Эксперименты по сопротивлению человеческого тела постоянному току I

Aug 01, 2023

Примечание редактора. Статья, на которой основана эта статья, была первоначально представлена ​​на симпозиуме Общества инженеров по безопасности продукции IEEE 2018 года, где она получила признание как лучшая статья симпозиума. Он перепечатан здесь с разрешения из материалов Международного симпозиума Общества инженеров по безопасности продукции IEEE 2018 года по вопросам обеспечения соответствия продукции. Авторские права IEEE, 2018 г.

Физиологические эффекты поражения электрическим током в основном вызываются током [1], поэтому пределы тока часто указываются в стандартах безопасности для защиты человеческого тела от опасности поражения электрическим током [2]. Однако для некоторых стандартов или приложений часто предпочтительнее использовать ограничения по напряжению. В таких случаях сопротивление человеческого тела можно использовать для оценки предельного напряжения на основе безопасных пределов тока. Кроме того, импеданс человеческого тела можно использовать для построения моделей электрических цепей, представляющих пути проводимости через тело человека, для оценки токов прикосновения. Например, как указано в UL 101 [2], импеданс человеческого тела моделируется сопротивлением 1500 Ом, подключенным параллельно с конденсатором емкостью 0,22 мкФ, включенным последовательно с другим резистором сопротивлением 500 Ом. Такая схема измерения используется для оценки тока прикосновения при ударных воздействиях на уровне восприятия для синусоидального переменного тока частотой 60 Гц.

Приложения постоянного тока, особенно с опасным напряжением, становятся все более распространенными из-за более широкого использования возобновляемых источников энергии (таких как фотоэлектрические батареи), систем хранения энергии и т. д. Поэтому полезно проанализировать сопротивление человеческого тела при постоянном токе, чтобы лучше понять его. влияние на физиологические эффекты поражения электрическим током для приложений постоянного тока. В стандарте IEC 60479-1 [3] указано сопротивление тела человека при постоянном токе в диапазоне от 25 В до 1000 В. Однако значения сопротивления постоянному току, включенные в [3], были основаны на экспериментальных данных, проведенных только при напряжении 25 В, а остальные значения значений, математически экстраполированных на основе сопротивления тела человека переменному току. Это делает предположение, что импеданс тела одинаково масштабируется как при постоянном токе, так и при переменном токе, что может быть, а может и не быть. Кроме того, сопротивления корпуса постоянного тока, указанные в [3], действительны только для сухих условий. Насколько известно авторам, в настоящее время отсутствуют данные о устойчивости организма человека к постоянному току во влажных условиях, основанные непосредственно на экспериментальных наблюдениях. Предполагается, что для влажных условий значения сопротивления корпуса постоянного тока, предусмотренные стандартом IEC [3], идентичны сопротивлению корпуса переменного тока во влажных условиях при каждом напряжении. Опять же, это приводит к предположениям, которые не имеют твердого подтверждения экспериментальными данными.

Поскольку постоянный ток при опасных напряжениях и вероятность воздействия таких опасностей на человека становятся все более распространенными, крайне важно иметь полные данные об импедансе человеческого тела при постоянном токе. Для такого набора данных потребуются измерения множества людей, чтобы иметь какую-либо статистическую значимость (т. е. 50 или более). Конечная цель авторов — разработать типичные значения импеданса тела постоянного тока на основе экспериментальных данных, аналогичные тем, которые в настоящее время доступны для переменного тока.

Однако пока неясно, какой уровень влияния будут иметь различные параметры измерений, а также на сегодняшний день неясно, насколько воспроизводимым будет любое данное измерение для любого конкретного человека. Авторы пришли к выводу, что преждевременно переходить к крупномасштабной экспериментальной программе с участием значительного числа людей-добровольцев до того, как будет установлено лучшее понимание последовательности измерений на каком-либо конкретном человеке. Например, было неясно, достижимы ли повторяемые значения при измерении одного и того же человека в разное время и в одних и тех же условиях испытаний. Насколько известно авторам, ни в одной предыдущей работе это не оценивалось. Кроме того, не было обнаружено никаких опубликованных данных о влиянии контактного материала на тестирование импеданса тела человека, которое, как предполагается, оказывает влияние на измеряемый импеданс тела и может лучше объяснить взаимосвязь измеренного импеданса тела и приложенного напряжения. (В [3] сообщалось, что сопротивление тела уменьшается линейно с увеличением приложенного напряжения.) Рассмотрев эти неизвестные эффекты при измерении импеданса тела постоянного тока, авторы сделали первый шаг для дальнейшего понимания этих факторов; результаты которого представлены здесь. Поэтому крупномасштабная программа испытаний была отложена и стала вторым этапом нашей работы.