游泳池和喷水池灯具的防护要求

施晓红，陈超中

(上海时代之光照明电器检测有限公司，国家灯具质量监督检验中心，国家电光源质量监督检验中心(上海)，全国照明电器标准化技术委员会灯具分技术委员会，上海 201114)

1 引言

公共游泳池通常是为了游泳、跳水或水球运动和比赛而设置的，通常处于一个封闭的场所。为了增加水的透明度，表现人在水中的姿态，游泳池中会安装嵌入池壁的灯具，通常这种灯具不与水接触。游泳池底面和池壁光滑平整，水域中没有布线系统等电气装置。

喷水池以景观和装饰为目的，通常设置在开放性的公共区域。为了增加装饰效果，喷水池内通常安装与水接触的彩灯、喷水装置和一些配套的电气布线。与游泳池相比，喷水池是一个容易接近的水域，在夏天，儿童们在喷水池中嬉戏玩闹的场景是很常见，但由于池中可能存在较复杂的电气装置，与游泳池相比，喷水池的安全问题显得尤为重要。

游泳池、喷水池和戏水池等人要进入的人工水域中，可能安装着电动控制的喷水装置和装饰用的照明灯具，同时还存在着这些电气所需要的布线系统。

当人进入这些水域时皮肤可能是暴露的，当水中电气装置或附件绝缘故障发生漏电时，水、潮湿的人体、大地构成的回路容易发生触电事故，使人体受到触电的灭顶之灾。

我国的建筑电气的强制性标准按这些水域及周围的环境区域分类，对游泳池和其他水域内包括照明灯具在内的电气装置提出了安全防护的要求，我国的强制性灯具安全标准对游泳池和类似场所用灯具也提出的相应要求。

2 概述

2.1 适用标准

由于正常使用时人体电阻的降低和人体与地电位的接触，游泳池、喷水池和戏水池中触电危险性增加。

对于上述区域电气装置的防触电保护，我们国家有游泳池及类似场所和其他水池建筑物电器装置的要求，对于其中使用的灯具，也有相应的产品安全要求。详见表1。

2.2 一般防护要求

GB 16895.19—2002 对游泳池和类似场所和其他水池的防护要求主要包括与所在区域相关的电压要求，使用设备的数量、断电保护措施和对设备的外壳防护要求。详见表2。

0区、1区和2区的描述见表3。

表2 GB 16895.19—2002 对游泳池及类似场所和其他水池的防护要求Table 2 Protection requirements of GB 16895.19-2002 to swimming pools and similars

表3 0区、1区、2区的描述Table 3 Description for zones 0,1 and 2

0区、1区和2区的区域示例见图1、图2和图3。

图1 游泳池和划水池的区的尺寸(侧视图)Fig.1 Zone dimensions for swimming pools and paddling pools(side view)

图2 地面上方的水池的区的尺寸(侧视图)Fig.2 Zone dimensions for basin above ground level(side view)

图3 有至少 2.5m高的固定隔墙的区的尺寸(俯视图)的例子Fig.3 Examples of zone dimensions (top view) with fixed partitions of height at least 2.5m

3 人体接触电压的安全阈值的由来

3.1 人体总阻抗、人体内阻与皮肤阻抗的概念

人体总阻抗的定义是人体内阻抗与皮肤阻抗的矢量和(见图4)。人体内阻抗的定义是与人体两个部位相接触的二电极间的阻抗，不计皮肤阻抗。皮肤阻抗的定义是皮肤上的电极与皮下可导电组织之间的阻抗。

图4 人体阻抗ZI—内阻抗；ZS1、ZS2—皮肤阻抗；ZT—总阻抗Fig.4 Impedance of humance body

人体的阻抗值取决于许多因素，而且尤其是电流的路径、接触电压、电流的持续时间、频率、皮肤的潮湿程度、接触的表面面积、施加的压力和温度。

3.2 潮湿程度分类

潮湿程度分为干燥条件、水湿润条件和盐水湿润条件三种。

干燥条件的定义是活人在正常室内环境条件下休息时，皮肤接触表面积的湿度的条件。

水湿润条件的定义是浸入于市政供水(平均电阻率ρ=3500Ωcm，pH=7～9)中1min，皮肤接触表面积的条件。

盐水湿润条件的定义是浸入于3%NaCl(氯化钠)的水溶液(平均电阻率ρ=30Ωcm，pH=7～9)中1min，接触表面积皮肤的条件。注：假设盐水湿润条件模拟在海水中游泳或浸没后的人的皮肤条件，还有进一步调查研究的必要。

3.3 人体总阻抗与接触电压的关系

人体总阻抗随潮湿程度、接触面积、路径、频率和接触电压的变化关系见图5。

图5 干燥、水湿润和盐水湿润条件、大的接触表面积、电流路径为手到手、50Hz/60Hz交流接触电压UT为25V至700V、50%被测对象的人体总阻抗ZT(50%)

3.4 交流电流的心室纤维性颤动阈值

电流是危及人体生命的直接因素，电流的人体效应的严重程度与通过人体的电流大小呈正相关性。电流通过人体时，对人体产生的效应(多是伤害)的严重程度与通过人体的电流大小、持续时间、路径、电流的种类以及人体的健康状况等多种因素有关，而各因素之间，特别是电流的大小、通电时间之间有着十分密切的关系。电流路径为左手到双脚的交流电流(15Hz～100Hz)对人效应的约定的时间/电流区域见图6。

图6 电流路径为左手到双脚的交流电流(15Hz～100Hz)对人效应的约定的时间/电流区域(说明见表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)

图6中所标区域所对应的生理效应的简要说明见表4。

电流通过人体时的效应有感知、反应、摆托、心室纤维性颤动。心室纤维性颤动是指心脏在人体电流的作用下，出现每分钟上千次的小幅抖动，而非正常的有力搏动，因此也就失去正常的供血功能。心室纤维性颤动是致命的。

电流通过人体时的效应不仅与电流一时间关系密切关联，还与电流及其路径关系紧密。特别是在发生心室纤维性颤动时与电流的途径有着密不可分的关系。由图6和表4可知，电流50mA与5000ms的交叉点落在C1-C2之间的AC-4.1，AC-4.1表明只有5%人会发生心室纤维性颤动，而95%人不会发生心室纤维性颤动，50mA可作为频率范围在15Hz～100Hz时左手到双脚通路的心室纤维性颤动阈值，从一般选择安全界限的原则来看，50mA可视作为流过人体躯干的纵向电流安全阈值(从手到脚)。

可以用心脏电流系数(F)计算除左手到双脚以外的电流通路以外的电流Ih，此电流与图6中的左手到双脚的Iref，具有同样心室纤维性颤动的危险。

表4 单手到双脚的通路、交流15Hz至100Hz的时间/电流区域(图6区域的简要说明)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——图6中路径为左手到双脚的人体电流；

Ih——表5中各路径的人体电流；

F——表5中的心脏电流系数。

注：心脏电流系数被认为只是作为各种电流路径心室纤维性颤动相对危险的大致估算。

心脏电流系数的定义是电流通过某一路径在心脏中所产生的电场强度(电流密度)与该等量接触电流通过左手到双脚时在心脏内产生的电场强度(电流密度)之比。

不同电流路径的心脏电流系数列于表5。应用心脏电流系数可算出某一路径的人体心室纤维性颤动电流Ih。下面举例公式1与表5的应用：由表5可知，对于左手到右手的电流路径，心脏电流系数为0.4，通过左手到右手电流路径的电流Ih200mA引起心室纤维性颤动的危险性与电流路径左手到单或双脚电流路径的电流80mA(Iref=Ih×F=200×0.4=80mA)危险性相同。由此看出，心脏电流系数F越大，该电流路径的心室纤维性颤动的危险性亦越大，如胸膛至左手、胸膛至右、双手至双脚等也都是很危险的电流路径。

3.5 人体接触电压的安全阈值

由图5可知，人体总阻抗是随着接触电压不同而不同的一个变量。人体总阻抗取值较小，在同样情况下计算出的通过人体电流就越大，据此给出的评价结果就越安全。当然，人体电阻也不是取得越小越好，这样会对防护措施提出过高的要求，从而使评价结果失去意义。科学合理选取人体总阻抗应考虑两个方面，一是直接影响人体总阻抗的各种因素，二是人体总阻抗个体差异形成的统计分布结果。50Hz/60Hz的人体总阻抗值在更高频率时由于皮肤电容的影响下降。

表5 不同电流路径的心脏电流系数FTable 5 Heart-current factor F for different current paths

干燥条件、大的接触表面、50Hz/60Hz交流、电流路径为手到脚、被测对象的95%的人体总阻抗渐进值为1000Ω。

a) 在干燥条件、大的接触表面、50Hz/60Hz交流、电流路径为手到脚、被测对象的95%条件下的人体接触电压的安全阈值：

干燥条件下人体接触电压的安全阈值=人体电流安全阈值×干燥条件下人体总阻抗=50mA×1000Ω=50V。

b) 在潮湿环境条件、大的接触表面、50Hz/60Hz交流、电流路径为手到脚、被测对象的95%条件下的人体接触电压的安全阈值：

人在潮湿环境下，人体电阻会降低，假定在干燥条件下人体总阻抗为100%，在水湿润条件下人体总阻抗为干燥条件下人体总阻抗50%；

潮湿环境下人体接触电压的安全阈值=人体电流安全阈值×潮湿环境下人体总阻抗=50mA×500Ω=25V≈24V。

c) 在盐水湿润环境条件、大的接触表面、50Hz/60Hz交流、电流路径为手到脚、被测对象的95%条件下的人体接触电压的安全阈值：

假定在干燥条件下人体总阻抗为100%，在盐水湿润条件下人体总阻抗，为水湿润条件下人体总阻抗50%，即为干燥条件下人体总阻抗25%。那么，在盐水湿润条件，人体总阻抗则为250Ω，盐水湿润环境下人体接触电压的安全阈值=人体电流安全阈值×盐水湿润环境下人体总阻抗=50mA×250Ω=12.5V≈12V。

由于盐水湿润环境更适用于游泳池和喷水池，因此，游泳池和喷水池灯具的使用电压被限于12 V a.c。

4 标准对灯具的要求

4.1 GB 16895.19—2002的通用防护要求

从表2可以看到，GB 16895.19—2002对灯具的防护要求如下：

0区：使用的灯具的防护要求是电源电压和工作电压不超过12Va.c.或30Vd.c.，外壳防护等级达到IPX8。

1区：使用的灯具的防护要求是电源电压和工作电压不超过12Va.c.或30Vd.c.，外壳防护等级达到IPX5，平时不用水冲洗的池IP54。

2区：使用的灯具的防护要求是电源电压和工作电压不超过50Va.c.或120Vd.c.，而且配有≤30mA的RCD的自动切断电源措施，外壳防护等级室内场所IPX2、室外场所IPX4、局部喷水请洗IPX5。

4.2 GB 16895.19—2002的特殊防护要求

对于游泳池内的照明灯具，GB 16895.19—2002的特殊要求包括：

(1)使用时人要进入的0区和1区内只可安装固定式灯具；

(2)位于水密的观察窗后面并从其后照射的水下照明灯具，其安装要做到照明器具及其附件的任何外露导电部分和观察窗的任何导电部分之间不会发生有意或无意的导电连通。

(3)应符合IEC 60598—2—18的规定。

4.3 GB 7000.218—2008的安全要求

GB 7000.218—2008规定了游泳池和类似场所用灯具的安全要求，标准中关于灯具分类的要求是非常重要的。

(1)防触电保护类型

灯具应为防触电保护的Ⅲ类灯具，其外部和内部线路的工作电压应不超过12V(新标准细化为12V a.c.或30 V d.c.)。

(2)灯具的防尘和防水类别

•灯具与池、槽的水接触的那部分分类应为加压水密型(IPX8)；

•灯具与池、槽的水不接触的那部分分类应至少为防尘和防溅型(IP54)。

(3)灯具按安装方式、光源更换和电源连接形式

•A类：电源连接和更换光源在灯具不与水接触的侧面进行。

•B类：部分或全部抽干池内的水后，从灯具与水接触的一侧更换光源。

•C类：从水中取出整个灯具后更换光源。

5 对其他电气装置的要求

当然游泳池、喷水池和相关水域的安全是个系统问题，不仅与灯具有关，也与存在的其他电气装置有关，除了要符合表2的通用要求以外，对于布线系统、接线盒、以及开关和控制装置等的安置，GB 16895.19和相应的IEC标准最新版都有相关的规定：

5.1 开关、控制装置或插座

•在0区和1区内不能安装开关、控制装置或电源插座。

不可能在1区之外安装电源插座和开关的小泳池，允许在1区内安装有非金属罩的插座和开关，在电源插座和开关应在0区外缘起伸臂范围(1.25m)以外，且应高出地面0.3m，此外，还应采取SELV或自动断电或电气隔离的保护措施。

•在2区，安装开关、控制装置或电源插座，但电源回路要满足SELV或自动断电或电气隔离的要求。

5.2 接线盒

•在0区，不能安装接线盒。

•在1区，只能有SELV的接线盒。

5.3 布线系统

(1)通用要求

•在0区、1区和2区的布线系统应无可触及的金属遮盖物，不可触及的金属遮盖物应连接到附加的等电位连接件。该区域内布线系统应仅限于为该区域供电所必须的；

•0区、1区的布线系统应仅限于只向该区域内设备供电的线路。

(2)喷水池布线的补充要求

•0区内电气设备的电缆应尽量远离水池的边缘，在水池内的线路应尽量以最短的路径接到设备上，电缆应敷设在导管中以便于换线。

•1区内电缆的敷设应有适合的机械保护，布线用的电缆应使用66IEC 245或与其性能等效的电缆，厂家还应表明该电缆与水永久接触的适宜性。

[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB 7000.218—2008 灯具 第2—18部分:特殊要求 游泳池和类似场所灯具[S].北京：中国标准出版社，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] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 7000.1—2007 灯具 第1部分:一般要求与试验[S].北京：中国标准出版社，2002.

[4] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. GB16895.19—2002 建筑物电气装置 第7部分:特殊装置或场所的要求 第702节:游泳池和其他水池[S].北京：中国标准出版社，2009.

[5] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T 13870.1—2008电流对人和家畜的效应 第1部分:通用部分[S].北京：中国标准出版社，2009.

[6] 国家技术监督局.GB/T 13870.2—1997电流通过人体的效应 第二部分:特殊情况[S].北京：中国标准出版社，1998.

[7] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T 13870.3—2003电流对人和家畜的效应 第3部分: 电流通过家畜躯体的效应[S].北京：中国标准出版社，2003.

[8] 赵秋生.从人体电流效应解读人体触电的安全阈值[J].安全科学技术，2012年第5期.

[9] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 12113—2003接触电流和保护导体电流的测量方法[S].北京：中国标准出版社，2004.