安全用电与接地

7.1防止触电的安全技术在各种各样的触电事故中，最常见的是直接触电和间接触电。直接触电是指人体误触带电体；间接触电是指触及正常情况下不带电而事故情况下变为带电的物体而引起的触电事故。针对这两种情况可分别采用安全电压、保护接地、保护接零、漏电保护、屏护、标志、安全距离、绝缘防护及其他防护技术。7.1.1安全电压•从保护人身安全的角度来说，可以称人体持续接触而不会使人直接致死、致残的电压为安全电压。•但电气安全技术所规范的安全电压是为防止触电事故而采用的特定电源供电的电压系列。•这一定义的内涵有三：•一是采用安全电压可防止触电事故的发生，•二是安全电压必须由特定的电源供电；•三是安全电压有一系列数值，并适用于一定的用电环境。•根据不同的环境，正确选用相应额定值的安全电压作为供电电压，对于那些人们需要经常接触和操作的移动或携带式用电器具（如行灯、手电钻等）来说，是一项防止触电伤亡事故的重要技术措施。1.安全电压值安全电压值的规定是以通过人体的电流（不超过安全电流）与人体电阻的乘积为依据的，即：（7-1）式中：US为安全电压（伏）；IS为安全电流（安）；RB为人体电阻（欧）。在理论上安全电压不是个确定数值。但是，我们仍可以在一定的条件下对安全电压值做出一般性的标准规定。例如日本电气协会技术调查委员会、国际电工委员会（IEC）制定的标准以及我国颁布的《低压电路接地保护导则》都对安全电压系列的上限值作出同样的规定：即人体在状态正常，手脚皮肤干燥的情况下，在接触电压后有较大危险性的场所，可取安全电流IS＝30毫安，人体电阻RB≈1700欧，相应的工频安全电压上限值伏。该导则还给出了人体处于水中和显著淋湿状态下的安全电压分别为2.5伏和25伏。BSSRIU表7-1安全电压等级及选用举例安全电压（交流有效值）选用举例额定值（伏）空载上限值（伏）4250在有触电危险的场所使用的手持式电动工具等3643在矿井、多导电粉尘等场所的行灯等2429可供某些具有人体可能偶然触及的带电体设备的选用121568表中所列安全电压空载上限值是考虑到负荷变小或空载时变压器的电压将升高，若变压器空载电压超过所规定的上限值，即使其额定电压符合规定，仍不能认为符合上述国家标准。2.安全电压的选用•安全电压等级的选用必须考虑用电场所和用电器具对安全的影响。•由于目前现场极少使用42伏和6伏这两个电压等级，所以，现场选用安全电压的依据是：凡高度不足2.5米的照明装置、机床局部照明灯具、移动行灯、手持电动工具（如手电钻）以及潮湿场所的电气设备，其安全电压可采用36伏。•凡工作地点狭窄、工作人员活动困难、周围有大面积接地导体或金属结构（如在金属容器内），因而存在高度触电危险的环境以及特别潮湿的场所，则应采用12伏为安全电压。3.安全电压的取得（1）采用独立的特定电源供电，以保证在正常和故障情况下，任何两根导线间或任一导线与地之间的电压不得超过安全电压等级系列的上限值：50伏。这一要求在于强调安全电压必须由双绕组变压器降压获得，而不可由自耦变压器或电阻分压器获得。因为负载虽然可以得到低压，但导线对地电压将超过50伏（图7-1b图中A点对地电压为220伏），人体触及馈线时仍然是危险的。而采用双绕组变压器降压时，其输入电路与输出电路在电气上是被绝缘隔离开的，不会发生触电危险。PENL1(b)(a)FU1FU2A图7-1安全电压的取得方式（a）正确（双绕组变压器）（b）错误（自耦变压器）（2）工作在安全电压下的电路，与其他电气系统和任何无关的可导电部分实行电气上的隔离。例如不得将安全电压馈线与电压超过65伏的其他电气回路联接。在多种电压回路集中的处所，应在安全变压器的一、二次绕组作明显标志，以避免错接。（3）当电气设备采用24伏以上安全电压时，必须采取防止直接接触导电体的保护措施。如36伏行灯的握持部位采用橡胶绝缘柄。（4）安全变压器的铁心和外壳均应接地，以防止一、二次绕组间绝缘击穿时，高压串入低压回路引起触电危险。此外，应在高、低压回路中装设熔断器和短路保护。7.1.2保护接地当电气设备发生漏电或击穿（俗称“碰壳”）时，平时不带电的金属外壳以及与之相联的金属结构便带有电压，人体触及时就有触电危险。减少或避免这类触电事故的技术措施有:•保护接地、•保护接零、•装设漏电保护器等。1.接地与保护接地的概念•将电气装置中某一部位经接地线和接地体与地做良好的电气联接称为接地。•根据接地的目的不同，接地可分为工作接地（如变压器中性点接地）和保护接地。•所谓保护接地是指为了人身安全的目的，将电气装置中平时不带电，但可能因绝缘损坏而带上危险的对地电压的外露导电部分（设备的金属外壳或金属结构）与大地作电气联接。•采用保护接地后，可使人体触及漏电设备外壳时的接触电压明显降低，因而大大地减轻了触电的危险。2.保护接地在IT系统中的应用所谓IT系统是指电源的中性点不接地或经高阻抗（约1000欧）接地，电气设备的外露可导电部分（如设备的金属外壳）经各自的保护线PE分别直接接地的三相三线制的低压配电系统。如图7-2所示。REIEIPEIBZZZRBPE单相设备三相设备电源CBAPE图7-2低压配电的IT系统在这种系统中，有人触及“碰壳”设备的外壳时，流过人体的电流为：EBEEBIRRRI式（7-2）中IE为地中电流：BEBEERRRRZUI3当RERB时，EERZUI33BEEEBEBRRZURIRRI33如380/220伏中性点不接地系统，假设人体的电阻RB=1700欧，当保护接地电阻RE=4欧时，可算出流过人体的电流只有0.31毫安，人体的接触电压仅为0.53伏。•在这种系统中，有人触及“碰壳”设备的外壳时，只要将接地电阻限制在足够小的范围内，就能使流过人体的电流小于安全电流，或者说把人体的接触电压降至安全电压以下，从而保证人身安全。•由此可见，在IT系统中采用保护接地是很有效的安全技术措施。•IT系统由于其所有设备的外露可导电部分都是经各自的PE线分别直接接地，各设备的PE线之间无电磁干扰，因此适用于对数据处理、精密检测等装置的供电。而且中性点不接地的系统在发生一相接地时，设备仍可继续运行，但需要装设接地保护，以便在发生一相接地故障时发出报警信号，所以IT系统也主要用于对连续供电要求较高的易燃易爆的场所，如矿山、井下等。3.保护接地在TT系统中的应用TT系统是指电源中性点直接接地，而设备的外露可导电部分经各自的PE线分别直接接地的三相四线制的低压供电系统，如图7-3所示。IKNIKR0PEABC电源三相设备单相设备PERBIBIERE图7-3中性点直接接地系统采用保护接地的危险设备的外壳是接地的，当设备发生“碰壳”短路时，可求得故障电流：BEBEKRRRRRUI0人体所承受的电压：KBEBEEBIRRRRUU一般情况下，R0和RE都不超过4欧，如人体电阻RB=1700欧，在380/220伏电网中，故障电流和加于人体的电压分别为：安5.2717004170044220KI1105.271700417004EBUU伏流过人体的电流：651700110BBBRUI毫安•这个电流仍大于安全电流，而且短路电流只有27.5安，在大多数情况下是不足以使电路的过流保护装置（如熔断器、自动开关的脱扣器等）动作，电气设备外壳将长时间带电，从而增加了触电危险，因此为保障人身安全，此系统中必须装设漏电保护装置。•随着高灵敏度的漏电保护器的推广应用，大大放宽了对接地电阻值的要求，保护接地作为用电的安全措施已被广泛应用于中性点直接接地的三相四线制电网中，并将此系统称为TT系统。•TT系统和IT系统一样，由于其所有外露可导电部分都是经各自的PE线分别直接接地的，各台设备的PE线之间无电磁干扰，也适用于对数据处理、精密检测等装置的供电。7.1.3保护接零1.保护接零保护接零就是把电气设备平时不带电的外露可导电部分与电源的中性线N联接起来，如图7-4所示。此时的中性线称为保护中性线PEN，保护中性线（PEN线）兼有N线和PE线的作用，PEN线在我国习惯上称为“零线”。凡是采用这种保护方式的系统称为TN-C系统。IKPENR0PEBC电源三相设备单相设备PERBAIK图7-4中性点直接接地的低压配电系统的保护接零当电气设备正常运行时，PEN线不带电，由于电气设备的外壳是与电源的中性线相联接的，人体触摸设备外壳并无触电危险。当电气设备发生“碰壳”故障时，电气设备的金属外壳将相线和中性线直接连通，形成单相短路。因为PEN线阻抗很小，短路电流很大，使安装于线路上的熔断器或其他过流保护装置迅速动作，从而切断电源。所以保护接零的有效性就在于线路的短路保护装置能否在“碰壳”短路故障发生后灵敏的动作，迅速切断电源。2.中性线N、保护性PE和保护零线PEN（1）中性线（N线）的功能是：用来接额定电压为相电压的单相用电设备；用来传导三相系统中的不平衡电流和单相电流；用来减小负荷中性点的电位偏移。（2）保护线（PE线）的功能：是以保障人身安全、防止触电事故为目的，用来与设备的金属外壳、接地母线、接地端子等作电气联接的导线称为保护线。（3）保护零线（PEN线）：当中性线N与保护线PE共为一体，同时具有中性线和保护线两种功能的导线称为保护零线或保护中性线。3.TN系统及其三种形式IKPENR0PEBC电源三相设备单相设备PERBAIK（1）TN-C系统TN系统是电源的中性点直接接地，而该系统中的电气设备的外露可导电部分通过保护线联接到该接地点的低压配电系统。这种系统的N线和PE线合为一根PEN线。所有设备的外露可导电部分均与PEN线相联，如图7-4所示。这种系统投资较省，又可节约导线，比较经济。在这种系统中，当三相负荷不平衡或只有单相用电设备时，PEN线中有电流通过，可对接在PEN线的某些设备产生电磁干扰，因此不适于对抗电磁干扰要求较高的场所。TN-C系统当PEN线断线时，如图7-5所示。在断点后的设备机壳上，由于负载中性点偏移，可能出现危险电压。更为严重的是，假如断点后的某一设备发生“碰壳”故障，开关保护装置不会动作，致使断点后所有采用保护接零的设备外壳上都将长时间带有相电压，因此PEN线联接一定要牢靠，而且PEN线上不得装设开关和熔断器，以免PEN线断开造成事故。由此可见，TN-C系统也不适于安全要求较高的场所。断点IKPENR0PEBC电源三相设备单相设备PERBAIK图7-5TN-C系统PEN线断线时，断线点后的所有接零设备外壳上将出现危险电压（2）TN-S系统这种系统的N线和PE线分开设置，所有设备的外露可导电部分只与公共的PE线相联，如图7-6所示。在TN-S系统中，N线的作用仅仅是用来通过单相负载电流、三相不平衡电流，故称之为工作零线。对触电起保护作用的是PE线，故称之为保护零线。显然，由于N线和PE线的功能不同，故自电源中性点后，N线与PE线之间以及对地之间均须加以绝缘。PEPEPENBC电源三相设备单相设备A图7-6TN-S系统TN-S系统优点是：①一旦N断线，只影响用电设备不能正常工作，而不会导致在断线后的设备外壳上出现危险电压。②即使负荷电流在N线上产生较大的电位差，与PE线相联的设备外壳上仍能保持零电位，而不至于出现危险电压。③由于PE线在正常情况下没有电流通过，因此用电设备之间不会产生电磁干扰，这种系统适用于对数据处理、精密检测装置的供电。TN-S系统消耗的导电材料较多，投资较大，但由于有上述优点，适宜于环境条件较差，对安全可靠性要求较高及设备对电磁干扰要求较严的场所。（3）TN-C-S系统这种系统前边为TN-C系统（即N线和PE线是合一的），后边是TN-S系统（即N线和PE线是分开的，分开后不允许再合并），如图7-7所示。因此，这种系统兼有TN-C系统和TN-S系统的特点。保护性能介于两者之间，常用于配电系统末端条件较差或有数据处理等设备的场所。NPEPEPEPENBC电源三相设备单相设备A图7-7TN-C-S系统（4）重复接地在TN系统中，为确