Крива «струм-час» (IEC 60479-1) — чому 30 мА і 5 секунд не випадкові числа

Гід з ПЗВ (§531) називає 30 мА стандартним значенням додаткового захисту, а гіди з автоматичного відключення живлення називають максимальні часи відключення, що залежать від напруги дотику. Ця стаття присвячена питанню, яке лежить в основі обох випадків: чому саме ці числа? Відповідь міститься в IEC 60479-1 — технічній специфікації, яка описує фізіологічний вплив струму на організм людини як функцію як сили струму, так і його тривалості.

Чотири зони, а не одне фіксоване порогове значення

IEC 60479-1 поділяє вплив змінного струму (15–100 Гц, шлях «рука–ноги») не на одне жорстке порогове значення, а на чотири зони, що разом утворюють криву на діаграмі «струм-час»: чим довше струм проходить крізь тіло, тим нижчий рівень струму, що вже може стати небезпечним.

Два ключові пороги

• Поріг сприйняття: для змінного струму 50/60 Гц зазвичай перебуває десь між 0,25 і 1 мА — точка, в якій людина вперше починає відчувати струм (поколювання).
• Поріг відпускання: точка, за якою м'язове скорочення унеможливлює добровільне відпускання захопленого провідника. Цей поріг сильно залежить від тривалості впливу — від приблизно 5 мА за впливу довшого за 6 секунд до значно вищих значень за дуже короткочасного впливу; як практичне правило часто використовують значення близько 10 мА.
• Починаючи приблизно з 40 мА, за впливу довшого за 2 секунди, помітно зростає ризик фібриляції шлуночків серця — небезпечної для життя аритмії. Саме тому вирішальне значення має крива, а не єдине фіксоване значення струму: та сама сила струму може за коротшого впливу потрапляти в зону AC-3, а за тривалішого — в зону AC-4.

Зв'язок із 30 мА і максимальним часом відключення

Це фізіологічне обґрунтування двох широко використовуваних значень у NEN 1010:

• Додатковий захист 30 мА (§411.3.3, див. гід з ПЗВ): ПЗВ із номінальним диференційним струмом 30 мА відключається задовго до того, як струм пошкодження через людину досягне рівня, за якого фібриляція шлуночків стає реальним ризиком — зі значним запасом безпеки відносно зони приблизно 40 мА/2 с.
• Максимальні часи відключення при автоматичному відключенні живлення (§411): чим вища очікувана напруга дотику, тим коротший дозволений час відключення — саме тому, що крива «струм-час» показує: вищий струм може залишатися в прийнятній зоні за коротшого впливу, тоді як той самий струм за тривалішого впливу потрапляє в небезпечну зону.

Зверніть увагу: крива також пояснює, чому вимірювання часу спрацювання ПЗВ (див. гід з вимірювання часу спрацювання ПЗВ) перевіряє не лише струм спрацювання, а й час, за який це відбувається: ПЗВ, яке справді спрацьовує при 30 мА, але робить це занадто повільно, на практиці забезпечує менший захист, ніж передбачає норма.

Практична значущість

Під час пояснення — або відповіді на екзаменаційне питання про те — чому в NEN 1010/3140 діють певні порогові значення (30 мА, максимальні часи відключення), недостатньо знати лише саме число; причина, що лежить в основі, — це залежність «струм-час» з IEC 60479-1. Це також запобігає поширеному непорозумінню: що струм нижче 30 мА за визначенням «безпечний» — крива показує, що й нижчі струми можуть потрапити в небезпечнішу зону за достатньо тривалого впливу.

Часті помилки

1. Припущення про існування єдиного фіксованого, незалежного від часу порогу небезпеки — крива IEC 60479-1 явно залежить від тривалості; сила струму та тривалість разом визначають зону.
2. Плутанина між порогом сприйняття і порогом відпускання — поріг сприйняття (відчутно) лежить значно нижче порогу відпускання (м'язове скорочення перешкоджає відпусканню); це два різні, окремі межі.
3. Сприйняття 30 мА як абсолютної гарантії безпеки замість практично обраного значення зі значним запасом безпеки відносно зони фібриляції — цей запас існує саме для врахування невизначеності індивідуальної чутливості та точності вимірювань.
4. Ігнорування часу відключення захисного апарата під час оцінки безпеки установки та врахування лише струму спрацювання.

Пов'язані матеріали

• §531 — Пристрої захисного відключення (ПЗВ)
• Вимірювання часу спрацювання ПЗВ
• §411 — Захисне заземлення (PE)
• Перша допомога при електротравмах