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;二、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,女性为,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.2、工程标准：115-100Hz正弦交流电通过人体效应：P52图3-3及P52表3-11室颤电流与时间的关系a、达尔基尔研究结果：I2t=K D有效范围δ数Kd按%最大不引起室颤电流曲线为116²mA²·S结论：若电击发生时I²t＜116²mA²·S则发生室颤的可能性在%以下;b、柯宾研究结果：It=Kk 式中δ数Kk取为50mA·St＜1s2、室颤电流与电流途径的关系：室颤电流δ“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;三、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;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;一、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、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类;1O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、Ⅰ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;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Ⅰ类设备而言;在我国日常使用的电器中,Ⅰ类设备占大多数,因此,作好对Ⅰ类设备的电击防护意义重大3、Ⅱ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：Ⅱ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、Ⅲ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;2Ⅰ类设备：基本绝缘和附加安全措施,日常使用电器中Ⅰ类设备占绝大多数,做好对Ⅰ类设备的电击防护意义重大3Ⅱ类设备：具有双重绝缘或加强绝缘,设有附加安全措施;4Ⅲ类设备：使用安全特低电压;二、电气设备外壳防护等级1、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、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、IPⅹ、IP2ⅹ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; 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、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,因此带电体距地面应在以上;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,后面将讨论补充：安全距离：电压等级： 10kv 35kv 110kv 220kv 330kv 500kv距离m: 1第三节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Ⅰ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V L=50V,人体阻抗为纯电阻,且电阻值R M为1000欧姆进行分析计算;一、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Ⅰ类用电设备而言,在TT,TN,IT系统中,设备外壳都通过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：1TT,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;2TT,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;二、TT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、原理分析：1降低预期接触电压的作用：Vt= R E Vφ/R N + R EVt-人体预期接触电压 R N-系统接地电阻 R E-设备接地电阻Vφ-故障相电压当人体接触外漏可导电部分时,则安全条件：Vφ= 220V ,R M=4欧姆,则R E≤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R N=R E=4欧姆,接地电流Id=,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倍,则计算电流不大于,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,要求内动作,则允许计算电流更小,可见保护有很大局限性2、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;故障时N点不变,E点发生偏移：若R E=R N则中心点上将带110v对地电压若降低R E使Vve=50v则R E≤欧姆-不容易实现也不经济2非故障相对地电压升高3TT系统与TN系统不得混用原因可上课提问3、TT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、TN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、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=Vφ/|Z1+Zt+Zpe|,因此时R N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|Vφ/|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2、相关问题：1TN—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：显著提高TN系统的电击防护性能;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3-15b 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3-162）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3-173、TN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）T N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;四、IT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、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R E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R E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, ,若设备不接地,则流过人体电流为I CE,可见设备外壳将大大降低人体流过电流;假定R E=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I M=R E I CE/R E +Rt其中：I CE-系统接地电容电流,I M-流过人体电流,R E-接地电阻 ,Rt-人体接触电阻包括人体电阻R M,鞋袜及与地板电阻;结论：流过人体的电流I M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：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=I CE R E<50V,则无电击危险,系统可继续运行;2二次接地：若发生一次接地后,系统另一设备与一次接地不同相又发生接地故障,则称为二次接地,此时类似相间短路故障,应立即断电,否则会因电流过大烧坏设备及线路;若忽略线路及变压器计算阻抗,则短路电流为：见P70式3-11,3-12;此时,保护装置应立即动作切断故障电流否则过电流可使设备损坏或引发火,对380/220v低压配电系统外壳将带190v50v电压,将威胁到人体安全;2中性线装置与相电压获取IT系统可设置中性线,但一般不推荐,IEC强烈建议不设置,原因是IT系统多用于易发生单相接地场所,中性线一旦接地则成为TT系统,针对IT系统设置的各种保护措施可能失效且连续供电能力,防护水平均受影响相电压获取：1用10kv/变压器直接以10kv电源取得。
