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电击防护的故障保护措施

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-04-29  来源:《电气&智能建筑》  作者:陈 谦
  1 电流对人体的效应
 
  1.1 电流对人体效应的约定时间/电流区域
 
  在电气装置的选择和应用中,首先应保障人身安全。设备或装置发生电气故障时,电流对人体的危害主要取决于电流的数值和通电时间的长短。电流对人体的效应中,心室纤维性颤动是致命的最主要因素。为了探索纤维性颤动的阈值,奥地利专家毕格麦亚教授曾经用自己的身体做通电试验,为IEC60479系列标准提供了早期必要的试验数据。
 
  最新的研究发现,决定心室纤维性颤动阈值的电气参数是电流的持续时间、路径和电流的特性等。从电击事故统计资料得知,心室纤维性颤动主要由从手到脚流过人体的纵向电流产生;由动物实验得知,更高强度的横向电流也会导致心室纤维性颤动。
 
  交流电流对人体效应的约定时间/电流区域见图1所示[1]。
10-10
 
  当电击持续时间小于0.1s,电流大于500mA时;或者当长时间通过的电流大于30mA时,纤维性颤动就有可能发生。
 
  根据对动物实验结果的统计计算,建立了5%和50%的纤维性颤动概率曲线C2和C3;把动物实验应用于人体,从左手到双脚的路径,得到C1曲线;C1曲线以下,纤维性颤动不太可能发生。
 
  1.2 电流对人体效应的约定时间/电压区域
 
  电流和时间特性图不便于进行电击防护的设计选型,通常以时间和接触电压允许值作为安全判断的标准。
 
  接触电压等于通过人体的电流和人体阻抗的乘积。其中,人体阻抗不易确定,它和很多因素有关,特别是,电流的路径、接触电压、电流的持续时间、皮肤的潮湿程度、接触面积大小、施加的压力等。
10-20

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  通过对表1中人体阻抗和生理效应的电流阈值进行分析,IEC标准提供了接触电压-持续时间组合阈值曲线(见表2)[2]。
 
  表2中的分析表示,考虑到人口的5th百分比的人体阻抗值,相当于覆盖了95%以上的人口,该阻抗值被认为是保守的,它们对应的是人体流过较高的电流。表中,大的接触面积考虑为整只手接触带电面,面积为82cm;中等接触面积按12.5cm考虑,代表一只手的掌心接触导电部分情况;小的接触面积按1cm考虑,代表用手接触一个小的带电部分。
 
  表2的曲线未涵盖以下因素:
  ①减少接触的可能性(通过障碍物、遮栏、警示标志,置于伸臂范围以外的防护措施,进行人员培训等);
  ②降低相对于故障电压的接触电压(例如通过等电位联结);
  ③和人体串联的附加电阻(例如手套、鞋、地毯等)[2]。
  也不考虑高压事故致死的因素,高压电击一般导致心跳骤停,不会出现心室纤维性颤动。
  图中有三条重要的生理效应阈值曲线a、b和c1:
  ①当电流大于曲线a时,可能发生惊吓反应;
  ②当电流大于曲线b时,会发生较严重和不希望的生理学效应;
  ③当电流超过曲线c1时,有出现心室纤维性颤动的可能性。
 
  2 故障保护措施
 
  故障保护是设备或装置发生单一故障条件下的保护。由单一故障导致一个或多个随后的故障仍然属于单一故障条件。
 
  等电位联结和自动切断电源是故障保护中两个最主要的保护措施。等电位联结的保护注重降低预期接触电压,使得故障电压低于预期接触电压阈值;而自动切断电源的保护强调在约定的时间内切断电源回路。从单一故障保护的角度,采用自动切断电源属于有效的保护措施,可以独立地完成故障保护功能。表1节选自文献[3]附录A,图A.1.
 
  然而,配电系统和电气装置并非只存在单一故障,例如,TN系统由于接地故障可能在电气装置中产生转移故障电压,并能沿PE或PEN导体蔓延到整个TN配电系统中[4]。那么,无论何种接地形式,等电位联结都能显示其独特的均衡电位的能力:
 
  (1)平衡建筑物内的地电位;
  (2)消除建筑物外引入的危险电位;
  (3)降低建筑物内的故障接触电压。
 
  因此,IEC标准从降低低压电气装置预期接触电压的角度,把等电位联结的保护作为故障保护的前提是有道理的[5]。
 
  等电位联结和自动切断电源最好能同时存在,互相配合,以期达到最佳的保护效果。但是,从上述表1中得知,IEC61140最新的CDV版本也把保护等电位联结列为单独的故障保护措施(但应注意,不是用于附加保护的局部或辅助等电位联结)。
 
  3 保护等电位联结
 
  3.1 总等电位联结的保护效果
 
  从整个电气装置的角度,每个建筑物内都应设置总等电位联结。通过将总保护导体、电气装置的总接地导体、装置外可导电部分和建筑物金属结构等联结到总接地端子上,以便在发生接地故障时,达到降低预期接触电压的目的。
 
 
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