第2章 供配电系统电击防护1

2）外壳上提供的保护可能。指金属外壳上是否 预置电气连接环节，以使外壳可以与地、固定布 线系统或别的设备、设备外可导电部分等进行电 气连接，作为电击防护用。 预置的电气连接环节一般是一个PE接线端子， 或引出的一根一端已与外壳相连的PE线。该PE线 通常与电源线（相线、中性线）一同引出。 3）设备额定电压。可以使用低的额定电压来换 取电击防护安全性，前提是固定布线系统（即工 作场所的电网）能够提供这种低电压。
3、中性点对地电压偏移问题
L1 N
d
L2 L3 N U V W N
RN UN U RE RN
UN
=
d
~
T
FU N
t d N E N
L
外壳
FU
E t
E b)
E a)
UN即系统中性点对地电位电压。三个后果：（1） N线带较高电压；（2）系统接地点处跨步电压。 （3）各相对地电压变化，有的高于相电压。
N
~
Id ZT ZL
FU a
RN
E
RN上无电流、无压降！
接地故障电流为：
1、降低接触电压分析
PE线阻抗不可能小于相线阻抗（why?），故 Ut不会小于相电压的一半，因此： TN系统有降低碰壳故障预期接触电压的作用， 但通常不可能将预期接触电压降低到安全电压以 内。
2、自动切断电源分析 （1）接地故障电流大小分析。TN系统相端子 碰壳接地故障电流即相保单相短路电流，按系统 过电流保护设计要求，过流保护电器（QF、FU） 应能灵敏地感知故障并可靠切断。 （2）切断时间分析。电击防护有确定的切断时 间要求，如TN系统典型值为0.4s。但过电流保护 切断时间是按热稳定要求制定的，不一定满足电 击防护要求。按热稳定要求的切断时间为：
3）电流-时间分区图/表（IEC及GB）。
ms
10000 5000
a
b
L c1
c2 c3 AC-4-1 AC-4-2 AC-4-3
2000 1000
电流持续的时间 t
500
AC-1
200 100 50
AC-2
AC-3
AC-4
20 10 0.1 0.2 0.5 1 2 5 10 20 50 100 200 500 1000 2000 5000 10000
2）外壳防护的表征方式 用IPXX来表示. IP——表征字母； XX——表征数字，第一位表示第一种防护方式 等级，第二位表示第二种防护方式等级。 3）外壳防护等级 将第一种防护方式分为0～6级，数字越大，能 防止进入的固体异物尺寸越小，防护越严密。 将第二种防护方式分为0～8级。数字越大，对 水的防护越严密，最高可防潜水影响。 例：IP20防护的外壳，可防止大于12mm的固 体异物进入，但不防水。
第3节 各类低压接地系统自身的间接电 击防护原理与性能分析
• 低压接地系统系指低压TT、TN和IT系统。接地系 统本身的电击防护途径主要有两个： （1）降低接触电压； （2）切断电源。 接地系统自身只对I类设备因碰壳故障产生的 间接电击有防护作用。
• 2.3.1 TT系统的电击防护分析
L1 N
d
2、按电击防护方式划分的四类设备 0类设备：仅依靠基本绝缘作电击防护的设备。 外壳上无保护连接环节。 I类设备：具有基本绝缘、且金属外壳上提供 保护连接环节的设备。 II类设备：采用双重绝缘或加强绝缘的设备。 外壳上无保护连接环节。 III类设备：由安全特低电压供电的设备。
3、设备分类与电击防护的关系 （1）0类设备现只能用于非导电场所。 （2）I类设备用于正常电压供电的TT、TN、IT 系统，不仅靠设备本身提供电击防护，一旦发生 碰壳漏电故障，还可通过系统进行间接电击防护。 （3）II类设备用于正常电压供电的系统，完全 靠设备自身进行电击防护。从工程角度看，不考 虑该类设备发生绝缘损坏的可能。 （4）III类设备用于特低电压（ELV）系统，若 满足一系列的相关条件，即可不考虑电击发生的 可能。
2）障碍。只能防止无意识接近带电导体的行为， 一般只用于专业场所。 常见如栅栏等。 从法律角度看，阻隔和障碍有明显的差异。在 非专业场所，仅靠障碍（包括警示标志）防护， 不能规避事故责任。尤其是对行为能力受限的人， 如幼儿、残障人等，可能出现有意识地越过障碍 物接触到带电导体的行为。
• 2.2.4 间距 通过保持带不同电位导体间足够的空间距离， 使人不能同时触碰带不同电位的导体，从而避免 电击。 足够的空间距离一般情况下为2.5m，系指人 的伸臂长度加上一定的安全裕量。但对于站立面 以下的空间，伸臂距离有所变化。
高灵敏度型
50
100
200
500 1000 2000
5000 10000 mA
通过人体的电流
柯宾和达尔基尔界限（交流50或60HZ)
• 1.2.3 人体阻抗与安全电压
6000 5500

人体总阻抗
Z P1
5000
4500
Zi
ZT
Z P2
人 体 阻 抗 为 阻 、 容 性
人体电阻为电压的函数 还与接触面积、压力等有关
2、自动切断电源分析 TT系统为保证系统本身安全，必须设置过电 流保护（如熔断器、低压断路器等）。碰壳（也 即接地）故障电流Id能否驱动过电流保护电器按 时动作，通过切断电源来保证安全呢？假设RN、 RE均为4Ω，则
如此小的电流在绝大多数情况下都不能使过电 流保护电器动作。因此： TT系统基本不能靠切断电源保证安全。
通过人体的电流 I B 15~100HZ正弦交流电的时间-电流效应区域的划分
mA
区域代号
区域界限
生理效应
AC-1
AC-2 AC-3
一直到线a0.5mA
自线a0.5mA至线b1) 自线b至曲线c1
通常无反应
通常无有害的生理效应 通常不会发生器质性损伤。可能发生肌肉痉 挛似的收缩，当通电超过2s时呼吸困难。随着 电流量和通电时间增加，使心脏内心电冲动 的形成和传导有可以恢复的紊乱，包括心房 纤维性颤动和心脏短暂停搏。但不发生心室 纤维性颤动。 电流量和通电时间再增加，除出现区域3效应 外，还可出现如心室纤维性颤动、心跳停止、 呼吸停止、严重烧伤等危险的病理生理效应 心室纤维性颤动概率可增加到5% 心室纤维性颤动概率可增加到约50%
4000
3500
3000
2500
2000 95% 1500 50% 1000 5%
人体阻抗的等效电路
Zi --体内阻抗；Z P1，Z P2 --皮肤阻抗 Z T --人体总阻抗
500
100
200
300
400
500
600
700
V
接触电压
由以上曲线换算出接 触电压与允许接触时间 的关系。 结论：正常环境条件 下，人体阻抗取1000Ω （近似纯阻性）；工频 安全电压取50V。 一般潮湿环境下工频 安全电压取25V。 其他特殊环境条件下 安全电压取值应非常谨 慎。
AC-4
在曲线c1以右
AC-4-1 AC-4-2
c1至c2 c2至c3
AC-4-3
超过曲线c3
心室纤维性颤动概率超过50%
10000 5000 乘以安全系数后的柯宾界限 柯宾界限 达尔基尔界限
2000 1000
电流持续的时间
500
200 100 50
20 10 0.1 0.2 0.5 1 2 5 10 20
4、TT、TN系统混用的危险
L1 N L2 L3 PEN
1FU U V W N 2FU PE U V W N 3FU PE U N
RN
RE
E
设备外壳全部带电
• 2.3.2 TN系统的电击防护分析
L1 N L2 L3 N PE FU U a V W N
RN Z PE UUN = U
故障模型与等效电路
L2 L3 N U V W
故障模型与等效电路
UN
=
d
N
~
T
FU N
t d N E N
L
外壳
FU
E t
E b)
E a)
设备外壳上预期接触电压： 系统接地电阻与设备接地电阻对相电 压分压，设备接地电阻所分得的部分
1、降低接触电压分析 对220/380V系统接地电阻RN按4Ω计算，当设 备接地电阻RE也低达4Ω（这很难）时，设备外壳 上的预期接触电压Ut为110V。 要使设备外壳上的预期接触电压Ut降低到安全 电压50V以下，计算得设备接地电阻RE不能超过 1.18Ω。 工程上，要将RE做到4Ω以下是非常困难的，做 到1.18Ω基本上不可能。 因此，TT系统有降低预期接触电压的作用，但 通常不能将其降低到安全电压以下。
第2章 供配电系统电击防护
• 本章重点讨论以下问题。 1、人体对低压工频交流电的承受能力。 2、电击产生的途径与强度计算。 3、工程上常用的电击防护措施。 4、工程设计中电击防护措施的综合应用。
第1节 电流的人体效应
• 2.1.1 电击形式 1、直接电击 人或动物触及到正常工作时带电的导体所产生 的电击。 特点：电击强度为线电压或相电压。 2、间接电击 人或动物触及到正常工作时本不带电、但却因 故异常带电的导体所产生的电击。 特点：点击强度差异很大。
• 2.2.1 用电设备按电击防护方式的分类 1、分类所考虑的因素 绝缘、外壳上提供的保护可能、电压值。 1）绝缘的作用 （1）工作绝缘：防止不同电位导体间发生电气 接触，保证设备正常工作，又称功能性绝缘。如 三相设备的相间绝缘。 （2）保护绝缘：防止发生电击。 保护绝缘失效是发生间接电击的主要原因。保 护绝缘失效的直接结果是设备外露可导电部分带 电，因此常将其称为“碰壳”故障。
1、外壳防护的形式、代号与等级 1）外壳防护形式 （1）第一种防护形式：防止人体触及或接近壳 内带电部分及触及运动部件，防止固体异物进入 外壳内部。 （2）第二种防护形式：防止水进入外壳内部。 对其他一些有害因素的防范，外壳可能作为 措施之一考虑进去，但不是唯一措施，这些情况 不属于此处外壳防护讨论的问题