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第二章 电气安全技术第一节 电气危险因素及事故种类根据能量转移论的观点，电气危险因素是由于电能非正常状态形成的。电气危险因素分为触电危险、电气火灾爆炸危险、静电危险、雷电危险、射频电磁辐射危害和电气系统故障等。按照电能的形态，电气事故可分为触电事故、雷击事故、静电事故、电磁辐射事故和电气装置事故。一、触电触电分为电击和电伤两种伤害形式。l 电击 电击是电流通过人体，刺激机体组织，使肌体产生针刺感、压迫感、打击感、痉挛、疼痛、血压异常、昏迷、心律不齐、心室颤动等造成伤害的形式。严重时会破坏人的心脏、肺部、神经系统的正常工作，形成危及生命的伤害。(1)电击伤害机理。人体在正常能量之外的电能作用下，系统功能很容易遭受破坏。当电流作用于心脏或管理心脏和呼吸机能的脑神经中枢时，能破坏心脏等重要器官的正常工作。(2)电流效应的影响因素(以下不加说明电流均指工频)。电流对人体的伤害程度是与通过人体电 流的大小、种类、持续时间、通过途径及人体状况等多种因素有关。1)电流值感知电流。指引起感觉的最小电流。感觉为轻微针刺，发麻等。就平均值(概率 50)而言，男性约为 1.1 mA；女性约为 0.7 mA。 摆脱电流。指能自主摆脱带电体的最大电流。超过摆脱电流时，由于受刺激肌肉收缩或中枢神经失去对手的正常指挥作用，导致无法自主摆脱带电体。就平均值(概率 50)而言，男性约为 16 mA；女性约为 10.5 mA；就最小值(可摆脱概率 99.5)而言，男性约为 9 mA；女性约为 6 mA。 室颤电流。指引起心室发生心室纤维性颤动的最小电流。动物实验和事故统计资料表明，心室颤动在短时间内导致死亡。室颤电流与电流持续时间关系密切。当电流持续时间超过心脏周期时，室颤电流仅为 50 mA 左右；当持续时间短于心脏周期时，室颤电流为数百 mA。当电流持续时间小于 0.1 s 时，只有电击发生在心室易损期，500 mA 以上乃至数 A 的电流才能够引起心室颤动。前述电流均指 流过人体的电流，而当电流直接流过心脏时，数十微安的电流即可导致心室颤动发生。室颤电流与电 流持续时间的关系大致如图称特点平均值(概率 50)感知电流引起感觉的最小电流。感觉为轻微针刺，发麻等男性约为 1.1 mA；女性约为 0.7 mA摆脱电流能自主摆脱带电体的最大电流男性约为 9 mA；女性约为 6 mA室颤引起心室发生心室纤维性颤动的最小电流当电流持续时间超过心脏周期时，室颤电流仅为 50 mA 左右电流当电流直接流过心脏时，数十微安的电流即可导致心室颤动发生2)电流持续时间。通过人体的电流持续时间愈长，愈容易引起心室颤动，危险性就愈大。3)电流途径。流经心脏的电流多、电流路线短的途径是危险性最大的途径。最危险的途径是：左手到前胸。判断危险性，既要看电流值，又要看途径。4)电流种类。直流电流、高频交流电流、冲击电流以及特殊波形电流也都对人体具有伤害作用，其伤害程度一般较工频电流为轻。5)个体特征。因人而异，健康情况、性别、年龄等。 (3)人体阻抗 人体阻抗是定量分析人体电流的重要参数之一，是处理许多电气安全问题所必须考虑的基本因素。1)组成和特征。人体皮肤、血液、肌肉、细胞组织及其结合部等构成了含有电阻和电容的阻抗。 其中，皮肤电阻在人体阻抗中占有较大的比例。皮肤阻抗：决定于接触电压、频率、电流持续时间、接触面积、接触压力、皮肤潮湿程度和温度 等。皮肤电容很小，在工频条件下，电容可忽略不计，将人体阻抗看作纯电阻。体内电阻：基本上可以看作纯电阻，主要决定于电流途径和接触面积。2)数值及变动范围。在除去角质层，干燥的情况下，人体电阻约为 1 0003000；潮湿的情况 下，人体电阻约为 500800。3)影响因素。接触电压的增大、电流强度及作用时间的增大、频率的增加等因素都会导致人体阻抗下降。皮肤表面潮湿、有导电污物、伤痕、破损等也会导致人体阻抗降低。接触压力、接触面积的增大均会降低人体阻抗。(4)电击类型 电击的分类方式有如下几种。1)根据电击时所触及的带电体是否为正常带电状态，电击分为直接接触电击和间接接触电击两类。直接接触电击。指在电气设备或线路正常运行条件下，人体直接触及了设备或线路的带电部分所形成的电击。间接接触电击。指在设备或线路故障状态下，原本正常情况下不带电的设备外露可导电部分或 设备以外的可导电部分变成了带电状态，人体与上述故障状态下带电的可导电部分触及而形成的电击。2)按照人体触及带电体的方式，电击可分为单相电击、两相电击和跨步电压电击三种。1单相电击。指人体接触到地面或其他接地导体，同时，人体另一部位触及某一相带电体所引起 的电击。根据国内外的统计资料，单相电击事故占全部触电事故的 70以上。因此，防止触电事故的技术措施应将单相电击作为重点。两相电击。指人体的两个部位同时触及两相带电体所引起的电击。此情况下，人体所承受的电 压为线路电压，因其电压相对较高，其危险性也较大。(3)跨步电压电击。指站立或行走的人体，受到出现于人体两脚之间的电压即跨步电压作用所引 起的电击。跨步电压是当带电体接地，电流经接地线流人埋于土壤中的接地体。又通过接地体向周围大地流散时，在接地体周围土壤电阻上产生的电压梯度形成的。图 23 所示为接地体的对地电压曲线。曲线有双曲线特征。图中，u。是接地体对地电压。 对于集中式接地体，离接地体 20 m 处的对地电压接近于零。图中，人体两脚所处两点之间出现的电压 u。即跨步电压。2 电伤 电伤是电流的热效应、化学效应、机械效应等对人体所造成的伤害。伤害多见于机体的外部，往往在机体表面留下伤痕。能够形成电伤的电流通常比较大。电伤的危险程度决定于受伤面积、受伤深度、受伤部位等。电伤包括电烧伤、电烙印、皮肤金属化、机械损伤、电光性眼炎等多种伤害。(1)电烧伤。是最为常见的电伤。大部分触电事故都含有电烧伤成分。电烧伤可分为电流灼伤和电弧烧伤。1)电流灼伤。指人体与带电体接触，电流通过人体时，因电能转换成的热能引起的伤害。由于人 体与带电体的接触面积一般都不大，且皮肤电阻又比较高，因而产生在皮肤与带电体接触部位的热量 就较多。因此，使皮肤受到比体内严重得多的灼伤。电流愈大、通电时间愈长、电流途径上的电阻愈 大，则电流灼伤愈严重。电流灼伤一般发生在低压电气设备上。数百毫安的电流即可造成灼伤，数安 的电流则会形成严重的灼伤。2)电弧烧伤。指由弧光放电造成的烧伤，是最严重的电伤。电弧发生在带电体与人体之间，有电 流通过人体的烧伤称为直接电弧烧伤；电弧发生在人体附近对人体形成的烧伤以及被熔化金属溅落的 烫伤称为间接电弧烧伤。弧光放电时电流很大，能量也很大，电弧温度高达数千度，可造成大面积的 深度烧伤。严重时能将机体组织烘干、烧焦。电弧烧伤既可以发生在高压系统，也可以发生在低压系 统。在低压系统，带负荷(尤其是感性负荷)拉开裸露的闸刀开关时，产生的电弧会烧伤操作者的手部 和面部；当线路发生短路，开启式熔断器熔断时，炽热的金属微粒飞溅出来会造成灼伤；因误操作引 起短路也会导致电弧烧伤等。在高压系统，由于误操作，会产生强烈的电弧，造成严重的烧伤；人体 过分接近带电体，其间距小于放电距离时，直接产生强烈的电弧，造成电弧烧伤，严重时会因电弧烧 伤而死亡。在全部电烧伤的事故当中，大部分的事故发生在电气维修人员身上。(2)电烙印。指电流通过人体后，在皮肤表面接触部位留下与接触带电体形状相似的斑痕，如同烙印。斑痕处皮肤呈现硬变，表层坏死，失去知觉。(3)皮肤金属化。是由高温电弧使周围金属熔化、蒸发并飞溅渗透到皮肤表层内部所造成的。受伤部位呈现粗糙、张紧，可致局部坏死。(4)机械损伤。多数是由于电流作用于人体，使肌肉产生非自主的剧烈收缩所造成的。其损伤包 括肌腱、皮肤、血管、神经组织断裂以及关节脱位乃至骨折等。(5)电光性眼炎。其表现为角膜和结膜发炎。弧光放电时的红外线、可见光、紫外线都会损伤眼睛。在短暂照射的情况下，引起电光眼的主要原因是紫外线。二、电气火灾与爆炸 电气火灾爆炸是由电气引燃源引起的火灾和爆炸。电气装置在运行中产生的危险温度、电火花和电弧是电气引燃源主要形式。在爆炸性气体、爆炸性粉尘环境及火灾危险环境。电气线路、开关、熔 断器、插座、照明器具、电热器具、电动机等均可能引起火灾和爆炸。油浸电力变压器、多油断路器 等电气设备不仅有较大的火灾危险，还有爆炸的危险。在火灾和爆炸事故中，电气火灾爆炸事故占有 很大的比例。从我国一些大城市的火灾事故统计可知，就引起火灾的原因而言，电气原因已居首位。l 电气引燃源 作为火灾和爆炸的电气引燃源，电气设备及装置在运行中产生的危险温度、电火花和电弧是电气火灾爆炸的要因。(1)危险温度 形成危险温度的典型情况如下：1)短路。指不同的电位的导电部分之间包括导电部分对地之间的低阻性短接。发生短路时，线路 中电流增大为正常时的数倍乃至数十倍，由于载流导体来不及散热，温度急剧上升，除对电气线路和 电气设备产生危害外，还形成危险温度。短路的暂态过程会产生很大的冲击电流，在流过设备的瞬间 产生很大的电动力，造成电气设备损坏。电气设备安装和检修中的接线和操作错误，可能引起短路；运行中的电气设备或线路发生绝缘老 化、变质；或受过度高温、潮湿、腐蚀作用；或受到机械损伤等而失去绝缘能力，可能导致短路。由 于外壳防护等级不够，导电性粉尘或纤维进入电气设备内部，也可能导致短路。因防范措施不到位， 小动物、霉菌及其他植物也可能导致短路。由于雷击等过电压、操作过电压的作用，电气设备的绝缘可能遭到击穿而短路。2)过载。电气线路或设备长时间过载也是导致温度异常上升，形成引燃源。过载的原因主要有如下几种情况。电气线路或设备设计选型不合理，或没有考虑足够的裕量，以致在正常使用情况下出现过热。2电气设备或线路使用不合理，负载超过额定值或连续使用时间过长，超过线路或设备的设计能力，由此造成过热。3设备故障运行造成设备和线路过负载，如三相电动机单相运行或三相变压器不对称运行均可能 造成过负载。电气回路谐波能使线路电流增大而过载。如三相四线制电路三次及其奇数倍谐波电流会引起中 性线过载危险。由于各相三次谐波电流在中性绒上相位相同而互相叠加。如果三相负载不平衡，中性 线再叠加上不平衡电流后发热将更为严重。在非线性负载日益增多，能产生大量三次谐波的气体放电 灯等非线性负载大量使用的情况下，中性线的严重过载将带来火灾的隐患。产生三次谐波的设备主要有：节能灯、荧光灯、计算机、变频空调、微波炉、镇流器、焊接设备、UPS 电源等。如节能荧光灯，因灯管内电弧的负阻特性产生的谐波电流主要为三次谐波电流。3)漏电。电气设备或线路发生漏电时，因其电流一般较小，不能促使线路上的熔断器的熔丝动作。 一般当漏电电流沿线路比较均匀地分布，发热量分散时，火灾危险性不大。而当漏电电流集中在某一 点时，可能引起比较严重的局部发热，引燃成灾。4)接触不良。电气线路或电气装置中的电路连接部位是系统中的薄弱环节，是产生危险温度的主 要部位之一。电气接头连接不牢、焊接不良或接头处夹有杂物，都会增加接触电阻而导致接头过热。刀开关、 断路器、接触器的触点、插销的触头等，如果没有足够的接触压力或表面粗糙不平等。均可能增大接 触电阻，产生危险温度。对于铜、韬接头，由于铜和铝的理化性能不同，接触状态会逐渐恶化，导致 接头过热。5)铁心过热。对于电动机、变压器、接触嚣等带有铁心的电气设备，如果铁心短路(片间绝缘破 坏)或线圈电压过高，由于涡流损耗和磁滞损耗增加，使铁损增大，将造成铁心过热并产生危险温度。6)散热不良。电气设备在运行时必须确保具有一定的散热或通风措施。如果这些措施失效，如通 风道堵塞、风扇损坏、散热油管堵塞、安装位置不当、环境温度过高或距离外界热源太近等，均可能导致电气设备和线路过热。7)机械故障。由交流异步电动机拖动的设备，如果转动部分被卡死或轴承损坏，造成堵转或负载 转矩过太，都会因电流显著增大而导致电动机过热。交流电磁铁在通电后，如果衔铁被卡死，不能吸 合，则线圈中的大电流持续不降低，也会造成过热。由电气设备相关的机械摩擦导致的发热。8)电压异常。相对于额定值，电压过高和过低均属电压异常。电压过高时，除使铁心发热增加外， 对于恒阻抗设备，还会使电流增大而发热。电压过低时，除可能造成电动机堵转、电磁铁衔铁吸合不 上，使线圈电流大大增加而发热外，对于恒功率设备，还会使电流增大而发热。9)电热器具和照明器具。其正常情况下的工作温度就可能形成危险温度，如：电炉电阻丝工作温 度为 800，电熨斗为 500600，白炽灯灯丝为 2 0003 000，100w 白炽灯泡表面为 170 一 220。10)电磁辐射能量。在连续发射或脉冲发射的射频(9 kHz 一 60 GHz)源的作用下，可燃物吸收辐 射能量可能形成危险温度。(2)电火花和电弧 电火花是电极间的击穿放电，电弧是大量电火花汇集而成的。在切断感性电路时，断路器触点分开瞬间，在触点之间的高电压形成的电弧作用及触点上的高温引起热电子发射，使断开的触点之间形 成密度很大的电子流和离子流，形成电弧和电火花，电弧形成后的弧柱温度可高达 6 0007 000，甚至 10000以上，不仅能引起可燃物燃烧，还能使金属熔化、飞溅，构成危险的火源。在有爆炸危 险的场所，电火花和电弧是十分危险的因素。电火花和电弧分为工作电火花及电弧、事故电火花及电弧。1)工作电火花及电弧。指电气设备正常工作或正常操作过程中所产生的电火花。例如：刀开关、 断路器、接触器、控制器接通和断开线路时会产生电火花；插销拔出或插入时的火花；直流电动机的 电刷与换向器的滑动接触处、绕线式异步电动机的电刷与滑环的滑动接触处也会产生电火花等。切断 感性电路时，断口处火花能量较大，危险性也较大。当该火花能量超过周围爆炸性混合物的最小引燃 能量时，即可能引起爆炸。 2)事故电火花及电弧。包括线路或设备发生故障时出现的火花。如绝缘损坏、导线断线或连接松动导致短路或接地时产生的火花；电路发生故障，熔丝熔断时产生的火花；沿绝缘表面发生的闪络等。 电力线路和电气设备在投切过程中由于受感性和容性负荷的影响，可能会产生铁磁谐振和高次谐波，并引起过电压，这个过电压也会破坏电气设备绝缘造成击穿，并产生电弧。 事故火花还包括由外部原因产生的火花，如雷电直接放电及二次放电火花、静电火花、电磁感应火花等。 除上述外，电动机转子与定子发生摩擦(扫膛)，或风扇与其他部件相碰也都会产生火花，这是由碰撞引起的机械性质的火花。2 电气装置及电气线路发生燃爆(1)油浸式变压器火灾爆炸。变压器油箱内充有大量的用于散热、绝缘、防止内部元件和材料老 化以及内部发生故障时熄灭电弧作用的绝缘油。变压器油的闪点在 130 一 140之间。变压器发生故 障时，在高温或电弧的作用下，变压器内部故障点附近的绝缘油和固态有机物发生分解，产生易燃气 体。如故障持续时间过长，易燃气体愈来愈多，使变压器内部压力急剧上升，若安全保护装置(气体 继电器、防爆管等)未能有效动作时，会导致油箱炸裂，发生喷油燃烧。燃烧会随着油流的蔓延而扩 展，形成更大范围的火灾危害。造成停电、影响生产等重大经济损失、甚至造成人员的伤亡等重大事故。除油浸变压器外，多油断路器等充油设备也可能发生爆炸。充油设备的绝缘油在高温电弧作用下 气化和分解，喷出大量油雾和可燃气体，还可引起空间爆炸。(2)电动机着火。异步电动机的火灾危险性是由于其内部和外部的诸如制造工艺和操作运行等种 种原因造成的。其原因主要有：电源电压波动、频率过低；电机运行中发生过载、堵转、扫膛(转子 与定子相碰)；电机绝缘破坏，发生相间、匝间短路；绕组断线或接触不良；以及选型和启动方式不当等。三相异步电动机如果发生某相断线，则形成了缺相运行。此时，电动机绕组中的电流会明显上升， 但又达不到保护电动机的熔断器的熔断电流值。因此，大电流长时间作用引起定子绕组过热，导致电动机烧毁。异步电动机形成引燃的主要部位是绕组、铁心和轴承以及引线。其原因既有电气方面的原因也有 机械方面的原因。而它们往往不是孤立的，电气原因可能引起机械方面的故障或事故，反之亦然，有时呈互为因果的恶性循环。(3)电缆火灾爆炸。当导线电缆发生短路、过载、局部过热、电火花或电弧等故障状态时，所产 生的热量将远远超过正常状态。火灾案例表明，有的绝缘材料是直接被电火花或电弧引燃；有的绝缘 材料是在高温作用下，发生自燃；有的绝缘材料是在高温作用下，加速了热老化进程，导致热击穿短路，产生的电弧，将其引燃。电缆火灾的常见起因如下：1)电缆绝缘损坏。运输过程或敷设过程中造成了电缆绝缘的机械损伤、运行中的过载、接触不良、短路故障等都会使绝缘损坏，导致绝缘击穿而发生电弧。2)电缆头故障使绝缘物自燃。施工不规范，质量差，电缆头不清洁等降低了线间绝缘。3)电缆接头存在隐患。电缆接头的中间接头因压接不紧、焊接不良和接头材料选择不当，导致运行中接头氧化、发热、流胶；结缘剂质量不合格，灌注时盒内存有空气，电缆盒密封不好，进入了水 或潮气等，都会引起绝缘击穿，形成短路设置发生爆炸。4)堆积在电缆上的粉尘起火。积粉不清扫，可燃性粉尘在外界高温或电缆过负荷时，在电缆表面 的高温作用下，发生自燃起火。5)可燃气体从电缆沟窜入变、配电室。电缆沟与变、配电室的连通处未采取严密封堵措施，可燃 气体通过电缆沟窜入变，配电室，引起火灾爆炸事故。6)电缆起火形成蔓延。电缆受外界弓伙源作用一旦起火，火焰沿电缆延燃，使危害扩大。电缆在 着火的同时，会产生有毒气体，对在场人员造成威胁。 三、雷电危害1 雷电的种类、危害形式和事故后果(1)雷电的种类1)直击雷。雷云与大地目标之间的一次或多次放电称为对地闪击。闪击直接击于建筑物、其他物体、大地或外部防雷装置上，产生电效应、热效应和机械力者称为直击雷。直击雷的每次放电过程包括先导放电、主放电、余光三个阶段。大约 50的直击雷有重复放电特征。每次雷击有三四个冲击至数十个冲击。一次直击雷的全部放电时间一般不超过 500ms。2)闪电感应。又称作雷电感应。闪电发生时，在附近导体上产生的静电感应和电磁感应，它可能使金属部件之间产生火花放电。闪电静电感应。是由于带电积云在架空线路导线或其他高大导体上感应出大量与雷云带电极性相反的电荷，在带电积云与其他客体放电后，感应电荷失去束缚，如没有就近泄入地中就会以大电流、高电压冲击波的形式，沿线路导线或导体传播。闪电电磁感应。是由于雷电放电时，迅速变化的雷电流在其周围空间产生瞬变的强电磁场，使附近导体上感应出很高的电动势。3)球雷。球雷是雷电放电时形成的发红光、橙光、白光或其他颜色光的火球。从电学角度考虑， 球雷应当是一团处在特殊状态下的带电气体。此外，直击雷和闪电感应都能在架空线路、电缆线路或金属管道上产生沿线路或管道的两个方向迅速传播的闪电电涌(即雷电波)侵入。(2) 雷电的危害形式。 雷电是大气中的一种放电现象。雷电具有雷电流幅值大、雷电流陡度大、 冲击性强、冲击过电压高的特点。雷电具有电性质、热性质和机械性质等三方面的破坏作用。1)电性质的破坏作用。破坏高压输电系统。毁坏发电机、电力变压器等电气设备的绝缘，烧断电 线或劈裂电杆，造成大规模停电事故；绝缘损坏可能引起短路，导致火灾或爆炸事故；二次放电的电 火花也可能引起火灾或爆炸，二次放电也可能造成电击，伤害人命；形成接触电压屯击和跨步电压导 致触电事故；雷击产生的静电场突变和电磁辐射，干扰电视电话通讯，甚至使通讯中断；雷电也能造成飞行事故。2)热性质的破坏作用。直击雷放电的高温电弧能直接引燃邻近的可燃物；巨大的雷电流通过导体 能够烧毁导体；使金属熔化、飞溅引发火灾或爆炸。球雷侵入可引起火灾。3)机械性质的破坏作用。巨大的雷电流通过被击物，使被击物缝隙中的气体剧烈膨胀，缝隙中的 水分也急剧蒸发汽化为大量气体，导致被击物破坏或爆炸。雷击时产生的冲击波也有很强的破坏作用。 此外，同性电荷之间的静电斥力、同方向电流的电磁作用力也会产生很强的破坏作用。(3)雷电危害的事故后果。雷电能量释放所形成的砬坏力可带来极为严重的后果。1)火灾和爆炸。直击雷就电的高温电弧、二次放电、巨大的雷电流、球雷侵入可直接引起火灾和 爆炸，冲击电压击穿电气秘备的绝缘等可间接引起火灾和爆炸。2)触电。积云直接对人体放电、二次放电、球雷打击、雷电流产生的接触电压和跨步电压可直接 使人触电；电气设备绝缘因雷击而损坏，也可使人遭到电击。3)设备和设施毁坏。雷击产生的高电压、大电流伴随的汽化力、静电力、电磁力可毁坏重要电气 装置和建筑物及其他设施。4)大规模停电。电力设备或电力线路破坏后可能导致大规模停电。 2.雷电参数雷电参数主要有雷暴日、雷电流幅值、雷电流陡度、冲击过电压等。1)雷暴日。只要一天之内能听到雷声的就算一个雷暴日。年雷暴日数用来衡量雷电活动的频繁程 度。雷暴日通常指一年内的平均雷暴日数，即年平均雷暴日，单位 da。雷暴日数愈大，说明雷电活动愈频繁。例如：我国广东省的雷州半岛和海南岛一带雷暴日在 80d a 以上，北京一些地区、上海约为 40 da，天津、济南约为 30 da 等。我国把年平均雷暴日不 超过 15 da 的地区划为少雷区，超过 40 da 划为多雷区。在防雷设计时，需要考虑当地雷暴日条件。2)雷电流幅值。指雷云主放电时冲击电流的最大值。雷电流幅值可达数十千安至数百千安。3)雷电流陡度。指雷电流随时间上升的速度。雷电流冲击波波头陡度可达 50 kAs，平均陡度约为 30 kAs。雷电流陡度越大，对电气设备 造成的危害也越大。4) 雷电冲击过电压。直击雷冲击过电压很高，可选数千千伏。 四、静电危害1 静电的危害形式和事故后果 静电危害是由静电电荷或静电场能量引起的。在生产工艺过程中以及操作人员的操作过程中，某些材料的相对运动、接触与分离等原因导致了相对静止的正电荷和负电荷的积累，即产生了静电。由 此产生的静电其能量不大，不会直接使人致命。但是其电压可能高达数十千伏以上容易发生放电，产生放电火花。静电的危害形式和事故后果有以下几个方面。1)在有爆炸和火灾危险的场所，静电放电火花会成为可燃性物质的点火源，造成爆炸和火灾事故。2)人体因受到静电电击的刺激，可能引发二次事故，如坠落、跌伤等。此外，对静电电击的恐惧 心理还对工作效率产生不利影响。3)某些生产过程中，静电的物理现象会对生产产生妨碍，导致产品质量不良，电子设备损坏。2 静电的特性(1)静电的产生 实验证明，只要两种物质紧密接触而后再分离时，就可能产生静电。静电的产生是同接触电位差和接触面上的双电层直接相关的。1)静电的起电方式接触分离起电。两种物体接触，其间距离小于 2510-8cm 时，由于不同原子得失电子的能 力不同，不同原子外层电子的能级不同，其间即发生电子的转移。因此，界面两侧会出现大小相等、极性相反的两层电荷。这两层电荷称为双电层，其间的电位差称为接触电位差。根据双电层和接触电 位差的理论，可以推知两种物质紧密接触再分离时，即可能产生静电。破断起电。材料破断后能在宏观范围内导致正、负电荷的分离，即产生静电。这种起电称为破断起电。固体粉碎、液体分离过程的起电属于破断起电。感应起电。举例一种典型的感应起电过程，假设一导体 A 为带有负电荷的带电体，另有一导体B 与一接地体相连时，在带电体 A 的感应下，B 的端部出现正电荷，B 由于接地，其对地电位仍然为零， 而当 B 离开接地体时，B 成为了带正电荷带电体。电荷迁移。当一个带电体与一个非带电体接触时，电荷将发生迁移而使非带电体带电。例如：当带电雾滴或粉尘擅击导体时，便会产生电荷迁移；当气体离子流射在不带电的物体上时，也会产生电荷迁移。2)固体静电固体静电可用双电层和接触电位差的理论来解释。双电层上的接触电位差是极为有限的，而固体静电电位可高达数万伏以上，其原因在于电容的变化。将两种相接近的两个带电面看成是电容器的极板。可以推知，电容器上的电压 u 与电容器极间距 离 d 成正比。两个带电面紧密接触时，其间距离 d 只有 2510-8cm。若二者分开为 l cm，即 d 增大为400 万倍。与其对应，如接触电位差为 0.01 V，则(在不考虑分开时电荷逆流的情况下)，二者之间 u可达 40，000 V。橡胶、塑料、纤维等行业工艺过程中的静电高达数十千伏，甚至数百千伏，如不采取有效措施，很容易引起火灾。3)人体静电 人体静电引发的放电是酿成静电灾害的重要原因之一。人体静电的产生主要由摩擦、接触分离和感应所致。人体在日常活动过程中，衣服、鞋以及所携带的用具与其他材料摩擦或接触分离 时，均可能产生静电。例如，当穿着化纤衣料服装的人从人造革面的椅子上起立时，由于衣服与椅面 之间的摩擦和接触分离，人体静电可达 10 000 V 以上。4)粉体静电 粉体实质是处在微小颗粒状态下的固体，其静电的产生也符合双电层的基本原理。当粉体物料被研磨、搅拌、筛分或处于高速运动时，由于粉体颗粒与颗粒之间以及粉体颗粒与管道壁、容器壁或其 他器具之间的碰撞、摩擦，或因粉体破断等都会产生危险的静电。5)液体静电 液体在流动、过滤、搅拌、喷雾、喷射、飞溅、冲刷、灌注和剧烈晃动等过程中，由于静电荷的产生速度高于静电荷的泄漏速度。从而积聚静电荷，可能产生十分危险的静电。6)蒸气和气体静电 蒸气或气体在管道内高速流动，以及由阀门、缝隙高速喷出时也会产生危险的静电。类似液体，蒸气产生静电也是由于接触、分离和分裂等原因产生的。完全纯净的气体即使高速流动或高速喷出也不会产生静电。但由于气体内往往含有灰尘、铁末、 液滴、蒸气等同体颗粒或液体颗粒，正是这些颗粒的碰撞、摩擦、分裂等过程产生了静电。例如，喷漆的过程实质上是将含有大量杂质的气体高速喷出，就会伴随比较强的静电产生。(2)静电的消散中和与泄漏是静电消失的两种主要方式，前者主要是通过空气发生的；后者主要是通过带电体本身及其相连接的其他物体发生的。1)静电中和。空气中的自然存在的带电粒子极为有限，中和是极为缓慢的，一般不会被觉察到。带电体上的静电通过空气迅速的中和发生在放电时。2)静电泄漏。表面泄瀑和内部泄漏是绝缘体上静电泄漏的两种途径。静电表面泄漏过程其泄漏电 流遇到的是表面电阻；静电内部泄漏过程其泄漏电流遇到的是体积电阻。(3)静电的影响因素1)材质和杂质的影响 一般情况下，杂质有增加静电的趋势。但如杂质能降低原有材料的电阻率，加入杂质则有利于静电的泄漏。 液体内含有高分子材料(如橡胶、沥青)的杂质时，会增加静电的产生。液体内含有水分时，在液体流动、搅拌或喷射过程中会产生静电。液体内水珠的沉降过程中也会 产生静电。如果油罐或油槽底部积水，经搅动后可能由静电引发爆炸事故。2)工艺设备和工艺参数的影响 接触面积愈大，产生静电愈多，接触压力愈大或摩擦愈强烈，会增加电荷的分离，以致产生较多的静电。工艺速度越高，产生的静电越强。下列是容易产生和积累静电典型工艺过程：纸张与辊轴摩擦、传动皮带与皮带轮或辊轴摩擦等；橡胶的碾制、塑料压制、上光等；塑料的 挤出、赛璐珞的过滤等。固体物质的粉碎、研磨过程；粉体物料的筛分、过滤、输送、干燥过程；悬浮粉尘的高速运动等。在混合器中各种高电阻率物质的搅拌。高电阻率液体在管道中流动且流速超过 1ms；液体喷出管口；液体注入容器发生冲击、冲刷和飞溅等。液化气体、压缩气体或高压蒸气在管道中流动和由管口喷出，如从气瓶放出压缩气体、喷漆等。 五、射频电磁场危害射频指无线电波的频率或者相应的电磁振荡频率，泛指 100 kHz 以上的频率。射频伤害是由电磁 场的能量造成的。射频电磁场的危害主要有：1在射频电磁场作用下，人体因吸收辐射能量会受到不同程度的伤害。过量的辐射可引起中枢 神经系统的机能障碍，出现神经衰弱症候群等临床症状；可造成植物神经紊乱。出现心率或血压异常，如心动过缓、血压下降或心动过速、高血压等；可引起眼睛损伤，造成晶体浑浊，严重时导致白内障； 可使睾丸发生功能失常，造成暂时或永久的不育症，并可能使后代产生疾患；可造成皮肤表层灼伤或深度灼伤等。2在高强度的射频电磁场作用下，可能产生感应放电，会造成电引爆器件发生意外引爆。感应 放电对具有爆炸、火灾危险的场所来说是一个不容忽视的危险因素。此外，当受电磁场作用感应出的 感应电压较高时，会给人以明显的电击。六、电气装置故障危害电气装置故障危害是由于电能或控制信息在传递、分配、转换过程中失去控制而产生的。断路、 短路、异常接地、漏电、误合闸、误掉闸、电气设备或电气元件损坏、电子设备受电磁干扰而发生误 动作、控制系统硬件或软件的偶然失效等都属于电气装置故障。其主要危害在于电气装置故障在一定 条件下会引发或转化为造成人员伤亡及重大财产损失的事故。1引起火灾和爆炸 电气装置故障产生的危险温度、电火花、电弧等可能构成引燃源，引起火灾和爆炸的发生。2异常带电 电气系统中，原本不带电的部分因电路故障而异常带电，可导致触电事故发生。例如电气设备因绝缘不良产生漏电，使其金属外壳带电；高压故障接地时，在接地处附近呈现出较高的跨步电压，形成触电的危险条件。3异常停电 异常停电在某些特定场合会造成设备损坏和人身伤亡。如正在浇注钢水的吊车，因骤然停电而失控，导致钢水洒出引起人身伤亡事故；医院手术室可能因异常停电而被迫停止手术，因无法正常施救 而危及病人生命；排放有毒气体的风机因异常停电而停转，致使有毒气体超过允许浓度危及人身安全等；公共场所发生异常停电，会引起妨碍公共安全的事故。发生大面积停电时，不仅造成企业停产、 还会使电气铁路交通运输受阻，通讯中断，形成巨大的经济损失。4安全相关系统失效 在过程工业如石化、化工领域，基于电气电子可编程电子(EEPE)技术的安全相关系统， 如紧急刹车(ESD)系统，用于对过程工业实施安全关键控制。如果因故障，安全相关系统在需要应急 动作时不能实现所要求的安全功能，将会导致危险事故发生。第二节 触电防护技术所有电气装置都必须具备防止电击危害的直接接触防护和间接接触防护措施。一、直接接触电击防护措施绝缘、屏护和间距是直接接触电击的基本防护措施。其主要作用是防止人体触及或过分接近带电体造成触电事故以及防止短路、故障接地等电气事故。1绝缘绝缘是指利用绝缘材料对带电体进行封闭和隔离。良好的绝缘也是保证电气系统正常运行的基本条件。(1)绝缘材料的电气性能 绝缘材料又称为电介质，其导电能力很小，但并非绝对不导电。工程上应用的绝缘材料电阻率一般都不低于 107m。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。绝缘材料的品种很多，一般分为：1)气体绝缘材料。常用的有空气和六氟化硫等。2)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。3)固体绝缘材料。常用的有树脂绝缘漆、胶和熔敷粉末；纸、纸板等绝缘纤维制品；漆布、漆管 和绑扎带等绝缘寖渍纤维制品；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。 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。在电工技术中，常把电机电器中的绝缘结构和绝缘系统按耐热等级进行分类。表 21 是我国 绝缘材料标准规定的绝缘耐热分级和极限温度。(2)绝缘检测和绝缘试验1)绝缘电阻试验 绝缘电阻是衡量绝缘性能优劣的最基本的指标。在绝缘结构的制造和使用中，经常需要测定其绝缘电阻。通过测定，可以在一定程度上判定某些电气设备的绝缘好坏，判断某些电气设备如电机、变 压器的绝缘情况等。以防因绝缘电阻降低或损坏而造成漏电、短路、电击等电气事故。2)绝缘电阻的测量 绝缘材料的电阻通常用兆欧表(摇表)测量。这里仅就应用兆欧表测量绝缘材料的电阻进行介绍。 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比率计(双动线 圈比率计)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。3)绝缘电阻指标、 绝缘电阻随线路和设备的不同，其指标要求也不一样。就一般而盲，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。任何情况下绝缘电阻 不得低于每伏工作电压 l000，并应符合专业标准的规定。2屏护和间距屏护和间距是最为常用的电气安全措施之一。(1)屏护 屏护是一种对电击危险因素进行隔离的手段，即采用遮栏、护罩、护盖、箱匣等把危险的带电体同外界隔离开来，以防止人体触及或接近带电体所引起的触电事故。屏护还起到防止电弧伤人、防止 弧光短路或便利检修工作的作用。尽管屏护装置是简单装置，但为了保证其有效性，须满足如下的条件：1)屏护装置所用材料应有足够的机械强度和良好的耐火性能。为防止因意外带电而造成触电事故，对金属材料制成的屏护装置必须可靠连接保护线。2)屏护装置应有足够的尺寸，与带电体之间应保持必要的距离。遮栏高度不应低于 l.7m，下部边缘离地不应超过 0.1m。栅遮栏的高度户内不应小于 l.2m、户外 不应小于 l.5m，栏条间距离不应大于 0.2m；对于低压设备，遮栏与裸导体之间的距离不应小于 0.8m。户外变配电装置围墙的高度一般不应小于 2.5m。 3)遮栏、栅栏等屏护装置上，应有“止步，高压危险!”等标志。4)必要时应配合采用声光报警信号和联锁装置。(2)间距 间距是指带电体与地面之间、带电体与其他设备和设施之间、带电体与带电体之间必要的安全距离。间距的作用是防止人体触及或接近带电体造成触电事故；避免车辆或其他器具碰撞或过分接近带 电体造成事故；防止火灾、过电压放电及各种短路事故，以及方便操作。在间距的设计选择时，既要 考虑安全的要求，同时也要符合人机工效学的要求。不同电压等级、不同设备类型、不同安装方式、不同的周围环境所要求的间距不同。1)线路间距 架空线路导线在弛度最大时与地面和水面的距离不应小于表 22 所示距离。在未经相关管理部门许可的情况下，架空线路不得跨越建筑物。架空线路与有爆炸、火灾危险的 厂房之间应保持必要的防火间距。且不应跨越具有可燃材料屋顶的建筑物。2)用电设备间距 明装的车间低压配电箱底口距地面的高度可取 1.2m，暗装的可取 l.4m。明装电度表板底口距地 面的高度可取 1.8m。常用开关电器的安装高度为 l.3l.5m；开关手柄与建筑物之间应保留 150mm 的距离，以便于操 作。墙用平开关离地面高度可取 1.4m。明装插座离地面高度可取 1.3l.8m，暗装的可取 0.20.3m。室内灯具高度应大于 2.5m；受实际条件约束达不到时，可减为 2.2m；低于 2.2m 时，应采取适当 安全措施。当灯具位于桌面上方等人碰不到的地方时，高度可减为 15m。户外灯具高度应大于 3m；安装在墙上时可减为 2.5m。起重机具至线路导线间的最小距离，lkV 及 1kV 以下者不应小于 1.5m，10kv 者不应小于 2m。 3)检修间距 低压操作时，人体及其所携带工具与带电体之间的距离不得小于 0.1m。高压作业时，各种作业类别所要求的最小距离见表 2-3。（二）间接接触电击预防技术1IT 系统(保护接地)IT 系统就是保护接地系统。其构成如图 24 所示。图中，Ll，L2，L3 是相线，N 是中性点，Z 是配电网对地绝缘阻抗，Rp 是人体电阻，RE 是保护接地电阻，IE 是接地电流。所谓接地，就是将设备的某一部位经接地装置与大地紧密连接起来。保护接地的做法是将电气设备在故障情况下可能呈现危险电压的金属部位经接地线、接地体同大地紧密地连接起来；其安全原理是把故障电压限制在安全范围以内。IT 系统的字母 I 表示配电网不接地或经高阻抗接地，字母 T 表示电气设备外壳接地。保护接地适用于各种不接地配电网。在这类配电网中，凡由于绝缘损坏或其他原因而可能呈现危险电压的金属部分，除另有规定外,均应接地。380V 不接地低压系统中，一般要求保护接地电阻 RE4。当配电变压器或发电机的容量不超100kVA 时，要求 RE10。10kV 配电网中，如果高压设备与低压设备共用接地装置，要求接地电阻不超过 10，并满足 下式要求：RE120/IE2TT 系统TT 系统如图 25 所示。图中，中性点的接地 RN 叫做工作接地、中性点引出的导线叫做中性线也 叫做工作零线。TT 系统的第一个字母 T 表示配电网直接接地、第二个字母 T 表示电气设备外壳接地。TT 系统的接地 RE 也能大幅度降低漏电设备上的故障电压，但一般不能降低到安全范围以内。因此， 采用 TT 系统必须装设漏电保护装置或过电流保护装置，并优先采用前者。TT 系统主要用于低压用户，即用于未装备配电变压器，从外面引进低压电源的小型用户。 3TN 系统(保护接零)TN 系统相当于传统的保护接零系统。典型的 TN 系统如图 26 所示。图中，PE 是保护零线，Rs叫做重复接地。TN 系统中的字母 N 表示电气设备在正常情况下不带电的金属部分与配电网中性点之 间，亦即与保护零线之间紧密连接。保护接零的安全原理是当某相带电部分碰连设备外壳时，形成该相对零线的单相短路；短路电流 促使线路上的短路保护元件迅速动作，从而把故障设备电源断开，消除电击危险。虽然保护接零也能 降低漏电设备上的故障电压，但一般不能降低到安全范围以内。其第一位的安全作用是迅速切断电源。TN 系统分为 TNS，TNCS，TNC 三种类型。如图 27 所示，TNS 系统是 PE 线与 N 线完 全分开的系统；TNCS 系统是干线部分的前一段 PE 线与 N 线共用为 PFN 线，后一段 PE 线与 N 线分 开的系统；TNC 系统是干线部分 PE 线与 N 线完全共用的系统。应当注意，支线部分的 PE 线是不能 与 N 线共用的。TNS 系统的安全性能最好。有爆炸危险环境、火灾危险性大的环境及其他安全要求高的场所应 采用 TNS 系统；厂内低压配电的场所及民用楼房应采用 TNCS 系统；触电危险性小、用电设备简单的场合可采用 TNC 系统。 保护接零用于用户装有配电变压器的，且其低压中性点直接接地的 220380V 三相四线配电网。 应用保护接零应注意下列安全要求。(1)在同一接零系统中，一般不允许部分或个别设备只接地、不接零的做法；否则，当接地的设备漏电时，该接地设备及其他接零设备都可能带有危险的对地电压。如确有困难，个别设备无法接零 而只能接地时，则该设备必须安装漏电保护装置。(2)重复接地合格。重复接地指零线上除工作接地以外的其他点的再次接地。重复接地的安全作用是：1)减轻 PE 线和 PEN 线断开或接触不良的危险性；2)进一步降低漏电设备对地电压；3)改善架空线路的防雷性能；4)缩短漏电故障持续时间。电缆或架空线路引入车间或大型建筑物处，配电线路的最远端及每 1km 处，高低压线路同杆架设 时共同敷设的两端应作重复接地。每一重复接地的接地电阻不得超过 10；在低压工作接地的接地电 阻允许不超过 10的场合，每一重复接地的接地电阻允许不超过 30，但不得少于 3 处。(3)发生对 PE 线的单相短路时能迅速切断电源。对于相线对地电压 220v 的 TN 系统，手持式电气 设备和移动式电气设备末端线路或插座回路的短路保护元件应保证故障持续时间不超过 0.4s；配电线 路或固定式电气设备的末端线路应保证故障持续时间不超过 5s。(4)工作接地合格。工作接地的主要作用是减轻各种过电压的危险。工作接地的接地电阻一般不 应超过 4，在高土壤电阻率地区允许放宽至不超过 10。(5)PE 和 PEN 线上不得安装单极开关和熔断器；PE 线和 PEN 线应有防机械损伤和化学腐蚀的措施；PE 线支线不得串联连接，即不得用设备的外露导电部分作为保护导体的一部分。(6)保护导体截面面积合格。当 PE 线与相线材料相同时，PE 线可以按表 24 选取。除应采用电 缆芯线或金属护套作保护线者外，有机械防护的 PE 线不得小于 2.5mm2，没有机械防护的不得小于 4mm2。铜质 PEN 线截面积不得小于 10mm2，铝质的不得小于 16mm2，如系电缆芯线，则不得小于 4mm2(7)等电位联结 等电位联结是指保护导体与建筑物的金属结构、生产用的金属装备以及允许用作保护线的金属管道等用于其他目的的不带电导体之间的联结，以提高 TN 系统的可靠性。通过构成等电位环境的方法， 将环境内的接触电压和跨步电压限制在安全范围内，从而防止电气事故的发生。等电位联结也是防雷 的保护措施之一。等电位联结实现的手段分为主等电位联结和辅助等电位联结，其组成如图 28 所示。 3、 兼防直接接触和间接接触电击的措施 1.双重绝缘（1）电气设备防触电保护分类1)0类设备。仅靠基本绝缘作为防触电保护的设备，当设备有可能触及的可导电部分时， 该部分不与设施固定布线中的保护线相连接，一旦基本绝缘失败，则安全性完全取决于使用环 境。这就要求设备只能在不导电的环境中使用。2)OI类设备和I类设备。设备的防触电保护不仅靠基本绝缘，还包括一种附加的安全措施， 即将能触及的可导电部分与设施固定布线中的保护线相连接。对于使用软电线或软电缆的设 备，软电线或软电缆应具有一根保护芯线。这样，一旦基本绝缘失效，由于能够触及的可导电 部分已经与保护线连接，因而人员的安全可以得到保护。0I类设备的金属外壳上有接地端子；I类设备的金属外壳上没有接地端子，但引出带有保护端子的电源插头。3)类设备。设备的防触电保护不仅靠基本绝缘还具备像双重绝缘或加强绝缘类型的附加安全措施。这种设备不采用保护接地的措施，也不依赖于安装条件。防触电设备分类防触电原理安全要求0类设备仅靠基本绝缘作为