触电防护技术（重难点）

注安·技术 · 2024-10-05 · 474 人浏览

直接接触电击防护措施

绝缘

材料

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分类

  1. 固体：瓷、玻璃、韵母、石棉、塑料
  2. 液体：矿物油、硅油、变压器油等
  3. 气体：六氟化硫、氮气等

性能（重点）

电性能

绝缘材料的电性能主要是电阻率和介电常数，作为绝缘结构，主要性能是绝缘电阻、耐压强度、泄漏电流和介质损耗

  1. 电阻率是相应于在稳定直流状态下所表现出的电阻率
  2. 固体绝缘材料的漏导电流的途径包括体积途径和表面途径
  3. 介电常数表明绝缘极化特征，介电常数越大，极化过程越慢
  4. 绝缘电阻相当于漏导电流遇到的电阻，是直流电阻

热性能

  1. 耐热性：用允许工作温度来衡量

  2. 耐弧性：接触电弧时表面抗碳化的能力，一般无机绝缘材料的耐弧性能优于有机绝缘材料的耐弧性能

  3. 阻燃性：用氧指数表示，恰好保持燃烧状态所需的最低氧浓度

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    1. 可燃性材料：$\mathrm{OI}<$21%
    2. 自熄性材料：21%$\leq\mathrm{OI}<$27%
    3. 阻燃性材料：$\mathrm{OI}\geq$27%

其他

  1. 力学性能：随使用时间延长、力学性能逐渐降低
  2. 吸潮性能
    1. 木材属于吸水性材料，玻璃属于非吸水性材料
    2. 玻璃属于亲水性材料，蜡和四氯乙烯属于非亲水性材料
  3. 抗生物性能

绝缘破坏（重点+实务）

绝缘击穿（重点）

  1. 气体绝缘击穿

    1. 由碰撞电离（固液气击穿共性）导致，气体击穿后绝缘性能会很快恢复
    2. 平均击穿场强随电场不均匀程度的增加而下降

  2. 液体绝缘击穿

    1. 液体绝缘的击穿特性与其纯净度有关
    2. 液体电子自由行程短，积聚能量难度大，击穿强度比气体高
    3. 液体绝缘击穿后，绝缘性能只在一定程度上得到恢复

  3. 固体绝缘击穿

    1. 电击穿：作用时间短、击穿电压高
    2. 热击穿、电化学击穿：作用时间长、击穿电压低
    3. 放电击穿：内部气泡放电→加热产生气泡→气泡放电

    当沿面放电发展到另一电极时称为闪络

    固体绝缘击穿后将失去其原有性能

绝缘老化

长期影响

老化是绝缘材料在运行过程中受到热、电、光、氧、机械力、微生物等因素的长期作用，发生一系列不可逆的物理化学变化，导致电气性能和机械性能的劣化

绝缘损坏

短期影响

损坏是指绝缘材料受到外界腐蚀性液体、气体、蒸气、潮气、粉尘的污染和侵蚀、以及受到外界热源、机械力、生物因素的作用，失去电气性能、力学性能的现象

屏护和间距

屏护

固定式屏护装置所有材料应有足够的力学强度和良好的耐燃性能

屏护装置须符合的安全条件

  1. 遮拦高度$\geq$1.7m，户内栅栏$\mathbf{\geq}$1.2m，户外栅栏$\mathbf{\geq}$1.5m
  2. 低压设备遮拦与裸导体 距离$\geq$0.8m，栏条间距不大于0.2m
  3. 凡用金属材料制成的屏护装置，为了防止屏护装置意外带电造成触电事故，必须接地（接零）
  4. 屏护装置上挂“止步！高压危险！”“禁止攀登”等标志
  5. 遮拦出入口门上应根据需要安装信号装置和联锁装置

间距（实务）

  1. 带电体安全距离取决于电压高低、设备类型、环境条件和安装方式

  2. 架空线路的间距须考虑气温、风力、覆冰及环境条件的影响

  3. 架空线路导线与地面和水面的距离（单位：米）

    线路电压
    线路经过地区 $\leq$1$kV$ 10$kV$ 35$\mathbf{kV}$
    居民区 6 6.5 7
    非居民区 5 5.5 6

  4. 架空线路应避免跨越建筑物，必须跨越建筑物时，应与有关部门协商病取得该部门的同意，注意架空线路不应跨越可燃材料屋顶的建筑物

    导线与 建筑物的 最小距离
    线路电压 $\leq$1$kV$ 10$kV$ 35$kV$
    垂直距离/m 2.5 3.0 4.0
    水平距离/m 1.0 1.5 3.0

  5. 架空线路导线与绿化区或公园树木的距离不得小于3m

  6. 架空线路应与有火灾爆炸危险的厂房保持必须的防火间距

  7. 在架空线路断线接地点4-8m范围内，不得随意进入

  8. 起重机具与导线之间的最小距离为乙酸

    线路电压 $\leq$1$kV$ 10$kV$ 35$kV$
    最小距离/m 1.5 2 4

  9. 各电压环境中作业的检修安全距离

    作业形式 电压等级 安全距离
    低压环境 $\mathbf{\geq}$0.1m
    人体及携带工具
    与带电体的距离    		 10kV 无遮拦作业 $\mathbf{\geq}$0.7m
    有遮拦作业 $\geq$0.35m

间接接触电击防护措施

保护接地

接地保护主要包括IT系统和TT系统

IT系统（重点）

安全原理

  1. 将在故障情况下可能呈现危险对地电压的金属部分经接地线、接地体同大地连接起来，把故障电压限制在安全范围以内
  2. 通过低电阻接地，漏电状态并未因接地而消除
  3. 只有在不接地配电网中，由于单相接地电流较小，才有可能通过保护接地把漏电设备故障对地电压限制在安全范围之内
  4. 在线路较长的低压配电网中，单相电击危险性依然存在

保护接地应用范围和基本要求

  1. 保护接地适用于各种不接地配电网
    ⚠️凡由于绝缘损坏或其他原因而可能呈现危险电压的金属部位，除另有规定外，均应接地
  2. 为限制设备漏电时外壳对地电压不超过安全范围，一般保护接地电阻$\mathbf{R_E\leq4\Omega}$，当配电变压器或发电机的容量不超过100$\mathrm{kV\cdot A}$时，可以放宽到$\mathbf{R_E\leq10\Omega}$

TT系统（重点+实务）

安全原理

  1. 过电压防护性能较好，一相故障接地时单相电击危险性较小，故障接地点比较容易检测
  2. 在接地的配电网中，单相电击的危险性比不接地的配电网单相电击的危险性大
  3. 由于$\mathrm{R_E}$和$\mathrm{R_N}$在同一个数量级（欧姆级），故障电流不可能太大，一般短路保护装置不起作用
  4. TT系统应装设自动切断漏电故障的剩余电流保护装置
  5. 只有在采用其他防止间接接触电击的措施有困难的条件下，才考虑采用TT系统
  6. 采用TT系统时，应当保证在允许故障持续时间内漏电设备故障对地电压不超过某一限值
  7. TT系统主要用于低压用户，即用于未装配配电变压器，从外面直接引进低压电源的小型用户

保护接零

接零保护主要包括TN系统（TN-C、TN-S、TN-C-S）

原理和类别（实务）

当设备某相带电体碰连设备外壳（外露导电部分）时，通过设备外壳形成该相对保护零线的单相短路，短路电流促使线路上的短路保护迅速动作，从而将故障部门断开电源消除电击危险

  1. 保护接零也能在一定程度上降低漏电设备对地电压
  2. TN系统分为TN-S、TN-C-S、TN-C三种方式
  3. 在TN系统中，中性线用N表示，专用的保护线用PE表示，共用的保护线与中性线用PEN表示

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速断和限压要求（重点）

除速断保护的作用外，也能降低漏电设备对地电压

配电线路类型 故障持续时间
配电线路或仅供给固定式电气设备的线路 不宜超过5s
供给手持式的电动工具、移动式
电气设备的线路或插座回路		 220V 不应超过0.4s
380V 不应超过0.2s

应用范围

保护接零系统中，凡因绝缘损坏而可能呈现危险对地电压的金属部分均应接零

  1. TN-S系统：火灾爆炸危险环境、有独立附设变电站的车间
  2. TN-C系统：无火灾爆炸危险、用电设备少、线路简单的场所
  3. TN-C-S系统：厂内设有总变电站、厂内低压配电的场所、非生产性的楼房等

⚠️除非接地的设备装有快速切断故障的自动保护装置（如漏电保护装置），否则不得在TN系统中混用TT方式

重复接地（重点）

重复接地指PE线或PEN线上除工作接地以外其他点的再次接地

作用主要包括

  1. 减轻零线断开或接触不良时电击的危险性
  2. 降低漏电设备的对地电压
  3. 改善架空线路的防雷性能
  4. 缩短漏电故障持续时间（加速了线路保护装置的动作）

工作接地

工作接地是配电网在变压器或发电机中性点的接地

工作接地的主要作用是减轻各种过电压的危险

不接地的10kV系统中，工作接地与变压器外壳的接地、避雷器接地共用

一般要求接地电阻$R_N\leq$4$\Omega$；高土壤电阻率地区放宽至$R_N\leq$10$\Omega$

直接接地的10kV系统中，工作接地应与变压器外壳的接地、避雷器的接地分开

等电位联结

保护导体与建筑物金属结构、生产用金属装备以及允许用作保护线的金属管道等用于其他目的的不带电导体之间的连接

  1. 主等电位：总开关柜内保护导体端子排与自然导体之间的联结
  2. 辅助等电位：用电设备与保护导体之间的在联结
  3. 主等电位连接导体的最小截面积不得小于最大保护导体截面积的$\Large{\frac{1}{2}}$，且不得小于6$mm^2$

保护导体和接地装置

保护导体（重点）

组成

  1. 交流电气设备应优先利用建筑物的金属结构、生产用起重机的轨道、配线的钢管等自然导体作保护导体
  2. 低压系统允许利用不流经可燃液体或气体的金属管道作为保护导体
  3. 保护导体干线必须与电源中性点和接地体相连（直接连接，不得经连接线连接）
  4. 保护导体支线应与保护干线相连，为提高可靠性，保护干线应经两条连接线与接地体连接

保护导体截面积（重点）

相线截面积$S_L$ 保护零线最小截面积$S_{PE}$
$S_L\leq$16$mm^2$ $S_L$
16$mm^2<S_L\leq$35$mm^2$ 16$mm^2$
$S_L\geq$35$mm^2$ $\Large{\frac{S_L}{2}}$
单芯绝缘导线作保护零线 有机械防护不得小于2.5$mm^2$
无机械防护不得小于4.0$mm^2$
兼用作中心线、保护零线的PEN线 PEN线最小截面积
铜制$\geq$10$mm^2$
铝制$\geq$16$mm^2$
电缆芯线$\geq$4$mm^2$

电缆线路应利用其专用保护芯线和金属包皮作保护零线

接地装置（重点+实务）

自然接地体和人工接地体

  1. 自然接地体的接地电阻符合要求时，可不敷设人工接地体（发电厂和变电所除外）
  2. 自然接地体至少应有两根导体在不同地点与接地网相连

接地线

  1. 交流电气设备应优先利用自然导体作接地线
  2. 非经允许，接地线不得作其他电气回路使用
  3. 不得利用蛇皮管、管道保温层的金属外皮或金属网以及电缆的金属护层作接地线

安装要求

  1. 接地体上端离地面深度不应小于0.6m（农田地带不应小于1m）并应在冰冻层以下
  2. 接地体宜避开人行道和建筑物出入口附近
  3. 接地体的引出导体应引出地面0.3m以上
  4. 接地体离独立避雷针接地体之间的地下水平距离不得小于3m，离建筑物墙基间的地下水平距离不得小于1.5m
  5. 接地线与铁路或公路交叉处应穿管或用角钢保护
  6. 接地线与建筑物伸缩缝、沉降缝交叉时，应弯成弧状或另加补偿连接件
  7. 采取网络接地时应注意防止高电位引出和低电位引入的可能

接地装置连接

  1. 接地装置地下部分的连接应焊接，并采用搭焊
  2. 利用建筑物的钢结构、起重机轨道、工业管道等自然导体作接地线时，其伸缩缝或接头处应另加跨接线
  3. 接地线与管道的连接可采用螺纹连接或抱箍螺纹连接，必须采用镀锌件以防止锈蚀
  4. 在有振动的地方，应采取防松措施

双重绝缘（实务）

结构

工作绝缘

带电体与不可触及的导体之间的绝缘

保护绝缘

不可触及导体与可触及导体之间的绝缘

加强绝缘

具有双重绝缘相通绝缘水平的的单一绝缘

基本条件（实务）

  1. II类设备的绝缘电阻用500V直流电压测试
  2. 工作绝缘的绝缘电阻不得低于2$M\Omega$
  3. 保护绝缘的绝缘电阻不得低于5$M\Omega$
  4. 加强绝缘的绝缘电阻不得低于7$M\Omega$
  5. II类设备在其明显部位应有“回”形标志
  6. 凡属双重绝缘的设备，不得再行接地或接零

电气隔离和不导电环境（重点+实务）

电气隔离（重点）

指在隔离变压器的二次边构成了一个不接地的电网，阻断在二次边工作的人员单相电击电流的通路

  1. 电源变压器必须是隔离变压器
    1. 隔离变压器输入绕组和输出绕组没有电气连接，具有双重绝缘
    2. 隔离变压器的空载输出电压交流不应超过1000V
    3. 单相隔离变压器额定容量$\leq$25$kV\cdot A$，三相额定容量$\leq$40$kV\cdot A$
  2. 二次边保持独立
    1. 被隔离回路不得与其他回路及大地有任何连接
    2. 对于二次边回路线路较长者，应装设绝缘监视装置
  3. 二次边线路要求
    二次边线路电压过高或二次边线路过长，都会降低其可靠性
  4. 等电位联结
    为防止隔离回路中两台设备的不同相线漏电时的故障电压带来的危险，各台设备的金属外壳之间应采取等电位联结措施

不导电环境

  1. 地板和墙的每一点的电阻值要求
    1. 电压500V及以下者，电阻不应低于50$k\Omega$
    2. 电压500V以上者，电阻不应低于100$k\Omega$
  2. 保持间距或设置屏障
  3. 具有永久性特征
  4. 场所内不得有保护零线或保护地线
  5. 有防止场所内高电位引出场所范围外和场所外低电位引入场所范围内的措施

兼防措施

安全电压

具有依靠安全电压供电的设备属于III类设备

限值和额定值（重点）

限值

在任何情况下，任意两导体之间都不得超过的电压值

  1. 工频安全电压有效值的限值为50V，直流为120V
  2. 潮湿环境中工频安全电压有效值的限值取16V

额定值（重点）

  • 42V：特别危险环境使用手持电动工具应采用III类灯具
  • 36/24V：凡有电击危险环境使用的手持照明灯和局部照明灯
  • 12V：金属容器内、隧道内、水井内以及周围有大面积接地导体等工作地点狭窄、行动不便的环境
  • 6V：用于特殊场所，如水下作业采用的照明灯具

⚠️电气设备采用24V以上电压，必须采取防直接接触触电措施

安全电源及回路配置（重点）

安全电源

  1. 同常采用安全隔离变压器作为特低电压的电源，安全隔离变压器的一次线圈与二次线圈之间有良好的绝缘

  2. 特低电压边均应与高压边保持双重绝缘的水平

  3. 一般用途单相安全隔离变压器的额定容量不应超过10$kV\cdot A$，三相安全隔离变压器的额定容量不应超过16$kV\cdot A$

  4. 安全隔离变压器应具有耐热、防潮、防水及抗振结构

  5. 隔离变压器绝缘电阻的要求

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    1. 输入回路与输出回路之间，绝缘电阻取5$M\Omega$
    2. 输入回路与输入回路之间，绝缘电阻取2$M\Omega$
    3. 输出回路与输出回路之间，绝缘电阻取5$M\Omega$

  6. I类电源变压器可能触及的金属部分必须接地或接零，其电源线中应有一条专用的黄绿相间颜色的保护线，II类电源变压器不应接地或接零措施，没有接地端子

回路配置

  1. 安全电压回路的带电部分必须与较高电压的回路保持电气隔离，并不得与大地、保护接零（地）线或其他电气回路连接
  2. 安全电压的配线最好与其他电压等级的配线分开敷设，否则其绝缘水平应与共同敷设的其他较高电压等级配线的绝缘水平一致

插销座

安全电压设备插销座不得带有接零或接地插头或插孔

短路保护

安全隔离变压器一次边和二次边均应装设短路保护元件

功能特低电压

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指为满足某些功能所需的特低工作电压

  1. 装设必要的屏护或加强设备的绝缘，防止直接接触电击
  2. 当该回路与一次边保护零线或保护地线连接时，一次边应装设防止电击的自动断电装置，防止间接接触电击

漏电保护

用途

  1. 用于防止直接接触电击时，只能作为补充保护措施
  2. 可用于防止漏电火灾，或用于监测一相接地故障

分类

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  1. 按动作原理分类：电压型和电流型
  2. 按有无电子元件：电子式和电磁式
  3. 按极数分类：二极、三极和四极

原理

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电压型和电流型

电压型漏电保护装置以设备上的故障电压为动作信号

电流型漏电保护装置以漏电电流或触电电流为动作信号

动作信号经处理后带动执行元件，促使线路迅速分断

电磁式和电子式

电磁式结构简单、承受过电流或过电压冲击能力较强，但灵敏度度不高

电子式灵敏度高、动作参数容易调节，可靠性低，承受电磁冲击性差

动作参数

灵敏度 动作电流 主要作用
高 $\mathbf{\leq30mA}$ 防止人身触电事故
中 $\mathbf{\leq1000mA}$ 防触电和漏电火灾
低 $>1000mA$ 防漏电火灾和一相接地故障

⚠️保护装置的额定不动作电流不得低于额定动作电流的$\Large{\frac{1}{2}}$

漏电保护装置的动作时间

  1. 漏电保护装置的动作时间指动作时最大分断时间
  2. 延时型的只能用与动作电流30$\mathbf{mA}$以上的保护装置

安装和运行（重点+实务）

安装

  1. 必须装设漏电保护装置的场所

    二次侧低压用电用电端经常有人触及的电气设备

    1. 属于I类的移动式电气设备及手持电动工具
    2. 生产用的电气设备、施工工地的电气设备
    3. 安装在户外的电气设备、临时用电的设备
    4. 除壁挂式空调电源插座外的其他电源插座
    5. 游泳池、喷水池、浴池的电气设备
    6. 安装在水中的供电线路和设备
    7. 医院中可能直接接触人体的电气医用设备

  2. 应装设报警式漏电保护装置的场所

    1. 公共场所的通道照明和应急照明电源
    2. 消防用电梯及确保公共场所安全的电源

  3. 可以不安装漏电保护装置的场所

    1. 使用特低电压供电的电气设备
    2. 使用隔离变压器且二次侧为不接地系统供电的设备
    3. 其他没有漏电危险和触电危险的电气设备

误动作和拒动作

误动作和拒动作都会影响漏电保护装置正常运行

误动作指漏电保护装置在线路或设备未发生预期的触电或漏电时的动作

拒动作指发生预期动作的触电或漏电时保护装置拒绝动作

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