Elektrischer Schlag: Körperstrom und AC/DC-Wirkungsbereiche nach IEC 60479

Die Berechnung der Körperimpedanz folgt dem Ansatz von IEC 60479-1:2018, edition 1.0. Jedes Perzentil wird durch eine eigene formerhaltende kubische Darstellung im logarithmischen Raum in Abhängigkeit von der Berührungsspannung beschrieben. Separate AC-Kurvenfamilien für trockene, wassernasse und salzwassernasse Haut sowie große, mittlere und kleine Kontaktflächen bleiben erhalten. Für DC bei trockener Haut und großer Kontaktfläche gibt es eine eigene Kurve; die übrigen DC-Kontakte verwenden die in ETSI TR 102 614 V1.1.1, Annex C, pp.17–18 beschriebene AC-Abschätzung. Es werden keine Tabellen oder Abbildungen aus der Norm wiedergegeben.

Die Hand-Hand-Impedanz wird mit dem gewählten Impedanzverhältnis Hand–Füße und dem Sensitivitätsfaktor multipliziert. Die Spannung am Körper wird zusammen mit der externen Rückwegimpedanz durch nichtlineare Nullstellensuche in einem Einschließungsintervall bestimmt. Der Anfangskörperwiderstand R₀ wird bei überbrückter Haut oder einer eingegebenen Berührungsdauer unter 10 ms gewählt. Ein verifiziertes Gerät mit einer eingestellten Abschaltzeit unter 10 ms wird anhand eines separat berechneten Anfangsstromfalls geprüft: R₀ wird für die ausgegebene Durchströmung nur dann verwendet, wenn dieser Fall tatsächlich den garantierten Ansprechstrom erreicht. Andernfalls bleiben das Tabellenmodell und die volle Berührungsdauer maßgebend.

Der tatsächliche Körperstrom wird mit der Reaktionsgrenze a und der Grenze der Muskelreaktion b verglichen. Nur für die Bewertung des Herzkammerflimmerns wird der herzäquivalente Strom F·I verwendet, mit F=1 für linke Hand–Füße, 0,8 für rechte Hand–Füße und 0,4 für Hand–Hand. Die c₁/c₂/c₃-Kurven sind numerische Darstellungen veröffentlichter grafischer Kurvenlagen, die über logarithmierte Zeit- und Stromwerte glatt interpoliert werden. Der Übergangsbereich für DC-Aufwärtsdurchströmung wird bei 10, 50, 100, 200 und 500 ms unabhängig anhand von GOST R 70646.1-2023, Figure A.21 geprüft. Bei abwärts gerichteter DC-Längsdurchströmung werden die Dauerstromkurven ungefähr um den Faktor zwei verschoben. Die nationale Norm für diesen Gegencheck ist nicht gleichwertig mit IEC 60479-1:2018.

Eine Durchströmung mit konstantem Strom wird bei ihrer tatsächlichen Berührungs- oder Abschaltdauer bewertet. Es erfolgt keine Suche über Effektivwert-Zeitfenster vom Beginn der Berührung bis zu variierenden Endzeitpunkten. Unterhalb von 10 ms lautet die Kurzimpuls-Kurvennäherung cⱼ=500j·max[1,(0.004/t)^0.7] mA; die Erweiterung der DC-Dauerstromkurve schließt an deren eigenen Endpunkt bei 10 ms an. Die VF-Abschätzung für Kurzimpulse verwendet die separate, polaritätsunabhängige Impulsdarstellung aus ITU-T K.89 (2012), Figure VI.1.

Für ein symmetrisches zweipoliges IT-System beträgt die Quellenspannung die Hälfte der Spannung zwischen den Polen; die Impedanz des Rückwegs über Erde ist [2(1/Rₚ+jωCₚ)]⁻¹. Der angezeigte stationäre Gleichstrom wird weiterhin mit der nichtlinearen Körperimpedanz berechnet. Ein separater linearer RC-Abschätzungsstromkreis verwendet R_floor=min(R₀·k_z, Z(V_available)·k_body) beziehungsweise R₀·k_z im ausdrücklich gewählten Anfangskörperwiderstandszustand. Da die tabellierte Impedanz mit steigender Spannung sinkt, ist dies eine Widerstandsuntergrenze für alle erreichbaren Spannungen am Körper. Der zugehörige stationäre Leckstrom darf den nichtlinear berechneten stationären Strom nicht unterschreiten; dies wird über Spannung und Impedanzperzentile geprüft.

Für den RC-Abschätzungsstromkreis gelten C=2Cₚ, R_th=Rₚ/2, R_load=Rₛ+R_floor und τ=C(R_load∥R_th). Sein Strom ist I_tail+(I_peak−I_tail)exp(−t/τ). Der abklingende Anteil wird separat mit tᵢ=3τ und I_equiv=(I_peak−I_tail)/√6 bewertet, entsprechend ITU-T K.89, Appendix VI. Zwei veröffentlichte Kondensatorbeispiele prüfen diese Umrechnung unabhängig. Die Anwendbarkeit setzt 0,1 ms≤3τ≤10 ms und eine Berührungsdauer von mindestens 3τ voraus. Andere Impulse kennzeichnet die Tabelle als Unbewertet. Der Impuls-VF-Bereich und der Wirkungsbereich des anhaltenden Leckstroms werden separat ausgegeben; ein gemeinsamer IEC-Wirkungsbereich wird nicht zugeordnet. Die durch Kondensatorentladung und Isolationsleckstrom zugeführte Ladung stimmt analytisch mit der Ladung durch den RC-Abschätzungsstromkreis überein.

Der 30-mA-AC-RCD verwendet Höchstzeiten von 300/150/40 ms bei ≥1-, ≥2- bzw. ≥5-fachem Bemessungsdifferenzstrom, ohne Interpolation auf kürzere Zeiten. Unterhalb des garantierten Ansprechstroms, bei glattem Gleichstrom, symmetrischer zweipoliger Berührung oder einem ersten Fehler im IT-System wird keine Auslösung angerechnet.

Dalziels Vergleichswerte am unteren Verteilungsrand bei Erwachsenen sind Ströme, bei denen 0,5 % die Muskelkontrolle verloren; 99,5 % konnten loslassen. Die Medianwerte entsprechen 50 %. Das Loslassen bei DC unterscheidet sich vom Loslassen bei tetanischer Muskelkontraktion durch AC. Diese Studienwerte definieren keine universelle, dauerunabhängige Loslassschwelle. Der Regler für die verstrichene Zeit verschiebt nur die elektrische Stromanzeige, den öffnenden Kontakt und die Zeitmarkierung; die bewertete Durchströmung ändert er nie.

Äußerer Körperkontakt bei Erwachsenen mit der gewählten Kontaktflächenklasse an beiden Kontaktstellen. Unterschiedlich große Kontaktflächen werden nicht getrennt berücksichtigt. Der externe Reihenwiderstand ist linear. Bei AC wird der Betrag der Körperimpedanz nach IEC für 50/60 Hz als effektiver Widerstand verwendet; der IT-Rückweg behält seine komplexe Impedanz. Der Phasenwinkel der Körperimpedanz lässt sich aus reinen Betragsdaten nicht bestimmen.

Die IT-Versorgung ist symmetrisch, mit gleichem Isolationswiderstand und gleicher Kapazität je Pol. Die Pole liegen anfangs auf ±der halben Schienenspannung gegen Erde. Anfängliche Unsymmetrie, Stromrichter, das aktive Verhalten der Isolationsüberwachung und andere Erdpfade sind ausgeschlossen. Bei einem ersten Erdkontakt im IT-System wird keine automatische Abschaltung angerechnet.

Der RC-Stromkreis ist ein Abschätzungsmodell mit niedrigerem Widerstand und keine Simulation einer zeitlich veränderlichen Hautimpedanz. Für seinen Widerstand und stationären Leckstrom gelten nachgewiesene Grenzen; sein Stromverlauf wird nicht als punktweise Obergrenze für jede mögliche nichtlineare Reaktion oder Reaktion bei geschädigter Haut beansprucht. Die Impulsberechnung wendet die veröffentlichte Äquivalenz für exponentielle Entladung auf den abklingenden RC-Anteil an. Der gleichzeitig vorhandene Gleichstromanteil und der Impuls werden weder zu einer biologischen Vorhersage noch zu einem formalen IEC-Wirkungsbereich zusammengefasst.

Der Kontaktzustand nach IEC-Tabelle nähert Messungen bei etwa 0,1 s an. Er bildet weder fortschreitende Hautschädigung noch Elektroporation oder eine durchströmungsabhängige Impedanz ab. Die Sensitivitätseingabe untersucht eine verringerte Impedanz, ohne ein entsprechendes Zeitgesetz zu behaupten.

Zur Abschätzung und Lehre, keine Freigabe zur Berührung und kein Auslegungskriterium für Schutzeinrichtungen. Die Wirkungsbereiche 1–3 schließen Schreckreaktionen, Stürze, Atembeeinträchtigungen, Verbrennungen oder andere Verletzungen nicht aus. Die Unterbereiche von Wirkungsbereich 4 und die c-Bereiche für Impulse beschreiben vereinbarte ungefähre VF-Bereiche, keine individuellen Wahrscheinlichkeiten. Ein Stromverhältnis zu c₁ unter eins ist keine Sicherheitsreserve.

Quellenspannung: 25–1000 V. Die Kurven für mittlere und kleine Kontaktflächen gelten für 25–200 V am Körper. Unterhalb von 25 V wird der untere Endwert konstant gehalten, wodurch der Strom im Allgemeinen überschätzt wird; dies wird gekennzeichnet. Berührungsdauer: 0,1 ms–10 s. Nur reiner 50/60-Hz-Wechselstrom und glatter Gleichstrom. AC-Schalttransienten im IT-System und ein unbekannter Phasenwinkel der Körperimpedanz erfordern eine separate Bewertung.

Der Gültigkeitsbereich der IT-Impulsäquivalenz beträgt 0,1–10 ms; eine vollständige 3τ-Entladung muss innerhalb der Berührungsdauer liegen. Kürzere, längere oder vorzeitig unterbrochene Impulse bleiben ausdrücklich unbewertet, während der stationäre Leckstrom separat bewertet wird. Auch ein RC-Impulsbereich innerhalb des Gültigkeitsbereichs ist nur eine Abschätzung für den angenommenen exponentiellen Anteil. Er begründet keinen gemeinsamen IEC-Wirkungsbereich für den überlagerten Impuls und Leckstrom. Die Vergleichstabelle zeigt den äquivalenten Stromeffektivwert des Impulses und 3τ, nicht dessen Spitzenstrom oder die Berührungsdauer.

Der vollständige lizenzierte Text von IEC 60479-1:2018 und IEC TS 60479-2:2017 stand für eine zeilenweise Überprüfung nicht zur Verfügung. Die Impedanzen wurden anhand frei zugänglicher ETSI/NHTSA/ASSP-Unterlagen und GOST R 70646.1-2023 gegengeprüft; Letztere ist ausdrücklich nicht gleichwertig mit IEC 60479-1. Die genauen Tabellen für mittlere und kleine Kontaktflächen von 2018, die grafischen Kurvenlagen der ursprünglichen IEC-Ausgabe und die Polaritätskorrekturen für kurze rechteckförmige Gleichstromimpulse sind anhand dieser Ausgaben weiterhin nicht verifiziert. Der rekonstruierte DC-Übergangsbereich verwendet unabhängig abgelesene Kurvenlagen aus einer veröffentlichten nationalen Norm, mit etwa 6 % grafischer Ablesetoleranz in den Referenzfällen. Die Impulsäquivalenz ist anhand durchgerechneter ITU-Beispiele verifiziert; der Anwendungsbereich der aktuellen IEC 60479-2:2019 bestätigt die Dauergrenzen und ersetzt die TS von 2017.

Grafische Kurvenanpassungen erlauben keine präzisen Auslöseeinstellungen. Untersuchen Sie mindestens 15 % Unsicherheit des Stroms; dies ist keine validierte Fehlergrenze. Prüfen Sie die Ergebnisse anhand der geltenden Norm. Das 30-mA-RCD-Beispiel folgt der zitierten unverzögerten AC-Grenzkurve des Herstellers und stellt keine aktuelle Bewertung der Normkonformität einer Anlage dar. Glatter Gleichstrom erfordert eine geeignete Erkennung und ein für DC bemessenes Ausschaltvermögen oder ein verifiziertes System, das gespeicherte Energie abbaut. Nach einer vorgeschalteten AC-Abschaltung kann der DC-Zwischenkreis geladen bleiben. Eine IT-Isolationsüberwachung garantiert weder eine Abschaltung noch eine ungefährliche kapazitive Berührung.

Alle RC-Integrationen und Äquivalenzumrechnungen erfolgen analytisch. Die Eingabe der Zeitkurvenstützpunkte bestimmt nur die Darstellungsauflösung; sie steuert keine Suche über klinische Zeitfenster und keine Zeitschrittberechnung mehr. Die Spannungsvariation verwendet standardmäßig 181 berechnete Punkte. Ladungsbilanz sowie Widerstands- und Leckstromgrenzen werden ohne transientes Zeitraster geprüft.