整理间接接触电击防护.docx

整理间接接触电击防护.docx

《整理间接接触电击防护.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《整理间接接触电击防护.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

整理间接接触电击防护

间接接触电击防护

前面说过，间接接触电击即故障状态下的电击。

这种电击在电击死亡事故中约占二分之一，而这种电击尚未导致死亡的伤害在电击伤害中所占的比例要大得多。

保护接地，接零、加强绝缘、电气隔离、不导电环境、等电位联结、安全电压和漏电保护都是防间接接触电击的技术措施。

其中，保护接地和保护接零是防止间接接触电击的基本技术。

这两种措施还与低压系统的防火性能有关。

本章重点介绍保护接地和保护接零的技术问题。

第一节IT系统

IT系统即保护接地系统，保护接地是最古老的安全措施。

到目前为止，保护接地是应用最广泛的安全措施之一，不论是交流设备还是直流设备，不论是高压设备还是低压设备，都采用保护接地作为必须的安全技术措施。

一、接地的基本概念

所谓接地，就是将设备的某一部位经接地装置与大地紧密连接起来。

1.接地分类

按照接地性质，接地可分为正常接地和故障接地。

正常接地又有工作接地和安全接地之分。

工作接地是指正常情况下有电流流过，利用大地代替导线的接地，以及正常情况下没有或只有很小不平衡电流流过，用以维持系统安全运行的接地。

安全接地是正常情况下没有电流流过的起防止事故作用的接地，如防止触电的保护接地、防雷接地等。

故障接地是指带电体与大地之间的意外连接，如接地短路等。

2.接地电流和接地短路电流

凡从接地点流入地下的电流即属于接地电流。

系统一相接地可能导致系统发生短路，这时的接地电流叫做接地短路电流，如0.4kV系统中的单相接地短路电流。

在高压系统中，接地短路电流可能很大，接到电流500A及以下的称小接地短路电流系统；接地短路电流大于500A的称大接地短系统。

3.流散电阻和接地电阻

接地电流入地下后自接地体向四周流散这个自接地体向四周流散的电流叫做流散电流。

流散电流在土壤中遇到的全部电阻叫做流散电阻。

接地电阻是接地体的流散电阻与接地线的电阻之和。

接地线的电阻一般很小，可忽略不计，因此，在绝大多数情况下可以认为流散电阻就是接地电阻。

4.对地电压和对地电压曲线

电流通过接地体向大地作半球形流散。

因为半球面积与半径的平方成正比，半球的面积随着远离接地体而迅速增大，因此，与半球面积对应的土壤电阻随着远离接地体而迅速减小，至离接地体20m处，半球面积已达2500㎡，土壤电阻己可小到忽略不计。

这就是说，可以认为在离开接地体20m以外，电流不再产生电压降了。

或者说，至远离接地体20m处，电压几乎降低为零。

电气工程上通常说的“地”就是这里的地，而不是接地体周围20m以内的地。

通常所说的对地电压，即带电体与大地之间的电位差，也是指离接地体20m以外的大地而言的。

简单地说，对地电压就是带电体与电位为零的大地之间的电位差。

显然，对地电压等于接地电流和接地电阻的乘积。

如果接地体由多根钢管组成，则当电流自接地体流散时，至电位为零处的距离可能超过20m。

从以上的讨论可知，当电流通过接地体流入大地时，接地体具有最高的电压。

离开接地体后，电压逐渐降低，电压降落的速度也逐渐降低。

如果用曲线来表示接地体及其周围各点的对地电压，这种曲线就叫做对地电压曲线。

图3-1所示的是单一接地体的对地电压曲线，显然，随着离开接地体，曲线逐渐变平，即曲线的陡度逐渐减小。

5.接触电动势和接触电压

接触电动势是指接地电流自接地体流散，在大地表面形成不同电位时，设备外壳与水平距离0.8m处之间的电位差。

接触电压是指加于人体某两点之间的电压，如图3-1所示。

当设备漏电，电流IE自接地体流入地下时，漏电设备对地电压为UE，对地电压曲线呈双曲线形状。

a触及漏电设备外壳，其接触电压即其手与脚之间的电位差。

如果忽略人的双脚下面土壤的流散电阻，接触电压与接触电动势相等。

图3-1中,a的接触电压为Uc。

如果不忽略脚下土壤的流散电阻，接触电压将低于接触电动势。

6.跨步电动势和跨步电压

跨步电动势是指地面上水平距离为0.8m（人的跨距）的两点之间的电位差。

跨步电压是指人站在流过电流的地面上,加于人的两脚之间的电压，

图3-1对地电压曲线

如图3-1中的Uw1和Uw2.如果忽略脚下土壤的流散电阻,跨步电压与跨步电动势相等。

人的跨步一般按0.8m考虑；大牲畜的跨步通常按1.0～1.4m考虑。

图3-1中,b紧靠接地体位置,承受的跨步电压最大；c离开了接地体,承受的跨步电压要小一些。

如果不忽略脚下土壤的流散电阻,跨步电压也将低于跨步电动势。

二、IT系统的安全原理

图3-2a所示的在不接地配电网中，当一相碰壳时，接地电流IE通过人体和配电网对地绝缘阻抗构成回路。

如各相对地绝缘阻抗对称，即Z1=Z2=Z3=Z，则运用戴维南定理可以比较简单地求出人体承受的电压和流经人体的电流。

运用戴维南定理可以得出图3-2b所示的等值电路。

等值电路中的电动势为网络二端开路，即没有人触电时该相对地电压。

因为对称，该电压即相电压U，该阻抗即Z/3。

根据等值电路，不难求得人体承受的电压和流过人体的电流分别为

Up==（3.1）

Ip=（3.2）

式中：

U—相电压；

Up,Ip—人体电压和人体电流；Rp—人体电阻；

Z—各相对地绝缘阻抗。

图3-2IT系统安全原理

（a）示意图（b）等效电路图

（图中虚线为有保护接地的情况）

绝缘阻抗Z是绝缘电阻R和分布电容C的并联阻抗。

对于对地绝缘电阻较低，对地分布电容又很小的情况，由于绝缘阻抗中的容抗比电阻大得多，可以不考虑电容。

这时，可简化式（3.1）和式（3.2），求得人体电压和人体电流分别为

Up=（3.3）

Ip=（3.4）

对于对地分布电容较大，对地绝缘电阻很高的的情况，由于绝缘阻抗中的电阻比容抗大得多，可以不考虑电阻。

这时，也可简化复数运算，求得人体电压和人体电流分别为

Up==（3.5）

Ip=（3.6）

由以上各式不难知道，在不接地配电网中，单相电击的危险性决定于配电网电压、配电网对地绝缘电阻和人体电阻等因素。

例如，在前面第一章第四节的例题中流过人体的电流就是在没有保护接地情况下得到的，其大小为64.8mA，如有保护接地，且接地电阻RE=4Ω，则人体电流减小为2.3mA。

上述做法，即将在故障情况下可能呈现危险对地电压的金属部分经接地线、接地体同大地紧密地连接起来，把故障电压限制在安全范围以内的做法就称为保护接地。

在不接地配电网中采用接地保护的系统，这种系统即为IT系统。

字母I表示配电网不接地或经高阻抗接地，字母T表示电气设备外壳接地。

只有在不接地配电网中，由于其对地绝缘阻抗较高，单相接地电流较小，才有可能通过保护接地把漏电设备故障对地电压限制在安全范围之内。

三、保护接地的应用范围

1．各种不接地自己电网

保护接地适用于各种不接地配电网，包括交流不接地配电网和直流不接地配电网，也包括低压不接地配电网和高压不接地配电网。

在这类配电网中，凡由于绝缘损坏或其他原因而可能呈现危险电压的金属部分，除另有规定外，均应接地。

它们主要包括：

（1）电机、变压器、电器、携带式或移动式用电器具的金属底座和外壳；

（2）电气设备的传动装置；

（3）屋内外配电装置的金属或钢筋混凝土构架，以及靠近带电部分的金属遮栏和金属门；

（4）配电、控制、保护用的屏（柜、箱）及操作台等的金属框架和底座；

（5）交、直流电力电缆的金属接头盒、终端头和膨胀器的金属外壳和电缆的金属护层，可触及的金属保护管和穿线的钢管；

（6）电缆桥架、支架和井架；

（7）装有避雷线的电力线路杆塔；

（8）装在配电线路杆上的电力设备；

（9）在非沥青地面的居民区内，无避雷线的小接地短路电流架空电力线路的金属杆塔和钢筋混凝土杆塔；

（10）电除尘器的构架；

（11）封闭母线的外壳及其他裸露的金属部分；

（12）六氟化硫封闭式组合电器和箱式变电站的金属箱体；

（13）电热设备的金属外壳；

（14）控制电缆的金属护层。

2.电气设备的某些金属部分

电气设备下列金属部分，除另有规定外，可不接地：

（1）在木质、沥青等不良导电地面，无裸露接地导体的干燥的房间内，交流额定电压380V及以下，直流额定电压440V及以下的电气设备的金属外壳；但当有可能同时触及上述电气设备外壳和已接地的其他物体时，则仍应接地；

（2）在干燥场所，交流额定电压127V及其以下，直流额定电压110V及其以下的电气设备的外壳；

（3）安装在配电屏、控制屏和配电装置上的电气测量仪表、继电器和其他低压电器等的外壳，以及当发生绝缘损坏时不会在支持物上引起危险电压的绝缘子的金属底座等；

（4）安装在已接地金属框架上的设备，如穿墙套管等（但应保证设备底座与金属框架接触良好）；

（5）额定电压220V及其以下的蓄电池室内的金属支架；

（6）由发电厂、变电所和工业企业区域内引出的铁路轨道；

（7）与已接地的机床、机座之间有可靠电气接触的电动机和电器的外壳。

此外，木结构或术杆塔上方的电气设备的金属外壳一般也不必接地。

四、接地电阻的确定

从保护接地的原理可以知道，保护接地的基本原理是限制漏电设备外壳对地电压在安全限值UL以内，即漏电设备对地电压UE=IERE≤UL。

各种保护接地的接地电阻就是根据这个原则来确定的。

1.低压设备接地电阻

在380V不接地低压系统中，单相接地电流很小，为限制设备漏电时外壳对地电压不超过安全范围，一般要求保护接地电阻RE≤4Ω

当配电变压器或发电机的容量不超过100kVA时，由于配电网分布范围很小，单相故障接地电流更小,可以放宽对接地电阻的要求，取RE≤10Ω。

2.高压设备接地电阻

（1）小接地短路电流系统。

如果高压设备与低压设备共用接地装置，要求设备对地电压不超过120V，其接地电阻为

RE≤（3.7）

式中：

RE—接地电阻,；

IE—接地电流,A

如果高压设备单独装设接地装置，设备对地电压可放宽至250V，其接地电阻为

RE≤（3.8）

小接地短路电流系统高压设备的保护接地电阻除应满足式（3.7）和式（3.8）的要求外，还不应超过10Ω。

以上两个式子中的IE为配电网的单相接地电流，应根据配电网的特征计算和确定。

（2）大接地短路电流系统。

在大接地短路电流系统中，由于按地短电流很大，很难限制设备对地电压不超过某一范围，而是靠线路上的速断保护装置切除接地故障。

要求其接地电阻为

RE≤（3.9）

但当接地短路电流IE>400OA时，可采用

RE≤0.5Ω

3.架空线路和电缆线路的接地电阻

小接地挥路电流系统中，无避雷线的高压电力线路在居民区的钢筋混凝土杆宜接地，金属杆塔应接地，其接地电阻不宜超过30Ω。

中性点直接接地的低压系统的架空线路和高、低压共杆架设的架空线路，其钢筋混凝土杆的铁横担和金属杆应与零线连接，钢筋混凝土的钢筋宜与零线连接。

与零线连接的电杆可不另做接地。

沥青路面上的高、低压线路的钢筋混凝土和金属杆塔以及已有运行经验的地区，可不另设人工接地装置，钢筋混凝土的钢筋、铁横担和金属杆塔，也可不与零线连接。

三相三芯电力电缆两端的金属外皮均应接地。

变电所电力电缆的金属外皮可利用主接地网接地。

与架空线路连接的单芯电力电缆进线段，首端金属外皮应接地。

如果在负荷电流下，末端金属外皮上的感应电压超过60V，末端宜经过接地器或间隙接地。

在高土壤电阻率地区接地电阻难以达到要求数值时，接地电阻允许值可以适当提高。

例如，低压设备接地电阻允许达到10～30Ω，小接地