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电击基本与防护措施概述（doc13页）

注册电气工程师技术资质考试辅导教材

（二）

14.2 电击基本知识和防护措施

14.2.1．电击的机理

　　如上节所述，电击所产生的电击电流通过人体或动物躯体将产生病理性生理效应，轻者受到伤害，重者将会死亡，所以必须采取防护措施。

　　触电分为直接接触和间接接触。

直接接触和间接接触所造成的电击分别称为直接电击和间接电击。

为了防止电击，必须先了解电击机理，然后对直接电击、间接电击以及兼有该两者的电击采取适当的防护措施，以保证人、畜及设备的安全。

14.2.1.1人体阻抗的组成　电击电流大小由接触电压和人体阻抗所决定。

人体阻抗主要与电流路径、皮肤潮湿程度、接触电压、电流持续时间、接触面积、接触压力、温度以及频率等有关。

人体阻抗的组成如图14.2-1所示。

如将两个电极接触人体的两个部分，并将电极下的皮肤去掉，则该两电极问的阻抗为人体内阻抗Zi。

皮肤上电极与皮肤下导电组织之间的阻抗即为皮肤阻抗ZPl和ZP2。

Zi、ZP1、ZP2的矢量和为人体总阻抗ZT。

现将这些阻抗的特征说明如下：

　　①人体内阻抗Zi　根据IEC测定的结果，Zi主要是电阻，只有少量电容，如图14.2-1中虚线所示，其数值主要决定于电流路径，一般与接触面积关系不大，但当接触面积小到几平方毫米数量级时，内阻抗才增大。

②皮肤阻抗ZP1、ZP2ZP1、ZP2是由半绝缘层和小的导电元件（如毛孔构成的电阻电容网络）组成，见图14.2-1。

接触电压在50V及以下时，皮肤阻抗值随表面接触面积、温度、呼吸等显著变化；50～100V时，皮肤阻抗降低很多；频率增高时，皮肤阻抗也随之降低；皮肤破损时，皮肤阻抗可忽略不计。

　　③人体总阻抗ZT　ZT由电阻分量及电容分量组成。

当接触电压在500V及以下时，ZT值主要决定于皮肤阻抗值；接触电压越高，ZT与皮肤阻抗关系越少；当皮肤破损后，ZT值接近于人体内阻抗。

④人体初始电阻Ri　在接触电压出现的瞬间，人体的电容还未充电，皮肤阻抗可忽略不计，

几率超过50％。

随着电流与时间的增加，可能发生心脏停跳、呼吸停止及严重烧伤。

上述的感觉阈值、摆脱阈值及图14.2-4中的心室纤维性颤动阈值都是对15～100Hz交流电流而言的。

在工业企业和民用建筑中，有不少电气设备的使用频率超过100Hz，例如有些电动工具和电焊机，可用到450Hz；电疗设备大多数使用4000～5000Hz；开关方式供电的设备则为20kHz～1MHz；微波及无线电设备还有使用更高的频率的。

对于这些100Hz以上交流电流，人体皮肤的阻抗，在数十伏数量级的接触电压下，大致与频率成反比，例如500Hz时皮肤阻抗，仅约为50Hz时皮肤阻抗的1／10，在很多情况下，皮肤的阻抗可以忽略不计。

但因为是高频电流，对人体的感觉和对心脏的影响都比100Hz以下交流电小。

为了与50Hz时阈值相比，常采用频率系数Ff来衡量、频率系数Ff为频率f时产生相应生理效应的阈值电流与50Hz的阈值电流之比。

频率在10kHz及100Hz之间时，阈值大致由10mA上升到100mA（有效值）；

频率在100kHz以上及电流强度在数百毫安数量级时，较低频率时有针刺的感觉，频率再高则有温暖的感觉。

频率在100kHz以上时，既没有摆脱阈值和心室纤维性颤动阈值的试验数据．也没有这方面的事故报告。

频率在100kHz以上及电流在安培数量级时，可能出现烧伤，烧伤的严重程度随电流流通的持续时间而定。

14.2.2.2直流电流的电击效应　电流对人体的效应，例如刺激神经和肌肉，引起心房或心室纤维性颤动等，与电流大小的变化有关，特别是在接通或断开电流的时候。

电流幅度不变的直流电流要产生同样的效应，要比交流电流大得多。

握持直流电器，事故时较易摆脱；当电击持续时间长于心动周期时，心室纤维性颤动阈值比交流的阈值高得多。

直流电流从手到双脚，通过人体躯干的电流称为纵向电流；从手到手通过人体躯干的电流称为横向电流；以双脚为正极，流过人体的电流为向上电流；以双脚为负极，流经人体的电流为向下电流。

直流电流与具有相同诱发心室纤维性颤动几率的等效交流电流（有效值）之比称为直流／交流等效系数。

直流电流的持续时间和电流幅值的关系见图14.2-5。

图中Ⅰ区通常无反应性效应；Ⅱ区通常无有害的生理效应；Ⅲ区通常预期无器官损伤，随电流幅值和时间而增加其严重程度，可能出现心脏中兴奋波的形成和传导的可逆性紊乱；Ⅳ区可能出现心室纤维性颤动，随电流幅值和时间增加，除Ⅲ区的效应外，预计会发生严重烧伤等病理生理效应。

关于心室纤维性颤动，该图所示为电流从左手到双脚，且为向上电流的效应。

如为向下电流，应将电流乘以2的系数进行换算。

当电流从手到手，不大可能产生心室纤维性颤动。

在该图中，当电流流过的持续时间小于500ms时，尚无Ⅱ和Ⅲ区分界线的资料。

　直流电流的感觉阈值取决于接触面积、接触状态（干湿度、压力、温度）、电流流过的持续时间和各自的生理特征等，与交流电不同的是：

当电流以感觉阈值强度流过人体时，只是在接通和断开电流时有感觉，其它时间没有感觉。

在与测定交流电流感觉阈值相等条件下，直流电流的感觉阈值约为2mA。

　　直流的摆脱阈值与交流不同，约300mA以下的直流电流没有可以确定的摆脱阈值，只有在接通和断开电流时，才能引起疼痛性和痉挛似的肌肉收缩。

当电流大干300mA时，可能摆脱不了，或仅在电击持续时间达几秒或几分种后才有可能摆脱不了。

通过人体的电流约为30mA时，人体四肢有暖热感觉。

流经人体的电流为300mA及以下横向电流持续几分钟时，随着时间和电流增加，可能产生可逆性的心节律障碍。

电流伤痕、烧伤、眩晕、有时失去知觉，超过300mA时，经常出现失去知觉的情况。

14.2.2.3特殊波形电流的电击效应　　特殊波形电流的电击效应这里仅考虑短持续时间单向单脉冲电流的效应，在工业企业和民用建筑所用的电气设备中，也经常遇到。

短持续时间单向单脉冲电流的效应在内装电子元件的电器绝缘损坏或直接接触其带电体时形成的矩形或正弦形脉冲；电容器放电的短持续时间单向脉冲。

这些脉冲当其持续时间为10ms及以上时，对人体的效应与图14.2-4相同；对于0.lms～10ms持续时间的脉冲，其效应按下列能量率来表征。

心室纤维性颤动能量率Fe：

在电流路径、心脏时,相等（心脏跳动的幅值与时间的关系）给定条件下，引起一定几率的心室纤维性颤动的短持续时间单向脉冲的最小I2t值，以积分形式表示为：

Fe=∫i2dt

Fe乘以人体电阻得出脉冲期间耗散在人体的能量。

　　心室纤维性颤动电荷率Fq：

在给定的电流路径、心脏时,相等条件下，引起一定几率的心室纤维性颤动短持续时间单向脉冲最小It值，以积分形式表示为

Fq=∫idt

现以电容器放电为例。

电容器由放电开始到放电电流降至其峰值的5％的时间间隔为电容器放电的电击持续时间t1。

按指数衰减降到起初幅值1／e=0.3679倍所需的时间为时间常数T。

当ti=3T时，所有脉冲能量几乎耗尽。

电容器放电的感觉阈值和痛苦阈值取决于电极的形式、脉冲的电荷及其电流峰值。

以干手执大电极的人作为放电对象的感觉阈值及痛苦阈值．以能量率Fe表示的痛苦阈值对于通过手脚的电流路径及大接触面积来说为（50～100）×10-6A2s数量级。

心室纤维性颤动阈值取决于脉冲电流的形式、持续时间及幅度、脉冲开始时的心脏时相、通过人体的电流路径及人的生理特征。

IEC曾在动物身上做过试验，其结果是：

对于短持续时间的脉冲，心室纤维性颤动一般仅在脉冲落在心动周期易损时间内发生；对于电击持续时间小于10ms的单向脉冲，心室纤维性颤动的发生由Fq或Fe所决定。

图14.2-6示出心室纤维性颤动的阈值，对于50％的纤维性颤动几率，Fq为0.005As，Fe则由脉冲持续时间t1=4ms时的0.01A2s上升到t1=1ms时的0.02A2s。

该曲线给出路径以左手到双脚流过的电流的心室纤维性颤动危险几率．对于其它电流途径，则乘以表2的心电流系数F。

图中c1曲线以下，无纤维性出动；c1曲线以上直到曲线c2以下，具有较低的心室纤维性颤动危险，几率直到5％；c2曲线以上直到c3曲线以下，具有中等纤维性颤动危险，几率直到50％；c3曲线以上，具有高纤维性颤动危险，大于50％几率。

14.2.3电击的防护措施

14.2.3.1直接电击的防护措施

直接电击保护又称正常工作的电击保护，也称为基本保护，主要是防止直接接触到带电体，一般采取以下措施。

（1）将带电体绝缘　带电部分完全用绝缘覆盖。

该绝缘的类型必须符合相应电气设备的标准，且只能在遭到机械破坏后才能除去。

绝缘能力必须达到长期耐受在运行中受到的机械、化学、电及热应力的要求。

一般的油漆、清漆、喷漆都不符合要求。

在安装过程中所用的绝缘也必须经过试验，证实合乎要求后才能使用。

（2）用遮栏和外护物防护　外护物一般为电气设备的外壳，是在任何方向都能起直接接触保护作用的部件。

遮栏则只对任何经常接近的方向起直接接触保护作用。

两者的防护要求如下：

①最低的防护要求　在电气操作区内，防护等级为IP2X，顶部则为IP4X。

在电气操作区内，如可同时触及的带电部分没有电位差时，防护等级可为IP1X。

在封闭的电气操作区内可不设防护。

②强度及稳定性　遮拦或外护物应紧固在其所在位置，它的材料、尺寸和安装方法必须具有足够的稳定性和耐久性，并可承受在正常使用中可能出现的应力和应变。

　③开启和拆卸　必须使用钥匙或工具，并设置联锁装置，即当开启和拆卸遮栏或外护物时，将其中可能偶然触及的所有带电部分的电源自动切断，直到遮栏或外护物复位后才能恢复电源。

如遮栏或外护物中有电容器、电缆系统等储能设备并可能导致危险时，不但要在规定时间内泄放能量，而且还必须采用与上述要求相同的联锁装置。

也可在带电部分与遮栏、外护物之间插入隔离网罩，当开启或拆卸遮栏或外护物时不会触及带电部分。

网罩可以固定，也可在遮栏、外护物除去时自动滑入。

网罩防护等级至少为IP2X，且只有用钥匙和工具才能移开。

如需更换灯泡、熔断器而在外护物和遮栏上留有较大的孔洞时，则必须采取适当措施防止人、畜无意识地触及带电部分，而且还须设置明显的标志，警告通过孔洞触及带电部分会发生危险。

（3）用阻挡物防护　阻挡物只能防护与带电部分无意识接触，但不能防护人们有意识接触。

例如用保护遮栏、栏杆或隔板可以防止人体无意识接近带电部分．又如用网罩或熔断器的保护手柄，可以防止在操作电气设备时无意识触及带电部分。

阻挡物可不用钥匙或工具拆除，但必须固定以免无意识地移开。

（4）置于伸臂范围以外　伸臂范围如图14.2-7所示。

将带电部分置于伸臂范围以外可以防止无意识地触及。

不同电位而能同时触及的部分严禁放在伸臂范围内。

如两部分相距不到2.5m，则认为是能够同时触及的。

当人们的正常活动范围S由一个防护等级低于IP2X的阻挡物（如栏杆）限制时，则规定的距离应从阻挡物算起。

在正常工作时须手持大或长的导电物体的地方，计算距离时须计及该物体的外形尺寸。

　（5）采用RCD（剩馀电流保护装置，也称漏电并关）作为附加保护　RCD不能作为直接电击的唯一保护设备，只能作为附加保护，也就是作为其它保护失效或使用者疏忽时的附加电击保护。

剩馀电流动作整定值一般采用30mA。

14.2.3.2间接电击的防护措施

间接电击保护又称故障下的电击保护，也称附加保护，一般采用以下措施：

（1）自动切断电源

间接接触电击防护，主要是采用自动切断电源的保护方式