电击防护工程应用

第四章电击防护工程应用•第一节低压系统电击防护工程体系•第二节低压系统接地形式和用电设备电击防护类别选择•第三节自动切断电源的故障防护的工程设计计算•第四节保护导体及其选择•第五节故障防护的检验•第六节综合应用示例第一节低压系统电击防护工程体系一、低压电气装置的安全防护与电击防护1、电击防护与其他安全防护的关系安全防护目的：为人员、家畜和财产提供安全的规则，防止电气装置在合理使用中可能发生的危险和损坏。GB/T16895.1《低压电气装置第1部分：基本原则、一般特性评估和定义》列举了6种安全防护。6种安全防护，有的是按危害的作用方式划分的，如电击防护和热效应保护；有的是按危害的肇因划分的，如电压扰动防护和电源中断防护。因此这7种安全防护不是安全防护的逻辑分类，而是工程实践中低压电气装置安全防护体系内容的罗列。由此带来的结果是各种防护措施之间可能有交集，或具有某些相关性，相互之间可能达成配合，也可能产生冲突。安全防护名称防护内容与电击防护的关系电击防护防电流通过人、畜躯体产生的伤害，含基本防护和故障防护（指单一故障条件下的防护）以电击防护为目的热效应保护防电气设备产生的热积聚或热辐射产生的危害，如：使物料燃烧或老化，人、畜灼伤，损坏设备安全性能等。降低设备因绝缘破坏发生漏电的概率过电流保护①防导体电流超过规定承载能力引起的高温或机械应力，主要是短路和过负荷保护自动切断电源的过电流保护有可能兼作电击防护用故障电流保护①因绝缘损坏而流经故障点的电流称为故障电流。故障电流保护除了防导体及装置其他部分被故障电流损坏外，还应防止其对环境中人、畜及财产产生损害。避免导体（尤其是至关重要的保护导体）因故障电流而损坏。对各接地形式系统提供切断电源的间接电击防护电压扰动防护和防电磁干扰防不同电压供电电路的带电部分间故障对人、畜产生伤害；防过、欠电压对人、畜及财产的危害；防电磁骚扰对电气装置产生干扰及损害可防高电位传导和感应电压产生的电击。部分防护措施可能与电击防护措施产生冲突电源中断防护对电源中断可能产生的危害进行防护部分措施可能与电击防护措施冲突，如火灾报警系统供电电源不能设置RCD保护①有交集，出发点不同，前者重装置本身安全，后者重人员环境安全2、实现安全防护目标的工程实践环节制造：含产品研发设计、型式试验、生产检验等环节。标准化和同一性特征。工程建设：含工程设计、施工安装、检验调试、验收竣工等环节。个性化特征，广义非标产品生产。营运：含规章制度制定、日常管理维护、用户定期检验、法定检验、报废等环节。二、电击防护措施的分类与组合1、按基本防护、故障防护及附加防护的分类与组合基本防护（basicprotection）826-12-05：：无故障条件下的电击防护，主要是直接接触防护。由正常条件下能防止与危险带电部分接触的一项或多项措施组成。故障防护（faultprotection）826-12-06：：单一故障条件下的防护，通常为间接接触防护。由附加在基本防护上的独立的一项或多项措施组成。单一故障条件：①可触及的非危险带电部分变成危险带电部分；②可触及的非带电部分变成了危险带电部分；③危险带电部分变成了可触及的。附加防护（additionalprotection）：它是指不能独立用作基本防护或故障防护，但能对基本防护或故障防护起补充作用的保护措施。加强防护（enhancedprotectiveprovision）：具有不少于两个独立的防护措施所具有的防护效果的防护措施。如加强绝缘，回路间保护分隔，限流源、保护阻抗器等。GB/T17045-2008，3.19，4.2.1-4.2.2，5.3电击防护措施要素防护类别基本防护故障防护措施要素举例（固体）基本绝缘，遮拦或外护物，阻挡物，置于伸臂范围之外，电压限制，稳态接触电流和电荷限制，局部地电位均衡等附加绝缘，保护等电位联结，保护屏蔽，自动切断电源，简单分隔，非导电环境，局部地电位均衡等措施类别归纳“特定人员”指熟练技术人员或受过培训的人员，以及在他们监督下的人员。属于外界因素使用条件B下的BA4、BA5。防护措施的组合（1）由基本防护措施和独立的一种或若干种故障防护措施适当组合。（2）或者采用兼有基本防护与故障防护功效的加强防护措施。（3）一些特定的部分可以不采用故障防护措施，包括：①附设在建筑物上，且位于伸臂范围之外的架空线绝缘子的金属支架；②架空线钢筋混凝土杆塔内触及不到的的钢筋；③尺寸很小（约小于5cm×5cm），或所在位置不可能被人抓住，或不会与人有大面积接触，且难以与保护导体可靠连接的外露可导电部分。2、按防护措施实施的部位分类三、外界影响与电击防护电击防护措施的选用与组合，须考虑防护场所环境状况的影响。工程界主要从两个方面给出了规则。（1）考虑人的能力、人体电阻以及人与地电位的接触等条件。（2）罗列一些常见的特殊装置或场所。前者按单一条件考虑问题，后者按工程对象综合条件考虑问题。前者的规则也是后者的依据。外界影响包括环境A、使用条件B和建筑结构C三个方面。见GB/T16895.18-2010《建筑物电气装置电气设备的选择和安装通用规则》。1、人的能力BA人的能力指应对电击危险性的能力，5种情况。BA1——一般人员，指未受过专业培训的人；BA2——儿童；BA3——残疾人，指不能自主支配身体和智力的人；BA4——受过培训的人，如操作、维修人员等；BA5——熟练技术人员，如工程师、技术员等。2、人与地电位的接触条件BC分4种情况。BC4是通常情况。BC1——不接触，一般指非导电环境。BC2——不频繁接触，指通常情况下人员不与场所中外界可导电部分接触，或不站在导电地面上。BC3——频繁接触，指频繁地与场所中外界可导电部分接触，或站立在地面上，场所中外界可导电部分数量既多面积又大。BC4——连续接触。3、特殊环境装置或场所GB16895.xx《建筑物电气装置第7部分：特殊装置或场所的要求》系列标准，罗列若干情况。与民用建筑相关：如装有浴盆或淋浴盆的场所、游泳池、医疗场所等。与生产相关：如施工和拆除场所、农业和园艺设施的电气装置等。特殊的装置：如特低电压照明装置、太阳能光伏电源供电系统等。第二节低压系统接地形式和用电设备电击防护类别选择一、低压接地形式选择及其与电击防护的关系（1）低压系统接地形式选择关联系统多方面的特性，电击防护只是其中之一。（2）无论何种接地形式，只要正确执行设计、安装和操作规范，人身安全防护要求都能满足。那还选什么？但不同接地形式可能导致防护措施有所不同。（3）接地形式选择不仅是技术原理问题，还与工程条件相关。不同工程条件对接地形式要求可能是矛盾的，针对具体项目，接地形式更多是基于技术合理性进行选择。1、影响接地形式选择的因素分析及选择推荐因素来源：配电网络，负载，其他。因素内容举例：系统故障率（与规模、是否架空线等相关），现场接地条件，系统对地泄露电流大小，雷电强弱，设备绝缘水平和耐大电流能力，维护条件，系统是否需要经常改变，环境的火灾危险性，电子信息设备对EMC的要求等。多因素关联、多目标优化问题；优化目标相互矛盾特征。工程条件影响因素接地形式推荐可用不宜配电网络网络规模大现场接地条件良好（接地电阻≤10Ω）网络规模大表明故障多发，故障防护的重要性更高。TN-S系统将设备外露可导电部分接至电源地，可规避负荷现场接地条件较差的问题。TT，TN，IT均可现场接地条件较差（接地电阻﹥30Ω）TN-STTTN-C，IT雷电较强地区IT系统中性点对地电涌保护器被击穿可能性增大TNTTIT对地泄漏电流大（﹥500mA）TT、IT系统靠RCD切断接地故障电流，RCD可能因泄漏电流大而误动TNTT，IT有户外架空线架空线相导体故障接地导致电源中性点对地电压升高，TN系统会将该电压传导至所有接地设备外壳，且PE线断线可能性大。IT系统因户外条件差，电源不接地条件难以长期保证（尤其是有N线情况）TTTNIT应急备用发电机组IT系统供电可靠性高。TN系统故障电流大，容易损坏发电机ITTTTN工程条件影响因素接地形式推荐可用不宜负载对大故障电流敏感设备如电动机等，TN系统碰壳即单相短路，故障电流大ITTTTN绝缘水平低的设备IT系统无电源接地箝位，且一次接地可继续工作，接地故障时非故障相对地电压升高且持续。TN系统因电源接地点箝位，且大多数接地故障被短路保护迅速切除，故障电压不高且持续时间短TNTTIT大量相中单相负荷（即相电压单相负荷）碰壳故障概率大，TN-C电击防护性能差。IT系统一般不引N线，不能为相中单相设备供电TT，TN-SIT，TN-C有危险性的设备主要指升降机、传送带等设备，等电位联结靠滑动接触实现，且频繁动作易引发事故TNTTIT大批量机床等设备在维护条件和水平高的车间里，TN-C系统的有效性可得到较高水平保证。TT系统的设备接地在车间不易实施。IT系统通常为局部系统，通过在原系统中装设隔离变压器局部实现TN-STN-C，ITTT工程条件影响因素接地形式推荐可用不宜其他通过Y-Y绕组变压器提供电源变压器零序阻抗过大，导致TN系统相保阻抗大，过电流保护灵敏性降低TTIT无N线IT有N线有火灾危险的房屋TN-C系统不能实现防火灾的剩余电流保护。IT系统故障电流小，不易引起电弧或高热ITTN-S，TTTN-C低压用户可能因用电量增加改造为中压用户后期需自建变电所，前期TT系统负荷侧接地与电源无关，改建后不需重新处理TT需经常改动的电气装置TN、IT系统安全管理要求更高，有变动时需高水平专业人员处理TTTN，IT不能保证接地回路电气导通性的装置如施工现场，老旧装置等。TN-C系统PEN线断线后果严重，IT系统电源中性点对地绝缘难以保证TTTN-STN-C，IT电子设备TN-C系统PEN线电流有干扰，TN-S系统过电压水平低TN-STTTN-C2、不同接地形式共存的方式同一低压系统需要有两种或以上接地形式。TN-S和IT系统共存两种方式局部另类系统TN-S与IT系统切换运行现部分高层建筑典型接线形式，IT系统供消防设备。注意消防风机，IT中风机接地与TN中电源接地是同一个地。低压系统变压器并列运行约束条件更多。第三节自动切断电源的故障防护的工程设计计算第一，自动切断电源的措施是故障防护措施，是叠加在基本防护措施基础之上的独立的防护措施，但不能取代基本防护措施。第二，可能还需要附加防护措施的补充以保证其有效性，如辅助等电位联结。第三，自动切断电源的措施是在装置外露可导电部分实施了保护接地，以及场所实施了保护等电位联结（有可能的情况下）条件下的故障防护措施。第四，本节只针对正常环境条件进行讨论。低压配电系统的故障防护与系统多方面的属性相关联，如接地形式、导线长度和截面积、保护设置、变压器连接组和运行方式、环境状况等。不同系统间、同一系统不同回路间、乃至同一回路的不同设备间的故障防护情况都可能有所差异，需逐一考虑。因此，故障防护是低压配电系统电击防护的重点和难点，也是供配电系统设计阶段的一项重要工作。而自动切断电源的措施，是低压系统最常用的故障防护措施之一，是故障防护的重中之重。一、电击防护对切断时间的要求32A及以下终端回路自动切断电源的最长时间系统交流直流交流直流交流直流交流直流TN0.8注10.450.20.40.10.1TT0.3注10.20.40.070.20.040.1当TT系统内采用过电流保护电器切断电源，且保护等电位联结涵盖电气装置处所有外界可导电部分时，该TT系统可以采用TN系统最长切断时间U0：交流或直流系统电源线地标称电压。就我国三相星接或单相工频交流电源而言，该参量取值为电源标称相电压。注1：切断电源的要求可能是为了电击防护以外的原因。注2：采用无延时RCD切断电源时，若故障剩余电流超过，则认为切断时间满足以上所有要求。为RCD的额定剩余动作电流。在TN系统中的配电回路和除32A及以下终端回路以外的其他回路，切断时间不应大于5s。在TT系统中的配电回路和除32A及以下终端回路以外的其他回路，切断时间不应大于1s。050V120VU＜?0120V230VU＜