低压电气装置的设计安装和检验

1、第一早电流通过人体时的效应当人体同时触及不同电位的导电部分时电位差使电流流经人体， 称之为电接 触。视电流的大小和持续时间的长短， 它对人体有不同的效应。电流小时于人体 无害，如用于诊断和治病的某些医疗电气设备， 接触人体时，通过微量电流还对 人体有益，这种电接触被称作微电接触。如通过人体的电流较大，持续时间过长， 则可使人受到伤害甚至死亡，这种电接触被称作电击。电击危及人身，因此电专 业人员应了解电流通过人体的效应， 才能采取有效的防范措施，避免发生电击事 故。第一节几个有关电气安全的电流效应阈值IEC60479电流通过人体时的效应标准根据测试结果规定电压不大于 1000V,频率不大于100

2、Hz的交流电流通过人体时有以下几个主要的效应阈值：感觉阈值一一人体能感觉出的最小电流值， 一般为0.5mA,此值与电流通过 的持续时间长短无关。摆脱阈值一一当人用手持握带电导体时， 如流过手掌的电流超过此值，手掌 肌肉的反应将是不依人意地紧握带电导体而不是摆脱带电导体，从而使电流得以持续通过人体。导致此效应的最小电流称作摆脱阈值，此值因人而异，IEC取其平均值为10mAo如不能摆脱带电导体，在较大电流长时间作用下人体将遭受伤 害甚至死亡。人体其他部位接触带电导体时可瞬即摆脱带电导体，不存在电击致死的危险，但可能引起二次伤害.例如因电击自高处坠地而招致伤亡。心室纤维性颤动阈值一一电流通过人体时引

3、起的心室纤维性颤动是电击致死的主要原因，引起心室纤维性颤动的最小电流，称为心室纤维性颤动阈值（以下简称心室纤颤）。此阈值与通电时间长短有关，也与人体条件、心脏功能状况、 电流在人体内通过的路径等有关，但与人的性别、肤色、种族无关。IEC 6047925 10 20 50 100 200 500100050002000 10000人悻电流MniA)LOOOO5000000皿500100502 Ji看)7座年碑H标准测试得出的导致心室纤颤的15至100Hz交流电流Ib与通电时间t的关系曲 线如图1-1曲线c所示。201000 2 0.5图M交流电流通过人体时的效应图中各区域的含义:区一一直线a左侧

4、的区域，通常无感觉；区一一直线a与折线b之间的区域，有电的感觉，但无病理反应；区一一折线b至曲线c之间的区域，通常无器官损伤，可能出现肌肉收缩、 呼吸困难、心房纤颤、无心室纤颤的短暂心脏停跳，此等病理反应随电流和时间 的增大而加剧；区一一曲线c右侧的区域，除出现区的病理反应外，还出现导致死亡的 心室纤颤以及心脏停跳、呼吸停让、严重烧伤等反应，它随电流和时间的增大而 力口居o从图1-1可知，如电击电流和其持续时间在区内，人体就有死亡危险。但 在制定电气安全措施时，尚需为其他一些外界影响条件留出一些裕量，通常以区内离曲线c一段距离的曲线L作为人体是否安全的界限，如图1-1所示。从曲 线L可知，只要

5、Ib小于30mA,人体就不致因发生心室纤颤而电击致死。据此国 际上将防电击的高灵敏度剩余电流动作保护器 （以下简称RCD）的额定动作电流 值取为30mA o 第二节 不同潮湿环境条件下的不同接触电压限制电流Ib因施加于人体阻抗 乙上的接触电压而产生。接触电压越大，Ib也越 大。在设计电气装置时计算Ib很困难，而计算接触电压比较方便。为此 IEC又 提出在干燥和潮湿环境条件下相应的预期接触电压 Ut一时间曲线L1和L2,如图 1-2所小。100001nn招期接帔电压q（v）图1-2干燥和潮湿条件下预期接触电压日和允许最大持续时间E的关系曲线应该说明，图1-2曲线L1和L2非自图1-1曲线L按欧姆

6、定理推算求得，因人体阻抗是随接触电压的增大而减小的，故此曲线也系测试求得。还需说明，在防电击的计算中求出的是预期接触电压 Ut,对于从手到足的电击电流通路而言，它是施加于人体、鞋袜、 地面等阻抗之和上的电压，故人体实际接触电压常小于预期接触电压Uto但在诸如赤足和导电地面之类的情况下，鞋袜和地面电阻可不计， 这时实际接触电压即为预期接触电压，故预期接触电压为最大的接触电压。为确保电气安全和简化计算，在实际应用中接触电压都采用预期接触电压Ut。由图1-2可知，在干燥条件下当 Ut不大于50V时，人体接触此电压不致发 生心室纤颤，所以在干燥环境条件下将预期接触电压限值 Ul取为50V。据此， IE

7、C将干燥环境条件下特低电压设备的额定电压定为 48V（我国现仍沿用过去的 36V）。 在潮湿环境条件下，例如在施工场地、农场等处，由于人体皮肤阻抗降低，大于25V的Ut即可导致引起心室纤颤的30mA以上的接触电流Ib,据此IEC将 潮湿环境条件下的Ul值规定为25V,而特低电压设备的额定电压则规定为 24V。 在水下或特别潮湿环境条件下，例如在浴室或游泳池等场所内，出于皮肤湿透，特低电压设备的额定电压IEC 规定仅为12V 或 6V。需要注意，尽管不同潮湿环境条件下的接触电压限值各不相同，但导致人体心室纤颤的电流阈值都为30mA。这正是在不同潮湿环境条件下，IEC都规定装用额定动作电流不大于3

8、0mA 的瞬动 RCD 的原因。这一问题在第二十三章第一节中还将作进一步的叙述。第二节 电流通过人的效应与局防护电器选用的关系从图 1-1 可知，人体遭受电击时发生心室纤颤致死的危险程度，是与通过人体电流的大小及其持续时间的长短有关的。由此可知，手持式设备（例如手电钻）和移动式设备（例如落地灯）比固定式设备具有更大的电击致死的危险性。因在持握这类绝缘损坏的设备时，如通过人体的电流大于30mA,由于已超过摆脱电流阈值10mA,所以人体不能脱离与电的接触。若切断电源的时间较长超过图1-1的发生心室纤颤阈值，即有可能电击致死。因此对于手持式和移动式设备，必须在图 1-1 曲线 L 左侧的相应时间内切

9、断电源。对于固定式设备和配电线路，因不存在手掌紧握故障设备不能摆脱的问题，可在5s 内切断电源。这也正是要求在接用手持式、移动式设备的插座回路上装用瞬动RCD 的原由。第二章 供电系统的接地第一节 供电系统的两个接地任一电压等级的供电系统都需处理两个接地问题：一个是系统内电源端带电导体的接地；另一个是负荷端电气装置外露导电部分的接地。就低压供电系统而言，前者通常是指变压器、发电机等中性点的接地，称作系统接地；后者通常是指电气装置内电气设备金属外壳、布线金属管槽等外露导电部分的接地，称作保护接地，如图2-1 所示。PE系统接地J?A J保护接地图2-1系统接地和保护接地第二节系统接地的作用系统接

10、地的作用是保证系统的正常运行，例如当雷击时，地面强大的瞬变电 磁场使架空线路感应幅值很大的瞬态过电压，它持续时间极短，以微秒计，但过电压幅值和上升陡度很大，使设备和线路承受危险电涌电压的冲击。作系统接地 后线路感应的雷电荷获得对地泄放的通路， 大大降低了这一瞬态过电压，减轻了 设备和线路绝缘被击穿的危险。又如高、低压共杆的架空线路，如果发生高压线 路坠落在低压线路上的故障，如有系统接地，高压侧故障电流可通过低压系统的 系统接地返回电源，使高压侧继电保护动作面迅速切断电源. 从而避免或减轻故 障的危害。如果不做系统接地，则当系统中一相发生接地故障时，另两相对地电压将由 原来的220V升高为线电压

11、（380V）,如图2-2所示。由于没有返回电源的导体通 路，故障电流仅为极小的线地间的电容电流，保护电器不动作，此过电压将持 续存在，人体如接触无故障的相线，接触电压将高达380V,对设备及线路绝缘的安全也是很不利的。图2-2无系统接地时一相故障接地另两相对地电压达380V但是，也有不做系统接地的低压系统，这种系统的应用是为了特殊的需要， 它需补充一些安全措施，这在下文中将予以叙述。第三节保护接地的作用保护接地是电气装置内外露导电部分的接地，如图 2-1中Ra所示。发生图 中所示的相线碰设备外壳接地故障后如未作保护接地，设备外壳的对地电压Uf即为相电压220V,人体若接触此电压电击致死的危险很

12、大。作保护接地后，Uf仅为图中PE线和Ra上故障电流Id产生的电压降，仅为220V的一部分。Ra还 为Id提供返回电源的通路，从而使防护电器动作而切断电源，起到防人身电击和 接地故障火灾的作用。保护接地对电气安全是十分重要的，除特殊规定者外必须保证接地通路的导 通。IEC规定图2-1中的PE线上（包括PEN线）不允许装设开关以杜绝其开断。 第四节10/0.4kV配电变电所内的两个接地10/0.4kV配电变电所既是低压系统的电源端，也是 10kV系统的负荷端。因 此它既有变压器低压中性点的系统接地，也有电气设备外露导电部分的保护接 地。在过去10kV网络不接地系统中，这两个接地通常是合一的。现在

13、大城市10kV 网络逐渐改用经小电阻接地系统，变电所内这两个地的分合需视具体情况而定， 在第十二章将作讨论。第三章带电导体系统和接地系统的分类我国有些电气人员将设有专门的 PE线的供电系统，三相的称作三相五线系 统，单相的称作单相三线系统，这都是不规范的称渭。名不正则言不顺，称谓上 的错误难免导致技术上的错误。按 IEC标准配电系统有两种分类方法：一是按 带电导体分类，另一是按接地系统分类。我国上述不规范的称谓混淆了这两种截 然不同性质的配电系统。本章将按IEC标准介绍这两种配电系统的分类。 第一节带电导体系统分类带电导体指工作时带电的导体，相线（L线）和中性线（N线）是带电导体，保 护接地线

14、（PE线）不是带电导体。带电导体系统按带电导体的相数和根数分类， 在 根数中都不计PE线。IEC规定有如下几种交流的带电导电系统：例如我国供电给单相电器的一根相线和一根中性线的系三相两线系统统，如图3-1所示单相三线系统一一这种系统在某些发达国家应用较多， 例如在美国用一单相 降压变压器给住宅楼以240/120V电压供电，变压器二次绕组电压为240V,自绕 组的中点抽出一接地的中线，从而引出 240V和120V两种电压，如图3-2所示。 240V电压供电热等大负荷用电，120V电压则供照明和小家用电器用电。 它是单 相系统，但有三根带电导体。图3-1单相两线系统图3-2单相三线系统两相三线系统

15、一一例如我国为减少线路电压降自三相变压器引出两根相线和一根中性线给厂区或庭园照明供电的配电系统，如图3-3所示。两相五线系统这是一种如图 3-4所示的配电系统，它是由两个相位相差90 ,中点相连的单相电源绕组的引出线构成。由图可知，它有四根相线和一根中性线共五根带电导体。这种系统国外曾经使用过，现在已很少应用。L1图3内两相二线系统图3-4两相五线系统三相三线系统一一例如给三相电动机供电的系统，如图3-5所示。三相四线系统一一这是国际上和我国广泛应用的具有三根相线和一根中性线的配电系统。不论有无PE线它都被称作三相四线系统，如图 3-6所示。图3.5三相三线系统图3-6三相四线系统第二节接地系

16、统分类接地系统分TN、TT和IT三种类型，这些接地系统的文字符号的含义是：第一个字母说明电源与大地的关系：T:电源的一点（通常是中性点）与大地直接连接（T是“大地” 一词法文Terre 的第一个字母）。I:电源与大地隔离或电源的一点经高阻抗（例如1000Q）与大地直接连接（I是“隔离” 一词法文Isolation的第一个字母）。第二个字母说明电气装置的外露导电部分与大地的关系：T:外露导电部分直接接大地，它与电源的接地无联系。N：外露导电部分通过与接地的电源中性点的连接而接地（N是“中性点” 一词法文Neutre的第一个字母）。TN系统按N线和PE线的不同组合又分为三种类型：TN-C系统一一在

17、全系统内 N线和PE线是合一的（C是“合一” 一词法文 Combine的第一个字母）。TN-S系统一一在全系统内N线和PE线是分开的（S是“分开” 一词法文Separe 的第一个字母）。TN-C-S系统在全系统内，仅在电气装置电源进线点前N线和PE线是合一的，电源进线点后即分为两根线。需要说明，TN-S系统N线和PE线的分开是从变电所或发电站低压配电盘 出线处开始算起的。因为从变压器或发电机到低压配盘的一段线路很短，可将它们看成一个电源点。只要此电源点的中性点是直接接地的，则从电源点的低压配电盘可同时引出相线、中性线、PEN线和PE线。换言之，可同时引出除IT系 统外的TN-S、TN-C、TN

18、-C-S以至TT等不同接地系统的供电线路。各种类型的接地系统见图3-7至图3-11。电源L1L2L3PEN/电气装置电气设备0 6 6外II导电部分图3-7 TN-C系统电源/电气装置电气设备LIL2L3N PE Z g外II导电部分图3/TN-S系统电源-TW电气设备、3Z4,电气装置、外露导电部分-L1L21J-PE型鞘 HW T1UX-.图3-9 TN-C-S系统LL L2L3 NY 义 . 3 11 IT系统第三节对各类接地系统的评述上述接地系统各有其持点和优缺点，需对其有一了解以便正确地予以选用， 下文将作一简述。1. TN-C系统从图3-7可知，TN-C系统内的PEN线兼起PE线和

19、N线的作用，可节省一 根导线，比较经济，我国过去曾按前苏联规程的规定，广泛采用这一系统。但从 电气安全着眼，这一系统存在以下问题。(1)如系统为一单相回路，当 PEN线中断时，设备金属外壳对地将带 220V 的故障电压，电击死亡的危险很大，220V电压传导路径见图3-12虚线所示，在 此不再赘述。(2)如PEN线穿过RCD,因接地故障电流产生的磁场在 RCD内互相抵消而 使RCD拒动，所以在TN-C系统内不能装用RCD防电击。(3)进行电气维修时需用四极开关来隔断中性线上可能出现的故障电压的传导。因PEN线含有PE线而不允许被开关切断，所以TN-C系统内不能装用四 极开关来保证维修人员的安全。

20、关于四极开关的应用将在第十六章中作介绍。（4） PEN线因通过中性线电流产生电压降，从而使所接设备的金属外壳对 地带电位。此电位可能对电子设备产生干扰，也可能在爆炸危险场所内打火引爆。 按IEC标准易爆场所内是不允许出现 PEN线和采用TN-C系统的。另外，带电 位的与地接触的设备金属外壳可在地内产生杂散电流，在一定程度上腐蚀地下金属结构和管道，为此IEC标准要求PEN线应按可能遭受的最高电压加以绝缘。由于上述一些不安全因素，除维护管理水平较高的场所外，现时 TN-C系统 己很少采用。r/(l-22nv220V图3-12 PEN线折断后单相设备金属外壳对地带220V危险电压2. TN-S系统从

21、图3-8可知，在整个TN-S系统内，PE线和N线被分为两根线。除非施 工安装有误，除微量对地泄漏电流外，PE线平时不通过电流，也不带电位。它只在发生接地故障时通过故障电流，因此电气装置的外露导电部分对地平时不带 电位，比较安全，但它需在回路的全长多敷用一根导线。3. TN-C-S 系统从图3-9可知，TN-C-S系统自电源到用户电气装置之间节省了一根专用的PE线。这一段PEN线上的电压降使整个电气装置对地升高一 AUpen的电压。但 由于电气装置内设有第六章所述的总等电位联结，且在电源进线点后PE线即和N线分开，而PE线并不产生电压降，整个电气装置对地电位都是 AUpen而在装 置内并没有出现

22、电位差，因此不会发生 TN-C系统的种种电气不安全因素。在建 筑物电气装置内，它的安全水平和 TN-S系统是相仿的。它也不会对信息技术设 备引起干扰，这将在第十四章内叙述。需要注意的是，IEC标准要求在电源进线点处（例如总配电箱处）PEN线必须 先接PE母排，然后通过一连接板（线）接中性线母排，如图3-13所示。这是因为 如果连接板（线）导电不良，中性线电路不通，设备不工作，故障可及时发现加以 修复，不致发生电气事故。如 PEN线先接N母排，如果连接板导电不良，则这 时整个装冒内的设备都失去PE线的接地，而设备仍工作正常，存在的隐患将不 被发现，这对人身安全是十分不利的，而人身安全是头等重要的

23、。总配电箱电气设备电源进线L1L2UNPEPEN联结线基础铜筋iPE连接板N图3“3 PEN线先接PE母排后接N母排不论是TN-C-S系统还是TN-S系统、TN-C系统，在同一电源供电的范围内， 所有的PE线、PEN线都是连通白1因此在TN系统内PE线、PEN线上的故障 电压可在各个装置间互窜，对此需采取措施（例如作等电位联结）加以防范，以免 故障电压的传导引起事故。4. TT系统从图3-10可知，TT系统的电气装置各有其自己的接地极，正常时装置内的 外露导电部分为地电位，电源侧和各装置出现的故障电压不互窜。但发生接地故 障时因故障回路内包含两个接地电阻 Ra和Rb,故障回路阻抗较大，故障电流

24、较 小，一般不能用过电流防护兼作接地故障防护，为此必须装用RCD来切断电源。5. IT系统从图3-11可知，IT系统在发生一个接地故障时由于不具备故障电流返回电 源的通路，其故障电流仅为非故障相的对地电容电流，其值甚小.因此对地故障电压很低，不致引发事故。所以发生一个接地故障时不需切断电源而使供电中断。 但它一般不引出中性线，不能提供照明、控制等需用的220V电源，且其故障防护和维护管理较复杂，加上其他原因，使其应用受到限制，这将在第六章和第十 七章中结合IT系统的应用予以叙述。第四章 直接接触电击的防护人身电击有直接接触电击和间接接触电击之分。本章内将介绍直接接触电击的防护措施。直接接触电击

25、防护是指电气装置没有发生故障正常工作时，人体触及带电部分的电击事故的防范。它有以下几种防护措施；第一节 带电部分的绝缘覆盖采用这种防护措施时，带电部分全被绝缘物质覆盖，以防人体与带电部分接触。只有在绝缘遭到破坏或损伤时这一防护措施才失效。工厂生产的设备，其绝缘应符合产品标准对绝缘的要求，它应能在正常使用寿命期间耐受所在场所的机械、化学、电和热的影响。油漆、凡立水之类的物质不能用作防直接接触电击的绝缘。在施工现场安装中采用的防直接接触电击的绝缘物质也应像工厂产品的绝缘物质那样，通过检验来验证其是否具有相同的性能。第二节 遮拦或外护物这一措施是用遮栏或外护物来阻隔人体触及带电部分。所谓遮栏是指只能

26、从任一通常接近方向来阻隔人体接触的措施，例如在车间内离地高处沿场面敷设人体接触不到的裸母线，但母线经过一定高度的通风平台时，裸母线离平台地面的高度如不足2.5m 可能被维护管理人员不经心地触及。为此在工程安装时需在通风平台靠近棵母线处安置遮栏，从面对墙的方向阻隔人体的接触。外护物是指能从所有方向阻隔人体接触的措施，例如一台电气设备的外壳、敷设导线的槽盒、套管等都是外护物。这种措施应能防止大于12.5mm 的固体物或人的手指进人，即其防护等级应至少为IP2X（有关遮栏和外护物防护等级的分级见附录B）。带电部分的上方如需防护，其防护等级应至少为IP4X,即需防大于1mm的固体物进入。遮拦和外护物应

27、牢固地加以固定，只有在使用工具或钥匙或断开带电部分电源的条件下才能挪动。第三节 阻挡物这一措施只能防人体无意地与带电部分接触，例如用栏杆、网屏、 栅栏等阻拦人体接近带电部分。它对洞孔的尺寸没有要求只是对接近带电部分的人起阻拦一下的提醒作用，不能防范人体有意的接触。阻拦不需使用工具或钥匙就可挪动，但需注意其固定的可靠性，以防被不知晓电气危险的人无意识地挪动位置。第四节 带电部分置于伸臂范围以外的布置这一措施也只能用以防范人体与带电部分的无意的接触。它使人体可同时触及的不同电位（例如任一电位与地电位）部分之间的距离大于人体伸臂的距离。这一距离IEC标准规定为2.5m,如图4-1所示。图中2.5m为

28、人体左右平伸两劈的最大水平距离，或向上伸臂后与人体所站地面 S间的最大垂直距离；1.25m为人体向前伸臂与所站位置间的最大水平距离；0.75m 为人体下蹬，伸臂向下弯探的最大水平距离。这些距离都是对没有持握工具、梯子之类长物体的人而言的。如人手中持握有这类物件，则伸臂距离应相应加长。如果人站立的水平方向有上述防护等级低于IP2X 的阻挡物阻挡时，则伸臂距离应不自人体面自阻挡物算起。在向上伸臂的方向内，即使有上述阻挡物，伸臂范围仍自图4-1 所示站立面S 算起。图41伸臂范围第四节 装用30mA RCD的后备措施如果上述四种防直接接触电击的措施因故失效， 例如家用电器电源插头线上 的绝缘破损芯线

29、外露，又如防护用的遮栏被人挪走，这时如果回路上装有额定动 作电流不大于30mA的RCD,则这时RCD还可以切断电源避免一次电击伤亡事 故。这一措施称作前四种措施的后备措施。需要说明它只能作为后备措施，不能替代前述四种防直接接触电击措施。这 是因为发生直接接触时，如人体同时触及向一回路两个不同电位的带电导体时， 例如触及一回路内的相线和中性线， 人体遭受电击而RCD是无法动作的。另外, 当站立地面的人体一手触及220V相线时，假如人体阻抗为1500Q,则接触电流 约150mA,为RCD额定动作电流30mA的5倍，按RCD产品标准这时动作时 间不大于0.04s,查图1-1的曲线L人体可不致发生心室

30、纤颤，但如RCD使用日 久，由于机构上的原因动作稍缓，电流效应点可能落在图1-1曲线L的右侧，所以用RCD防直接接触电击，并非绝对可靠。因此绝不能因有RCD作后备措施而忽视对上述四种防直接接触电击措施的设置和检验。第五章 间接接触电击防护与电气设备接防间接接触电击措施的分类当电气装置因绝缘破损发生接地故障，原本不带电压的外露导电部分因此带 对地故障电压时，人体接触此故障电压而引起的电击， 称作间接接触电击。接地 故障即带电导体与地间的短路，如图 5-1所示。“地”是指电气装置内与地连接 的外露导电部分、装置外导电部分和大地。接地故障引起的间接接触电击事故是最常见多发的电击事故，接地故障引起的电

31、弧、电火花也是最常见多发的电气火 灾起火源。就电气灾害而言，接地故障远较一般短路具有更大的危险性， 而对接 地故障引起的间接接触电击的防护则远比直接接触电击复杂。为便于区别和说 明，IEC标准不称它为“接地短路”，而称为“接地故障”。图5”接地故障和带电导体间的短路间接接触电击既由接地故障引起，具防护措施就因接地系统类型的不同而各 不相同，第六章中将作介绍。间接接触电击防护措施中的一部分系在电气设备的 产品设计和制造中予以配置，另一部分则是在电气装置的设计安装中予以补充。 因此电气工程设计人员必须了解电气设备本身具备的防间接接触电击的措施，再在工程设计中补充必要的措施，以使能相辅相成，使防间接

32、接触电击的措施臻于 完善。IEC产品标准将电气设备的产品按防间接接触电击的不同要求分为0、I、n田四类。分类的顺序并不说明防电击性能的优劣，它只是用以区分各类设备对防电击的不同措施。 第一节 0类设备这类设备我国过去曾大量应用，它具有机械强度高的金属外壳，但它只靠一 层基本绝缘来防电击，且不具备经 PE线接地的手段。例如虽具有金属外壳但电 源插头没有PE线插脚的台灯、电风扇等家用电器即属 0类设备。当它唯一的一 层基本绝缘损坏时就可能发生电击事故。 这类设备只能在绝缘场所内使用，不然 就需用隔离变压器来供电，借以防止电击事故的发生。绝缘场所就220/380V电气装置而言是指地板和墙的绝缘电阻都

33、大于 50k欧，且对与大地有电气连通的金 属构件、管道采取隔离措施的场所。所谓隔离变压器是当相对地电压不大于 250V 时，绝缘通过3750V耐压1min试验，或一、二次绕组间置有接地屏蔽层的变比 为1: 1的变压器。由于满足这些条件比较困难，0类设备已渐趋淘汰。第二节 I类设备这类设备是目前应用最广泛的一类设备，它也具有金属外壳，但它除靠一层基本绝缘来防电击外还另有补充措施，即它具有经PE线接地的手段。这样当基本绝缘损坏带电导体碰设备金属外壳时，外壳电位因接地而大大降低，同时经 PE线构成的接地通路也可使产生的接地故障电流返回电源，这时回路上的防护 电器即可检测出故障电流而及时切断电源，从图

34、1-1及图1-2可知，增加接地措施后，由于接触电压的降低和人体通过电流时间的缩短，发生心室纤颤导致电击死亡的危险大大减少。由于这类设备具有机械强度高的金属外壳和简单有效的防电击措施，它有较大的适用范围，这是它能得到广泛应用的一个重要原因。第三节 n类设备这类设备除一层基本绝缘外还加有第二层绝缘以形成双重绝缘，或采用相当于双重绝缘水平的加强绝缘，例如目前带塑料外壳的家用电器部属R类设备。由于在产品设计中加强了绝缘能力，消除了发生接地故障的可能性，在电气装置的设计中就没有必要再补充防间接接触电击措施。有些电子设备，例如电视机、收录机等， 它的塑料外壳起第二层绝缘的作用，仅它有金属的拉杆天线，令人担

35、心它是否可能因内部电路的绝缘损坏而使拉杆天线带危险电压。这一担心是不必要的，因为在天线回路里串联有电容量小至几千皮法的电容器，它对高频信号畅通无阻而对工频电流却等同于绝缘，所以这类设备仍属2 类设备。2 类设备的绝缘外壳的机械强度和耐热水平不高，其外形尺寸和用电功率都不能设计得过大，使它的应用范围受到限制。第三节田类设备这类设备的防间接接触电击原理是降低设备的工作电压，即根据不同环境条件采用适当的特低电压供电，使发生接地故障时或人体直接接触带电导体时，接触电压都小于接触电压限值，因此这种设备被称作兼防间接接触电击和直接接触电击的设备。特低电压是指相对地或相对相间的标称电压为交流50V 及以下的

36、电压（直流为线对地或线对线间的标称电压为120V 及以下的电压）。从图1-2 可知， 在产品设计中采用这种特低电压后，此电压本身不会引起人身电击伤亡的危险，但在工程应用中还需为它设置电气隔离措施。取得这种特低电压最通常的方法是将 220V 或 380V 电压经变压器降为特低电压。这台变压器必须是上述满足绝缘要求的隔离变压器，不能采用自耦变压器作为特低电压电源，因为其一、二次绕组在电气上是连通的，其绕组如发生开路故障，二次侧电压可高达一次侧电压。 采用特低电压供电时，应尽量采用回路电气隔离措施，即将特低电压回路导体与包括一次回路导体在内的其他回路导体相隔离。换言之回路导体之间没有电的联系，设备金

37、属外壳可与地接触，但不能通过PE 线进行接地。田类设备的额定电压被规定为不大于 50V,其使用功率和应用范围不可避免地受到很大的限制。关于特低电压在防电击措施中的应用将在第十八章第二节中作介绍。综上所述可知，在电气设备的产品设计中已为各类设备规定有不同的防间接接触电击措施。但仅靠产品上采取的措施并不全能满足防电击要求，往往还需在电气装置的设计、安装中补充一些必要的防电击措施，也即防间接接触电击措施有赖于产品设计和电气装置设计间的协调配合，相辅相成而臻于完善。表5-l 中概括了各类电气设备在防间接接触电击中，产品设计和电气装置设计应分别实现的防电击措施。前文已有说明，不重述。电气设备防护措施电气

38、设备防电击电气设备部分电气装置部分的防电类别基本防护措施林无防护措施击标志0基本能雄设置篦绿的设置电气回路的隔离无本志I基本城绿 连接PE线的接线端子与接地的P忙线速 接加自动切淅电源基本绝编附加地舞回加强绝绿或等效的结构处理m采用特低电选:_设置隔离的特 低电压电源电气设街和电气装置防间接接 触电击的组合防护措施表5-1第六章 用自动切断电源和连接PE线接地的防间接接触电击措施最广泛采用的I类设备在绝缘损坏发生接地故障人体触及危险电压时，如能在人体发生心室纤颤导致死亡前及时切断电源，就可避免死亡事故的发生。此防电击措施的正确应用与接地系统类型（TN、TT系统或IT系统）以及回路上装用的 防护

39、电器的类别（过流防护电器、RCD或绝缘监测器）有着密切的关系。 第一节 自动切断电源措施的几个基本要求1 .接地I类设备的外露导电部分应按不同接地系统的不同要求经PE线进行接地，如没有作接地或等电位联结，仅仅自动切断电源不能单独成为一个防电击措施。 人体能同时触及的外露导电部分应接至同一接地系统而共同接地、以使人体同时接触的不同导电部分间的电位差尽量小。 有关接地的具体要求将在第二十章内介 绍。2 .接触电压限值第一章内已叙及，不同潮湿程度环境条件下的接触电压限值Ul是不同的，干燥和潮湿环境条件下的Ul值分别是50V和25V。自动切断电源这一防间接接 触电击措施的使用应按不同环境条件依不同要求

40、处理。例如在干燥环境条件下 Ul超过50V须切断电源，而在潮湿环境条件下 Ul超过25V就须切断电源。如 果在游泳池之类的水下，电气设备的额定值不应大于12V, 220V的设备和线路在游泳池内是不允许使用的。电气装置的防电击设计必须注意这些区别。3 .电源的自动切断当TN系统或TT系统电气装置内某一点发生接地故障时，该点的电源应由 一防护电器自动及时切断，使电气装置内由此引起的危险接触电压不持续存在。 手持式和移动式设备必须在规定时间内迅速切断电源，固定式设备和配电线路则可在5s内切断电源，这在第一章内已有说明，不重述。切断时间要求不大于5s是因为持续时间过长的故障电流可能对线路和设备产生有害

41、的热效应的缘故。第二节总等电位联结为减少人体同时接触不同电位引起的电击危险，同时也为了防范雷电危害以 及满足信息设备抗干扰等要求，IEC标准十分强调总等电位联结系统的设置。总 等电位联结是指在一建筑物的电源进线处将下列可导电部分互相连通，如图6-1所示。进绒箱FE用排接地母排邃筑物/金属绪构PE现用电设普IT-一上水管下次管电机天缓接地襄座筑瞒防雷接炮极O暧气管r火龙绝绿相j，间犀J_MA _1燃气营图6-3建筑物内的总等电位联结平面图示意进线处的PE(PEN)母排或PE(PEN)干线；(2)接地极引入线；(3)水道干管；(4)燃气干管；(5)通风空调干管；(6)建筑物的金属结构。这里使用“联

42、结(bonding)” 一词是为了有别于常用的“连接(connection)” 一 词。“联结”有多个可导电部分互相连通 (interconnection)的意思。它虽也是一种 连接，但它主要用来传导电位使电位相等或接近，而非用来像PE线那样传送大幅值的故障电流，所以用于防电击目的的联结线选用的截面可比PE线小得多。在IEC标准和其他国家标准中“联结”就是“等电位联结(equipotential bonding)” 一词的简写，本书中也采用这一简写。同理，联结线即是等电位联结线的简称。建筑物内作了总等电位联结后，其电气装置的 PE线和外露导电部分、电气装置外导电部分和接地系统都互相连通，从而在

43、建筑内形成一电位相等或接近的区域。这样当任一管线(包括电气线路)因故导入危险高电位时整个建筑物将同时升高至同一电位，在其内将不出现电位差，借以避免许多电气危险。总等电位联结对不同接地系统的作用是不尽相同的。对于常用的TN 系统，其作用如下：(1)当建筑物内发生接地故障时，它可降低由此引起的接触电压，这将在本章第四节内叙述。(2)当建筑物外的电源发生接地故障时，它可消除沿PEN(PE)线导入的对地电压，在建筑物内形成的电位差引起的电气事故，这也将在本章第四条中叙述。对于常用的TT 系统，总等电位联结的作用不似TN 系统那么重要，这是因为：(1)当建筑物内发生接地故障时，虽然总等电位联结可大大降低

44、接触电压，但在 TT 系统内的防电击主要靠RCD 来迅速切断电源，接触电压的高低已无多大意义。(2)TT 系统的 PE 线引自与电源系统无任何关联的单独的接地极，它不存在沿自电源侧引来的PE 线导入故障电压的问题。虽然总等电位联结对各种接地系统的作用和重要性并不相同，但为确保电气安全和防雷电危害，以及适应信息设备电磁兼容的需要，各类接地系统建筑物电气装置内都须设置总等电位联结，并通过总等电位联结将各种电气系统和电气设备共同接地。当一大型建筑物有多个电源进线时，每个电源进线都需按要求实施总等电位联结。 各个总等电位联结系统应就近通过联结线互相导通，使整个建筑物处于同一电位水平上。在电气装置故障情

45、况下，建筑物内的电位水平将高于建筑物外的电位水平，但就低压电气装置而言，户内外因故障而引起的电位差是有限的，不必考虑跨步电压的危害。为了便于连接联结线，如图6-1 所示，需在电源进线箱旁安装一具有多个接线端子的铜质接地母排。它可装在一箱(盒 )内并嵌装在墙内，箱(盒 )应设有用钥匙或工具才能开启的门，以防无关人员触动。可燃气体管道必须纳入总等电位联结范围内，以免出现电位差，但IEC 标准也规定燃气和燃油管道不允许用作接地极。为此应在该等管道入户后5m 长度内插入一绝缘段，以与户外地下管道绝缘，这样做也是为了管道阴极保护的需要。最简便的做法是在法兰盘处插入一绝缘板。但在建筑物遭雷击时，雷电冲击电

46、压可能击穿该处间隙而通过管道泄放雷电流，在管道内产生危险电火花。为此需如图 6-1 所示在法兰盘两侧间跨接一火花间隙，使电火花在管道外发生。此部分工作应由燃气公司完成。就防间接接触电击而言，设置总等电位联结后，电气装置接地系统的接地电阻包括 TN 系统重复接地的接地电阻阻值大小已无意义，因接地电阻的大小和接触电压已没有关系。飞机内电气装置是无法接地的，其接地电阻为无限大，飞机内只是以金属机身的电位为参考电位而进行等电位联结，飞机机身犹如一个等电位的法拉第笼。所以人在飞机电气装置内十分安全，其复杂的电子信息设备的工作也十分正常，不受干扰。因此对设有总等电位联结的建筑物电气装置，一般没有必要为电气

47、安全或功能性的需要设置人工接地极。另外， 总等电位联结所接的基础钢筋、自来水管道以及埋地电缆的金属外皮等本来就是低接地电阻长寿命的自然接地体，它们原本己起着良好接地极的作用，更无必要再费时、费力地设置阻值高而寿命短的人工接地极。也有例外的情况，例如当基础被地下室防水层包 覆而对地绝缘时，需为雷电流和静电电荷的对地泄放而打人工接地极或为进一步 降低接地电阻而补充人工接地极。此接地极也需与建筑物的总等电位联结相连 通，从而实现等电位以防止雷电流在接地极上产生的高电位向建筑物跳击放电而 引发事故。第三节 辅助等电位联结和局部等电位联结在有总等电位联结的建筑物内，如某一回路的过流防护电器不能满足自动切

48、 断电源防电击的时间要求，常需加做辅助等电位联结或局部等电位联结， 来降低 接触电压至限值以下，防止电击事故的发生。试举图6-2所示的例子，图中一末端回路用电的设备发生接地故障，该设备距建筑物进线箱甚远，接地故障回路阻 抗甚大，发生接地故障时PE线上全长所产生的电压降，也即设备处的接触电压， 超过了其限值50V,又由于回路阻抗大、故障电流小，末端配电箱上的过电流防 护电器（断路器、熔断器）不能在规定时间内切断电源，这时人体若同时触及故障 设备和其旁带地电位的水管就有遭受电击的危险。消除这一危险有多种方案可供 选择，例如可加大导线截面以增大故障电流， 缩短切断电源时间，也可装用RCD 迅速切断电

49、源等。但最经济有效的方法是用短短的一根联结线，如图 6-2中虚线 所示将设备和水管进行联结，使两者的电位同时升高至同一电位水平上。由于不存在电位差，即使切断电源时间超过规定值， 电击事故也无由发生。这一根短导 线所实现的两部分间的等电位联结被称作辅助等电位联结。.进裳箱诟母弁修配电箱PE揖播k.接地母推用电设餐 发生接地故障水管U.5W 工5m辅助等电矗结图6-2采用辅助等电位联结措施防间接接触电击如果图6-2所示场所内有多台设备和多种管道，如都按上述做法作许多辅助 等电位联结将十分繁琐。这时可按总等电位联结的做法在末端配电箱（或分配电箱）近旁设一端子板，用几根联结线将此局部场所内的 PE线和

50、各种金属管道结构 互相联结，这时寥寥几根联结线就可将此局部场所内任一设备故障时的接触电压 限制到接触电压限位以下。它还可消除沿 PE线或金属管道结构传导来的故障电 压引起的危险电位差。这种在局部场所的小范围内作等电位联结的防电击措施放 称作局部等电位联结。发达国家十分重视局部等电位联结的应用，例如他们在高 层建筑的每一层楼都作局部等电位联结。 这是因为除防电击外，它对防雷害和对 信息设备的抗干扰都是有好处的。在电击危险大的特殊场所，例如医院手术室、浴室、游泳池、喷水池等局部等电位联结更是必不可少的电气安全措施，这在第二十三章内将作介绍。需要说明等电位联结系统不同于将电源和负载相连接的配电系统，

51、因此不要求用专线将总等电位联结的接地母排和局部等电位联结的端子板相连通。关于各类等电位联结的具体安装可参阅国标等电位联结安装图册 (02D501-2),不多述。第四节TN系统内自动切断电源的防电击措施TN系统内发生接地故障时，其故障电流通过回路的PE线返回电源。可能有三种不同情况出现：一是故障处两个相接触的金属部分因通过大幅值故障电流 熔化成团而缩回，从而脱离接触，接地故障自然消失而不引发事故； 二是两金属 部分虽脱离接触但却建立了大阻抗的电弧，相当大一部分的相电压降落在电弧 上，PE线上电压降形成的接触电压往往不足以引起电击事故，其电气危险常表 现为电弧引燃起火；三是两金属部分熔化后焊牢，成

52、为故障点阻抗可忽略不计的 “死”故障，因故障电流大，过电流防护电器能迅速切断电源。但如果因故不动 作或切断不及时，而PE线上大电流产生的大电压降形成的接触电压又超过接触 电压限值，这时人体如触及带电的设备外露导电部分， 就有可能导致间接接触电 击事故。如果防护电器失效不动作，故障持续时间过长，回路导体将产生异常高 温而引起电气火灾。下面将讨论在 TN系统中，采用自动切断电源对间接接触电 击事故的防范。1 .切断电源的条件在TN系统内选用的自动切断电源的防护电器和回路导体，应能满足在建筑物内发生接地故障时，在规定的时间内切断电源的要求。它可用下式表示Zs,Ia(6-1)式中Zs故障回路阻抗，包括

53、相线、PEN线、PE线和变压器(发电机)阻抗,Q ;I a保证防护电器能在规定时间内动作的最小电流，它为断路器整定 电流或熔断器熔体额定电流In的若干倍，即Ia=KIn , A；Uo相电压，即相线和中性线之间的标称电压， 在故障发生点阻抗可 忽略不计的接地故障后，故障电流 Id必须大于Ia才能使防护电 器在规定时间内动作，即Id Ia山ZsU_2Zs从而得出式(6-1)。从式(6-1)可知在TN系统内发生上述接地故障时，电源的切断 与低压系统接地的接地电阻的阻值无关。2 .总等电位联结与PEN(PE)线重复接地防电击效果的比较按我国习惯的做法，TN系统在进线处设置接地极作重复接地似乎是必不可

54、少的。但按IEC标准作总等电位联结后，这种做法的必要性已经不大了。重复接地是在建筑物低压电源进线处将电源端的系统接地重复做一次，以降低PEN线(PE线)的对地电位，从而降低发生接地故障时的接触电压。但做总等电位联结 可以更多地降低接触电压，因此 IEC标准并不强调人工的重复接地的设置，下 文将对此作一分析。图6-3(a)为常用的TN-C-S系统，在电源进线箱处PEN线被分为PE线和N 线，虚线所示为重复接地，点划线所示为总等电位联结。当没有做重复接地和总 等电位联结时，如果发生图6-3(a)所示的接地故障，故障电流Id如图6-3(b)等效 图所示流经相线和PE线、PEN线返回变压器低压绕组Uo

55、Uo1d Zs Zl Zpen Zpe式中，Zl、Zpe、Zpen分别为相线、PE线和PEN线阻抗。假设人体阻抗为 Zt, 鞋袜和地板电阻为Rs,变电所接地电阻为Rb,因Zl+Rs+Rb总和以若干千欧计， 而Zpe+Zpen总和以若干毫欧计，Zl+Rs+Rb对Zpe+Zpen的分流可忽略不计，则施 加于人体上的预期接触电压为Ut =Id ZPE Z PEN )(6-2)如果按图6-3(a)虚线所示在电源进线处作重复接地，具接地电阻为 RA,则其等 效图如图6-3(c)所示。从图可知Ra与Rb串联再与Zpen并联，也即Ra上的电压 降为Zpen上电压降的分压，其值为Id Zpen - Ra/(Ra+Rb)。做重复接地后，人体 预期接触电压为ZPE和RA上电压降之和，即U t = Id *ZPE I