第三章 间接接触电击防护(1)
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电力工程系
Department of Electrical Engineering
电气安全技术
第三章 间接接触电击防护
Biblioteka Baidu
在正常情况下，直接防护措施能保证人身安全 ，但是当电气设备绝缘发生故障而损坏时，造 成电气设备严重漏电，使不带电的外漏金属部 件呈现危险电压，可能造成间接触电。
间接接触电击防护目的是为了防止电气设备发 生故障情况下，发生人身触电事故，也是为了 防止电气设备事故进一步扩大。目前主要采用 保护接地、接零以及等电位联接等技术措施。
U Ir Ro Rd Rs Rr
式中 U——电网相电压 Ro——工作接地电阻 Rd——人脚下的土壤 流散电阻 Rs——鞋的电阻 Rr——人体的电阻
2015/11/18
图3-2接地电网中的单相触电
17
结论：
触电的危险性主要决定于Rs的大小。 在接地电网中，单相触电的危险性是比较 大的。
③ 接地电网单相接地的危险性
单相接地是电网最常见的故障之一。一相 故障接地不仅破坏了电网的运行方式，破 坏了电气设备的安全运行，甚至损坏电气 设备本身，还有可能危及人身安全。
图3-4 接地电网单相接地
Id
1 U Ro Rd
UN
Ro I d Ro U Ro Rd
2 2
24
Rd U c I d Rd U U U N 2015/11/18 Ro Rd
U a U b U U N UU N
故障接地电阻 Rd 一般不会低于 15 Ω，在工 作接地电阻符合规定的条件下( 一般要求 RN ≤ 4Ω)，可以把中性线对地电压UN 限制在50V 以下；由于对地电压被抑制住了，这种电网 在单相接地时触电的危险性虽然增加，但增 加不大。 由于故障接地电流可达数安乃至数十安，这 种故障容易被检测出来，故障点也比较容易 确定。
第一节 接地基本概念
1 技术术语： ① 接地与接地技术： 在电力系统中，由于正常运行的需要和为了保 障人身、设备的安全，将电力系统及其电气设备的 某些部分与埋入大地的金属导体相连接，即为接地。 接地技术就是研究接地原理、方法及其实施，如 何避免减轻人身伤亡事故，保证人身和设备安全而发 展起来的一门科学技术。
2 2 2
例题：设不接地电网各相对地电压均为 220 V ,各相对地 绝缘电阻均可视为无限大，各相对地电容均为 0.55 μ F， 人体电阻为 2000 Ω ，试判断单相触电的危险性。 在给定了人体电阻的情况下判断人体触电的危险性，必 须求出流过人体的电流。将上述条件代入对应公式可求得 人体电流为：
Ip
3CU 9 R pC 1
2 2 2
3 2 50 0.55 106 220 9 2000 2 50 0.55 10
2 2
6 2
1
64.8mA
通过这个例子的计算可以说明，不接地电网中单相触电也 有致命的危险，但与同样电压的接地电网相比，危险性较 小。
技术术语：
接地体、接地线与接地装置： 接地体：埋入地中并直接与大地接触的 金属导体。分为自然接地体和人工接地体。 接地线：电气设备与接地体连接的导线。 接地装置：接地线和接地体总称接地装置。
②
技术术语：
③
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，接地短路电流 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。
结论： （ 1 ） 在不接地电网中发生一相接地故障时，三 相电压将严重不平衡，接地相对地电压很低 ，另两相对地电压将升高到接近线电压，这 样大幅度的电压升高，不仅会增加单相触电 的危险性，完全失去不接地电网单相触电危 险性小的优越性，而且还可能损坏电气设备 的绝缘，可能产生放电火花，增加火灾的危 险性。 （ 2 ） 由于故障接地电流 Id 很小，接地故障检 测困难，这种接地故障可能潜伏下来 , 成为 危险的隐患。因此，在比较重要的接地电网 中，应当针对一相接地故障装设绝缘监视装 2015/11/18 38 置。
⑤
技术术语：
⑥ 对地电压和对地电压曲线 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。
⑦
2
接地分类 接
正常接地 工作接地 安全接地
保护接地 防雷接地
地
故障接地
电网中性点接地
作为电流回路
2015/11/18
防静电接地
屏蔽接地
11
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。 工作接地：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。
由于电网直接接地，各种过电压都将受到一 定的抑制。例：以变压器高压侵入低压为例 来分析接地电网的安全性。 设高压 10 kV， 低压 0.4 kV ，尽管高压 相线对地电压将近为 5800 V，但当高压侧 意外与低压侧发生短路时 ，由于10 kV是不 接地电网，单相接地电流 Iad 不超过 20～ 30 A，如能控制RN≤ 4 Ω ，即可限制低压中 性点对地电压UN 不超过80～120V。
技术术语：
④
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。
U R( R 6 RP ) 1 2 9 RP (1 2 C 2 R 2 )
2015/11/18
29
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，求得 人体电压和人体电流分别为
Ur 3R p 3R p R U
3U Ir 3R p R
结论： （1） 只要保证工作接地 RN ≤ 4Ω ，中性点对地 电压 UN 将被抑制，各相对地电压变化不大，触 电的危险性增加不多； （2） 由于故障接地电流 Id 较大，单相接地故障 易被检测出来，便于采用常规保护器件，使故 障状态时间缩短； （3） 虽然触电的危险性增加不大，但由于三相电 压的不平衡，也将危及到电气设备的正常运行 ，应及时排除故障。
2015/11/18 32
由上列各式不难知道，在不接地电网中，单相 触电的危险性取决于电网电压、电网对地绝缘 阻抗和人体电阻等三方面的因素。 正常情况下，由于绝缘阻抗远大于人体电阻， 因此人体承受的电压较低，流过人体的电流较 小，触电的危险性也相对较小。
2015/11/18
33
② 不接地电网抑制过电压的能力
结论：
不接地电网抑制过电压的能力差，因此， 不接地电网中应该有有效的过电压保护措施。
2015/11/18 35
10/0.4KV L1 L2 T N V11 FV V21 L3
RE
③
不接地电网单相接地的危险性
3U Id 3 Rd Z
因为绝缘阻抗 Z 很大，接地电流 Id 受到限制而很小。
2015/11/18 37
由于电网与大地之间没有直接的电气连接 ，在意外情况下可能产生很高的对地电压 。以变压器高压侵入低压为例。
当高压一相与低压中性点短路时，低压侧对地 电压将大幅度升高。设该变压器为 10/0.4 kV 的变压器，则低压中性点对地电压 UNO 升高 到将近 5800 V，由电压矢量图可知，Ua 略高 于5800 V，Ub =Uc 略低于 5800 V，这将给低 压系统的安全运行造成极大的威胁。
保护接地：是一种技术上的安全措施，它 是把故障情况下可能呈现危险电压的金属 部分同大地紧密连接起来。 防雷接地：又叫过电压保护接地，是指为 限制过电压危险影响而设的接地（如避雷 针，避雷器）
第二节 电网接地运行方式及其安全性评价
电网种类很多。按照电压可分为 1000 伏 以上的高压电网和 1000 伏及 1000 伏 以下的低压电网； 按电流种类可分为交 流电网和直流电网； 按相数可分为三相 电网和单相电网； 按用途可分为动力电 网、照明电网和专用电网等；按运行方式 可分为直接接地电网、经阻抗接地电网和 不接地电网等。
2015/11/18
18
② 接地电网抑制过电压的能力
过电压是指一切对电气设备或电气线路绝 缘有危害的电压升高。 电网中出现过电压的原因很多，根据造成 过电压的原因，过电压分可为外部过过电 压和内部过电压。外部过电压主要有雷击 过电压、雷电感应过电压、电磁感应过电 压和静电感应过电压等；内部过电压主要 有操作过电压、谐振过电压以及变压器高 压侵入低压等。
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 3R p 1 3R p j C 3R p CU 9 2 R 2 p C 2 1
Ip
3CU 9 R pC 1
20
2015/11/18
图3-3 接地电网高压侵入低压
结论： 由于接地电阻小（一般RN≤ 4 Ω ），因 此，接地电网可大大地抑制过电压，减轻 了触电的危险性，同时由于控制了各导体 间产生过大的电位差，也减轻了由放电火 花所造成的火灾的危险性。但是，该故障 还是会影响到电气设备的正常运行，应及 时排除。
技术术语：
电气上的“地” 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。
图3-1 对地电压曲线
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9
接触电压 接触电压是指加于人体某两点之间的 电压。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。 人触及漏电设备外壳，其接 触电压即其手与脚之间的电位差。 ⑧ 跨步电压 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，
2
不接地电网
除 10 kV 及 10 kV 以下的高压电网多采 用不接地电网外,井下配电常采用低压不 接地电网。
① 不接地电网单相触电危险性
如图所示，在不接地电网中，单相触电时流过人体的电 流只能通过电网各相对地绝缘阻抗成回路，绝缘阻抗是 各相与大地之间的等效应阻抗，可视为绝缘电阻与分布 电容的并联。
我国最常用的低压接地电网是用电电压 380/220 V （线电压 380V 、相电压 220V），供电电压 0.4/0.23 kV ( 线电 压 0.4 kV、相电 压 0.23 kV ) 的中性 点直接接地的三相四线制电网。380V用于 动力设备，220V用于照明设备和单相设备 。
① 接地电网单相触电的危险性
高压电网运行方式： 中性点直接接地运行方式 中性点经阻抗接地运行方式 中性点不接地运行方式 低压电网运行方式： 中性点直接接地运行方式 中性点不接地运行方式 接地电网和不接地电网对出现的各种电气故障 防护能力是不相同的。本节将重点讨论这两种 低压电网的安全特征。
1
接地电网(工作接地)
L1 N m T L R1 C1 R2 C2 R3 C3 RP IP n RN n R/3 L2 ～ L3 RP IP m
3C
U U IP Z RP Z i
U jX 3c R / 3 RP jX 3c R / 3
X 3c 1
3c
IP RP
Department of Electrical Engineering
电气安全技术
第三章 间接接触电击防护
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在正常情况下，直接防护措施能保证人身安全 ，但是当电气设备绝缘发生故障而损坏时，造 成电气设备严重漏电，使不带电的外漏金属部 件呈现危险电压，可能造成间接触电。
间接接触电击防护目的是为了防止电气设备发 生故障情况下，发生人身触电事故，也是为了 防止电气设备事故进一步扩大。目前主要采用 保护接地、接零以及等电位联接等技术措施。
U Ir Ro Rd Rs Rr
式中 U——电网相电压 Ro——工作接地电阻 Rd——人脚下的土壤 流散电阻 Rs——鞋的电阻 Rr——人体的电阻
2015/11/18
图3-2接地电网中的单相触电
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结论：
触电的危险性主要决定于Rs的大小。 在接地电网中，单相触电的危险性是比较 大的。
③ 接地电网单相接地的危险性
单相接地是电网最常见的故障之一。一相 故障接地不仅破坏了电网的运行方式，破 坏了电气设备的安全运行，甚至损坏电气 设备本身，还有可能危及人身安全。
图3-4 接地电网单相接地
Id
1 U Ro Rd
UN
Ro I d Ro U Ro Rd
2 2
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Rd U c I d Rd U U U N 2015/11/18 Ro Rd
U a U b U U N UU N
故障接地电阻 Rd 一般不会低于 15 Ω，在工 作接地电阻符合规定的条件下( 一般要求 RN ≤ 4Ω)，可以把中性线对地电压UN 限制在50V 以下；由于对地电压被抑制住了，这种电网 在单相接地时触电的危险性虽然增加，但增 加不大。 由于故障接地电流可达数安乃至数十安，这 种故障容易被检测出来，故障点也比较容易 确定。
第一节 接地基本概念
1 技术术语： ① 接地与接地技术： 在电力系统中，由于正常运行的需要和为了保 障人身、设备的安全，将电力系统及其电气设备的 某些部分与埋入大地的金属导体相连接，即为接地。 接地技术就是研究接地原理、方法及其实施，如 何避免减轻人身伤亡事故，保证人身和设备安全而发 展起来的一门科学技术。
2 2 2
例题：设不接地电网各相对地电压均为 220 V ,各相对地 绝缘电阻均可视为无限大，各相对地电容均为 0.55 μ F， 人体电阻为 2000 Ω ，试判断单相触电的危险性。 在给定了人体电阻的情况下判断人体触电的危险性，必 须求出流过人体的电流。将上述条件代入对应公式可求得 人体电流为：
Ip
3CU 9 R pC 1
2 2 2
3 2 50 0.55 106 220 9 2000 2 50 0.55 10
2 2
6 2
1
64.8mA
通过这个例子的计算可以说明，不接地电网中单相触电也 有致命的危险，但与同样电压的接地电网相比，危险性较 小。
技术术语：
接地体、接地线与接地装置： 接地体：埋入地中并直接与大地接触的 金属导体。分为自然接地体和人工接地体。 接地线：电气设备与接地体连接的导线。 接地装置：接地线和接地体总称接地装置。
②
技术术语：
③
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，接地短路电流 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。
结论： （ 1 ） 在不接地电网中发生一相接地故障时，三 相电压将严重不平衡，接地相对地电压很低 ，另两相对地电压将升高到接近线电压，这 样大幅度的电压升高，不仅会增加单相触电 的危险性，完全失去不接地电网单相触电危 险性小的优越性，而且还可能损坏电气设备 的绝缘，可能产生放电火花，增加火灾的危 险性。 （ 2 ） 由于故障接地电流 Id 很小，接地故障检 测困难，这种接地故障可能潜伏下来 , 成为 危险的隐患。因此，在比较重要的接地电网 中，应当针对一相接地故障装设绝缘监视装 2015/11/18 38 置。
⑤
技术术语：
⑥ 对地电压和对地电压曲线 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。
⑦
2
接地分类 接
正常接地 工作接地 安全接地
保护接地 防雷接地
地
故障接地
电网中性点接地
作为电流回路
2015/11/18
防静电接地
屏蔽接地
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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。 工作接地：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。
由于电网直接接地，各种过电压都将受到一 定的抑制。例：以变压器高压侵入低压为例 来分析接地电网的安全性。 设高压 10 kV， 低压 0.4 kV ，尽管高压 相线对地电压将近为 5800 V，但当高压侧 意外与低压侧发生短路时 ，由于10 kV是不 接地电网，单相接地电流 Iad 不超过 20～ 30 A，如能控制RN≤ 4 Ω ，即可限制低压中 性点对地电压UN 不超过80～120V。
技术术语：
④
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。
U R( R 6 RP ) 1 2 9 RP (1 2 C 2 R 2 )
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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，求得 人体电压和人体电流分别为
Ur 3R p 3R p R U
3U Ir 3R p R
结论： （1） 只要保证工作接地 RN ≤ 4Ω ，中性点对地 电压 UN 将被抑制，各相对地电压变化不大，触 电的危险性增加不多； （2） 由于故障接地电流 Id 较大，单相接地故障 易被检测出来，便于采用常规保护器件，使故 障状态时间缩短； （3） 虽然触电的危险性增加不大，但由于三相电 压的不平衡，也将危及到电气设备的正常运行 ，应及时排除故障。
2015/11/18 32
由上列各式不难知道，在不接地电网中，单相 触电的危险性取决于电网电压、电网对地绝缘 阻抗和人体电阻等三方面的因素。 正常情况下，由于绝缘阻抗远大于人体电阻， 因此人体承受的电压较低，流过人体的电流较 小，触电的危险性也相对较小。
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33
② 不接地电网抑制过电压的能力
结论：
不接地电网抑制过电压的能力差，因此， 不接地电网中应该有有效的过电压保护措施。
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10/0.4KV L1 L2 T N V11 FV V21 L3
RE
③
不接地电网单相接地的危险性
3U Id 3 Rd Z
因为绝缘阻抗 Z 很大，接地电流 Id 受到限制而很小。
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由于电网与大地之间没有直接的电气连接 ，在意外情况下可能产生很高的对地电压 。以变压器高压侵入低压为例。
当高压一相与低压中性点短路时，低压侧对地 电压将大幅度升高。设该变压器为 10/0.4 kV 的变压器，则低压中性点对地电压 UNO 升高 到将近 5800 V，由电压矢量图可知，Ua 略高 于5800 V，Ub =Uc 略低于 5800 V，这将给低 压系统的安全运行造成极大的威胁。
保护接地：是一种技术上的安全措施，它 是把故障情况下可能呈现危险电压的金属 部分同大地紧密连接起来。 防雷接地：又叫过电压保护接地，是指为 限制过电压危险影响而设的接地（如避雷 针，避雷器）
第二节 电网接地运行方式及其安全性评价
电网种类很多。按照电压可分为 1000 伏 以上的高压电网和 1000 伏及 1000 伏 以下的低压电网； 按电流种类可分为交 流电网和直流电网； 按相数可分为三相 电网和单相电网； 按用途可分为动力电 网、照明电网和专用电网等；按运行方式 可分为直接接地电网、经阻抗接地电网和 不接地电网等。
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② 接地电网抑制过电压的能力
过电压是指一切对电气设备或电气线路绝 缘有危害的电压升高。 电网中出现过电压的原因很多，根据造成 过电压的原因，过电压分可为外部过过电 压和内部过电压。外部过电压主要有雷击 过电压、雷电感应过电压、电磁感应过电 压和静电感应过电压等；内部过电压主要 有操作过电压、谐振过电压以及变压器高 压侵入低压等。
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 3R p 1 3R p j C 3R p CU 9 2 R 2 p C 2 1
Ip
3CU 9 R pC 1
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2015/11/18
图3-3 接地电网高压侵入低压
结论： 由于接地电阻小（一般RN≤ 4 Ω ），因 此，接地电网可大大地抑制过电压，减轻 了触电的危险性，同时由于控制了各导体 间产生过大的电位差，也减轻了由放电火 花所造成的火灾的危险性。但是，该故障 还是会影响到电气设备的正常运行，应及 时排除。
技术术语：
电气上的“地” 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。
图3-1 对地电压曲线
2015/11/18
9
接触电压 接触电压是指加于人体某两点之间的 电压。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。 人触及漏电设备外壳，其接 触电压即其手与脚之间的电位差。 ⑧ 跨步电压 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，
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不接地电网
除 10 kV 及 10 kV 以下的高压电网多采 用不接地电网外,井下配电常采用低压不 接地电网。
① 不接地电网单相触电危险性
如图所示，在不接地电网中，单相触电时流过人体的电 流只能通过电网各相对地绝缘阻抗成回路，绝缘阻抗是 各相与大地之间的等效应阻抗，可视为绝缘电阻与分布 电容的并联。
我国最常用的低压接地电网是用电电压 380/220 V （线电压 380V 、相电压 220V），供电电压 0.4/0.23 kV ( 线电 压 0.4 kV、相电 压 0.23 kV ) 的中性 点直接接地的三相四线制电网。380V用于 动力设备，220V用于照明设备和单相设备 。
① 接地电网单相触电的危险性
高压电网运行方式： 中性点直接接地运行方式 中性点经阻抗接地运行方式 中性点不接地运行方式 低压电网运行方式： 中性点直接接地运行方式 中性点不接地运行方式 接地电网和不接地电网对出现的各种电气故障 防护能力是不相同的。本节将重点讨论这两种 低压电网的安全特征。
1
接地电网(工作接地)
L1 N m T L R1 C1 R2 C2 R3 C3 RP IP n RN n R/3 L2 ～ L3 RP IP m
3C
U U IP Z RP Z i
U jX 3c R / 3 RP jX 3c R / 3
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