低压电气装置的设计安装和检验(共158页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上第一章 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

2、于l00Hz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10mA。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电流通过人体时引起的心室纤维性颤

3、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 60479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。图中各区域的含义：区直线a左侧的区域，通常无感觉；区直线a与折线b之间的区域，有电的感觉，但无病理反应；区折线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；区曲线c右侧的区域，

4、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加剧。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。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Zt上的接触电压而产生。接触电压越大，Ib也越大。

5、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时间曲线L1和L2，如图1-2所示。应该说明，图1-2曲线L1和L2非自图1-1曲线L按欧姆定理推算求得，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Ut。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

6、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，IEC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

7、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30mA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

8、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

9、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。第二节 系统接地的作用系统接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

10、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(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。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

11、电击致死的危险很大。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

12、。现在大城市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(PE线)

13、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：单相两线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统，如图3-1所示。单相三线系统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。两相三线系统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

14、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。三相三线系统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。第二节 接地系统分类接地系统分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

15、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1000)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系统在全系统内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

16、-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-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。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

17、TN-C系统从图3-7可知，TN-C系统内的PEN线兼起PE线和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T

18、N-C系统内不能装用四极开关来保证维修人员的安全。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。2 TN-S系统从图3-8可知，在整个TN-S系统内，PE线和N线被分为

19、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UPEN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UPEN而在装置内并没有出现电位差，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，

20、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。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、

21、PEN线都是连通的，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

22、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

23、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

24、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，

25、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-l所示。图中2.5m为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

26、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。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

27、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1500，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按防间接接触电击措施的分类 当电气装置因

28、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”。间接接触电击既由接地故障引起，其防护措施就因接地系统类型的不同而各不相

29、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、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

30、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 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

31、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 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类设备。由

32、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 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

33、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

34、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，设备金属外壳可与地接触，但不能通过PE线进行接地。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

35、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。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

36、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

37、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

38、源进线处将下列可导电部分互相连通，如图6-1所示。(1)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

39、 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，

40、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

41、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

42、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

43、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

44、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

45、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。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线和各种金属管道结构互相联结

46、，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，因此不要求用专线将总等电位联结的接地母

47、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，成为故障点阻抗可忽略不计的“死”故障，因故障电流

48、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 （6-1）式中 Zs故障回路阻抗，包括相线、PEN线、PE线和变压器(发电机)阻抗，；Ia保证防护电器能在规

49、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；U0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，即而 故 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

50、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

51、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 （6-2）如果按图6-3(a)虚线所示在电源进线处作重复接地，其接地电阻为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IdZPENRA/(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 （6-3）如按图6-3(a)点划线所示作总等电位联结，PEN线上的电压降已在等电位联结范围以外，对人体接触电压已不产生影响，只剩下PE线的电压降对人

52、体形成预期接触电压，其等效图如图6-3(d)所示。做总电位联结后人体预期接触电压仅为 （6-4）由式(6-2)和式(6-3)可知做重复接地后降低的预期接触电压为 （6-5）从式(6-2)和式(6-4)可知，做总电位联结后降低的预期接触电压为 （6-5）将式(6-5)和式(6-6)相除，并设RA10，RB4，得它说明在这种情况下，就降低预期接触电压的数值而言，做总电位联结降低的值为做重复接地降低值的3.5倍，这充分证明做总等电位联结的效果远优于做重复接地。不少电气专业人员认为重复接地可减轻中性线中断引起的烧坏单相设备的危害，实际情况并非如此，这将在第十五章第一节内予以叙述。在做总等电位联结后，实

53、际上已实现TN系统的重复接地，因被联结的基础钢筋、金属水管、电缆的金属外皮等基本都是良好的自然接地极，这也将在第二十章第二节中予以讨论。为此除特殊情况外IEC标准不要求设置人工的重复接地，对重复接地的接地电阻也没有要求，它只建议在有可利用的现成的自然接地极的地方，包括建筑物的电源进线处，应尽量利用现成的自然接地极作为TN系统的重复接地的接地极，以使在发生接地故障时电气装置外露导电部分的电位更接近地电位。在没有自然接地极可利用时，不必花人力物力去设置人工的重复接地的接地极。这是因为电气装置外露导电部分通过PE线与电源接地的中性点的连接已实现了接地，而总等电位联结又具有比人工重复接地更好的效果的缘

54、故。目前电气设计安装中人工重复接地极的设置只是旧习惯的因循沿袭而已。3 切断电源的允许最长时间从第一章可知，固定式电气设备如发生接地故障，人体触及它时可立即摆脱而不致发生电击致死的事故，因此对固定式设备以及配电干线切断电源的时间，IEC标准没有严格的要求。但接地故障总需及早切断，不然仍可能发生线路烧损、电气火灾或其他电气事故。综合考虑线路在接地故障时的热承受能力、电动机起动时过电流防护电器误动作的避免、防护电器的合适动作灵敏度以及线路的合理截面等因素，IEC标准将所有接地系统切断固定设备和配电干线电源的允许最长时间规定为5s。手持式和移动式设备因经常挪动，较易发生接地故障，而一旦发生故障时人手

55、往往不能摆脱带故障电压的设备而使人体持续通过接触电流，为此其防护电器切断电源的时间不应超过图1-2曲线L1和曲线L2的相应时间值。计算各种情况下的接触电压是项十分复杂费时的工作，为求简化，IEC标准规定TN系统可不按接触电压而按电气装置的标称电压来确定一统一的最长切断电源的时间来防电击事故，下文将对此作一简叙。 TN系统内发生接地故障后的预期接触电压Ut值可依下式估算 （6-5）式中 c与作有总等电位联结的建筑物电气装置的电源侧阻抗有关的系数，也即做总等电位联结后降低预期接触电压的系数，其值为0.61； mPE线电阻与相线电阻的比值，也即其截面比值的倒数，其值为13，按理m值应取阻抗的比值，I

56、EC考虑电线穿管回路和电缆回路中的相线和PE线十分靠近，与电阻相比，特别是截面为95mm2及以下截面的回路，电感可忽略不计，因此m值只取电阻的比值。通常情况下c取为0.8，m取为1，代入式(6-7)得查图l-2的曲线L1得允许最长切断电源时间t为0.45s。按有关IEC电压标准，国际上以后通用的标准标称电压为230V而非220V，故IEC取t值为0.4s。为与国际标准接轨我国迟早要将220V标称电压改为230V。为使我国有关规范与IEC标准相一致，也取此时间值为0.4s。当标称电压为220V时，此值略偏保守。t0.4s系对正常的干燥环境而言，若为潮湿环境需查图1-2的曲线L2，得t=0.25s

57、，但IEC标准对此类潮湿环境的t值未作出统一的规定。当相电压不为230V而为127、277、400V及大于400V时，IEC标准规定干燥环境的t值分别为0.8、0.4、0.2s及0.1s。4电击防护电器的选用就防电击而言，TN系统内可采用下列电击防护电器：(1)过电流防护电器；(2)RCD。当TN系统内发生故障点焊“死”的接地故障时，电击危险很大，但这时故障电流也很大，可用熔断器、断路器等防过电流的开关电器来切断电源。其切断时间需满足上述t=5s和t=0.4s的要求。如果采用熔断器作电击防护，按我国GB50054-1995低压配电系统设计规范的规定，接地故障电流Id与熔体额定电流的倍数不应小于表6-1所列值。如果采用断路器作防电击电器，不论要求t5s或t0.4s都需借其瞬时动作的电磁脱扣器来切断电源，考虑我国产品制造误差和电网电压偏差等因素后，接地故障电流Id与瞬时动作整定电流Ia