電氣安全第3章(1)

1、第三章 電擊防護 第一節(jié) 電流通過人體產(chǎn)生的效應 第二節(jié) 電氣設備及裝置的電擊防護措施 第三節(jié) 低壓系統(tǒng)自身的電擊防護性能分析 第四節(jié) 低壓系統(tǒng)上專門的電擊防護措施 第五節(jié) 作業(yè)場所的電擊防護措施 第六節(jié) 電擊防護措施的綜合應用示例 第七節(jié) 間接電擊防護工程設計計算 本章重點討論以下問題。 1、人體對低壓工頻交流電的承受能力。 2、電擊產(chǎn)生的途徑與強度計算。 3、工程上常用的電擊防護措施。 4、工程設計中電擊防護措施的綜合應用。第一節(jié) 電流通過人體的效應 一、電擊形式 1、直接電擊 人或動物觸及到正常工作時帶電的導體所產(chǎn)生的電擊。 特點：電擊強度為線電壓或相電壓。 2、間接電擊 人或動物觸及到

2、正常工作時本不帶電、但卻因故異常帶電的導體所產(chǎn)生的電擊。 特點：點擊強度差異很大，多因故障產(chǎn)生。 二、電流通過人體時的生理反映 （1）反應閾。0.5mA。 （2）感知閾。以50概率計，男：1.1mA；女：0.7mA。 （3）擺脫閾。以50概率計，男：16mA；女：10.5mA。 （4）室顫閾。是電流持續(xù)時間的函數(shù)，最低值50mA。 大于室顫閾的電流被認為是致命的。 三、工程標準 主要確定室顫電流與時間的關系。 （1）達爾基爾公式。認為室顫危險性與電擊能量累積有關，在電流持續(xù)時間0.015s內： I 2t=KD KD 達爾基爾常數(shù)，取值1162mA2s。 （2）柯賓公式。認為室顫危險性與電流時間

3、積相關，在電流持續(xù)時間1s以內： I t=KK KK 柯賓常數(shù)，取值50mAs。 （3）電流-時間分區(qū)圖/表（IEC及GB）。0.10.20.51251020501002005001000 20005000 1000010205010020050010002000500010000AC-1AC-2AC-3AC-4abc1c23cAC-4-1AC-4-2AC-4-3電流持續(xù)的時間msmAL通過人體的電流BtI15100HZ正弦交流電的時間-電流效應區(qū)域的劃分2000100.20.1電流持續(xù)的時間2010050500200100010.552通過人體的電流201010050500200200010

4、00100005000mA500010000達爾基爾界限柯賓界限乘以安全系數(shù)后的柯賓界限高靈敏度型柯賓和達爾基爾界限（交流50或60HZ) 四、人體阻抗與安全電壓ZP1iZP2ZTZ人體阻抗的等效電路P1，ZP2-皮膚阻抗Zi-體內阻抗；ZZT-人體總阻抗V接觸電壓人體總阻抗95%50%5%10020030040050060070050010001500200025003000350040004500500055006000人體阻抗為阻、容性人體電阻為電壓的函數(shù)還與接觸面積、壓力等有關 由以上曲線換算出接觸電壓與允許接觸時間的關系。 結論：正常環(huán)境條件下，人體阻抗取1000（近似純阻性）；工頻

5、安全電壓取50V。 一般潮濕環(huán)境下工頻安全電壓取25V。 其他特殊環(huán)境條件下安全電壓取值應非常謹慎。101020205010020010000200050010005000500100502001000L21L接觸電壓人體允許最大通電時間 (ms)(V)不同接觸電壓下人體允許最大通電時間第二節(jié) 設備及裝置的電擊防護措施 是根本性措施，預防性措施。主要防直接電擊。 基本思想：消除接觸到帶電導體的可能性。 具體技術手段：絕緣、屏護與間距三種。 設備（equipment，device）：工廠生產(chǎn)的具備特定功能的完整單元，作為整體提供給用戶。 裝置（installation）：一系列相關設備及零、部件

6、組合而成的整體，具備更完整、復雜的功能。一般在工作現(xiàn)場組裝完成，也不排除在工廠（部分）組裝。 一、用電設備按電擊防護方式的分類 1、分類所考慮的因素 絕緣、外殼上提供的保護可能、電壓值。 （1）絕緣的作用 1）工作絕緣：防止不同電位導體間發(fā)生電氣接觸，保證設備正常工作，又稱功能性絕緣。如三相設備的相間絕緣。 2）保護絕緣：防止發(fā)生電擊。 保護絕緣失效是發(fā)生間接電擊的主要原因。保護絕緣失效的直接結果是設備外露可導電部分帶電，因此常將其稱為“碰殼”故障。 （2）外殼上提供的保護可能。指金屬外殼上是否預置電氣連接環(huán)節(jié)，以使外殼可以與地、固定布線系統(tǒng)或別的設備、設備外導電部分等進行電氣連接，作為電擊防

7、護用。 預置的電氣連接環(huán)節(jié)一般是一個PE接線端子，或引出的一根一端已與外殼相連的PE線。該PE線通常與電源線（相線、中性線）一同引出。 （3）設備額定電壓?？梢允褂玫偷念~定電壓來換取電擊防護安全性，前提是固定布線系統(tǒng)（即工作場所的電網(wǎng)）能夠提供這種低電壓。 2、按電擊防護方式劃分的四類設備 0類設備：僅依靠基本絕緣作電擊防護的設備。外殼上無保護連接環(huán)節(jié)。 I類設備：具有基本絕緣、且金屬外殼上提供保護連接環(huán)節(jié)的設備。 II類設備：采用雙重絕緣或加強絕緣的設備。外殼上無保護連接環(huán)節(jié)。 III類設備：由安全特低電壓供電的設備。 3、設備分類與電擊防護的關系 （1）0類設備現(xiàn)只能用于非導電場所。 （2

8、）I類設備用于正常電壓供電的TT、TN、IT系統(tǒng)，不僅靠設備本身提供電擊防護，一旦發(fā)生碰殼漏電，還可通過系統(tǒng)進行間接電擊防護。 （3）II類設備用于正常電壓供電的系統(tǒng)，完全靠設備自身進行電擊防護。從工程角度看，不考慮該類設備發(fā)生絕緣損壞的可能。 （4）III類設備用于特低電壓（ELV）系統(tǒng)，若滿足一系列的相關條件，即可不考慮電擊發(fā)生的可能。本段小結 二、電氣設備外殼防護等級 1、外殼防護的形式、代號與等級 （1）外殼。指屬于電氣設備組成部分并界定設備空間范圍的殼體。 在裝置現(xiàn)場設置的柵欄、圍護等不能稱作外殼。 （2）外殼防護。指設備外殼對固體異物和水進入其內部的防范作用，這些作用完全由外殼的機

9、械結構所決定。 （3）外殼防護的作用。 A：防固體異物、塵埃、水等進入設備,造成設備損壞。 B：防人體手、頭等部位進入設備造成機械傷害或電擊傷害。 2、外殼防護等級的代號及劃分 第一種防護形式：防止人體觸及或接近殼內帶電部分及觸及運動部件，防止固體異物進入外殼內部。 第二種防護形式：防止水進入外殼內部。 （1）外殼防護的表征方式 用IPXX來表示。 IP表征字母； XX表征數(shù)字，第一位表示第一種防護方式等級，第二位表示第二種防護方式等級。 （2）外殼防護等級 將第一種防護方式分為06級，數(shù)字越大，能防止進入的固體異物尺寸越小，防護越嚴密。 將第二種防護方式分為08級。數(shù)字越大，對水的防護越嚴密

10、，最高可防潛水影響。 例：IP20防護的外殼，可防止大于12mm的固體異物進入，但不防水。 3、外殼防護等級與電擊防護的關系 起防止直接電擊的作用。 對其他一些有害因素的防范，外殼可能作為措施之一考慮進去，但不是唯一措施，這些情況不屬于此處外殼防護討論的問題 4、外殼防護的IK等級（知識拓展，國內尚未有專門規(guī)范） 防各種方向機械沖擊的等級，也與電氣安全有關。 三、屏護 屏護是通過機械隔離來防止直接電擊的技術措施，主要用于工作場所不便于絕緣的電氣裝置。包括阻隔和障礙兩種方法。 （1）阻隔（屏蔽）。防止無意或有意（一定程度上）接近帶電導體而產(chǎn)生電擊危險。 技術要求：有足夠的機械強度；防火；金屬阻隔

11、須接地；開孔者根據(jù)孔的大小，靠帶電側應有足夠的安全凈距。 常見如金屬擋板、網(wǎng)眼遮攔等。 （2）障礙。只能防止無意識接近帶電導體的行為，一般只用于專業(yè)場所。 常見如柵欄等。 從法律角度看，阻隔和障礙有明顯的差異。在非專業(yè)場所，僅靠障礙（包括警示標志）防護，不能規(guī)避事故責任。尤其是對行為能力受限的人，如幼兒、殘障人等，可能出現(xiàn)有意識地越過障礙物接觸到帶電導體的行為。 四、間距 通過保持帶不同電位導體間足夠的空間距離，使人不能同時觸碰帶不同電位的導體，從而避免電擊。第1帶電部件第2帶電部件或外界導電部件距離2.5m2.5m帶電部件大地電位絕緣地板=2.5mr=1.25mr0.75mr=1.25m站立

12、面站立面 足夠的空間距離一般情況下為2.5m，系指人的伸臂長度加上一定的安全裕量。但對于站立面以下的空間，伸臂距離有所變化。第三節(jié) 低壓系統(tǒng)自身的電擊防護性能分析 指TT、TN、IT系統(tǒng)在沒有附加其他專門電擊防護措施的情況下，對電擊事故的防護能力。 均無直接電擊防護功能，只對I類設備因碰殼故障產(chǎn)生的間接電擊有防護作用，防護途徑為： （1）降低接觸電壓； （2）切斷電源。 約定：按正常環(huán)境條件，安全電壓UL=50V 、人體阻抗RM=1000 分析。 一、低壓系統(tǒng)接地故障 1、接地故障定義 相導體與大地或與大地有聯(lián)系的導體之間的非正常電氣連接，稱為接地故障。如：相線與接地的PE線、PEN線、建筑物

13、金屬構件的電氣連接，相線跌落大地等。 2、接地故障與電擊事故的關系 對電擊防護I類用電設備而言，在TT、TN、IT系統(tǒng)中，設備外殼都通過PE線與大地相連，設備相導體碰殼（漏電）故障即相導體與PE線電氣連接，因此均為接地故障。 大多數(shù)直接電擊也可看成是接地故障，相導體通過人體阻抗接地。 3、接地故障與單相短路故障的異同 是按兩種標準對故障進行的不同分類。 （1）TT、TN、IT系統(tǒng)中，相線與中性線（如果有的話）間的金屬性連接均為單相短路故障，但只有TT和TN系統(tǒng)中同時又是接地故障。 （2）TT、TN、IT系統(tǒng)中，相線與PE線間的金屬性連接均為接地故障，但只有TN系統(tǒng)中同時又是單相短路故障。 二、

14、TT系統(tǒng)的電擊防護分析 URRRUNEEt 設備外殼上預期接觸電壓：系統(tǒng)接地電阻與設備接地電阻對相電壓分壓，設備接地電阻所分得的部分ERNRUb)dIFUZLZTNRREE（地電位點）NEa)NFUNNL3L2L1LUttUffWVUU地上地下dIE故障模型與等效電路故障模型與等效電路 （一）原理分析 1、降低接觸電壓分析 對220/380V系統(tǒng)：按RN=4計算，若RE=4，則設備外殼上的預期接觸電壓Ut=110V。 要使設備外殼上的預期接觸電壓Ut50V，計算得設備接地電阻RE不能超過1.18。 工程上，要將RE做到4以下是非常困難的，做到1.18基本上不可能。 因此，TT系統(tǒng)有降低碰殼故障

15、預期接觸電壓的作用，但通常不能將其降低到安全電壓以下。URRRUNEEt 2、自動切斷電源分析 TT系統(tǒng)為保證系統(tǒng)自身安全，必須設置過電流保護（如熔斷器、低壓斷路器等）。碰殼（也即接地）故障電流Id能否驅動過電流保護電器在規(guī)定時間內動作，通過切斷電源來保證安全呢？假設RN、RE均為4，則）（A5 .2744220NEdRRUI如此小的電流在絕大多數(shù)情況下都不能使過電流保護電器動作。因此： TT系統(tǒng)基本不可能靠切斷電源保證安全。 （二）相關問題 1、中性點對地電壓偏移問題ERNRUb)dIFUZLZTNRREE（地電位點）NEa)NFUNNL3L2L1LUttUffWVUU地上地下dIEURRR

16、UNENNE UNE即系統(tǒng)中性點對地電位點電壓。三個后果： （1）N線帶較高對地電壓； （2）系統(tǒng)接地點附近跨步電壓； （3）各相對地電壓變化，有的高于相電壓。UVWfUEULL1L2L3NNFUNERNREVNEUUUNUEUNEUWEUVEUWWNUUVNENEUWEUUVEId170V50V220V310V120中性點對地電壓接地相對地電壓非接地相對地電壓以故障設備外殼對地電壓為50V作為示例的相量圖 2、TT、TN系統(tǒng)混用的危險WN1FUERVUERNNPENL3L2L12FUVUWNNU3FUPEPETT設備碰殼，其他設備碰殼，其他設備外殼全部帶電設備外殼全部帶電 三、TN系統(tǒng)的電擊

17、防護分析)1(kPELTdIZZZUI接地故障電流為：FUNNL1L2L3PENLRNdI地下地上fUtNE（地電位點）RNTZLZFUIdUfPEZtUEdIIdUVWURN上無電流、無壓降！上無電流、無壓降！故障模型與等效電路故障模型與等效電路 （一）原理分析 1、降低接觸電壓分析UZZZUZZZZZIUU|/ )(11|PETLTLPEPEPEdfEt PE線阻抗不可能小于相線阻抗（why?），故Ut不會小于相電壓的一半，因此： TN系統(tǒng)有降低碰殼故障預期接觸電壓的作用，但通常不可能將其降低到安全電壓以內。 2、自動切斷電源分析 （1）接地故障電流性質分析。TN系統(tǒng)相端子碰殼接地故障電流

18、即相保單相短路電流，按系統(tǒng)過電流保護設計要求，過流保護電器（QF或FU）應能靈敏地感知故障并可靠切斷。 （2）切斷時間分析。電擊防護有確定的切斷時間要求，如TN系統(tǒng)典型值為0.4s。但過電流保護切斷時間是按熱穩(wěn)定要求制定的，不一定滿足電擊防護要求。按熱穩(wěn)定要求的切斷時間為：(3)maxk22k ISCt 因此，TN系統(tǒng)有可能靠切斷電源進行電擊防護，關鍵是切斷時間是否滿足要求。 （二）TN-C系統(tǒng)相關問題PEN線對地電壓0VN220VN斷線點PEPENPENLU2FU （1）正常時設備外殼帶電。（不平衡電流，3n次諧波電流。 （2）PEN線斷線后，斷點后所有設備外殼帶相電壓，非常危險。采用重復接

19、地可一定程度上抑制電壓值。1、正常運行分析UUEUUVVEUUWWEUU240CW120CVUUECUjjeIeIUCjUCjI 中性點（N點）電位等于地（E點）電位。why？因此：三相對地電容電流之和等于零，即互為回路。0NEU 四、IT系統(tǒng)間接電擊防護性能分析（一）原理分析WL1L2L3ICUICVICWUVEERNUUUVUW 正常工作時，中性點為地電位，各相對地電壓為相電壓，三相對地電容電流之和等于零。=VEWE=UECWCVCUCUCVCWCVCUWVU0CW 2、碰殼接地故障分析 流過碰殼設備的故障電流為接地故障電流，其量值為非故障相對地電容電流之和，量值很小。L1L2L3RtRE

20、ICUICVICWENICWVU0CVIICWI =CWICCVIVEWEUUNEUNUUUVNUEUUWN-UN0UVEWEUCVIICWCIU 1）故障相U相對地電壓降為0V； 2）非故障相V相、W相對地電壓升高為線壓； 3）非故障相對地電容電流從碰殼接地點流入系統(tǒng)，其量值為正常時每相對地電容電流的3倍。 等效電路與電擊危險性分析 1）為什么采用電流源等效電路？ IT系統(tǒng)接地故障電流可認為是系統(tǒng)本構參數(shù)。350)35(BANllUIC 2）電擊電流強度。人體電阻與接地電阻分流。CIRRRItEEM 以Rt=1000、RE=10代入估 算，IM=0.01IC。安全性很高。ERIIMRtCIR

21、ENE（地電位點）CZZTLZ （二）相關問題 1、一次接地與二次接地RV2U2E2W2L3L2L1W12FU設備2NE1U1R1FU設備1V1EUVW(1+1)k 兩個設備接地電阻對線電壓分壓，總有一個設備外殼對地電壓不低于190V。E1RRE21FU2FUW1U2UNUUWNk(1+1)E（地電位點）N 采用共同接地措施人為造成短路的防護方法。VNU設備22FU設備11FUERL3L2L1UVWW 2、中性線設置與相電壓獲取問題 可引出中性線，但IEC強烈建議不引出中性線。為什么？ 中性線只要有一點發(fā)生接地，系統(tǒng)接地形式由IT變?yōu)門T，IT系統(tǒng)電擊防護的優(yōu)勢蕩然無存。十分危險。 舊觀念將N

22、線稱為零線，且認為零線接地總是會更安全，造成IT系統(tǒng)幾乎最終都變成為TT系統(tǒng)。 我國農網(wǎng)中曾試行IT系統(tǒng)，且引出中性線，導致電擊事故率劇增，教訓深刻。 無N線，相電壓用電設備怎么辦？供電端10/0.23kV變壓器，或終端380/220V變壓器。 本節(jié)小結 1、TT、TN系統(tǒng)均無直接電擊防護能力，IT系統(tǒng)對相-地間直接電擊可能有一定的防護能力，這取決于系統(tǒng)接地故障電流大小。 2、TT系統(tǒng)靠接地電阻降低預期接觸電壓，但通常不能將其降至安全電壓以內，自身電擊防護性能不能滿足電擊防護要求。 3、TN系統(tǒng)將碰殼接地故障轉化為單相短路故障，靠過電流保護電器切斷電源進行電擊防護，有效性取決于切斷時間。 4、

23、IT系統(tǒng)自身電擊防護性能良好，只要系統(tǒng)線路總長度不超過規(guī)定值，發(fā)生一次碰殼故障時無電擊危險，但二次碰殼故障有電擊危險性，共同接地時靠過流保護電器切斷電源進行電擊防護，有效性取決于切斷時間。分別接地時無防護。第四節(jié) 低壓系統(tǒng)上專門的電擊防護措施 一、剩余電流保護 電壓型漏電保護簡介WERNVUERNNL3L2L1PRPRUVW地坪面對地電壓UEERUt存在兩大問題（1）人體預期接觸電壓與保護脫扣器電壓不對應。（2）不能用于直接電擊防護。 （一）剩余電流保護電器 1、工作原理 1）理論基礎：KCL。 2）技術途徑：通過帶電導體檢測非帶電導體（系統(tǒng)本身的或系統(tǒng)以外的）上是否流有電流。 ：正常時0ER

24、NWVUIIIII：碰殼時0ERNWVUIIIIIEINIVUIL3L2L1RNNRERIEWIUVWN為了應用廣義KCL所假想的封閉面 剩余電流（Residual Current）。從工作端子以外的地方流過的電流，俗稱漏電電流。 2、剩余電流保護電器（RCD）分類。 （1）帶切斷觸頭：RCD（C）。又分漏電開關和漏電斷路器。 （2）不帶切斷觸頭：RCD（O）。如漏電繼電器等。 其他分類方式：電磁式與電子式；整體式與組合式；固定式與移動式等。 3、特性參數(shù)。 （1）額定電壓、額定電流、極數(shù)等開關電器一般參數(shù)。 （2）額定漏電動作電流In。指在規(guī)定條件下，使RCD一定動作的最小剩余電流值。 （3

25、）額定漏電不動作電流Ino。指在規(guī)定條件下，使RCD一定不動作的最大剩余電流值。 （4）漏電動作電流I。使RCD剛好動作的剩余電流值，非銘牌（樣本）參數(shù)。 辯異：In、Ino、I。工程意識。 （5）RCD（C）分斷時間。 （二）剩余電流保護設置NE1NNWUVUVWUNL1L2L3NE2E3RCDRCDRCDTT系統(tǒng)中RCD的應用NNPEWUVNUVWPEUNL1L2L3PENPERCDRCDRCDRCDTN-S系統(tǒng)中RCD的應用NNLPENPERCDRCDPERCD無效RCD有效設備1設備2TN-C系統(tǒng)中RCD的局部應用示例純粹的TN-C系統(tǒng)是不能應用RCD的！ （三）剩余電流保護的相關問題

26、 1、系統(tǒng)對地泄漏電流造成RCD誤動作問題 電擊防護用RCD額定漏電動作電流為30mA。三相系統(tǒng)三相對地電容電流大致平衡，RCD只測得三相不平衡部分，量值一般達不到使RCD誤動作的程度；單相系統(tǒng)長度一般有限，對地電容電流通常也達不到使RCD誤動作的程度。 工程中RCD誤動作絕大多數(shù)是由于結線錯誤造成的。兩種典型結線錯誤為：（1）未將N線接入RCD；（2）TN-S系統(tǒng)在RCD后誤將N線與PE線連接。 2、剩余電流保護與短路保護的異同。 剩余電流保護是接地故障保護，短路保護是一種過電流保護，這是兩種不同的保護形式。 TN-S系統(tǒng)相、保短路是一個特例，它既是接地故障又是單相短路故障，因此剩余電流保護

27、與短路保護都會動作。通常將這兩種保護合并，由漏電斷路器實施。 TN、TT、IT系統(tǒng)中LN短路，只能靠短路保護動作，剩余電流保護不起作用，因為這時單相短路電流盡管很大，但性質上不屬于剩余電流。 3、剩余電流與零序電流的區(qū)別。 零序電流是三相電流之和不等于零的那一部分，剩余電流是所有帶電導體（相線與N線或PEN線）電流之和不等于零的那一部分。 三相四線制系統(tǒng)中，N線上流過的電流即零序電流，但非剩余電流，PE線上流過的電流才是剩余電流。 4、剩余電流保護具有防直接電擊的作用 發(fā)生直接電擊時，流過人體的電流性質為剩余電流，可通過RCD保護。 工程上只允許剩余電流保護做直接電擊的補充保護，不能取代絕緣等

28、直接電擊防護措施。 二、電氣隔離 （一）原理分析 1、概念 將一個器件或電路與另外的器件或電路在電氣上完全斷開的措施，以提供一個完全獨立的規(guī)定的防護等級，使得即使基礎絕緣失效，在機殼上也不會發(fā)生電擊危險。 常見方式：電動機-發(fā)電機組、隔離變壓器等。PE1FUPEL1L2L3N2FUPE3FU0FU設備0設備1設備2設備3 2、電擊防護原理 以1:1隔離變壓器為例，重點找與地的關系。LNL2L1PENNLNPEL1L2C2C1=1/j21=1/j1:1隔離變壓器1:1隔離變壓器通過二次側線路對地電容與地發(fā)生聯(lián)系通過二次側線路對地電容與地發(fā)生聯(lián)系C1C2CC等效電路簡化等效電路簡化正常時二次兩根線

29、均為相線，對地電壓為一次相電壓一半LNPENRL21:1隔離變壓器L1CZZCZRMU電擊強度計算電擊強度計算CZRM是否有電流入地？證明！CZRUIMMZC通常在2M/m以上，即每米線路在人體上的電流為0.1mA以下，只要控制線路長度，可保無電擊危險。 （二）安全條件 使電氣隔離在工程上有效承擔電擊防護任務所必須限定的各種因素，稱為電氣隔離的安全條件。 （1）通用技術條件。 1）電源。電壓、容量、隔離程度。 2）回路。獨立性、唯一性、電壓長度積控制等。 （2）對單一設備隔離的補充要求。 （3）對多臺設備隔離的補充要求。NNPENL2FU1FUKM1KM2KM1SSTT被隔離回路獨立性示例被隔離回路獨立性示例PE1FUPENL3L2L1II類設備PEL1L2L3PEPEPE多臺隔離設備處理多臺隔離設備處理不接地PE線的作用：相鄰設備異相碰殼時，制造短路以切斷電源，以消除電擊危險性 三、特低電壓 （一）分類FELVPELVSELVELV兼作電擊防護用：