路径: 主页 > GB/T > 第294页 > GB/T 13870.2-2016 | 标准编号 | GB/T 13870.2-2016 (GB/T13870.2-2016) | | 中文名称 | 电流对人和家畜的效应 第2部分:特殊情况 | | 英文名称 | Effects of current on human beings and livestock -- Part 2: Special aspects | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | K09 | | 国际标准分类 | 13.260 | | 字数估计 | 34,385 | | 发布日期 | 4/25/2016 | | 实施日期 | 2016-11-01 | | 旧标准 (被替代) | GB/T 13870.2-1997 | | 引用标准 | GB/T 13870.1-2008; GB/T 13870.3; GB/T 12113 | | 采用标准 | IEC/TS 60479-2-2007, IDT | | 标准依据 | 国家标准公告2016年第7号 | | 发布机构 | 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会 | | 范围 | GB/T 13870的本部分阐述了频率在100 Hz以上的正弦交流电流通过人体的效应。本部分还给出了具有直流分量、具有相位控制和具有多周波控制的交流电流通过人体的效应, 但这些结论仅适用于频率在15 Hz～100 Hz之间的交流电流。本部分进一步阐述了单个单向波形的矩形脉冲、正弦脉冲和电容器放电引起的脉冲形式的电流通过人体的效应。所给出的数据适用于持续时间在0.1 ms～10 ms(包含10ms)之间的脉冲电流。对于持续时间在10ms以上的脉冲电流, 应参照GB/T 13870.1-2008图20中的数据。本 | GB/T 13870.2-2016: 电流对人和家畜的效应 第2部分:特殊情况
ICS 13.260
K09
中华人民共和国国家标准
代替GB/T 13870.2-1997
电流对人和家畜的效应
第2部分:特殊情况
(IEC/T S60479-2:2007,IDT)
2016-04-25发布
2016-11-01实施
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会发布
目次
前言 Ⅲ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 频率100Hz以上的交流电流的效应 3
5 特殊波形电流的效应 7
6 具有相位控制的交流电流的效应 12
7 具有多周波控制的交流电流的效应 14
8 混合频率下等效电流阈值的估算 16
9 重复脉冲电流对心室纤维性颤动阈的影响 16
10 电流通过浸入水中人体的效应 19
11 短时单向单脉冲电流的效应 22
参考文献 28
图1 50Hz/60Hz~1000Hz频率范围内感知阈的变化 4
图2 50Hz/60Hz~1000Hz频率范围内摆脱阈的变化 4
图3 50Hz/60Hz~1000Hz频率范围内心室纤维性颤动阈的变化,电击持续时间大于一个
心搏周期且电流由纵向通路通过人体躯干 5
图4 1000Hz~10000Hz频率范围内感知阈的变化 5
图5 1000Hz~10000Hz频率范围内摆脱阈的变化 6
图6 纯直流、纯交流以及各种交直流比率的合成波形 8
图7 男人、女人和儿童的摆脱阈 9
图8 50Hz/60Hz交直流合成波形的99.5百分位的摆脱阈 9
图9 具有相同心室纤维性颤动可能性的交直流合成电流 11
图10 交流整流电流的波形 12
图11 具有相位控制的交流电流波形 13
图12 具有多周波控制的交流电流的波形 14
图13 各种功率控制度的多周波控制交流电流的心室纤维性颤动阈(平均值) 15
图14 由四个单向矩形脉冲组成的连续脉冲(100mA0.01s/0.5s) 17
图15 由四个单向矩形脉冲组成的连续脉冲(100mA1s/0.5s) 18
图16 由四个单向矩形脉冲组成的连续脉冲(100mA1s/1s) 18
图17 矩形脉冲、正弦脉冲和电容器放电的电流波形 23
图18 具有相同比致颤能量和相同电击持续时间的矩形脉冲、正弦脉冲和电容器放电的电流
波形 24
图19 电容器放电的感知阈和痛觉阈(双手干燥,大接触面积) 25
图20 脉冲电流的心室纤维性颤动阈 26
表1 连续脉冲中每个脉冲的心室纤维性颤动阈值的估算示例 17
表2 典型水溶液的电阻率 19
表3 典型人体组织的电阻率 20
表4 不同的水溶液电阻率和电源阻抗特性条件下通过人体的电流状况 21
前言
GB/T 13870《电流对人和家畜的效应》分为以下5个部分:
---第1部分:通用部分;
---第2部分:特殊情况;
---第3部分:电流通过家畜躯体的效应;
---第4部分:雷电流通过人体和家畜躯体的效应;
---第5部分:生理效应的接触电压阈值。
本部分是GB/T 13870的第2部分。
本部分按照GB/T 1.1-2009和GB/T 20000.2-2009给出的规则起草。
本部分代替 GB/T 13870.2-1997《电流对人和家畜的效应 第2部分:特殊情况》,本部分与
GB/T 13870.2-1997相比,主要技术变化如下:
---进一步完善如下技术内容:通过人体的频率范围在15Hz~100Hz之间的具有直流分量的交
流电流、具有相位控制的交流电流以及具有多周波控制的交流电流的效应(见第5章、第6章、
第7章);
---增加了混合频率下等效电流阈值的估算(见第8章);
---增加了重复脉冲电流对心室纤维性颤动阈值的影响(见第9章);
---增加了电流通过浸入水中人体的效应(见第10章)。
本部分使用翻译法等同采用IEC/T S60479-2:2007(第3版)《电流对人和家畜的效应 第2部分:
特殊情况》。本部分与IEC/T S60479-2:2007(第3版)相比,章条编号完全一致,技术内容完全相同,但
做了以下编辑性修改:
---用小数点符号“.”代替小数点符号“,”;
---删去了IEC 标准的“前言”。
本部分由全国建筑物电气装置标准化技术委员会(SAC/TC205)提出并归口。
本部分起草单位:中国航空规划建设发展有限公司(原中国航空工业规划设计研究院)、中机中电设
计研究院有限公司。
本部分主要起草人:牛D、逯霞、张琪、王颖、刘叶语、丁杰、王厚余。
本部分所代替标准的历次版本修订情况为:
---GB/T 13870.2-1997
电流对人和家畜的效应
第2部分:特殊情况
1 范围
GB/T 13870的本部分阐述了频率在100Hz以上的正弦交流电流通过人体的效应。
本部分还给出了具有直流分量、具有相位控制和具有多周波控制的交流电流通过人体的效应,但这
些结论仅适用于频率在15Hz~100Hz之间的交流电流。
注1:其他波形电流的效应正在研究中。
本部分进一步阐述了单个单向波形的矩形脉冲、正弦脉冲和电容器放电引起的脉冲形式的电流通
过人体的效应。
注2:连续脉冲电流的效应正在研究中。
所给出的数据适用于持续时间在0.1ms~10ms(包含10ms)之间的脉冲电流。对于持续时间在
10ms以上的脉冲电流,应参照GB/T 13870.1-2008图20中的数据。
本部分仅考虑了躯体接触电气装置而产生的传导电流,这一点与 GB/T 13870.1-2008和
GB/T 13870.3相同。并未涉及暴露在外部电磁场下而产生的躯体感应电流。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 13870.1-2008 电流对人和家畜的效应 第1部分:通用部分
GB/T 13870.3 电流对人和家畜的效应 第3部分:电流通过家畜躯体的效应
GB/T 12113 接触电流和保护导体电流测量方法
3 术语和定义
GB/T 13870.1-2008中界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
注:部分术语的定义摘自GB/T 2900《电工术语》(国际电工辞典IEV,这些引用已在参考文献[27][28]中列出)。
3.1
频率系数 frequencyfactor
Ff
频率为f时产生相应生理效应的阈电流值与50Hz/60Hz时的阈电流值之比。
注:对于感知、摆脱和心室纤维性颤动,其频率系数是各不相同的。
3.2
相位控制 phasecontrol
改变电子阀器件或阀臂在周期内导电开始时刻的过程。
[GB/T 2900.33-2004,551-16-23]
3.3
电流导通的起始瞬间由于相位控制而延迟的时间间隔,以电角度表示。
[GB/T 2900.33-2004,551-16-32]
3.4
多周波控制 multicyclecontrol
改变导电周波数与不导电周波数之比的过程。
[GB/T 2900.33-2004,551-16-31]
3.5
多周波控制的情况下,导通周波数对导通与不导通周波数之和的比。
[GB/T 2900.33-2004,551-16-37](同时参见图12)
3.6
Fe(W·s/Ω或A2·s)
在给定条件(电流通路、心脏时相)下,引起一定概率的心室纤维性颤动的短时单向脉冲电流的最小
I2t值。
注:Fe系根据脉冲的波形积分求出:
ti
i2dt
其中,ti 的定义见图17和图18。
Fe与人体电阻的乘积即为在脉冲期间耗散在人体内的能量。
3.7
Fq(C或A·s)
在给定条件(电流通路、心脏时相)下,引起一定概率的心室纤维性颤动的短时单向脉冲电流的最小
It值。
注:Fq系根据脉冲的波形积分求出:
ti
idt
其中ti 的定义见图17和图18。
3.8
时间常数 timeconstant
场量分量的振幅随时间呈指数衰减至1/e=0.3679所需要的时间。
[GB/T 2900.86-2009,801-21-45]
3.9
ti
由放电开始到放电电流降到其峰值的5%时所需要的时间(见图17和图18)。
注:当电容器的时间常数为T 时,电容器放电的电击持续时间等于3T。在电容器放电的电击持续时间内,脉冲的
所有能量几乎都被消耗掉。
3.10
包含有95%全部脉冲能量的那部分脉冲的最短持续时间。
3.11
在给定条件下,通过人体可引起任何感觉的电荷量的最小值。
注:用于第11章。
3.12
痛觉阈 thresholdofpain
以脉冲形式施加于手握大电极的人可引起痛觉的电荷量(It)或比能量(I2t)的最小值。
注:用于第11章。
3.13
痛觉 pain
使人不愿再次接受的一种不适的感受。
注:例如超出11.3所述痛觉阈的电击、蜜蜂蛰或香烟烫的感受。
4 频率100Hz以上的交流电流的效应
注:50Hz/60Hz交流电流的效应见GB/T 13870.1。
4.1 概述
在现代电气设备中,越来越多地使用频率高于50Hz/60Hz的交流电,例如飞机(400Hz)、电动工
具及电焊(多数用到450Hz)、电疗设备(多数使用4000Hz~5000Hz)以及开关电源(20kHz~
1MHz)。
由于可用于本章的实验数据不多,因此,本章所提供的资料只应看作是暂定的,但可以用来评估所
涉及的各频率范围内电流的风险程度(见参考文献)。同时还要注意到以下事实,对于约为几十伏的接
触电压,人体皮肤阻抗大致与频率成反比降低,因此,500Hz时的皮肤阻抗大约仅为50Hz时的十分之
一,在很多情况下是可以忽略不计的。因此在这些频率时,人体阻抗降为其内阻抗 Zi(参见
GB/T 13870.1-2008)。
注:峰值测量方法的应用。当非正弦和混合频率周期电流足以引起感知、惊跳和无力摆脱等生理效应时,该电流产
生的生理效应能够很好地由测量回路输出信号的峰值所指示,该测量电路包含一个类似于GB/T 12113中所述
及的频率加权网络。
这些频率加权网络依据本章中所述的频率系数减弱某些信号,使得输出信号对应于恒定水平的生理效应。
这些调节针对于引起较小生理效应的窄脉冲,因为窄脉冲的峰值持续时间很短。可通过该网络的输出端读取
一个与波形或混合频率无关的固定数值,以方便对泄漏电流的确定和危险程度的评估。
通过这种测量方法产生相同峰值的非正弦和正弦电流会引起类似的生理效应。
有代表性的网络参见GB/T 12113和参考文献[16]。
4.2 频率范围在100Hz以上直至(并包括)1000Hz的交流电流的效应
4.2.1 感知阈
图1给出感知阈的频率系数。
图1 50Hz/60Hz~1000Hz频率范围内感知阈的变化
4.2.2 摆脱阈
图2给出摆脱阈的频率系数。
图2 50Hz/60Hz~1000Hz频率范围内摆脱阈的变化
4.2.3 心室纤维性颤动阈
图3给出了当电击持续时间大于一个心搏周期且电流由纵向电流通路通过人体躯干时,心室纤维
性颤动阈的频率系数。
电击持续时间小于一个心搏周期时,尚无实验数据可用。
图3 50Hz/60Hz~1000Hz频率范围内心室纤维性颤动阈的变化,
电击持续时间大于一个心搏周期且电流由纵向通路通过人体躯干
4.3 频率范围在1000Hz以上直至(并包括)10000Hz的交流电流的效应
4.3.1 感知阈
图4给出感知阈的频率系数。
图4 1000Hz~10000Hz频率范围内感知阈的变化
4.3.2 摆脱阈
图5给出摆脱阈的频率系数。
图5 1000Hz~10000Hz频率范围内摆脱阈的变化
4.3.3 心室纤维性颤动阈
正在研究中。
4.4 频率范围在10000Hz以上的交流电流的效应
4.4.1 感知阈
频率在10kHz~100kHz之间时,感知阈大约由10mA上升到100mA(方均根值)。
频率在100kHz以上、电流强度约为数百毫安时,感知由较低频率时特有的刺痛感转变为一种温
热感。
4.4.2 摆脱阈
频率在100kHz以上时,关于摆脱阈,既无实验数据也无事故报道。
4.4.3 心室纤维性颤动阈
频率在100kHz以上时,关于心室纤维性颤动阈,既无实验数据也无事故报道。
4.4.4 其他效应
频率在100kHz以上且电流值为安培数量级时,可能会发生烧伤,依电流的持续时间而定。
5 特殊波形电流的效应
5.1 概述
正如预期的那样,特殊波形电流对人体的效应介于直流电流效应和交流电流效应之间;由此就能够
确定其引起心室纤维性颤动的等效电流值。
第5章~第7章分别给出了下列电流通过人体的效应
---具有直流分量的正弦交流电流
---具有相位控制的正弦交流电流
---具有多周波控制的正弦交流电流
注:其他的波形正在研究中。
第5章~第7章中给出的资料仅适用于频率为15Hz~100Hz的交流电流。
5.2 等效的量值、频率和阈值
在第5章~第7章中,与特殊波形电流具有类似效应的等效纯正弦交流电流Iev具有下列特性:
---量值等效性
下列各电流值应加以区分:
Irms---所涉及的特殊波形电流的方均根值;
Ip ---所涉及的特殊波形电流的峰值;
Ipp ---所涉及的特殊波形电流的峰-峰值;
Iev ---与所涉及的特殊波形具有相同效应的等效正弦电流的方均根值。
注:用电流Iev来代替GB/T 13870.1的图20和图22中的电流IB,以评估心室纤维性颤动的危险。
大多数生理效应与由频率系数F 决定的自然人体滤波器滤过的峰值电流(在量级和持续时间上)
有关。除电流的方均根值和峰值有确定关系的情况(例如纯正弦电流)外,此峰值电流适用于所有情况。
---频率等效性
所研究的波形与等效正弦波形的周期相同。
---阈值等效性
含有特定交直流比率的电流波形的不同电流阈值(感知阈、摆脱阈和心室纤维性颤动阈)分别
等同于具有Iev特征值的纯正弦交流电流的相应阈值。但是对于不同的反应阈,他们的Iev值
互不相同。
5.3 具有直流分量的交流电流的效应
5.3.1 波形、频率和电流阈值
图6给出了本章涉及的典型波形。图中包括纯直流和纯交流,以及各种交直流比率的合成波形。
a 适用于电击持续时间大于1.5倍心搏周期的情况。
b 适用于电击持续时间小于0.75倍心搏周期的情况。
a 适用于电击持续时间大于1.5倍心搏周期的情况。
b 适用于电击持续时间小于0.75倍心搏周期的情况。
图6 纯直流、纯交流以及各种交直流比率的合成波形
5.3.2 惊跳反应阈
惊跳反应阈取决于多个参数,如人体与电极接触的面积(接触面积)、接触条件(干燥、潮湿、压力、温
度)以及个人的生理特点等。
这些效应与电流的峰值有关[13]并且需要将不同频率的电流逐个叠加以评估总效应。具体的测量
电路在GB/T 12113中已有描述。
5.3.3 摆脱阈
摆脱阈取决于多个参数,如接触面积、电极的形状和大小以及个人的生理特点等。
根据摆脱的定义(手与带电回路持续接触几秒钟),本部分依据参考文献[17]中的图5来确定交直
流合成波形的摆脱阈值。该例中,交流电流的频率为60Hz,交流峰值7.07mA(相应正弦电流的方均
值为5mA)和直流30mA分别作为纯交流和纯直流的接触电流阈值。这些阈值适用于所有人群(包括
儿童)。
Iacpk=7.176×e(-0.1434×DC)-0.1061,此等式可用来描述上述案例,也可用于计算特定范围内任何
交直流合成电流的摆脱阈值。
图7给出了参考文献[17]中的数据。
其中的曲线可用下列等式描述:
Iacpk=12.8905×e(-0.06939×DC)-0.1905, 99.5百分位男人的摆脱阈曲线
Iacpk=8.523×e(-0.1049×DC)-0.1260, 99.5百分位女人的摆脱阈曲线
Iacpk=6.3945×e(-0.1388×DC)-0.0945, 99.5百分位儿童的摆脱阈曲线
出于实际应用的考虑,一些标准允许直流电源存在一定的纹波系数(至多10%)。
图7 男人、女人和儿童的摆脱阈
图8给出了50Hz/60Hz交直流合成波形以峰值(mA)形式表示的摆脱阈曲线。交直流合成波形
的峰值以直流分量函数的形式给出,可用于包括儿童在内的全范围人群摆脱阈的估算。
图8可用下面的等式描述:
Iacpk+Idc=7.176×e(-0.1434×DC)-0.1061+DC
图8 50Hz/60Hz交直流合成波形的99.5百分位的摆脱阈
这些效应与电流的峰值有关[6]并且需要将不同频率的电流逐个叠加以评估总效应。具体的测量
电路在GB/T 12113中已有描述。
5.3.4 心室纤维性颤动阈
5.3.4.1 含有特定的交流与直流比例的波形
这种波形电流的心室纤维性颤动危险可看作与具有下列特性的等效纯正弦交流电流Iev所引起的
危险大致相同:
a) 电击持续时间大于约1.5倍心搏周期时,Iev等于与所涉及波形有相同峰-峰值Ipp的正弦电流
的方均根值。
Iev=
Ipp
b) 电击持续时间小于约0.75倍心搏周期时,Iev等于与所涉及波形有相同峰值Ip 的正弦电流的
方均根值。
Iev=
Ip
注1:交流与直流的比例越小,这一对比关系越不适用。对于持续时间小于0.1s的纯直流电击,其阈值等于相应交
流电流的方均根值(见GB/T 13870.1-2008的图20和图22)。
c) 电击持续时间在0.75~1.5倍心搏周期之间时,电流幅值从峰值向峰-峰值变化。
注2:发生这种转变的特性细节有待进一步的研究。
根据参考文献[5]中的调查结果,对于持续几秒或更长时间的50Hz/60Hz正弦交直流合成电流
造成心室纤维性颤动的可能性与相同持续时间的、有相同峰-峰值的50Hz/60Hz纯正弦交流电流产生
心室纤维性颤动的可能性相同,前提是在每个周期内直流电流没有大到足以抵消瞬时反向电流(即阻止
电流过零)。例如,一个方均根值为40mA的50Hz/60Hz的正弦交流电流与一个不大于402mA的
直流电流的合成电流,其产生的心室纤维性颤动的可能性与单独一个方均根值为40mA的50Hz/
60Hz的纯正弦交流产生心室纤维性颤动的可能性相同。
在触电持续几秒或更长时间、且直流分量足够大以至于在每个周期内不存在瞬时反向电流的情况
下,当合成电流的峰值与50Hz/60Hz纯正弦交流电流的峰-峰值相同时,此合成电流与该纯正弦电流
具有相同的心室纤维性颤动的可能性。例如:具有802mA(2xIp)峰值电流的50Hz/60Hz正弦交直
流合成电流(在每个周期内无瞬时反向电流)产生心室纤维性颤动的可能性与方均根值为40mA的
50Hz/60Hz纯正弦电流大致相同。
图9给出了具有相同心室纤维性颤动可能性的正弦交流(包括20Hz、50Hz和60Hz)与直流合成
电流的特性曲线。
说明:
Ip---纯交流电流的峰值。
注:合成电流的峰-峰值Ipp在直流分量达到Ip 之前保持恒定,当直流分量大于Ip 时合成电流的峰值保持为两倍的
纯交流电流峰值不变。
图9 具有相同心室纤维性颤动可能性的交直流合成电流
5.3.4.2 交流整流电流的实例
图10表示半波和全波整流的波形。这些波形的电流峰值等于其峰-峰值。
等效交流电流Iev由下列公式确定:
a) 电击持续时间大于1.5倍心搏周期时:
Iev=
Ipp
Ip
因此,对于半波整流,Iev与整流电流的方均根值Irms的关系为:
Iev=
Irms
对于全波整流:
Iev=
Irms
a 适用于电击持续时间大于1.5倍心搏周期的情况。
b 适用于电击持续时间小于0.75倍心搏周期的情况。
a) 半波整流
a 适用于电击持续时间大于1.5倍心搏周期的情况。
b 适用于电击持续时间小于0.75倍心搏周期的情况。
b) 全波整流
图10 交流整流电流的波形
b) 电击持续时间小于0.75倍心搏周期时:
Iev=
Ipp
Ip
因此,对于半波整流,Iev与整流电流的方均根值Irms的关系为:
Iev= 2Irms
对于全波整流:
Iev=Irms
在摆脱和心室纤维性颤动两种情况中,通过人体的电流将流过四肢和躯干几秒钟。例如,电话线路
中有规律的铃声信号在该信号中断(铃声之间的暂停)前能持续大约2s的时间。如果一个人接触了因
铃声信号脉冲而带电的部分时,该信号引起的电流可能会流过人体几秒钟。在本例中,当信号持续存在
时人可能无法摆脱。如果这种情况发生,此信号应该被限制到无法产生心室纤维性颤动的程度。以上
分析都是基于如下假定:当铃声信号中断时,人能够放开导电部分从而脱离带电回路。
6 具有相位控制的交流电流的效应
6.1 波形、频率和电流阈值
图11表示对称和不对称控制的波形:
a 适用于电击持续时间大于1.5倍心搏周期的情况。
b 适用于电击持续时间小于0.75倍心搏周期的情况。
a) 对称控制
a 适用......
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