1、第2章 供配电系统电击防护,本章重点讨论以下问题。1、人体对低压工频交流电的承受能力。2、电击产生的途径与强度计算。3、工程上常用的电击防护措施。4、工程设计中电击防护措施的综合应用。,第1节 电流的人体效应,2.1.1 电击形式1、直接电击人或动物触及到正常工作时带电的导体所产生的电击。特点：电击强度为线电压或相电压。2、间接电击人或动物触及到正常工作时本不带电、但却因故异常带电的导体所产生的电击。特点：点击强度差异很大。,1.2.2 电流人体效应及相关标准1、人体通过电流时的生理反应（1）反应阈。0.5mA。（2）感知阈。以50概率计，男：1.1mA；女：0.7mA。（3）摆脱阈。以50概
2、率计，男：16mA；女：10.5mA。（4）室颤阈。是电流持续时间的函数，最低值50mA。大于室颤阈的电流被认为是致命的。,2、电流生理效应的工程标准主要确定室颤电流与时间的关系。1）达尔基尔公式。认为室颤危险性与电击能量累积有关，在电流持续时间0.015s内：I 2t=KD KD 达尔基尔常数，取值1162mA2s。2）柯宾公式。认为室颤危险性与电流时间积相关，在电流持续时间1s以内：I t=KK KK 柯宾常数，取值50mAs。,3）电流-时间分区图/表（IEC及GB）。,1.2.3 人体阻抗与安全电压,人体阻抗为阻、容性,人体电阻为电压的函数 还与接触面积、压力等有关,由以上曲线换算出接
3、触电压与允许接触时间的关系。结论：正常环境条件下，人体阻抗取1000（近似纯阻性）；工频安全电压取50V。一般潮湿环境下工频安全电压取25V。其他特殊环境条件下安全电压取值应非常谨慎。,第2节 设备及装置的电击防护措施,是根本性措施，预防性措施。 基本思想：消除接触到带电导体的可能性。 具体技术手段：绝缘、屏护与间距三种。设备：工厂生产的具备特定功能的完整单元，作为整体提供给用户。装置：一系列相关设备及零、部件组合而成的整体，具备更完整、复杂的功能。一般在工作现场组装完成，也不排除在工厂（部分）组装。,2.2.1 用电设备按电击防护方式的分类1、分类所考虑的因素绝缘、外壳上提供的保护可能、电压
4、值。1）绝缘的作用（1）工作绝缘：防止不同电位导体间发生电气接触，保证设备正常工作，又称功能性绝缘。如三相设备的相间绝缘。（2）保护绝缘：防止发生电击。保护绝缘失效是发生间接电击的主要原因。保护绝缘失效的直接结果是设备外露可导电部分带电，因此常将其称为“碰壳”故障。,2）外壳上提供的保护可能。指金属外壳上是否预置电气连接环节，以使外壳可以与地、固定布线系统或别的设备、设备外可导电部分等进行电气连接，作为电击防护用。预置的电气连接环节一般是一个PE接线端子，或引出的一根一端已与外壳相连的PE线。该PE线通常与电源线（相线、中性线）一同引出。3）设备额定电压。可以使用低的额定电压来换取电击防护安全
5、性，前提是固定布线系统（即工作场所的电网）能够提供这种低电压。,2、按电击防护方式划分的四类设备0类设备：仅依靠基本绝缘作电击防护的设备。外壳上无保护连接环节。I类设备：具有基本绝缘、且金属外壳上提供保护连接环节的设备。II类设备：采用双重绝缘或加强绝缘的设备。外壳上无保护连接环节。III类设备：由安全特低电压供电的设备。,3、设备分类与电击防护的关系（1）0类设备现只能用于非导电场所。（2）I类设备用于正常电压供电的TT、TN、IT系统，不仅靠设备本身提供电击防护，一旦发生碰壳漏电故障，还可通过系统进行间接电击防护。（3）II类设备用于正常电压供电的系统，完全靠设备自身进行电击防护。从工程角
6、度看，不考虑该类设备发生绝缘损坏的可能。（4）III类设备用于特低电压（ELV）系统，若满足一系列的相关条件，即可不考虑电击发生的可能。,本段小结,2.2.2 外壳与外壳防护的概念（1）外壳。指属于电气设备组成部分并界定设备空间范围的壳体。在装置现场设置的栅栏、围护等不能称作外壳。（2）外壳防护。指设备外壳机对固体异物和水进入其内部的防范作用，这些作用完全由外壳的机械结构所决定。（3）外壳防护的作用。A：防固体异物、尘埃、水等进入设备。B：防人体手、头等部位进入设备造成机械伤害或电击伤害。,1、外壳防护的形式、代号与等级1）外壳防护形式（1）第一种防护形式：防止人体触及或接近壳内带电部分及触及
7、运动部件，防止固体异物进入外壳内部。（2）第二种防护形式：防止水进入外壳内部。对其他一些有害因素的防范，外壳可能作为措施之一考虑进去，但不是唯一措施，这些情况不属于此处外壳防护讨论的问题,2）外壳防护的表征方式用IPXX来表示.IP表征字母；XX表征数字，第一位表示第一种防护方式等级，第二位表示第二种防护方式等级。3）外壳防护等级将第一种防护方式分为06级，数字越大，能防止进入的固体异物尺寸越小，防护越严密。将第二种防护方式分为08级。数字越大，对水的防护越严密，最高可防潜水影响。例：IP20防护的外壳，可防止大于12mm的固体异物进入，但不防水。,2、外壳防护等级与电击防护的关系起防止直接电
8、击的作用。3、外壳防护的IK等级（知识拓展，国内尚未有专门规范）防各种方向机械冲击能力的等级，也与电气安全有关。,2.2.3 屏护屏护是通过机械隔离来防止直接电击，主要用于工作场所不便于绝缘的电气装置。包括阻隔和障碍两种方法。1）阻隔（屏蔽）。防止无意或有意（一定程度上）接近带电导体而产生电击危险。技术要求：有足够的机械强度；防火；金属阻隔须接地；开孔者根据孔的大小，靠带电侧应有足够的安全净距。常见如金属挡板、网眼遮拦等。,2）障碍。只能防止无意识接近带电导体的行为，一般只用于专业场所。常见如栅栏等。从法律角度看，阻隔和障碍有明显的差异。在非专业场所，仅靠障碍（包括警示标志）防护，不能规避事故
9、责任。尤其是对行为能力受限的人，如幼儿、残障人等，可能出现有意识地通过障碍物接触到带电导体的行为。,2.2.4 间距通过保持带不同电位导体间足够的空间距离，使人不能同时触碰带不同电位的导体，从而避免电击。足够的空间距离一般情况下为2.5m，系指人的伸臂长度加上一定的安全裕量。但对于站立面以下的空间，伸臂距离有所变化。,第3节 各类低压接地系统自身的间接电击防护原理与性能分析,低压接地系统系指低压TT、TN和IT系统。接地系统本身的电击防护途径主要有两个：（1）降低接触电压；（2）切断电源。接地系统自身只对I类设备因碰壳故障产生的间接电击有防护作用。,2.3.1 TT系统的电击防护分析,设备外壳
10、上预期接触电压： 系统接地电阻与设备接地电阻对相电压分压，设备接地电阻所分得的部分,故障模型与等效电路,1、降低接触电压分析对220/380V系统接地电阻RN按4计算，当设备接地电阻RE也低达4（这很难）时，设备外壳上的预期接触电压Ut为110V。要使设备外壳上的预期接触电压Ut降低到安全电压50V以下，计算得设备接地电阻RE不能超过1.18。工程上，要将RE做到4以下是非常困难的，做到1.18基本上不可能。因此，TT系统有降低预期接触电压的作用，但通常不能将其降低到安全电压以下。,2、自动切断电源分析TT系统为保证系统本身安全，必须设置过电流保护（如熔断器、低压断路器等）。碰壳（也即接地）故
11、障电流Id能否驱动过电流保护电器按时动作，通过切断电源来保证安全呢？假设RN、RE均为4，则,如此小的电流在绝大多数情况下都不能使过电流保护电器动作。因此：TT系统基本不能靠切断电源保证安全。,3、中性点对地电压偏移问题,UN即系统中性点对地电位电压。三个后果：（1）N线带较高电压；（2）系统接地点处跨步电压。（3）各相对地电压变化，有的高于相电压。,4、TT、TN系统混用的危险,设备外壳全部带电,2.3.2 TN系统的电击防护分析,故障模型与等效电路,接地故障电流为：,RN上无电流、无压降！,1、降低接触电压分析,PE线阻抗不可能小于相线阻抗（why?），故Ut不会小于相电压的一半，因此：T
12、N系统有降低碰壳故障预期接触电压的作用，但通常不可能将预期接触电压降低到安全电压以内。,2、自动切断电源分析（1）接地故障电流大小分析。TN系统相端子碰壳接地故障电流即相保单相短路电流，按系统过电流保护设计要求，过流保护电器（QF、FU）应能灵敏地感知故障并可靠切断。（2）切断时间分析。电击防护有确定的切断时间要求，如TN系统典型值为0.4s。但过电流保护切断时间是按热稳定要求制定的，不一定满足电击防护要求。按热稳定要求的切断时间为：,3、TN-C系统存在的问题分析,（1）正常时设备外壳带电。（不平衡电流，3n次谐波电流。（2）PEN线断线后，断点后所有设备外壳带相电压，非常危险。采用重复接地
13、可一定程度上抑制电压值。,2.3.3 IT系统电击防护分析,流过碰壳设备的故障电流为接地故障电流，其性质为非故障相对地电容电流，量值很小。,1、等效电路与电击危险性分析,（1）为什么采用电流源等效电路？IT系统接地故障电流可认为是系统本构参数。,（2）电击电流强度。人体电阻与接地电阻分流。,以RM=1000、RE=10代入估算，IM=0.01IC。安全性很高。,2、二次接地的电击危险性问题,两个设备接地电阻对线电压分压，总有一个设备外壳对地电压不低于190V。,采用共同接地措施人为造成短路的防护方法。,3、IT系统引出中性线问题可引出中性线，但IEC强烈建议不引出中性线。为什么？中性线只要有一
14、点发生接地，系统接地形式由IT变为TT，IT系统电击防护的优势荡然无存。十分危险。旧观念将N线称为零线，且认为零线接地总是会更安全，造成IT系统几乎最终都变称为TT系统。我国农网中曾试行IT系统，且引出中性线，导致电击事故率剧增，教训深刻。无N线，相电压用电设备怎么办？供电端10/0.23kV变压器，或终端380/220V变压器。,本节小结1、TT系统靠接地电阻降低预期接触电压，但通常不能将其降至安全电压以内，自身电击防护性能不能满足电击防护要求。2、TN系统将碰壳接地故障转化为单相短路故障，靠过电流保护电器切断电源进行电击防护，有效性取决于切断时间。3、IT系统自身电击防护性能良好，只要系统
15、线路总长度不超过规定值，发生一次碰壳故障时无电击危险，但二次碰壳故障有电击危险性，共同接地时靠过流保护电器切断电源进行电击防护，有效性取决于切断时间。分别接地时无防护。,第4节 低压系统上专门的电击防护措施,2.4.1 剩余电流保护1、电压型漏电保护简介,存在两大问题,（1）人体预期接触电压与保护脱扣器电压不对应。 （2）不能用于直接电击防护。,2、剩余电流保护电器理论基础：KCL技术原理：通过带电导体检测非带电导体（系统本身的或系统以外的）上是否流有电流。1）原理结构与工作原理,2）剩余电流（Residual Current）。从工作端子以外的地方流出的电流，俗称漏电电流。3）剩余电流保护电
16、器（RCD）分类。（1）带切断触头：RCD（C）。又分漏电开关和漏电断路器。（2）不带切断触头：RCD（O）。如漏电继电器等。其他分类方式：电磁式与电子式，整体式与组合式、固定式与移动式等。,4）特性参数。（1）额定电压、额定电流、极数等开关电器一般参数。（2）额定漏电动作电流In。指在规定条件下，使RCD一定动作的最小剩余电流值。（3）额定漏电不动作电流Ino。指在规定条件下，使RCD一定不动作的最大剩余电流值。（4）漏电动作电流I。使RCD刚好动作的剩余电流值，非铭牌（样本）参数。辩异：In、Ino、I。工程意识。（5）RCD（C）分断时间。,3、剩余电流保护设置,TT系统中RCD的应用,
17、TN-S系统中RCD的应用,TN-C系统中RCD的局部应用示例,纯粹的TN-C系统是不能应用RCD的！,4、剩余电流保护的常见问题1）系统对地泄漏电流造成RCD误动作问题。电击防护用RCD额定漏电动作电流为30mA。三相系统三相对地电容电流大致平衡，RCD只测得三相不平衡部分，量值一般达不到使RCD误动作的程度；单相系统长度一般有限，对地电容电流通常也达不到使RCD误动作的程度。工程中RCD误动作绝大多数是由于结线错误造成的。两种典型结线错误为：（1）未将N线接入RCD；（2）TN-S系统在RCD后误将N线与PE线连接。,2）剩余电流保护与短路保护的异同。剩余电流保护是接地故障保护，短路保护是
18、一种过电流保护，这是两种不同的保护形式。TN-S系统相、保短路是一个特例，它既是接地故障又是单相短路故障，因此剩余电流保护与短路保护都会动作。通常将这两种保护合并，有漏电断路器实施。TN、TT、IT系统中相、中短路，只能靠短路保护动作，剩余电流保护不起作用，因为这时单相短路电流尽管很大，但性质上不属于剩余电流。,3）剩余电流与零序电流的区别。零序电流是三相电流之和不等于零的那一部分，剩余电流是所有带电导体（相线与N线或PEN线）电流之和不等于零的那一部分。三相四线制系统中，N线上流过的电流即零序电流，但非剩余电流，PE线上流过的电流才是剩余电流。4）剩余电流保护具有防直接电击的作用。发生直接电
19、击时，流过人体的电流性质为剩余电流，可通过RCD保护。工程上只允许剩余电流保护做直接电击的补充保护，不能取代绝缘等直接电击防护措施。,2.4.2 电气隔离1、概念将一个器件或电路与另外的器件或电路在电气上完全断开的措施，以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。常见方式：电动机-发电机组、隔离变压器等。,2、原理分析以1:1隔离变压器为例，重点找与地的关系。,通过二次侧线路对地电容与地发生联系,等效电路简化,正常时二次两根线均为相线， 对地电压为一次相电压一半,电击强度计算,是否有电流 入地？证明！,ZC通常在2M/m以上，即每米线路在人体上的电流为
20、 0.1mA以下，只要控制线路长度，可保无电击危险。,3、安全条件使电气隔离在工程上有效承担电击防护任务所必须限定的各种因素，称为电气隔离的安全条件。1）通用技术条件。（1）电源。电压、容量、隔离程度。（2）回路。独立性、唯一性、电压长度积控制等。2）对单一设备隔离的补充要求。3）对多台设备隔离的补充要求。,被隔离回路独立性示例,多台隔离设备处理,不接地PE线的作用：相邻设备异相碰壳 时，制造短路以切断电源，以消除电击 危险性,2.4.3 安全电压,SELV：安全特低电压，不能接地。PELV：保护特低电压，可一点接地。FELV：功能特低电压，工作本身需要低电压。解释“安全”的相对性、系统性。,
21、1、安全特低电压SELV1）电压限值。正常环境条件下间接电击防护：工频50V及以下；直接电击防护：工频25V及以下。以上划分大致以AC-3和AC-2区为依据。2550V基本落在AC-3区，无致命危险，但可能出现器质性伤害，因此不能作为直接电击防护用。50V和25V均为SELV的电压限值，设备的额定电压在限值内都是合格的，如额定电压42V、36V的用电设备可不采取额外的间接电击防护措施，额定电压24V、18V、12V的用电设备不必采取直接电击防护措施。在特殊场所，电压限值另有专门规定。,2）电源要求。无论发生何种故障，均不得出现高于SELV电压限值的电压。常见电源：安全隔离变压器、电动机-发电机组、电化学电源、电子电源装置。3）回路配置。三个要点。（1）带电导体不得接地。（2）外露可导电部分之间及与地之间无连接。（3）与更高电压带电体间的隔离程度不低于隔离变压器一、二次绕组间绝缘程度。可见，用于SELV的插座一定没有PE孔。,通过SELV实施电击防护,2、保护特低电压PELV只能用于一般场所，不能用于游泳池等特殊场所。除干燥且无大面积接触可能的场所外，6V以下才能作直接电击防护。二次回路可一点接地，二次设备外露可导电部分可相互连接。其他与SELV类同。,通过PELV实施的电击防护,
