施曉紅，陳超中

(上海時(shí)代之光照明電器檢測(cè)有限公司，國(guó)家燈具質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，國(guó)家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(上海)，全國(guó)照明電器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)燈具分技術(shù)委員會(huì)，上海 201114)

1 引言

公共游泳池通常是為了游泳、跳水或水球運(yùn)動(dòng)和比賽而設(shè)置的，通常處于一個(gè)封閉的場(chǎng)所。為了增加水的透明度，表現(xiàn)人在水中的姿態(tài)，游泳池中會(huì)安裝嵌入池壁的燈具，通常這種燈具不與水接觸。游泳池底面和池壁光滑平整，水域中沒(méi)有布線系統(tǒng)等電氣裝置。

噴水池以景觀和裝飾為目的，通常設(shè)置在開(kāi)放性的公共區(qū)域。為了增加裝飾效果，噴水池內(nèi)通常安裝與水接觸的彩燈、噴水裝置和一些配套的電氣布線。與游泳池相比，噴水池是一個(gè)容易接近的水域，在夏天，兒童們?cè)趪娝刂墟覒蛲骠[的場(chǎng)景是很常見(jiàn)，但由于池中可能存在較復(fù)雜的電氣裝置，與游泳池相比，噴水池的安全問(wèn)題顯得尤為重要。

游泳池、噴水池和戲水池等人要進(jìn)入的人工水域中，可能安裝著電動(dòng)控制的噴水裝置和裝飾用的照明燈具，同時(shí)還存在著這些電氣所需要的布線系統(tǒng)。

當(dāng)人進(jìn)入這些水域時(shí)皮膚可能是暴露的，當(dāng)水中電氣裝置或附件絕緣故障發(fā)生漏電時(shí)，水、潮濕的人體、大地構(gòu)成的回路容易發(fā)生觸電事故，使人體受到觸電的滅頂之災(zāi)。

我國(guó)的建筑電氣的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)按這些水域及周圍的環(huán)境區(qū)域分類，對(duì)游泳池和其他水域內(nèi)包括照明燈具在內(nèi)的電氣裝置提出了安全防護(hù)的要求，我國(guó)的強(qiáng)制性燈具安全標(biāo)準(zhǔn)對(duì)游泳池和類似場(chǎng)所用燈具也提出的相應(yīng)要求。

2 概述

2.1 適用標(biāo)準(zhǔn)

由于正常使用時(shí)人體電阻的降低和人體與地電位的接觸，游泳池、噴水池和戲水池中觸電危險(xiǎn)性增加。

對(duì)于上述區(qū)域電氣裝置的防觸電保護(hù)，我們國(guó)家有游泳池及類似場(chǎng)所和其他水池建筑物電器裝置的要求，對(duì)于其中使用的燈具，也有相應(yīng)的產(chǎn)品安全要求。詳見(jiàn)表1。

2.2 一般防護(hù)要求

GB 16895.19—2002 對(duì)游泳池和類似場(chǎng)所和其他水池的防護(hù)要求主要包括與所在區(qū)域相關(guān)的電壓要求，使用設(shè)備的數(shù)量、斷電保護(hù)措施和對(duì)設(shè)備的外殼防護(hù)要求。詳見(jiàn)表2。

0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)的描述見(jiàn)表3。

表2 GB 16895.19—2002 對(duì)游泳池及類似場(chǎng)所和其他水池的防護(hù)要求Table 2 Protection requirements of GB 16895.19-2002 to swimming pools and similars

表3 0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)的描述Table 3 Description for zones 0,1 and 2

0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)的區(qū)域示例見(jiàn)圖1、圖2和圖3。

圖1 游泳池和劃水池的區(qū)的尺寸(側(cè)視圖)Fig.1 Zone dimensions for swimming pools and paddling pools(side view)

圖2 地面上方的水池的區(qū)的尺寸(側(cè)視圖)Fig.2 Zone dimensions for basin above ground level(side view)

圖3 有至少 2.5m高的固定隔墻的區(qū)的尺寸(俯視圖)的例子Fig.3 Examples of zone dimensions (top view) with fixed partitions of height at least 2.5m

3 人體接觸電壓的安全閾值的由來(lái)

3.1 人體總阻抗、人體內(nèi)阻與皮膚阻抗的概念

人體總阻抗的定義是人體內(nèi)阻抗與皮膚阻抗的矢量和(見(jiàn)圖4)。人體內(nèi)阻抗的定義是與人體兩個(gè)部位相接觸的二電極間的阻抗，不計(jì)皮膚阻抗。皮膚阻抗的定義是皮膚上的電極與皮下可導(dǎo)電組織之間的阻抗。

圖4 人體阻抗ZI—內(nèi)阻抗；ZS1、ZS2—皮膚阻抗；ZT—總阻抗Fig.4 Impedance of humance body

人體的阻抗值取決于許多因素，而且尤其是電流的路徑、接觸電壓、電流的持續(xù)時(shí)間、頻率、皮膚的潮濕程度、接觸的表面面積、施加的壓力和溫度。

3.2 潮濕程度分類

潮濕程度分為干燥條件、水濕潤(rùn)條件和鹽水濕潤(rùn)條件三種。

干燥條件的定義是活人在正常室內(nèi)環(huán)境條件下休息時(shí)，皮膚接觸表面積的濕度的條件。

水濕潤(rùn)條件的定義是浸入于市政供水(平均電阻率ρ=3500Ωcm，pH=7～9)中1min，皮膚接觸表面積的條件。

鹽水濕潤(rùn)條件的定義是浸入于3%NaCl(氯化鈉)的水溶液(平均電阻率ρ=30Ωcm，pH=7～9)中1min，接觸表面積皮膚的條件。注：假設(shè)鹽水濕潤(rùn)條件模擬在海水中游泳或浸沒(méi)后的人的皮膚條件，還有進(jìn)一步調(diào)查研究的必要。

3.3 人體總阻抗與接觸電壓的關(guān)系

人體總阻抗隨潮濕程度、接觸面積、路徑、頻率和接觸電壓的變化關(guān)系見(jiàn)圖5。

圖5 干燥、水濕潤(rùn)和鹽水濕潤(rùn)條件、大的接觸表面積、電流路徑為手到手、50Hz/60Hz交流接觸電壓UT為25V至700V、50%被測(cè)對(duì)象的人體總阻抗ZT(50%)

3.4 交流電流的心室纖維性顫動(dòng)閾值

電流是危及人體生命的直接因素，電流的人體效應(yīng)的嚴(yán)重程度與通過(guò)人體的電流大小呈正相關(guān)性。電流通過(guò)人體時(shí)，對(duì)人體產(chǎn)生的效應(yīng)(多是傷害)的嚴(yán)重程度與通過(guò)人體的電流大小、持續(xù)時(shí)間、路徑、電流的種類以及人體的健康狀況等多種因素有關(guān)，而各因素之間，特別是電流的大小、通電時(shí)間之間有著十分密切的關(guān)系。電流路徑為左手到雙腳的交流電流(15Hz～100Hz)對(duì)人效應(yīng)的約定的時(shí)間/電流區(qū)域見(jiàn)圖6。

圖6 電流路徑為左手到雙腳的交流電流(15Hz～100Hz)對(duì)人效應(yīng)的約定的時(shí)間/電流區(qū)域(說(shuō)明見(jiàn)表4)Fig.6 Conventional timel current zones of effects of a.c.currents (15Hz to 100Hz) on persons for a current path corresponding to left kand to feet (for explanation see Table 4)

圖6中所標(biāo)區(qū)域所對(duì)應(yīng)的生理效應(yīng)的簡(jiǎn)要說(shuō)明見(jiàn)表4。

電流通過(guò)人體時(shí)的效應(yīng)有感知、反應(yīng)、擺托、心室纖維性顫動(dòng)。心室纖維性顫動(dòng)是指心臟在人體電流的作用下，出現(xiàn)每分鐘上千次的小幅抖動(dòng)，而非正常的有力搏動(dòng)，因此也就失去正常的供血功能。心室纖維性顫動(dòng)是致命的。

電流通過(guò)人體時(shí)的效應(yīng)不僅與電流一時(shí)間關(guān)系密切關(guān)聯(lián)，還與電流及其路徑關(guān)系緊密。特別是在發(fā)生心室纖維性顫動(dòng)時(shí)與電流的途徑有著密不可分的關(guān)系。由圖6和表4可知，電流50mA與5000ms的交叉點(diǎn)落在C1-C2之間的AC-4.1，AC-4.1表明只有5%人會(huì)發(fā)生心室纖維性顫動(dòng)，而95%人不會(huì)發(fā)生心室纖維性顫動(dòng)，50mA可作為頻率范圍在15Hz～100Hz時(shí)左手到雙腳通路的心室纖維性顫動(dòng)閾值，從一般選擇安全界限的原則來(lái)看，50mA可視作為流過(guò)人體軀干的縱向電流安全閾值(從手到腳)。

可以用心臟電流系數(shù)(F)計(jì)算除左手到雙腳以外的電流通路以外的電流Ih，此電流與圖6中的左手到雙腳的Iref，具有同樣心室纖維性顫動(dòng)的危險(xiǎn)。

表4 單手到雙腳的通路、交流15Hz至100Hz的時(shí)間/電流區(qū)域(圖6區(qū)域的簡(jiǎn)要說(shuō)明)Table 4 Time/current zones for a.c. 15Hz to 100Hz for hand to feet pathway (summary of zones of Figure 6)

(1)

式中Iref——圖6中路徑為左手到雙腳的人體電流；

Ih——表5中各路徑的人體電流；

F——表5中的心臟電流系數(shù)。

注：心臟電流系數(shù)被認(rèn)為只是作為各種電流路徑心室纖維性顫動(dòng)相對(duì)危險(xiǎn)的大致估算。

心臟電流系數(shù)的定義是電流通過(guò)某一路徑在心臟中所產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度(電流密度)與該等量接觸電流通過(guò)左手到雙腳時(shí)在心臟內(nèi)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度(電流密度)之比。

不同電流路徑的心臟電流系數(shù)列于表5。應(yīng)用心臟電流系數(shù)可算出某一路徑的人體心室纖維性顫動(dòng)電流Ih。下面舉例公式1與表5的應(yīng)用：由表5可知，對(duì)于左手到右手的電流路徑，心臟電流系數(shù)為0.4，通過(guò)左手到右手電流路徑的電流Ih200mA引起心室纖維性顫動(dòng)的危險(xiǎn)性與電流路徑左手到單或雙腳電流路徑的電流80mA(Iref=Ih×F=200×0.4=80mA)危險(xiǎn)性相同。由此看出，心臟電流系數(shù)F越大，該電流路徑的心室纖維性顫動(dòng)的危險(xiǎn)性亦越大，如胸膛至左手、胸膛至右、雙手至雙腳等也都是很危險(xiǎn)的電流路徑。

3.5 人體接觸電壓的安全閾值

由圖5可知，人體總阻抗是隨著接觸電壓不同而不同的一個(gè)變量。人體總阻抗取值較小，在同樣情況下計(jì)算出的通過(guò)人體電流就越大，據(jù)此給出的評(píng)價(jià)結(jié)果就越安全。當(dāng)然，人體電阻也不是取得越小越好，這樣會(huì)對(duì)防護(hù)措施提出過(guò)高的要求，從而使評(píng)價(jià)結(jié)果失去意義?？茖W(xué)合理選取人體總阻抗應(yīng)考慮兩個(gè)方面，一是直接影響人體總阻抗的各種因素，二是人體總阻抗個(gè)體差異形成的統(tǒng)計(jì)分布結(jié)果。50Hz/60Hz的人體總阻抗值在更高頻率時(shí)由于皮膚電容的影響下降。

表5 不同電流路徑的心臟電流系數(shù)FTable 5 Heart-current factor F for different current paths

干燥條件、大的接觸表面、50Hz/60Hz交流、電流路徑為手到腳、被測(cè)對(duì)象的95%的人體總阻抗?jié)u進(jìn)值為1000Ω。

a) 在干燥條件、大的接觸表面、50Hz/60Hz交流、電流路徑為手到腳、被測(cè)對(duì)象的95%條件下的人體接觸電壓的安全閾值：

干燥條件下人體接觸電壓的安全閾值=人體電流安全閾值×干燥條件下人體總阻抗=50mA×1000Ω=50V。

b) 在潮濕環(huán)境條件、大的接觸表面、50Hz/60Hz交流、電流路徑為手到腳、被測(cè)對(duì)象的95%條件下的人體接觸電壓的安全閾值：

人在潮濕環(huán)境下，人體電阻會(huì)降低，假定在干燥條件下人體總阻抗為100%，在水濕潤(rùn)條件下人體總阻抗為干燥條件下人體總阻抗50%；

潮濕環(huán)境下人體接觸電壓的安全閾值=人體電流安全閾值×潮濕環(huán)境下人體總阻抗=50mA×500Ω=25V≈24V。

c) 在鹽水濕潤(rùn)環(huán)境條件、大的接觸表面、50Hz/60Hz交流、電流路徑為手到腳、被測(cè)對(duì)象的95%條件下的人體接觸電壓的安全閾值：

假定在干燥條件下人體總阻抗為100%，在鹽水濕潤(rùn)條件下人體總阻抗，為水濕潤(rùn)條件下人體總阻抗50%，即為干燥條件下人體總阻抗25%。那么，在鹽水濕潤(rùn)條件，人體總阻抗則為250Ω，鹽水濕潤(rùn)環(huán)境下人體接觸電壓的安全閾值=人體電流安全閾值×鹽水濕潤(rùn)環(huán)境下人體總阻抗=50mA×250Ω=12.5V≈12V。

由于鹽水濕潤(rùn)環(huán)境更適用于游泳池和噴水池，因此，游泳池和噴水池?zé)艟叩氖褂秒妷罕幌抻?2 V a.c。

4 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)燈具的要求

4.1 GB 16895.19—2002的通用防護(hù)要求

從表2可以看到，GB 16895.19—2002對(duì)燈具的防護(hù)要求如下：

0區(qū)：使用的燈具的防護(hù)要求是電源電壓和工作電壓不超過(guò)12Va.c.或30Vd.c.，外殼防護(hù)等級(jí)達(dá)到IPX8。

1區(qū)：使用的燈具的防護(hù)要求是電源電壓和工作電壓不超過(guò)12Va.c.或30Vd.c.，外殼防護(hù)等級(jí)達(dá)到IPX5，平時(shí)不用水沖洗的池IP54。

2區(qū)：使用的燈具的防護(hù)要求是電源電壓和工作電壓不超過(guò)50Va.c.或120Vd.c.，而且配有≤30mA的RCD的自動(dòng)切斷電源措施，外殼防護(hù)等級(jí)室內(nèi)場(chǎng)所IPX2、室外場(chǎng)所IPX4、局部噴水請(qǐng)洗IPX5。

4.2 GB 16895.19—2002的特殊防護(hù)要求

對(duì)于游泳池內(nèi)的照明燈具，GB 16895.19—2002的特殊要求包括：

(1)使用時(shí)人要進(jìn)入的0區(qū)和1區(qū)內(nèi)只可安裝固定式燈具；

(2)位于水密的觀察窗后面并從其后照射的水下照明燈具，其安裝要做到照明器具及其附件的任何外露導(dǎo)電部分和觀察窗的任何導(dǎo)電部分之間不會(huì)發(fā)生有意或無(wú)意的導(dǎo)電連通。

(3)應(yīng)符合IEC 60598—2—18的規(guī)定。

4.3 GB 7000.218—2008的安全要求

GB 7000.218—2008規(guī)定了游泳池和類似場(chǎng)所用燈具的安全要求，標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于燈具分類的要求是非常重要的。

(1)防觸電保護(hù)類型

燈具應(yīng)為防觸電保護(hù)的Ⅲ類燈具，其外部和內(nèi)部線路的工作電壓應(yīng)不超過(guò)12V(新標(biāo)準(zhǔn)細(xì)化為12V a.c.或30 V d.c.)。

(2)燈具的防塵和防水類別

?燈具與池、槽的水接觸的那部分分類應(yīng)為加壓水密型(IPX8)；

?燈具與池、槽的水不接觸的那部分分類應(yīng)至少為防塵和防濺型(IP54)。

(3)燈具按安裝方式、光源更換和電源連接形式

?A類：電源連接和更換光源在燈具不與水接觸的側(cè)面進(jìn)行。

?B類：部分或全部抽干池內(nèi)的水后，從燈具與水接觸的一側(cè)更換光源。

?C類：從水中取出整個(gè)燈具后更換光源。

5 對(duì)其他電氣裝置的要求

當(dāng)然游泳池、噴水池和相關(guān)水域的安全是個(gè)系統(tǒng)問(wèn)題，不僅與燈具有關(guān)，也與存在的其他電氣裝置有關(guān)，除了要符合表2的通用要求以外，對(duì)于布線系統(tǒng)、接線盒、以及開(kāi)關(guān)和控制裝置等的安置，GB 16895.19和相應(yīng)的IEC標(biāo)準(zhǔn)最新版都有相關(guān)的規(guī)定：

5.1 開(kāi)關(guān)、控制裝置或插座

?在0區(qū)和1區(qū)內(nèi)不能安裝開(kāi)關(guān)、控制裝置或電源插座。

不可能在1區(qū)之外安裝電源插座和開(kāi)關(guān)的小泳池，允許在1區(qū)內(nèi)安裝有非金屬罩的插座和開(kāi)關(guān)，在電源插座和開(kāi)關(guān)應(yīng)在0區(qū)外緣起伸臂范圍(1.25m)以外，且應(yīng)高出地面0.3m，此外，還應(yīng)采取SELV或自動(dòng)斷電或電氣隔離的保護(hù)措施。

?在2區(qū)，安裝開(kāi)關(guān)、控制裝置或電源插座，但電源回路要滿足SELV或自動(dòng)斷電或電氣隔離的要求。

5.2 接線盒

?在0區(qū)，不能安裝接線盒。

?在1區(qū)，只能有SELV的接線盒。

5.3 布線系統(tǒng)

(1)通用要求

?在0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)的布線系統(tǒng)應(yīng)無(wú)可觸及的金屬遮蓋物，不可觸及的金屬遮蓋物應(yīng)連接到附加的等電位連接件。該區(qū)域內(nèi)布線系統(tǒng)應(yīng)僅限于為該區(qū)域供電所必須的；

?0區(qū)、1區(qū)的布線系統(tǒng)應(yīng)僅限于只向該區(qū)域內(nèi)設(shè)備供電的線路。

(2)噴水池布線的補(bǔ)充要求

?0區(qū)內(nèi)電氣設(shè)備的電纜應(yīng)盡量遠(yuǎn)離水池的邊緣，在水池內(nèi)的線路應(yīng)盡量以最短的路徑接到設(shè)備上，電纜應(yīng)敷設(shè)在導(dǎo)管中以便于換線。

?1區(qū)內(nèi)電纜的敷設(shè)應(yīng)有適合的機(jī)械保護(hù)，布線用的電纜應(yīng)使用66IEC 245或與其性能等效的電纜，廠家還應(yīng)表明該電纜與水永久接觸的適宜性。

[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB 7000.218—2008 燈具 第2—18部分:特殊要求 游泳池和類似場(chǎng)所燈具[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[2] IEC 60364—7—702:2010 Low voltage electrical installations-Part 7—702:Requirements for special installations or locations-Swimming pools and fountains.

[3] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB 7000.1—2007 燈具 第1部分:一般要求與試驗(yàn)[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

[4] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. GB16895.19—2002 建筑物電氣裝置 第7部分:特殊裝置或場(chǎng)所的要求 第702節(jié):游泳池和其他水池[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[5] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 13870.1—2008電流對(duì)人和家畜的效應(yīng) 第1部分:通用部分[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[6] 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局.GB/T 13870.2—1997電流通過(guò)人體的效應(yīng) 第二部分:特殊情況[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998.

[7] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 13870.3—2003電流對(duì)人和家畜的效應(yīng) 第3部分: 電流通過(guò)家畜軀體的效應(yīng)[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

[8] 趙秋生.從人體電流效應(yīng)解讀人體觸電的安全閾值[J].安全科學(xué)技術(shù)，2012年第5期.

[9] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T 12113—2003接觸電流和保護(hù)導(dǎo)體電流的測(cè)量方法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.