ON THE USE OF A REAL­LIFE ACCIDENT CASE ON THE USE OF A REAL­LIFE ACCIDENT CASE TO EFFECTIVELY TEACH THE SUBJECT OF TO EFFECTIVELY TEACH THE SUBJECT OF ELECTRICAL SAFETY IN THE ENGINEERING ELECTRICAL SAFETY IN THE ENGINEERING 

CURRICULUMCURRICULUM

Navarun Gupta, Vaibhav Bhatnagar, Navarun Gupta, Vaibhav Bhatnagar, Mark Mattie, and Lawrence V. HmurcikMark Mattie, and Lawrence V. Hmurcik

Electrical Engineering DepartmentElectrical Engineering Department

University of BridgeportUniversity of BridgeportBridgeport, CT 06604Bridgeport, CT 06604

     

Industrial Voltages and Resistance Associated Industrial Voltages and Resistance Associated With Dry SkinWith Dry Skin

Industrial voltages Industrial voltages         110v, 220v, 440v, 110v, 220v, 440v, 

ResistanceResistance

        An approximate value of dry skin resistance An approximate value of dry skin resistance         R=60,000/VR=60,000/V          Example: If the voltage is 120 DC or 120 volts AC RMS,  Example: If the voltage is 120 DC or 120 volts AC RMS,  

      then the skin resistance      then the skin resistance    

                                    R=60,000/120=500ohmsR=60,000/120=500ohmsCore R=500 ohms (constant)Core R=500 ohms (constant)  

     

LOTO ( Locked Out­Tagged Out)LOTO ( Locked Out­Tagged Out)

All electric Circuits, circuit boxes, circuit All electric Circuits, circuit boxes, circuit machinery, etc. that are potentially dangerous machinery, etc. that are potentially dangerous 

must bemust be  Locked Out­Tagged OutLocked Out­Tagged Out

     

Figure 1Figure 1

VFD (Variable Frequency Drive) VFD (Variable Frequency Drive) 

Shows the open electric CabinetShows the open electric Cabinet

Left of fuses is the clock wire that Left of fuses is the clock wire that bypasses the safety interlock.bypasses the safety interlock.

Three line phase wires feed in from Three line phase wires feed in from the floorthe floor

Plastic acrylic block is opened to Plastic acrylic block is opened to expose 3 fuses limited to 125 amps expose 3 fuses limited to 125 amps per phase.per phase.

     

Figure 2Figure 2

Capacitor Bank lies on the floor next to open electric cabinet Capacitor Bank lies on the floor next to open electric cabinet and dead victim.and dead victim.

Hot lead of each capacitor is protected by a plastic cap( on top Hot lead of each capacitor is protected by a plastic cap( on top of the aluminum metal housing).of the aluminum metal housing).

     

Figure 3Figure 3

Automatic shutoff on ceiling is too far away to have prevented Automatic shutoff on ceiling is too far away to have prevented accident accident 

     

The VFD requires a clock to synchronize its output frequency (i.e. The VFD requires a clock to synchronize its output frequency (i.e. chopping frequency).chopping frequency).

The frequency of choice, 60Hz is readily available from the line The frequency of choice, 60Hz is readily available from the line voltage found in America.voltage found in America.

From the output power of the 3­phase circuit a single wire runs From the output power of the 3­phase circuit a single wire runs from one of the line voltages through a limiting resistor and to the from one of the line voltages through a limiting resistor and to the clock.clock.

Clock requires a trivial amount of current.Clock requires a trivial amount of current.

Each phase supplies 125 amps and since the draw from the clock Each phase supplies 125 amps and since the draw from the clock chip is limited to 20mA.chip is limited to 20mA.

Variable Frequency Drive

     

Possible Ways Victim Was ElectrocutedPossible Ways Victim Was Electrocuted

John could have reached under the plastic acrylic plate? Current John could have reached under the plastic acrylic plate? Current would be touching 440 volts of line voltage (587 mA).would be touching 440 volts of line voltage (587 mA).

John could have died from the capacitor bank. Stand alone John could have died from the capacitor bank. Stand alone capacitor can kill.capacitor can kill.

John could have died from a back emf. He opens the cabinet door John could have died from a back emf. He opens the cabinet door and start testing and back emf voltage generated by the stopped and start testing and back emf voltage generated by the stopped motor.motor.

John could have died from the electric wire supplying the clock. John could have died from the electric wire supplying the clock. This appears to be the least suspect.This appears to be the least suspect.

     

Conclusion 1Conclusion 1

John was purple in color when the Police found him. In medicine John was purple in color when the Police found him. In medicine this is described as cyanotic.this is described as cyanotic.

If John received a large electric current (like 568 mA) he would If John received a large electric current (like 568 mA) he would have been dead in seconds from ventricular fibrillation. His red have been dead in seconds from ventricular fibrillation. His red blood would have remained red. His heart kept beating, his lungs blood would have remained red. His heart kept beating, his lungs were “off”, and after several minutes John died of asphyxiation.were “off”, and after several minutes John died of asphyxiation.

Vfib not possible here.Vfib not possible here.

Respiratory arrest is not a good candidate in John’s death. No Respiratory arrest is not a good candidate in John’s death. No burn marks on his head.burn marks on his head.

     

Conclusion 2Conclusion 2

The Capacitor bank is a very good suspect in this case. The The Capacitor bank is a very good suspect in this case. The current produced is a time varying exponential. current produced is a time varying exponential. 

The peak current is 676 mA. This can easily induce ventricular The peak current is 676 mA. This can easily induce ventricular fibrillating. It takes 5 and 20 seconds to die from vfib.fibrillating. It takes 5 and 20 seconds to die from vfib.

No vfib possible with cyanosis.No vfib possible with cyanosis.

     

Conclusion 3Conclusion 3

The back emf from the motor is not a very good suspect here. The back emf from the motor is not a very good suspect here. 

There is sufficient power. However, one must consider the time There is sufficient power. However, one must consider the time constant. constant. 

In a capacitive system, power decays according to the time In a capacitive system, power decays according to the time constant RC.constant RC.

In an inductive system, power decays as L/R. In an inductive system, power decays as L/R. 

So the inductance and Resistance is large.So the inductance and Resistance is large.

If the power feedback to load in the VFD, this was 2 million ohms. If the power feedback to load in the VFD, this was 2 million ohms. 

John removed the capacitor bank before he died. This requires John removed the capacitor bank before he died. This requires several minutes. several minutes. 

     

Conclusion 4Conclusion 4

The clock wire killed John. The clock wire killed John. 

Basically, the clock was synchronized by the 60 Hz AC line Basically, the clock was synchronized by the 60 Hz AC line voltage. voltage. 

When John opened up the VFD to service it, John killed all of the When John opened up the VFD to service it, John killed all of the power to the VFD via an automatic interlock, built in as part of the power to the VFD via an automatic interlock, built in as part of the machine. However, John did not kill the power of the extra wire machine. However, John did not kill the power of the extra wire run by the company electrician.run by the company electrician.

To have put this extra wire into the VFD did not of itself violate the To have put this extra wire into the VFD did not of itself violate the known laws of electric safety, so long as the electrician was willing known laws of electric safety, so long as the electrician was willing to padlock the VFD and place on it a warning label detailing the to padlock the VFD and place on it a warning label detailing the new danger (LOTO). new danger (LOTO). 

     

ReferencesReferences[1] Electric Impedance Tomography, J. G. Webster, Hilger Press (1990). ISBN [1] Electric Impedance Tomography, J. G. Webster, Hilger Press (1990). ISBN 

0­­85247­304­1.0­­85247­304­1.[2] “Re­evaluation of Lethal Electric Currents”, Charles F. Dalziel, IEEE [2] “Re­evaluation of Lethal Electric Currents”, Charles F. Dalziel, IEEE 

Transactions on Industrial and Industrial Applications, VOL IGA­4, 467 Transactions on Industrial and Industrial Applications, VOL IGA­4, 467 (1968). (1968). 

[3] Handbook of Electrical Hazards and Accidents, Leslie A. Geddes, CRC [3] Handbook of Electrical Hazards and Accidents, Leslie A. Geddes, CRC Press (1995). ISBN 0­8493­9431­7.Press (1995). ISBN 0­8493­9431­7.

[4] National Electrical Code (NEC 2005), National Fire Protection Association, [4] National Electrical Code (NEC 2005), National Fire Protection Association, One Batterymarch Park, Quincy MA 02169, ISBN 0­87765­623­1.One Batterymarch Park, Quincy MA 02169, ISBN 0­87765­623­1.

[5] Medical and Bioengineering Aspects of Electrical Injuries, Raymond M. Fish [5] Medical and Bioengineering Aspects of Electrical Injuries, Raymond M. Fish and Leslie A. Geddes, Lawyers and Judges Publishing Company (2003), and Leslie A. Geddes, Lawyers and Judges Publishing Company (2003), ISBN 1­930056­08­7.ISBN 1­930056­08­7.

[6] “Behind the scenes with VFD’s”, Electric Construction and Maintenance [6] “Behind the scenes with VFD’s”, Electric Construction and Maintenance magazine (EC&M) September 2006, pages 18­21. See also “Instruction magazine (EC&M) September 2006, pages 18­21. See also “Instruction Manual for the Danfoss VLT 5000 Series, Adjustable Frequency Drive”, Manual for the Danfoss VLT 5000 Series, Adjustable Frequency Drive”, Danfoss Electronics Drives, 2995 East Rockford, IL 61109. Danfoss Electronics Drives, 2995 East Rockford, IL 61109. 

[7] Electromagnetic Fields, Roald K. Wangsness, Wiley (1986). ISBN [7] Electromagnetic Fields, Roald K. Wangsness, Wiley (1986). ISBN 0471811866. 0471811866. 

[8] Bioengineering, Biomedical, Medical, and Clinical Engineering, A. Terry [8] Bioengineering, Biomedical, Medical, and Clinical Engineering, A. Terry Bahill, Prentice­Hall (1981), ISBN 0­13­076380­2.Bahill, Prentice­Hall (1981), ISBN 0­13­076380­2.

     

END OF PRESENTATIONEND OF PRESENTATION

QUESTIONS AND ANSWERSQUESTIONS AND ANSWERS

THANK YOUTHANK YOU