接地的概念课件

地”牙口“接地”的概念

1.地

(1)电气地大地是•个电阻非常低、电容量非常大的物体，拥有吸收无限电荷的能力，

而且在吸收大量电荷后仍能保持电位不变，因此适合作为出气系统中的参考电位体。这种“地”

是“电气地”，并不等干“地理地”，但却包含在“地理地”之中。“电气地”的范围随着大地

接地极I

/大地

流散区

按他极

流散区

ra1一地”的示意国

结构的组成和大地与带电体接触的情况而定。

(2)地电位与大地紧密接触并形成电气接触的­•个或一组导电体称为接地极，通常采用

圆钢或角钢，也可采用铜棒或铜板。图1示出圆钢接地极。当流入地中的电流/通过接地极向

大地作半球形散开时，由于这半球形的球面，在距接地极越近的地方越小，越远的地方越大，所

以在距接地极越近的地方电阻越大，而在距接地极越远的地方电阻越小。试验证明：在距单根接

地极或碰地处201n以外的地方，呈半球形的球面已经很大，实际已没有什么电阻存在，不再有

什么电压降。换句话说，该处的电位已近于零。这电位等于零的“电气地”称为“地电位”。若

接地极不是单根而为多根组成时，屏蔽系数增大，上述20m的距离可能会增大。图1中的流散

区是指电流通过接地极向大地流散时产生明显电位梯度的土壤范围。地电位是指流散区以外的土

壤区域。在接地极分布很密的地方，很难存在电位等于零的电气地。

(3)逻辑地电子设备中各级电路电流的传输、信息转换要求有一个参考的电位，这个电

位还可防止外界电磁场信号的侵入，常称这个电位为“逻辑地”。这个“地”不一定是“地理

地”，可能是电子设备的金属机壳、底座、印刷电路板上的地线或建筑物内的总接地端子、接地

干线等；逻辑地可与大地接触，也可不接触，而“电气地”必须与大地接触。

2.接地

将电力系统或电气装置的某一部分经接地线连接到接地极称为“接地”。“电气装置”是一

定空间中若干相互连接的电气设备的组合。“电气设备”是发电、变电、输电、配电或用电的任

何设备，例如电机、变压器、电器、测量仪表、保护装置、布线材料等。电力系统中接地的•点

一般是中性点，也可能是相线上某一点。电气装置的接地部分则为外露导电部分。“外露导电部

分”为电气装置中能被触及的导电部分，它在正常时不带电，但在故障情况下可能带电，一般指

金属外壳。有时为了安全保护的需要，将装置外导电部分与接地线相连进行接地。”装置外导电

部分”也可称为外部导电部分，不属于电气装置，•般是水、暧、煤气、空调的金属管道以及建

筑物的金属结构。外部导电部分可能引入电位，一般是地电位。接地线是连接到接地极的导线。

接地装置是接地极与接地线的总称。

超过额定电流的任何电流称为过电流。在正常情况下的不同电位点间，由于阻抗可忽略不计

的故障产生的过电流称为短路电流，例如相线和中性线间产生金属性短路所产生的电流称为单相

短路电流。由绝缘损坏而产生的电流称为故障电流，流入大地的故障电流称为接地故障电流。当

电气设备的外壳接地，且其绝缘损坏，相线与金属外壳接触时称为“碰壳”，所产生的电流称为

“碰壳电流”。

3.接触电压

W

7

S

国2财地电压.接的.电压和跨小电压的示意图

在图2中，当电气装置M绝缘损坏碰壳短路时，流经接地极的短路电流为Lo如接地极的接

地电阻力分，则在接地极处产生的对地电压〃=/•兄，通常称〃为故障电压，相应的电

位分布曲线为图2中的曲线C。一般情况下，接地线的阻抗可不计，则M上所呈现的电位即为

〃。当人在流散区内时，由曲线C可知人所处的地电位为ao此时如人接触M,由接触所产

生的故障电压〃=〃。人站立在地上，而一只脚的鞋、袜和地面电阻为R”当人接触M

时.两只脚为并联，其综合电阻为兄/2。在，的作用下，4/2与人体电阻而串联，则流

经人体的电流人=4/（曲+兄/2）,人体所承受的电压〃=&•曲=〃••兄/（W.

/2）。这种当电气装置绝缘损坏时，触及电气装置的手和触及地面的双脚之间所出现的接触电

压，与M和接地极间的距离有关。由图2可见，当M越靠近接地极，儿越大，则〃越小，

相应地U,也越小。当人在流散区范围以外，则&=0,此时〃=〃，〃=〃•分,/（曲+五

/2）,〃为最大值。由于在流散区内人所站立的位置与&有关，通常以站立在离电气装置水

平方向0.8m和手接触电气装置垂直方向1.8m的条件计算接触电压。如电气装置在流散区以

外，计算接触电压〃时就不必考虑上述水平和垂直距离。

4.跨步电压

人行走领激区内，由图2的峨C可见fTO电位为a，另一只脚的电位为以，则EH超期俨生微

障电压〃="-傀。在〃的作用下，人体顿£从人体的T胭的触《，流过人触蛆R、,翻羟郎只

脚的电阻R,贝I火体电流4=〃/（片十2册.此时人体所鞍的电压bR=U。RJ（局2，）。这种

当电储S纯缴期时在郴冈W耶涤（牛下，人翻承第触压〃为匿皿£TWO哟为Q加，m

躅腿压〃以颜止0.而水平距^司的电腔谢菊K由图2可见当A越弱磁地极，“越大。当一只脚

磁地极卜时〃尸掠此时翱所产±的故釉压〃为默孤即图2中的小,相应峥沌压值也曝用工反

之岫远离接地松触锣电礴九当人街橄区以渊t，"和〃设崎零则〃=0,不再呈现豺电叁

5.流散电阻、接地电阻和冲击接地电阻

接地极的对地电压与经接地极流入地中的接地电流之比，称为流散电阻。

电气设备接地部分的对地电压与接地也流之比，称为接地装置的接地电阻，即等于接地线的

电阻与流散电阻之和。一般因为接地线的电阻甚小，可以略去不计，因此，可认为接地电阻等于

流散电阻。

为了降低接地电阻，往往用多根的单•接地极以金属体并联连接而组成复合接地极或接地极

组。由于各处单一接地极埋置的距离往往等于单一接地极长度而远小于40m,此时，电流流入各

单一接地极时，将受到相互的限制，而妨碍电流的流散。换句话说，即等于增加各单一接地极的

电阻。这种影响电流流散的现象，称为屏蔽作用，如图3所示。

国3名根接地极的电流散布图

由于屏蔽作用，接地极组的流散电阻，并不等于各单一接地极流散电阻的并联值。此时，接

地极组的流散电阻

RA-RM1(/?,〃)(1)

式中：R“——单一接地极的流散电阻

n——单一接地极的根数

n——接地极的利用系数，它与接地极的形状、单•接地极的根数和位置有关

以上所谈的接地电阻，系指在低频、电流密度不大的情况下测得的，或用稳态公式计算得出

的电阻值。这与雷击时引入雷电流用的接地装置的工作状态是大不相同的。由于雷电流是个非常

强大的冲击波，其幅度往往大到儿万甚至几十万安的数值。这样，使流过接地装置的电流密度增

大，并受到由于电流冲击特性而产生电感的影响，此时接地电阻称为冲击接地电阻，也可简称冲

击电阻.由于流过接地装置电流密度的增大，以致土壤中的气隙、接地极与土壤间的气层等

处发生火花放电现象，这就使土壤的电阻率变小和土壤与接地极间的接触面积增大。结果，相当

于加大接地极的尺寸，降低了冲击电阻值。

长度较长的带形接地装置，由干电感的作用，当超过一定长度时，冲击电阻不再减少，这个

极限长度称为有效长度、土壤电阻率越小，雷电流波头越短，则有效长度越短。

由于各种因素的影响，引入雷电流时接地装置的冲击电阻，乃是时间的函数。接地装置中雷

电流增长至幅值加的时间，是滞后于接地装置的电位达到其最大值«的时间的。但在工程中

已知冲击电流的幅值7M和冲击电阻心的条件下，计算冲击电流通过接地极流散时的冲击电压

幅值4=4•公。由于实际上电位与电流的最大值发生于不同时间，所以这样计算的幅值常常

比实际出现的幅值大一些，是偏于安全的，因此在实际中还是适用的。

二、接地的作用

接地的作用主要是防止人身遭受电击、设备和线路遭受损坏、预防火灾和防止雷

击、防止静电损害和保障电力系统正常运行。现分别说明如下。

(-)防止人身遭受电击

1.甩击机理

电击所产生的电击电流通过人体或动物躯体将产生病理性生理效应，例如肌肉收缩、呼吸困难、

血压升高、形成心脏兴奋波、心房纤维性颤动及无心室纤维性颤动的短暂心脏停跳、心室纤维性

颤动，直至死亡，所以必须采取防护措施。

人或家畜触及电气设备的带电部分，称为直接接触。人或家畜与故障下带电的金属外壳接触，称

为间接接触。直接接触及间接接触所造成的电击称为直接电击和间接也击。为了防止电击，必须

先了解电击机理，然后对直接电击、间接电击以及兼有该两者电击采取适当的防护措施，以保证

人、畜及设备的安全。

(1)人体阻抗的组成电击电流大小由接触电压和人体阻抗所决定。人体阻抗主要与电流

路径、皮肤潮湿程度、接触电压、电流持续时间、接触面积、接触压力、温度以及频率等有关。

人体阻抗的组成如图4所示。如将两个电极接触人体的两个部分，并将电极下的皮肤去掉，则

该两电极问的阻抗为人体内阻抗N。皮肤上电极与皮肤下导电组织之间的阻抗即为皮肤阻抗4

和&。Z、制、禽的矢量和为人体总阻抗现将这些阻抗的特征说明如下：

图4人体阻抗的组成

①人体内阻抗Z根据IEC测定的结果，Z主要是电阻，只有少量电容，如图4虚线所示，

其数值主要决定于电流路径，•般与接触面积关系不大，但当接触面积小到几平方毫米数量级时,

内阻抗才增大。②皮肤阻抗Zi、Zz4、Zz是由半绝缘层和小的导电元件（如毛孔构成的

电阻电容网络）组成，见图4接触电压在50V及以下时，皮肤阻抗值随表面接触面积、温度、

呼吸等显著变化；50-100V时，皮肤阻抗降低很多；频率增高时，皮肤阻抗也随之降低；皮肤

破损时，皮肤阻抗可忽略不计.③人体总阻抗ZZ由电阻分量及电容分量组成。当接触电压在

500V及以下时，Z值主要决定于皮肤阻抗值；接触电压越高，Z与皮肤阻抗关系越少；当皮肤

破损后，Z值接近于人体内阻抗。④人体初始电阻Ri在接触电压出现的瞬间，人体的电容还

未充电，皮肤阻抗可忽略不计，这时的电阻值称为人体初始电阻。该值限制短时脉冲电流峰值。

当电流路径从手到手或手到脚而且接触面积较大时.，5%分布秩（即5%的人所呈现的最小初

始电阻值）Z%可认为等于500c.

2）人体阻抗与接触状况的关系通常划分为以下三类：

①状况1干燥或湿润的区域、干燥的皮肤、高电阻的地面，此时人体阻抗值：

Z=1000+0.5Z%（C）

式中：1000——鞋袜和地面两者电阻的随机值，Q

0.5——考虑了双手至双脚的双重接触情况

Z%——5%分布秩，即5%的人呈现此最小阻抗值，Q

②状况2潮湿的区域、潮湿的皮肤、低电阻的地面，此时人体阻抗值：

Z=200=200+0.55,.（Q）

式中；200——较低的地面电阻值，不计鞋袜的1也阻，Q

③状况3浸入水中的情况，此时皮肤电阻、环境介质的电阻可忽略不计。

在各种状况下的安全电压值，各国规定不尽相同，如表1所示。

表IIEC标准及各国安全电压值(V)

1EC标准及有关国规定状况1状况2状况3

1EC5025〔注】

中国5024

奥地利65

美国5025

英国55(25),40(住宅)24

德国6524

捷克5020

日本50252.5

瑞士5036

瑞典5025

芬兰65

丹麦65t

比利时35

【注】标准未作规定，但编制说明提出「例如不超过12V”.

表1为交流电流的安全电,压，IEC规定直流(无纹波)的安全电压为：在状况1,不大于

120V；在状况2,不大于60V。安全电压包括接地系统的相对地或极对地电压，或不接地和非有

效接地的相间及极间电压。

田5心动周期内心室

易损期的出现

2.电击效应

(1)交流电流的电击效应IEC经过多年的试验研究，认为心室纤维性颤动是电击致死的主

要原因。〜个心动周期如图5所示，由产生兴奋期P、兴奋扩展期R和兴奋复原期T所组成。

图5中的数字表示兴奋传播的顺序。在兴奋复原期内有一个相对较小的部份称为易损期，在易损

期内，心肌纤维处于兴奋的不均匀状态，如果受到足够幅度电流的刺激，心室纤维发生颤动，如

图6中X点受电流刺激.对心电图和血压的影响，如图6中曲线所示。此时发生心室纤维性颤

动和血压降低，如电流足够大将导致死亡。

乏

、

二

&

名

卡

生

后

型

照

摄

？

251020S01002005001000

人体电缠％/mA

(B715〜IOOH.交濯电源通过人体的St应

当电流流过人体时,人身所察觉到的最小电流值称为感觉阈值。对于15~100Hz交流电流,

此值为0.5mA。人握电极能摆脱的电流最大值称为摆脱电流，对于15~100Hz交流电流为10mA。

当流过人体的电流继续增加时，人体电流入和电流流过的持续时间t的关系如图7所示。图

7是按电流流过人体的路径从左手到双脚的效应绘制的。当电流为500mA、时间为100ms时，

产生心室纤维性颤动的几率为14%。图7中的I区通常无反应性效应；n区通常无有害的

生理效应；O区通常无器官性损伤，但可能出现肌肉收缩和呼吸困难.在心脏中形成兴奋波和

传导的可逆性紊乱，包括心房纤维性颤动及短暂心脏停跳；在W区内.开始出现心室纤维性颤

动，到曲线cl,几率为5%：到曲线c2,几率为50%；曲线c3以外则几率超过50%.随着

电流与时间的增加，可能发生心脏停跳、呼吸停止及严重烧伤。

图7中的电流为“从左手到双脚”路径的电流，如为其它路径，按下式计算：

h=Zer/F(2)

式中：L——流经其它路径的人体电流，mA

Z..,—流经“从左手到双脚”的人体也流，mA

F----心电流系数，见表2

«2心电流系JSF

电通路往心电源系数F

背部到右手0.3

左手到右手0.4

瞽和利左手.右手或双手.背»:?!|右手0.7

右手到左睥.右脚或双脚0.3

左手到左脚.右阳或双R%双手到双梆1.0

科部到右手1.3

胞部利左手1.5

上述的感觉阈值、摆脱阈值及图7中的心室纤维性颤动阈值都是对15~100Hz交流电流而

言的。

在工业企业和民用建筑中，有不少电气设备的使用频率超过100Hz,例如有些电动工具和电焊

机,可用到450Hz；电疗设备大多数使用4000〜5000Hz；开关方式供电的设备则为20kHz〜

1MHz；微波及无线电设备还有使用更高的频率的。对于这些100Hz以上交流电流，人体皮肤的

阻抗，在数I-伏数量级的接触电压下，大致与频率成反比，例如500Hz时皮肤阻抗，仅约为50Hz

时皮肤阻抗的1/10,在很多情况下，皮肤的阻抗可以忽略不计。但因为是高频电流，对人体

的感觉和对心脏的影响都比100Hz以下交流电小。为了与50Hz时阈值相比，常采用频率系数

R来衡量、频率系数月为频率f时产生相应生理效应的阈值电流与50Hz的阈值电流之比。

在频率为100Hz以上直至1000Hz时，感觉阈值的频率系数和摆脱阈值的频率系数见图8；电

击持续时间长于心动周期并以纵向电流流经人体躯干时，心室纤维性颤动阈值的频率系数见图

9。电击持续时间小于心动周期时，尚无试验数据。频率在1000Hz以上直到10000Hz交流电的

感觉阈值的频率系数和摆脱阈值的频率系数见图10;心室纤维性颤动阈值的频率系数，IEC还

在考虑中。频率在10kHz及100Hz之间时，阈值大致由10mA上升到100mA（有效值），频率

在100kHz以上及电流强度在数百毫安数量级时，较低频率时有针刺的感觉，频率再高则有温暖

的感觉。频率在100kHz以上时，既没有摆脱阈值和心室纤维性颤动阈值的试验数据.也没有这

方面的事故报告。频率在100kHz以上及电流在安培数量级时，可能出现烧伤，烧伤的严重程度

随电流流通的持续时间而定。

;

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50/60100200300500101K)

骊串//Hi

ffl850<60）-100011/颗事范怛内感

枇依值任找脱闷值的军化

50/60100300

频率〃Hz

（B950（6。）〜10001〃频率他因内心室纤维性”

动*值的变化（电击持续时间长于一个心功

圈用体以组向电海踣任诵过人体弱干）

频率//kHz

图10IkHz-lOkHz频率范围内

感觉阈值和摆脱阈值的变化

（2）直流电流的电击效应电流对人体的效应，例如刺激神经和肌肉，引起心房或心室纤

维性颤动等，与电流大小的变化有关，特别是在接通或断开电流的时候。电流幅度不变的直流电

流要产生同样的效应，要比交流电流大得多。握持直流电器，事故时较易摆脱；当电击持续时间

长于心动周期时，心室纤维性颤动阈值比交流的阈值高得多。直流电流从手到双脚，通过人体躯

干的电流称为纵向电流；从手到手通过人体躯干的电流称为横向电流；以双脚为正极，流过人体

的电流为向上电流；以双脚为负极，流经人体的电流为向下电流。直流电流与具有相同诱发心室

纤维性颤动几率的等效交流电流（有效值）之比称为直流/交流等效系数。

10000

E•

/5000

J

叵2000

总1000

爱

500

把

e自200

100

3g50

塔

武20

10

0.10.20.512S3020501002005005000

人体电流ZB/mA

国11宜流电瓶逋过人体的效应

直流电流的持续时间和电流幅值的关系见图11。图中I区通常无反应性效应；II区通

常无有害的生理效应；ni区通常预期无器官损伤，随电流幅值和时间而增加其严重程度，可能出

现心脏中兴奋波的形成和传导的可逆性紊乱；IV区可能出现心室纤维性颤动，随电流幅值和时

间增加，除ni区的效应外，预计会发生严重烧伤等病理生理效应。关于心室纤维性颤动，该图

所示为电流从左手到双脚，且为向上电流的效应。如为向下电流，应将电流乘以2的系数进行

换算。当电流从手到手，不大可能产生心室纤维性颤动。在该图中，当电流流过的持续时间小于

500ms时，尚无II和in区分界线的资料。

直流电流的感觉阈值取决于接触面积、接触状态（干湿度、压力、温度）、电流流过的

持续时间和各自的生理特征等，与交流电不同的是：当电流以感觉阈值强度流过人体时，只是在

接通和断开电流时有感觉，其它时间没有感觉。在与测定交流电流感觉阈值相等条件下，直流电

流的感觉阈值约为2mA„

直流的摆脱阈值与交流不同，约300mA以下的直流电流没有可以确定的摆脱阈值，只有在

接通和断开电流时，才能引起疼痛性和痉挛似的肌肉收缩。当电流大干300inA时，可能摆脱不

了，或仅在电击持续时间达儿秒或儿分种后才有可能摆脱不了。

通过人体的电流约为30mA时，人体四肢有暖热感觉。流经人体的电流为300mA及以下横

向电流持续几分钟时，随着时间和电流增加，可能产生可逆性的心节律障碍。电流伤痕、烧伤、

眩晕、有时失去知觉，超过300mA时，经常出现失去知觉的情况。

(3)特殊波形电流的电击效应(3)特殊波形电流的电击效应特殊波形电流在工业

企'也和民用建筑所用的电气设备中，有以卜几种，对于人体的电击效应分别说明如下：

①具有直流分量的交流电流的效应标准交流和直流的图形如图12(a)及(b)所示、

具有直流分量的交流电流的波形如图12(c)所示，常用的半波整流及全波整流的波形如图13

(a)及(b)所示。

半波整流

经过整流后，如图13中所示的波形交流电的感觉阈值和摆脱阈值取决于人体与电极的

接触面积，接触状态(干湿度、压力、温度)和各自的生理特征，其阈值尚在IEC的考虑中。

在讨论心室纤维性颤动阈值时，必须区别卜.列的电流量值：为合成波形电流的有效值;

£为合成波形电流的峰值；40为合成波形电流的峰间值；人为产生与所涉及波形在心室纤维性

颤动方向有相同危险的正弦电流的有效值，该值用来代替图7及图11中的人体电流入以估计

心室纤维性颤动的危险。

当电击持续时间大于1.5倍心动周期时，

/J2

当电击持续时间小于0.75倍心动周期时，

Tev-If/V2

当交流对直流比越小，上述关系越不能适用。对于持续时间小于0.1s的直流电击，其阈

值等于图11中相应的电流值。

当电击持续时间在0.75倍到1.5倍心动周期时，量值参数由峰值转变为峰间值，转变的

过程IEC认为尚需进一步研究。

如图13所示的半波及全波整流的波形，由于电流峰值等于其峰间值，当电击持续时间大干

1.5倍心动周期及小于0.75倍心动周期时，，分别为I.J(2J2)=£/(2J2)及4/

J2=A/J2。由图13可见，半波整流时L.=IJ2,全波整流时为IJJ2。因此可

得半波整流时(值分别为1^/J2及全波整流时，乙值分别为工*/2及。

②具有相位控制的交流电流的效应•般的具有相应控制的交流电流的波形分为对称控

制和不对称控制两种，分别示于图14的(a)和(b)。

(a)对称控制

~TZF=ZW

J

600・a-1504

(b)不对称控制

国14具有相位控制的交流电流波形

这种波形的电流在产生感觉和阻止摆脱方面的效应大致上与具有相同£的纯交流电流相同。

相位控制角在120°以上时，峰值随着电流流通持续时间的减少而增加。

对于对称控制：当电击持续时间大于1.5倍心动周期时。为具有与所涉及的相应波形电流

相同的有效值；当电击持续时间小于0.75倍心动周期时，L为具有与所涉及的相应波形电流

相同峰值电流的有效值，如相位控制角在120°以上，心室纤维性颤动阈值将升高；当电击时间

在0.75倍到1.5倍心动周期时，乙由峰值转变为有效值，转变的过程，IEC认为尚待进一步

研究。

对于不对称控制，其所产生的电流，也可能有直流分量。当电击持续时间大干1.5倍心动周

期时，IEC尚在考虑中；电击持续时间小于0.75倍心动周期时，4为具有与所涉及的相应波

形电流相同峰值电流的有效值。相位控制角在120°以上时，心室纤维性颤动阈值将升高。

国15具有多周期任制的交流电流波形③具有多周期控制的交流电流的效应

具有多周期控制的交流电流的波形见图15所示。友为传导时间。4,为不传导时间，/.+4为工

作周期。〃=心/（友+3为电力控制程度。九”为电流传导期间电流的有效值，即/,/J2；h

为工作周期内电流有效值，即IZp。

感觉阈值及摆脱阈值，IEC尚在考虑中。

心室纤维性颤动阈值，IEC在幼猪身上进行试验，试验结果如图16所示，对于人体，可作

参考。当电击持续时间大于1.5倍心动周期时，阈值取决于p。。接近1时，4,为与同一持

续时间的正弦交流电流相同的有效值。0接近于0.1时/它与持

?~

5

5

5:

市

。

人体电施Ax—'/A

田16各种电力控到理度射的旦方匕周期控制解交而

MM心室“继性射功网俏（平均卤“用幼用试，续时间短于0.75倍心动周期的交流电流的阈

值相同。当P在1-0.1的中间值时，如图16所示，流过人体的电流逐渐增大，致使纤维

与同一持续时间的正弦交流电流的有效值相同o

出17矩形豚冲.正弦形林冲的电滤雁式及

电卷放电的电流照式

④短持续时间单向单脉冲电流的效应内装电子元件的电器绝缘损坏或直接接触其带电体

时可形成矩形或正弦形脉冲，如图17(a)、(b)所示；电容器放电的短持续时间单向脉冲如

图17(c)所示。这些脉冲当其持续时间为10ms及以上时，对人体的效应与图7相同；对于

0.1ms〜10ms持续时间的脉冲，其效应按下列能量率来表征。

心室纤维性颤动能量率工：在电流路径、心脏时相(心脏跳动的幅值与时间的关系)等给定

条件下，引起一定几率的心室纤维性颤动的短持续时间单向脉冲的最小值，以积分形式表示

为

A乘以人体电阻得出脉冲期间耗散在人体的能量。

心室纤维性颤动电荷率先:在给定的电流路径、心脏时相等条件下，引起一定几率的心室

纤维性颤动短持续时间单向脉冲最小值，以积分形式表示为

居=f3dt

0.05JlOOnF

SOOpF

330pF

充电电压〃r/V

注：对角轴线按电容“：）的比例及的比例

给制.根据充电电压坐惊及电容坐标的交飞点，

可在相应触线上读出林冲的电荷及能It.

由18电容放电的感觉凤俏及尚苦阈他（干手、大接0面枳）

区，感觉竭俶，曲线，典型的痛苫阀值

A13现以电容器放电为例。电容器由放

电开始到放电电流降至其峰值的5%的时间间隔为也容器放电的电击持续时间以按指数衰减

降到起初幅值1/e=0.3679倍所需的时间为时间常数7。当右=37时，所有脉冲能量几乎

耗尽。

也容器放电的感觉阈值和痛苦阈值取决于电极的形式、脉冲的甩荷及其电流峰值。图18为

以干手执大电极的人作为放电对象的感觉阈值及痛苦阈值.痛苦阔值为人感到有蜜蜂蛰或纸烟烧

似的痛苦。以能量率£表示的痛苦阈值对于通过手脚的电流路径及大接触面积来说为（50〜

100）X10%2s数量级（在图18中，如以面对图的右侧为东，则电容C按指向东北的对角线计

量，能量W按指向西北的对角钱计量。如已知充电电压为100V,电容为100nF,则由该两线的

交点K,可读出脉冲的电荷为10户3能量为0.5mJ）„

心室纤维性颤动阈值取决于脉冲电流的形式、持续时间及幅度、脉冲开始时的心脏时相、通过

人体的电流路径及人的生理特征。

IEC曾在动物身上做过试验，其结果是：对于短持续时■间的脉冲，心室纤维性颤动•般仅

在脉冲落在心动周期易损时间内发生；对于电击持续时间小于10ms的单向脉冲，心室纤维性颤

动的发生由内或£所决定。图19示出心室纤维性颤动的阈值，对于50%的纤维性颤动几率,

月为0.005As,R则由脉冲持续时间ty=4ms时的0.01A、上升到t、=1ms时的0.02A2s。

该曲线给出路径以左手到双脚流过的电流的心室纤维性颤动危险几率.对于其它电流途径，则乘

以表2的心电流系数尸。图中cl曲线以下，无纤维性出动；cl曲线以上直到曲线c2以下,

具有较低的心室纤维性颤动危险，几率直到5%；c2曲线以上直到c3曲线以下，具有中等纤

维性颤动危险，几率直到50%；c3曲线以上，具有高纤维性颤动危险，大于50%几率。

对于各种形式脉冲的纤维性颤动能量率尤可由下列公式求出：

对于矩形脉冲：

F«=IKti

对于正弦形脉冲：

2

K=(7kc<p)/2)ti=TACCHIS)2ti

对于时间常数为T的电容放电：

K—Zx/(T/2)—7c(r.«)_t>

以上各式的电流参量可由图17看出：心为矩形脉冲出流的量值，4c3为正弦形脉冲电流的

峰值，为正弦形脉冲电流的有效值，儿。为电容放电的峰值，右国为持续时间为37的电容

放电电流的有效值。具有相同心室纤维性颤动能量率及相同电击持续时间的矩形脉冲、正弦形脉

e

E

'

r

s

匕

卦

&

石

走

繁

too100010000

人体电源/MU/EA

冲及电容放电见图20。®I'心室"维性■动”值

由论定义可写出，电容放电的R1为

Fei=7c(p>2So°°e2tfT—7c(p)2(T/2)

矩形脉冲及正弦形脉冲的凡及凡为

区3=&(303T

因为R=冗2=区3,则

W(T/2)=以37=儿E「37

即IC(P)(1/'Z6)=7c(ms>=IK

根据上式将/K及Ic^)转换为相应的人仙(1/J6)值，则可由转换而得的相应入3值在

图19中找到矩形脉冲和正弦形脉冲的心室纤维性颤动阈值。

20具有相同肝雄性H动罐*率及相同电击待第

时间的矩形脉冲、正弦形脉冲及电容放电

3.直接电击的防护措施

直接电击保护又称正常工作的电击保护，也称为基本保护，主要是防止直接接触到带电体，

一般采取以卜措施。

(1)将带电体绝缘带电部分完全用绝缘覆盖。该绝缘的类型必须符合相应电气设备的标

准，且只能在遭到机械破坏后才能除去。绝缘能力必须达到长期耐受在运行中受到的机械、化学、

电及热应力的要求。一般的油漆、清漆、喷漆都不符合要求。在安装过程中所用的绝缘也必须经

过试验，证实合乎要求后才能使用。

(2)用遥栏和外护物防护外护物一般为电气设备的外壳，是在任何方向都能起直接接触

保护作用的部件。遮栏则只对任何经常接近的方向起直接接触保护作用。两者的防护要求如下：

①最低的防护要求在电气操作区内，防护等级为IP2X，顶部则为IP4X。在电气操作

区内，如可同时触及的带电部分没有电位差时，防护等级可为IP1X。在封闭的电气操作区内可

不设防护。

②强度及花定性遮拦或外护物应紧固在其所在位置，它的材料、尺寸和安装方法必须具

有足够的稳定性和耐久性，并可承受在正常使用中可能出现的应力和应变。

③开启成拆卸必须使用钥匙或工具，并设置联锁装置，即当开启和拆卸遮栏或外护物时，

将其中可能偶然触及的所有带电部分的电源自动切断，直到遮栏或外护物复位后才能恢复电源。

如遮栏或外护物中有电容器、电缆系统等储能设备并可能导致危险时，不但要在规定时间内泄放

能量，而且还必须采用与上述要求相同的联锁装置。也可在带电部分与遮栏、外护物之间插入隔

离网罩，当开启或拆卸遮栏或外护物时不会触及带电部分。网罩可以固定，也可在遮栏、外护物

除去时自动滑入。网罩防护等级至少为IP2X,且只有用钥匙和工具才能移开。如需更换灯泡、

熔断器而在外护物和遮栏上留有较大的孔洞时，则必须采取适当措施防止人、畜无意识地触及带

电部分，而且还须设置明显的标志，警告通过孔洞触及带电部分会发生危险。

(3)用阻挡物防护阻挡物只能防护与带电部分无意识接触，但不能防护人们有意识接触。

例如用保护遮栏、栏杆或隔板可以防止人体无意识接近带电部分.又如用网罩或熔断器的保护手

柄，可以防止在操作电气设备时无意识触及带电部分。阻挡物可不用钥匙或工具拆除，但必须固

定以免无意识地移开。

国21伸臂范围

(4)置于伸臂范围以外伸臂范围如图21所示。将带电部分置于伸臂范围以外可以

防止无意识地触及。不同电位而能同时触及的部分严禁放在伸臂范围内。如两部分相距不到

2.5m,则认为是能够同时触及的。当人们的正常活动范围S由一个防护等级低于IP2X的阻挡

物(如栏杆)限制时，则规定的距离应从阻挡物算起。在正常工作时须手持大或长的导电物体的

地方，计算距离时须计及该物体的外形尺寸。

(5)采用RCD(剩馀电流保护装置，也称漏电并关)作为附加保护RCD不能作为直接电

击的唯一保护设备，只能作为附加保护，也就是作为其它保护失效或使用者疏忽时的附加电击保

护。剩馀电流动作整定值一般采用30mA。

4.间接电击的防护措施

间接电击保护又称故障下的电击保护，也称附加保护，一般采用以卜措施：

(1)自动切听电源当故障时，最大电击电流的持续时间超过允许范围时，自动切断电源

(IT系统的第一次故障除外)，防止电击电流造成有害的生理效应.采用这种方法的前提是：

电气设备的外露导电部分必须按系统接地制式与保护线相连，同时还宜进行主等电位联结。自动

切断电源法可以最大限度地利用原有的过电流保护设备，且方法简单、投资最省，是一种常用的

措施。

(2)使用n级设备或采用相当绝缘的保护I【级设备既有基本绝缘也有双重绝缘或加强绝

缘；不考虑保护接地方法；设备内导电部分严禁与保护线连接。该类设备的绝缘外护物必须能承

受可能发生的机械、电或热应力，一般的油漆、清漆及类似物料的涂层不符合要求。绝缘外护物

上严禁有任何非绝缘材料制作的螺栓，以免破坏外护物的绝缘。

(3)采用非导电场所在非导电场所内，严禁有保护线，也不采取接地措施，因此可采用

0级设备(这种设备只有基本绝缘，没有保护接地手段)。非导电场所应具有绝缘的地板和墙(用

于标称电压不超过500V的设备，其绝缘电阻不小于50kQ；如标称电压超过500V,则为

lOOkQ),其防护措施如下：

①外露导电部分之间、外露导电部分与外部导电部分之间的距离不小于2m；如在伸臂范围

以外,则为1.25m。

②如达不到上述距离，则在两导电部分之间设置绝缘阻挡物，使越过阻挡物的距离不小于

2m。

③将外部导电部分绝缘起来，绝缘物要有足够的机械强度并能耐受2000V电压，且在正常情

况下，泄漏电流不大于1mA。

上述布置必须是永久性的，即使使用手携式或移动式设备也必须能满足上述要求；另外，还

应采取措施使墙和地板不因受潮而失去原有电阻值，同时外部导电部分也不能从外部引入电位。

(4)不接地的局部等电位联结凡是能同时触及的外露导电部分和外部导电部分采用不与

大地相连的等电位联结，使其电位近似相等，以免发生电击。局部等电位联结系统严禁通过外露

导电部分或外部导电部分与大地接触，如不能满足，必须采用自动切断电源措施。为了防止进入

等电位场所的人遭受危险的电位差，在和大地绝缘的导电地板与不接地的等电位联结系统连接的

地方，必须采取措施减少电位差。

(5)电气隔离将回路进行电气隔离是为了防止触及绝缘破坏的外露导电部分产生电击电

流，一般采取以下措施：

①该回路必须由隔离变压器或有多个等效隔离绕组的发电机供电，电源设备必须采用n级设

备或与其相当的绝缘。如该电源设备供电给几个电气设备，则这些电气设备的外露导电部分严禁

与电源设备的金属外壳相连。

②该回路电压不能超过500V,其带电部分严禁与其它回路或大地相连,并须注意与大地之间

的绝缘。继电器、接触器、辅助开关等电气设备的带电部分与其它回路的任何部分之间也需要这

种电气隔离。

③不同回路应分开布线，如无法分开，则必须采用不带金属外皮的多芯电缆或将绝缘导线敷

设在绝缘的管路或线槽中。这些电缆或导线的额定电压不低于可能出现的最高电压，旦每条回路

有过电流保护。

(4)被隔离回路的外露导电部分必须采用绝缘的不接地等电位联结，该连接线严禁与其它回路

的保护线或外露导电部分相连接，也不与外部导电部分连接。插座必须有保护插孔，其触头上必

须连接到等电位联结系统。软电缆也必须有一根保护芯线作等电位联结用(供电给n级设备的电

缆除外)。

⑤如出现影响两个外露导电部分的故障，而这两部分又接至不同相的导线时，则必须有一个

保护装置能满足自动切断电源的要求。

5.防止直接和间接电击两者的措施

兼有防止直接和间接电击的保护，也称为正常工作及故障情况下两者的电击保护，可采

取以下措施。

(1)安全电压采用的标称电压不超过安全电压50V,如果引出中性残，中性线的绝缘与相

线相同。

(2)由安全电源供电安全电源有以下几种：

①安全隔离变压器，其一、二次绕组间最好用接地屏蔽隔离。

②电化电源，如蓄电池。

③与较高电压回路无关的其它电源，如柴油发电机。

@按标准制造的电子装置，保证内部故障时，端子电压不超过50V,或端子电压可能超过50V,

但电能量很小，人一接触端子，电压立即降到50V以下。

(3)回路配置

①安全电压的带电部分严禁与大地、其它回路的带电部分或保护线相连。

②安全电压回路的导线与其它回路导线隔离，该隔离不低于安全变压器输入和输出线圈间的

绝缘强度。如无法隔离，安全电压回路的导线必须在基本绝缘外附加一个密封的非金属护套、电

压不同的回路的导线必须用接地的金属屏蔽或金属护套分开。如果安全电压回路的导线与其它电

压回路的导线在同•电缆或组合导线内，则安全电压回路的导线必须单独或集中地按最高电压绝

缘处理。

③安全电压的插头不能插入其它电压的插座内，安全电压的插座也不能被其它电源的插头插

入，且必须有保护触头。

④当标准电压超过25V时，正常工作的电击保护必须采用IP2X的遮栏或外护物，或采用包

以耐压500V历时1分钟不击穿的绝缘。

田23当设在接地装置后,人悻触及绝致

损坏的电机外壳时电温的通路

6.防止电击的接地方法

就是将电气设备在正常情况下不带电的金属部分与接地极之间作良好的金属连接，以保护人体

的安全。

从图22可以看出，当电气设备某处的绝缘损坏时外壳就带电。由于电源中性点接地，即使

设备不接地，因线路与大地间存在电容，或者线路上某处绝缘不好，如果人体触及此绝缘损坏的

电气设备外壳，则阻流就经人体而成通路，这样就遭受了电击的危害。

图23表示有接地装置的电气设备。当绝缘损坏、外壳带电时，接地电流Id将同时沿着接

地极和人体两条通路流过。流过每•条通路的电流值将与其电阻的大小成反比，电流分别为L

及人即

/IA=Rt/RK（3）

式中：L'——沿接地极流过的电流

Z---流经人体的电流

血——人体的电阻

兄——接地极的接地电阻

从式（3）中可以看出，接地极电阻越小，流经人体的电流也就越小。通常人体的电阻比接

地极电阻大数百倍，所以流经人体的电流也就比流经接地极的电流小数百倍。当接地电阻极小时,

流经人体的电流几乎等于零，也就是人心0,L；弋Zo因而，人体就能避免触电的危险。

因此，不论施工或运行时，在一年中的任何季节，均应保证接地电阻不大于设计或规程中所规

定的接地也阻值，以免发生电击危险。

（二）保障电气系统正常运行

电力系统接地•般为中性点接地。中性点的接地电阻很小，因此中性点与地

间的电位接近于零。当相线碰壳或接地时，其它两相对地电压，在中性点绝缘

系统中将升高为相阻压的V3倍；而在中性点接地的系统中则接近于相电压，

有利于系统稳定运行，防止系统振荡，而且系统中的电气设备和线路只要按相

电压考虑其绝缘水平，降低了甩气设备的制造成本和线路的建设费用。由于有

了中性点的接地线，也可保证继电保护的可靠性。

通信系统一般采用正极接地，可防止杂音窜入和保证通信设备正常运行。

电子线路需要稳定的参考点，才能正常运行，因此也要接地。

（三）防止雷击和静电的危害

雷击时产生静电感应和电磁感应，物料在生产和运输中因摩擦而引起的静

电，都可能造成电击或火灾危险。

直接遭受雷击的危害，比之于感应雷那就更大了，而且发生的机会亦更多。

所以，为了防止直击雷，必须装设防雷装置。

所有防雷装置和防止静电危险的措施，最主要的方法是设置接地装置。现

在将其作用分述如下：

1.直击雷

天气炎热时，天空中往往存在着大量雷云。比如当带有正电荷的雷云飘近

地面时，就在附近地面特别是突出地面的高大建筑物上感应有负电荷。当地面

和建筑物上积聚的电荷密度很高，而雷云又十分接近地面或建筑物时，就会产

生强烈的放电现象。这就是通常所谓雷击。雷击的破坏作用是很大的。它不仅

要击毙人畜，烧焦或劈倒树木，而且还破坏建筑物，甚至引起火灾和爆炸。

为了防止直击雷，往往在建筑物的顶部装设避雷针或避雷带。避雷针或避

雷带都是经引下线连接到接地装置的，与大地间有良好连接。这样，当建筑物

上空附近出现有雷云时，地面上感应产生的相反的电荷，就会沿接地装置、引

下线和避雷针或避雷带跑进大气里，与雷云中的电荷中和，从而避免发生大规

模的强烈放电现象。这就防止了雷击的发生。

根据采用防雷装置的经验证明，防雷装置必须有正确的设计和合理的安装。

否则，不但不能防雷，甚至更容易招致雷害。这是因为雷击时能产生反击的缘

故。反击的发生，可能引起电气设备绝缘的破坏、金属管道被烧穿，甚至于引

起火灾、爆炸和人身事故。

防雷的接地装置所引起的高电位，可能对建筑物地下的金属管道、电缆等放

电，形成电气反击，因此，在防雷接地装置与地下金属管道、电缆等之间，必

须保持有一定的距离或将它们进行等电位联结。

2.静电感应雷

当金属屋顶或其它导体处于雷云和大地间所形成的电场中时，屋顶或导体

上就会感应出与雷云异性的大量电荷。雷云放电后，云与大地间的电场消失，

导体和屋顶上的电荷来不及立即流散，因而会产生对地很高的静电感应过电压

并可能引起火灾或爆炸。

为了防止静电感应过电压的危害，应将建筑物的金属屋顶和建筑物内所有

大型金属物体，如钢屋架、钢筋混凝土柱子、金属管道及水箱等，全部予以良

好的接地，使因感应而产生的静电荷，迅速地被导人地中而没有积聚的可能。

这样就能避免静电感应过电压的产生。

3.电磁感应雷

由于雷击时能产生幅度和陡度都很大的雷电流，在它的周围空间里，就会

形成强大的变化的电磁场。处在这一电磁场中的导体，就会感应出非常高的电

势。若导体恰巧形成间隙不大的闭合环路，那么，在间隙处就会产生火花放电

现象。

电磁感应现象还可以使构成闭合回路的金属物体产生感应电流。如果回路

间的导体接触不良，就会产生局部发热现象。这对于存放易燃或易爆炸物品的

建筑物是十分危险的。为了防止电磁感应引起的不良后果，应将所有互相靠近

的金属物体，如金属设备、管道与金属结构之间，很好地用金属线路接起来，

并与接地装置有良好的连接.

4.静电

在物理学中曾告诉过我们，任何两种不同物质的物体发生摩擦时，都能够产

生不同的静电荷。这种摩擦生电的现象，在日常生活中也是常常会遇到的。例

如，在很干燥的天气里，用那料制的梳子梳干净头发的时候，往往头发会飘起

来，梳不服贴、这就是因为梳子与头发发生摩擦而带了电荷的缘故。

在生产中，这种摩擦生电的现象就更为普遍了。例如在工业企业中，当利

用皮带传动或由不导电橡胶制成的橡皮输送装置工作时；当在各种混合器中搅

拌物质时；当物质用轧辑或辗光机进行加工时；当摇荡液体或把液体从一容器

转注到另一容器时；当液体在管道中流动速度较大时……，都经常会由于摩擦

原因而产生静电。这些电荷不仅聚集在管道、容器和贮罐上，而且还会聚集在

加工设备上，形成了很高的电位，对人身安全以及对设备和建筑物都存在着危

险。

为了防止由于静电聚集而形成火花放电的危险.