基于IEC 標(biāo)準(zhǔn)的安全電壓及相關(guān)問題的探討

鮑 俊

（吉利長興新能源汽車有限公司，浙江 湖州 313000）

前言

成立于1906 年的國際電工委員會(huì)（International ELectro technical CommiSSion，簡稱IEC），是世界上成立最早的非政府性國際電工標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)，是聯(lián)合國經(jīng)社理事會(huì)的甲級(jí)咨詢組織。IEC 組織共有認(rèn)證委員會(huì)三個(gè)，一是電子元器件質(zhì)量評(píng)定委員會(huì)、二是電子安全認(rèn)證委員會(huì)、三是防爆電氣認(rèn)證委員會(huì)。我國很多電氣類標(biāo)準(zhǔn)，大多引用IEC 下各TC 標(biāo)準(zhǔn)。

1 安全電壓及其標(biāo)準(zhǔn)在我國的發(fā)展歷程

1956 年國務(wù)院頒布的《工廠安全衛(wèi)生規(guī)程》第44 條規(guī)定：行燈的電壓36V，在潮濕可導(dǎo)電的密閉空間時(shí)不能超過12V。這是我國最早關(guān)于安全電壓方面的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范。但本條也僅僅是出于安全考慮而確定安全電壓值，并不是一個(gè)完整的定義與標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)確定36V 的額定值不準(zhǔn)確，也并不一定符合當(dāng)前的實(shí)際社會(huì)發(fā)展情況。

當(dāng)今，整個(gè)世界的工業(yè)化和電氣化水平有了極大的提高，對(duì)于電流對(duì)人體的傷害有了更高的認(rèn)識(shí)與研究，同時(shí)節(jié)能技術(shù)的提升與要求的提高也對(duì)安全電壓提出了新的挑戰(zhàn)。如果在安全電壓值上要求過嚴(yán)，會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)性和操作性阻礙，也不利于各行業(yè)的安全發(fā)展。故在安全電壓的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及要求上，需要采用辯證及更加合理的對(duì)待與處理。

2 安全電壓的有關(guān)定義和說明

2.1 安全電壓定義

由特定電源提供的用于防止觸電的一系列電壓。在這種情況下，該電壓序列的上限不應(yīng)超過兩個(gè)導(dǎo)體之間或任何導(dǎo)體與地之間的50V（50～500Hz）rms 值。

2.2 目前我國安全電壓額定值分為五級(jí)

42V，36V，24V，12V，6V。

2.3 根據(jù)IEC 標(biāo)準(zhǔn)

我們這所說的安全電壓包含SELV(安全特低壓電路)和PELV（保護(hù)特低壓電路）兩種。

3 關(guān)于如何理解“安全電壓”的探討

因“安全電壓”的標(biāo)準(zhǔn)與要求理解不同，國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)上所訂的值也存在是各有不同的情況。IEC 的各個(gè)TC 所確定的安全電壓額定值也是不一致的。如TC74 起草的《電氣辦公機(jī)器的安全》中規(guī)定“安全特低電壓”的值為30V。而TC61 起草的《家用和類似用途電器的安全》中規(guī)定“安全特低電壓”的值為42V。在IEC364 出版的《建筑物的電氣裝置》中規(guī)定：安全電壓為不超過50V。

總結(jié)國際上各有關(guān)安全電壓的資料，個(gè)人覺得安全電壓應(yīng)在25V～50V 之間，超過50V 就應(yīng)有防護(hù)隔離或其他絕緣措施。但是，從技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)可行性上分析，超過25V就要進(jìn)行隔離措施，很難達(dá)成社會(huì)的普遍共識(shí)。一般把安全電壓上限設(shè)為50V，當(dāng)達(dá)到上限時(shí)，附加一些措施條件以保障人身安全。這些附加條件主要是通過實(shí)現(xiàn)設(shè)備的本質(zhì)安全來達(dá)到的，即故障—安全功能和失誤—安全功能結(jié)合。達(dá)到設(shè)備在安全電壓方面的本質(zhì)安全主要要滿足下列條件：

（1）設(shè)備的電源須采用獨(dú)立電源，或要用安全隔離變壓器；

（2）保證設(shè)備無法直接接觸人體或間接通過導(dǎo)電體接觸人體；

（3）輸出部分不接地。

這些對(duì)設(shè)備本身提出的安全措施或設(shè)備本質(zhì)安全措施，一般都能達(dá)到這樣的要求。所以一般我們都把“安全特低電壓”的值（交流）定在42V 到50V 這個(gè)范圍內(nèi)。

這時(shí)候，有人會(huì)提出：為什么安全電壓為36V 是我們常規(guī)的認(rèn)知，而為什么不是42V 或50V？首先我們從節(jié)能與效能的角度來考慮，42V 比36V 更節(jié)能。這一點(diǎn)，我們將在后面將專門介紹。其次，從電生理效應(yīng)上講，36V 與50V 的生理效應(yīng)差別不大，屬于同一生理效應(yīng)范疇，所以36V 與50V實(shí)際從電生理效應(yīng)上看并沒有質(zhì)的差別。不管人體接觸36V還是50V 電壓，均有一定的危險(xiǎn)，都是處在痙攣閾與致顫閾區(qū)域內(nèi)。常規(guī)人體在接觸不同電壓時(shí)的電阻如下所示：

查表1，對(duì)應(yīng)42V 的接觸電壓，在潮濕環(huán)境下，人的電阻為2100 歐姆時(shí)，則流經(jīng)人體電流為20 毫安。查閱圖1，當(dāng)電流持續(xù)時(shí)間超過心臟跳動(dòng)周期時(shí)，人的室顫電流約為50毫安。所以安全電壓定在42V 是相對(duì)安全的。

圖1 通過人體電流造成人體傷害區(qū)域圖

另外一點(diǎn)，大家過去一直有個(gè)誤區(qū)，認(rèn)為36V 就是絕對(duì)安全的。然而我們實(shí)際中也碰到過幾起人員在安全電壓的情況下，遭受電擊而死亡的例子。如正前文所述36V 的規(guī)定是從蘇聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)引進(jìn)的，然而本標(biāo)準(zhǔn)是有限制條件：3～10S 的持續(xù)接觸時(shí)間。因此，即使不管定義安全電壓為多少額定值，也是有允許接觸時(shí)間條件的，所有的安全都是相對(duì)的。

4 關(guān)于安全電壓系統(tǒng)接地的探討

國標(biāo)GB3805-1983 中規(guī)定：安全電壓的電路系統(tǒng)不應(yīng)與其他可導(dǎo)電的電氣系統(tǒng)連接，要保持隔離或獨(dú)立。而《電力設(shè)備接地設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定：安全電壓供電系統(tǒng)應(yīng)接地保護(hù)。

作為防止觸電預(yù)防措施中的兩個(gè)重要的預(yù)防措施，我們?cè)趺蠢斫馍鲜鰞蓚€(gè)規(guī)范條款：

在我國防止觸電事故的預(yù)防措施中有三類預(yù)防技術(shù)：一類是直接接觸電擊預(yù)防技術(shù)，主要有絕緣防護(hù)、屏體保護(hù)、間距防護(hù)等防護(hù)技術(shù)；一類是間接接觸電擊預(yù)防技術(shù)，即我們談到的保護(hù)接地、接零技術(shù)；最后一類預(yù)防技術(shù)包括安全電壓（特低電壓）、雙重絕緣和加強(qiáng)絕緣、電氣隔離、漏電保護(hù)等。由于我國將安全電壓與保護(hù)接地都納入防止靜電事故預(yù)防措施中的一種，沒有根據(jù)IEC 標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)安全電壓的分類進(jìn)行更細(xì)致的區(qū)分，才會(huì)出現(xiàn)上述兩種標(biāo)準(zhǔn)的不一致。所以說兩種標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)分歧，主要是來自于對(duì)IEC 標(biāo)準(zhǔn)上的理解。

首先，《電力設(shè)備接地設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》中提出的安全電壓，是指保護(hù)特低電壓電路即PELV。將安全供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的中性線或一個(gè)相線接地，按照IEC 標(biāo)準(zhǔn)是符合要求的，但必須輔以等電位聯(lián)結(jié)之類的補(bǔ)充安全措施。

其次，GB3805-1983 標(biāo)準(zhǔn)中提出的安全電壓，是指SELV（安全特低壓電路）。在此安全電壓電路下，安全電壓環(huán)境必須要求電路的“懸浮”的、獨(dú)立。我們這么說，主要基于兩點(diǎn)考慮。一方面，為了減少觸電的機(jī)會(huì)。通常，作業(yè)人員都是雙腳接觸地面，在安全電壓采取接地措施后，作業(yè)人員反而易引發(fā)因接觸另一不安全的帶電系統(tǒng)造成的電擊事故，如不及時(shí)采取措施，接觸時(shí)間超過限制，會(huì)造成人員死亡或重傷。同時(shí)也可能會(huì)帶來人員跌落、碰砸等二次傷害。正常情況下，這一概率還是非常高的。由于較高的電路系統(tǒng)電位差、管網(wǎng)跨接不可靠及其他因素，都可能對(duì)安全電壓系統(tǒng)產(chǎn)生影響，從而對(duì)人體造成傷害。

5 關(guān)于人們對(duì)安全電壓值認(rèn)知的探討

上文提到的為什么把安全電壓定位為36V 的問題，一方 面是目前市場主流產(chǎn)品為36V，人們的認(rèn)知范圍較廣，另一方面人們認(rèn)為36V 較之42V 更安全。理論上講，36V 的安全性是要高于42V 的，但從能源節(jié)約、提高效率的角度來講，相對(duì)低壓要優(yōu)于相對(duì)高壓？根據(jù)歐姆定理，電能=電流的平方×?xí)r間×電阻=電壓的平方×?xí)r間÷電阻，當(dāng)電阻和時(shí)間不變時(shí)，電壓越大，那么它所產(chǎn)生的電能將更大。所以說42V 的電壓比36V 的電壓所產(chǎn)生的電能要大，也就更節(jié)能。這也是為什么輸電站采用高壓輸電的原因所在。因此，綜上所述，安全電壓通常定義為36V。目前從產(chǎn)品市場普遍性上講，人們已產(chǎn)生習(xí)慣性固話思維：安全電壓就是指36V。