Underwriters Laboratoriesは安全分野の基礎研究を行い、その結果を一連の “Bulletins of Research “として発表している。 火災、爆発、感電に関連した少なくとも58の公報が発行された。 その中の「電気柵に係る感電について」は、製品安全の分野では古典的な文献である。 この調査は、1936年から1939年にかけて、ULのアシスタント・エレクトリック・エンジニアであったバロン・ウィテカー（Baron Whitaker）が実施しました。 ウィテカーは、最終的にULの社長に就任しました。 このUL Bulletin of Research on the Electric Fenceには、電気フェンス以外にも応用できる情報が多く含まれています。
INTRODUCTION
ウィテカーは、電気柵について説明し、その研究を紹介しています。 “今日、地方における電気の最も新しく斬新な応用のひとつは、電気柵である。 物理的には，電気柵は従来の有刺鉄線や編組線の柵とは異なり，より単純な構造（通常は1本のワイヤー）で，従来のタイプのような機械的強度や安定性は必要ありません。 また、機能面では、強さや痛みではなく、恐怖によって動物をコントロールする点が異なる。 電気柵は、柵線と、柵線に電気エネルギーを供給する電気制御装置の2つから構成されている」
PURPOSE AND CONDITIONS
ウィテカーは電気ショックによる負傷と電気ショックによる死亡の両方を含む電気柵事故報告書を研究している。 その結果、彼は電気柵は2歳の子供にとって安全であるべきだと述べ、「…裸足で、水たまりや泥の中に立ち、濡れた、あるいは汗ばんだ両手で電線を渡ったり掴んだりすること。)
これらの条件下で、ウィテカーは「人命に危険を及ぼさないと考えられる」交流と直流の両方の電流の最大値、周波数、および継続時間を決定したかったのです。「
ウィテカーは以下の値を決定することを引き受けた。
- 身体電気抵抗
- 安全な開路電圧
- 直流、断続直流、交流の影響
- 安全な開路電圧
- 人体に障害を与えない最大電流と時間
- 最小オフ時間
安全な開路電圧
感電の性質
ウィテカーは電気エネルギーによる死因をさまざまに調査した。 彼は5つの異なった原因を発見しました。
- 呼吸筋の麻痺による窒息死
- 電流通過時の血圧上昇による出血
- 心室細動による心不全
- 呼吸不全
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- 皮膚や肉の火傷、それに伴う合併症
ウィテカーの研究は、これらの傷害のうち一つ以上を予防する方向であった。 彼は、今日の製品のように感覚の防止や反射的な動作の防止を扱っていたわけではありません。 さらに、電気柵メーカーは、効果的な柵は筋肉の収縮を引き起こすのに十分な電流を供給する必要があり、「オフ」の期間はできるだけ短くすべきだと主張していた。
BODY ELECTRICAL RESISTANCE
ウィテカーは、「電気柵コントローラの安全動作特性を確立するために必要なことは、電気を通す人体についての考察である」と述べて、身体抵抗に関する検討を開始した。 ウィテカーは「外皮が…最も大きな抵抗を提供し…」、フェンス・コントローラの高電圧が皮膚の抵抗を破壊すると主張しています。 しかし、ウィテカー氏は、皮膚抵抗を「破壊」するために、高電圧を無制限にかけることはできない。
Whitaker の実験装置は、12ボルトの直流電源（乾電池）、ポテンショメーター、電圧計、電流計から構成されていた。 手の電極はAWGの10番線を使用した。 足電極は14インチ角の銅板である。 電位差計は大人用5ミリアンペア、子供用1ミリアンペアに調整した。 3109>
ウィテカーは大人40人、子供47人(3歳から15歳)を測定した。 彼は、大人については、”個人の身体抵抗と性別、年齢、身長、体重との間には傾向も関係もない “ということを発見したのです。 図1と図2に、ウィテカーのさまざまな測定値のヒストグラムを掲載しました。
図1
図2
このデータから、「電気フェンスの応用に関連して考慮すべき最も低い身体抵抗は500Ω未満ではないであろう」という結論を出している。「
（後の研究紀要で、この同じデータを使って、カール・ガイゲスが悪名高い漏れ電流計を開発しています。
VOLTAGE
ウィテカーは電圧に関して次の2つの要素を決定する必要があった：
- 出力電流が制限されている場合、開路電圧の制御は必要か
- 出力電流に制限がない場合の最大開路電圧は？
ウィテカーは、（出力電流が制限されていない電圧源からの）最大安全電圧は、人体に損傷を与えず、個人がフェンスから自由になることができる電圧であると判断した
ウィテカーは、1930年にULのスタッフに対して行った一連のテストを報告しており、ついでに個人が耐えうる電圧、それでも筋肉の随伴制御ができる電圧を記録している。 このデータから、最低電圧は20ボルトrmsであった。
また、WitakerはInternational Harvester Co.によるテストについて報告しており、電圧は水の入ったバケツと被験者が持つ手の電極に接続されていた。 そして、被験者はバケツの中に浸された物体を取り出すように要求された。 3109>
Whitaker は、「装置に固有の電流制限機能が組み込まれていれば、開回路電圧は制限される必要はない」と結論づけている。 これは、12ボルト以下の電位が、筋肉制御の欠如や身体的損傷を引き起こすような強度の電流を身体に流すのに十分な皮膚抵抗の破壊を引き起こすことはほとんどないという理論に基づくものである。「
周波数
ウィテカーは、「直流電流の物理的効果における交流との主な違いは、直流電流は交流電流に関連する程度まで筋肉の収縮を引き起こさないということである」と報告している。
それにもかかわらず、Whitakerは「採用された周波数にかかわらず、…より大きな値の電流を許可する根拠は現在ない」と結論付けている。
CURRENT Whitakerが最大電圧を求めた同じデータおよび他のデータから、個人が筋肉の自発的制御を維持する最小値と最大値はそれぞれ約6ミリアンペアと20ミリアンペアであると判断している。
また、Whitakerは犬と羊の細動電流テストの結果も研究した。これらの動物の心臓は刺激に対して人間と同じ反応を示すと考えられたからである。 羊の試験結果から、また羊の体重と心臓の重さが人間とほぼ同じであることから、細動電流の最小値は体重と心臓の重さに正比例すると判断された
さらに羊の試験データを調べたところ、細動はショック発生時の心周期の位相とショック時間の関数であることがわかった。 Whitaker は、0.1 秒間のショックで細動を起こすには、3 秒間のショックの 10 倍の電流が必要であることを発見しました。 そして、Whitaker はこの曲線の最小値が人間を表すと仮定しました。 Whitaker はさらに、ショック時間が心周期に対して同じ割合であり、ショックが心周期の同じ時点で開始される場合、異なる体重と心臓の重さに対する最小細動電流は一定の比率であると仮定した
これらの仮定とデータを使用して、体重 125 ポンドの場合の最小 3 秒細動電流は 126 ミリアンペア、体重 20 ポンドの場合は 31 ミリアンペアであると判定した。 (20 ポンドは 2 歳児の平均体重とされています。)
これらの数字を使用して、Whitaker は体重 20 および 125 ポンドの最小細動電流の比率 31:126 を決定しました。
この比率を使用して、完全心拍の時間の割合、体重、心臓重量を考慮して、Whitaker は「2 歳児の接触時間と最小細動電流の派生曲線」を作成することができました。 この曲線は長方形の双曲線に近似していた。 図3
Figure 3
次に、Whitakerは最大電流を65ミリアンペア、最大出力を4ミリアンペア・秒、最大オン期間を0.2秒に任意に設定しました。 この「接触時間-許容電流」曲線は、最小細動電流曲線より6分の1も小さいものであった。
Figure 4
Whitaker は次のように結論付けた：
- 最大安全連続電流は5ミリアンペア、
- あらゆる電流の最大継続時間は4ミリアンペア秒のカーブを超えてはならない。
OFF PERIOD
Whitakerの研究当時、フェンス制御装置は約1秒間隔で連続的にショックを与えていた。
ULは、突然電圧を印加し、解放するまでの時間を記録する試験を行いました。 このテストは「不随意」反応とみなされた。 ウィテカーは、感覚を知覚する時間は刺激の強さに反比例することを指摘した
ウィテカーは、他の反応時間テストも研究した。 この他のテストデータのほとんどは、触覚、視覚、聴覚などの刺激に対する「随意的」な反応に関するものであった。 また、直流に伴う筋収縮は被害者を車掌から投げ飛ばす傾向があり、交流に伴う筋収縮は被害者を離すことができない傾向があることにも着目している。
FRIGHT
Whitaker はまた、「安全な」フェンスに不用意に接触して生じる恐怖が、心臓に悪影響を与えたり、細動を誘発したりしないかを調査した。 彼が相談した医学界の権威は、そのような事態を予測することはできませんでした。 ある権威者は、そのような弱い衝撃は恐怖も驚きも引き起こすことはできないとまで言いました
私は、ウィテカーの研究から学ぶべき教訓がいくつかあることを提案します。 まず、ウィテカーは規格への適合性よりも、電気ショックによるさまざまな傷害に注目した。 もちろん、当時は規格などありませんでした。 今日、私たちは新しい安全状況を分析するとき、傷害よりも規格を参照して行うようです。
第二に、Whitakerは多くの測定を行いましたが、見つかった最小、最悪の場合の値しか使いませんでした。 このような悲観的な考え方は、安全の分野では本当に必要なことです。 私たちはあまりにも多くの場合、ワーストケースの値ではなく、確率や正規分布を使う傾向があると思います。
第三に、ウィテカーは特に人間を表す動物に関して、多くの仮定と任意の決定をしています。 私は、Whitakerが提示した値は正確ではないことを念頭に置く必要があることを提案します。 安全性の分野で私たちが使っている他の多くの値も同様に不正確なのですが、私たちはそれを正確であるかのように扱っているのです。 同僚のJ. F. Kalbachは、かつてある曲線がどのように開発されたかを表すために、「Bunch Of Guys Sitting Around Talking」という意味のBOGSATという造語を作りました。 この曲線には、工学的、物理的な根拠はなかった。 完全に恣意的です。 私たちの安全基準には、BOGSATのプロセスから得た要件があまりにも多く含まれていることを指摘したいと思います。
ACKNOWLEDGMENTS
ETL Testing Laboratories の Jim Pierce は、この UL Bulletin のコピーを私の机に置き、私が読んだかどうかを尋ねてきました。 私は何年も前にこの公報を見て読んだことがあったので、そのコピーは何か月も机の上に置いてありました。 結局、私はそれを手に取り、読み始めました。 その時、私はこの作品に感銘を受け、皆さんにレビューしてみようと思ったのです。
また、製品安全コンサルタントのヘンリー・ジョーンズが電気フェンスについてコメントしてくれたことに感謝したいです。 また、身体抵抗のヒストグラムを作成してくれたヒューレット・パッカード社のティム・クレイマーにも感謝します。
Richard Nute は、安全設計、安全製造、安全認証、安全基準、法医学調査に従事する製品安全コンサルタントです。
写真： Tomás Fano 