接地的概念課件

地”牙口“接地”的概念

1.地

(1)電氣地大地是?個電阻非常低、電容量非常大的物體，擁有吸收無限電荷的能力，

而且在吸收大量電荷后仍能保持電位不變，因此適合作為出氣系統(tǒng)中的參考電位體。這種“地”

是“電氣地”，并不等干“地理地”，但卻包含在“地理地”之中?！半姎獾亍钡姆秶S著大地

接地極I

/大地

流散區(qū)

按他極

流散區(qū)

ra1一地”的示意國

結構的組成和大地與帶電體接觸的情況而定。

(2)地電位與大地緊密接觸并形成電氣接觸的-?個或一組導電體稱為接地極，通常采用

圓鋼或角鋼，也可采用銅棒或銅板。圖1示出圓鋼接地極。當流入地中的電流/通過接地極向

大地作半球形散開時，由于這半球形的球面，在距接地極越近的地方越小，越遠的地方越大，所

以在距接地極越近的地方電阻越大，而在距接地極越遠的地方電阻越小。試驗證明：在距單根接

地極或碰地處201n以外的地方，呈半球形的球面已經很大，實際已沒有什么電阻存在，不再有

什么電壓降。換句話說，該處的電位已近于零。這電位等于零的“電氣地”稱為“地電位”。若

接地極不是單根而為多根組成時，屏蔽系數(shù)增大，上述20m的距離可能會增大。圖1中的流散

區(qū)是指電流通過接地極向大地流散時產生明顯電位梯度的土壤范圍。地電位是指流散區(qū)以外的土

壤區(qū)域。在接地極分布很密的地方，很難存在電位等于零的電氣地。

(3)邏輯地電子設備中各級電路電流的傳輸、信息轉換要求有一個參考的電位，這個電

位還可防止外界電磁場信號的侵入，常稱這個電位為“邏輯地”。這個“地”不一定是“地理

地”，可能是電子設備的金屬機殼、底座、印刷電路板上的地線或建筑物內的總接地端子、接地

干線等；邏輯地可與大地接觸，也可不接觸，而“電氣地”必須與大地接觸。

2.接地

將電力系統(tǒng)或電氣裝置的某一部分經接地線連接到接地極稱為“接地”?！半姎庋b置”是一

定空間中若干相互連接的電氣設備的組合?！半姎庠O備”是發(fā)電、變電、輸電、配電或用電的任

何設備，例如電機、變壓器、電器、測量儀表、保護裝置、布線材料等。電力系統(tǒng)中接地的?點

一般是中性點，也可能是相線上某一點。電氣裝置的接地部分則為外露導電部分?！巴饴秾щ姴?/p>

分”為電氣裝置中能被觸及的導電部分，它在正常時不帶電，但在故障情況下可能帶電，一般指

金屬外殼。有時為了安全保護的需要，將裝置外導電部分與接地線相連進行接地?！毖b置外導電

部分”也可稱為外部導電部分，不屬于電氣裝置，?般是水、曖、煤氣、空調的金屬管道以及建

筑物的金屬結構。外部導電部分可能引入電位，一般是地電位。接地線是連接到接地極的導線。

接地裝置是接地極與接地線的總稱。

超過額定電流的任何電流稱為過電流。在正常情況下的不同電位點間，由于阻抗可忽略不計

的故障產生的過電流稱為短路電流，例如相線和中性線間產生金屬性短路所產生的電流稱為單相

短路電流。由絕緣損壞而產生的電流稱為故障電流，流入大地的故障電流稱為接地故障電流。當

電氣設備的外殼接地，且其絕緣損壞，相線與金屬外殼接觸時稱為“碰殼”，所產生的電流稱為

“碰殼電流”。

3.接觸電壓

W

7

S

國2財?shù)仉妷?接的.電壓和跨小電壓的示意圖

在圖2中，當電氣裝置M絕緣損壞碰殼短路時，流經接地極的短路電流為Lo如接地極的接

地電阻力分，則在接地極處產生的對地電壓〃=/?兄，通常稱〃為故障電壓，相應的電

位分布曲線為圖2中的曲線C。一般情況下，接地線的阻抗可不計，則M上所呈現(xiàn)的電位即為

〃。當人在流散區(qū)內時，由曲線C可知人所處的地電位為ao此時如人接觸M,由接觸所產

生的故障電壓〃=〃。人站立在地上，而一只腳的鞋、襪和地面電阻為R”當人接觸M

時.兩只腳為并聯(lián)，其綜合電阻為兄/2。在，的作用下，4/2與人體電阻而串聯(lián)，則流

經人體的電流人=4/（曲+兄/2）,人體所承受的電壓〃=&?曲=〃??兄/（W.

/2）。這種當電氣裝置絕緣損壞時，觸及電氣裝置的手和觸及地面的雙腳之間所出現(xiàn)的接觸電

壓，與M和接地極間的距離有關。由圖2可見，當M越靠近接地極，兒越大，則〃越小，

相應地U,也越小。當人在流散區(qū)范圍以外，則&=0,此時〃=〃，〃=〃?分,/（曲+五

/2）,〃為最大值。由于在流散區(qū)內人所站立的位置與&有關，通常以站立在離電氣裝置水

平方向0.8m和手接觸電氣裝置垂直方向1.8m的條件計算接觸電壓。如電氣裝置在流散區(qū)以

外，計算接觸電壓〃時就不必考慮上述水平和垂直距離。

4.跨步電壓

人行走領激區(qū)內，由圖2的峨C可見fTO電位為a，另一只腳的電位為以，則EH超期儼生微

障電壓〃="-傀。在〃的作用下，人體頓￡從人體的T胭的觸《，流過人觸蛆R、,翻羥郎只

腳的電阻R,貝I火體電流4=〃/（片十2冊.此時人體所鞍的電壓bR=U。RJ（局2，）。這種

當電儲S純繳期時在郴岡W耶滌（牛下，人翻承第觸壓〃為匿皿￡TWO喲為Q加，m

躅腿壓〃以顏止0.而水平距^司的電腔謝菊K由圖2可見當A越弱磁地極，“越大。當一只腳

磁地極卜時〃尸掠此時翱所產±的故釉壓〃為默孤即圖2中的小,相應崢沌壓值也曝用工反

之岫遠離接地松觸鑼電礴九當人街橄區(qū)以淵t，"和〃設崎零則〃=0,不再呈現(xiàn)豺電叁

5.流散電阻、接地電阻和沖擊接地電阻

接地極的對地電壓與經接地極流入地中的接地電流之比，稱為流散電阻。

電氣設備接地部分的對地電壓與接地也流之比，稱為接地裝置的接地電阻，即等于接地線的

電阻與流散電阻之和。一般因為接地線的電阻甚小，可以略去不計，因此，可認為接地電阻等于

流散電阻。

為了降低接地電阻，往往用多根的單?接地極以金屬體并聯(lián)連接而組成復合接地極或接地極

組。由于各處單一接地極埋置的距離往往等于單一接地極長度而遠小于40m,此時，電流流入各

單一接地極時，將受到相互的限制，而妨礙電流的流散。換句話說，即等于增加各單一接地極的

電阻。這種影響電流流散的現(xiàn)象，稱為屏蔽作用，如圖3所示。

國3名根接地極的電流散布圖

由于屏蔽作用，接地極組的流散電阻，并不等于各單一接地極流散電阻的并聯(lián)值。此時，接

地極組的流散電阻

RA-RM1(/?,〃)(1)

式中：R“——單一接地極的流散電阻

n——單一接地極的根數(shù)

n——接地極的利用系數(shù)，它與接地極的形狀、單?接地極的根數(shù)和位置有關

以上所談的接地電阻，系指在低頻、電流密度不大的情況下測得的，或用穩(wěn)態(tài)公式計算得出

的電阻值。這與雷擊時引入雷電流用的接地裝置的工作狀態(tài)是大不相同的。由于雷電流是個非常

強大的沖擊波，其幅度往往大到兒萬甚至幾十萬安的數(shù)值。這樣，使流過接地裝置的電流密度增

大，并受到由于電流沖擊特性而產生電感的影響，此時接地電阻稱為沖擊接地電阻，也可簡稱沖

擊電阻.由于流過接地裝置電流密度的增大，以致土壤中的氣隙、接地極與土壤間的氣層等

處發(fā)生火花放電現(xiàn)象，這就使土壤的電阻率變小和土壤與接地極間的接觸面積增大。結果，相當

于加大接地極的尺寸，降低了沖擊電阻值。

長度較長的帶形接地裝置，由干電感的作用，當超過一定長度時，沖擊電阻不再減少，這個

極限長度稱為有效長度、土壤電阻率越小，雷電流波頭越短，則有效長度越短。

由于各種因素的影響，引入雷電流時接地裝置的沖擊電阻，乃是時間的函數(shù)。接地裝置中雷

電流增長至幅值加的時間，是滯后于接地裝置的電位達到其最大值?的時間的。但在工程中

已知沖擊電流的幅值7M和沖擊電阻心的條件下，計算沖擊電流通過接地極流散時的沖擊電壓

幅值4=4?公。由于實際上電位與電流的最大值發(fā)生于不同時間，所以這樣計算的幅值常常

比實際出現(xiàn)的幅值大一些，是偏于安全的，因此在實際中還是適用的。

二、接地的作用

接地的作用主要是防止人身遭受電擊、設備和線路遭受損壞、預防火災和防止雷

擊、防止靜電損害和保障電力系統(tǒng)正常運行?，F(xiàn)分別說明如下。

(-)防止人身遭受電擊

1.甩擊機理

電擊所產生的電擊電流通過人體或動物軀體將產生病理性生理效應，例如肌肉收縮、呼吸困難、

血壓升高、形成心臟興奮波、心房纖維性顫動及無心室纖維性顫動的短暫心臟停跳、心室纖維性

顫動，直至死亡，所以必須采取防護措施。

人或家畜觸及電氣設備的帶電部分，稱為直接接觸。人或家畜與故障下帶電的金屬外殼接觸，稱

為間接接觸。直接接觸及間接接觸所造成的電擊稱為直接電擊和間接也擊。為了防止電擊，必須

先了解電擊機理，然后對直接電擊、間接電擊以及兼有該兩者電擊采取適當?shù)姆雷o措施，以保證

人、畜及設備的安全。

(1)人體阻抗的組成電擊電流大小由接觸電壓和人體阻抗所決定。人體阻抗主要與電流

路徑、皮膚潮濕程度、接觸電壓、電流持續(xù)時間、接觸面積、接觸壓力、溫度以及頻率等有關。

人體阻抗的組成如圖4所示。如將兩個電極接觸人體的兩個部分，并將電極下的皮膚去掉，則

該兩電極問的阻抗為人體內阻抗N。皮膚上電極與皮膚下導電組織之間的阻抗即為皮膚阻抗4

和&。Z、制、禽的矢量和為人體總阻抗現(xiàn)將這些阻抗的特征說明如下：

圖4人體阻抗的組成

①人體內阻抗Z根據(jù)IEC測定的結果，Z主要是電阻，只有少量電容，如圖4虛線所示，

其數(shù)值主要決定于電流路徑，?般與接觸面積關系不大，但當接觸面積小到幾平方毫米數(shù)量級時,

內阻抗才增大。②皮膚阻抗Zi、Zz4、Zz是由半絕緣層和小的導電元件（如毛孔構成的

電阻電容網絡）組成，見圖4接觸電壓在50V及以下時，皮膚阻抗值隨表面接觸面積、溫度、

呼吸等顯著變化；50-100V時，皮膚阻抗降低很多；頻率增高時，皮膚阻抗也隨之降低；皮膚

破損時，皮膚阻抗可忽略不計.③人體總阻抗ZZ由電阻分量及電容分量組成。當接觸電壓在

500V及以下時，Z值主要決定于皮膚阻抗值；接觸電壓越高，Z與皮膚阻抗關系越少；當皮膚

破損后，Z值接近于人體內阻抗。④人體初始電阻Ri在接觸電壓出現(xiàn)的瞬間，人體的電容還

未充電，皮膚阻抗可忽略不計，這時的電阻值稱為人體初始電阻。該值限制短時脈沖電流峰值。

當電流路徑從手到手或手到腳而且接觸面積較大時.，5%分布秩（即5%的人所呈現(xiàn)的最小初

始電阻值）Z%可認為等于500c.

2）人體阻抗與接觸狀況的關系通常劃分為以下三類：

①狀況1干燥或濕潤的區(qū)域、干燥的皮膚、高電阻的地面，此時人體阻抗值：

Z=1000+0.5Z%（C）

式中：1000——鞋襪和地面兩者電阻的隨機值，Q

0.5——考慮了雙手至雙腳的雙重接觸情況

Z%——5%分布秩，即5%的人呈現(xiàn)此最小阻抗值，Q

②狀況2潮濕的區(qū)域、潮濕的皮膚、低電阻的地面，此時人體阻抗值：

Z=200=200+0.55,.（Q）

式中；200——較低的地面電阻值，不計鞋襪的1也阻，Q

③狀況3浸入水中的情況，此時皮膚電阻、環(huán)境介質的電阻可忽略不計。

在各種狀況下的安全電壓值，各國規(guī)定不盡相同，如表1所示。

表IIEC標準及各國安全電壓值(V)

1EC標準及有關國規(guī)定狀況1狀況2狀況3

1EC5025〔注】

中國5024

奧地利65

美國5025

英國55(25),40(住宅)24

德國6524

捷克5020

日本50252.5

瑞士5036

瑞典5025

芬蘭65

丹麥65t

比利時35

【注】標準未作規(guī)定，但編制說明提出「例如不超過12V”.

表1為交流電流的安全電,壓，IEC規(guī)定直流(無紋波)的安全電壓為：在狀況1,不大于

120V；在狀況2,不大于60V。安全電壓包括接地系統(tǒng)的相對地或極對地電壓，或不接地和非有

效接地的相間及極間電壓。

田5心動周期內心室

易損期的出現(xiàn)

2.電擊效應

(1)交流電流的電擊效應IEC經過多年的試驗研究，認為心室纖維性顫動是電擊致死的主

要原因。?個心動周期如圖5所示，由產生興奮期P、興奮擴展期R和興奮復原期T所組成。

圖5中的數(shù)字表示興奮傳播的順序。在興奮復原期內有一個相對較小的部份稱為易損期，在易損

期內，心肌纖維處于興奮的不均勻狀態(tài)，如果受到足夠幅度電流的刺激，心室纖維發(fā)生顫動，如

圖6中X點受電流刺激.對心電圖和血壓的影響，如圖6中曲線所示。此時發(fā)生心室纖維性顫

動和血壓降低，如電流足夠大將導致死亡。

乏

、

二

&

名

卡

生

后

型

照

攝

？

251020S01002005001000

人體電纏％/mA

(B715?IOOH.交濯電源通過人體的St應

當電流流過人體時,人身所察覺到的最小電流值稱為感覺閾值。對于15~100Hz交流電流,

此值為0.5mA。人握電極能擺脫的電流最大值稱為擺脫電流，對于15~100Hz交流電流為10mA。

當流過人體的電流繼續(xù)增加時，人體電流入和電流流過的持續(xù)時間t的關系如圖7所示。圖

7是按電流流過人體的路徑從左手到雙腳的效應繪制的。當電流為500mA、時間為100ms時，

產生心室纖維性顫動的幾率為14%。圖7中的I區(qū)通常無反應性效應；n區(qū)通常無有害的

生理效應；O區(qū)通常無器官性損傷，但可能出現(xiàn)肌肉收縮和呼吸困難.在心臟中形成興奮波和

傳導的可逆性紊亂，包括心房纖維性顫動及短暫心臟停跳；在W區(qū)內.開始出現(xiàn)心室纖維性顫

動，到曲線cl,幾率為5%：到曲線c2,幾率為50%；曲線c3以外則幾率超過50%.隨著

電流與時間的增加，可能發(fā)生心臟停跳、呼吸停止及嚴重燒傷。

圖7中的電流為“從左手到雙腳”路徑的電流，如為其它路徑，按下式計算：

h=Zer/F(2)

式中：L——流經其它路徑的人體電流，mA

Z..,—流經“從左手到雙腳”的人體也流，mA

F----心電流系數(shù)，見表2

?2心電流系JSF

電通路往心電源系數(shù)F

背部到右手0.3

左手到右手0.4

瞽和利左手.右手或雙手.背?:?!|右手0.7

右手到左睥.右腳或雙腳0.3

左手到左腳.右陽或雙R%雙手到雙梆1.0

科部到右手1.3

胞部利左手1.5

上述的感覺閾值、擺脫閾值及圖7中的心室纖維性顫動閾值都是對15~100Hz交流電流而

言的。

在工業(yè)企業(yè)和民用建筑中，有不少電氣設備的使用頻率超過100Hz,例如有些電動工具和電焊

機,可用到450Hz；電療設備大多數(shù)使用4000?5000Hz；開關方式供電的設備則為20kHz?

1MHz；微波及無線電設備還有使用更高的頻率的。對于這些100Hz以上交流電流，人體皮膚的

阻抗，在數(shù)I-伏數(shù)量級的接觸電壓下，大致與頻率成反比，例如500Hz時皮膚阻抗，僅約為50Hz

時皮膚阻抗的1/10,在很多情況下，皮膚的阻抗可以忽略不計。但因為是高頻電流，對人體

的感覺和對心臟的影響都比100Hz以下交流電小。為了與50Hz時閾值相比，常采用頻率系數(shù)

R來衡量、頻率系數(shù)月為頻率f時產生相應生理效應的閾值電流與50Hz的閾值電流之比。

在頻率為100Hz以上直至1000Hz時，感覺閾值的頻率系數(shù)和擺脫閾值的頻率系數(shù)見圖8；電

擊持續(xù)時間長于心動周期并以縱向電流流經人體軀干時，心室纖維性顫動閾值的頻率系數(shù)見圖

9。電擊持續(xù)時間小于心動周期時，尚無試驗數(shù)據(jù)。頻率在1000Hz以上直到10000Hz交流電的

感覺閾值的頻率系數(shù)和擺脫閾值的頻率系數(shù)見圖10;心室纖維性顫動閾值的頻率系數(shù)，IEC還

在考慮中。頻率在10kHz及100Hz之間時，閾值大致由10mA上升到100mA（有效值），頻率

在100kHz以上及電流強度在數(shù)百毫安數(shù)量級時，較低頻率時有針刺的感覺，頻率再高則有溫暖

的感覺。頻率在100kHz以上時，既沒有擺脫閾值和心室纖維性顫動閾值的試驗數(shù)據(jù).也沒有這

方面的事故報告。頻率在100kHz以上及電流在安培數(shù)量級時，可能出現(xiàn)燒傷，燒傷的嚴重程度

隨電流流通的持續(xù)時間而定。

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ffl850<60）-100011/顆事范怛內感

枇依值任找脫悶值的軍化

50/60100300

頻率〃Hz

（B950（6。）?10001〃頻率他因內心室纖維性”

動*值的變化（電擊持續(xù)時間長于一個心功

圈用體以組向電海踣任誦過人體弱干）

頻率//kHz

圖10IkHz-lOkHz頻率范圍內

感覺閾值和擺脫閾值的變化

（2）直流電流的電擊效應電流對人體的效應，例如刺激神經和肌肉，引起心房或心室纖

維性顫動等，與電流大小的變化有關，特別是在接通或斷開電流的時候。電流幅度不變的直流電

流要產生同樣的效應，要比交流電流大得多。握持直流電器，事故時較易擺脫；當電擊持續(xù)時間

長于心動周期時，心室纖維性顫動閾值比交流的閾值高得多。直流電流從手到雙腳，通過人體軀

干的電流稱為縱向電流；從手到手通過人體軀干的電流稱為橫向電流；以雙腳為正極，流過人體

的電流為向上電流；以雙腳為負極，流經人體的電流為向下電流。直流電流與具有相同誘發(fā)心室

纖維性顫動幾率的等效交流電流（有效值）之比稱為直流/交流等效系數(shù)。

10000

E?

/5000

J

叵2000

總1000

愛

500

把

e自200

100

3g50

塔

武20

10

0.10.20.512S3020501002005005000

人體電流ZB/mA

國11宜流電瓶逋過人體的效應

直流電流的持續(xù)時間和電流幅值的關系見圖11。圖中I區(qū)通常無反應性效應；II區(qū)通

常無有害的生理效應；ni區(qū)通常預期無器官損傷，隨電流幅值和時間而增加其嚴重程度，可能出

現(xiàn)心臟中興奮波的形成和傳導的可逆性紊亂；IV區(qū)可能出現(xiàn)心室纖維性顫動，隨電流幅值和時

間增加，除ni區(qū)的效應外，預計會發(fā)生嚴重燒傷等病理生理效應。關于心室纖維性顫動，該圖

所示為電流從左手到雙腳，且為向上電流的效應。如為向下電流，應將電流乘以2的系數(shù)進行

換算。當電流從手到手，不大可能產生心室纖維性顫動。在該圖中，當電流流過的持續(xù)時間小于

500ms時，尚無II和in區(qū)分界線的資料。

直流電流的感覺閾值取決于接觸面積、接觸狀態(tài)（干濕度、壓力、溫度）、電流流過的

持續(xù)時間和各自的生理特征等，與交流電不同的是：當電流以感覺閾值強度流過人體時，只是在

接通和斷開電流時有感覺，其它時間沒有感覺。在與測定交流電流感覺閾值相等條件下，直流電

流的感覺閾值約為2mA?

直流的擺脫閾值與交流不同，約300mA以下的直流電流沒有可以確定的擺脫閾值，只有在

接通和斷開電流時，才能引起疼痛性和痙攣似的肌肉收縮。當電流大干300inA時，可能擺脫不

了，或僅在電擊持續(xù)時間達兒秒或兒分種后才有可能擺脫不了。

通過人體的電流約為30mA時，人體四肢有暖熱感覺。流經人體的電流為300mA及以下橫

向電流持續(xù)幾分鐘時，隨著時間和電流增加，可能產生可逆性的心節(jié)律障礙。電流傷痕、燒傷、

眩暈、有時失去知覺，超過300mA時，經常出現(xiàn)失去知覺的情況。

(3)特殊波形電流的電擊效應(3)特殊波形電流的電擊效應特殊波形電流在工業(yè)

企'也和民用建筑所用的電氣設備中，有以卜幾種，對于人體的電擊效應分別說明如下：

①具有直流分量的交流電流的效應標準交流和直流的圖形如圖12(a)及(b)所示、

具有直流分量的交流電流的波形如圖12(c)所示，常用的半波整流及全波整流的波形如圖13

(a)及(b)所示。

半波整流

經過整流后，如圖13中所示的波形交流電的感覺閾值和擺脫閾值取決于人體與電極的

接觸面積，接觸狀態(tài)(干濕度、壓力、溫度)和各自的生理特征，其閾值尚在IEC的考慮中。

在討論心室纖維性顫動閾值時，必須區(qū)別卜.列的電流量值：為合成波形電流的有效值;

￡為合成波形電流的峰值；40為合成波形電流的峰間值；人為產生與所涉及波形在心室纖維性

顫動方向有相同危險的正弦電流的有效值，該值用來代替圖7及圖11中的人體電流入以估計

心室纖維性顫動的危險。

當電擊持續(xù)時間大于1.5倍心動周期時，

/J2

當電擊持續(xù)時間小于0.75倍心動周期時，

Tev-If/V2

當交流對直流比越小，上述關系越不能適用。對于持續(xù)時間小于0.1s的直流電擊，其閾

值等于圖11中相應的電流值。

當電擊持續(xù)時間在0.75倍到1.5倍心動周期時，量值參數(shù)由峰值轉變?yōu)榉彘g值，轉變的

過程IEC認為尚需進一步研究。

如圖13所示的半波及全波整流的波形，由于電流峰值等于其峰間值，當電擊持續(xù)時間大干

1.5倍心動周期及小于0.75倍心動周期時，，分別為I.J(2J2)=￡/(2J2)及4/

J2=A/J2。由圖13可見，半波整流時L.=IJ2,全波整流時為IJJ2。因此可

得半波整流時(值分別為1^/J2及全波整流時，乙值分別為工*/2及。

②具有相位控制的交流電流的效應?般的具有相應控制的交流電流的波形分為對稱控

制和不對稱控制兩種，分別示于圖14的(a)和(b)。

(a)對稱控制

~TZF=ZW

J

600?a-1504

(b)不對稱控制

國14具有相位控制的交流電流波形

這種波形的電流在產生感覺和阻止擺脫方面的效應大致上與具有相同￡的純交流電流相同。

相位控制角在120°以上時，峰值隨著電流流通持續(xù)時間的減少而增加。

對于對稱控制：當電擊持續(xù)時間大于1.5倍心動周期時。為具有與所涉及的相應波形電流

相同的有效值；當電擊持續(xù)時間小于0.75倍心動周期時，L為具有與所涉及的相應波形電流

相同峰值電流的有效值，如相位控制角在120°以上，心室纖維性顫動閾值將升高；當電擊時間

在0.75倍到1.5倍心動周期時，乙由峰值轉變?yōu)橛行е担D變的過程，IEC認為尚待進一步

研究。

對于不對稱控制，其所產生的電流，也可能有直流分量。當電擊持續(xù)時間大干1.5倍心動周

期時，IEC尚在考慮中；電擊持續(xù)時間小于0.75倍心動周期時，4為具有與所涉及的相應波

形電流相同峰值電流的有效值。相位控制角在120°以上時，心室纖維性顫動閾值將升高。

國15具有多周期任制的交流電流波形③具有多周期控制的交流電流的效應

具有多周期控制的交流電流的波形見圖15所示。友為傳導時間。4,為不傳導時間，/.+4為工

作周期?！?心/（友+3為電力控制程度。九”為電流傳導期間電流的有效值，即/,/J2；h

為工作周期內電流有效值，即IZp。

感覺閾值及擺脫閾值，IEC尚在考慮中。

心室纖維性顫動閾值，IEC在幼豬身上進行試驗，試驗結果如圖16所示，對于人體，可作

參考。當電擊持續(xù)時間大于1.5倍心動周期時，閾值取決于p。。接近1時，4,為與同一持

續(xù)時間的正弦交流電流相同的有效值。0接近于0.1時/它與持

?~

5

5

5:

市

。

人體電施Ax—'/A

田16各種電力控到理度射的旦方匕周期控制解交而

MM心室“繼性射功網俏（平均鹵“用幼用試，續(xù)時間短于0.75倍心動周期的交流電流的閾

值相同。當P在1-0.1的中間值時，如圖16所示，流過人體的電流逐漸增大，致使纖維

與同一持續(xù)時間的正弦交流電流的有效值相同o

出17矩形豚沖.正弦形林沖的電濾雁式及

電卷放電的電流照式

④短持續(xù)時間單向單脈沖電流的效應內裝電子元件的電器絕緣損壞或直接接觸其帶電體

時可形成矩形或正弦形脈沖，如圖17(a)、(b)所示；電容器放電的短持續(xù)時間單向脈沖如

圖17(c)所示。這些脈沖當其持續(xù)時間為10ms及以上時，對人體的效應與圖7相同；對于

0.1ms?10ms持續(xù)時間的脈沖，其效應按下列能量率來表征。

心室纖維性顫動能量率工：在電流路徑、心臟時相(心臟跳動的幅值與時間的關系)等給定

條件下，引起一定幾率的心室纖維性顫動的短持續(xù)時間單向脈沖的最小值，以積分形式表示

為

A乘以人體電阻得出脈沖期間耗散在人體的能量。

心室纖維性顫動電荷率先:在給定的電流路徑、心臟時相等條件下，引起一定幾率的心室

纖維性顫動短持續(xù)時間單向脈沖最小值，以積分形式表示為

居=f3dt

0.05JlOOnF

SOOpF

330pF

充電電壓〃r/V

注：對角軸線按電容“：）的比例及的比例

給制.根據(jù)充電電壓坐驚及電容坐標的交飛點，

可在相應觸線上讀出林沖的電荷及能It.

由18電容放電的感覺鳳俏及尚苦閾他（干手、大接0面枳）

區(qū)，感覺竭俶，曲線，典型的痛苫閥值

A13現(xiàn)以電容器放電為例。電容器由放

電開始到放電電流降至其峰值的5%的時間間隔為也容器放電的電擊持續(xù)時間以按指數(shù)衰減

降到起初幅值1/e=0.3679倍所需的時間為時間常數(shù)7。當右=37時，所有脈沖能量幾乎

耗盡。

也容器放電的感覺閾值和痛苦閾值取決于電極的形式、脈沖的甩荷及其電流峰值。圖18為

以干手執(zhí)大電極的人作為放電對象的感覺閾值及痛苦閾值.痛苦闊值為人感到有蜜蜂蟄或紙煙燒

似的痛苦。以能量率￡表示的痛苦閾值對于通過手腳的電流路徑及大接觸面積來說為（50?

100）X10%2s數(shù)量級（在圖18中，如以面對圖的右側為東，則電容C按指向東北的對角線計

量，能量W按指向西北的對角錢計量。如已知充電電壓為100V,電容為100nF,則由該兩線的

交點K,可讀出脈沖的電荷為10戶3能量為0.5mJ）?

心室纖維性顫動閾值取決于脈沖電流的形式、持續(xù)時間及幅度、脈沖開始時的心臟時相、通過

人體的電流路徑及人的生理特征。

IEC曾在動物身上做過試驗，其結果是：對于短持續(xù)時■間的脈沖，心室纖維性顫動?般僅

在脈沖落在心動周期易損時間內發(fā)生；對于電擊持續(xù)時間小于10ms的單向脈沖，心室纖維性顫

動的發(fā)生由內或￡所決定。圖19示出心室纖維性顫動的閾值，對于50%的纖維性顫動幾率,

月為0.005As,R則由脈沖持續(xù)時間ty=4ms時的0.01A、上升到t、=1ms時的0.02A2s。

該曲線給出路徑以左手到雙腳流過的電流的心室纖維性顫動危險幾率.對于其它電流途徑，則乘

以表2的心電流系數(shù)尸。圖中cl曲線以下，無纖維性出動；cl曲線以上直到曲線c2以下,

具有較低的心室纖維性顫動危險，幾率直到5%；c2曲線以上直到c3曲線以下，具有中等纖

維性顫動危險，幾率直到50%；c3曲線以上，具有高纖維性顫動危險，大于50%幾率。

對于各種形式脈沖的纖維性顫動能量率尤可由下列公式求出：

對于矩形脈沖：

F?=IKti

對于正弦形脈沖：

2

K=(7kc<p)/2)ti=TACCHIS)2ti

對于時間常數(shù)為T的電容放電：

K—Zx/(T/2)—7c(r.?)_t>

以上各式的電流參量可由圖17看出：心為矩形脈沖出流的量值，4c3為正弦形脈沖電流的

峰值，為正弦形脈沖電流的有效值，兒。為電容放電的峰值，右國為持續(xù)時間為37的電容

放電電流的有效值。具有相同心室纖維性顫動能量率及相同電擊持續(xù)時間的矩形脈沖、正弦形脈

e

E

'

r

s

匕

卦

&

石

走

繁

too100010000

人體電源/MU/EA

沖及電容放電見圖20。?I'心室"維性■動”值

由論定義可寫出，電容放電的R1為

Fei=7c(p>2So°°e2tfT—7c(p)2(T/2)

矩形脈沖及正弦形脈沖的凡及凡為

區(qū)3=&(303T

因為R=冗2=區(qū)3,則

W(T/2)=以37=兒E「37

即IC(P)(1/'Z6)=7c(ms>=IK

根據(jù)上式將/K及Ic^)轉換為相應的人仙(1/J6)值，則可由轉換而得的相應入3值在

圖19中找到矩形脈沖和正弦形脈沖的心室纖維性顫動閾值。

20具有相同肝雄性H動罐*率及相同電擊待第

時間的矩形脈沖、正弦形脈沖及電容放電

3.直接電擊的防護措施

直接電擊保護又稱正常工作的電擊保護，也稱為基本保護，主要是防止直接接觸到帶電體，

一般采取以卜措施。

(1)將帶電體絕緣帶電部分完全用絕緣覆蓋。該絕緣的類型必須符合相應電氣設備的標

準，且只能在遭到機械破壞后才能除去。絕緣能力必須達到長期耐受在運行中受到的機械、化學、

電及熱應力的要求。一般的油漆、清漆、噴漆都不符合要求。在安裝過程中所用的絕緣也必須經

過試驗，證實合乎要求后才能使用。

(2)用遙欄和外護物防護外護物一般為電氣設備的外殼，是在任何方向都能起直接接觸

保護作用的部件。遮欄則只對任何經常接近的方向起直接接觸保護作用。兩者的防護要求如下：

①最低的防護要求在電氣操作區(qū)內，防護等級為IP2X，頂部則為IP4X。在電氣操作

區(qū)內，如可同時觸及的帶電部分沒有電位差時，防護等級可為IP1X。在封閉的電氣操作區(qū)內可

不設防護。

②強度及花定性遮攔或外護物應緊固在其所在位置，它的材料、尺寸和安裝方法必須具

有足夠的穩(wěn)定性和耐久性，并可承受在正常使用中可能出現(xiàn)的應力和應變。

③開啟成拆卸必須使用鑰匙或工具，并設置聯(lián)鎖裝置，即當開啟和拆卸遮欄或外護物時，

將其中可能偶然觸及的所有帶電部分的電源自動切斷，直到遮欄或外護物復位后才能恢復電源。

如遮欄或外護物中有電容器、電纜系統(tǒng)等儲能設備并可能導致危險時，不但要在規(guī)定時間內泄放

能量，而且還必須采用與上述要求相同的聯(lián)鎖裝置。也可在帶電部分與遮欄、外護物之間插入隔

離網罩，當開啟或拆卸遮欄或外護物時不會觸及帶電部分。網罩可以固定，也可在遮欄、外護物

除去時自動滑入。網罩防護等級至少為IP2X,且只有用鑰匙和工具才能移開。如需更換燈泡、

熔斷器而在外護物和遮欄上留有較大的孔洞時，則必須采取適當措施防止人、畜無意識地觸及帶

電部分，而且還須設置明顯的標志，警告通過孔洞觸及帶電部分會發(fā)生危險。

(3)用阻擋物防護阻擋物只能防護與帶電部分無意識接觸，但不能防護人們有意識接觸。

例如用保護遮欄、欄桿或隔板可以防止人體無意識接近帶電部分.又如用網罩或熔斷器的保護手

柄，可以防止在操作電氣設備時無意識觸及帶電部分。阻擋物可不用鑰匙或工具拆除，但必須固

定以免無意識地移開。

國21伸臂范圍

(4)置于伸臂范圍以外伸臂范圍如圖21所示。將帶電部分置于伸臂范圍以外可以

防止無意識地觸及。不同電位而能同時觸及的部分嚴禁放在伸臂范圍內。如兩部分相距不到

2.5m,則認為是能夠同時觸及的。當人們的正?；顒臃秶鶶由一個防護等級低于IP2X的阻擋

物(如欄桿)限制時，則規(guī)定的距離應從阻擋物算起。在正常工作時須手持大或長的導電物體的

地方，計算距離時須計及該物體的外形尺寸。

(5)采用RCD(剩馀電流保護裝置，也稱漏電并關)作為附加保護RCD不能作為直接電

擊的唯一保護設備，只能作為附加保護，也就是作為其它保護失效或使用者疏忽時的附加電擊保

護。剩馀電流動作整定值一般采用30mA。

4.間接電擊的防護措施

間接電擊保護又稱故障下的電擊保護，也稱附加保護，一般采用以卜措施：

(1)自動切聽電源當故障時，最大電擊電流的持續(xù)時間超過允許范圍時，自動切斷電源

(IT系統(tǒng)的第一次故障除外)，防止電擊電流造成有害的生理效應.采用這種方法的前提是：

電氣設備的外露導電部分必須按系統(tǒng)接地制式與保護線相連，同時還宜進行主等電位聯(lián)結。自動

切斷電源法可以最大限度地利用原有的過電流保護設備，且方法簡單、投資最省，是一種常用的

措施。

(2)使用n級設備或采用相當絕緣的保護I【級設備既有基本絕緣也有雙重絕緣或加強絕

緣；不考慮保護接地方法；設備內導電部分嚴禁與保護線連接。該類設備的絕緣外護物必須能承

受可能發(fā)生的機械、電或熱應力，一般的油漆、清漆及類似物料的涂層不符合要求。絕緣外護物

上嚴禁有任何非絕緣材料制作的螺栓，以免破壞外護物的絕緣。

(3)采用非導電場所在非導電場所內，嚴禁有保護線，也不采取接地措施，因此可采用

0級設備(這種設備只有基本絕緣，沒有保護接地手段)。非導電場所應具有絕緣的地板和墻(用

于標稱電壓不超過500V的設備，其絕緣電阻不小于50kQ；如標稱電壓超過500V,則為

lOOkQ),其防護措施如下：

①外露導電部分之間、外露導電部分與外部導電部分之間的距離不小于2m；如在伸臂范圍

以外,則為1.25m。

②如達不到上述距離，則在兩導電部分之間設置絕緣阻擋物，使越過阻擋物的距離不小于

2m。

③將外部導電部分絕緣起來，絕緣物要有足夠的機械強度并能耐受2000V電壓，且在正常情

況下，泄漏電流不大于1mA。

上述布置必須是永久性的，即使使用手攜式或移動式設備也必須能滿足上述要求；另外，還

應采取措施使墻和地板不因受潮而失去原有電阻值，同時外部導電部分也不能從外部引入電位。

(4)不接地的局部等電位聯(lián)結凡是能同時觸及的外露導電部分和外部導電部分采用不與

大地相連的等電位聯(lián)結，使其電位近似相等，以免發(fā)生電擊。局部等電位聯(lián)結系統(tǒng)嚴禁通過外露

導電部分或外部導電部分與大地接觸，如不能滿足，必須采用自動切斷電源措施。為了防止進入

等電位場所的人遭受危險的電位差，在和大地絕緣的導電地板與不接地的等電位聯(lián)結系統(tǒng)連接的

地方，必須采取措施減少電位差。

(5)電氣隔離將回路進行電氣隔離是為了防止觸及絕緣破壞的外露導電部分產生電擊電

流，一般采取以下措施：

①該回路必須由隔離變壓器或有多個等效隔離繞組的發(fā)電機供電，電源設備必須采用n級設

備或與其相當?shù)慕^緣。如該電源設備供電給幾個電氣設備，則這些電氣設備的外露導電部分嚴禁

與電源設備的金屬外殼相連。

②該回路電壓不能超過500V,其帶電部分嚴禁與其它回路或大地相連,并須注意與大地之間

的絕緣。繼電器、接觸器、輔助開關等電氣設備的帶電部分與其它回路的任何部分之間也需要這

種電氣隔離。

③不同回路應分開布線，如無法分開，則必須采用不帶金屬外皮的多芯電纜或將絕緣導線敷

設在絕緣的管路或線槽中。這些電纜或導線的額定電壓不低于可能出現(xiàn)的最高電壓，旦每條回路

有過電流保護。

(4)被隔離回路的外露導電部分必須采用絕緣的不接地等電位聯(lián)結，該連接線嚴禁與其它回路

的保護線或外露導電部分相連接，也不與外部導電部分連接。插座必須有保護插孔，其觸頭上必

須連接到等電位聯(lián)結系統(tǒng)。軟電纜也必須有一根保護芯線作等電位聯(lián)結用(供電給n級設備的電

纜除外)。

⑤如出現(xiàn)影響兩個外露導電部分的故障，而這兩部分又接至不同相的導線時，則必須有一個

保護裝置能滿足自動切斷電源的要求。

5.防止直接和間接電擊兩者的措施

兼有防止直接和間接電擊的保護，也稱為正常工作及故障情況下兩者的電擊保護，可采

取以下措施。

(1)安全電壓采用的標稱電壓不超過安全電壓50V,如果引出中性殘，中性線的絕緣與相

線相同。

(2)由安全電源供電安全電源有以下幾種：

①安全隔離變壓器，其一、二次繞組間最好用接地屏蔽隔離。

②電化電源，如蓄電池。

③與較高電壓回路無關的其它電源，如柴油發(fā)電機。

@按標準制造的電子裝置，保證內部故障時，端子電壓不超過50V,或端子電壓可能超過50V,

但電能量很小，人一接觸端子，電壓立即降到50V以下。

(3)回路配置

①安全電壓的帶電部分嚴禁與大地、其它回路的帶電部分或保護線相連。

②安全電壓回路的導線與其它回路導線隔離，該隔離不低于安全變壓器輸入和輸出線圈間的

絕緣強度。如無法隔離，安全電壓回路的導線必須在基本絕緣外附加一個密封的非金屬護套、電

壓不同的回路的導線必須用接地的金屬屏蔽或金屬護套分開。如果安全電壓回路的導線與其它電

壓回路的導線在同?電纜或組合導線內，則安全電壓回路的導線必須單獨或集中地按最高電壓絕

緣處理。

③安全電壓的插頭不能插入其它電壓的插座內，安全電壓的插座也不能被其它電源的插頭插

入，且必須有保護觸頭。

④當標準電壓超過25V時，正常工作的電擊保護必須采用IP2X的遮欄或外護物，或采用包

以耐壓500V歷時1分鐘不擊穿的絕緣。

田23當設在接地裝置后,人悻觸及絕致

損壞的電機外殼時電溫的通路

6.防止電擊的接地方法

就是將電氣設備在正常情況下不帶電的金屬部分與接地極之間作良好的金屬連接，以保護人體

的安全。

從圖22可以看出，當電氣設備某處的絕緣損壞時外殼就帶電。由于電源中性點接地，即使

設備不接地，因線路與大地間存在電容，或者線路上某處絕緣不好，如果人體觸及此絕緣損壞的

電氣設備外殼，則阻流就經人體而成通路，這樣就遭受了電擊的危害。

圖23表示有接地裝置的電氣設備。當絕緣損壞、外殼帶電時，接地電流Id將同時沿著接

地極和人體兩條通路流過。流過每?條通路的電流值將與其電阻的大小成反比，電流分別為L

及人即

/IA=Rt/RK（3）

式中：L'——沿接地極流過的電流

Z---流經人體的電流

血——人體的電阻

兄——接地極的接地電阻

從式（3）中可以看出，接地極電阻越小，流經人體的電流也就越小。通常人體的電阻比接

地極電阻大數(shù)百倍，所以流經人體的電流也就比流經接地極的電流小數(shù)百倍。當接地電阻極小時,

流經人體的電流幾乎等于零，也就是人心0,L；弋Zo因而，人體就能避免觸電的危險。

因此，不論施工或運行時，在一年中的任何季節(jié)，均應保證接地電阻不大于設計或規(guī)程中所規(guī)

定的接地也阻值，以免發(fā)生電擊危險。

（二）保障電氣系統(tǒng)正常運行

電力系統(tǒng)接地?般為中性點接地。中性點的接地電阻很小，因此中性點與地

間的電位接近于零。當相線碰殼或接地時，其它兩相對地電壓，在中性點絕緣

系統(tǒng)中將升高為相阻壓的V3倍；而在中性點接地的系統(tǒng)中則接近于相電壓，

有利于系統(tǒng)穩(wěn)定運行，防止系統(tǒng)振蕩，而且系統(tǒng)中的電氣設備和線路只要按相

電壓考慮其絕緣水平，降低了甩氣設備的制造成本和線路的建設費用。由于有

了中性點的接地線，也可保證繼電保護的可靠性。

通信系統(tǒng)一般采用正極接地，可防止雜音竄入和保證通信設備正常運行。

電子線路需要穩(wěn)定的參考點，才能正常運行，因此也要接地。

（三）防止雷擊和靜電的危害

雷擊時產生靜電感應和電磁感應，物料在生產和運輸中因摩擦而引起的靜

電，都可能造成電擊或火災危險。

直接遭受雷擊的危害，比之于感應雷那就更大了，而且發(fā)生的機會亦更多。

所以，為了防止直擊雷，必須裝設防雷裝置。

所有防雷裝置和防止靜電危險的措施，最主要的方法是設置接地裝置?，F(xiàn)

在將其作用分述如下：

1.直擊雷

天氣炎熱時，天空中往往存在著大量雷云。比如當帶有正電荷的雷云飄近

地面時，就在附近地面特別是突出地面的高大建筑物上感應有負電荷。當?shù)孛?/p>

和建筑物上積聚的電荷密度很高，而雷云又十分接近地面或建筑物時，就會產

生強烈的放電現(xiàn)象。這就是通常所謂雷擊。雷擊的破壞作用是很大的。它不僅

要擊斃人畜，燒焦或劈倒樹木，而且還破壞建筑物，甚至引起火災和爆炸。

為了防止直擊雷，往往在建筑物的頂部裝設避雷針或避雷帶。避雷針或避

雷帶都是經引下線連接到接地裝置的，與大地間有良好連接。這樣，當建筑物

上空附近出現(xiàn)有雷云時，地面上感應產生的相反的電荷，就會沿接地裝置、引

下線和避雷針或避雷帶跑進大氣里，與雷云中的電荷中和，從而避免發(fā)生大規(guī)

模的強烈放電現(xiàn)象。這就防止了雷擊的發(fā)生。

根據(jù)采用防雷裝置的經驗證明，防雷裝置必須有正確的設計和合理的安裝。

否則，不但不能防雷，甚至更容易招致雷害。這是因為雷擊時能產生反擊的緣

故。反擊的發(fā)生，可能引起電氣設備絕緣的破壞、金屬管道被燒穿，甚至于引

起火災、爆炸和人身事故。

防雷的接地裝置所引起的高電位，可能對建筑物地下的金屬管道、電纜等放

電，形成電氣反擊，因此，在防雷接地裝置與地下金屬管道、電纜等之間，必

須保持有一定的距離或將它們進行等電位聯(lián)結。

2.靜電感應雷

當金屬屋頂或其它導體處于雷云和大地間所形成的電場中時，屋頂或導體

上就會感應出與雷云異性的大量電荷。雷云放電后，云與大地間的電場消失，

導體和屋頂上的電荷來不及立即流散，因而會產生對地很高的靜電感應過電壓

并可能引起火災或爆炸。

為了防止靜電感應過電壓的危害，應將建筑物的金屬屋頂和建筑物內所有

大型金屬物體，如鋼屋架、鋼筋混凝土柱子、金屬管道及水箱等，全部予以良

好的接地，使因感應而產生的靜電荷，迅速地被導人地中而沒有積聚的可能。

這樣就能避免靜電感應過電壓的產生。

3.電磁感應雷

由于雷擊時能產生幅度和陡度都很大的雷電流，在它的周圍空間里，就會

形成強大的變化的電磁場。處在這一電磁場中的導體，就會感應出非常高的電

勢。若導體恰巧形成間隙不大的閉合環(huán)路，那么，在間隙處就會產生火花放電

現(xiàn)象。

電磁感應現(xiàn)象還可以使構成閉合回路的金屬物體產生感應電流。如果回路

間的導體接觸不良，就會產生局部發(fā)熱現(xiàn)象。這對于存放易燃或易爆炸物品的

建筑物是十分危險的。為了防止電磁感應引起的不良后果，應將所有互相靠近

的金屬物體，如金屬設備、管道與金屬結構之間，很好地用金屬線路接起來，

并與接地裝置有良好的連接.

4.靜電

在物理學中曾告訴過我們，任何兩種不同物質的物體發(fā)生摩擦時，都能夠產

生不同的靜電荷。這種摩擦生電的現(xiàn)象，在日常生活中也是常常會遇到的。例

如，在很干燥的天氣里，用那料制的梳子梳干凈頭發(fā)的時候，往往頭發(fā)會飄起

來，梳不服貼、這就是因為梳子與頭發(fā)發(fā)生摩擦而帶了電荷的緣故。

在生產中，這種摩擦生電的現(xiàn)象就更為普遍了。例如在工業(yè)企業(yè)中，當利

用皮帶傳動或由不導電橡膠制成的橡皮輸送裝置工作時；當在各種混合器中攪

拌物質時；當物質用軋輯或輾光機進行加工時；當搖蕩液體或把液體從一容器

轉注到另一容器時；當液體在管道中流動速度較大時……，都經常會由于摩擦

原因而產生靜電。這些電荷不僅聚集在管道、容器和貯罐上，而且還會聚集在

加工設備上，形成了很高的電位，對人身安全以及對設備和建筑物都存在著危

險。

為了防止由于靜電聚集而形成火花放電的危險.