क्षेत्र: उन श्रमिकों के लिए जिन्हें ग्राउंडेड उपकरणों के सीधे संपर्क में रहना चाहिए, एक बनानासुसज्जित क्षेत्र आलोचनात्मक है. यह अक्सर अस्थायी का उपयोग करके हासिल किया जाता हैज़मीन की चटाई (एक धातु जाल) जो उपकरण से जुड़ा हुआ है. जब कोई श्रमिक चटाई पर खड़ा होकर उपकरण को छूता है, उनके दोनों पैर और हाथ एक ही क्षमता पर हैं, प्रभावी रूप से स्पर्श वोल्टेज को शून्य तक कम करना [4] . तत्काल कार्य क्षेत्र में सभी प्रवाहकीय वस्तुओं को जोड़ने से एक समान उद्देश्य पूरा होता है[3].

4. तेज़ सुरक्षा समाशोधन: सहनीय वोल्टेज सीमाएं झटके की अवधि के वर्गमूल के व्युत्क्रमानुपाती होती हैं ($\sqrt{{\mathrm{टी}}_{\mathrm{एस}}}$टीएस​). इसलिए, किसी दोष को दूर करने के लिए सुरक्षा रिले उतनी ही तेजी से काम कर सकता है, जितना अधिक वोल्टेज होगा व्यक्ति सैद्धांतिक रूप से जीवित रह सकता है. दोष निवारण समय को कम करके, इंजीनियर सुरक्षा के मार्जिन को उल्लेखनीय रूप से बढ़ा सकते हैं.

समापन

चरण और स्पर्श वोल्टेज विद्युत सुरक्षा में एक अनूठी चुनौती का प्रतिनिधित्व करते हैं: ख़तरा अदृश्य है और जिस ज़मीन पर हम चल रहे हैं उस पर मौजूद है. ख़तरा बिजली लाइन के वोल्टेज से ही नहीं है, लेकिन पृथ्वी द्वारा कंडक्टर के रूप में कार्य करने से उत्पन्न वोल्टेज प्रवणता. मानव शरीर पर बिजली के प्रभावों पर दशकों के शोध के माध्यम से, आईईईई कक्षा जैसे मानक 80 और आईईसी 60479 इंजीनियरों को इन जोखिमों को मापने और उन्हें कम करने के लिए डिज़ाइन सिस्टम प्रदान करने के लिए उपकरण प्रदान किए गए हैं[1][2]..

सबस्टेशन में हमारे पैरों के नीचे उच्च प्रतिरोधकता वाली बजरी से लेकर ग्राउंडिंग ग्रिड को डिजाइन करने के लिए उपयोग किए जाने वाले जटिल कंप्यूटर मॉडल तक, प्रत्येक तत्व यह सुनिश्चित करने के लिए मिलकर काम करता है कि जब कोई गलती हो, अदृश्य वोल्टेज प्रवणता बस वैसी ही बनी रहती है - अदृश्य और, सबसे महत्वपूर्ण बात, हानिरहित. जैसे-जैसे वितरित ऊर्जा संसाधन और स्मार्ट ग्रिड विकसित होते जा रहे हैं, इन ग्राउंडिंग सिस्टम की अखंडता को बनाए रखना सार्वजनिक और उपयोगिता श्रमिकों दोनों की सुरक्षा के लिए सर्वोपरि है [3][4].

सन्दर्भ

1. आईईईई मानक 80,एसी सबस्टेशन ग्राउंडिंग में सुरक्षा के लिए गाइड .
2. आईईसी 60479-1, *मानव और पशुधन पर करंट का प्रभाव – भाग 1: सामान्य पक्ष*.
3. आईईईई मानक 81,पृथ्वी की प्रतिरोधकता मापने के लिए गाइड, भूमि प्रतिबाधा, और ग्राउंडिंग सिस्टम की पृथ्वी की सतह की क्षमताएँ .
4. OSHA (व्यावसायिक सुरक्षा और स्वास्थ्य प्रसाशन) विद्युत सुरक्षा पर मार्गदर्शन.
5. डलज़ील, सी. एफ, & ली, में. आर. (19601970 के दशक). घातक विद्युत धाराएँ.उद्योग और सामान्य अनुप्रयोगों पर आईईईई लेनदेन .
6. आईईसी 62305,आकाशीय बिजली से सुरक्षा .

सामग्री को एआई सहायता से तैयार किया गया है और लेखक द्वारा इसके आधार पर मान्य किया गया है 30 विद्युत गुणवत्ता क्षेत्र में वर्षों का अनुभव.