TIÊu chuẩn quốc gia tcvn 9621-1: 2013 iec/ts 60479-1: 2005

ẢNH HƯỞNG CỦA DÒNG ĐIỆN LÊN NGƯỜI VÀ GIA SÚC - PHẦN 1: KHÍA CẠNH CHUNG

Lời nói đầu

TCVN 9621-1:2013 hoàn toàn tương đương với IEC/TS 60479-1:2005;

TCVN 9621-1 :2013 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn Quốc gia TCVN/TC/E1 Máy điện và khí cụ điện biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Bộ TCVN 9621 (IEC 60479) Ảnh hưởng của dòng điện lên người và gia súc gồm các phần sau:

TCVN 9621-1:2013 (IEC/TS 60479-1:2005), Phần 1: Khía cạnh chung

TCVN 9621-2:2013 (IEC/TS 60479-2:2007), Phần 2: Khía cạnh đặc biệt

TCVN 9621-3:2013 (IEC/TR 60479-3:1998), Phần 3: Ảnh hưởng của dòng điện chạy qua cơ thể gia súc

TCVN 9621-4:2013 (IEC/TR 60479-4:2011), Phần 4: Ảnh hưởng của sét

TCVN 9621-5:2013 (IEC/TR 60479-5:2007), Phần 5: Giá trị ngưỡng điện áp tiếp xúc đối với ảnh hưởng sinh lý

Lời giới thiệu

Tiêu chuẩn này cung cấp hướng dẫn cơ bản về các ảnh hưởng của dòng điện lên người và gia súc để sử dụng khi thiết lập các yêu cầu an toàn điện.

Để tránh hiểu lầm trong việc giải thích tiêu chuẩn này, phải nhấn mạnh rằng dữ liệu được cho ở đây chủ yếu dựa trên các thí nghiệm trên động vật cũng như dựa trên các thông tin có sẵn từ các quan sát lâm sàng. Chỉ rất ít các thí nghiệm với dòng điện giật trong thời gian ngắn được tiến hành trên người sống.

Dựa trên các bằng chứng sẵn có, hầu hết từ nghiên cứu trên động vật, các giá trị được lấy ở mức thận trọng sao cho tiêu chuẩn này có thể áp dụng cho người ở tình trạng sinh lý bình thường kể cả trẻ em, không phân biệt độ tuổi và cân nặng.

Tuy nhiên, có các yếu tố khác cần tính đến, ví dụ như xác suất sự cố, xác suất tiếp xúc với các phần mang điện và phần bị hỏng, tỷ lệ giữa điện áp tiếp xúc và điện áp sự cố, kinh nghiệm đạt được, tính khả thi về kỹ thuật và yếu tố kinh tế. Các tham số này phải được xem xét cẩn thận khi đặt ra các yêu cầu về an toàn, ví dụ, đặc tính tác động của thiết bị bảo vệ dùng trong hệ thống lắp đặt điện.

Tiêu chuẩn này là sự tổng hợp các kết quả đạt được cho đến nay, được sử dụng làm cơ sở để đặt ra các yêu cầu cho bảo vệ chống điện giật. Các kết quả này được xem là khá quan trọng để tiêu chuẩn này có thể sử dụng làm hướng dẫn.

Tiêu chuẩn này áp dụng cho ngưỡng rung tâm thất là nguyên nhân chính gây tử vong do dòng điện. Phân tích các kết quả của những nghiên cứu gần đây về chức năng sinh lý của tim và về ngưỡng rung tâm thất, đã cho phép đánh giá tốt hơn về ảnh hưởng của các tham số vật lý chính và, đặc biệt, của thời gian dòng điện chạy qua.

Tiêu chuẩn này chứa các thông tin về trở kháng của cơ thể và các ngưỡng dòng điện qua cơ thể đối với các ảnh hưởng sinh lý khác nhau. Thông tin này có thể kết hợp để ước lượng giá trị ngưỡng điện áp tiếp xúc xoay chiều và một chiều đối với các tuyến dòng điện nhất định đi qua cơ thể, điều kiện ẩm tiếp xúc và diện tích tiếp xúc trên da. Thông tin về ngưỡng điện áp tiếp xúc đối với các ảnh hưởng sinh lý nêu trong IEC 61201.

Tiêu chuẩn này đề cập cụ thể đến các ảnh hưởng của dòng điện. Khi đánh giá các ảnh hưởng nguy hại của trường hợp bất kỳ lên người và gia súc thì các hiện tượng không điện khác, bao gồm ngã, nhiệt, cháy, hoặc tương tự cũng phải được tính đến. Các vấn đề này không nằm trong phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn này nhưng bản thân chúng có thể là rất nghiêm trọng.

Các công việc nghiên cứu gần đây cũng được thực hiện trên các tham số vật lý ngẫu nhiên khác, đặc biệt là dạng sóng và tần số của dòng điện và trở kháng của cơ thể người.

Do đó các phép đo đã được thực hiện trên 10 người sử dụng diện tích bề mặt tiếp xúc trung bình và nhỏ, trong tình trạng khô, ướt nước và ướt nước muối, tuyến dòng điện bàn tay-bàn tay, ở điện áp tiếp xúc là 25 V xoay chiều tần số 50 Hz. Giá trị trở kháng cho một cấp tỷ lệ 5 %, 50 % và 95 % được tính từ các phép đo này.

Do cảm giác khó chịu và khả năng nguy hiểm cố hữu, các phép đo sử dụng diện tích bề mặt tiếp xúc lớn (cỡ 10 000 mm²) trong tình trạng khô, ướt nước và ướt nước muối và sử dụng diện tích bề mặt tiếp xúc trung bình và nhỏ (cỡ 1 000 mm² và 100 mm²) trong tình trạng khô ở điện áp tiếp xúc từ 25 V đến và bằng 200 V xoay chiều chỉ được tiến hành trên một người. Bằng cách sử dụng các hệ số sai lệch nhưng vẫn có thể suy ra các giá trị về trở kháng tổng của cơ thể Z_T đối với cấp tỷ lệ 5 %, 50 % và 95 % của tập hợp. Với cùng một người đó, đã thực hiện các phép đo với diện tích bề mặt tiếp xúc nhỏ hơn (10 mm² và 1 mm²) và giữa các đầu ngón tay

Để tính trở kháng tổng của cơ thể Z_T đối với cấp tỷ lệ 5 %, 50 % và 95 % của tập hợp trên diện tích bề mặt tiếp xúc lớn đối với điện áp tiếp xúc 200 V đến 700 V và cao hơn tới các giá trị tiệm cận, phương pháp điều chỉnh các giá trị Z_T đo được trên các tử thi về các giá trị của người được sử dụng cho phiên bản trước của tiêu chuẩn này đã được cải tiến bằng cách tính đến nhiệt độ khác nhau của tử thi trong các phép đo và nhiệt độ 37 °C của người.

Tiêu chuẩn này trình bày các kiến thức hiện nay về trở kháng xoay chiều Z_T của cơ thể người đối với các diện tích bề mặt tiếp xúc lớn, trung bình và nhỏ trong tình trạng khô, ướt nước hoặc ướt nước muối và của điện trở một chiều R_T của cơ thể người đối với diện tích bề mặt tiếp xúc lớn trong tình trạng khô.

Cần nói rằng các giá trị ngưỡng theo độ lớn có hiệu lực đối với tất cả mọi người (nam giới, phụ nữ và trẻ em) không phụ thuộc vào tình trạng sức khỏe của họ. Đã có nhiều lo ngại được đưa ra về khía cạnh đó, tuy nhiên khi tìm hiểu bối cảnh của các ý kiến ngược lại này thì nhận thấy rằng các ý kiến ngược lại đó mới chỉ là quan niệm chưa có bằng chứng thực nghiệm. Một số phép đo cho thấy rằng ngưỡng cảm nhận và ngưỡng thả tay của phụ nữ thấp hơn nam giới. Điều này cũng có thể đúng với trẻ em.

Ngoài ra Điều 5 đưa ra hệ số dòng điện qua tim F đối với tuyến dòng điện bàn chân-bàn chân. Điều này là quan trọng đối với những rủi ro về điện do điện áp bước gây ra.

1. Phạm vi áp dụng

Đối với tuyến dòng điện cho trước đi qua cơ thể người, nguy hiểm cho con người phụ thuộc chủ yếu vào độ lớn và thời gian của dòng điện chạy qua. Tuy nhiên, các vùng thời gian/dòng điện quy định trong các điều dưới đây, trong nhiều trường hợp, không áp dụng trực tiếp trong thực tế để thiết kế các biện pháp bảo vệ chống điện giật. Tiêu chí cần thiết là giới hạn chấp nhận được của điện áp tiếp xúc (tức là tích của dòng điện qua cơ thể người được gọi là dòng điện tiếp xúc và trở kháng của cơ thể) là hàm của thời gian. Quan hệ giữa dòng điện và điện áp không tuyến tính vì trở kháng của cơ thể người thay đổi theo điện áp tiếp xúc và do đó cần có dữ liệu về mối quan hệ này. Các phần khác nhau của cơ thể người (ví dụ như da, máu, cơ, các mô khác và khớp) có trở kháng nhất định đối với dòng điện, trở kháng này gồm thành phần điện trở và thành phần điện dung.

Giá trị trở kháng của cơ thể người phụ thuộc vào một số yếu tố và, đặc biệt, phụ thuộc vào tuyến dòng điện, điện áp tiếp xúc, thời gian dòng điện chạy qua, tần số, độ ẩm trên da, diện tích bề mặt tiếp xúc, áp lực đặt vào và nhiệt độ.

Giá trị trở kháng được chỉ ra trong tiêu chuẩn này được rút ra từ sự xem xét kỹ lưỡng các kết quả thực nghiệm sẵn có từ các phép đo tiến hành chủ yếu trên tử thi và trên một số người sống.

Kiến thức về ảnh hưởng của dòng điện xoay chiều chủ yếu dựa trên kết quả có được liên quan đến ảnh hưởng của dòng điện ở tần số 50 Hz hoặc 60 Hz là tần số phổ biến nhất trong các hệ thống lắp đặt điện. Tuy nhiên, các giá trị đưa ra được coi là có thể áp dụng cho dải tần từ 15 Hz đến 100 Hz, giá trị ngưỡng ở các giới hạn của dải này cao hơn giá trị ngưỡng ở 50 Hz hoặc 60 Hz. Về nguyên tắc, rủi ro rung tâm thất được coi là cơ chế chính gây tử vong của các ca tai nạn chết người về điện.

Tai nạn với dòng điện một chiều ít hơn rất nhiều so với quy mô các ứng dụng điện một chiều, và tai nạn chết người về điện chỉ xảy ra trong các điều kiện rất bất lợi, ví dụ trong mỏ hầm lò. Điều này một phần là do thực tế với dòng điện một chiều, việc thả tay của các phần nắm vào là ít khó khăn hơn và thời gian điện giật dài hơn chu kỳ tim, ngưỡng gây rung tâm thất cao hơn đáng kể so với dòng điện xoay chiều.

CHÚ THÍCH: Bộ tiêu chuẩn này đưa ra các thông tin về trở kháng của cơ thể và ngưỡng dòng điện qua cơ thể đối với các ảnh hưởng khác nhau về sinh lý. Thông tin này có thể kết hợp để ước lượng ngưỡng điện áp tiếp xúc xoay chiều và một chiều đối với các tuyến dòng điện nhất định trong cơ thể, điều kiện ẩm tiếp xúc và diện tích da tiếp xúc. Thông tin về ngưỡng điện áp tiếp xúc đối với ảnh hưởng sinh lý được nêu trong IEC 61201.

Các tài liệu viện dẫn sau đây là cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi.

IEC 61201:1992, Extra-low voltage (ELV) - Limit values (Điện áp cực thấp - Giá trị giới hạn)

Guide 104:1997, The preparation of safety publications and the use of basic safety publications and group safety publications (Biên soạn các tiêu chuẩn về an toàn và sử dụng các tiêu chuẩn về an toàn cơ bản và tiêu chuẩn về an toàn theo nhóm)

Trong tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau.

Dòng điện chạy dọc qua thân người ví dụ từ một bàn tay đến các bàn chân.

Dòng điện chạy ngang qua thân người ví dụ từ bàn tay đến bàn tay.

Z_i

Trở kháng giữa hai điện cực tiếp xúc với hai phần của cơ thể người, bỏ qua trở kháng da.

3.1.4. Trở kháng da (impedance of the skin)

Z_s

Trở kháng giữa điện cực trên da và các mô dẫn điện nằm bên dưới.

Véc tơ tổng của trở kháng trong và các trở kháng da (xem Hình 1).

Điện trở giới hạn giá trị đỉnh của dòng điện tại thời điểm khi xuất hiện điện áp tiếp xúc.

Tình trạng của da trên diện tích bề mặt tiếp xúc liên quan đến độ ẩm của một người sống trong tình trạng nghỉ trong các điều kiện môi trường bình thường trong nhà.

Tình trạng của da trên diện tích bề mặt tiếp xúc được ngâm trong nước máy (điện trở suất trung bình

 = 3 500 cm, pH = 7 đến 9) trong 1 min.

3.1.9. Tình trạng ướt nước muối (saltwater-wet condition)

Tình trạng của da trên diện tích bề mặt tiếp xúc được ngâm trong dung dịch nước chứa 3 % NaCI (điện trở suất trung bình  = 30 cm, pH = 7 đến 9) trong 1 min.

CHÚ THÍCH: Giả thiết rằng tình trạng ướt nước muối mô phỏng điều kiện da của người đổ mồ hôi hoặc người sau khi ngập trong nước biển, cần có những nghiên cứu thêm về vấn đề này.

3.1.10. Hệ số sai lệch (deviation factor)

F_D

Trở kháng tổng của cơ thể Z_T đối với một cấp tỷ lệ phần trăm cho trước của một tập hợp chia cho trở kháng tổng của cơ thể người Z_T trong 50 % tập hợp đó ở điện áp tiếp xúc cho trước.

Giá trị nhỏ nhất của dòng điện tiếp xúc gây ra cảm nhận bất kỳ cho người mà dòng điện đó đang chạy qua.

Giá trị nhỏ nhất của dòng điện tiếp xúc gây ra co cơ vô thức.

Giá trị lớn nhất của dòng điện tiếp xúc mà tại đó một người đang giữ các điện cực có thể thả tay ra được.

Giá trị nhỏ nhất của dòng điện tiếp xúc chạy qua cơ thể người gây ra rung tâm thất.

Tỷ số giữa cường độ trường điện (mật độ dòng điện) trong tim đối với một tuyến dòng điện cho trước và cường độ trường điện (mật độ dòng điện) trong tim đối với dòng điện tiếp xúc có cùng độ lớn chạy từ bàn tay trái đến hai bàn chân.

CHÚ THÍCH: Trong tim, mật độ dòng điện tỷ lệ với cường độ trường điện.

3.2.6. Khoảng thời gian dễ tổn thương (vulnerable period)

Một phần tương đối nhỏ trong chu kỳ tim trong đó các sợi của tim đang ở trạng thái dễ kích thích không đồng đều và rung tâm thất sẽ xảy ra nếu các sợi này bị kích thích bởi dòng điện đủ lớn.

CHÚ THÍCH: Khoảng thời gian dễ tổn thương tương ứng với phần thứ nhất của sóng T trong điện tim đồ chiếm xấp xỉ 10 % chu kỳ tim (xem Hình 17 và Hình 18).

3.3. Ảnh hưởng của dòng điện một chiều

3.3.1. Điện trở tổng của cơ thể (total body resistance)

R_T

Tổng của điện trở trong của cơ thể người và các điện trở của da.

Tỷ số giữa dòng điện một chiều và giá trị hiệu dụng tương đương của dòng điện xoay chiều có cùng xác suất gây rung tâm thất.