安全电压与电击防护

一、安全电压
1.电击的含义
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，称为电接触。视接触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，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能治病救人，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。因此电气专业人员应了解电流通过人体的效应，才能采取正确有效的防范措施，避免发生电击事故。
2.电流对人体的效应
国家标准《电流通过人体的效应》(GB/T13870.1—1992)中规定了15~100Hz正弦交流电流通过人体时有以下几个主要的效应阈值：1)感知阈——通过人体能引起任何感觉的最小电流值；2)反应阈——通过人体能引起肌肉不自觉收缩的最小电流值；3)感知阈和反应阈由人体与电极接触的面积，接触的状态(干、湿、压力、温度)以及个人的生理特点等因素决定，反应阈的通用值为0.5mA，此值与电流通过的持续时间长短无关；4)摆脱阈——手握电极的人能自行摆脱电极的最大电流值，摆脱阈由接触面积，电极的形状和大小，以及个人的生理特点等因素决定，摆脱阈的平均值为10mA；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导致伤亡；5)心室纤维性颤动阈值——通过人体能引起心室纤维性颤动的最小电流值；心室纤维性颤动阈由生理参数(人体的解剖特点、心脏功能状态等)和电气参数(电流持续时间和通路、电流的种类等)决定，电流通过人体时引起的心室纤维性颤动是电击致死的主要原因，此阈值随通电时间的增大而减小。6)把电流通过人体的效应，以时间/电流为坐标，可划分为四个区域见图1及表1。

图1 15~100Hz交流电流过人体时的电流-时间效应分区
15~100Hz正弦交流电的时间/电流区域 表1

3.不同环境条件下的不同交流接触电压限值
在干燥条件下当接触电压不大于50V时，人体接触此电压不致发生心室纤颤致死，所以在干燥环境条件下将预期接触电压限值取为50V。据此，IEC将干燥环境条件下用以防电击的特低电压设备的额定电压定为48V(我国现仍沿用过去的36V，其技术经济性能较差)。在潮湿环境条件下，例如在施工现场、农场等处，由于人体皮肤阻抗降低，大于25V的接触电压即可导致引起心室纤颤的30mA以上的接触电流，据此，IEC将潮湿环境条件下的接触电压值规定为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，由于皮肤湿透，其阻抗大幅下降，特低电压设备的额定电压IEC规定仅为12V或6V。尽管干燥和潮湿环境条件下的人体阻抗和接触电压限值并不相同，但导致人体心室纤颤的电流阈值都仍为30mA。这正是在干燥和潮湿不同环境条件下，IEC都规定装用同一额定动作电流不大于30mA的瞬动RCD而不要求装用10mA或6mA的RCD的原因。10mA或6mA的RCD现在多为进口产品，不但价格高昂，而且还易因过于灵敏而引起误动导致断电。
4.安全电压的选择
安全电压是不致危及人身安全的电压。安全电压值取决于人体的电阻和人体允许通过的电流。我国规定的安全电压等级，即为防止因触电造成人身直接伤害事故而采用的由特定电源供电的电压等级；还规定在正常和故障情况下，此电压等级的上限值为任何两导体间或任一导体与地间均不得超过交流(50~800Hz)有效值50V或直流(非脉动值)120V。安全电压应根据使用环境、人员和使用方式等因素选用。在有危险的场所使用的手持式电动工具等应选用48V及以下的安全电压；在矿井、多导电粉尘等场所使用的行灯等应选用36V及以下的安全电压；供某些人体可能偶然触及的带电设备应选用24V及以下的安全电压；水下及浴室用电设备应选用12V或6V的安全电压。（http://www.gdzrlj.com版权所有）为了确保人身安全，供给安全电压的特定电源，除采用独立电源外，供电电源的输入电路与输出电路必须实行电气上的隔离。工作在安全电压下的电路必须与其他电气系统和与之无关的可导电部分实行电气上的隔离。当电气设备采用24V以上的安全电压时，必须采取防止直接接触带电体的保护措施，其电路必须与大地绝缘。
二、电击防护
1.电击防护的基本原则
(1)直接接触防护：对于人和家畜在接触电气装置的带电部分时所可能发生的危险应有防护，这种防护可用二种方法获得：1)防止电流从任何人或家畜的身体通过；2)限制能够通过身体的电流，使其值低于电击电流。
(2)间接接触防护：对于人和家畜在故障情况下接触外露可导电部分时所可能发生的危险应有防护，这种防护可用三种方法获得：1)防止故障电流从人或家畜的身体通过；2)限制能够通过身体的故障电流，使其值低于电击电流。3)在故障情况下，当人或家畜因触及外露可导电部分而可能导致一个其值等于或大于电击电流的电流通过身体时，在一规定的时间内自动切断供电。
(3)低压配电系统的防触电保护可分为：1)直接接触保护(正常工作时的电击保护)；2)间接接触保护(故障情况下的电击保护)；3)直接接触及间接接触兼顾的保护。
2.直接接触电击防护的措施
直接接触电击系指人体与正常工作中的裸露带电部分直接接触而遭受的电击。其主要防护措施如下：
(1)将裸露带电部分包以适合的绝缘。
(2)设置遮栏或外护物以防止人体与裸露带电部分接触，这时应注意：1)遮栏和外护物靠近裸露带电部分的这一部分，其防护等级至少应为IP2X，即如有洞孔，其直径不应大于12.5mm。2)人易接近的遮栏或外护物的水平顶部的防护等级至少应为IP4X，即如有洞孔，其直径不应大于1mm。3)只能使用钥匙或工具，或切断电源才能移开遮栏和外护物。
(3)设置阻挡物以防止人体无意识地触及裸露带电部分。阻挡物可不用钥匙或工具就能移动，但必须固定住，以防无意识的移动。这一措施只适用于专业人员。
(4)将裸露带电部分置于人的伸臂范围以外。伸臂范围的规定距离见图2所示。图中S为人的站立面。当人站立处前方有阻挡物时，伸臂范围应从阻挡物算起。从S面算起的向上的伸臂范围为2.5m，人体上方低于IP2X要求的阻挡物都不能减少此范围。在常有人手持长或大的物体的场所，伸臂范围尚应适当加大。


图2 伸臂范围的规定距离
(5)装设剩余电流动作保护器(以下简称RCD)作为后备保护，其额定动作电流不应超过30mA。它只能作为上述(1)-(4)项直接接触电击防护措施的后备措施。不能代替上述措施。
3.间接接触电击防护的措施
因绝缘损坏，致使相线与PE线、外露导电部分、装置外导电部分以及大地间的短路称为接地故障。这时原来不带电压的电气装置外露导电部分或装置外导电部分将呈现故障电压。人体与之接触而招致的电击称为间接接触电击。因电气设备本身防电击类别的不同，工程设计中采取的防间接接触电击的措施也不同，叙述如下：
0类设备：具有可导电的外壳，只有一层基本绝缘，且无PE线连接端子(例如不接PE线的金属外壳台灯)，当基本绝缘损坏时，外壳即呈现高达相电压的故障电压，电击致死的危险很大，因此0类设备只能在对地绝缘的环境中使用，或用隔离变压器等分隔电源供电。
Ⅰ类设备：和0类设备相同，但其外露导电部分上配置有连接PE线的端子。在工程设计中对此类设备需用PE线与它作接地连接，以降低接触电压，并在电源线路装设保护电器，使其在规定时间内切断电源。
Ⅱ类设备：除基本绝缘外，还增设附加绝缘以组成双重绝缘，或设置相当于双重绝缘的加强绝缘，或在设备结构上作相当于双重绝缘的等效处理，使这类设备不会因绝缘损坏而发生接地故障。因此在工程设计中不需再采取防电击措施。
Ⅲ类设备：额定电压采用50V及以下的特低电压，此电压与人体的接触不致造成伤害。在工程设计中常用一次为380V或220V的隔离变压器降压供电。
4.直接接触和间接接触两者兼有的电击防护措施
(1)直接接触与间接接触兼顾的保护，宜采用安全超低压和功能超低压的保护方法来实现。
(2)安全超低压(SELV)和功能超低压(PELV)的电源采用安全隔离变压器。
(3)回路的布置：1)SELV和PELV回路的带电部分相互之间和与其他回路之间，应进行电气分隔，其布置应保证电气分隔水平不低于安全隔离变压器的输入和输出回路之间的隔离水平。2)每个SELV和PELV系统的回路导体应与其他任何回路导体在布置上分开。当此要求无法实现时，需要采用以下配置之一：a)除基本绝缘外，SELV和PELV回路导体还应封闭在非金属护套内；b)电压不同的回路导体采用接地的金属屏蔽或接地的金属护套隔开；c)电压不同的回路可以包含在一个多芯电缆或导体组内，但SELV和PELV回路导体应单独地或集中地按其中存在的最高电压绝缘。3)SELV和PELV系统的插头和插座应符合以下各项要求：a)插头应不能插入其他电压系统的插座；b)插座应不能被其他电压系统的插头插入；c)插座应没有保护导体触头。
三、结束语
安全电压与电击防护是电气安全技术领域非常重要的内容，是保证安全使用电气设备，确保人身安全的重要措施，理解和掌握安全电压的有关内容及电击防护的具体要求，对保证建设工程质量，创造以人为本，安全和谐的社会环境具有重要意义。