Кривая «ток-время» (IEC 60479-1) — почему 30 мА и 5 секунд не случайные числа

Гид по УЗО (§531) называет 30 мА стандартным значением дополнительной защиты, а гиды по автоматическому отключению питания называют максимальные времена отключения, зависящие от напряжения прикосновения. Эта статья посвящена вопросу, лежащему в основе обоих случаев: почему именно эти числа? Ответ содержится в IEC 60479-1 — технической спецификации, описывающей физиологическое воздействие тока на организм человека как функцию как силы тока, так и его продолжительности.

Четыре зоны, а не одно фиксированное пороговое значение

IEC 60479-1 делит воздействие переменного тока (15–100 Гц, путь «рука–ноги») не на одно жёсткое пороговое значение, а на четыре зоны, которые вместе образуют кривую на диаграмме «ток-время»: чем дольше ток проходит через тело, тем ниже уровень тока, который уже может стать опасным.

Зона	Характеристика	Типичное физиологическое воздействие
AC-1	Ниже порога восприятия	Обычно отсутствие какой-либо реакции или ощущения
AC-2	Выше порога восприятия, ниже порога отпускания	Ощутимо, обычно мышечные реакции, как правило без вредного физиологического воздействия
AC-3	Выше порога отпускания	Болезненные мышечные сокращения, возможны затруднения дыхания, обычно обратимые эффекты без повреждения органов
AC-4	Дальнейшее возрастание, зависящее от времени	Возрастающая вероятность патофизиологических эффектов, включая фибрилляцию желудочков сердца; подразделяется на AC-4.1/4.2/4.3 по возрастанию вероятности фибрилляции

Два ключевых порога

Порог восприятия (верхняя граница зоны AC-1, кривая a): для переменного тока 50/60 Гц около 0,5 мА — точка, в которой человек впервые начинает ощущать ток (покалывание); индивидуальное значение у разных людей различается.
Порог отпускания (кривая b, граница между AC-2 и AC-3): точка, за которой мышечное сокращение делает невозможным добровольно отпустить захваченный проводник. В качестве практического правила используют около 10 мА; индивидуальное значение у разных людей различается.
Начиная примерно с 40 мА, при воздействии дольше 2 секунд, заметно возрастает риск фибрилляции желудочков сердца — жизнеугрожающей аритмии. Именно поэтому решающее значение имеет кривая, а не единое фиксированное значение тока: одна и та же сила тока может при более коротком воздействии попадать в зону AC-3, а при более длительном — в зону AC-4.

Связь с 30 мА и максимальным временем отключения

Это физиологическое обоснование двух широко используемых значений в NEN 1010:

Дополнительная защита 30 мА (§411.3.3, см. гид по УЗО): УЗО с номинальным дифференциальным током 30 мА отключается задолго до того, как ток повреждения через человека достигнет уровня, при котором фибрилляция желудочков становится реальным риском — с существенным запасом безопасности относительно зоны примерно 40 мА/2 с.
Максимальные времена отключения при автоматическом отключении питания (§411): чем выше ожидаемое напряжение прикосновения, тем короче допустимое время отключения — именно потому, что кривая «ток-время» показывает: более высокий ток может оставаться в приемлемой зоне при более коротком воздействии, тогда как тот же ток при более длительном воздействии попадает в опасную зону.

Обратите внимание: кривая также объясняет, почему измерение времени срабатывания УЗО (см. гид по измерению времени срабатывания УЗО) проверяет не только ток срабатывания, но и время, за которое это происходит: УЗО, которое действительно срабатывает при 30 мА, но делает это слишком медленно, на практике обеспечивает меньшую защиту, чем предполагает норма.

Практическая значимость

При объяснении — или ответе на экзаменационный вопрос о том — почему в NEN 1010/3140 действуют определённые пороговые значения (30 мА, максимальные времена отключения), недостаточно знать только само число; лежащая в основе причина — это зависимость «ток-время» из IEC 60479-1. Это также предотвращает распространённое заблуждение: что ток ниже 30 мА по определению «безопасен» — кривая показывает, что и более низкие токи могут попасть в более опасную зону при достаточно длительном воздействии.

Частые ошибки

Предположение о существовании единого фиксированного, не зависящего от времени порога опасности — кривая IEC 60479-1 явно зависит от продолжительности; сила тока и длительность вместе определяют зону.
Путаница между порогом восприятия и порогом отпускания — порог восприятия (ощутимо) лежит значительно ниже порога отпускания (мышечное сокращение препятствует отпусканию); это два разных, отдельных предела.
Восприятие 30 мА как абсолютной гарантии безопасности вместо практически выбранного значения со значительным запасом безопасности относительно зоны фибрилляции — этот запас существует именно для учёта неопределённости индивидуальной чувствительности и точности измерений.
Игнорирование времени отключения защитного аппарата при оценке безопасности установки и учёт только тока срабатывания.

Кривая «ток-время» (IEC 60479-1) — почему 30 мА и 5 секунд не случайные числа