电气安全教材-第三章间接接触电击防护

第三章间接接触电击防护

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怦，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

20 m 。

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I E自接地

体流入地下时，漏电设备对地电压为U E,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

如图3-1中的UW1

和52如果忽略脚下

图3-1 对地电压曲线

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。

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I E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

U p = R p z u =-^u

R p

Z

3

3R p Z

图3-2 IT 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

, 3U p

= 3R p R

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

(3.1)

3U

3R

p Z

(3.2)

式中：U —相电压；

Up,Ip —人体电压和人体电流;

Z —各相对地绝缘阻抗。

Rp —人体电阻;

U P =

du 3R p R

(3.3)

(3.4)