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家用电器的普及和发展带来的安全问题 高二13班 刘伟冬肖科邓文德 1 家用电器的普及和发展带来的安全问题 一 触电与安全用电常识二 安全用电教育的现存问题三 合理采用保护接地或保护接零 2 一 触电与安全用电常识 在现代科学技术高度发展的今天 电在工业 农业 医疗及人们日常生活中 显得特别重要 简直到了离不开它的地步 水能行舟 亦能覆舟 此意味不少客观世界的事物往往具有两重性 既存在有利于人的一面 亦往往存在有害于人的一面 关键所在 要看能否充分认识和掌握它的规律 电老虎 一旦被人们所驯服 它定会乖乖地为人类服务 否则 将有遭受触电的危险 给人的生命和国家财产造成重大损失 1 浅说触电原因2 决定触电伤害程度的因素3 浅谈 地 和 零 4 浅谈接地和接零 返回 3 二 安全用电教育的现存问题 安全用电的知识是现代公民必须具备的知识 初中物理教材中有专题讨论 高等师范院校物理专业电工学课程中也把它列入必修部分 但教材 教参中有关内容在理论和指导实践方面存在着一些不清楚甚至错误的地方 这将引起教学过程中的困惑和错误 必须予以澄清 下面就此做几点讨论 1 关于保护方式的问题2 住宅供电的实际状况3 对安全用电教学的建议 返回 4 三 合理采用保护接地或保护接零 随着祖国电力事业的迅速发展 电气设备遍布城乡厂矿单位 家用电器深入亿万家庭 在这大好的形势下 安全用电必须引起大家的高度重视 确保人身安全和设备 财产安全 保护接地或保护接零的合理采用是安全用电的一项重要措施 1 保护接地2 保护接零3 保护接零系统的工作接地和重复接地4 接零的要点5 在同一系统中 只宜采取同一种接地方式 返回 5 发生触电事故的原因很多 主要是没有掌握或未完全掌握它的规律而又麻痹大意 草率从事 其次是有些用电设备没有安全保护装量 加之绝缘部位年久失修 保护不善 使它的带电部分接地短路 当人们不小心而碰触到它时 就会遭到触电的伤害 再者是缺乏用电常识 遇事惊慌失措 触电后不知如何摆脱现场 致使伤害程度加重 伤亡惨痛 返回 6 所谓触电 就是当人体接触到带电体 且有电流很快地通过人体 称为触电 当发生触电时 会使人体全身的肌肉组织发生紧张的收缩 心脏也会麻木失去活动的作用 呼吸也会发生困难 甚至停止 即产生休克或致死 触电使人遭到的伤害程度与很多因素有关 所以 我们难以断定在哪种情况下会遭到何种程度的伤害 触电的伤害 分为电击和电伤两种 若触电后人体能够摆脱险情 一般情况下 触电部位感到麻木 只是皮肤表面烧成圆形或椭圆形苍白色或黄灰色的斑点 稍重点的 会烧成焦黑 但不痛 不痒 不会发炎 以上情况是遭受电击的象征 而电伤的情况较为复杂 伤害程度不一 触电的伤害程度 决定于下列因素 与流经人体电流的大小 时间有关 与电压的高低有关 与电源的频率有关 与所处的环境有关 与人的健康状况有关 等等 究竟多大的电流通过人体而不致于发生触电事故呢 这很难离开电流通过人体的持续时间而孤立地来看 由实验证明 当交流电在15 20毫安以下或直流电在50毫安以下者 该电流短暂通过人体是安全的 但若该电流长时间地通过人体 造成人体发热出汗 导致人体电阻下降 电流随之增大 就会有生命的危险 若通过人体的电流在100毫安 0 1安 左右时 必会致人死命 7 人体各部位组织的电阻以皮肤的电阻为最大 当人体皮肤处于干燥 洁净和无伤痕的情况下 人体的电阻可高达4 10万欧 但若除去皮肤 则人体的电阻将下降到600 800欧 若皮肤处于潮湿 受伤或带有导电性的粉尘时 人体的电阻会大幅度降低到1000欧左右 电流通过人体的大小 与作用于人体电压的高低并不是成直线关系的 这是因为随着电压的增高 人体表皮组织有类似介质被击穿的现象发生 使人体电阻很快地下降 而使电流迅速增大 导致了严重的触电事故 所谓安全电压 我国规定不超过36伏 并不是绝对的 是因人 因地 因环境条件所相对规定的 即安全之中也有不安全的因素 安全电压值的规定 各国并不完全相同 例如 荷兰和瑞典规定为24伏 美国规定为40伏 法国规定交流电为24伏 直流电为50伏 波兰 瑞士 捷克斯洛伐克规定为50伏 我国规定为36伏 但必须明确指出 即使在安全范围内 如果周围环境条件发生了变化 安全电压也会变成危险电压 导致触电事故的发生 实践证明 电源频率在50 60赫的电流对人体触电伤害的程度最为严重 使用频率在3 10千赫或更高的高频电气设备 是不会引起触电致死的 仅有时会引起并不严重的电击 但是 在电压为6 10千伏 频率为500千赫时的强力电气设备中 有使人触电致死的危险 如果电流通过的是患有心脏病 结核病 精神病 醉酒的人体时 触电程度会更为严重 返回 8 电气设备的任何部分与深埋入地里的金属体 接地体 用导线作良好的电气连接 称为接地 通常把这种接地叫做 通地气 因大地是个大导体 当电气设备发生接地短路或带电导线断开落地时 电流则通过接地体向大地作半球形散开 由于这半球形的球面 在距接地体越近的地方越小 越远的地方越大 所以 在距接地体越近的地方电阻就大 而远的地方电阻就小 实验证明 在距单根接地体或带电导线碰地处20米以外的地方 呈半球形的球面已经很大 实际上已没有什么电阻存在 不再有什么电压降 也即该处的电位已接近于零 这电位等于零的地方 称为电气上的 地 这里顺便指出 在许多电子设备或电子电路中的 地 是用符号 来表示的 它虽然也叫 接地 但没有真正和大地连接 仅仅起到确定电路中各点电位高低的一个公共参考点而已 这个公共点常称为接地点 零电位点 然而 只要这个零电位点确定后 电路中某一点对该点之间的电压就是该点的电位 于是 电路中各点的电位就有了一个定值 电路中任意两点间的电位之差 就是这两点间的电压值 显然 选取不同的零电位参考点 则各点的电位也不相同 但两点间的电压值却是不会改变的 实际上 因这时的 零电位 与大地没有直接的连接 它与大地相比之下 并不一定是真正的零电位 显而易见 两者都称 接地 但含意却不相同 了解了电气上的 地 以后 我们在理解对地电压 接触电压 跨步电压等概念时就容易了 所谓接地电压就是电气设备的接地部分与大地零电位点之间的电位差 在接地回路上 一人同时触及的两点间所呈现的电位差 称为接触电压 当人的两脚站在带有不同电位的地面上时 两脚间所呈现的电位差 称为跨步电压 在计算踏步电压时 一般取人的跨距为0 8米 可见当人的一脚踏在接地体上或带电体碰地处跨步电压最大 距接地体或带电体碰地处越远时 跨步电压越小 若距离在20米以上时 则跨步电压为零 返回 9 为了确保用电安全 减少触电的伤亡事故 我们应严格遵守用电的安全规定 严格按照操作规定进行工作 克服麻痹大意的思想 把触电伤亡事故减少到最低程度 对于高压电气设备 都必须采取保护接地 重复接地和保安接零的安全措施 对于由于静电感应有火花放电现象产生的设备中 应采取防雷击和静电接地装置 下面谈接地和接零的概念 在一些机电设备和电器的绕组中以及串联电源回路中有一点 它与外部各接线端间的电压绝对值均相等 这一点就称为中性点或中点 当中性点接地时 该点则称为零点 由中性点引出的导线 称为中性线 由零点引出的导线则称为零线 将与带电部分相绝缘的电气设备的金属外壳或构架 与中性点直接接地的系统中的零线相连接 称为接零 可见 接 地 与接 零 是有区别的 但它们的作用不外乎有二个 一个是为了安全 另一个是为了保证电气设备的正常运行 究其根源乃是为了防止触电与用电安全 返回 10 初中物理课本中强调 电器的金属外壳一定要接地 接地后 即使外壳带电 也会从接地导线流走 人体接触外壳就没有危险了 教师用书中还强调不能用接零代替接地 然而低压供电线路的中性点往往是接地的 电工学教材中指出 这种情况下电器外壳接地不能保证安全 目前认为比较好的是TN S系统 它采用三相五线制 三根相线 一根零线 另分出一根PE线用于接电器外壳 此外还有TN C S系统 对这些系统的安全性已有过一些讨论 普遍认为每种系统都有自己的缺陷 为了保证用电安全 除了选择较好的供电方式之外 还应加装漏电保护器 可见 不能片面强调 接地 或 接零 便可保证安全 以免造成错误的印象 它们只是较常用的保护措施 其保安性能与环境条件以及用电者是否遵守用电规定有关 另外 各种保护方式的工作原理 都是在发生漏电时使保护装置动作 切断电源 电从接地导线流走便可保证安全 是一种错误概念 以此指导实践是极不安全的 返回 12 尽管对保证用电安全的问题在理论上已有较全面的讨论 实践中依然存在许多隐患 大体上可分为供电和用电两个方面的问题 从供电方面看 我国有多种建房方式 采用哪种系统供电 实际上未能统一 即使制定了标准 也不能保证严格执行 如有的楼房没有埋设地线 三眼插座实为虚设 普遍存在的情况是 理论上认为较好的TN S系统采用尚少 更不用说另加漏电保护器了 考虑到我国人口超过十亿 经济上不够发达 且各地区发展不平衡 短期内不可能对原有线路做全面的改造 各种供电系统将长期共存 供电方面的缺陷不会在短时期内完全消除 从用电方面看 存在着许多因用户缺乏有关知识而违章接线的现象 此外 某些新型电器造成的三次谐波电流过大等问题也不可忽视 这些都有可能影响供电保护系统的保安性能 造成安全方面的隐患 总之 安全用电问题的现状不容乐观 应加强这方面的教育 返回 13 教材和教学参考书起着极为重要的作用 绝大多数教师将依赖于它们 而不可能在每个专题上都另做一番研究 也不可能随时注意各杂志上的研讨 因此必须注重修改教材和教学参考书 在高等师范教育电工学和中学物理教师教学用书中 应纳入新的内容 适当介绍几种供电系统各自的优点以及仍存在的缺陷 这样才能使教师具有较全面的知识 以便灵活处理某些问题 在中学物理课本中 不能涉及许多理论知识 但首先应保证其正确性 对某些错误的说法应予以修正 其次 建议增加以下三个方面的内容 第一 不要自行修改保护方式散见于各种书刊的关于接地保护 接零保护的片面说法很多 为了避免误听一家之言而造成问题 应该强调无论实际上采用的是哪种方式 甚至在根本没有采用任何保护方式的情况下 都不应自己动手改装 如果需要改装 必须向供电部门报告 请专业人员处理 否则可能造成更大的危险 例如初中物理教师教学用书中所说的 无统一地线时 最简单的办法是将地线接到自来水管上 最安全的办法是另行埋设地线 实际上都不妥 利用自来水管当地线是一种很危险的方案 一旦某家电器漏电 可能使全楼自来水管都带有较高电压 专业杂志上已报道过这种事故 并分析了其原因 另行埋设地线固然可行 但容易让人觉得拿个金属块焊上导线埋入地下即可 实际上地线的埋设有严格的要求 保证接地电阻小于4 并非易事 最好请专业人员处理 如果原有的保护线是接地的 也不宜自行改为接零 因为一旦出现错误的接法 如接零点之前有保险丝 或零线因其他原因发生断线 将导致极大的危险 改造供电线路是一种专业知识 决不能以为学过一点就可以自己动手 14 第二 不能违章用电各种违章用电现象都会影响用电安全 例如 一火一地 的用电方式 如果地线接地不良或断开 将造成严重后果 即使不出现这种故障 地线上电流较大时也会出现较高电压 又如TN S系统中若有人交换使用N线和PE线 则整个系统的安全性能受到损害 民间暗中流传的还有其他一些违章用电方式 对此不必一一收集分析 但应提出 违章用电极易引起火灾和触电事故 这类 技术 学不得 第三 慎用大功率电器随着经济的发展 家用电器越来越多 大功率电器也日趋普及 电热油汀类功率已达两千瓦 对这类电器必须慎重处理 初中物理中已讲到 家庭电路中不要同时使用几个大功率的用电器 以免烧断保险丝 除此之外 对大功率电器必须单独安装保险丝 特别是保护接地系统中 据计算 对地短路时短路电流不到30A 如果几个电器合用保险丝 当保险丝容量超过10A时 一旦发生碰壳事故 将需要经过较长的时间才熔断 因此留下了隐患 在安全用电教育中 还应强调指出 确保用电安全不是只涉及一家一户的问题 某一户的错误行为将危及共用供电线路的全楼居民的安全 例如 接地系统中 若某家使用大容量保险丝而又发生相线碰壳事故 则在保险丝熔断之前 全楼接地电器外壳都带有对地为110V的危险电压 其他违章行为也有类似的全局性危险 因此一方面自己不应违章 另一方面 如果发现左邻右舍有违章行为 也有义务予以劝阻 制止 返回 15 所谓保护接地 就是为了保证人身安全 避免发生人体触电事故 将电气设备的金属外壳通过接地装置与大地可靠地连接起来 保护接地适用于电源中性点不接地的低压电网 在这种电网中 凡由于绝缘损坏或其它原因而产生漏电 使电气设备的金属外壳带电 都应采取保护接地措施 如 变压器 电机 电器的金属外壳与底座 户内外配电装置和控制台等的金属框架或外壳 配线的钢管和电缆的金属外皮等 如外壳未接地 则外壳带有漏电电压时 人体触及后就很危险 若外壳进行保护接地 金属外壳与大地联接在一起 接地电阻值相当小 这样就使绝大多数的电流通过接地体流入地下 人身触及到已接地的电气设备后 由于人体电阻和接地电阻是并联 而且人体的电阻远比接地电阻大得多 所以流经人体的电流比流经接地装置的电流小得多 对于人的危害程度就比较小 返回 16 所谓保护接零 就是在电源中性点直接接地的三相四线制 380 220伏 低压电网中 把电气设备在正常情况下不带电的金属外壳与电网的零线可靠地连接起来 在1000伏以下中性点直接接地的供电系统中 一般不采用保护接地而采用保护接零 采取保护接零 也是为了保证人身安全 防止发生触电事故 在接零的系统中 如有电气设备发生一相碰壳故障时 形成一个单相短路回路 这个回路不包括接地装置的接地电阻 所以电流很大 保证以最短的时间使熔断器的熔丝熔断 或使继电保护装置动作 切断电源 若在发生故障后和熔断器熔体熔断前的时间内 人体接触了带电的金属外壳时 也相当安全 原因是接零线路的电阻和人体的电阻是并联作用 接零线路的电阻比人体电阻要小得多 大量的电流经接零线路流通 通过人体的电流甚小 保护接零的原理图如图1所示 返回 17 所谓保护接零系统的工作接地 就是把电源中性点通过接地装置直接与大地相连接 工作接地电阻R0不得超过4欧 所谓重复接地 就是在零线上的一处或多处通过接地装置与大地再次连接 重复接地电阻R0通常应在10欧以下 应进行重复接地的有 1 低压架空线的终端 2 分支线长度超过200米的分支处或终端 3 线路每1千米处 4 电缆和架空线路引入屋内的进线附近 5 在较大的车间内部 零线应增加重复接地点 并将零线与所有的低压开关板和控制屏台的接地装置连接 重复接地有以下几个保护作用 1 当零线断开且相线碰壳时 重复接地可降低人体接触外壳的触电电压 简称接触电压U 从而减小触电的危险性 2 三相四线保护接零系统中 当三相负荷显著不平衡时 一旦无重复接地的零线断线 由于零点飘移即使没有漏电的设备 接零设备上也会出现危险的对地电压 设置重复接地 可减轻或消除这种危险性 3 当零线与相线接错时 借助于重复接地便形成一相对地短路 使熔断器熔丝熔断或开关动作 切断电源 若短路电流不足以使熔断器或开关动作 此时重复接地还具有降低人体接触电压的作用 返回 18 接零时应满足以下要求 1 在同一系统中 不应把一部分电气设备接地 而把另一部分电气设备接零 2 在三相四线制的零干线上 不允许装设开关