电气安全-第三章-电击防护

1 第三章 电击防护第三章 电击防护 供配电系统是电力系统的重要组成部分 该系统的安全 稳定 运行直接影响着电能的输送 使用 该系统电击的防护主要指人身 安全 设备安全 建筑物及其他相关设施的安全 本章就供配电系 统的电击防护做一定的讨论 为正确使用 维护电气系统安全奠定 基础 第一节第一节 电流通过人体产生的效应电流通过人体产生的效应 人身安全是电气安全的首要问题 作为一种常识 相关知 识应被人们认识掌握 作为一门技术知识也应被人们尤其是电 气工程技术人员掌握 理清这些问题 正确认识它对制定防护 措施 建立有效防护方法 最大限度地保障人身安全有着极其 重要的意义 一 电击及分类电击及分类 电流对人体的伤害分电击和电伤 以电击 为最严重 电击 就是我们通常所说的 触电 指人体因接触带电部分 而受到生理伤害的事件 电击实质就是电流对人体器官的伤害 接触及带电部分的途径 电击又分为直接电击和间接电击两种类 别 1 直接电击 因接触到正常工作时带电的系统而产生的电击 如单相触电 2 间接电击 正常工作时不带电的部位 因某些因素的影响带 上危险电压后被人们触及而产生的电击 2 二 二 电流的人体效应与相关的标准电流的人体效应与相关的标准 电流通过人体时其热效应 化学效应及电刺激产生的生物效应会 对人体造成伤害 其危害程度与通过的电流大小 作用时间 电 压高低 频率及通过人体的途径以及人体体电阻和健康状况等诸 多因素有着密切的联系 1 生理效应 电流是危机人体生命安全的直接因素 其严重程度与电流的 大小呈正相关性 为研究这种相关性 我们把人受电击时产生的 生理效应划分为几种典型状态 这几种状态的临界点称为生理 阀 注 电伤是指触电时的热效应 化学效应以及电刺激引起的 生物效应对人体造成的伤害 常见电伤有 电灼伤 电烙伤等 1 感知阈 使人体产生触电感觉的最小电流值称为感知 阀 感知阈有个体差异 按 50 概率计 成年男性为 1 1mA 女性为 0 7mA 感知阈与电流接触时间长短无 关 但与频率有关 2 摆脱阈 人体触电后能自主摆脱电源的最大电流 摆 脱阈也有个体差异 按 50 概率计 成年男性为 16mA 女性为 10 5mA 通常取 10mA 其值与时间无 关 在 20 150hz 频率范围内与 f 无关 3 室颤阈 通过人体能引起心室纤维性颤动的最小电流 值 称为心室纤维性颤动阈 该值与作用时间及心脏 3 搏动周期密切相关 当电流持续时间小于一个心搏周 期时 很大的电流 500mA 才能引起心室颤动 当 大于一个心搏周期时 很小的电流 50mA 即可 4 反应阈 通过人体能引起肌肉不自觉收缩的最小电流 值 该电流不会产生有害生理效应 但会引起二次伤 害 该值通常为 0 5mA 2 工程标准 1 15 100Hz 正弦交流电通过人体效应 P52 图 3 3 及 P52 表 3 1 1 室颤电流与时间的关系 a 达尔基尔研究结果 I2t KD 有效范围 0 01 5s 数 Kd 按 0 5 最大不引起室颤电流曲线 为 116 mA S 结论 若电击发生时 I t 116 mA S 则发生室颤的可能性在 0 5 以下 b 柯宾研究结果 It Kk 式中 数 Kk 取为 50mA S t 1s 2 室颤电流与电流途径的关系 室颤电流 左手到双脚 通道流通是最不利的一种情况 若 从别的通道流过 则室颤电流值不同 不同电流通路的心脏电流 系数见表 P53 3 2 2 直流电流通过人体的效应 直流电的电流 时间效应区域的划分见 P54 图 3 4 4 三 三 人体阻抗与安全电压人体阻抗与安全电压 1 人体阻抗的构成 人体阻抗由皮肤阻抗与人体内阻抗 构成 其总阻抗呈阻容性 1 皮肤阻抗 Zp 该阻抗与电流大小 频率 接触面积 温度 是否受伤等因素有关 2 人体内阻抗 Zi 人体内阻抗基本上是阻性的 其数值由电 流通路决定 按接触面积所占成分较小 2 人体总阻抗极其特性 人体总阻抗由电流通路 接触电压 通电时间 频率 皮肤温度 接触面积 施加压力和温度等因素 共同确定 人体总阻抗呈阻容性 活人体阻抗与接触电压关系见 P55 图 3 6 当接触电压为 220V 时 5 的人 Zt 小于 1000 欧姆 90 的人 Zt 在 1000 2125 欧姆之间 综上所述 正常环境下 人 体总阻抗典型值可取为 1000 欧姆 而且接触电压瞬间典型值可 取为 500 欧姆 3 安全电压 安全电压是低压 但低压不一定是安全电压 正 常环境条件下的安全电压为 25V 我国规定的安全电压是指 36V 24V 12V 如机床照明一般采用 36V 及以下的安全电压 路 灯的电压不应超过 36V 特别是潮湿场所应为 12V 补充 触电急救补充 触电急救 人体触电后 往往会出现神经麻痹 呼吸中断 心脏停止跳动等 症状 呈昏迷不醒的状态 但实际上是出于假死状态 触电死亡 者一般具有以下特性 1 心跳呼吸停止 2 瞳孔放大 3 5 血管硬化 4 身上出现尸斑 5 尸僵 若以上特性中有一个尚 未出现 都应作为假死 应立即进行现场救护 有触电者经过四 小时现场急救脱离危险的案例 因此 每个电气工作人员和其他 有关人员必须熟练掌握触电急救的方法 一 解脱电源 触电急救首先要使触电者迅速脱离电源 方法介绍如下 1 脱离低压电源 1 切断电源 2 用绝缘工具设法解 脱触电者 3 拉开电源 4 垫绝缘板 5 分相剪短 电源 2 脱离高压电源 因电压高 电源远 不易切断电源 措 施如下 1 立即通知有关部门停电 2 穿戴绝缘防 护工具 用绝缘工具拉开电路或熔断器或高压断路器等 方式切断电源 注意安全距离 3 在抢救触电者脱离电源中应注意一下事项 1 不采用金属式受潮的物品作为救护工具 2 为采取任何绝缘措施 救护人员不得直接接触触电者的 皮肤和触碰衣服 3 在使脱离电源过程中 救护人员最好用一只手操作 以 防自身触电 4 若触电者站立式处于方位时 防止脱离电源后摔跤 5 夜晚发生触电时 应考虑切断电源后的照明 以利救护 二 迅速诊断 6 电源脱离后 若症状较轻 触电者只需要安静休息 并严密 观察即可 若触电者触电时间较长 通过电流较大 出现 假死 症状 必须迅速判断并进行紧急救护 三 心肺复苏 心肺骤停是各种原因所致的循环和呼吸的突然停止和意识丧 失 是医院临床上最紧迫的急诊 心肺复苏就是针对这一急 诊所采用的一系列措施 现介绍几种徒手操作方法 心肺复 苏法支持生命的三项基本措施如下 1 通畅气道 抢救呼吸停止人员重要环节 2 口对口 鼻 人工呼吸 方法 救护人员用手指捏住伤员鼻翼 先连续大口呼气两次 每次 1 1 5 秒 若两次吹气后试测颈动脉仍无搏动 要立即 同时进行胸外按压 3 胸外按压 其原理是用人工机械方法按压心脏 或替心脏 跳动 以达到血液循环的目的 凡心脏停止跳动或不规则的 颤动可立即用此方法 步骤 1 朝天仰卧 后背着实着地 2 救护者两手交叠 手掌根部放在心窝口稍高 两乳 头间稍低 3 两臂伸直 带冲击的用力垂直下压 压陷深度 3 5 厘米 4 压到位后立即全部放松 但掌根不得离开胸壁 7 5 按压要以均匀速度进行 每分钟 80 次左右 按压 放松时间相等 6 胸外按压与口对口人工呼吸同时进行 节奏 单 人抢救时每按压 15 次以后吹气 2 次 15 2 反复 进行 双人抢救时 每按压 5 次后 由另一人吹气 1 次 5 1 反复进行 四 抢救过程中的再判定 1 胸外按压和口对口呼吸 1 秒后应再用看 听 试方法在 5 7 秒内完成判定 2 若已有脉动但无呼吸 则暂停胸外按压 再进行 2 次口 对口呼吸 接着 5 秒吹气 1 次 若 2 项全无则继续坚持心肺复苏法 抢救 3 在抢救过程中 要每隔数分钟判定一次 每次判定不超 过 5 7 秒 在医护人员未接替抢救前 不得放弃现场抢救 五 抢救过程中触电伤员的移动与转院 1 现场急救不得为方便而随意一到那个伤员 确需要移动 抢救中断不应超过 30 秒 2 移动伤员或送医院时应平躺在担架上 并应继续抢救 3 应创造条件 用塑料袋装入碎冰屑作成帽状包在伤员头 部 露出眼睛 使胸外温度降低 争取心 肺 脑安全复苏 六 触电伤员好转后处理 若经抢救均已恢复则可暂停心肺复苏法操作 但恢复早期有 8 可能再次骤停 应严密监护 不能麻痹 要随时准备再次抢救 注 意安静 补充题 人体触电后死亡的特征是什么 何为假死 如何进行触电 急救 第二节第二节 电气设备及装置的电击防护措施电气设备及装置的电击防护措施 电气设备及装置的电击防护措施主要有绝缘 屏护和间距 其 中绝缘是电气设备的主要电击防护措施 屏护和间距则主要针对电 气装置而言的 这些措施均为力图消除接触到带电体的可能性 属 于直接电击防护措施 是预防而非补救措施 1 1 用电设备电击防护方式分类用电设备电击防护方式分类 1 类别划分 低压电气设备按其电击防护方式可分为四类 分别为 O 类 1 O 类设备 1 特征 基本绝缘 无保护连接手段 2 安全措施 仅依靠基本绝缘 只能用于非导电场所 2 类设备 1 特征 基本绝缘 有保护连接手段 2 安全措施 与保护接地相连接 9 3 适用场合 IT TT TN 等系统 设备端的保护线连接方式都 是针对 类设备而言 在我国日常使用的电器中 类设备占大多 数 因此 作好对 类设备的电击防护意义重大 3 类设备 1 特征 基本绝缘和附加绝缘组成的双重绝缘或相当于双重绝缘 的加强绝缘 没有保护接地手段 2 安全措施 不需要 3 适用场合 类设备的电击防护全靠设备本身的技术措施 电 击防护完全不依赖于供配电系统 也不依赖于使用场所的环境条件 是一种安全性能很好的设备类别 4 类设备 1 特征 由安全特低电压供电 设备不会产生高于安全特低电压 的电压 2 安全措施 接于安全特低电压 3 适用场合 具备并能提供安全特低电压环境 注 分类只表示电击防护的不同方式 并不代表设备的安全水平等 级 2 类别划分与电击防护的关系 以上设备均有直接电击防护措施 但间接电击防护性能和途径各 有不同 1 O 类设备 仅依靠基本绝缘作电击防护 属于电击防护条件 较差的一种 只能用于非导电场所 10 2 类设备 基本绝缘和附加安全措施 日常使用电器中 类 设备占绝大多数 做好对 类设备的电击防护意义重大 3 类设备 具有双重绝缘或加强绝缘 设有附加安全措施 4 类设备 使用安全特低电压 二 电气设备外壳防护等级电气设备外壳防护等级 1 1 外壳与外壳防护的概念 外壳与外壳防护的概念 1 外壳及外壳防护 电气设备的 外壳 是指与电气设备直接相关联的界定设备空 间范围的壳体 外壳防护是电气安全的一项重要措施 它既是保护 人身安全的措施 又是保护设备自身安全的措施 2 外壳防护的两种形式 1 第一种防护形式 防止人体触及或接近壳内带电部分和触及 壳内的运动部件 防止固体异物进入外壳内部的防护形式 2 第二种防护形式 防止水进入外壳内部而引起有害的影响 2 2 等级的代号及划分 等级的代号及划分 1 代号 表示外壳防护等级的代号由素引正字母 IP 和附 加左后位的两个素引数字组成 写作 IP 其中第一位数字表 示第一种防护形式的各个等级 第二位数字则表示第二种防护形式 的各个等级 素引数字的含义见 P58表 3 4 3 5 例如 IP30 IP IP2 等 2 试验 电气设备外壳防护等级是通过相关的试验来确定的 11 注 电气设备电击防护方式分类只是表示电击防护的不同方式 而 并不表明设备的安全水平等级 而设备外壳的防护等级是以 级 来划分的 不同级别的安全防护性能有高低之分 3 3 外壳防护与电击防护的关系外壳防护与电击防护的关系 1 保护设备免受外界危害 2 使人免受设备伤害 三 屏护三 屏护 除通过绝缘实现直接电击防护外 屏护与间距也是常用的直接 电击防护措施 屏护 是一种对直接接触带电导体的可能性进行机械隔离手段 主 要用于不便于绝缘 如开关电器的可能部分 或绝缘不足以保证安 全 如高压设备 的场合 1 阻隔 屏蔽 罩盖式外壳 2 障碍 障碍只提供局部的直接接触防护 不具备防止故意接触带 电体行为的功能 四 间距 间距是通过保持带不同电位导体间的空间距离 使人不能同时 触及二者以避免电击事故的技术措施 人的伸臂范围规定为 2 5m 因此带电体距地面应在 2 5m 以上 小结 绝缘 屏护与间距都是防止直接电击的基础保护手段 是直 接在设备或装置上采取的直接电击防护措施 作为补充 剩余电流 保护具有直接电击防护功能 是在直接电击防护失效后的补充 后 12 面将讨论 补充 安全距离 电压等级 10kv 35kv 110kv 220kv 330kv 500kv 距离 m 0 7 1 1 5 3 0 4 0 5 0 第三节第三节 低压系统自身的电击防护性能分析低压系统自身的电击防护性能分析 除雷击或静电等少数情况外 电击发生时流过人体的电流绝大 多数情况是由供配电系统提供 因此系统电击防护措施就是通过实 施在供配电系统上的技术手段 在电击或电击可能性发生的时候 切断这个电流供应的通道 或降低这个电流的大小 从而保障人身 安全 本节主要讨论不同接地形式的低压配电系统中间接电击防护问 题 因讨论的各种措施都涉及设备外壳与大地的电气连接 故都仅 针对 类设备 若讨论中无特别说明 均按正常环境条件下安全电 压 VL 50V 人体阻抗为纯电阻 且电阻值 RM为 1000 欧姆进行分析 计算 1 1 低电压系统接地故障低电压系统接地故障 1 接地故障定义 相导体与大地或与大地有联系的导体之间的非正常电气连接 称 为接地故障 如 相线与接地的 PE 线 PEN 线 建筑物金属构件的 电气连接 相线跌落大地等 2 接地故障与电击事故的关系 对电击防护 类用电设备而言 在 TT TN IT 系统中 设备外壳 13 都通过 PE 线与大地相连 设备相导体碰壳 漏电 故障即相导体与 PE 线电气连接 因此均为接地故障 换句话说 在以上接地系统中 间接电击危险性都是由接地故障产生的 站立在地面的人发生直接 电击 也是接地故障 3 接地故障与单相短路故障的区别与联系 在工频交流系统中 接地与单相短路的共同特征是故障点处与另 一导体发生了非正常电气连接 形成故障回路 若故障回路阻抗只 包含电网阻抗 则是单相短路故障 若另一导体与大地有电气联系 则为接地故障 这两种故障是按不同标准命名的 两者之间可能有 交叉的情况 具体就 TT TN IT 系统而言 有以下几种情况 1 TT TN IT 系统中 相线与中性线 如果有的话 间的金属性连 接均为单相短路故障 但只有 TT TN 系统中同时又是接地故障 2 TT TN IT 系统中 相线与 PE 线间的金属性连接均为接地故障 但只有 TN 系统中同时又是单相短路故障 若接地故障同时又是单相短路故障 则故障电流很大 但非短路性 质的接地故障电流一般很小 很多时候甚至小于计算电流 2 2 TTTT 系统间接电击防护性能分析系统间接电击防护性能分析 TT 系统即系统电源和用电设备外露导电部分各自独立接地的低 压配电系统 由于设备接地装置就在设备附近 因此连接设备外壳 和接地装置的 PE 线断线的几率小 一旦断线也容易被发现 安全措 施可靠性高 另外 TT 系统正常运行时用电设备外壳不带电 漏电 接地故障时外壳高电位不会沿着 PE 线传导至其它设备处 使其在爆 14 炸与火灾危险性场所 低压公共电网和户外电气装置等处有技术优 势 其应用范围渐趋广泛 1 1 原理分析 原理分析 1 降低预期接触电压的作用 Vt REV RN RE Vt 人体预期接触电压 RN 系统接地电阻 RE 设备接地电阻 V 故障相电压 当人体接触外漏可导电部分时 则安全条件 V 220V RM 4 欧姆 则 RE 1 18 欧姆 不容易实 现也不经济 可见 设备外壳接地能有效降低接触电压 但要低于安全限值以下 难度较大 2 过电流保护电器切断电源动作分析 假设 RN RE 4 欧姆 接地电流 Id 27 5A 如此小电流不易让保护 装置动作 如对于固定设备 电击防护要求过流保护电器在 5s 内切 断电流 若用熔断器保护 则要求故障电流 Id 不小于熔断器熔体额 定电流的 5 倍 而为防误动 要求熔体额定电流为计算电流的 1 0 1 5 倍 则计算电流不大于 3 7 5 5A 即只有计算电流在 5A 以下设 备 单相碰壳用熔断器保护才能有效 若为手握式电器 要求 0 4s 内动作 则允许计算电流更小 可见保护有很大局限性 2 2 相关问题 相关问题 1 中性点的对地电位偏移 正常运行 中性点人与保护接地 E 电 位相同 两点重合 15 故障时 N 点不变 E 点发生偏移 若 RE RN 则中心点上将带 110v 对地电压 若降低 RE使 Vve 50v 则 RE 1 18 欧姆 不容易实现也不经济 2 非故障相对地电压升高 3 TT 系统与 TN 系统不得混用 原因可上课提问 3 3 TTTT 系统电击防护性能小结系统电击防护性能小结 1 TT 系统通过降低接触电压进行电击防护很难达到要求 从工程 角度看可认为是不可行的 2 TT 系统通过接地故障电流驱动过电流保护电器切断电源进行电 击防护很难达到要求 从工程角度看大多数情况下可认为是不可行 的 3 TT 系统在电击防护性能上的最大优点在于可防止故障设备外壳 危险电压向其他设备外壳传导 4 剩余电流保护是 TT 系统一项重要的安全措施 没有此措施 绝 大多数保护是安全性不合格的 三 三 TNTN 系统的间接电击防护性能分析 系统的间接电击防护性能分析 虽然 TN 系统在单相碰壳故障发生时有降低接触电压的作用 但 TN 系统电击防护更多地立足于过电流保护器切断电源来实施 单 相短路电流大或过电流保护电器动作电流值小 对电流电击防护是 有利的 TN 系统是我国目前应用最普遍的系统 1 1 原理分析 原理分析 以 TN S 系统为例 分析 TN 系统的间接电击防护原 理 16 1 降低预期接触电压的作用 TN 系统发生单相碰壳时单相接地电 流为 Id V Z1 Zt Zpe 因此时 RN上无电流流过 系统中性点 仍保持地电位 设备外壳对地电压 预期接触电压 为 Vt Id Zpe Zpe V Z1 Zt Zpe 可见 Vt 大小取决于 Z1 Zt Zpe 在 TN 系统中 当截面较小时线 路很长时 Zt Z1 故人体预期接触电压通常会大于 110v 结论 尽管 TN 系统在碰壳故障发生后有降低接触电压的作用 但一 般不能将接触电压降至安全电压范围 不能有效防止电击 2 过电流保护器切断电源动作分析 TN 系统间接电击防护主要是将碰壳转为单相接地故障 通过保 护装置切断电流实现电击防护 切断电流包含两个含义 一是要能 可靠地切断 二是应在规定时间内切断 但应注意以下几个方面 1 故障设备距电源的距离 距离越远则回路阻抗越大 电流越小 程度会下降 但仍要求在切断时间不变前提下可靠动作 故故障设 备距电源的距离越远 对电击防护越不利 2 线路阻抗的影响 降低线路阻抗 对电击防护是有利的 因为 Id 增大不仅有利于可靠动作 降低 PE 线阻抗 还可以降低 Ut 可 见加大导线截面不仅可降低电能损耗 电压损失 还有利于提高过 电流保护的灵敏性及电击防护水平 3 变压器计算阻抗 Zt 的影响 Zt 与变压器零序阻抗有关 选择适 当的联结组别 如 Dyn11 可大幅降低 Zt 的大小 对电击防护有利 17 2 2 相关问题 相关问题 1 TN C 系统存在的问题 1 正常运行时设备外露可导电部分带电 三相 TN C 系统正常运行 时 三相不平衡电流 3n 次谐波电流等都会流过 PEN 线 并在 PEN 线上产生压降 从中性点电位为零到沿 PEN 线越远则电压越高 有 指示最高 120v 对于单相 TN C 系统 PEN 线上电流为相线电流 在 PEN 线上产生电压也会导致设备外壳上 可见无论单相 还是三相 TN C 系统 正常运行时设备外壳带电是不可避免的 2 PEN 线断线会使设备外壳带上危险电压 以单相 TN C 系统为 例 2 TN C 系及 TN C S 系统的重复接地 重复接地重复接地 重复接地是为了使保护导体在故障时尽量接近大地电位 而在工作接地点以外其他点的接地 作用作用 显著提高 TN 系统的电击防护性能 地点地点 电缆与架定线路交接处 电缆 架定线路引入建筑物处 1 TN C 系统 a 降低正常工作时 PEN 线的电压 见 P66 图 3 15 b 有效防止 PEN 线断线时的危险 降低断线点后的接触电压 P67 图 3 16 2 TN C S 系统 重复接地对 TN C 部分作用仍然有效 同时使故 障设备到电源中性点阻抗变小 使设备外壳部分电压减小 从而既 降低了接触电压 又增大了短路电流 见 P67 图 3 17 18 3 3 TNTN 系统电击防护性能小结系统电击防护性能小结 1 尽管 TN 系统单相碰壳故障发生时有降低接触电压的作用 但 不能低到安全电压的水平 2 TN 系统电击防护更多地立足于通过过电流保护电器切断电源 来实施 即将单相碰壳故障变成单相短路故障并通过过电流保护电 器切断电源来实现电击防护 3 单相短路电流的大小对 TN 系统电击防护性能具有重要影响 4 4 ITIT 系统电击防护性能分析系统电击防护性能分析 IT 系统即系统中性点不接地 设备外露可导电部分接地的配电 系统 IT 系统特点 供电可靠性高 供电连续性好 主要应用于容 易发生单相接地故障的场所如矿井 医院手术室等 1 1 原理分析 原理分析 1 正常运行状态分析 正常运行分析见 P68 图 3 18 所示 三相对地电容电流平衡 无净电 容电流流入大地 每相对地电容电流见 P68 式 3 8 2 碰壳接地故障分析 若系统设备发生单相碰壳接地故障 如 V 相碰壳 则线路 L1 对地电压 Uue 大幅降低 忽略 RE 上压降 则 Uue 0V 非故障相对 地电压升至线电压 三相电压对地电压不再平衡 则相电流之和不 再为零 有净电容电流流入大地 且为正常泄露电流的三倍 接地 故障电流通过 RE流回电源 此时若有人触及设备外漏可导电部分 形成人体电阻 Rt 与 Re 分流 流过人体电流为 0 01ICE 若设备不 19 接地 则流过人体电流为 ICE 可见设备外壳将大大降低人体流过电 流 假定 RE 0 可见 发生单 相接地故障时 流入大地的电容电流为正常运行时单相对地电容电 流 3 倍 流过人体的电流 IM REICE RE Rt 其中 ICE 系统接地电容电流 IM 流过人体电流 RE 接地电阻 Rt 人体 接触电阻 包括人体电阻 RM 鞋 袜及与地板电阻 结论结论 流过人体的电流 IM一般远小于人体能够承受的电流 故 IT 系统自身电击防护性能非常出色 2 相关问题相关问题 1 一次接地与二次接地 1 一次接地 IT 系统某一相发生接地称为一次接地 若 Vt ICERE U 第二是此种漏电 保护不能作为直接电击防护 故在实际应用中不采用电压型漏电保 护器而采用电流型漏电保护器 1 剩余电流保护器剩余电流保护器 剩余电流保护器简称 RCD 为 IEC 规定名称 源于 1928 年德国人 的一项专利 1 工作原理 见 P74 图 3 23 核心部件为剩余电流检测器件 图中所示为电磁型剩余电流保护器 使用零序电流互感器检测器件 正常时 Iu Iv Iw In 0 碰壳时 Iu Iv Iw In Ire 不等于 0 产生感 应电动势 保护器动作 Ire 就是剩余电流 注 剩余电流 是指从设备工作端子以外的地方流出去的电流 通常也叫漏电流 对 类设备指从 PE 端子流走的电流 当人体 发生直接电击时 流过人体为剩余电流 故可作为直接电击防护的 补充保护 2 常见种类 1 带切断触头的 RCD 又称开关型漏电保护电器 简称 RCD C 若 RCD C 兼有低压断路器功能 即有短路和过载保护功能 则 称为漏电断路器 若只在漏电时切断电流则称漏电开关 2 不带切断触头的 RCD 如漏电继电器 RCD O 3 按漏电保护装置中间环节的形式 RCD 分电磁式 RCD 电子式 23 RCD 3 特性参数 1 额定漏电动作电流 I n 指在规定条件下 漏电开关肯定动作 的最小剩余电流值 如 6mA 10mA 30mA 共 15 个等级 30mA 以下为 高灵敏度 主要用于电击防护 50 1000mA 属于中等灵敏度 用于 电击防护和漏电火灾防护 1000mA 以上属于低灵敏度 用于漏电火 灾防护和接地故障监视 2 额定漏电不动作电流 I no 指在规定条件下 漏电开关肯定不 动作的最大剩余电流值 一般 I no 0 5I n 3 漏电动作电流 I 指刚好使某只 RCD 动作的电流值 非铭牌 参数 辩异 I n I no I 工程意识 4 额定电压 Vr 优选值为 380V 220V 5 额定电流 In 优选值为 6A 10A 16A 20A 25A 32A 40A 50A 63A 100A 6 动作时间 该值与漏电开关用途有关 作为电击防护最大分断时 间不大于 0 2S 作为防火可以有延时 优选值 0 2S 0 4S 0 8 S 1S 1 5S 2S 使用中应注意应用的出发点是什么 以便做出 正确的判断 在设计时应根据要求的漏电流动作值 I1 和不动作值 I2 在 I no I n 之外才是正确的 2 剩余电流保护设置剩余电流保护设置 剩余电流保护电器主要用作间接电击防护和漏电火灾防护 也可 作为直接电击保护的补充措施 但不能取代绝缘 屏护与间距等基 24 础的直接电击防护措施 因 RCD 在配电系统中应用广泛 因此正确 使用十分重要 1 RCD 在 IT 系统中的应用 一般 RCD 只在发生二次异相接地故障时 若故障设备本身的过 电流保护装置不能再规定时间内动作时装设 要求 2 RCD 在 TT 系统中的应用 TT 系统通过降低接地电阻将预期电压降低至安全电压以下困 难而故障电流通常又不能使过电流继电器可靠动作 因此 RCD 的 设置十分重要 1 RCD 在 TT 系统中的典型接线 P75 图 3 24 若所有设备均采用 RCD 时 采用分别接地和共同接地均可 若部 分设备采用 RCD 时 则未装置 RCD 设备不能与装 RCD 设备共用接地 原因 未装 RCD 设备 发生碰壳时其保护装置只需要在 5S 内动作即 可 若共同接地 则 5 秒时间超过装 RCD 设备的规定时间 不安全 此时虽可对其共同接地设备作用采用共用 RCD 但会扩大停电范围 2 接地仍是最基本的安全措施 实际应用中不能因为采用了漏电保 护而忽视接地的重要性 在 TT 系统中 RCD 装置得以有效使用 接地 所形成的剩余电流通道是基本条件 但采用 RCD 保护后 对接地电 阻阻值的要求大大降低 因为 TT 系统安全条件 REIa 50V Ia 为 在规定时间内使保护装置动作的电流 采用 RCD 则 Ia I n 对于 25 t 0 2s 的 RCD REI n 50V 则 RE取值见见 P76 表 3 6 可见 RE 要求大大放宽 3 RCD 在 TN 系统中的应用 在 TN 系统中装置剩余电流保护 对补充和完善 TN 系统的电击 防护性能以防漏电火灾性能是有限大益处 理由 一是不可能每台 设备进行检验 也不一定准确 二是过电流保护不能防直接电击 三是 PE 线或 PEN 线断线 保护失效 1 TN S 系统中 RCD 的设置 见 P77 图 3 26 TN S 系统安全条件 Id Ia Ia 为保护装置在规定时间内动作 的电流 若 V 220V Ia I n 则 Zs Zs 为故障回路计算阻抗 要求见 P69 表 2 15 可见灵敏度大大提高 2 TN C 系统中 RCD 的设置 严格的说 TN C 系统是无法采用 RCD 的 因为 PEN 线正常工作 时有不平衡电流及 3n 次谐波电流 故不能作为剩余电流通道 否则 会误动 同时碰壳电流会通过 PEN 线 无法被当做剩余电流区分出 来 但若将 TN C 在设备电源处设为 TN S 系统 则可使用 RCD 但一定 要将 PE 线引致 RCD 的电源处 否则 RCD 不起作用 3 剩余电流保护的相关问题 剩余电流保护的相关问题 1 剩余电流保护与零序电流保护的异同 1 概念不同 尽管有时剩余电流与零序电流是同一电流 但两者概 26 念不同 零序电流保护 互感器设在变压器接地线上 可靠动作条件 即动作值要躲开互相不平衡电流和三角波电流 以防误动 剩余电流保护 发生直接电击时 流过人体电流将通过系统中性点 接地电阻 而此剩余电流远小于零序电流保护动作值 Ia 无法保护 因此互感器应设置在三相线和 N 线均穿过的位置上 只有剩余电流 从外流回电源才能测出 实现保护 2 动作条件不同 正常工作时尽管有零序电流存在 但 Ir 0 剩余 保护不动作 同时 发生相线与中性线单相短路时 TAR 感应为零 故剩余电流保护不能用作相线对中性线的短路保护 3 零序电流保护中 TA0 位置不同 保护作用会发生变化 2 正常工作时的泄露电流问题 1 泄露电流 主要是相线对地电容电流和对地电导电流 低压系统 只计 Ic 2 泄露电流会引起 RCD 误动 原理分析略 原因 VN VPE 0 V 220V 则会产生对地电容电流其值为 V WC 该电流从 系统中性点接地电阻流回系统 对 RCD 就是剩余电流 若该电流达 到 I n 则必引起 RCD 误动 这将给 RCD 动作值 I n 的选取带来困 难 因此确定 RCD 的参数首先要确定泄露电流大小 实际应用中 I n 的计算 1 用于单台用电设备时 I n 4Iik Iik 为泄露电流 27 2 用于线路时 I n 2 5 Iik 且同时 I n 还应满足不小于其 中最大一台用电设备正常运行时泄露电流的 4 倍 3 用于全网保护时 I n 2Iik 3 从剩余电流保护的角度看重复接地作用 RCD 能否正常工作 剩余电流通道是否完好十分重要 对于 TN C 及 TN C S 系统 总有一种为 PEN 线 因此重复接地能很好的解决断线 失灵的问题 4 各级剩余电流保护的配合 体现选择性 1 电流动作值上的配合 一般上一级 I n1大于下一级 I n2的 2 倍以上 2 动作时间的配合 上级动作时时限大于下级动作时限 通常两种条件满足其一即可认为上 下级具有选择性 5 TN 系统中局部 TT 系统的设置问题 不过若无剩余电流保护 在 TN 系统中局部 不能有 TT 系统的设置 但有 RCD 的设置 只要切断故障时间满足要求 可以混合设置 二 电气隔离电气隔离 电气隔离是指使一个器件或电路与另外的器件或电路在电器上 完全断开的技术措施 其目的是通过隔离提供一个完全独立的规定 的防护等级 使得即使基础绝缘失效 在机壳上也不会发生电击危 险 常用方法 1 1 的隔离变压器进行电气隔离 自学为主 三 安全电压安全电压 28 安全电压是电气安全问题的一项基础性课题 它的最大特征是很 低的电压值 但这并不是安全电压的全部含义 因为仅靠很低的电 压值并不能可靠地保证对电击危险性的防护 1 安全电压的特低电压 1 特低电压防护的类别 按 IEC 标准 将小于规定限值的电压 统称为特低电压 分类 特低电压 ELV 功能特低电压 FELV 其中 ELV 分 SELV PELV 用途 SELV 只作为不接地系统的安全特低电压用的防护 PELV 只作为保护接地系统的安全特低电压用的防护 FELV 由于应用功能上原因 而非电击防护 采用了特低电压 2 特低电压量值和安全电压额定值 1 特低电压 工频 不大于 50v 直流 不大于 120v 2 特低电压限值 可能出现的最大电压值 工频有效值为 50v 直 流 120v 因影响因素多 规定解除面积大于 1 平方厘米 AC33v DC70v 潮 16v 35v 3 安全电压 SELV 额定值 42v 36v 24v 12v 6v 2 特低电压的安全条件 1 SELV 的安全条件 1 电压值的选择 间接 50v 直接 24v 2 安全电源 不仅正常工作电压值为安全值且发生故障不会引入 更高电压 29 2 PELV 的安全条件 见 P85 3 FELV 的安全条件 见 P85 第五节第五节 作业场所的电击防护措施 作业场所的电击防护措施 由于作业场所大都位于建筑物内 而 建筑 是指广义即 凡是 人工环境均为建筑 这里所说的作业场所所采取的安全措施 不包 括前面所说的防止直接触及带电体的措施 如屏护 间距等 而是 指使间接触及带电体的受电击伤害程度降低甚至消除的措施 包括 非导电场所 等电位联结 两种 一 非导电场所非导电场所 1 非导电场所 无论在正常状态 故障情况下 工作场所的人员都 不可能同时触及可能带不同电位的导体 则这种环境称为非导电场 所 特点 环境中的地板 墙壁 天花板等均采用不导电的绝缘材料 电击防护原理 阻断电流通导 保障人身安全 2 非导电场所安全条件 1 绝缘电阻值规定 2 采用屏护与间距 2 5m 绝缘隔离 2 5m 3 场所内不得设置 PE 线 4 非导电场所内的装置外壳导电部分不允许在非导电场所出现电位 30 5 非导电场所内的非导电性应具有稳定性与持久性 二 等电位联结等电位联结 1 等电位联结 EB 等电位联结是使电气设备各外露于可导电部分和设备以外可导 电部分电位基本相等的一种电气联结 特点 所有可导电部分电位基本相等 电击防护原理 降低接触电压 保障人身安全 2 原理分析 1 无等电位联结 人体预期接触电压可能超过安全电压为危险电 压 2 有等电位联结 人体预期接触电压大大降低 3 TT 系统的等电位联结 1 无等电位联结 2 有等电位联结 4 TN 系统的等电位联结 1 无等电位联结 2 有等电位联结 三 工程实施方法工程实施方法 总等电位联结 辅助等电位联结和局部等电 位联结 总等电位联结 MEB 建筑物电源进线处 辅助等电位联结 SEB 两个可能有不同电位的装置外壳之间 局部等电位联结 LEB 多个 SEB 或单台设备与外壳联结在端子 31 MEB SEB LEB 三者在原理上都相同 不同之处在于作用范 围和工程做法 1 总等电位联结 MEB 1 作法 在建筑物电源进线处采取的一种等电位联结措施 需 要联结的导电部分 1 进线配电箱的 PE PEL1 母排 2 公共设施的金属管道 如上下水 煤气管道 3 应尽可能包括建筑物金属结构 4 如果有人工接地 也包括其他接地引线 注意 煤气管道进出建筑物处应分隔开 并有保护间隙跨接隔离两 端 保护接地与防雷接地采用各自独立接地体 若建筑物有多处电源进 线 则每一处均应作 MEB 且各 MEB 应相连通 2 作用 MEB 作用在于降低建筑物内间接电击的接触电压和不同 金属部间的电位差 并消除自建筑物外各种金属管道或各种电气线 路引入的危险电压危害 2 辅助等电位联结 SEB 1 作法 将两个可能带不同电位的设备外露可导电部分或装置外 可导电部分直接联结 2 作用 使故障接触电压大幅降低 又可作为总等电位联结的一 个补充 进一步降低接触电压 3 局部等电位联结 LEB 32 1 作法 将局部场所做多个辅助等电位联结通过一个等电位联 结端子板来联结 1 PE 母线式或 PEF 线 2 公用设施金属管道 3 尽可能包括建筑物金属构件 4 其他装置外可导电体和装置外 露可导电部分 2 作用 降低接触电压 4 等电位联结的相关问题 1 联结导线截面积的选择 结论 MEB 联结线一般无短路电流通过 故规定有最大值 而辅助 等电位联结线有短路电流流过 故以 PE 线为基准选择 不规定最大 值 2 等电位联结的安装要求 3 等电位联结导通性的测试 4 关于不接地的等电位联结 为一种特殊等电位联结 一般用于 非导电场所 第六节第六节 电击防护措施的综合应用示例 电击防护措施的综合应用示例 电击防护涉及面广 综合性强 有效的电击防护应综合各种电 击防护手段 以提高防护效果及保护的可靠性 直接电击防护又称 为基本防护 指在正常工作条件下的电击防护措施 而间接电击防 护又称为故障防护 是指在故障条件下的电击防护措施 现从不同角 度对各种防护手段归纳如下 见 P96 归纳关系结构图 典型应用举 例如下 33 一 住宅的电击防护措施 住宅的电击防护措施 1 系统接地形式与总等电位联结系统接地形式与总等电位联结 1 低压供电住宅 TN 系统特点 常见住宅配电形式 但 PEN 或 PE 断线较常见 断 点后用户有安全隐患 且因线路上的联通 任何一处故障会造成 PE 或 PEN 线电位全部升高 给公共电网的管理带来不便 TT 系统应用 发达国家 公共低压电网应用普遍 我国有些城 市 如上海 公共低压网采用 TT 网用户各有独立接地装置 接地 保护不依赖于公共电网 可靠性更高 但 TT 系统碰壳电流较小 通 常不能使过流保护可靠动作 需设置 RCD 目前我国农网改造中多 采用 TT 系统 IT 系统应用 主要针对供电连续性要求高的场所 如矿山 钢 铁厂 石油化工等单位及住宅中公用设施如电梯 应急照明 消防 水泵等 TN 系统与 TT 系统等电位联结和接地见 P97 P98 图 3 47 3 48 所 示 2 内附变电所的高压供电住宅 工作接地 防雷接地 保护接地无法分开设置 只能纳入建筑 物等电位联结而共用接地板 此系统只能采用 TN S 系统 2 2 室内电击防护措施 室内电击防护措施 1 剩余电流保护的设置 RCD 的 I n 30ma 且漏电开关应采 用能同时避开中性线的双极开关 照明不设置 空调两可 34 2 卫生间的电击防护措施 1 卫生间宜作局部等电位联结 LEB LEB 作用 人体低阻抗情况下的可靠保护 防护外来电压电击 卫生间人体阻抗低 漏电保护不能可靠防止电击事故 注意区分 RCD 漏电动作电流与人体电击电流 沿卫生间各种管道可能引入源于本栋建筑其他地方的高电位 MEB 失效 即使切断本住宅的电源也无济于事 LEB 基本上是唯一有 效的防护手段 非常重要非常重要 2 插座宜采用电气隔离 3 电气设备应充分考虑防水 潮湿等 4 卫生间宜采用单独回路供电 3 其他电击防护措施 电源开关 室内插座 照明回路 专用插 座 1 电源开关是否断中性线 总开关 漏电开关 断路器 断 其他 禁止 2 插座安全措施 安全挡板插座的设置 3 照明灯具是否设置 PE 线 2 5m 以下金属外壳灯具应设置 4 厨 卫插座防水等问题 3 3 公共部分的防护措施 公共部分的防护措施 二 浴室的电击防护二 浴室的电击防护 1 浴室内按电击危险程度划分的区域 在装有澡盆或淋浴盆的卫生间 因溅水通常在洗浴时产生 故 35 以澡盆或淋浴盆为中心 将卫生间划分为 0 1 2 3 四个区域 这 四个区域为空间区域 这四个区域按电击危险程度排序 0 区危险 程度最高 依次递减 3 区最低 2 局部等电位联结 3 各区域的电击防护措施 电具安装 电气隔离及特低电压 剩余 电流保护应用等 4 线路敷设 防水 避免引入高电位等 5 水中电击问题 传导电流 感应电流双重作用 三 医院心脏手术室的电击防护三 医院心脏手术室的电击防护 1 采用局部的 IT 系统 2 局部实施等电位联结 3 运用安全特低电压 SELV 案例一 男子在浴室泡澡遭电击身亡 2008 年 12 月 01 日 02 21 扬子晚报 第七节第七节 间接电击防护工程设计计算间接电击防护工程设计计算 接地故障回顾接地故障回顾 定义 相线与大地或与大地有联系的导体之间的非正常电气连接 称为接地故障 如 相线与