防触电设计.doc

防触电设计1 触电的基本概念触电是电流通过人体时而引发的病理、生理效应。是由于电流的热效应、机械效应和化学效应等对人体构成的伤害。人体触电时，表现的特征都是为电路性质的。这些特征是设计各种触电保护措施时必须考虑的，即考虑如何影响这些特征, 以使之避免达到危险程度。触电事故按其原因可分为两类。一类是电力系统正常运行条件下的触电，称直接触电；另一类是故障条件下的触电，称间接触电。 正常运行条件下的触电是在电力系统正常运行条件下，人体触及危险的带电部分所致。这里的带电部分是指正常运行的导体，也包括中性导体。直接触电的特征是人体的接触电压就是导体的工作电压。另外，形成的电流就是人体的触电电流，发生直接触电是触电伤害中程度最严重的一种。单相触电、两相触电、电弧伤害都属于直接接触触电。单相触电，当人体直接碰触带电设备或线路的一相导体时，电流通过人体而发生的触电现象称之为单相触电；两相触电，人体同时触及带电设备或线路中的两相导体而发生的触电方式称为两相触电；电弧伤害，电弧是气体间隙被强电场击穿时电流通过气体的一种现象 故障条件下的触电，是指人体触及了故障条件下带电的外露可导电部分和外界可导电部分所致。外露可导电部分是电气设备和装置中能够触及的可导电部分，正常条件下不带电，故障情况下可能带电。外界可导电部分不是电气设备或装置的组成部分，故障条件下也可能带电。接触电压及接触电压触电，当电气设备因绝缘损坏而发生接地故障时入人体的两个部分同时触及漏电设备的外壳和地面，人体该两部位便处于不同的地电位，其间的电位差即成为接触电压；跨步电压及跨步电压触电，电气设备发生接地故障时，在接地电流入地点周围电位分布区行走的人，其两脚处于不同的电位，两脚之间的电位差称为跨步电压。跨步电压触电还可发生在其他一些场合，如架空导线接地故障点附近或导线断落点附近、防雷接地装置附近地面等。2 电流对人体的伤害 触电是一定量的电流通过人体，引起机体损伤或功能障碍，甚至死亡。电流对人体的伤害可以分为电击和电伤两大类。 电击即日常生活中所说的触电，绝大部分的触电死亡事故都是由电击造成的。当人体触及带电导线、漏电设备的金属外壳或其它带电体，离高压电太近以及雷击或电容放电等，都可能导致电击。电击对人体的伤害，表现为破坏人的心脏、肺、神经系统等造成人死亡。电击对人体的伤害程度取决于电流的大小和触电时间的长短等。 电伤是指触电时电流的热效应、化学效应以及电刺激引起的生物效应对人体的伤害。电伤多见于体外，而且往往在肌体上留有伤痕。常见的电伤有灼伤、电烙印和皮肤金属化。电流通过人体内部，将会引起针刺感、压迫感、打击感、痉挛、疼痛及至血压升高、昏迷、心率不齐、心室颤抖等生理反应。人体受到的伤害程度，与通过人体电流的强弱、作用于人体电压的高低、电流的途径、电流持续时间以及人体的生理和心理状态等因素有关，而这些因素是相互关联的。3 触电事故的原因剖析3.1 安全意识淡薄, 工作粗心, 责任心不强 具体表现在: 无票操作、违规作业；未穿戴合格的安全防护用品、不使用合格的安全用具。如: 穿的确良衣服、使用外壳金属手电；工作中失去监护,工作负责人未履行安全职责, 未能交待检修范围设备带电部位及安全注意事项, 未能充分认识电气工作处在潜在危险的环境之中, 电能致人于非命, 一旦违规作业,可能带来的就是设备短路损坏或触电事故发生。3.2 缺乏电气安全知识 在高压方面有带电拉高压隔离开关，上高压电线杆掏鸟窝等。在低压方面有用手拾火线，用手摸破损的胶盖刀闸，儿童在水泵电动机外壳上玩耍等。这方面的事故约占全部触电事故的90，所以，必须加强电气安全知识的普及和教育。3.3 违章操作 高压方面有带电拉隔离开关或跌落式保险器，在与低压共杆架设的线路下修造房屋时接触高压线，剪修树木时接触高压线等。低压方面有带电换电杆架设线路，带电接临时照明线，带电修电动工具、换行灯变压器、搬动用电设备，火线误接在电动工具的外壳上，用湿手拧灯泡，竖井管碰到架空线等。应加强电气安全管理，建立电气安全工作的规章规程。有效的电气安全管理与职工的安全技术水平以及设备的安全程度有关，还与职工个人的心理、生理等因素有关。违反操作规程的事故约占全部触电事故的70，应尽快提高用电安全管理水平。3.4 安全措施、设备不合格 在高压方面有高压架空线架设高度与房屋、建筑物距离不符合安全距离要求，高压线和附近树木距离太近，高低压线路交叉，低压线误架在高压线上面，电力线路与广播线共杆且线路间距太短，“二线一地”系统缺乏安全措施等。在低压方面有用电设备进出线未包扎好，裸露在外，自制台灯、收音机漏电碰壳，矮杆架空线被机动车撞断，人体触及缠树架设的低压线，不合格的临时线、地爬线路等。这方面事故为触电事故的65，可见，人员的安全技术水平与电气安全状况关系密切。3.5 维修不善 大风刮断低压线路、刮倒电杆未及时处理，胶盖刀闸的胶木盖破损长期不修理，瓷瓶破裂后火线与拉线长期相碰，水泵电动机接线破损处长期带电等。此类事故占触电事故的40，加强电气设备的安全维修对用电安全意义很大。3.6 偶然因素 大风刮断电力线路落到人体上等，这类事故很少，只占事故总数的24 防触电具体防护设计4.1 直接触电防护 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。在正常运行条件下的基本触电防护措施包括利用绝缘材料完全防护、利用外壳或遮拦的完全防护、将带电体于伸臂范围之外的部分防护、设置阻挡物的部分防护、和设维修通道和安全距离等。4.1.1 绝缘防护绝缘材料的防护是利用绝缘材料将带电部分完全覆盖, 从而防止在正常条件下与带电体的任何接触。这种方式是直接触电防护的最基本手段。应注意的是，绝缘材料并非绝对绝缘。其性能受环境条件影响较大，温度、湿度都会改变其电阻值。 机械损伤和化学腐蚀等也会降低绝缘材料的绝缘电阻值，对于一些高分子材料。还存在由于“老化”导致的绝缘性能逐步下降的问题。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。在外加电压作用下的绝缘材料的等效电路如图 2-1a 所示 。 对触电起基本保护作用的绝缘材料称为基本绝缘材料, 对于基本绝缘材料选择应考虑, 其绝缘材料是否有稳定的电气性能和足够的机械强度。根据设备安装类别确定基本绝缘材料的绝缘水平。安装类别包括：初级电源级水平（类别）配电及控制水平（级类别）负载水平（级类别）信号水平级（类别）。在电气安全标准中规定了各安装（类别）的冲击耐受电压的优选值。选择合理的爬电距离。爬电距离是在两个导电部分之间沿绝缘材料表面的最短距离。4.1.2 采取双重绝缘或加强绝缘工作绝缘：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；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；双重绝缘：是兼有工作绝缘和附加绝缘的绝缘；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。 保证绝缘材料完好性和绝缘性。电气设备的绝缘，就是用绝缘材料将带电导体封闭起来，使之不被人身触及，从而防止触电事故。一般使用的绝缘材料有瓷、云母、橡胶、塑料、布、纸、矿物油及某些高分子合成材料。作业环境不良时(潮湿、高温、有导电性粉尘、腐蚀性气体的工作环境，如铆工、锻工、电镀和空压站、锅炉房等场所)，可选用加强绝缘或双重绝缘的电动工具、设备和导线。但绝缘并非万无一失，它也会遭到破坏，有的因为机械损伤，有的因为电压过高或绝缘老化产生电击穿。绝缘损坏会使电气设备外壳带电的机会增加，从而也就增加了触电机会。因此，必须使电气设备的绝缘强度保持在规定范围内。衡量电气设备绝缘性能最基本的指标是绝缘电阻，足够的绝缘电阻能把电气设备的泄露电流限制在很小的范围内，可以防止漏电引起的事故。不同电压等级的电气设备，有不同的绝缘电阻要求，并要定期测定。此外，电工作业人员还应正确使用绝缘用具，穿戴绝缘防护用品，如绝缘手套、绝缘鞋、绝缘垫等。4.1.3 利用屏护装置和外壳的完全防护屏护和外壳是用来将带电部分与外部完全隔开, 以避免直接触及这些带电部分。采用屏护。屏护包括屏蔽和障碍，是指能防止人体有意、无意触及或过分接近带电体的遮拦、护罩、箱匣等安全装置。某些开启式开关电器的活动部分不便绝缘，或高压设备的绝缘不能保证人在接近时的安全，应有相应的屏护，如围墙、遮拦等，所采用的材料应有足够的机械强度和耐火性能，若采用金属材料，必须满足机械安全防护装置固定式和活动式防护装置设计制造一般要求(GB/T 8196-2003)的规定。必要时，还可设置声，光报警信号和连锁保护装置。屏护装置的安全条件，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，金属屏护装置必须实行可靠接地或接零；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、栅栏等屏护装置上应有“止步,高压危险!”等标志；必要时应配合采用声光报警信号和联锁装置。 电器外壳与设备是一个整体。设备外壳的主要作用是防护。包括防触电或发生其它危险，防止异物(固体异物和液体)对设备的损害。设备外壳防护等级国家有相应的标准与表示符号。选择电气设备时必须根据使用环境和条件，选用相应的防护等级。4.1.4 安全电压供电 安全电压是指使通过人体的电流不超过允许范围的电压（又称安全特低电压）。通过对系统中可能作用于人体的电压进行限制，从而使触电时流过人体的电流受到抑制，将触电危险性控制在没有危险的范围内对于直接或间接接触电的防护，可采用安全特低电压供电的办法。我国规定工频有效值的额定值有42、36、24、12和6V。安全电压值的具体确定，应考虑用电设备的特点、使用环境、应用条件、操作人员的特点等因素。（1）特别危险环境中使用的手持电动工具应采用42V安全电压；（2）有电击危险环境中使用的手持照明灯和局部照明灯应采用36V或24V安全电压；（3）金属容器内、特别潮湿处等特别危险环境中使用的手持照明灯应采用12V安全电压；（4）水下作业等场所应采用6V安全电压。（5）当电气设备采用24 V以上的安全电压时，必须有防止直接接触带电体的安全保护措施，而且其电路必须与大地隔离。 为了确保人身安全，采用安全电压还必须具备以下条件：(1)安全电压只能通过双线圈隔离式降压变压获得，严禁采用自耦变压器(调压器)取得的低电压做为安全电压。(2)工作在安全电压下的电路，必须与其它电气系统和任何无关的可导电部分实行电气上的隔离，即安全电压的电线路保持独立。(3)安全电压插头和插孔不得与其它电压的插座有插错的可能。安全电压虽然安全性较高，但使用范围受到限制。对于大量使用标准电压系列的电气设备，如380V、200V的设备，安全电压就不再适用了。同时，用电规范还要求，在金属容器和金属管道内使用的行灯，其电压不得超过12V。由于12V行灯极其微弱，照度极低，对在此类特殊环境下施工人员的行走、作业带来极大的不便，不但易引发人员的碰撞、绊跌甚至是高处坠落等事故的发生，而且还对施工质量造成不利影响。4.1.5 设置阻挡物防护阻挡物只用于防止无意的直接接触带电部件。采用阻挡物，例如遮拦、栏杆、链绳、隔板等将带电部分与外界完全隔开，以避免现场运行管理人员从经常接近的方向或从任何方向直接或间接触及带电部分。将带电部分置于伸臂范围之外部分的防护伸臂范围是指人在没有任何器械帮助的情况下, 赤手伸臂所达到的极限距离。 表1 网眼遮拦与带电体之间的距离额定电压/kv11020-35 最小距离/m0.150.350.64.1.6 设置安全距离为防止人体和其他物体触及或接近带电体造成事故。要求带电体和地面之间、带电体与其他设施的设备之间、带电体与带电体之间必须保持一定的安全距离。对这些安全距离规程都作了明确规定，设计、安装和维修时，都必须严格遵守这些规定，以保证足够的安全距离，这是防止直接触电的基本措施。安全距离的大小取决于电压的高低、设备的类型及安装方式等因素，大致可分为4种：各种线路的安全距离、变配电设备的安全距离，各种电气设备的安全距离、检验维修时的安全距离。为了防止人体触及和接触带电体，为了避免车辆或其他工具碰撞或过分接近带电体，为了防止火灾、过电压放电和各种短路事故，在带电体与地面之间、带电体与带电体之间、带电体与其他设施和设备之间，均应保持安全距离。 表2 导线与建筑物的最小距离线路电压/kv11035垂直距离/m2.53.04.0水平距离/m1.01.53.04.2 间接防触电防护故障条件下的触电防护措施包括自动切断供电防护使用类防触电设备或相当的防护设备；非导电场所的防护；电气隔防护；采用不接地的局部等电位联接防护等。4.2.1 自动切断供电防护 采用自动切断供电防护方式的系统，所有电气设备的外露可导电部分, 都通过保护导体接到接地装置的接地极上。当系统发生故障时, 形成的闭合的故障电流回路, 在对人体造成危害之前切断供电或将触电电压限制在安全范围以内。 保护接地。将电气设备的金属外壳通过接地装置与大地相连接称为保护接地。采用保护接地后，如果电气设备发生带电碰壳或漏电，人触及带电体外壳时，由于人体电阻与接地装置并联，人体的电阻在10002000欧姆，而保护接地电阻小于4欧姆，人体电阻比保护电阻大很多，因此，大部分电流通过保护接地装置分流，小部分电流经过人体，这样大大减轻了人身触电的危险。 保护接零。保护接零是把电气设备在正常情况下不带电的金属部分(外壳)，用导线与低压电网的零线(中性线)连接起来。在电压为三相四线制变压器中性点直接接地的电力系统中，应采取保护接零。同时，在中性点直接接地的系统中，如果用电设备上不采取任何安全措施，一旦设备漏电，触及设备的人体将承受近220V的相电压，是很危险的。采取保护接零就可以消除这一危险。自动切断供电防护措施需要配电系统接地型式和保护系统装置特性配合。配电系统接地形式分为：TN、TT、IT3种形式。TN系统即保护接零系统,它是将电气设备在正常运行时不带电的金属部分与配电网保护零线(保护导体)的紧密连接起来，用以防止触电事故的安全措施。原理：当某相带电部分碰连设备外壳 ( 即外露导电部分 ) 时，通过设备外壳形成该相对零线的单相短路，短路电流 ISS能促使线路上的短路保护元件迅速动作，从而把故障部分设备断开电源，消除电击危险。TT系统：电网低压中性点直接接地，而且设备外壳也采取了接地措施的三相四线配电系统。当有一相漏电，漏电设备的对地电压和零线对地电压分别为： UE = RERPU/（RNRE+RNRP+RERP） UN = (RNRP+RNRE)U/（RNRE+RNRP+RERP）一般情况下，RNRP，RERP 上式可简化为： UE REU/（RN+RE） UN RNU/（RN+RE）显然，与没有接地相比较，在一定程度上降低了触电的危险性。 IT系统:只有在不接地配电网中，由于其对地绝缘阻抗较高，单相接地电流较小，才有可能通过保护接地把漏电设备故障对地电压限制在安全范围之内。无保护接地时人体承受的接触电压为， Up = 3RPU/（3RP+Z ）当电网分布范围不大，所接用电设备不多时，漏电设备对地电压将不高，反之，对地电压可能升至危险程度。保护接地时,人体承受的接触电压为： Up = 3REU/（3RE+Z ）上式与Up=3RpU/(3Rp+Z)比较，由于RpRE，所以，保护接地后设备对地电压会大大降低，只要控制RE的大小，即可限制漏电设备对地电压在安全范围之内。4.4.2 采用类设备或相当绝缘的防护电气安全标准中, 按基本绝缘失效后, 保护手段的不同划分了4个防触电类别, 它们分别是O类设备、类设备、类设备、类设备。其中, 类设备是不仅依靠基本绝缘进行防触电保护, 在基本绝缘之外还有附加绝缘。当不用保护导体防护或不具备保护导体条件时, 可以采用这种方式, 这是一种基础性的触电防护措施。当电气设备的带电部分仅依靠基本绝缘作为防触电保护时, 一旦基本绝缘损坏, 它的触电防护只依赖于它的使用环境, 这类设备称O类设备。对于这类危险, 当不能采取其它防护措施时, 可采用非导电场所的防护。4.2.3 电气隔离防护电气隔离防护的原理是, 指被保护设备的供电回路与其他的供电回路在电气上完全分开, 当被保护的回路发生绝缘故障时, 如果被保护设备的外露可导电部分带电, 那么其它回路的外薄可导电部分与外部可导电部分之间不会形成接触电压, 从而避免发生触电危险。4.2.4 实施等电位联结防护 等电位联结是指各外露可导电部分和外部可导电部分的电位实质上相等的电气连接。等电位联结又分为主（总）等电位联结和局部（辅助）等电位联结。主等电位联结：是指用保护导体将系统中的主保护导体、主接地导体及电气装置的外部可导电部分（如主金属水管、主金属构架等）相互连接在一起，使各外露可导电部分和外部可导电部分实质上处于等电位联结。局部等电位联结：是指用保护线将所有可能同时触及的外露可导电部分连接在一起。 等电位联结将保护接零总线与建筑物的总水管、总煤气管、暖通管等金属管道或装置用导线联结的措施，以达到均衡建筑物内电位的目的，降低接触电压，防止因TN系统相线接地及其它原因所引起故障电压的电击，防止因TN系统PEN线断线而形成危险电压的电击。当无法或不需要采取自动切断供电保护方式时, 可采取不接地的局部等电位连接防护。这种防护是将被保护的所有装置的所有能同时触及的外露可导电部分及装置外可导电部分用等电位联结线相互联结起来, 形成一个不接地的局部等电位联结环境。在这样的环境中, 即使发生了诸如相线与外露可导电部分短接故障, 由于人体所能触及的可导电部分均处于相同电位, 因此不会产生触电事故。4.2.5 装设漏电保护器 电气设备漏电时，将呈现出两种异常现象：一种是