第二章 直接接触电击防护课件

第二章 直接接触电击防护 施振金施振金 1 直接接触电击的基本防护原则是：直接接触电击的基本防护原则是： 应当使危险的带电部分不会被有意或无意 地触及。通过本章学习，掌握绝缘、屏护、 电气间距、安全距离、安全电压、电气隔离 和漏电保护等安全技术措施。 理解防止直接接触电击的主要作用是防止 人体触及或过分接近带电体。避免触电事故 并防止短路、故障接地等电气事故。 第一节 绝 缘 绝缘是指利用绝缘材料对带电体进行封闭绝缘是指利用绝缘材料对带电体进行封闭 和隔离。绝缘是通过绝缘材料来实现的。绝和隔离。绝缘是通过绝缘材料来实现的。绝 缘材料指体积电阻率缘材料指体积电阻率1 1 1010 7 7 . .m m以上的各种材以上的各种材 料。料。 2 电气设备的绝缘应符合其相应的电压等级电气设备的绝缘应符合其相应的电压等级 、环境条件和使用条件，、环境条件和使用条件，各种线路和设备都各种线路和设备都 是由导电部分和绝缘部分组成的。是由导电部分和绝缘部分组成的。电气设备电气设备 的绝缘不得受潮，表面不得有粉尘、纤维或的绝缘不得受潮，表面不得有粉尘、纤维或 其它污物，不得有裂纹或放电痕迹，表面光其它污物，不得有裂纹或放电痕迹，表面光 泽不得减退，不得有脆裂、破损，运行时不泽不得减退，不得有脆裂、破损，运行时不 得有异味。得有异味。 良好的绝缘是保证设备和线路正常运行的良好的绝缘是保证设备和线路正常运行的 必要条，也是防止触电事故的重要措施。必要条，也是防止触电事故的重要措施。 绝缘材料（玻璃、云母、木材、塑料、橡绝缘材料（玻璃、云母、木材、塑料、橡 胶等）又称电介质，其导电能力很小，但并胶等）又称电介质，其导电能力很小，但并 非绝对不导电。非绝对不导电。 3 带电导体 基本绝缘 附加绝缘 可触及部分 电源线 绝缘示意图 4 绝缘的电气指标主要是绝缘电阻。任何情 况下绝缘电阻不得低于每伏工作电压 1OOO，并应符合专业标准的规定。 绝缘材料的主要作用是用于对带电的或不 同电位的导体进行隔离，使电流按照确定的 线路流动。 绝缘材料品种很多，一般分为： 气体绝缘材料，常用的有空气、氮、氢、 二氧化碳和六氟化硫等； 液体绝缘材料，常用的有从石油原油中提 炼出来的绝缘矿物油、十二烷基苯、聚丁二 烯、硅油和三氯联苯等合成油以及蓖麻油； 5 固体绝缘材料，常用的有树脂绝缘漆、 纸、纸板等绝缘纤维制品、漆布、漆管和 绑扎带等绝缘浸渍纤维制品、绝缘云母制 品，电工用薄膜、复合制品和粘带、电工 用层压制品，电工用塑料和橡胶、玻璃、 陶瓷等。 一、绝缘材料的电气性能 主要表现在电场作用下材料的导电性能 、介电性能及绝缘强度。它们分别以绝缘 电阻率(或电 导)、相对介电常数r 、介质损耗角tan及击穿强度EB四个参数 来表示。 6 1. 绝缘电阻率和绝缘电阻 任何电介质都不可能是绝对的绝缘体， 总存在一些带电质点，主要为本征离子和 杂质离子。在电场的作用下，它们可作有 方向的运动，形成漏导电流，通常又称为 泄漏电流。 2. 介电常数 介电常数是表明电介质极化特征的性能 参数。介电常数愈大，电介质极化能力愈 强，产生的束缚电荷就愈多。束缚电荷也 产生电场，且该电场总是削弱外电场的。 7 现用电容器来说明介电常数的物理意义 。设电容器极板间为真空时，其电容量为 Co，而当极板间充满某种电介质时，其电 容量变为C， 则C与Co的比值即该电介质 的相对介电常数，即： 在填充电介质以后，由于电介质的极化， 使靠近电介质表面处出现了束缚电荷，与其 对应，在极板上的自由电荷也相应增加，即 填充电介质之后，极板上容纳了更多的自由 电荷，说明电容被增大。可以看出，相对介 电常数总是大于1的绝缘材料的介电常数受 电源频率、温度、湿度等因素而产生变化。8 频率增加，介电常数减小。温度增加，介 电常数增大；但当温度超过某一限度后，由 于热运动加剧，极化反而困难一些，介电常 数减小。 湿度增加，电介质的介电常数明显增加， 因此，通过测量介电常数，能够判断电介质 受潮程度。大气压力对气体材料的介电常数 有明显影响，压力增大，密度就增大，相对 介电增大。 3.介质损耗 在交流电压作用下，电介质中的部分电能 不可逆地转变成热能，这部分能量叫做介质 损耗。 9 单位时间内消耗的能量叫做介质损耗功 率。介质损耗使介质发热，是电介质热击 穿的根源。 总电流与电压的相位差，即电介质的 功率因数角。功率因数角的余角称为介 质损耗角。根据相量图，不难求出单位体 积内介质损耗功率为 式中:电源角频率, =2f；电 介质介电常数；E 电介质内电场强度； tans 介质损耗角正切 10 由于P值与试验电压、试品尺寸等因素有 关，难于用来对介质品质作严密的比较， 通常以tan 来衡量电介质的介质损耗性 能。 总结： 介质损耗将使介质发热，热击穿的根源 。 电气设备中使用的电介质，要求它的 tan值愈小愈好。在要求高的场合，需进 行介质损耗试验。 影响绝缘材料介质损耗的因素主要有频 率、温度、湿度、电场强度和辐射。 11 绝缘材料的最高工作温度 12 阻燃性绝缘 绝缘材料的阻燃性能用氧指数评定。氧 指数是在规定的条件下，材料在氧、氮混 合气体中恰好能保持燃烧状态所需要的最 低氧浓度。氧指数用百分数表示。氧指数 21%以下的材料为可燃性材料，氧指数 21%27%之间的材料为自熄性材料，氧指数 27%以上的材料为阻燃性材料。阻燃性材料 应能保证短路电弧熄灭后或外部火源熄灭 后不再继续燃烧；而且在一定的火焰温度 （如750800）下，经过一定的时间（如 1.52h），最里面的绝缘层仍有足够的绝 缘能力维持通电。 13 二、绝缘的破坏 1. 绝缘击穿 绝缘材料所具备的绝缘性能是指其承受 的电压在一定范围内所具备的性能。当电压 超出了相应的范围时，就会出现击穿现象。 电介质击穿是指电介质在强电场作用下遭到 破坏，丧失绝缘性能的现象。击穿电压是指 使电介质产生击穿的最小电压。击穿强度是 指使电介质产生击穿的最小电场强度（也叫 耐压强度）。对于电介质通常用平均击穿强 度表示： EB=UB/d (KV/cm)；UB:击穿电压 ；d:击穿处绝缘厚度 14 (1) 气体电介质的击穿 气体击穿是由碰撞电离导致的电击穿。 在强电场中，带电质点(主要是电子)在电 场中获得足够的动能，当它与气体分子发 生碰撞时，能够使中性分子电离为正离子 和电子。 新形成的电子又在电场中积累能量而碰 撞其他分子，使其电离，这就是碰撞电离 。碰撞电离过程是一个连锁反应过程，每 一个电子碰撞产生一系列新电子，因而形 成电子崩。电子崩向阳极发展，最后形成 一条具有高电导的通道，导致气体击穿。 15 (2) 液体电介质的击穿 液体电介质的击穿特性与其纯净度有关， 一般认为纯净液体的击穿与气体的击穿机理 相似，是由电子碰撞电离最后导致击穿。但 液体的密度大，电子自由行程短，积聚能量 小，因此击穿场强比气体高。 工程上液体绝缘材料不可避免地含有气体 、液体和固体杂质。在强电场的作用下定向 排列，运动到电场强度最高处联成小桥，小 桥贯穿两电极间引起电导剧增，局部温度骤 升，最后导致击穿。 为保证绝缘质量，在液体绝缘材料使用之 前，必须对其进行纯化、脱水、脱气处理；16 在使用过程中应避免这些杂质的侵入。液体 电介质击穿后，绝缘性能在一定程度上可以 得到恢复。 (3) 固体电介质的击穿 有电击穿、热击穿、电化学击穿、放电击 穿等形式。绝缘结构发生击穿，往往是电、 热、放电、电化学等多种形式同时存在。 在采用tan值大、耐热性差的电介质的低 压电气设备，在工作温度高、散热条件差时 ，热击穿较多。在高压电气设备中，放电击 穿的概率就大些。脉冲电压下的击穿一般属 于电击穿。当电压作用时间达数十小时乃至 数年时，大多数属于电化学击穿。 17 2. 绝缘老化 电气设备在运行过程中,其绝缘材料由于 受热、电、光、氧、机械力(包括超声波) 、辐射线、微生物等因素的长期作用， 产 生一系列不可逆的物理变化和化学变化， 导致绝缘材料的电气性能和机械性能的劣 化。绝缘老化过程十分复杂。主要是热老 化和电老化。 (1) 热老化 一般在低压电气设备中，促使绝缘材料 老化的主要因素是热。其热源可能是内部 的也可能是外部的。 18 每种绝缘材料都有其极限耐热温度，当超 过这一极限温度时，其老化将加剧，电气设 备的寿命就缩短。 (2) 电老化 它主要是由局部放电引起的。在高压电气 设备中，促使绝缘材料老化的主要原因是局 部放电。局部放电时产生的臭氧、氮氧化物 、高速粒子都会降低绝缘材料的性能，局部 放电还会使材料局部发热，促使材料性能恶 化。 （3）绝缘损坏 绝缘损坏是指由于不正确选用绝缘材料， 不正确地进行电气设备及线路的安装，不合 19 理地使用电气设备等，导致绝缘材料受到外 界腐蚀性液体、气体、蒸气、潮气、粉尘的 污染和侵蚀，或受到外界热源、机械因素的 作用，在较短或很短的时间内失去其电气性 能或机械性能的现象。 对策： （1）避开有腐蚀性物质和外界高温的场所； （2）正确使用和安装电气设备和线路，保持 过流、过热保护装置的完好； （3）严禁乱拉乱扯，防止损伤绝缘物； （4）应采取防止小动物损伤绝缘的措施。 20 三、绝缘检测和绝缘试验 绝缘检测和绝缘试验的目的是检查电气设 备或线路的绝缘指标是否符合要求。绝缘检 测和绝缘试验主要包括绝缘电阻试验、耐压 试验、泄漏电流试验和介质损耗试验等。 1. 绝缘材料的电阻常用兆欧表(摇表)测量 兆欧表主要由作为电源的手摇发电机(或 其他直流电源)和作为测量机构的磁电式流 比计(双动线圈流比计)组成。测量时，实际 上是给被测物加上直流电压，测量其通过的 泄漏电流，在表的盘面上读到的是经过换算 的绝缘电阻值。 21 磁电式流比计的工作原理：在同一转轴上 装有两个交叉的线圈，当两线圈通有电流时 ，两个线圈分别产生互为相反方向的转矩。 其大小分别为 M1 = K1f1（）I1 M2= K2f2（）I2 式中 : K1 K2 比例常数； I1,I2 通过两个线圈的电流； 线圈带动指针偏转的偏转角。 当M1M2时，线圈转动，指针偏转。当 M1=M2时，线圈停止转动，指针停止偏转 ，且两电流之比与偏转角满足如下的函数 关系，即 22 在接入被测电阻 Rx 后，构成了两条相互 并联的支路，当摇动手摇发电机时，两个 支路分别通过电流 I1 和 I2 。可以看出 考虑到两电流之比与偏转角满足的函数 关系，不难得出 =f(Rx) 可见，指针的偏转角仅仅是被测绝缘电 阻 Rx 的函数，而与电源电压没有直接关 系。 23 2吸收比的测定 吸收比是加压测量开始后 60S时读取的绝 缘电阻值与加压测量开始后15S时读取的绝 缘电阻值之比。吸收比测量的目的是判断绝 缘材料受潮程度和内部有无缺陷。因此，高 压变压器、电动机和电力电容器等都应按规 定测量吸收比。 3 绝缘电阻指标 绝缘电阻是电气设备和电气线路绝缘最基 本的性能指标。高压较低压要求高；新设备 较老设备要求高；室外设备较室内设备要求 高；移动设备较固定设备要求高等。绝缘电 阻应按规定进行定期测量，电动机的测量周 24 期为1年，其它低压设备或线路为12年 对于低压电气装置的交接试验，常温下 电动机、配电设备和配电线路的绝缘电阻 不应低于0.5M(对于运行中的设备和线路 75时的绝缘电阻不应低于每伏工作电压 1000)。低压电器及其连接电缆和二次回 路的绝缘电阻一般不应低于1M；在比较潮 湿的环境不应低于0.5 M；二次回路小母 线的绝缘电阻不应低于10M。类手持电 动工具的绝缘电阻不应低于2M。 25 电缆绝缘电阻测量接线 26 第二节 双重绝缘和加强绝缘 一、双重绝缘和加强绝缘的结构 双重绝缘和加强绝缘是在基本绝缘的直 接接触电击防护的基础上，通过结构上附 加绝缘或加强绝缘，使之具备了间接接触 电击防护功能的安全措施。 典型的双重绝缘和加强绝缘的结构示意 图如图4-1所示。 1、工作绝缘： 又称基本绝缘是保证电气设备正常工作 和防止触电的基本绝缘，位于带电体与不 可触及金属件之间的绝缘。 27 28 2、保护绝缘： 又称附加绝缘，是在工作绝缘因机械破损 或击穿等而失效的情况下，可防止触电的独 立绝缘，位于不可触及金属件与可触及金属 件之间的绝缘。 3、双重绝缘： 是兼有工作绝缘和附加绝缘的绝缘。 4、加强绝缘： 是基本绝缘经改进后，在绝缘强度和机械 性能上具备了与双重绝缘同等防触电能力的 单一绝缘，在构成上可以包含一层或多层绝 缘材料。 29 具有双重绝缘和加强绝缘的设备属于类 设备。按外壳特征分为以下三类类设备 ： 1.全部绝缘外壳的类设备。 2.全部金属外壳的类设备。 3.兼有绝缘外壳和金属外壳两种特征的类 设备。 二、双重绝缘和加强绝缘的安全条件 由于具有双重绝缘或加强绝缘，类设备 无须再采取接地、接零等安全措施，因此 ，对双重绝缘和加强绝缘的设备可靠性要 求较高。双重绝缘和加强绝缘的设备应满 足以下安全条件。 30 1绝缘电阻和电气强度 绝缘电阻:在直流电压为500V的条件下测 试，工作绝缘的绝缘电阻不得低于2M， 保护绝缘的绝缘电阻不得低于5M，加强 绝缘的绝缘电阻不得低于7M。 交流耐压试验的试验电压：工作绝缘为 1250V、保护绝缘为2500V、加强绝缘为 3750V。耐压持续时间为1min，试验中不得 发生闪络或击穿。 2 外壳防护和机械强度 类设备应能保证在正常工作时以及在打 开门盖和拆除可拆卸部件时，人体不会触及 31 仅由工作绝缘与带电体隔离的金属部件。其 外壳上不得有易于触及到上述金属部件的孔 洞。利用绝缘外护物实现加强绝缘，则要求 外护物必须用钥匙或工具才能开启，其上不 得有金属件穿过，并有足够的绝缘水平和机 械强度。类设备应在明显位置标上作为 类设备技术信息一部分的“回”形标志。例如 标在额定值标牌上。 3电源连接线 类设备的电源连接线应符合加强绝缘要 求，电源插头上不得有起导电作用以外的金 属件，电源连接线与外壳之间至少应有两层 单独的绝缘层。对电源线截面的要求见表， 此外，电源连接线还应有足够的机械强度。 32 表 电源连接线截面积 额定电流IN/A电源线截面积/mm2 IN100.75 101 13.51.5 162.5 254 326 4030任意值0.20.1O.0 4 400.20.1 5 2. 其他技术参数 额定频率：50Hz; 额定电压：220V或380V; 额定电流 (In)：6A、10A、16A、20A、 25A、32A、40A、50A、(60A)、63A、 (80A)、100A、(125A)、 160A、200A、 250A(带括号值不推荐优先采用 ) 。84 3. 接通分断能力 漏电保护装置的接通分断能力应符合 表的规定。 额定动作电流In/mA接通分断电流/A In10300 10In50500 50In1001000 100In1501500 150In2002000 200 In2503000 85 四、漏电保护装置的应用 1. 漏电保护装置的选用 选用漏电保护装置应首先根据保护对象 的不同要求进行选型，既要保证在技术上 有效，还应考虑经济上的合理性。 (1) 动作性能参数的选择： 防止人身触电事故。 防直接接触电击时，应选用额定动作电 流为30mA及其以下的高灵敏度、 快速型漏 电保护装置。 86 在浴室、游泳池、隧道等场所，漏电保 护装置的额定动作电流不宜超过10mA 。在 触电后，可能导致二次事故的场合，应选 用额定动作电流为6mA的快速型漏电保护 装置。 防止火灾。 根据被保护场所的易燃程度，可选用 200mA到数安的漏电保护装置。 防止电气设备烧毁。 通常选用100mA到数安的漏电保护装置。 87 (2) 其他性能的选择。 对于连接户外架空线路的电气设备，应选 用冲击电压不动作型漏电保护装置。对于不 允许停转的电动机，应选用漏电报警方式， 而不是漏电切断方式的漏电保护装置。对于 照明线路，宜采用分级保护的方式。支线上 用高灵敏度的，干线上选用中灵敏度的漏电 保护装置。漏电保护装置的额定电压、额定 电流、分断能力等性能指标应与线路条件相 适应。漏电保护装置的类型应与供电线、供 电方式、系统接地类型和用电设备特征相适 应。 88 2. 漏电保护装置的安装 (1) 需要安装漏电保护装置的场所有： 带金属外壳的I类设备和手持式电动工具 ； 安装在潮湿或强腐蚀等恶劣场所的电气 设备； 建筑施工工地的电气施工机械设备，临 时性电气设备； 宾馆类的客房内的插座； 触电危险性较大的民用建筑物内插座； 游泳池、喷水池或浴室类场所的水中照 明设备； 89 安装在水中的供电线路和电气设备； 直接接触人体的电气医疗设备(胸腔手术 室除外)等。 在不允许突然停电的场所（如火灾报警装 置、消防水泵、消防通道照明等 )，应装设 不切断电源的漏电报警装置。 (2) 不需要安装漏电保护装置的设备或 场所有： 使用安全电压供电的电气设备； 一般境情况下使用的具有双重绝缘或加 强绝缘的电气设备； 使用隔离变压器供电的电气设备； 90 采用了不接地的局部等电位联结安全措 施场所中的电气设备等。 (3) 漏电保护装置的安装要求： 漏电保护装置的额定值应能满足被保护 供电线路和设备的安全运行要求； 漏电保护装置只能起附加保护作用，因 此，安装漏电保护装置后不能破坏原有安 全措施的有效性； 漏电保护装置的电源侧和负载侧不得接 反； 所有的工作相线（包括中性线）必须都 通过漏电保护装置，所有的保护线不得通 过漏电保护装置； 91 漏电保护装置安装后应操作试验按钮试 验3次，带负载分合3次，确认动作正常后， 才能投入使用。 3. 漏电保护装置的运行 (1) 漏电保护装置的运行管理。为了确保漏 电保护装置的正常运行，必须加强运行管理 。 对使用中的漏电保护装置应定期用试验 按钮试验其可靠性； 为检验漏电保护装置使用中动作特性的 变化，应定期对其动作特性进行试验； 运行中漏电保护器跳闸后，应认真检查 其动作原因，排除故障后再合闸送电。 92 (2) 漏电保护装置的误动作和