GB T 13870.3-2003 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.pdf

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1、前言电流对人和家畜的效应在总标题下共分以下3个部分z第1部分2一般情况第2部分g特殊情况第3部分电流通过家畜躯体的效应GB/T 13870. 3-2003/IEC 60479-3: 1998 本部分为GB/T13870的第3部分，等同采用IEC60479-3 :1998(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归类技术报告。为便于使用，本部分做了下列编辑性修改.a) 本技术报告一词改为本部分b) 用小数点代替作为小数点的逗号，。本部分由中国电器工业协会提出。本部分由全国建筑物电气装置标准化技术委员会归口。本部分负责起草单位s中机中电设计研究院。本部分主要起草人g秦蓉庭、贺湘琪。皿G

2、B/T 13870. 3-2003/IEC 60479-3: 1998 哥|言本部分提供关于电流对家畜的效应的基础性指导，以便在制定电气安全要求时使用。然而，还有其他方面要加以考虑，诸如故障的概率、与带电部分或故障部分接触的概率、接触电压、故障电压、已有的经验、技术上的可行性与经济性。在制定安全要求(例如用于电气装置的保护电器的动作特性时，必须仔细地考虑这些参数。为了对家畜进行间接接触防护，心室纤维性颤动阔是确定安全要求的判断标准。为此，在GB/T 13870.3这一部分介绍了有关家畜的躯体阻抗和心室纤维性颤动电流量值的资料。由于目前有关动物躯体阻抗的资料很少，所以将牛的最低阻抗值，即前腿至后

3、腿的阻抗值(见表2)，作为计算的基础。本部分将以下几种动物作为被认为是可能受到农村电气装置电击的家畜g牛、羊、猪、马。H GB/T 13870. 3-2003/IEC 60479-3: 1998 IEC前言1) IEC(国际电工委员会)是一个世界范围的标准化组织，它是由所有国家电工委员会(lEC国家委员会)组成。IEC的目的是促进电气和电子领域标准化问题的国际合作。为此目的，除其他活动外，IEC出版了国际标准。标准的编制工作是委托给技术委员会，任何对标准所涉及的问题感兴趣的IEC国家委员会都参加这项工作。国际的、政府的和与IEC有联系的非政府的组织也参与了这项工作。IEC与国际标准化组织(lS

4、O)按两组织间协议所确定的条件密切合作。2) IEC有关技术问题的正式决议或协议，由那些特别关心这些问题的国际委员会参加的技术委员会制定，并对所涉及的主题尽可能表达国际上一致的看法。3)以标准、技术报告或导则的形式出版的这些决议或协议以推荐的方式供国际上使用，并在这个意义上为各个国家委员会所认可。4)为了促进国际上的一致，IEC各国家委员会应承担起在本国或本地区标准中尽可能在最大程度上应用IEC国际标准.IEC标准与相应的国家或地区标准间的任何差异应在其国家或地区标准中明确指出。5) IEC不提供表明经其批准的识别程序，对宣称符合其标准的任何设备也不承担责任。的应注意本国际标准的某些部分可能是

5、专利权内容。IEC不承担识别部分或全部这种专利权的责任。IEC技术委员会的主要任务是制定国际标准。在特定情况下，技术委员会可建议发布下列一种类别的技术报告: 1类经一再努力，仍不能获得必需的支持来发布国际标准时提出的报告; 2类课题仍处在技术发展中，或由于其他原因，只能在将来而非现在才能对某一国际标准取得共识时提出的报告。 3类技术委员会从通常作为国际标准出版物中收集到不同类型的资料而形成的报告，例如当前技术发展水平。l类和2类技术报告，在发布后三年内需进行复审，以确定它是否可转为国际标准，3类技术报告在它所提供的资料被认为无效或元用前不必进行复审。IEC 60479-3为2类技术报告，由IE

6、C第64技术委员会z建筑物电气装置制定。本技术报告系依据以下文件2技术委员会文稿64/937/CDV 表决报告64/994/RVC 通过本技术报告的全部表决情况可从上表所列的表决报告中获得。IEC 60479(电流对人和家畜的效应总标题下，包含以下几部分=第1部分:1994，常用部分;第2部分:1987，特殊情况第4章频率100Hz以上交流电流的效应;第5章特殊波形电流的效应，第6章短时单向单脉冲电流的效应。第3部分2电流通过家畜躯体的效应。本文件是以第2类技术报告系列出版物的形式发布的，(根据IEC/ISO导则第1部分的G.3. 2. 2 条)，以之作为建筑物电气装置中该领域(电流对人和家畜

7、的效应领域的一个暂时应用的前期标准，因为现时迫切需要对这方面的众多标准中的协调一致进行指导。V GB/T 13870. 3-2003/IEC 60479-3: 1998 本技术报告并不是要作为国际标准使用，建议暂做资料使用，以便在应用中积累信息和经验。对于本文件内容的意见请寄给中央办公室。此2类技术报告发布后三年内将予复审，以确定它是否可作为技术报告再延长三年或转为国际标准或予取消。根据IEC导则104，本报告为基础安全出版物。H GB/T 13870. 3-2003/IEC 60479-3,1998 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1 概述1. 1 范围本部分给出了与接触

8、电压、畜皮或皮肤的湿度及电流路径有关的家畜躯体阻抗值。目前这些阻抗值，只适用于牛。这里叙述的是频率在15Hz至100Hz范围内的交流正弦电流通过家畜躯体的效应。注，除非特别说明，本部分内的电流值是指方均根(r.m.s.)值。1. 2 总论就通过躯体某一给定通路的电流而言，其危险主要取决于电流值和电流持续时间。但是，在很多情况下，在第5章中所叙述的时间/电流关系.并不直接用于电击防护设计。必需的衡量尺度是以时间为函数的接触电压即通过躯体的电流与躯体阻抗的乘积)的允许限值。由于家畜躯体的阻抗随接触电压的变化而变化，所以电流与电压的关系不是线性的，因此需要给出表述其关系的数据。家畜躯体的不同部分(诸

9、如畜皮、皮肤、血液、肌肉、其他组织和关节)对电流呈现由阻性分量及容性分量组成的定阻抗。特别是干畜皮在电压高达几百伏的范围内经常呈现出高电阻。这些阻抗的数值取决于若干因素，特别是动物的种类、电流通路、接触电压、电流持续时间、频率、畜皮和/或皮肤的湿度、接触面积、施加压力和温度。本部分所示的阻抗值，主要是对活的动物测量的有效实验仔细研究的结果。第5章主要是以电气装置常用的50日z或60H z频率的电流效应的有关研究结果为依据，这些研究结果被认为适用于15Hz至100Hz频率范围。此范围两端频率的阕值比50Hz和60Hz的阔值高。第5章主要考虑心室纤维性颤动的危险，在这个频率范围内这是致命事故的主要

10、原因。1. 3 规范性引用文件下列文件中的条款通过GB/T13870的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。IEC 60479-1，1994，电流对人和家畜的效应第1部分:常用部分IEC导则60104，1997，安全出版物的编制和基础安全出版物和群组安全出版物的使用ISO/IEC导则51，1990，标准中包含安全情况的指导方针1. 4 术语和定义IEC 60479-1给出的术语和定义，也适用于本标准。

11、1. 4.1 躯体内阻抗iotemal impedance of the body (Z,) 与躯体两个部分接触的两个电极之间的阻抗，如果有畜皮和皮肤阻抗以及各蹄的阻抗则略去。GB/T 13870. 3-2003/IEC 60479-3: 1998 1. 4. 2 畜皮和皮肤阻抗impedance of the hide and skin (Z,) 在畜皮和/或皮肤上的电极和皮肤下导电组织之间的阻抗。1. 4. 3 蹄阻抗impedance of the hoof (Zh) 蹄下面的电极和蹄上面导电组织之间的阻抗。1. 4. 4 躯体总阻抗total impedance of the body

12、 (ZT) 躯体内阻抗及畜皮、皮肤和蹄阻抗(如果有)的向量和(见图1)。1. 4. 5 躯体初始电阻initial resistance of the hody (R,) 在接触电压出现瞬间，限制电流峰值的电阻，如果有畜皮的电阻则略去，如果有蹄电阻则包括。1. 4. 6 反应阉thr国holdof reaction 引起肌肉不自觉收缩的最小电流值。1. 4. 7 活动停止阉th.喧sholdof immobilization 在电流通过家畜躯体期间，使动物的肌肉反应导致它不能移动的最小电流值。1. 4. 8 心宣纤维性颤动阑threshold or ventricular fibrillati

13、on 电流通过家畜躯体引起心室纤维性颤动的最小电流值。2 家畜躯体的阻抗特性躯体阻抗图示于图10图中还给出实践中主要关切的部分，即自鼻至四腿和自前腿至后腿的电流通路(图2)。图1从鼻至腿经过母牛躯体相应部分的电流流向和电流通路阻抗2.1 躯体内阻抗(Z，)家畜躯体的内阻抗，可以认为大部分是阻性的。其数值主要决定于电流通路，其次是接触面积。当GB/T 13870. 3-2003/IEC 60479-3: 1998 电流路径由鼻到囚腿和由前腿JlJ后腿的情况下，其阻扰主要处于囚腿前腿和后腿。如果略去躯干的阻抗，可作出一个简化图示于图1和图2。测量显示，后腿的阻抗小于前腿的阻抗(经过测定，对于母牛这

14、一比率近似为一半1 Iz, ，=， UL1 ZZR2 一._Z3=R ,.,-,., Z,=R, z，川川Z2Zs=R z ,1 1 1 Iz, z，1川z，z,1 1 1 Iz, A B 注蹄阻抗包括在四肢阻扰内.图2电流通路自.至四腿路径A)和自前腿至后腿路径B)的动物阻抗困2.2 畜皮和皮肤阻抗(Z，)畜皮阻抗主要取决于湿度。在干燥的情况下，对于100V及以下的电压，畜皮可认为实际上是一个绝缘体，Z，的数值范围在几十至几百千欧(km。皮肤阻抗能认为是阻性和容性的网络.它是由半绝缘层和许多小的导电体(对于有出汗导管(汗腺)的动物)组成.当电流增大肘，皮肤阻挠降低。皮肤阻扰的数值取决于电压、

15、频率、电流持续时间、接触面积、接触压力、皮肤的湿度和温度。2.3 蹄阻抗(电阻)(ZR，)蹄阻抗主要是阻性的。对于母牛，以下数值可以作为对于230V及以下的电压的假定值。(对于马蹄(带掌)和羊蹄的测量显示，马蹄的阻抗稍高于羊蹄的阻抗g而羊蹄的阻抗比牛蹄的阻抗要高的多。)表1所示的数值是用10头大小和质量不同的牛在湿的含盐NaCI3%的溶液见7J)状态下测定的。所测出的数值是在将对数分布的百分数列设定为5%，50%，95%的前提下经过统计方法评估的数值。这些数值是在电压范围自10V200 V的情况下，通电20ms后测量的，值得注意的是这些数值并不取决于电压。表1交流50/60Hz，电压230V及

16、以下，牛蹄阻抗(电阻)(z，R，)5% 250 2.4 躯体总阻抗(z，.)在苗群的以下百分比时，其电阻不超过以下数值;n50% 350 躯体总阻挠由阻性分量和容性分量组成。95% 500 在干燥状况下由于畜皮的绝缘性质，ZT可能达到由几十到几百千欧(km的数值范围。当动物站在导电的地面时，ZT包含蹄阻抗(如果电流通路包括它)。2.5 躯体初始电阻鸣。)在接触电压的瞬间，躯体电容尚未充电，所以皮肤阻抗Z，可忽略不计。因此，初始电阻Ro大约等于躯体内阻抗Z;加上蹄电阻(如果电流通路中有它)0R。主要取决于电流通路，与接触面积关系较少。初始电阻Ro限制了短脉冲电流的峰值(例如来自电栅栏控制器的电击

17、)。3 躯体总阻抗(ZT)的数值躯体总阻抗的数值见表2，这些数值适用于在干燥状态下站在导电地板上的活牛，电流为50/60Hz 1)方括号内的数字为参考书目号。GB/T 13870. 3-2003/IEC 60479-3.1998 交流正弦电流，电流通路由鼻到四腿及前腿至后腿.注z其他动物的躯体总阻抗数值尚未知.这些数值是用不同的电压测定的，并且认为可适用于接触电压230V及以下的情况。在电压低于100V时，这些数值可被认为是留有安全余量的偏保守的值。表2交流50/60Hz.接触电压230V及以下，牛的躯体总阻抗zr值在畜群的以下百分比时，躯体总阻抗不超过以下数值/。电流路径鼻至四腿前腿至后腿四

18、-m-m95% 425 1 250 M-m-m 注z这些数值是测量80头牛经过统计分析取整得到的。牛的躯体总阻抗图，示于图3.其阻抗值来自表1和表2中的畜群的百分比为5%的值。R4 =250Q R鸟_4500R=4500 R 4 =2500 R, Rs=2500 R, R4=2500 电阻R，鼻躯干电阻儿=RZ+R4:躯干一带蹄前腿电阻Ra=Rs+R4:躯干带蹄后腿电阻R2:躯干一一不带蹄前腿电阻R3:躯干不带蹄后腿图3牛的躯体总阻抗图，其畜群的百分比为5%4 躯体初始电阻(Ro)的数值没有实测值可利用。表3的数值是牛的躯体初始电阻儿，其畜群的百分数列为5%.所取的比率与适用于人类的人体总阻抗

19、ZT和人体初始电阻R。之间几乎同样的比率(在IEC60479-1 :1994表1中ZT5%渐近值为650n 和在IEC60479-1:1994的2.6中群体的5%的Ro=500m。表3牛的躯体初始电阻Ro电流路径鼻至四腿前腿至后腿在畜群中5%的牛的躯体初始电阻值/n1) IEC原文漏掉了这个电阻的标注.175 450 GB/T 13870.3-2003月EC60479-3: 1998 5 15 Hz至100Hz范围的交流正弦电流对京畜的效应本章基本上以建筑物电气装置常用的50Hz或60Hz频率的电流效应的有关研究结果为基础，这些研究结果所得的数值被认为可适用于15Hz至100Hz频率范围，此范

20、围两端频率的阀值比50Hz和60 Hz的阑值高。本章主要考虑心室纤维性颤动的危险，在这个频率范围内这是致命事故的主要原因。5.1 反应阑此阙有各种反应，它取决于若干参数，诸如:电极接触躯体的面积(接触面积)，接触状况(干、湿、压力、温度)，反应的种类(肌肉活动、奶牛产奶减少)，以及动物的种类和生理特点。一些测量表明，牛的反应阀为每腿3mA等级。有些调查看到有逃跑反应、产奶减少等，但是这些对于制定电击防护的措施没有实际的价值(见7J)。5.2 活动停止闭在考虑中。5.3 心室纤维性颤动阉心窒纤维性颤动阙取决于动物的种类及其生理参数(躯体的解剖体组织构造、心脏功能的状态等)还和电的参数(电流持续时

21、间和通电路径、电流种类等)有关。通过交流正弦电流(50Hz或60Hz)时，如电流持续时间超过一个心搏周期，则心室纤维性颤动阀显著降低。这种效应是由于电流诱发心脏期外收缩，致使心脏不协调的兴奋状态加剧而引起的。图4示出羊的心室纤维性颤动阔的突然改变lJ20 O.03s电击n X :x. 口。.15-电击交xx k :x O. 12 s-电击00.471-电击4 3 s-电击略AAALJh A at xx口?x也A4 LL二字Q, XX 气。 | q q 口飞由、 、. u-d . 。.明I 10 2 问娓锺画幅，唔瞩0.5 0.2 0.1 0.01 0.02 0.050.1 0.2 0.5 10

22、 ，.，捕周期电流持续时间t/s注z电击持续时间是以一个心跳的平均持续时间(心跳平均持续时间O.45 s)表示，交流60Hz的电流路径为右前腿至左后腿B图摘自8J。圄4羊的心室纤维性颤动从这些数据看来，一种动物的心室纤维性颤动阀似与其质量无关。图5表示一种(羊)的最小致颤电流与质量的关系.图6表示各种家畜的最小致颤电流与质量的关系。GB/T 13870. 3-2003/IEC 60479-3: 1998 亵4各种东膏在交流50/60Hz电击持续时间为3s的心童纤维性颤动闭值1J2J平均质量最小致颤电流/A种类躯体心脏平均范围kg g 猪79 300 0.24 。.17-0.27羊56 270

23、0.25 0.16-0.39 小牛70 420 。.310.21-0.47 小马115 0.3 0.16-0.41 注2本表中因为大马的数据太少未予列入。60 20 。.0 飞J。飞J。o。一一一400 360 20 320 240 2. 国二届耶誓圃制?咽160 60 70 体重Ikg图5竿的最小致颤电流与质量的关系，电击持续时间为3s3J 0.36 100 90 80 120 30 50 小牛D 羊。猪40 0.32 四川且皿MOOOO 田、H耀哥事酬T曙0.12 0.08 0.04 体重Ikg圈6各种家畜的最小数颤电流(平均值)与质量的关系、电击持续时间为3s1J 120 110 100

24、 90 80 50 40 30 0 20 GB/T 13870. 3-2003/IEC 60479-3,1998 每考书目1 BACHL. H. BIEGELMEIER. G. EVANS. T. H. and MORX. A. , Uber den Schutz von Nutztieren gegen gefhrliche Krperstrme: BulL SEV /VSE 83 (992). H. 3, pp. 65-72 2J LANGE, W. and DECKER, W. , Uber das elektrische Widerstandsverhalten des Tierkpe

25、rs; Mitteilung: Untersuchungen beden Hautwiderstand und den Terkrperwiderstand beim Rind; Sonderdruck aus dem Archiv fr experimentelle Veterinrmedizin, VoL 21 (1967) , No. 5, pp. 1273-1283 and pp. 1286-1293 3J LANGE, W. , MATTHAUS, H. U. and RADTKE. H.J. , Untersuchungen zum elektrischen Krperinnenw

26、iderstand beim Rind; Arch. exper. Vet. med. (973). pp. 653-659 4J CRAINE. L. B. , Effects on mammals of grounded neutral voltages from distribution power lines; Inst. Elect. Eng. 75-303-3-IA (975) 5J NORELL. GUSTAFSON R. J. , APPLEMAN, R D. and OVERMEIR, Behavioral studies of dary cattle sensitivity

27、 to electrical currents; Transactions of the American Society of Agricul tural Engineering (1983). pp. 1506-1511 6J APPLEMAN. R. D. and GUSTAFSON. R. J. , Behavioral experiments quantifying animal sensitivity to AC and DC currents; Publ. Agricultural Engineers Dept. Univ. Minnesota (1985) 7J BIEGELM

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31、口lJKOUWENHOVEN. W.且，KNICKERBOCKER, G. G. CHESNUT, R. W. , MILNOR, W. R. and SASS. D. J. , A. C. shocks on varying parameters affecting the heart; Trans. A mer. Inst. Electr. Eng. Part 1, Vol. 78 (1959) , p. 163 12J BUNTENKTTER，怠，JACOBSEN. J. and REINHARDT, H.J. , Experimentelle Untersu chungen an Sc

32、hweinen zur Frage der Mortalitt durch sinusfrmige , phasenangeschnittene sowie gleichgerichtete elekt门scheStrme; Biomedizinische Technik. Vol. 20 (1975) , No. 3, p. 99 13J BIEGELMEIER, G. and LEE. W. R. , New considerations on the threshold of ve时ricularfi brillation for a. c. shocks at 50- 60 Hz. I. E. E. Proc. Vol. 127 , No. 2. Pt. A, (March 1980) , p. 103