电气安全第一章 电气安全基础第一节电气安全问题立论第二节电气危害第三节绝缘技术基础第四节接地技术基础第五节环境技术基础第六节电气产品的安全认证第一节 电气安全问题立论 一、电气安全问题的背景 1、社会背景 各类“电”系统产生的危害 2、自然背景 自然界雷电、静电等产生的危害 3、技术发展规律背景 理论（如物理学）研究突破趋利应用 形成工程体系 负面作用显现避害对策 4、学科背景 问题本身的基础性、所涉及学科的广泛性与理论深度、工程体系的系统性与综合性二、电气安全问题的工程现状1）对比知不足与IEC标准对比，与先进国家单位用电量事故率对比。2）学习与进步与先进标准接轨。接轨力度：从等效采用，到等同采用。3）努力的方向更新观念，纠正错误，普及知识，发展技术。 三、本课程研究范围和重点面向非专业场所，面对非专业人员，研究各类电气危害产生的机理和特性参数计算，并提出有效的技术防护措施。关键词：两个“非”，“技术措施”第二节 电气危害一、电气危 害分类 二、电气危害的主要加害源简介1、供配电系统危害对象：系统自身；系统所处环境中的其他事物。2、雷电、静电等危害对象：所处环境中的其他事物，包括电气电子系统和建（构）筑屋等。 三、电气危害的特点1、非直观性。2、途径广。3、能量大小悬殊，谱密度多样。4、作用时间长短不一。5、关联性。危害间、危害与防护措施间、不同防护措施相互之间。 四、电气危害的规律1、电气危害总是缘于电能的非期望分配。理解某种危害产生机理的最基本依据。2、电气危害的发生一定伴生着电气参量的变化。变化：量值大小，特征、组合特性等。判断某种危害是否发生的关键。第三节 绝缘技术基础一、绝缘材料绝缘材料导电能力很小的一类材料的总称，又称电介质。本质特征：材料中基本没有可自由移动的载流子。参数界定：电阻率不低于107m。 用途：对带电导体进行封闭、隔离。物态：气体、液体、固体绝缘。典型材料：空气、变压器油、塑料1、绝缘材料的电气参数（1）绝缘电阻率。 107m。与温度反相关，温度特性与导体相反。（2）介质损耗因数。1）介质损耗。交变电压作用下绝缘介质中产生的有功功率损耗，简称介损。2）介损机理探讨。交变电压作用下介质中主要会产生泄漏和极化两种现象。泄漏即介质中少量载流子在电压作用下发生的定向运动，产生电流，由此产生的损耗叫做电导损耗或泄漏损耗。极化又分有损与无损极化。无损极化：中性分子在外电场作用下正、负电荷中心分离但外电场消失后会重新重合，无能量消耗，又称弹性极化。有损极化：偶极子在外电场作用下重新取向，外电场消失后不复原，有能量消耗，又称非弹性极化。介质等效电路。三个支路解释。理想介质实际介质3）介质损耗角。 介损功率与介质体积、外加电压等有关，不能表征材料的性质。介损角只与材料有关。工程上一般测量介损角正切值tan，称为介损因数。理想介质相量图实际介质（3）介电强度。指绝缘不被击穿所能承受的最大电场强度，又称介质强度。介电强度不仅与绝缘材料本身的性质有关，还与外加电场的形式有关。如直流与交流电压作用下，介质的介电强度可能不同。介质介电强度受环境条件影响较大，如温度、湿度、压力等。举例：正常条件下空气介电强度为3kV/mm。小结：绝缘材料的最常见电气参数为：绝缘电阻率、介质损耗角（或介损因数）和介电强度。这些参数只与介质材料有关，与介质形状、体积等无关。介质材料电气参数受温度、湿度等环境条件影响较大。2、绝缘材料耐热分级在保证寿命的前提下，根据绝缘材料所能长期承受的最高工作温度，可将它们分为若干等级。耐热等级耐热等级YAEBFH长期允许使用的最高温度长期允许使用的最高温度/C90105120130155180 绝缘耐热分级有时又称为绝缘等级，注意不要与绝缘强度参数混淆。 使绝缘寿命减半的额外温升，Y级绝缘为8，B级为10，H级为12。二、绝缘结构及分类1、绝缘结构的概念由一种或若干种绝缘材料构成的绝缘体，称为绝缘结构。绝缘结构可理解为由绝缘材料所加工成的零件在电气设备上的特定应用方式。绝缘结构按功能可分为工作绝缘和保护绝缘。2、按保护功能区分的绝缘形式（1）基本绝缘。带电部件上对触电起基本保护作用的绝缘结构。（介绍工作绝缘）（2）附加绝缘。为在基本绝缘损坏情况下防止触电而附加在基本绝缘之外的一种独立绝缘结构，又称辅助绝缘。（3）双重绝缘。由基本和附加绝缘共同构成的绝缘结构。基本绝缘和附加绝缘是可以分开的，各自本身就是一个独立的绝缘结构。（4）加强绝缘。相当于双重绝缘保护程度的单独绝缘结构，由一种或若干种绝缘材料构成，但不能分拆，是一个整体。a、b、c、d双重绝缘 e、f加强绝缘三、绝缘检测1、绝缘电阻测试1）测试设备。兆欧表。2）测试内容。吸收比，绝缘电阻。吸收比：屏蔽极应用偏转角为Rx的一元函数绝缘电阻R2、介损角正切值tan测试1）测试设备。介损电桥，又称西林电桥。2）测试结果。介损角正切值。正接线试件不接地反接线试件接地第四节 接地技术基础一、电气地与电气接地电气“地”：可用作为参考电位且电容无穷大的物体。用作参考电位:任何扰动下，电位都保持不变。（这一点实际上不可能完全做到）电容无穷大：可提供或接受任意多的电荷。电气“接地”：将电气系统或装置上导体的某一部分与电气“地”进行电气连接的技术措施。二、接地的分类功能性接地，保护性接地，电磁兼容接地。1、功能性接地为保证系统（设备）正常工作，或为保证系统（设备）正确可靠地实现其功能所作的接地。过去又称为工作接地。例如：系统中性点接地，单极直流输电系统大地回流极接地。2、保护性接地以人身和（或）设备安全为目的的接地。如：安全保护接地防雷接地防静电接地阴极保护接地3、电磁兼容接地为达到电磁兼容的要求所作的接地。又称高频接地。三、接地装置原理构成及接地电阻1、构成：由接地体（金属）、接地线构成接地体周围的土壤、岩石等虽然不是接地装置的构成部分，但对接地的电气性能影响很大，可视为与接地装置相关的外部因素。接地体作用：获取基准电位，提供电荷通。接地线作用：将接地体连接点引至地面以上并与接地系统或设备相连。 2、接地电阻 R 直流接地电阻； Ra工频接地电阻； Rsh冲击接地电阻； UE接地点与无穷远大地参考点间直流电压； IE 流入接地点的直流电流； 冲击系数，一般小于1。 四、地电位与地面（地中）电位分布 地电位：即参考0电位，指距接地点无穷远处的大地电位。相当于等效电路图中接地电阻下端电位。 地面（地中）某一点电位：当接地体有电流通过时，附近地面（地中）某一点以无穷远大地为参考点的实际电位。最高值等于等效电路图中接地电阻上端电位。地中等位面（剖面图）地面等位线（俯视图） 关于接地装置的利用方式问题 第五节 环境技术基础一、环境技术与电气安全的关系研究电气设备（系统）性能与环境状况之间关系的技术，叫做环境技术。环境技术主要包括两方面的内容：（1）环境条件。（2）环境试验。 二、环境条件 我国传统的称谓为“环境条件”。 IEC关于“外部条件”的概念内涵更深刻，而环境条件属于外部条件的一个组成部分。 根本区别：是否包括环境中人及与人相关的因素。 按IEC“外部条件”进行介绍。三、环境试验（1）自然暴露试验。最准确，最难实施，很难重复，时效性最差。（2）现场试验。时效性较好，有一定可重复性，结果可行度取决于试验内容和方法。（3）人工模拟试验。可随时重复进行，时效性好，结果可信度高度存疑。第六节 电气产品的安全认证一、电气产品安全认证的基本概念1、认证与认证制度认证（Certification）：由权威机构根据当事人提供的资料和其他信息，对某一事物、行为或活动的本质或特征，经确认属实后给予的证明。要件：被认证对象、认证机构、认证依据。认证制度：为实施认证活动而建立的一套规则、程序和管理制度，一般以法律或行政法规的形式固定下来。2、电气产品安全的范畴由国家标准GB19517国家电气设备安全技术规范规定，该标准覆盖交流501500V、直流751500V的各类电气设备。3、产品安全认证与电气安全工程的关系产品安全认证是电气安全工程的依据性基础。二、常见认证简介1、中国3C认证2、美国UL认证3、欧盟CE认证第二章 低压配电系统第一节城市电网与低压配电系统第二节低压系统按接地形式和带电导体形式分类第三节常用低压配电电器第四节低压系统短路电流计算第五节低压配电线路的过电流保护第六节低压配电线路带电导体截面选择第一节 城市电网与低压配电系统城网、农网、电气化铁路网等都是负荷中心电网，具有受端网的特征。供配电系统是受端网的最末部分。本节在介绍城网的基础上，引出供配电系统和低压配电系统的概念。从城网为出发，向上可深入到区域大电网，向下可延伸至用户网，是理解电力系统的一个很好的切入点。一、城市电网简介为城市送电和配电的各级电网的总称，它服务于一座城市的市区及所属（部分）郊区，简称城网。1、城网供电设施（1）城市变电所。指起变换电压等级、并起集中和分配电能作用的供电设施。（2）开关站。起接受和分配电能作用的配电设施，又称开闭所，不变换电压等级。（3）公用变配电所。向低压电力用户供电的变配电所，与城市变电所原理类同，但在城网中所处地位不同。“公用”一词对应于“专用”。专用变配电所指用户自己建设运行的变配电所，而公用变配电所是供电企业建设运行的。城市变电所城市变电所户户外外杆杆上上公公用用变变电电所所组合式成套用户组合式成套用户专用变电站专用变电站高压室高压室变压器室变压器室低压室低压室2、城市电网的电源向城市电网提供电能的设施统称为城市供电电源。（1）城市发电厂生产电能。（2）电源变电所接受域外输入的电能，一般是输变电系统的输电线路从远方大型发电厂输送过来的。新技术动态：分布式发电技术，使得一些用户自备发电站也成为城市电网电源。 3、城市电网结构与电压层次 （1）送电网与枢纽变电所送电网是城网中电压等级最高的电网，大城市多已达到500kV，一般城市为220kV。 送电网要求成环状网，一般要求成双环。送电网上功率（潮流）可双向输送，有调度作用。送电网上的城市变电所称为枢纽变电所。枢纽变电所中，接受域外电能或城市发电厂电能的变电所称为电源变电所。某特大城市送电网示意某某特特大大城城市市主主网网架架规规划划图图（2）高压配电网枢纽变电所二次出线至区域变电所之间的电网，称为高压配电网，简称高配网。区域变电所是城市中一个较小范围的供电设施，供电半径在主城区一般不超过10km。500kV送电电压的城网中，高配网电压一般为220kV和110kV；220kV送电电压城网中，高配网电压一般为110kV和35kV。 高配网功率一般只单向流动，但也可能部分参与潮流调度。（3）中压配电网从区域变电所二次出线，到公用或专用变配电所间的电网，叫中压配电网。中压配电网电压一般为10kV，也有少数为35kV（电压等级划分属于高压，但从网络中作用来说属于中压），现部分地区试运行20kV。 中压配电网中通常设置有较多的10kV开闭所，起分级配电作用。中压配电网功率只单向流动，不参与潮流调度。（4）低压配电网公用变电所二次出线至低压用户电表之间的电网，叫低压配电网。专用变电所二次出线后的电网，以及低压用户电表后的电网，技术上也属于低压配电网，但不属于供电企业运行管理的范围。城网简化模型城网简化模型二、供配电系统概念技术角度看：指区域变电所以下的电网，或一般情况下指110kV及以下电网。工程实际角度看：指电力用户电网。特征：处于电力系统的最末端，以使用电能为主要任务，功率单向流动，不参与潮流调度。研究重点：配电、用电问题，部分涉及供电问题。学科背景：电气工程技术，终端用户技术。三、低压配电系统最末端电网，电压220/380V，或380/660V。电源：公用或专用变配电所、自备发电站。负荷：用电设备。特点：一个电压等级。表达：单线图或多线图，以后者居多。低压系统单线图表示低压系统单线图表示低压系统多线图表示低压系统多线图表示第二节 低压系统按接地形式和带电导体形式分类一、术语解释（1）系统中性点。系统中与各输出端子间电压绝对值相等的那一点。电源系统：发电机绕组、变压器二次绕组等。负载系统：电动机、硅整流装置等。中性点是一个电气上的点，与电路中的节点可能有对应关系，也可能没有。 （2）装置外露导电部分：正常时不带电，故障时可能带电的设备或装置的易触及的金属外壳。常简称设备金属外壳，或简称外壳。对II类防电击设备（后续介绍），不论外壳是否是金属材料，均可认为无外露导电部分。（3）装置外导电部分：指定场所中不属于电气装置组成部分的导体。如：场所中的金属水管，金属挂架等。 （4）中性线（N线）：与电源中性点连接、并能起传输电能作用的导线。旧称零线，不正确，坚决摒弃。（5）保护线（PE线）：为防止触电危害而用来与某些部分连接的导线。旧称地线，不准确。某些部分：装置外露导电部分，装置外导电部分，中性点，接地点，等电位联结板等。（6）保护中性线（PEN线）：具有N线和PE线双重功能的单一导线。 （7）固定式设备：牢固固定在一定位置处的设备。如：空调机、吊扇等。（8）移动式设备：正常工作时需要移动、或接有电源时仍易于移动的设备。如：坐地电风扇、电热油汀等。（9）手握式设备：工作时需要用手握住的移动式设备。如：电钻、吸尘器等。 二、低压系统按接地形式分类 12系统。 1电源系统接地情况： I不接地；（法文Isolation隔离) T直接接地。（法文Terre大地） 2负载设备外露可导电部分接地情况： N与电源系统接地点连接；（法文Neutre中性） T直接接地，与电源系统地无人为电气联系。 有TN、TT、IT三种形式。1、TN系统又分为TN-S、TN-C、TN-C-S三种：-SSpare：PE线与N线是分开的。-CCombine：PE线与N线是合用的。-C-S混合形式。电源侧部分为TN-C，负荷侧部分为TN-S。TN-S系统：PE线和N线自中性点后不能再有任何电气连接 TN-C系统PE线与N线功能合二为一，称为PEN线TN-C-S系统：重复接地非必须重复接地 2、TT系统注意单独接地和共同接地 与TN系统区别要点：系统地与设备地之间有无人为电气连接。 3、IT系统IT系统可引出中性线，但大多不引出三、低压系统按带电导体形式分类与按接地形式分类辩异。X相X线制系统。“X相”指电源的相数，“X线”指正常工作情况下传输电能的导线数。PE线正常情况下不传输电能，因此有N线的TN-S系统、TN-C系统都是三相四线制系统，或单相二线制系统。IT系统一般不引出中性线，因此常为三相三线或单相二线制系统。TT系统多为三相四线制或单相二线制系统。第一行：两相三线、单相三线，单相二线第二行：三相四线、三相四线，三相三线解释两绕组为什么是单相第三节 常用低压配电电器一、低压开关、隔离器开关：能承载、通断正常（含规定的过负荷）电流，并能在规定时间内承受短路电流冲击、但不能开断短路电流的机械电器。隔离器：在断开状态符合规定隔离功能、能通断空载电路、且能承受正常电流和规定时间内短路电流的机械电器。隔离开关：在断开状态符合隔离器要求的开关。注意与中、高压电器名称的差异，不要混淆。类型类型功能功能接通、承载、分断正常电流；承载规定时间内的短路电流；可接通短路电流隔离功能。断开距离、泄漏电流符合要求，有断开位置指示，可加锁同时具有左侧两种功能开关、隔离电器开关隔离器隔离开关熔断器组合电器熔断器串联开关熔断器组隔离器熔断器组隔离开关熔断器组熔断体动作触头熔断器式开关熔断器式隔离器熔断器式隔离开关开关、隔离器、熔断器组合电器功能与图形符号开关、隔离器、熔断器组合电器功能与图形符号二、熔断器1、熔断器工作原理根据熔体受热所产生的物态变化，可分为四个阶段 1）固态温升。电流在熔体电阻上的损耗使熔体温度上升到金属熔化温度。 2）定温熔化。从熔体开始熔化到全部熔化。 3）液态温升。熔融金属液体温度上升至汽化。 4）燃弧熄弧。熔体汽化出现断点，产生电弧，并最终熄弧。 熔断与熔化：熔体一旦“熔化”，便不可逆回，但须“熔断”，保护才实现。熔化并不一定带来熔断。使熔体熔化的最小电流称为熔化电流，使熔体熔断的最小电流称为熔断电流。2、保护特性及主要参数（1）安秒特性熔化时间电流曲线弧前时间电流曲线熔断时间电流曲线 弧前时间与燃弧时间：通电至起弧称为弧前时间，即t1t3；起弧至熄弧称为燃狐时间，即t3t4。 解释分散性 （2）I 2t特性。对极快速熔断的限流式熔断器，不考虑散热，是否熔化、熔断只与热脉冲I 2t有关。分最小弧前I 2t和最大熔断I 2t。 因限流熔断器熔化与起弧几乎同时出现，故最小弧前I 2t即最小熔化I 2t。（3）熔体额定电流Ir。指熔体允许长期通过的最大电流。 （4）约定时间内的约定熔断/不熔断电流。熔体额定电流熔体额定电流Ir（A）刀型触头熔断器刀型触头熔断器圆筒帽型熔断器圆筒帽型熔断器螺栓联接熔断器螺栓联接熔断器偏置触刀熔断器偏置触刀熔断器Inf（A）If（A）Inf（A）If（A）Inf（A）If（A）416（不含）1.5Ir1.9Ir1.25Ir1.6Ir1.25Ir1.6Ir4及以下1.5Ir2.1Ir1.25Ir1.6Ir1.25Ir2.1IrgG熔体，约定时间均为1h Inf：约定时间内的约定不熔断电流。 If：约定时间内的约定熔断电流。 举例：Ir=5A的螺栓联接熔断器，若通过熔体的实际电流小于1.25Ir，则肯定不会在1小时内熔断；若通过熔断器的实际电流大于1.6Ir，则肯定会在1小时内熔断。约定时间和电流值是生产厂家按标准取定、并在产品特性上体现出来的。 gG和和gM熔断体的约定时间和约定电流熔断体的约定时间和约定电流熔体额定电流熔体额定电流Ir（A）约定时间约定时间（h）约定电流（约定电流（A）InfIf16Ir6311.25Ir1.6 Ir63Ir1602160Ir4003400Ir4Inf：约定不熔断电流；：约定不熔断电流；If：约定熔断电流。：约定熔断电流。（5）额定开断电流Icr。指熔断器能够开断的最大短路电流有效值。（6）额定最小开断电流Icrmin。指熔断器能够开断的最小短路电流有效。熔断器除了有最大开断能力限制外，还有最小开断能力限制，也就是说故障电流太小也不能使熔断器可靠开断，这主要是因为若故障电流不够大，其产生的热量就不足以蒸发足够多的熔融液态熔体金属使熔体可靠断开。（7）过电流选择比。上、下级熔体选择性动作所需最小熔体额定电流比值，一般为1.6。即：若上级熔体额定电流为下级的1.6倍以上，则下级短路时，能保证下级熔体熔断时，上级熔体尚未熔化。3、熔断器类型简介按结构分：专职人员用，非熟练人员用。按分断范围分：g熔体（全范围），a熔体（部分范围）。按使用类别分：G类（一般用途），M类（保护电动机），Tr（保护变压器）。 如gG类，aM类、gM类等。三、低压断路器开关电器保护电器的组合电器。1、结构壳架脱扣器壳架：纯断路器功能部分。过电流脱扣器：过电流保护部分。失压脱扣器：欠电压保护部分。分离脱扣器：提供远动控制功能。2、工作原理3、过电流脱扣器过电流保护特性长延时脱扣器为反时限特性；短延时脱扣器为固定时限特性，时限可调；瞬时脱扣器为无时限特性。长延时脱扣器瞬时脱扣器长延时脱扣器短延时脱扣器瞬时脱扣器非选择型选择型 4、主要参数 （1）壳架等级额定电流IrQ。指断路器壳架部分的额定电流，包括接线端子、主触头系统、连接导体等。 旧称断路器壳架等级电流，记为Imn。 （2）脱扣器额定电流IrR（或Irt）。指装于壳架内的过电流脱扣器（Release或trip）。 旧称断路器额定电流，记为In。 相互关系：运行电流须通过壳架才能流过脱扣器，因此脱扣器额定电流不可能大于壳架额定电流，即：IrRIrQ。 （3）长延时脱扣器动作电流（Iop1）整定范围。 长延时脱扣器作过负荷保护用，其动作值整定范围是脱扣器额定电流IrR的函数。典型情况为： Iop1（0.61.0）IrR 在以上范围内根据保护计算结果确定动作值，可无级或有级调整。 （4）短延时脱扣器动作电流（Iop2）整定范围。 短延时脱扣器作与下级选择性配合的短路保护用，其动作值整定范围典型情况为： Iop2（38）IrR 短延时脱扣器动作延时也有一定的调整范围。 （5）瞬时脱扣器动作电流（Iop3）整定范围。 瞬时脱扣器作短路保护用，其动作值整定范围典型情况为： Iop3（510）IrR 配电用 Iop3（815）IrR 保护电动机用 （6）长延时脱扣器约定时间的约定电流。 约定时间：IrR 63A时，1h；IrR 63A时，2h。 约定不脱扣电流：1.05IrR 。 约定脱扣电流：1.30IrR 。 约定时间内的约定脱扣/不脱扣电流含义与熔断器类同。产品铭牌参数识读示例 5、类型第四节 低压系统短路电流计算 一、低压系统短路电流计算特点（1）低压系统一般只有一个电压等级，采用有名值法计算更为直接方便。（2）低压系统线缆阻抗中电阻所占比重较大，因此应采用短路阻抗进行计算，不能忽略电阻。（3）因短路阻抗数值较小，应计入包括母线在内的各种元件的阻抗值，但导线连接点接触电阻、开关触头接触电阻、短路点电弧阻抗等可忽略不计。（4）电阻计算要考虑温度的影响。计算系统首端（电源端）三相短路电流，以保守的态度取2020时的电阻值进行计算；计算末端单相短路电流，以保守的态度估算，一般以2020时电阻值的1.51.5倍进行短路电流计算。（5）变压器一次侧系统阻抗可只以电抗计入，或按电阻等于电抗的10%10%估算，这时电抗等于系统阻抗的99.5%99.5%。（6）计算380/220V380/220V系统的短路电流时，三相短路时计算电压取平均电压，即400/230V400/230V，单相短路时取标称电压，即380/220V380/220V。二、三相及两相短路电流计算三相短路电流 两相短路电流式中 Ik三相稳态短路电流有效值（kA）； 两相稳态短路电流有效值（kA）； Uav电源平均线电压（V）； zk短路回路阻抗（m）； rk短路回路电阻（m）； xk短路回路电抗（m）。三、单相短路电流计算在低压系统设计中，单相短路电流不仅涉及到系统本身的问题，还涉及到电击防护安全性、电气火灾预防等公共安全性问题，应高度重视。单相短路是一种不对称短路，因此应采用对称分量法进行计算。但工程上还根据对称分量法发展出一些更简便的方法，如相中（或相保）阻抗法等。以下以TN系统相线与保护线之间的短路为例，介绍单相短路电流计算方法。相线与中性线间短路电流计算方法类同。1、原理性的序阻抗计算法根据对称分量法推导，得出单相短路电流的序阻抗计算法公式如下： 式中短路回路的正、负、零序阻抗包括四个部分，即变压器一次侧系统阻抗、变压器阻抗、母线阻抗和线路阻抗。 正、负序阻抗总是相等的。一次侧系统零序阻抗与变压器连接组有关；变压器零序阻抗可查表求得；母线、线路的零序阻抗，除相线外，还包括保护线（或中性线）的零序阻抗。2、工程实用的相保（中）阻抗法以相线与保护线短路为例 式中 ZP短路回路总相保阻抗（m）； ZPS一次侧系统相保阻抗（m）； ZPT变压器相保阻抗（m）； ZPB母线相保阻抗（m）； ZPWL线路相保阻抗（m）。3、短路回路各部分相保阻抗的求取。（1）高压侧系统（S）相保阻抗。对于最常用的Dyn11和Yyn0配电变压器，高压侧线电流中不可能有零序电流，故不计入高压侧零序阻抗；又因为高压侧本无PE线，相保阻抗就等于相计算阻抗，即：（2）变压器（T）相保阻抗。忽略变压器中性点接地母排上中性点与PE线连接点间的那一段线路阻抗，变压器相保阻抗也只有相阻抗，因此：式中、变压器短路阻抗（mm）；、变压器零序短路阻抗（mm），与变压器连接组有关，查变压器产品样本或设计手册可得。（3）母线（B）相保阻抗。包括相计算阻抗和保护线计算阻抗。 很多设计手册直接给出了各种规格母线单位长度的RP和XP，可直接引用，只是要特别注意给出RP的温度，若为20，应乘以1.5进行修正。电抗不进行温度修正。（4）线路（WL）相保阻抗。与母线相同，依据是单位长度的序阻抗值，电阻同样要进行温度校正。 同样，很多设计手册直接给出了各种规格线路单位长度的RP和XP，可直接引用，但应注意电阻的温度校正。第五节低压配电线路的过电流保护一、过电流及保护原则超过线路允许载流量的电流都叫过电流，有两种情况，一种是过负荷，另一种就是短路。1、过电流及其危害（1）过负荷。轻度：至百分之二三十，缩短线路寿命；重度：百分之百至少数几倍，短时间软化绝缘，引发漏电、短路等故障。（2）短路。短路电流大线路允许载流量的几倍至几十倍，甚至上百倍。其危害已如前述。2、过电流保护原则保护装置应先于被保护元件被过电流效应损坏而动作。二、低压配电线路的短路保护1、短路保护的基本要求（1）短路保护电器的开断电流应不小于其安装处的最大预期短路电流，但当上级保护电器能有效开断该电流时例外。（2）应保证被保护线路的短路热稳定性，即在导体温度上升到允许限值前切断电源。即：二、由低压断路器实施的短路保护由低断的瞬时或短延时脱扣器实施短路保护。（1）瞬时脱扣器动作值整定。按不误动整定。对动力类线路： 对照明类线路： 解释以上公式的含义。（2）短延时脱扣器动作值整定短延时脱扣器做短路保护时，一般不涉及单纯的照明线路。1）动作电流整定。 解释电动机启动电流选取与瞬时脱扣器时的不同。 2）动作时间整定。 按选择性原则，与下一级的短延时脱扣器或熔断器配合。 （3）灵敏性校验 要求末端最小短路时，不小于1.3。三、由熔断器实施的短路保护（1）动作值整定动力类线路：照明类线路：（2）上、下级选择性配合上、下级熔断器熔体额定电流之比大于过电流选择比，该比值典型值为1.6。（3）灵敏性校验只要最大熔断时间满足线路热稳定要求即可。三、低压配电线路过负荷保护1、对过负荷保护的基本要求（1）保护电器应在过负荷电流引起的导体温升对绝缘、接头、端子或导体周围物质造成损害之前分断电路。（2）对突然断电比过负荷造成的损失更大的线路，过负荷保护只动作于信号。第一个公式：保证不误动。第二个公式：满足以上要求（1）。I2保护电器在约定时间内的约定动作电流。Iop保护电器动作电流。IC被保护线路计算电流。Icon保护线路允许载流量。2、由低压断路器实施的过负荷保护由低断的长延时脱扣器实施过负荷保护。根据低压断路器的产品标准和试验方法，I2与长延时脱扣器动作电流Iop1的关系为I21.3Iop1，I21.45Icon等效为Iop11.16Icon，取保守的估算，得长延时脱扣器动作值为：3、由熔断器实施的过负荷保护只有部分类型的熔体有可用的参数，见本章第三节。还有很多类型的熔体缺乏相关的参数，无法进行校验。（1）动作值整定动力类线路：照明类线路：（2）上、下级选择性配合上、下级熔断器熔体额定电流之比大于过电流选择比，该比值一般为1.61.6。（3）灵敏性校验只要最大熔断时间满足线路热稳定要求即可。第六节 低压配电线路带电导体截面积选择电力线缆包括电力电线（wire）和电力电缆（cable），电力电线又包括绝缘导线和裸导线。现欧盟国家已将绝缘导线和电缆统称电缆。还有一些特殊类型的电力线，如密集式母线槽、滑触线等。以下约定：所谓截面选择，指导体截面积的确定。一、线缆相导体截面选择线缆导体截面选择是线缆选择的核心内容，它关系着载流量、短路热稳定、保护灵敏性、节能、电压损失、电击防护、机械强度等多个方面。1、按长期温升条件选择给定负荷前提下，导体截面积越小，损耗越大，温升越高。根据允许载流量定义，由温升确定、且与导体截面积正相关的允许载流量应满足以下关系。2、按电压损失校验这是导体截面积与电能质量的关系，有时还需要考虑电压波动与电压闪变。按电能质量对电压偏差的要求，确定出允许的电压损失，再计算所选线缆实际电压损失是否满足要求，若不满足，则加大截面再校验。3、按机械强度校验业界一般会给出机械强度最低截面要求数据，只要所选线缆截面不小于最低值即可。对于特殊气象条件下或特殊敷设条件下的架空线，则应专门计算。4、按短路热稳定校验要求线缆能经受短路电流的热冲击，即： 对于电线，线路上任何一点都可能发生短路，因此应以首端为短路电流计算点。 对电缆线路，一般只考虑电缆头发生短路，首端电缆头短路并不会损坏电缆，因此考虑电缆的末端或多根级联电缆的第一个接头处为短路电流计算点。5、按保护灵敏性校验即末端最小短路电流，应比保护动作值大一定的量值。若灵敏性不满足要去，应加大截面以减小电阻。架空线的中、高压系统中，短路阻抗主要成分为电抗，因此加大截面，对减小短路阻抗的作用并不明显。但对于电缆线路的中压系统，以及低压系统，短路阻抗主要成分为电阻，因此加大截面对减小短路阻抗强有效。二、中性线导体截面选择考虑三相不平衡电流、3 3n n次谐波电流、单相短路保护灵敏性和热稳定性等问题。工程应用：三相动力线路，N线截面选为相线截面一半；三相照明线路，N线截面选为与相线等截面；单相线路，N线截面必须与相线截面相等。在某些情况下，N线截面可能大于相线截。第三章 电击防护第一节电流通过人体产生的效应第二节电气设备及装置的电击防护措施第三节低压系统自身的电击防护性能分析第四节低压系统上专门的电击防护措施第五节作业场所的电击防护措施第六节电击防护措施的综合应用示例第七节间接电击防护工程设计计算本章重点讨论以下问题。1、人体对低压工频交流电的承受能力。2、电击产生的途径与强度计算。3、工程上常用的电击防护措施。4、工程设计中电击防护措施的综合应用。第一节 电流通过人体的效应一、电击形式1、直接电击人或动物触及到正常工作时带电的导体所产生的电击。特点：电击强度为线电压或相电压。2、间接电击人或动物触及到正常工作时本不带电、但却因故异常带电的导体所产生的电击。特点：点击强度差异很大，多因故障产生。二、电流通过人体时的生理反映（1）反应阈。0.5mA。 （2）感知阈。以50概率计，男：1.1mA；女：0.7mA。 （3）摆脱阈。以50概率计，男：16mA；女：10.5mA。 （4）室颤阈。是电流持续时间的函数，最低值50mA。 大于室颤阈的电流被认为是致命的。三、工程标准主要确定室颤电流与时间的关系。（1）达尔基尔公式。认为室颤危险性与电击能量累积有关，在电流持续时间0.015s内：I 2t=KD KD 达尔基尔常数，取值1162mA2s。 （2）柯宾公式。认为室颤危险性与电流时间积相关，在电流持续时间1s以内： I t=KK KK 柯宾常数，取值50mAs。（3）电流-时间分区图/表（IEC及GB）。区域代号区域代号区域界限区域界限生理效应生理效应AC-1一直到线a0.5mA通常无反应AC-2自线a0.5mA至线b1)通常无有害的生理效应AC-3自线b至曲线c1通常不会发生器质性损伤。可能发生肌肉痉挛似的收缩，当通电超过2s时呼吸困难。随着电流量和通电时间增加，使心脏内心电冲动的形成和传导有可以恢复的紊乱，包括心房纤维性颤动和心脏短暂停搏。但不发生心室纤维性颤动。AC-4在曲线c1以右电流量和通电时间再增加，除出现区域3效应外，还可出现如心室纤维性颤动、心跳停止、呼吸停止、严重烧伤等危险的病理生理效应AC-4-1c1至c2心室纤维性颤动概率可增加到5%AC-4-2c2至c3心室纤维性颤动概率可增加到约50%AC-4-3超过曲线c3心室纤维性颤动概率超过50%四、人体阻抗与安全电压人体阻抗为阻、容性人体电阻为电压的函数还与接触面积、压力等有关由以上曲线换算出接触电压与允许接触时间的关系。结论：正常环境条件下，人体阻抗取1000（近似纯阻性）；工频安全电压取50V。 一般潮湿环境下工频安全电压取25V。 其他特殊环境条件下安全电压取值应非常谨慎。第二节 设备及装置的电击防护措施是根本性措施，预防性措施。主要防直接电击。基本思想：消除接触到带电导体的可能性。具体技术手段：绝缘、屏护与间距三种。设备（equipment，device）：工厂生产的具备特定功能的完整单元，作为整体提供给用户。装置（installation）：一系列相关设备及零、部件组合而成的整体，具备更完整、复杂的功能。一般在工作现场组装完成，也不排除在工厂（部分）组装。一、用电设备按电击防护方式的分类1、分类所考虑的因素绝缘、外壳上提供的保护可能、电压值。（1）绝缘的作用1）工作绝缘：防止不同电位导体间发生电气接触，保证设备正常工作，又称功能性绝缘。如三相设备的相间绝缘。2）保护绝缘：防止发生电击。保护绝缘失效是发生间接电击的主要原因。保护绝缘失效的直接结果是设备外露可导电部分带电，因此常将其称为“碰壳”故障。（2）外壳上提供的保护可能。指金属外壳上是否预置电气连接环节，以使外壳可以与地、固定布线系统或别的设备、设备外导电部分等进行电气连接，作为电击防护用。预置的电气连接环节一般是一个PE接线端子，或引出的一根一端已与外壳相连的PE线。该PE线通常与电源线（相线、中性线）一同引出。（3）设备额定电压。可以使用低的额定电压来换取电击防护安全性，前提是固定布线系统（即工作场所的电网）能够提供这种低电压。2、按电击防护方式划分的四类设备0类设备：仅依靠基本绝缘作电击防护的设备。外壳上无保护连接环节。I类设备：具有基本绝缘、且金属外壳上提供保护连接环节的设备。II类设备：采用双重绝缘或加强绝缘的设备。外壳上无保护连接环节。III类设备：由安全特低电压供电的设备。 3、设备分类与电击防护的关系（1）0类设备现只能用于非导电场所。（2）I类设备用于正常电压供电的TT、TN、IT系统，不仅靠设备本身提供电击防护，一旦发生碰壳漏电，还可通过系统进行间接电击防护。（3）II类设备用于正常电压供电的系统，完全靠设备自身进行电击防护。从工程角度看，不考虑该类设备发生绝缘损坏的可能。（4）III类设备用于特低电压（ELV）系统，若满足一系列的相关条件，即可不考虑电击发生的可能。类别类别O类类I类类II类类III类类设备主要特征基本绝缘，无保护连接手段基本绝缘，有保护连接手段双重绝缘或加强绝缘，没有保护连接手段由安全特低电压供电安全措施非导电环境或配合隔离变压器使用可与固定配线系统保护接地相连不需要接于安全特低电压设备示例部分金属外壳灯具（现已不建议采用）洗衣机、冰箱、空调、微波炉两芯插头的DVD、音响机床照明灯、电焊枪本段小结二、电气设备外壳防护等级1、外壳防护的形式、代号与等级（1）外壳。指属于电气设备组成部分并界定设备空间范围的壳体。在装置现场设置的栅栏、围护等不能称作外壳。（2）外壳防护。指设备外壳对固体异物和水进入其内部的防范作用，这些作用完全由外壳的机械结构所决定。（3）外壳防护的作用。A：防固体异物、尘埃、水等进入设备,造成设备损坏。B：防人体手、头等部位进入设备造成机械伤害或电击伤害。 2、外壳防护等级的代号及划分第一种防护形式：防止人体触及或接近壳内带电部分及触及运动部件，防止固体异物进入外壳内部。第二种防护形式：防止水进入外壳内部。（1）外壳防护的表征方式用IPXX来表示。IP表征字母；XX表征数字，第一位表示第一种防护方式等级，第二位表示第二种防护方式等级。（2）外壳防护等级将第一种防护方式分为06级，数字越大，能防止进入的固体异物尺寸越小，防护越严密。将第二种防护方式分为08级。数字越大，对水的防护越严密，最高可防潜水影响。例：IP20防护的外壳，可防止大于12mm的固体异物进入，但不防水。3、外壳防护等级与电击防护的关系起防止直接电击的作用。对其他一些有害因素的防范，外壳可能作为措施之一考虑进去，但不是唯一措施，这些情况不属于此处外壳防护讨论的问题4、外壳防护的IK等级（知识拓展，国内尚未有专门规范）防各种方向机械冲击的等级，也与电气安全有关。三、屏护屏护是通过机械隔离来防止直接电击的技术措施，主要用于工作场所不便于绝缘的电气装置。包括阻隔和障碍两种方法。（1）阻隔（屏蔽）。防止无意或有意（一定程度上）接近带电导体而产生电击危险。技术要求：有足够的机械强度；防火；金属阻隔须接地；开孔者根据孔的大小，靠带电侧应有足够的安全净距。常见如金属挡板、网眼遮拦等。（2）障碍。只能防止无意识接近带电导体的行为，一般只用于专业场所。常见如栅栏等。从法律角度看，阻隔和障碍有明显的差异。在非专业场所，仅靠障碍（包括警示标志）防护，不能规避事故责任。尤其是对行为能力受限的人，如幼儿、残障人等，可能出现有意识地越过障碍物接触到带电导体的行为。四、间距通过保持带不同电位导体间足够的空间距离，使人不能同时触碰带不同电位的导体，从而避免电击。 足够的空间距离一般情况下为2.5m，系指人的伸臂长度加上一定的安全裕量。但对于站立面以下的空间，伸臂距离有所变化。第三节 低压系统自身的电击防护性能分析指TT、TN、IT系统在没有附加其他专门电击防护措施的情况下，对电击事故的防护能力。均无直接电击防护功能，只对I类设备因碰壳故障产生的间接电击有防护作用，防护途径为：（1）降低接触电压；（2）切断电源。约定：按正常环境条件，安全电压UL=50V 、人体阻抗RM=1000 分析。 一、低压系统接地故障1、接地故障定义相导体与大地或与大地有联系的导体之间的非正常电气连接，称为接地故障。如：相线与接地的PE线、PEN线、建筑物金属构件的电气连接，相线跌落大地等。2、接地故障与电击事故的关系对电击防护I类用电设备而言，在TT、TN、IT系统中，设备外壳都通过PE线与大地相连，设备相导体碰壳（漏电）故障即相导体与PE线电气连接，因此均为接地故障。大多数直接电击也可看成是接地故障，相导体通过人体阻抗接地。3、接地故障与单相短路故障的异同是按两种标准对故障进行的不同分类。（1）TT、TN、IT系统中，相线与中性线（如果有的话）间的金属性连接均为单相短路故障，但只有TT和TN系统中同时又是接地故障。（2）TT、TN、IT系统中，相线与PE线间的金属性连接均为接地故障，但只有TN系统中同时又是单相短路故障。 二、TT系统的电击防护分析 设备外壳上预期接触电压：系统接地电阻与设备接地电阻对相电压分压，设备接地电阻所分得的部分故障模型与等效电路故障模型与等效电路（一）原理分析1、降低接触电压分析 对220/380V系统：按RN=4计算，若RE=4，则设备外壳上的预期接触电压Ut=110V。 要使设备外壳上的预期接触电压Ut50V，计算得设备接地电阻RE不能超过1.18。 工程上，要将RE做到4以下是非常困难的，做到1.18基本上不可能。 因此，TT系统有降低碰壳故障预期接触电压的作用，但通常不能将其降低到安全电压以下。 2、自动切断电源分析 TT系统为保证系统自身安全，必须设置过电流保护（如熔断器、低压断路器等）。碰壳（也即接地）故障电流Id能否驱动过电流保护电器在规定时间内动作，通过切断电源来保证安全呢？假设RN、RE均为4，则如此小的电流在绝大多数情况下都不能使过电流保护电器动作。因此： TT系统基本不可能靠切断电源保证安全。（二）相关问题1、中性点对地电压偏移问题 UNE即系统中性点对地电位点电压。三个后果： （1）N线带较高对地电压； （2）系统接地点附近跨步电压； （3）各相对地电压变化，有的高于相电压。以故障设备外壳对地电压为50V作为示例的相量图2、TT、TN系统混用的危险TT设备碰壳，其他设备外壳全部带电设备碰壳，其他设备外壳全部带电三、TN系统的电击防护分析接地故障电流为：RN上无电流、无压降！上无电流、无压降！故障模型与等效电路故障模型与等效电路（一）原理分析1、降低接触电压分析 PE线阻抗不可能小于相线阻抗（why?），故Ut不会小于相电压的一半，因此： TN系统有降低碰壳故障预期接触电压的作用，但通常不可能将其降低到安全电压以内。2、自动切断电源分析（1）接地故障电流性质分析。TN系统相端子碰壳接地故障电流即相保单相短路电流，按系统过电流保护设计要求，过流保护电器（QF或FU）应能灵敏地感知故障并可靠切断。（2）切断时间分析。电击防护有确定的切断时间要求，如TN系统典型值为0.4s。但过电流保护切断时间是按热稳定要求制定的，不一定满足电击防护要求。按热稳定要求的切断时间为： 因此，TN系统有可能靠切断电源进行电击防护，关键是切断时间是否满足要求。（二）TN-C系统相关问题 （1）正常时设备外壳带电。（不平衡电流，3n次谐波电流。 （2）PEN线断线后，断点后所有设备外壳带相电压，非常危险。采用重复接地可一定程度上抑制电压值。1、正常运行分析 中性点（N点）电位等于地（E点）电位。why？因此：三相对地电容电流之和等于零，即互为回路。 四、IT系统间接电击防护性能分析（一）原理分析正常工作时，中性点为地电位，各相对地电压为相电压，三相对地电容电流之和等于零。2、碰壳接地故障分析 流过碰壳设备的故障电流为接地故障电流，其量值为非故障相对地电容电流之和，量值很小。 1）故障相U相对地电压降为0V； 2）非故障相V相、W相对地电压升高为线压； 3）非故障相对地电容电流从碰壳接地点流入系统，其量值为正常时每相对地电容电流的3倍。等效电路与电击危险性分析 1）为什么采用电流源等效电路？ IT系统接地故障电流可认为是系统本构参数。 2）电击电流强度。人体电阻与接地电阻分流。 以Rt=1000、RE=10代入估 算，IM=0.01IC。安全性很高。（二）相关问题1、一次接地与二次接地两个设备接地电阻对线电压分压，总有一个设备外壳对地电压不低于190V。采用共同接地措施人为造成短路的防护方法。2、中性线设置与相电压获取问题可引出中性线，但IEC强烈建议不引出中性线。为什么？中性线只要有一点发生接地，系统接地形式由IT变为TT，IT系统电击防护的优势荡然无存。十分危险。旧观念将N线称为零线，且认为零线接地总是会更安全，造成IT系统几乎最终都变成为TT系统。我国农网中曾试行IT系统，且引出中性线，导致电击事故率剧增，教训深刻。无N线，相电压用电设备怎么办？供电端10/0.23kV变压器，或终端380/220V变压器。本节小结1、TT、TN系统均无直接电击防护能力，IT系统对相-地间直接电击可能有一定的防护能力，这取决于系统接地故障电流大小。2、TT系统靠接地电阻降低预期接触电压，但通常不能将其降至安全电压以内，自身电击防护性能不能满足电击防护要求。3、TN系统将碰壳接地故障转化为单相短路故障，靠过电流保护电器切断电源进行电击防护，有效性取决于切断时间。4、IT系统自身电击防护性能良好，只要系统线路总长度不超过规定值，发生一次碰壳故障时无电击危险，但二次碰壳故障有电击危险性，共同接地时靠过流保护电器切断电源进行电击防护，有效性取决于切断时间。分别接地时无防护。第四节 低压系统上专门的电击防护措施一、剩余电流保护电压型漏电保护简介存在两大问题（1）人体预期接触电压与保护脱扣器电压不对应。（2）不能用于直接电击防护。（一）剩余电流保护电器1、工作原理1）理论基础：KCL。2）技术途径：通过带电导体检测非带电导体（系统本身的或系统以外的）上是否流有电流。剩余电流（ResidualCurrent）。从工作端子以外的地方流过的电流，俗称漏电电流。2、剩余电流保护电器（RCD）分类。（1）带切断触头：RCD（C）。又分漏电开关和漏电断路器。（2）不带切断触头：RCD（O）。如漏电继电器等。其他分类方式：电磁式与电子式；整体式与组合式；固定式与移动式等。 3、特性参数。 （1）额定电压、额定电流、极数等开关电器一般参数。 （2）额定漏电动作电流In。指在规定条件下，使RCD一定动作的最小剩余电流值。 （3）额定漏电不动作电流Ino。指在规定条件下，使RCD一定不动作的最大剩余电流值。 （4）漏电动作电流I。使RCD刚好动作的剩余电流值，非铭牌（样本）参数。 辩异：In、Ino、I。工程意识。 （5）RCD（C）分断时间。（二）剩余电流保护设置TT系统中RCD的应用TN-S系统中RCD的应用TN-C系统中RCD的局部应用示例纯粹的TN-C系统是不能应用RCD的！（三）剩余电流保护的相关问题1、系统对地泄漏电流造成RCD误动作问题电击防护用RCD额定漏电动作电流为30mA。三相系统三相对地电容电流大致平衡，RCD只测得三相不平衡部分，量值一般达不到使RCD误动作的程度；单相系统长度一般有限，对地电容电流通常也达不到使RCD误动作的程度。工程中RCD误动作绝大多数是由于结线错误造成的。两种典型结线错误为：（1）未将N线接入RCD；（2）TN-S系统在RCD后误将N线与PE线连接。2、剩余电流保护与短路保护的异同。剩余电流保护是接地故障保护，短路保护是一种过电流保护，这是两种不同的保护形式。TN-S系统相、保短路是一个特例，它既是接地故障又是单相短路故障，因此剩余电流保护与短路保护都会动作。通常将这两种保护合并，由漏电断路器实施。TN、TT、IT系统中LN短路，只能靠短路保护动作，剩余电流保护不起作用，因为这时单相短路电流尽管很大，但性质上不属于剩余电流。3、剩余电流与零序电流的区别。零序电流是三相电流之和不等于零的那一部分，剩余电流是所有带电导体（相线与N线或PEN线）电流之和不等于零的那一部分。三相四线制系统中，N线上流过的电流即零序电流，但非剩余电流，PE线上流过的电流才是剩余电流。4、剩余电流保护具有防直接电击的作用发生直接电击时，流过人体的电流性质为剩余电流，可通过RCD保护。工程上只允许剩余电流保护做直接电击的补充保护，不能取代绝缘等直接电击防护措施。二、电气隔离（一）原理分析1、概念将一个器件或电路与另外的器件或电路在电气上完全断开的措施，以提供一个完全独立的规定的防护等级，使得即使基础绝缘失效，在机壳上也不会发生电击危险。常见方式：电动机-发电机组、隔离变压器等。2、电击防护原理以1:1隔离变压器为例，重点找与地的关系。通过二次侧线路对地电容与地发生联系通过二次侧线路对地电容与地发生联系等效电路简化等效电路简化正常时二次两根线均为相线，对地电压为一次相电压一半电击强度计算电击强度计算是否有电流入地？证明！ZC通常在2M/m以上，即每米线路在人体上的电流为0.1mA以下，只要控制线路长度，可保无电击危险。（二）安全条件使电气隔离在工程上有效承担电击防护任务所必须限定的各种因素，称为电气隔离的安全条件。（1）通用技术条件。1）电源。电压、容量、隔离程度。2）回路。独立性、唯一性、电压长度积控制等。（2）对单一设备隔离的补充要求。（3）对多台设备隔离的补充要求。被隔离回路独立性示例被隔离回路独立性示例多台隔离设备处理多台隔离设备处理不接地PE线的作用：相邻设备异相碰壳时，制造短路以切断电源，以消除电击危险性三、特低电压（一）分类 SELV：安全特低电压，不能接地。 PELV：保护特低电压，可一点接地。 FELV：功能特低电压，工作本身需要低电压。 解释“安全”的相对性、系统性。（二）特低电压的量值1、电压区段GB/T18379-2001建筑物电气装置的电压区段将交流1000V和直流1500V以下电压划分为两个区段。区段I：交流50V和直流120V以下电压范围。区段II：区段I以外的电压范围。ELV属于电压区段I的问题。2、特低电压限值在任何条件下，任意两导体之间或任一导体与地之间允许出现的最大电压值。与环境状况有关。环境状况1：皮肤阻抗和对地电阻降低（例如潮湿条件）。环境状况2：皮肤阻抗和对地电阻均可忽略不计（例如人体浸没条件）。环境状况3：皮肤阻抗和对地电阻均不降低（例如干燥条件）。环境状况4：特殊状况（例如电焊、电镀）。另行规定。稳态特低电压限值（稳态特低电压限值（GB/T 38052008）环境状况环境状况电压限值电压限值/V正常（无故障）正常（无故障）单故障单故障双故障双故障交流交流直流直流交流交流直流直流交流交流直流直流100001636216353370不适用3337055140不适用4特殊应用特殊应用3、安全特低电压额定值在特低电压限值以下，规定若干电压值作为设备可选用的额定值，是工程体系配套的要求。相关标准制定了安全特低电压额定值序列，例如，工频交流安全特低电压额定值有24V、12V、6V等。（三）特低电压的安全条件1、SELV的安全条件（1）电压值选取。分环境条件、防护目的（间接电击还是直接电击）分别选取。（2）电源条件。必须由安全电源供电，任何情况下不会出现高于限值的电压。（3）回路配置。避免引入高电位的可能性。1）带电导体不得接地。2）外露导电部分之间及与地之间无连接。3）与更高电压带电体间的隔离程度不低于隔离变压器一、二次绕组间绝缘程度。可见，用于SELV的插座一定没有PE孔。通过通过SELV实施电击防护实施电击防护2、PELV的安全条件 只能用于一般场所，不能用于游泳池等高危险场所。 除干燥且无大面积接触可能的场所外，6V以下才能作直接电击防护。二次回路可一点接地，二次设备外露导电部分可相互连接。其他与SELV类同。通过通过PELV实施的电击防护实施的电击防护3、FELV的安全条件因本不是为电击防护采用特低电压，故需补充满足SELV或PELV的条件，才能用于相应的防护体系。第五节 作业场所的电击防护措施狭义理解：在建筑物上实施的电击防护措施。与电气设备和低压系统电击防护措施技术路径的差异：不立足于加害者本身，而立足于加害者加害得以实现的环境条件。界定：不包括独立的屏护，间距等措施，主要有：非导电场所等电位联接 一、非导电场所1、概念如果在任何情况下，作业场所人员都不可能同时触及到两个及以上带不同电位的导体，这种场所就称为非导电场所。触及：包括有意和无意。原理：不存在通过人体形成电流通道的可能性。常见作法：对地面、墙面实施绝缘。 2、安全条件1）绝缘电阻：交流500V及以下系统不小于50k。2）场所内不得设置外引PE线。3）场所内可能带不同电位的导体，其空间距离应满足间距防护要求。4）场所内的装置外导电部分不得将自身电位引至场所外。非导电场所安全条件示例通过绝缘并配合隔离、间距实现非导电场所。 安全条件1）、3）条。 非导电场所与外界的隔离 安全条件第4）条。 二、等电位联结EquipotentialBondingEB基本思想：通过对特定对象实施规定的的电气连接，以降低电位差，从而降低甚至消除电击危险。（一）原理分析（见下页图）直观理解：当不能降低手上电位时，抬高脚底电位，使手脚电位差消除。与非导电场所措施对比，呈对偶关系。 辩异接地与等电位联结 两种不同的技术措施，但常有关联。一般电气地也是等电位联结的对象之一，但也有不接地的等电位联结 （二）效果计算以TT系统等电位联结前后为例对比分析。要点：等电位联结实施前后脚底电位变化脚底电位：即作业场所的环境基准电位，可能不同于地电位。结论：EB前后，人体预期接触电压由故障电流在设备接地电阻压降，降低到故障电流在场所处PE线上的压降。等电位联结前系统及故障等效电路 细节解释：等电位联结后接地电阻的等效，人体手脚电位与电路节点电位的对应关系。 等电位联结作法及简化表达等电位联结前等电位联结后等电位联结前后等效电路对比 （三）工程实施方法1、总等电位联接（MEBMainEquipotentialBonding）方法：在电源进线处，将电源PE线、公共设施的金属管道、建筑物金属构件、人工接地极等连接到等电位联接板（MEB板）上。作用：降低由室外引入室内的高电位，降低室内电位差。特别注意：煤气管的处理。无等电位联结的危险示例无等电位联结的危险示例1无无等等电电位位联联结结危危险险示示例例2等等电电位位联联结结作作用用示示例例 2、辅助等电位联结（SEBSupplementaryEquipotentialbonding)作法：将两个金属物体用导体直接电气连接起来。作用：进一步降低两个物体间可能产生的电位差。可能附带产生的作用：构造短路通道，使过流保护电器动作 3、局部等电位联结（LEBLocalEquipotentialBonding）作法：当局部场所需要作若干辅助等电位联结时，可将所有需联接导体都接至一块金属板（或端子板），而不用再直接相互连接。连接板：局部等电位联结板（LEB板）作用：进一步降低局部场所内可能出现的电位差。对某些场所至关重要！有有MEB时仍存在的电击危险性时仍存在的电击危险性实施实施SEB后电击危险性降低后电击危险性降低 列示对比LEB的做法及与的做法及与SEB同等的效果同等的效果第六节 综合应用示例措施分类 一、住宅的电击防护措施（一）系统接地形式与总等电位联结自带变配电所的单体楼：TN-S多栋住宅小区：TN-S，TN-C-S，TT。别墅小区：TT总等电位联结：按栋实施，设置在公共部位。TT与TN住宅供电系统 （二）室内电击防护措施1、RCD设置插座须设置，30mA；照明不设置；空调两可。2、卫生间防护措施（1）局部等电位联结LEB。（2）插座电器隔离措施。（3）防水、防潮。（4）回路宜独立。 LEB作用：人体低阻抗情况下的可靠保护；防护外来电压电击。卫生间人体阻抗低，漏电保护不能可靠防止电击事故。注意区分RCD漏电动作电流与人体电击电流。沿卫生间各种管道可能引入源于本栋建筑其他地方的高电位，MEB失效，即使切断本住宅的电源也无济于事，LEB基本上是唯一有效的防护手段。非常重要。卫生间局部等电位联结示例 3、其他措施电源开关是否断中性线：总开关、漏电开关（断路器）断，其他禁止。插座安全措施：安全挡板插座的设置。照明灯具是否设置PE线：2.5m以下金属外壳灯具应设置。厨、卫插座防水等问题。（三）公共部分的防护措施二、浴室的电击防护1.浴室内按电击危险程度划分的区域在装有澡盆或淋浴盆的卫生间，因溅水通常在洗浴时产生，故以澡盆或淋浴盆为中心，将卫生间划分为0、1、2、3四个区域，这四个区域为空间区域。这四个区域按电击危险程度排序，0区危险程度最高，依次递减，3区最低。2、局部等电位联结3、各区域的电击防护措施电具安装、电气隔离及特低电压、剩余电流保护应用等。4、线路敷设防水，避免引入高电位等。男子在浴室泡澡遭电击身亡http:/www.sina.com.cn2008年12月01日02:21扬子晚报本报讯11月29日晚，连云港通灌南路一家浴室突然漏电，浴室内3名男子不幸遭遇电击，导致其中一人受伤，一人死亡。当晚7点多钟，家住通灌南路的马先生在理完发后就来到附近的南方浴室洗澡。他脱完衣服进入浴室时，却发现澡堂里的淋浴没水了。他听说淋浴坏了，于是，他便躺进一个不到三米宽的浴池里。“当时已经7点多了，澡堂里没什么人，大多数都已经洗好了。”10分钟后，马先生看到一个年轻人也走到浴池边，将身体浸泡在池水中。不一会，又来了一个男子，该男子站上池边，右脚刚一触水，立刻感觉脚部一阵酸麻，迅速将脚缩回。“有电！”该男子一边大叫，一边跑出浴室。而此时，在浴池中的马先生和那个年轻人则完全被“电”住了。“当时我眼睛直冒金花，全身好像被什么东西缠得紧紧的，根本迈不动步子。”马先生回忆说。当浴室收银台得知浴池有电，便迅速将电路切断。在电路被切断的一刹那，马先生瘫倒在浴池中。浴室搓背工立即冲入池中，将马先生抱了出去。与此同时，池中的年轻人也被其他顾客抬到浴室躺椅上。很快，马先生便醒了，但年轻人已经昏了过去。当晚8点30分，马先生得知那名年轻人因抢救无效而死亡。据参与此事调查的人员告诉记者，此事是浴室供水人员在操作供水时出现漏电引起的。事发前，先是女浴客反映浴池中水有点冷，要求工作人员加热水。热水房在男浴室的隔壁，水管是经过男浴室到达女浴室的。他们调查发现，该浴室供水的电机和水泵存在安全问题，没安装漏电保护开关。目前，警方已介入调查此事。 5、水中电击问题传导电流，感应电流双重作用。武汉:电线落泳池3人触电亡当时1000多游泳者在场来源：南方都市报2009-07-1909:03:17作者：本报讯昨日，武汉龙王庙天然游泳场发生一起重大意外事故，造成1名游泳者现场触电死亡，两名伤者送往医院抢救无效死亡，还有两名伤者尚在医院治疗观察。据多名目击者介绍，昨日下午4时左右，龙王庙游泳场进门左手靠堤坝的一个游泳池内，先后有5名游泳者被抬出游泳池，开始大家以为是溺水事故，后来才发现是电线落在水里引发触电事故。在现场的岸边，地上散落着一根电线，警察已在周边设立了警戒线。有目击者称，就是这根电线断落在游泳池里，导致游泳者触电溺亡。据了解，龙王庙天然游泳场是为缓解市民“游泳难”而建设的，由武汉阳光在线体育管理责任公司经营管理，经安检合格后，于7月16日对市民开放。该泳场最大水域能同时容纳3700人游泳，事发时场内共有1000余名游泳者。目前，当地安监、公安部门已迅速组织力量，调查事故原因。楚天都市报供稿 三、医院心脏手术室的电击防护局部IT系统构成与局部等电位联结IT系统绝缘监察，不许断电手术室局部等电位联结手术室局部等电位联结第七节 间接电击防护工程设计计算一、接地故障回顾1、定义相线与大地或与大地有联系的导体之间的非正常电气连接，称为接地故障。如：相线与PE线、PEN线、建筑物金属构件等的电气连接。 2、接地故障与电击事故的关系对电击防护I类设备，在TT、TN、IT系统中，设备碰壳（漏电）故障均为接地故障。（解释为什么）站立在地面的人发生直接电击，也是接地故障。 3、接地故障与短路故障的区别与联系1）短路可能因接地而产生，但也有不接地的短路。2）接地可能形成短路，也可能不形成短路。3）不同低压系统接地与短路的关系。TN系统设备碰壳为接地故障，也是单相短路故障。TT系统设备碰壳为接地故障，但不是短路。IT系统接设备碰壳为接地故障，故障电流为很小的接地电容电流，不是短路。4、各类接地系统碰壳接地故障电流计算（1）TT系统 式中 IdTT系统碰壳接地故障电流（A）； U电源相电压（V）； RN电源接地电阻（）； RE设备接地电阻（）；（2）TN系统TN系统碰壳接地即相保单相短路 相保单相短路电流可由相保阻抗法计算。工程上相保阻抗一般通过查表获取。 （3）IT系统 一般按经验公式估算，经验公式不止一个，与线路长度、类型、敷设方式和电压等级等有关。 系正常工作时每相导体对地泄漏电流，可以查表。典型数值如每km长度线路几十毫安，部分可高达上百毫安。 二、TN系统的电击防护计算TN系统靠切断电源进行间接电击防护。1、动作时间要求。220V系统：手握式设备：不大于0.4s；移动式设备：不大于0.4s；固定式设备：不大于5s。解释确定以上时间所考虑的因素。 2、安全条件切断电源作电击防护的安全条件为：Id Ia Id 接地故障电流； Ia 保证保护电器在规定时间内自动切断接地故障所需最小故障电流。 Id即相保单相短路电流，一般按相保阻抗法进行计算。 Ia与保护电器的类型和特性有关，分以下几种情况。 （1）熔断器保护（兼）。要求通过电流Id达到熔体额定电流IrFU的一定倍数，才能在规定时间内动作。 切断时间不大于5s的倍数kes要求IrFU（A）410126380200I d / IrFU4.556切断时间不大于0.4s的倍数kes要求IrFU（A）41016324063I d / IrFU8910 Ia=kesIrFU。Id Ia意味着Id kesIrFU ，于是： IrFU Id / kes （2）低压断路器保护（兼）。低压断路器瞬时和短延时脱扣器原本用作短路保护，但都可能兼做TN系统接地故障保护，前提是满足以下条件。瞬时脱扣器：Ia=1.3Iop3，只要故障电流大于瞬时脱扣器动作值1.3倍即可。即：Id 1.3 Iop3短延时脱扣器：Ia=1.3Iop2，要求延时时间小于电击防护规定时间，且Id大于短延时脱扣器动作值。以上1.3是过电流保护灵敏度系数要求。 熔断器、低压断路器原本是作为过电流保护设置的，缘于TN系统碰壳接地故障即为单相短路故障这一特殊原因，以上电器可兼作电击防护用，前提是必须满足前述安全条件。 （3）剩余电流保护电器。TN系统碰壳接地故障电流全部为剩余电流，因此安全条件为：Id In In 剩余电流保护电器额定漏电动作电流。TN系统只能设置漏电断路器，不能设置漏电开关。（why？） 3、PE线截面选择。原理：满足短路热稳定要求，满足故障电流量值要求。工程方法：以相线截面为参照选择。相线截面16mm2及以下，与相线等截面。相线截面1635mm2之间，取16mm2。相线截面35mm2以上，取相线截面一半。 三、TT系统的电击防护计算。1、安全条件：RAIa UL Ia保证保护电器在规定时间内自动切断接地故障所需最小故障电流； RA故障设备接地电阻与PE线电阻之和； UL安全电压。 该公示应用了灵活的工程处理手法，体现了典型的工程意识与智慧，解读如下。TT系统安全条件解读图系统安全条件解读图 （1）逻辑推理。 RAIa UL 安全条件 RAId = Ut 接触电压，见上页图 1）若Id Ia，虽然保护电器不动作 ，但此时Ut=RAId RAIa UL 成立，无电击危险。（勘误：教材推导近似Ut=REId不必要，准确计算式更清晰） 2）若Id Ia，虽然实际预期接触电压RAId有可能大于安全电压UL，有电击危险，但保护电器肯定能在规定时间内切断电源，也是安全的。 （2）不确定因素的处理。 本来也可象TN系统那样，用Id Ia作为安全条件，但有两个问题（这两个问题在TN系统中不存在）： 1）遗漏。即使这一条件不满足，也可能因RA量值小而使接触电压低于50V安全电压。 2）Id的计算涉及到系统中性点接地电阻RN，是不确定因素（解释）。 RAIa UL巧妙地避开了以上的不确定因素，又避免了遗漏。 2、Ia的确定 与TN系统相同。对熔断器、断路器和RCD分别考虑。 熔断器：电流倍数。 低断：瞬时与短延时脱扣器动作电流。 RCD：额定漏电动作电流。 对TT系统，熔断器、低断过流保护兼作电击防护通常不满足要求，一般应设置RCD。 三、IT系统的电击防护计算一次接地故障时，安全判据如下。 REICUL 二次接地故障时，按TN系统同样方式判别。第四章 雷电、建筑物防雷及工程接地装置第一节雷电与雷电参数第二节雷电能量在导体上的传输第三节工程防雷体系及建筑物防雷类别第四节建筑物外部防雷系统第五节建筑物内部防雷系统及雷击电磁脉冲防护第六节工程接地装置第一节 雷电与雷电参数一、雷电的形成与危害1、形成形成过程：雷云，先导（向下先导、迎面先导）放电，主放电，余辉放电。雷击方式：直接雷击，感应雷击。2、危害热效应，机械力效应，电磁效应。能量巨大，破坏力强。图图8-1 雷云对大地放电（直击雷）示雷云对大地放电（直击雷）示意图意图a) 负雷云出现在大地建筑物上方时负雷云出现在大地建筑物上方时 b) 负雷云对建筑物顶部尖端放电时负雷云对建筑物顶部尖端放电时 一、雷电参数1、气象参数雷暴日，雷暴小时。按雷暴日可划分雷击强度区域：少雷区：年雷暴日少于15；多雷区：年雷暴日4090；强雷区：年雷暴日大于90。2、电气参数（1）雷击基本形式及其组合。闪击：雷电向大地或地表附着物的放电称为闪击。雷击：闪击过程中的每一次放电称为一次雷击。通常一个闪击过程包含有若干次雷击。闪击又分为由雷云向建筑物发展向下闪击和由建筑物向雷云发展的向上闪击。向下闪击可能的雷击组合向下闪击可能的雷击组合向上闪击可能的雷击组合向上闪击可能的雷击组合 （2）建筑物防雷工程中雷电参数取值。建筑防雷工程中关心的是受雷击的对象（即建筑物）实际承受的雷击参量大小，这些参量应按一定概率下最不利的情况考虑。因此防雷工程中所关心的雷电参量，不再只与雷电本身有关，还与受雷击对象的特性相关。雷电流参数雷电流参数防雷建筑类别防雷建筑类别一类二类三类I幅值/kA200150100T1波头时间/s101010T2波头时间/s350350350Qs电荷量/C1007550W/R单位能量/(MJ/)105.62.5首次短时雷击的雷电流参数首次短时雷击的雷电流参数雷电流参数雷电流参数防雷建筑类别防雷建筑类别一类二类三类I幅值/kA5037.525T1波头时间/s0.250.250.25T2波头时间/s100100100I/T1平均陡度/(kA/s)200150100后续短时雷击的雷电流参数后续短时雷击的雷电流参数雷电流参数雷电流参数防雷建筑类别防雷建筑类别一类二类三类Q1电荷量/C5037.525T时间/s0.250.250.25长时间雷击的雷电流参数长时间雷击的雷电流参数（3）雷电波的表述通常用T1/T2波形表达，这里符号“/”没有除法运算的含义，仅指雷电波波头时间与半峰时间的一种组合。例如，常用的试验波形有10/350s电流波、8/20s电流波、1.2/50s电压波等。第二节 雷电能量在导体上的传输一、传输线1、集中与分布参数电路关键：电路尺寸与电磁波波长的相对大小。电路尺寸远小于电磁波波长集中参数电路电路尺寸可比于电磁波波长分布参数电路为什么几何尺寸尺寸如此重要？ 2、传输线简介（1）集中与分布参数电路的主要区别集中参数电路：电流、电压只是时间的函数，在一个支路范围内与位置无关。u=u（t），i=i（t）分布参数电路：电流、电压不仅是时间的函数，还是位置的函数，即：u=u（x，t），i=i（x，t）因此，分布参数电路中没有节点、支路等概念，KCL、KVL不再成立。 （2）传输线的波阻抗。传输线上某一点同向传输的电压电流之比，叫做该点的波阻抗。Z（x）=u（x，t）/i（x，t）波阻抗也是一个位置的函数。解释线性传输线，均匀传输线，传输线的波阻抗。波阻抗只表明某一点上电压和电流的比例关系，但并不表明能量消耗，因此与集中参数电路中的阻抗有本质的差异。 （3）传输线的等效电路。如何用集中参数电路的方法去分析实为分布参数电路的传输线？“长”与“短”的相对性及条件转换。传输线上某一点和紧邻的下一点上电流都可能不同，说明传输线上可以有净电荷的集聚。传输线的集中参数等效电路 无限分割级联组合 二、传输线上的行波（1）对行波的理解。整体看：传输线比作铁路，行波就好比火车。就传输线上任一固定点看：该点上电压（电流）随时间的变化，表明不同时刻通过该点的电压（电流）行波的瞬时值。行波实际表明了能量在空间的传输。（2）行波波速v 2=1/（L0C0）=1/（00） （3）行波的折射与反射。当传输路径上波阻抗变化时，由于电场与磁场能量的重新分配，会产生波的折射与反射现象。电流波：表明了磁场能量的传播。电压波：表明了电场能量的传播。波阻抗：表明了磁场与电场能量的比例。根据能量守恒定律，波阻抗变化时，会发生电场和磁场能量的转换，使电流波和电压波发生变化。（4）示例。 末端短路末端开路三、导体上雷电能量传输与传输线的关系雷电波中能量不可忽略的谐波频率达MHz级。相对应的波长为几十到几百米，已小于一般电力或信息线路长度，达到与建筑物尺度可比拟的程度。讨论线路上雷电能量传输时，均将其看作为行波。讨论建筑物上雷电能量传输时，有时仍可近似将导体当作集中参数电路处理。第三节 工程防雷体系及建筑物防雷类别一、工程防雷体系1、工程防雷标准简述IEC/TC81国际电工委员会雷电防护技术委员会。IEC-61024（1990实施）IEC-62305（2003始逐渐替换IEC-61024）IEC/TC64国际电工委员会建筑物电气装置和电击防护技术委员会。IEC/TC37国际电工委员会避雷器和电涌保护器技术委员会。2、工程防雷体系结构 二、建筑物防雷类别1、建筑防雷类别划分的目的与结果（1）目的。明确建筑物受雷击的概率，明确建筑物受雷击后果的严重程度，明确防护严密程度要求。（2）类别划分。划分为三个类别。一类防雷要求最高，二类次之，三类最低。不在以上三个类别中的建筑物，可不做人工防雷。2、建筑物年预计雷击次数N计算该参数表明了建筑物受雷击的概率，有专门的工程计算方法，与建筑物体量、雷电气象参数、建筑物所处位置环境状况等有关。该参数是划分建筑物防雷类别的重要依据之一。第四节 建筑物外部防雷系统主要防直击雷（含顶击和侧击），也包括反击。外部防雷系统是建筑防雷体系中的第一道防线，是内部防雷的基础，是预防性体系。基本思路：控制雷电能量走向，使其以对建筑物危害最小的方式泄放。 一、系统构成由接闪器、引下线和接地装置构成。1、接闪器作用：引雷击向自身，以控制雷云向建筑物放电的部位，实质为引雷器。一般设置在高出建筑物的高度上。原理：利用自身高出建筑物的突出地位和金属材料能够快速聚集大量电荷的特性，以及尖端放电机理，控制雷电先导的发展方向。 类型：人工接闪器，自然接闪器。类型：人工接闪器，自然接闪器。 人工接闪器：避雷针、线、带、网等。人工接闪器：避雷针、线、带、网等。 自然接闪器：金属屋面、杆塔等。自然接闪器：金属屋面、杆塔等。 2、引下线：作用：将接闪器接受的雷电能量由高处引向大地。常见类型：人工引下线，自然引下线。人工引下线：镀锌圆钢、扁钢，同轴屏蔽电缆等。自然引下线：建筑物柱内钢筋等，构筑物金属杆体等。 3、防雷接地体作用：使雷电能量更有效率地向大地泄放。常见类型：自然接地体，人工接地体。详见本章工程接地装置部分。建筑物防雷系统示例二、接闪器保护范围滚球法、网格尺寸法、折线法（不推荐）。1、滚球法（1）原理。设立以hr为半径的一个假想硬壳球体（称为滚球），沿需要防直击雷的部位滚动，当球体只能触及接闪器、或只触及接闪器和地面，而不能触及被保护建筑物时，则建筑物各部位就得到接闪器的保护，否则需要对建筑物上被滚球触及的区域进一步设置保护，（2）应用。用于各种接闪器保护范围确定，也用于较高建筑物对邻近较低建筑物保护范围确定。（3）滚球半径hr取值。按建筑物防雷类别固定取值：一类防雷建筑：30m；二类防雷建筑：45m；三类防雷建筑：60m。2、网格尺寸法控制避雷网网格尺寸大小，就能有效地保护建筑物。（以下单位：m）一类防雷建筑：5X5或6X4以下。二类防雷建筑：10X10或12X8以下。三类防雷建筑：20X20或24X16以下。滚球法与网格尺寸法的关系：滚球法适用于任何接闪器，网格尺寸法适用于避雷网。对避雷网，两种方法可各自独立应用，满足其一即可。小结滚球法：准确性较好，概念明晰，适用面广，建筑电气工程多有采用，特别适用于避雷针、线的保护范围确定。网格尺寸法：简单明了，对避雷网式接闪器特别方便。折线法：准确性和应用方便性不好，但电力工程中仍在采用。三、典型接闪器保护范围计算（一）避雷针保护范围计算1、单只避雷针保护范围计算分针高小于和大于滚球半径两种情况。针高大于滚球半径时，高出滚球半径的部分对增大保护范围无效，保护范围按针高等于滚球半径计算。针高小于滚球半径时针高小于滚球半径时避雷针保护范围计算避雷针保护范围计算2、两只等高避雷针保护范围计算（二）避雷线的保护范围只考虑等高杆塔的情况。分避雷线高小于和大于滚球半径两种情况。3、单根避雷线保护范围线高大于滚球半径线高大于滚球半径勘误：教材图4-15a有误，左侧多了一个h标注，以更改后的本图为准线高小于滚球半径线高小于滚球半径 四、外部防雷系统导致的次生雷害1、反击及防护（1）反击原理。雷电流下泄入地的过程中，会在引下线和接地阻抗上产生压降，该压降使接地体和引下线上产生很高的对地电压，位置越高，对地电压越大。该电压可能高到击穿一定厚度的空气或土壤的程度，向仍处于地电位的金属体放电，产生与雷击放电类似的危害。这种现象称为反击。 （2）反击的防范间距：使防雷引下线和接地体与其他金属体间拉开足够的距离，增大击穿所需电压，从而避免反击。一般地上间距大于5m，地下大于3m。等电位：在确信不会产生其他不良后果的前提下，将引下线与附近的金属体电气联通，强制等电位，避免反击发生。 2、雷电电磁感应防护（1）产生原理（图见下页）（2）危害：缺口火花放电或高压击穿，感应过电流（3）防护措施仅一类防雷建筑需要考虑。通过跨接等方式闭合开口金属环、避免出现大的金属环路。*还有一种静电感应雷危害，其防护方式此处不作介绍。图图8-3 开口金属环上的电磁感应过电压开口金属环上的电磁感应过电压五、侧击雷及其防护需要防侧击雷的部位：滚球法确定。防护方法：建筑边梁或圈梁中主钢筋焊接环通，并与外墙所有金属体及顶击雷防雷引下线电气连接。每三层作一次。第五节 建筑物内部防雷系统及雷击电磁脉冲防护一、传统建筑物防雷与雷击电磁脉冲防护的关系传统的建筑物内部防雷：主要是防雷电感应和雷电波沿管线的侵入，防护的目标是避免在建筑物内引起火花放电和出现电位差。涉及建筑物内电气电子系统防雷问题时，又将雷电感应（辐射耦合的雷电能量）和侵入雷电波（传导耦合的雷电能量）统称为雷击电磁脉冲，防护的目标是避免电气电子设备损坏，防护体系的名称叫雷击电磁脉冲防护。技术措施重叠区域：雷击电磁脉冲防护分两个环节，其一在建筑物上实施，其二在电气电子系统中实施。在后一环节，雷击电磁脉冲防护与传统建筑物内部防雷措施部分重叠。重叠区域处理：不重复实施。二、传统建筑物内部防雷措施1感应雷及其防护（1）设置防感应雷的接地装置。建筑中所有金属都接于该地，以避免出现电位差。（2）封闭开口金属环；避免大面积金属环路。如：管线连接处跨接，平行金属管线之间跨接等。目的：避免感应电压击穿空气产生电火花。2侵入雷电波的防护路径：沿金属管线由室外引入。防护方法：在金属管线进入建筑物处作等电位连接（消除由室外引入的电位差），并与防感应雷接地装置相连（泄放由室外引入的雷电能量）。三、雷击电磁脉冲防护的防雷区及划分1、雷击电磁脉冲（LEMPLightningElectromagneticimpulse）指作为干扰源的电闪电流和电闪电磁场。来源：天空雷电电磁辐射；防雷系统下泄雷电流时产生的电磁感应；各种外部管线传导引入的雷电电磁波。研究特点：主要考虑对低压系统和电子信息系统的影响，而这些系统的承受能力可能低至mJ级，因此传统外部防雷系统不能有效防护。 1、防雷区及划分根据（1）被保护空间可能遭受LEMP的严重程度及（2）被保护系统（设备）所要求的电磁环境，可将被保护空间划分为不同的区域，称为防雷区。与建筑物防雷类别的区别：建筑防雷类别：对不同建筑的整体划分，防直击雷、感应雷等。防雷区：对同一建筑内部的空间划分，防LEMP。 （1）LPZ0A区：本区内各物体都可能遭受雷击，各物体都可能导走全部雷电流，本区内电磁场没有衰减。如：建筑物接闪器保护范围以外的区域，像屋面未作保护的空调冷却搭所处区域。（2）LPZ0B区：本区内各物体不可能遭受直接雷击，但电磁场并未衰减。如：屋面以上接闪器保护范围内的空间。LPZ0A和LPZ0B区一般都处于建筑物外。 （3）LPZ1区：本区内各物体不可能遭受直接雷击，流经导体的电流进一步减小，电磁场可能衰减。如：顶层室内空间。（4）随后的防雷区LPZ2、3根据系统（设备）承受能力做进一步划分。 四、实施在建筑物上的雷击电磁脉冲防护措施1、等电位联结在不同防雷区的交界面实施。作用：均衡电位，分流。主要技术指标：分流系数。2、屏蔽在需要的空间区域墙、地、顶上实施。作用：主要衰减辐射耦合的LEMP。主要技术指标：衰减系数。外来导电物从同一位置进入建筑物的等电位联结外来导电物多点进入建筑物的等电位联结屏蔽作法示例屏蔽作法示例等电位联结与屏蔽示例等电位联结与屏蔽示例第六节 工程接地装置接地装置是接地得以实施的前提条件，厘清接地技术与接地装置间的关系。工程接地装置构成与分类：一、人工接地体1、垂直接地极作法：角钢、钢管等型材，镀锌防腐。深度：与接地电阻反相关，但达到一定深度（一般约为3m）后，对接地电阻影响减小到可忽略。间距：与接地电阻正相关，但间距小于5m后，因屏蔽效应，对接地电阻影响减小到可忽略。2、水平接地极作法：扁钢、圆钢等型材，镀锌防腐。深度：一般埋深在0.6m以下。间距：一般不小于5m，最大间距要考虑电位均衡问题。3、接地网作法：由水平接地极构成闭合环路，可有若干网格，水平接地极还可连接垂直接地极。 图图8-31 人工接地体人工接地体a)垂直埋设的管形或棒形接地体垂直埋设的管形或棒形接地体 b)水平埋设的带形接地体水平埋设的带形接地体 加装均压带的接地网加装均压带的接地网 车间变电所的接地装置平面布置图车间变电所的接地装置平面布置图二、自然接地体接地极由建筑基础金属构件形成、接地引线也可利用结构金属形成。三、跨步电压四、接地电阻测试1、两电极法及存在的问题关键问题：测试极C的接地电阻与被测对象E的接地电阻不能分离。测试结果：2、三电极法原理：将被测接原理：将被测接地体上的电压、地体上的电压、电流分离测量。电流分离测量。关键点：关键点：P电极电极处于地电位处，处于地电位处，且且P电极上无电电极上无电流通过；流通过；E、P、C在同一直线上。在同一直线上。第五章 电气环境安全第一节电气火灾概述第二节电气火灾预防及电热效应防护第三节爆炸和火灾危险性场所电气安全简介第四节静电防护第五节电磁污染与电磁兼容电气火灾及预防公共安全问题。火灾和爆炸危险性场所电气安全特定危险性场所的防火防爆问题。静电防护兼具安全和保障正常作业等问题。电磁兼容涉及设备、系统的正常工作和动植物、人的正常活动与健康等问题。第一节 电气火灾概述着火的必要条件：火源、可燃物、助燃剂。一、电气火灾的火源1、电火花与电弧0.5A的电弧就可能引发火灾。2、高温1）电阻损耗。2）绝缘损耗。3）铁心损耗。二、电气火灾的起因、特点与危害（一）引燃途径1、电弧与电火花属于明火直接引燃。飞溅的高温熔融金属形成二次火源的问题。2、高温1）软化绝缘，导致短路，引发火灾。2）分解物质产生可（易）燃气体。3）直接烤燃。一些物质燃点较低，如纸的燃点大约为130，在高温下会着火。因此，高温不仅是火源，还可能间接导致电弧产生，还是可燃物的制造者。（二）电气火灾的具体起因1、接触不良。2、过电流。3、异常电压升高。4、不稳定短路或接地故障。5、绝缘缺陷。6、铁损过大。7、电动机机械运动受阻。8、误操作。9、设计选型或安装失误。10、雷击。（三）电气火灾的特点与危害1、特点分布性、持续性和隐蔽性。2、危害多发于人员密集的建筑物内，烟、温等共同造成伤害。已有多起群死群伤特大事故案例。第二节 电气火灾预防及电热效应防护主要讨论设计阶段的措施。一、在设备与线缆形式选择上采取的措施1、设备选择优选无油或少油变压器、互感器，无可燃液体电力电容器等。2、线缆选择区分阻燃、耐火与无卤低烟三种特性。二、在配电系统构造上采取的措施1.电气线路规格的选择（1）足够的耐压与绝缘电阻。低压系统线缆绝缘有三个等级：300/500V、450/750V、600/1000V。应根据使用环境与系统接地形式等合理选择。中压线缆耐压有两类，I类用于大接地系统，II类用于小接地系统。以10kV系统为例：I类：6/10kV；II类：8.7/10kV。（2）正确确定线缆相导体载流量。充分考虑环境温度、敷设条件等对线缆表称载流量的影响。（3）中性线截面选择需考虑谐波和零序电流，并应考虑谐波发热对相导体载流量的影响。（4）线路的短路热稳定校验不可忽视。 2、合理设置系统保护 （1）过负荷（过载）保护与线缆允许载流量的配合。保护应先于被保护元件热损坏而动作时间配合电流配合（2）提高单相短路保护灵敏性。因线路零序阻抗大，小截面长线路的末端单相短路电流通常较小，加上短路点非完全金属性短路因短路电流小而不能熔焊，使得短路点本身阻抗不能降低，从而导致单相短路保护经常拒动，容易引发火灾。提高单相短路保护灵敏性的方法：加大导线截面、选择Dyn变压器等。注意剩余电流保护不能动作于相、中单相短路。（3）充分合理使用剩余电流保护。绝缘泄漏电流增大与单相接地故障是很大一部分电气火灾的起因，对这类故障，剩余电流保护有很好的效果。TN、TT系统中单相接地故障都会有大于剩余电流保护动作值的剩余电流产生。因为0.5A以上的电流才可能引发火灾，因此防火剩余电流保护的漏电动作电流一般可以整定为300mA或500mA。工程应用：住宅电源进线处须设置切断全建筑电弧性接地故障的RCD。三、电热效应及其防护简介电气设备产生的热和热辐射，可能造成以下危害：1）降低设备功能，损坏或烧毁设备；2）灼伤人员；3）引发火灾。防护措施：间距、隔离、限制表面温度等。第三节 火灾和爆炸危险性场所电气安全问题简介一、危险性物质1.关于危险性物质的一些术语和参量（1）燃点。燃点指物质在空气中点燃并移去火源后，燃烧仍能持续下去所需的最低温度。（2）闪燃与闪点。易燃液体在其表面上方产生有蒸气时，如果在蒸气处点火，蒸气可能会发生一闪而灭的燃烧，称为闪燃现象。闪燃不是一定会发生的，这主要取决于蒸气的浓度，而蒸气的浓度又与温度密切相关，温度越高，液体蒸发量越大，浓度越高。闪点指能使易燃液体蒸气被引燃所需的最低温度值，是按规定的标准化试验测定的。（3）引燃温度。又称自燃温度，指在规定条件下，可燃物在没有外来火源情况下即自行发生燃烧所需的最低温度。（4）爆炸极限。指在规定条件下，易燃气体、蒸气、薄雾、粉尘、纤维等在空气中形成爆炸性混合气体的最低和最高浓度，分别称为爆炸下限和上限。浓度过低，爆炸所需能量不够，不能引爆；浓度过高，爆炸所需含氧量不够，也不能引爆。（5）最小点燃电流比MICR。指在规定条件下，易燃气体、蒸气、薄雾、粉尘、纤维等在空气中形成爆炸性混合气体的最小点燃电流与甲烷爆炸性混合物的最小点燃电流之比。矿井甲烷是单独的一类爆炸性物质，很多时候将其作为其他爆炸性物质参数的基准。（6）最小引燃能量。指在规定条件下，使爆炸性混合物发生爆炸所需的最小电火花能量。2、危险性物质分类（1）爆炸危险性物质分类。爆炸危险性物质指点燃后燃烧能迅速在整个范围内传播的空气混合物，主要可分为以下几类。（2）火灾危险性物质分类。火灾危险性物质主要指易燃物，在有的情况下也泛指可燃物。3.爆炸危险性物质分组、分级爆炸危险性物质根据其引燃温度可分为不同的组别，其中爆炸性气体、蒸气等按T1T6分组，爆炸性粉尘、纤维等按T11T13分组，数字越小，引燃温度越高。爆炸危险性物质根据其引爆所需能量大小，又可分为若干等级，分别为A、B、C级，字母序号越靠前，引爆所需能量越大。二、危险性环境三、爆炸危险性场所电气设备选择1.防爆电气设备类型隔爆型d，增安型e，充油型o，充砂型q，本质安全型i，正压型p，封浇型m，无火花型n，气密型h，特殊型。2.防爆电气设备的选择防爆电气设备应根据其使用环境的危险性等级、设备本身的种类和工艺条件等因素选择。四、火灾危险性场所电气设备选择与防爆电气设备类同。第四节 静电防护一、静电的产生与危害1、静电的产生接触分离起电，破断起电，感应起电，电荷迁移，压电、电解、热电起电等。2、常见的静电形式1）人体静电2）固体及粉体静电3）液体静电4）蒸气及薄雾静电3、静电特点1）能量小。生产生活活动中自然产生的静电一般不超过mJ级。2）电压高。可高达数十至上百千伏。3）感应性。可在附近感应异性电荷，使静电能量传递。4）积聚性。可累积增加。4、静电能量与电荷与电压之积成正比。5、静电危害1）引燃引爆。静电放电火花引起。2）静电电击。一般不致命。3）损坏电子元件或设备。4）影响正常的工艺过程或破坏正常的工作状态。降低效率，降低质量，出错。二、静电危害的防护1、抑制静电的产生1）采用导电性良好的材料。2）减小摩擦。3）合理的工艺安排。2、消除已产生的静电1）静电中和。2）静电转移、散失与接地。源屏蔽必须要接地源屏蔽必须要接地 3、静电屏蔽 分为源屏蔽与场屏蔽两种。场屏蔽金属空腔中电场强度必为零第五节 电磁污染与电磁兼容 一、概述 电磁环境：存在于给定场所的所有电磁现象的总和，这个总和与时间相关，对其描述可能要用到统计的方法。1、发射器向外发出电磁能的主体。与发射器相关的一些术语如下。1）电磁骚扰（EMD）。任何可能引起其他主体性能降低或产生损害作用的电磁现象。（原因）2）电磁发射水平。表明电磁骚扰强度的量值。2、感受器受到电磁能影响的主体。与感受器相关的术语如下。1）电磁干扰（EMI）。因电磁骚扰而引起的感受器性能的降低。（结果）2）敏感性。在给定电磁骚扰水平下感受器性能降低的程度。3）抗扰度。感受器承受电磁骚扰而不降低其性能的能力。3、耦合途径指发射器与感受器之间电磁能量的传递方式与通道。有传导、辐射两种基本耦合方式。二、电磁兼容性设备或系统在其电磁环境中能正常工作，且不会对环境中其他主体构成不能承受的电磁骚扰的能力。发射器和感受器具有相对性，很多时候同一台设备既是发射器又是感受器。“兼容”一词由此而来。某个电磁环境是否达到电磁兼容性，需要进行评价。评价电磁兼容性会用到的几个主要术语如下。（1）电磁兼容水平。指一个规定的电磁骚扰强度（用电磁骚扰水平表征），在该骚扰水平下，某电磁环境以给定概率满足电磁兼容性。如果某电磁环境中所有电磁骚扰（也可能是他们的某种综合效应）都不超过电磁兼容水平，则该环境是电磁兼容的。（2）发射裕量。指电磁兼容水平与发射器最高发射水平（称为发射限值）之差。（3）抗扰度裕量。指感受器最低抗扰度（称为抗扰度限值）与电磁兼容水平之差。以上（2）、（3）术语表明了在不破坏电磁兼容水平的前提下，发射器电磁骚扰水平和感受器抗扰度水平各自可以劣化的程度。（4）电磁兼容裕量。指电磁发射裕量与抗扰度裕量之和。