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船舶修造电q安全技术

（船舶安全管理技术专业）

迎于_走缠_主风卫副主编

刘明伟主审             ʌ^

公泰交通由版∙⅛

China Communications Press

高等职业教育规划教材

高等职业院校船舶技术类专业拓展课程教学用书

•船舶修造资源管理         谢荣

•船舶工程导论           刘善平

■船舶修造安全概论         周明顺

•船舶修造电气安全技术       郭祖平

•船舶修造职业危害与防护      蒋德志

•计算机辅助船体三维结构设计    刘桂香

策划编辑:黄兴娜

责任编辑:杨川黄兴娜

封面设计：王红锋

ISBN 978-7-114-08840-7

网上购书/www.jtbook.com.cn 定价：29.00元

高等职业教育规划教材

高等职业院校船舶技术类专业拓展课程教学用书

Chuanbo Xiuzao Dianqi Anquan Jishu 船舶修造电气安全技术

（船舶安全管理技术专业）

人説文通去⅛⅛祉

内容提要

本书为高等职业教育规划教材，共九章，内容包括:船舶电气安全基础，直接接触电击的防 护，间接接触电击的防护，其他电击防护措施，电工安全用具与常用仪表，防雷技术，供配电系 统过电压防护，电气环境安全,施工中的电气安全管理与措施。

本书主要作为高职院校船舶安全管理技术专业教材，也可以作为轮机管理、船机修造专业 的选修课程教材,还可供航运、修造船企业有关的工程技术人员参考。

图书在版编目（ClP）数据

船舶修造电气安全技术/郭祖平主编.—北京: 人民交通出版社,2011.1

ISBN 978-7-114-08840-7

I.①船…II.①郭…III.①船舶修理-电气设备-安全技术②造船-电气设备-安全技术IV.①U673.4

中国版本图书馆CIP数据核字（2010）第265070号

高等职业教育规划教材

书 名：船舶修造电气安全技术

著作者：郭祖平

责任编辑：杨川黄兴娜

出版发行：人民交通出版社

地 址：（I（XX）Il）北京市朝阳区安定门外外馆斜街3号

网 ilt: http://www.ccpress.com.cn

销售电话：（OlO） 59757969, 59757973

总 经销：人民交通出版社发行部

经 销：各地新华书店

印 刷：北京市密东印刷有限公司

开 本：787 x1092 1/16

印 张：9. 75

字 数：224千

版 次：2011年1月第1版

印 次：2011年1月第1次印刷

书    号：ISBN 978-7-114-08840-7

印   数：0∞l -2000册

定 价：29. OO元

（如有印刷、装订质量问题的图书由本社负责调换）

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为深入贯彻《教育部关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》，积极推进课程改 革和教材建设，为职业教育教学和培训提供更加丰富、多样和实用的教材，更好地满足我国造 船工业快速发展的需要，中国交通教育研究会职业教育分会船舶技术专业委员会组织全国开 办有船舶技术类专业的职业院校及其骨干教师，编写了高等职业教育船舶技术类专业拓展课 程教学用书。

本系列教材注重以就业为导向，以能力为本位，面向市场，面向社会,体现了职业教育的特 色，满足了高素质的实用型、技能型船舶技术类专业高等职业人才培养的需要。

本系列教材是针对三年制高等职业教育编写的，二年制的也可参考使用。同时，本系列教 材还适用于船员的考证培训和船厂职工的自学以及其他形式的职业教育。

在中国航运业和船舶修造业飞速发展的同时，船舶修造和管理中存在的安全问题也越来 越明显，发生的危险事故屡见不鲜，造成巨大的财产损失和大量的人员伤亡。其中，电气安全 的事故占有很大比重，因此必须重视船舶修造和管理，中的电气安全工作。作者通过参加在船 舶电气安全技术课程的教学培训和实践，参考相关教材和国内船舶修造过程中电气安全的实 际情况编写了《船舶修造电气安全技术》。

本书针对船舶管理、修造中的电气安全问题，结合中国船级社《钢质海船入级规范》，主要 介绍了船舶电气设备的技术标准、电力系统安全防护、船舶修造中的安全用电、防火防爆技术 与组织管理。全书共分九章，内容包括:船舶电气安全基础，直接接触电击的防护，间接接触电 击的防护，其他电击防护措施，电工安全用具与常用仪表，防雷技术,供配电系统过电压防护， 电气环境安全,施工中的电气安全管理与措施。

本书主要作为高职院校船舶安全管理技术专业的专业教材，还可供轮机管理、船机修造专 业学生及航运、修造船企业有关的工程技术人员参考。

参加本书编写工作的人员有：主编青岛远洋船员学院郭祖平（编写第一、四、七章），副主 编青岛远洋船员学院于风卫（编写第三、六章）；参编青岛远洋船员学院孙红英（编写第二章）， 武汉航海职业技术学院周春东（编写第五章），青岛远洋船员学院曹海滨（编写第八章）、徐昆 伦（编写第九章）。

全书由渤海船舶职业学院刘明伟担任主审，在此表示感谢！

限于编者经历和水平，教材内容难以覆盖全国各地的实际情况，希望各教学单位在积极选 用和推广本系列教材的同时，注重总结经验，及时提出修改意见和建议，以便再版修订时改正。

中国交通教育研究会职业教育分会船舶技术专业委员会 二O一O年一月

MiULU

第一章船舶电气安全基础.................................................................................1

第一节电力系统概况....................................................................................1

第二节 电气危害 .......................................................................................11

第三节电流对人体的作用...........................................................................15

第二章直接接触电击的防护...........................................................................20

第一节绝缘.............................................................................................20

第二节 电气装置的屏护与间距 .....................................................................28

第三节电气设备外壳的防护等级..................................................................29

第四节船舶电气设备的绝缘要求..................................................................32

第三章间接接触电击的防护...........................................................................36

第一节 接地的基本概念 ..............................................................................36

第二节系统接地的形式..............................................................................39

第三节电气线路的安全分析........................................................................42

第四节IT系统间接电击防护原理 ..................................................................51

第五节 TT系统间接接触电击防护原理............................................................54

第六节TN系统的间接接触电击防护原理.........................................................57

第七节有关船舶接地的主要规定..................................................................63

第四章 其他电击防护措施 ..............................................................................66

第一节漏电保护装置.................................................................................66

第二节 安全电压 .......................................................................................72

第三节电气隔离.......................................................................................74

第五章电工安全用具与常用仪表.....................................................................77

第一节 电工安全用具 .................................................................................77

第二节 常用电工仪表 .............................................................   82

第三节 仪用互感器 ....................................................................................88

第六章防雷技术..........................................................................................91

第一节雷电的产生、种类及危害.....................................................................91

第二节防雷装置.......................................................................................94

第三节船舶避雷的相关要求........................................................................96

第七章供配电系统过电压防护........................................................................98

第一节过电压类型....................................................................................98

第二节过电压的防护.................................................................................101

第八章电气环境安全....................................................................................107

第一节电气火灾和爆炸..............................................................................107

第二节静电危害的防护..............................................................................115

第九章施工中的电气安全管理与措施...............................................................124

第一节电工作业安全组织管理.....................................................................124

第二节电气作业安全工作制度.....................................................................126

第三节船舶修造用电安全技术.....................................................................132

第四节特殊作业的用电安全................................   137

第五节触电急救...............................................   143

参考文献......................................................................................................147

第一章船舶电气安全基础

本章首先介绍工业企业和船舶供配电的一些基本知识,然后讲述电气事故概要、触电事故 的类型及其分布规律,最后重点论述电流对人体的作用。本章内容有关电气安全工程的基础 知识。

第一节电力系统概况

一、工业企业供配电

工业企业供配电是指工业企业所需电能的供应和分配。由于电能易于由其他形式的能量 转换而来,又易于转换为其他形式的能量而被利用,并且,电能在传输和分配上简单经济,便于 控制，因此,电能成为现代工业生产的重要能源和动力。实际上，电能的生产、输送、分配和使 用是在同一瞬间完成的,实现这个全过程的各个环节构成了一个有机联系的整体,这个整体就 称为电力系统。

L电力系统

（1）电力系统的组成。电力系统由发电厂、送电线路、变电所、配电网和电力负荷组成,图 1-1是典型的电力系统主接线单线图（图中未画出用户内部的配电网）。

发电厂

区域变电所

35kV

一送电线路

配电线路

! 0 j变电所

IOkV

0.4kV

用户

图1-1电力系统图

发电厂又称发电站,将自然界蕴藏的各种一次能源转换为电能（二次能源）。在现代电力 系统中,最常见的是火力发电厂、水力发电厂和核能发电厂。

送电线路是指电压为35kv及其以上的电力线路,分为架空线路和电缆线路。其作用是 将电能输送到各个地区的区域变电所和大型企业的用户变电所。

1 ▲

船舶修造电气安全技术

变电所是构成电力系统的中间环节,分为区域变电所(中心变电所)和用户变电所。其作 用是汇集电源、升降电压和分配电力。

配电网由电压为ιokv及其以下的配电线路和相应电压等级的变电所组成,也有架空线 路和电缆线路之分。其作用是将电能分配到各类用户。

电力负荷是指国民经济各部门用电以及居民生活用电的各种负荷。

(2)额定电压和电压等级。电气设备都是设计在额定电压下工作的。额定电压是保证设 备正常运行并能够获得最佳经济效果的电压。我国标准规定的三相交流电网和电力设备常用 的额定电压如表1-1所列。

我国三相交流电网和电力设备的额定电压   (单位:kv) 表IJ

分类	电网和用电设备额定电压	发电机额定电压	电力变压器额定电压
			一次绕组	二次绕组
	0.22	0.23	0.22	0.23
低压	0.38	0.40	0.38	0.40
	0.66	0.69	0.66	0.69
	■                  3	3.15	3 及 3.15	3. 15 及 3.3
	6	6.3	6 及 6.3	6. 3 及 6.6
	IO	10.5	10 及 10.5	10.5 及 H
	—	13.8,15.75,18.20	13.8,15.75,18.20	—
	35		35	38.5
高压
	63		63	69
	110	—	110	121
	220	—	220	242
	330	—	330	363
	500		500	550

我国标准规定:额定电压1 OOoV以上的属高压装置,1 o∞v及其以下的属低压装置。对 地电压而言,25OV以上为高压,25OV及其以下为低压。

一般又将高压分为中压(1 ~ IOkV)、高压(10 ~33QkV)、超高压(330 ~1 OOOkV)、特高压 (>1 OOOkV) _o电力网的电压随着大型电站和输电距离的增加,送电电压有逐渐提高的趋势。

在表1 -1列出的工频高压多个等级中,应用较多的是IOkV、35kV、IIOkV和220kV。

我国工频低压最常用的是380V和220V电压,在安全要求高的场合,还采用50V以下的 安全电压。

就直流电压而言,我国常用的有IK)V、220V和440V三个电压等级,用于电力牵引的还有 250V、550V、750V、l 500V、3 OOOV 等电压等级。

用电设备的额定电压规定为与同级电网的额定电压相同。考虑用电设备运行时线路上要 产生电压降,所以发电机额定电压要高于同级电网额定电压5%。同样,变压器的二次绕组额 定电压高于同级电网额定电压5%。变压器一次绕组的额定电压分两种情况：当变压器直接 与发电机相连时,其一次绕组额定电压应与发电机额定电压相同，即高于同级电网额定电压的

第一章船舶电气安全基础

5%；当变压器接在电力网的末端,其一次绕组额定电压应与电网额定电压相同。

电力系统的电压和频率是衡量电力系统电能质量的两个基本参数。《全国供用电规则》 (1983年)规定,一般交流电力设备的额定频率为50Hz,称为“工频”。设备的端电压与其额定 电压有偏差时,设备的工作性能和使用寿命将受到影响，总的经济效果将会下降。

2.工业企业供电系统的组成

工业企业供电系统由高压配电线路、配电所、低压配电线路等组成。其高压部分如图1-2

所示。该图表示了系统的组成及相互关系，具体各 部分的设立及连接方式还须根据工业企业的具体 情况确定。常见的供电方式有以下四种：

(1)进线电压为35kV,先经总变电所变为IOkV 的配电电压,分送到各车间变电所,再经车间变电 所变为0.4kV低压电分送到各配电箱或用电设备。 此方式适用于大型企业和大中型企业。

(2)进线电压为IokV,经配电所分送到各车 间,经车间变电所变为0∙4kV低压电，分送到各配 电箱或用电设备。此方式适用于大中型企业和中

图1-2企业高压配电系统

I-总变电所；2-配电所；3-车间变电所；4-高压用电 设备

型企业。

(3)进线电压为IokV,经变电所变为低压电分送到车间，再送到各配电箱或用电设备。 此方式适用于中型企业和中小型企业。

(4)进线电压为0.4kV,经配电所(室)分送到各车间或直接送到配电箱或用电设备。此 方式适用于小型企业。

3.工业企业配电

(1)企业高压配电。企业高压配电有放射式、树干式、环式三种基本接线方式。

①放射式,如图1-3所示。此方式是由一条母线分别给大型电动机、电炉变压器、电力变

6~ IOkV

220/380V

图1-3高压放射性电路

压器送电。其优点是各个线路上的故障不产生相互影响，因 此可靠性较高,而且便于装设自动装置以实现自动化。缺点 是使用高压开关设备较多,使投资增加。

高压放射式配电适用于具有位置分散、大型集中负荷的 企业。

②树干式,如图1-4所示。此方式是由一条高压配电干 线引出若干支线，向用电负荷送电。其优点是线路简化,减 少了线路的有色金属消耗量;采用的高压开关数量少，因此 投资较少。缺点是供电可靠性低，当高压配电干线发生故障 或检修时,连接于干线的所有变电所都要停电，并且在实现 自动化方面适应性也较差。要提高其供电可靠性,可采用双 干线供电或两端供电的接线方式。

③环式,如图1-5所示。此方式实质上是两端供电的树 干式接线,为了避免环行线路上发生故障时影响整个电网，

3……√-^^k

船舶修造电气安全技术

以及便于实现线路保护的选择性,大多数环行线路采用开环运行,即环行线路中有一处开关是 断开的。

图1-4高压树干式线路

图1-5环式配电线路

实际上,高压配电系统往往是根据具体情况，由上述几种接线方式组合而成。

（2）企业低压配电。企业低压配电线路也有放射式、树干式和环式等基本接线方式。

①放射式,如图1-6所示。此方式的特点是各个引出线在发生故障时相互之间不产生影 响,供电可靠性较高。其应用范围主要是用电设备容量大,负荷性质重要,潮湿及腐蚀性环境 的车间,或有爆炸危险性的厂房等。

②树干式,如图1-7所示。此方式在干线发生故障时,影响范围大,供电可靠性较差,适用 于供电给容量较小而分布较均匀的用电设备,如机床、小型加热炉等。图l-7b）所示树干式是 “变压器-干线式”接线，由于省去了变电所低压侧整套低压配电装置,使变电所结构简化,投 资大为降低。

6~10kV

图1-6低压放射式 接线

图1-7低压树干式接线

a）低压母线放射式配电的树干式;b）低压“变压器-干线组”的树干式

图1-8所示为由树干式变形而得到的链式接线方式,适用于离开供电点较远、用电设备之 间相距很近、容量很小的次要用电设备。链式相连的用电设备数量一般限制在3 ~5台之间， 或总容量不超过IOkw_o

③环式,如图，9所示。它是由一台变压器供电的低压环式接线。此方式的特点是供电 的可靠性较高,但其保护装置及其整定比较复杂,若配合不当，易发生误动作。实际上,低压环 ^⅜k. 4

第一章船舶电气安全基础

式接线多采用开环方式运行。

图1-8低压链式接线 a)连接配电箱;b)连接电动机

工业企业的低压配电系统,根据具体的情况,往往是由上述几种接线方式进行组合而成。 运行经验表明,工业企业电力线路的接线应力求简单。供电系统如果接线复杂,层次过多,使 线路中串联的元件过多,既加大投资,又不便于操作和维护，而且因误操作或元件故障而产生 的事故概率也随之增大。一旦发生事故,进行事故处理和用于恢复供电的操作也比较繁琐费 时,使停电时间延长。此外，由于继电保护的级数增多,相对延长了动作时间,对供电系统的故 障保护十分不利。

二、船舶电力系统基本知识

1.船舶电力系统的组成

船舶电力系统主要是由电源、配电装置、电网与负载四部分组成，其单线图如图1-10 所示。

(1)电源。电源是将机械能、化学能等能源转变成电能的装置。船上常用的电源装置是 柴油发电机组和蓄电池。

(2)配电装置。配电装置是对电源和负荷进行分配、监视、测量、保护、转换、控制的装置。 配电装置主要可分为主配电板、应急配电板、分配电板(动力、照明)、充放电板等。

(3)电网。电网是全船电缆电线的总称。电网是联系发电机、主配电板、分配电板和负荷 间的中间环节,是将电源的电能输送到负荷端的媒体。船舶电网根据其所连接的负荷性质可 分为动力电网、照明电网、应急电网、低压电网、弱电电网等。

(4)负荷。船舶负荷大体可分成舱室机械、甲板机械、船舶照明、通信导航设备及其他用 电设施。

2.船舶电力系统的特点

由于船舶是一个孤立的活动于海洋上的独立体,使得船舶电力系统与陆上电力系统相比 有很大差异,主要有以下两个方面。

船舶修造电气安全技术

G「主发电机;EG-应急发电机;ACB「发电机主开关；ACB「应急发电机主开关；MSB-主配电板；ESB-应急配电板；MCCBj配 电开关;M「电动机;DSB-分配电板;RSB-无线电分配电板；MCCBH-应急配电开关;ISWr隔离开关；ISB-照明配电板；EISB-应急照明配电板；IDSB-照明分配电板；EDSB-应急分配电板;Tr-照明变压器；ETr-应急照明变压器

(1)船舶电站容量较小。陆上电网容量一般在几百万~几千万kW之间,单机容量大多在 数十万kw左右;一般远洋船舶主电站大多装三台发电机组,发电机单机容量为400 ~ 800kW_o

(2)船舶电网输电线路短。与陆上数千公里高压输电网络相比，船舶电网输电线路要短 的多。由于电能不需要远距离传输,船舶发电机端电压、电网电压、负荷电压大多是同一个电 压等级,所以输配电装置较陆上系统简单。由于受容积的限制，船舶电气设备比较集中，电网 长度不长并都采用电缆,所以对发电机和电网的保护比陆上系统要简单,一般只设置发电机过 载保护及外部短路保护，电网的保护和发电机的保护通常共用一套装置。

3.船舶电力系统的基本参数

船舶电力系统的基本参数是指电流种类(电制)、额定电压和额定频率的等级。它们决定 了电站工作的可靠性和电气设备的重量、尺寸、价格等。

(1)电制的选择。由于电源有直流电源与交流电源之分，因此船舶电力系统也相应有直 流电力系统船舶与交流电力系统船舶之分，习惯上把它们称为直流船与交流船。在20世纪 50年代以前所建造的船舶,绝大部分是直流船。由于交流船舶的电气设备在维护、保养等方 面工作量比直流船要少得多,且交流电机结构简单、体积小、重量轻、运行可靠,其相应控制设 备也简单,因此在60年代以后建造的船舶主要是交流船,到了 70年代后除特种工程船舶外, 几乎都采用交流电力系统。采用交流电制后，船舶的造价和维修费用也有明显的降低。

(2)额定电压与额定频率的选择。船舶电力系统额定电压的大小直接影响到电力系统中 所有电气设备的重量和尺寸、价格等技术经济指标和人身安全问题。船舶建造时选择额定电 压主要是考虑与本国陆上低压电网额定电压相一致。

第一章船舶电气安全基础

目前运行中的或正在建造中的远洋船舶主电站动力电网额定电压不是采用38OV的就是 采用440V的标准,照明电网额定电压不是采用220V就是采用IloV（IoOV）的标准,临时应急 照明电网与弱电电网一般采用24V的标准。

随着船舶发展大型化，目前采用电力推进的商船、滚装船和一些工程船舶电站的容量都比 较大,这时仍采用低压系统标准显然已不合理，因此这类船舶大多采用陆上相应的3. 3kV或 6.6kV中压等级标准。

交流船舶电力系统的额定频率均选用陆上的标准等级,有50HZ与60HZ两种标准,通信 导航设备除外。

根据CCS（中国船级社）规范规定,工作于额定频率为50Hz或60Hz、导体间最高电压不超 过IooOV的交流系统,或在额定工作条件下导体间最高瞬时电压不超过1 500V的直流系统 为低压系统。额定电压大于IkV但不超过15kV,额定频率为50Hz或60Hz的交流系统或在 额定工作条件下最高瞬时电压超过1 500V的直流系统为高压系统。配电系统动力设备的最 高供电电压为15 00OV,居住舱室内的照明设备、取暖器的最高供电电压为250V。

4.船舶电网

1）船舶电网的线制

.船级社允许采用的船舶配电系统有以下几种：

（1）直流。双线绝缘系统;负极接地的双线系统;利用船体作负极回路的单线系统。

（2）交流单相。双线绝缘系统;一线接地的双线系统;一线利用船体作回路的单线系统。

（3）交流三相。三线绝缘系统（图I-Ila）；中性点接地的四线系统（图I-Ilb）；利用船体 作为中性线回路的三线系统（图I-IIc）。

1 600总吨及以上船舶的动力、电热和照明配电系 统,均不应采用利用船体作回路的配电系统。油船的发 电机电路、供电和配电电路均不应接地，也不应使用以 船体作回路的配电系统。

现代船舶大多为三相交流电船舶，三相三线绝缘系 统应用最为普遍。这种方式安全可靠，照明电网与动力 电网间没有电的直接联系，互相影响小；触电的危险性 小;发生单相接地时,并不形成短路,仍可维持电气设备 的正常运行，因而供电的连续性好。

2）船舶电网的供配电网络

船舶电网可分为供电网络与配电网络两种形式。

（1）供电网络是指主发电机与主配电板之间、应急 发电机与应急配电板之间、主配电板与主配电板之间及 主配电板与应急配电板之间的电气联接网络。

民用商船大多采用单主电站供电网络。如图1-12 所示。

（2）船舶电网的配电网络。配电网络是指主配电板 及应急配电板到用电设备之间的网络。通常称主配电

图1-11三相交流系统船舶电网线

a）三相三线绝缘系统；b）三相四线系统；C）利 用船体作中性线回路的三相三线系统

7

船舶修造电气安全技术

MSB        ESB    板与分配电板之间、主配电板和其直接供电负载之间

X     X I    的网络为一次配电网络,而分配电板到各用电负荷之

不j®间的网络为二次配电网络。

二         ,       根据用电设备的不同,船舶配电网络可分为：

①动力电网。指供电给电动机负载的电网，但一 般600W以上的电热装置及功率大于IkW的探照灯也 图1T2单主电站供电网    是由动力网络供电。这些设备可由主配电板直接供

电,也可由分配电板供电。

②照明电网。通常由主配电板供电给照明变压器,经降压后再返回到主配电板中的照明 屏,通过照明屏上配电开关配电给各照明分配电箱,最后由照明分配电箱配电给各路照明灯具 或其他用电器具。当配备的照明变压器容量足够大时,较大功率的加热器具、探照灯也有从照 明电网供电的。

③应急电网。当船舶主电站因故不能供电时,应急发电机将通过应急配电板向船上部分 特别重要的设施供电。如舵机、消防泵等机械设备,通信导航设备及部分重要区域照明等场 所。正常情况下,应急电网由主配电板经两者间联络电缆供电。

④临时应急照明电网。一般是由应急照明蓄电池供电的网络。供电给公共场所的应急照 明、主机操纵台、主配电板前后、锅炉仪表、应急出人口、艇甲板等处的最低照明。

⑤弱电电网。是向机舱自动化控制系统、无线电通信设备、各种导航仪器、船内通信设备 及报警系统供电的网络。

（3）船舶电网一次配电网络接线方式。一般民用商船电压等级均在50OV以下,接线方式 主要有馈线式（也称放射式）与干线式。图1-13所示为这两种接线方式的单线示意图。

图1-13 一次配电网络接线方式示意

a）馈线式;b）干线式

馈线式接线的每一根电缆都是由主配电板直接引出，各自独立且只向一个用电设备或一 个分配电板供电。这种方式的好处是便于集中控制，一条支路馈电线路出现故障只影响这条 支路供电的一个用电设备或这一分配电箱的供电,其他支路仍能正常供电,所以供电可靠性 高。缺点是主配电板尺寸较大,馈电电缆需求量大,所以建造成本较高。

干线式是由主配电板引出几根干线电缆,所有用电设备是由串接在干线上的分接线盒供 电。这种方式的好处在于主配电板的尺寸较小,耗用的电缆少,造船成本低。缺点是当干线馈 电电缆发生故障时,这条干线供电的所有用电设备均要停电，因此供电可靠性差。所以这种方 式一般在小型船舶配电网络中可以见到。

第一章船舶电气安全基础

海上运输船舶的一次配电网络通常均采用馈电式供电;二次配电网络中动力电网也是采 用馈电式供电,照明电网大多采用干线式供电。

5.船舶配电装置

所谓配电装置,就是用来接受和分配电能的电气装置,其中包含开关电器、保护电器、自动化设 备、测量仪表、连接母线和其他辅助设备。具有对电力系统进行控制、测量、保护和调整等功能。

（1）船舶配电装置按用途分类如下：

①主配电板。用来控制和监视主发电机的工作,并对全船电网进行配电。

②应急配电板。用来控制和监视应急发电机的工作,并对应急电网进行配电。

③充放电板。用来控制和监视充电设备,对蓄电池进行充放电以及对低压电网进行配电。

④岸电箱。船舶停靠码头或厂修时接岸电用。

⑤分配电箱。向成组的用电设备进行配电。 导航等多种不同的类型。

（2）船舶主配电板。一般由发电机控制屏、 负载屏、并车屏、汇流排（母线）组成。图1-14 所示为5 440箱集装箱船上主配电板部分图片。

①发电机控制屏。发电机控制屏主要是由 测量仪表及其转换开关、指示灯、发电机主开 关、发电机继电保护装置、调速开关、发电机励 磁装置等部分组成。

②负载屏。普通负载屏主要是由配电开 关、熔断器、部分还有电流表及其转换开关组 成;对于组合控制屏类的负载屏主要是由配电 开关、负载启动继电-接触控制装置、启动与停止

按用电性质可分为电力、照明、无线电、通信

图1-14船舶主配电板外观图

按钮、指示灯、熔断器等部分组成,对于大负载通常还装有电流表。

岸电开关一般位于紧靠发电机控制屏的某块负载屏的下部。

③并车屏。主要是由频率表（电网、待并机）、同步表与同步指示灯及其转换开关、调速开 关（按钮）、合（分）闸按钮等部分组成。在这一屏上可以对任意一台发电机组进行调速、投入• 电网、切除等操作。电站自动化装置也有装设在并车屏的中下部的（通常自动化装置与主配 电板是同一公司的产品）。

没有并车屏的主配电板,一般将同步表、同步指示灯及其转换开关装设在中间一块发电机 控制屏上。

④汇流排。汇流排及其连接件是铜质材料制作的,最大允许温升为45（。

交流汇流排的颜色:第1相为绿色,第2相为黄色,第3相为褐色或紫色,中性线为浅蓝色。

三、船用电气设备的环境条件及要求

电气设备总是工作于某一特定的环境中，不同的环境情况对电气设备的正常工作、可靠 性、使用寿命等有不同的影响。比如电气设备一般靠空气散热,散热量的大小是按正常大气压 下的空气密度计算的,但若设备工作在高海拔地区,空气稀薄,空气密度降低,其散热能力就会

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下降,若此时设备仍工作于标称额定工况,则会因温度超过允许值而导致使用寿命缩短,甚至 发生故障。再比如有些地方因气候与环境的原因很容易使物品发霉,电气设备发霉时,微生物 可能会损坏绝缘或降低绝缘性能,从而出现闪络或稳定的短路故障。因此,环境条件与电气设 备各种性能之间的关系是非常重要的。

空气中介质的状态以及其他环境参数都影响触电的危险性。例如,潮湿、导电性粉尘、腐 蚀性蒸气和气体对电气设备的绝缘起破坏作用,大幅度降低其绝缘电阻,可能造成电气设备的 外壳、机座等金属部件带上危险的电压,并由此酿成触电事故。在这种情况下，如果环境温度 较高,人体电阻降低,将更加增大触电的危险性。又如，导电性地板以及电气设备附近有金属 接地物体存在,使得容易构成电流回路,从而增大触电的危险性。因此,应根据环境特征,选用 适当防护型式的用电设备。电气设备的结构及所采取的安全措施应能防护所在环境中各种不 安全因素的影响。

1.船舶电气设备工作环境

船舶电气设备工作条件比在陆地上恶劣得多,如船舶机舱存在油气、夏季温度很高（机舱 某些场所夏季温度可能高达40K以上），海上工作环境湿度大、有盐雾、材料易发霉,船舶营运 中由于波浪、设备运转的作用易受到严重的冲击和振动等。当环境温度高时,会造成电机出力 不足,绝缘加速老化。相对湿度高则会使电气设备绝缘受潮、发胀、分层及变形等,使绝缘性能 降低,并且会使金属部件加速腐蚀,镀层剥落。盐雾的存在、霉菌的生长和油雾及灰尘黏结都 能使电气设备绝缘下降、工作性能受到影响。当船舶受到严重的冲击和振动时,也会造成电气 设备损坏、接触不良或误动作。船舶环境条件对电气设备的运行性能和工作寿命有严重影响。 由此可见,船用电气设备必须满足“船用条件”的要求。

2.电气设备的船用条件

根据CCS规范要求,船用电气设备均应在下列环境条件下正常工作：

（1）环境空气温度和初级冷却水温度如表1-2所列,但适用于电子设备的环境空气温度的 上限为55（。

（2）倾斜摇摆如表1-3所列。

环境温度                   表1-2

介 质	部 位	温度（七）
		无限航区	除热带海区以外的有限航区
空气	围蔽^内 一   一	0 ~ 45	0 ~ 40
	温度超过45霓（或40工）或低于0七的处所内	按这些处所的温度	按这些处所的温度
	_________开敞甲板_________	-25 ~ 45	-25 ~ 40
		32	25

倾斜角                表1-3
设备组件	倾斜角（0）
	横向		____纵向
	横倾	横摇	纵倾	纵摇
应急电气设备、开关设备、电器及电子设备	22.5	22.5	10	10
________上列以外的设备、组件________	15	22.5	5	7.5

第一章船舶电气安荃基础

(3)船舶正常营运中所产生的振动和冲击。

(4)潮湿空气、盐雾、油雾和霉菌。

第二节电气危害

电气危害是电气安全首先要研究的问题。从产生电气危害的源头来分类,可将电气危害 分为自然因素产生的危害和人为因素产生的危害两大类。自然因素产生的危害如雷击、静电 等;人为因素产生的危害主要是各种电气系统和设备产生的诸如电击、电弧、电气火灾等灾害。 从电气危害发生的特征来分类,可将电气危害划分为电气事故和电磁污染两大类。电气事故 具有偶然性与突发性的特征，电磁污染具有必然性和持续性的特征。

电气事故是电气安全工程主要研究和管理的对象。掌握电气事故的特点和事故的分类情 况,对做好电气安全工作具有重要的意义。

一、电气事故的类型

根据能量转移论的观点，电气事故是由于电能非正常地作用于人体或系统所造成的。根 据电能的不同作用形式,可将电气事故分为触电事故、静电危害事故、雷电灾害事故、电磁场危 害和电气系统故障危害事故等。

1.触电事故

1)电击

"电击”即通常所说的"触电”，是电流通过人体,刺激机体组织,使肌肉非自主地发生痉挛 性收缩而造成的伤害,严重时会破坏人的心脏、肺部、神经系统的正常工作,形成危及生命的 伤害。

电击对人体的效应是由通过的电流决定的,而电流对人体的伤害程度与通过人体电流的 强度、种类、持续时间、通过途径及人体状况等多种因素有关。

(1)按照发生电击时触及带电部位的途径，电击可分为以下两种情况：

①直接接触电击。人体直接触及正常运行的设备或线路的带电体造成的触电事故。如电 工在检修配电屏时不小心触及带电的相母线,或住宅居民插拨电源插头时触及尚未脱离电接 触的插头金属片等,都属于直接电击。直接电击以承受相电压的情况居多,也有部分是承受线 电压的情况。

②间接接触电击。设备或线路发生故障时,人体触及正常情况下不带电而故障时意外带 电的导体而造成的触电事故。如设备因绝缘损坏发生漏电、系统接地方式中的TN-C系统因 PEN线(保护性中线)断线使设备外壳带电等造成的电击,均属于间接电击。间接电击发生的 情况远较直接电击为多，电击强度差异较大,防护措施更为复杂。

(2)按照人体触及带电体的方式，电击可分为以下三种情况：

①单相触电。人体接触到地面或其他接地导体的同时,人体另一部位触及某一相带电体 所引起的电击。发生电击时,所触及的带电体为正常运行的带电体时,则为直接接触电击。而 当电气设备发生事故(例如绝缘损坏,造成设备外壳意外带电的情况下)，人体触及意外带电

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体所发生的电击则为间接接触电击。根据国内外的统计资料,单相触电事故占全部触电事故 的70%以上。因此,防止触电事故的技术措施应将单相触电作为重点。

②两相触电。人体的两个部位同时触及两相带电体所引起的电击。在此情况下，人体所 承受的电压为三相系统中的线电压，因电压相对较高,其危险性也较大。

③跨步电压触电。站立或行走的人体,受到出现于人体两脚之间的电压,即跨步电压作用 所引起的电击。跨步电压是当带电体接地，电流自接地的带电体流入地下时,在接地点周围的 土壤中产生的电压降形成的。

2）电伤

是指电流的热效应、化学效应、机械效应等对人体所造成的伤害。此伤害多见于机体的外 部,往往在机体表面留下伤痕。电伤属于局部伤害,其危险程度决定于受伤面积、受伤深度、受 伤部位等,能够形成电伤的电流通常比较大。

电伤包括电烧伤、电烙印、皮肤金属化、机械损伤、电光眼等多种伤害。

电烧伤是最为常见的电伤,大部分触电事故都含有电烧伤成分。电烧伤可分为电流灼伤 和电弧烧伤。

电流灼伤是人体同带电体接触,电流通过人体时,因电能转换成的热能引起的伤害。由于 人体与带电体的接触面积一般都不大,且皮肤电阻又比较高,因而产生在皮肤与带电体接触部 位的热量就较多,因此,使皮肤受到比体内严重得多的灼伤。电流越大、通电时间越长、电流途 径上的电阻越大,则电流灼伤越严重。由于接近高压带电体时会发生击穿放电，因此，电流灼 伤一般发生在低压电气设备上。因电压较低,形成电流灼伤的电流不太大。但数百毫安的电 流即可造成灼伤,数安的电流则会形成严重的灼伤。在高频电流下，因皮肤电容的旁路作用， 也有可能发生皮肤仅有轻度灼伤而内部组织却被严重灼伤的情况。

电弧烧伤是由弧光放电造成的烧伤。电弧发生在带电体与人体之间，有电流通过人体的 烧伤称为直接电弧烧伤；电弧发生在人体附近,对人体形成的烧伤以及被熔化金属溅落的烫伤 称为间接电弧烧伤。弧光放电时电流很大,能量也很大，电弧温度高达数千摄氏度,可造成大 面积的深度烧伤,严重时能将机体组织烘干、烧焦。电弧烧伤既可以发生在高压系统,也可以 发生在低压系统。在低压系统,带负荷（尤其是感性负荷）拉开裸露的闸刀开关时,产生的电 弧会烧伤操作者的手部和面部;当线路发生短路,开启式熔断器熔断时,炽热的金属微粒飞溅 出来会造成灼伤;因误操作引起短路也会导致电弧烧伤等。在高压系统，由于误操作,会产生 强烈的电弧,造成严重的烧伤;人体过分接近带电体,其间距小于放电距离时,直接产生强烈的 电弧,造成电弧烧伤,严重时会因电弧烧伤而死亡9

在全部电烧伤的事故当中,大部分事故发生在电气维修人员身上。

电烙印是电流通过人体后,在皮肤表面接触部位留下与接触带电体形状相似的斑痕,如同 烙印。斑痕处皮肤呈现硬变,表层坏死,失去知觉。

皮肤金属化是由高温电弧使周围金属熔化、蒸发并飞溅渗透到皮肤表层内部所造成的。 受伤部位呈现粗糙、张紧。

机械损伤多数是由于电流作用于人体,使肌肉产生非自主的剧烈收缩所造成的。其损伤 包括肌腱、皮肤、血管、神经组织断裂以及关节脱位乃至骨折等。

电光眼的表现为角膜和结膜发炎。弧光放电时辐射的红外线、可见光、紫外线都会损伤眼

第一章船舶电气安全基础

睛。在短暂照射的情况下,引起电光眼的主要原因是紫外线。

2.静电危害事故

静电危害事故是由静电电荷或静电场能量引起的。在生产工艺过程中以及操作人员的操 作过程中,某些材料的相对运动、接触与分离等原因导致了相对静止的正电荷和负电荷的积 累，即产生了静电。由此产生的静电其能量不大,不会直接使人致命。但是,其电压可能高达 数十千伏乃至数百千伏,产生火花放电。静电危害事故主要有以下几个方面：

(1)在有爆炸和火灾危险的场所,静电放电火花会成为可燃性物质的点火源,造成爆炸和 火灾事故。

(2)人体因受到静电电击的刺激,可能引发二次事故,如坠落、跌伤等。此外,对静电电击 的恐惧心理还对工作效率产生不利影响。

(3)某些生产过程中,静电的物理现象会对生产产生妨碍,导致产品质量不良，电子设备 损坏,造成生产故障,乃至停工。

3.雷电灾害事故

雷电是大气中的一种放电现象。雷电放电具有电流大、电压高的特点。其能量释放出来 可能形成极大的破坏力。其破坏作用主要有以下几个方面：

(1)直击雷放电、二次放电、雷电流的热量会引起火灾和爆炸。

(2)雷电的直接击中、金属导体的二次放电、跨步电压的作用及火灾与爆炸的间接作用, 均会造成人员的伤亡。

(3)强大的雷电流、高电压可导致电气设备击穿或烧毁。发电机、变压器、电力线路等遭 受雷击,可导致大规模停电事故。雷击可直接毁坏建筑物、构筑物。

4.射频电磁场危害

射频指无线电波的频率或者相应的电磁振荡频率,泛指IOOkHz以上的频率。射频伤害 是由电磁场的能量造成的。射频电磁场的危害主要有：

(1)在射频电磁场作用下,人体因吸收辐射能量会受到不同程度的伤害。过量的辐射可 引起中枢神经系统的机能障碍,出现神经衰弱症候群等临床症状;可造成植物神经紊乱，出现 心率或血压异常,如心动过缓、血压下降或心动过速、高血压等;可引起眼睛损伤,造成晶体浑 浊,严重时导致白内障;可使生殖系统发生功能失常,造成暂时或永久的不育症,并可能使后代 产生疾患;可造成皮肤表层灼伤或深度灼伤等。

(2)在高强度的射频电磁场作用下，可能产生感应放电，会造成电引爆器件发生意外引 爆。感应放电对具有爆炸、火灾危险的场所来说是一个不容忽视的危险因素。此外，当受电磁 场作用感应出的感应电压较高时,会给人以明显的电击。

5.电气系统故障危害

电气系统故障危害是由于电能在输送、分配、转换过程中失去控制而产生的。断线、短路、 异常接地、漏电、误合闸、误掉闸、电气设备或电气元件损坏、电子设备受电磁干扰而发生误动 作等都属于电路故障。系统中电气线路或电气设备的故障也会导致人员伤亡及重大财产损 失。电气系统故庫危害主要体现在以下几方面：

(1)引起火灾和爆炸。线路、开关、熔断器、插座、照明器具、电热器具、电动机攀可能引 起火灾和爆炸；电力变压器、多油断路器等电气设备不仅有较大的火灾危险,还有爆炸蝉佥。

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在火灾和爆炸事故中，电气火灾和爆炸事故占有很大的比例。就引起火灾的原因而言,电气原 因仅次于一般明火而位居第二。

(2)异常带电。电气系统中,原本不带电的部分因电路故障而异常带电,可导致触电事故 发生。例如：电气设备因绝缘不良产生漏电,使其金属外壳带电;高压电路故障接地时,在接地 处附近呈现出较高的跨步电压,形成触电的危险条件。

(3)异常停电。在某些特定场合,异常停电会造成设备损坏和人身伤亡。如正在浇注钢 水的吊车，因骤然停电而失控,导致钢水洒出，引起人身伤亡事故；医院手术室可能因异常停电 而被迫停止手术,无法正常施救而危及病人生命;排放有毒气体的风机因异常停电而停转,致 使有毒气体超过允许浓度而危及人身安全等;公共场所发生异常停电,会引起妨碍公共安全的 事故;异常停电还可能引起电子计算机系统的故障,造成难以挽回的损失。

二、触电的规律

触电事故往往发生得很突然,而且在极短的时间内便造成极为严重的后果。但却不能认 为触电事故是不能避免的,为了防止触电事故的发生,我们应该研究触电事故的规律，以便制 订出安全有效的防范措施。触电事故规律有：

1.触电事故的季节性比较明显

在每年的二、三季度发生的触电事故，比一、四季度发生的触电事故多。二、三季度中，在 4、5月这段时间里,天气暖和，雨量较多，空气潮湿。电气设备的绝缘性能下降,容易发生漏 电。在6 ~9月这段时间里，由于气温高,人的身体出汗多,皮肤电阻下降;再加上个人防护不 好,如因天气炎热,穿着背心,短裤,不穿绝缘鞋。所以,6 ~ 9月是发生触电事故的高峰期。

2.低压供电系统的触电事故多

由于低压设备的分布比较广,而且数量又多，到处都有。人们接触低压设备的机会,要比 接触高压设备的机会多得多。

高压设备在管理上要比低压设备严格得多。低压设备在维修、保养方面也差得多。比如 绝缘老化、接地不良，防护盖、罩不全等。

低压设备不像高压设备那样,都有明显的警告标志。人们经常接触的是低压设备,也都能 摆弄摆弄,再加上临时线乱接乱拉的现象比较严重。因此,低压供电系统的触电事故,要比高 压供电系统触电事故多。

3.青年人以及非电工人员触电事故较多

在触电事故中,20 ~30岁的青年人最多，因为30岁以下的青年人是主要操作者,一般参 加工作的时间不长,实际工作经验也比较少,部分人还缺少必要的安全技术知识,所以,青年人 的触电事故较多。

4.单相触电事故多

我们现在所使用的供电系统是变压器中性点直接接地的三相四线制供电系统,而人们在 操作设备时,又都是站在地面上,只要人身体的任何部位接触到带电体，电流将通过人体与接 地装置构成回路,造成触电事故。

5.便携式和移动式设备触电事故多

由于这些设备经常被人用手紧握着工作，而且这些设备需要经常移动,它的工作条件比较 ^^⅛⅛> 14

φ

第一章船舶电气安全基础

差。电源电缆的绝缘很容易损坏,另外这些临时设备在接线时,保护零线存在但很可能不接, 也可能接错，以及断线等原因，因此,这类设备的触电事故多。

6.误操作事故多

这主要是由于防止误操作的技术措施和管理措施不完备造成的。

第三节电流对人体的作用

触电所造成的各种伤害,都是由于电流对人体的作用而引起的。它是指电流通过人体内 部时,对人体造成的种种有害作用。大量的事实说明，发生触电事故时，电流比电压对人体的 效应更具有直接的关系。

一、电流对人体的作用

电流通过人体时,会引起针刺感、压迫感、打击感、痉挛、疼痛、血压升高、心律不齐、昏迷， 甚至心室颤动等症状,严重时导致死亡。

电流对人体的伤害程度，即影响触电后果的因素主要包括:通过人体的电流大小、电流通 过人体的持续时间与具体途径、电流的种类与频率高低、人体的健康状况等。其中，以通过人 体的电流大小和触电时间的长短最主要。

L伤害程度与电流大小的关系

通过人体的电流越大,人体的生理反应越明显，伤害越严重。对于工频交流电，按通过人 体的电流强度的不同以及人体呈现的反应不同,将作用于人体的电流划分为三级：

(1)感知电流和感知阈值。感知电流是指电流流过人体时 可引起感觉的最小电流。感知电流的最小值称为感知阈值。不 同的人,感知电流及感知阈值是不同的。成年男性平均感知电 流约为LlmA(有效值,下同)；成年女性约为0.7mA。对于正 常人体,感知阈通用值取为0.5mA,并与时间因素无关。感知电 流一般不会对人体造成伤害,但可能因不自主反应而导致由高 处跌落等二次事故。感知电流的概率曲线如图1-15所示。

(2)摆脱电流和摆脱阈值。摆脱电流是指人在触电后能够 自行摆脱带电体的最大电流。当电流增大到一定程度,触电者 将因肌肉收缩、发生痉挛而紧抓带电体,将不能自行摆脱电源。 因此认为：当通过人体的电流大于摆脱电流时,触电者自救的可 能性便不复存在。摆脱电流的最小值称为摆脱阈值。成年男性 平均摆脱电流约为16mA；成年女性平均摆脱电流约为10. 5mA； 儿童的摆脱电流较成年人小。摆脱电流的概率曲线如图1-16

感知电流(mA)

图1-15感知电流概率曲线

所示。对于正常人体,摆脱阈通用值取为IomA,与时间无关。实例表明，当电流略大于摆脱 电流、触电者中枢神经麻痹、呼吸停止时,若立即切断电源则可恢复呼吸。可见,摆脱电流的能 力是随着触电时间的延长而减弱的。故一旦触电若不能及时摆脱电源,其后果将十分严重。

(3)室颤电流和室颤阈值。室颤电流是指引起心室颤动的最小电流,其最小电流即室颤

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阈值。正常情况下心脏有节奏地收缩与舒张,不断把新鲜血液送到肺部、大脑及全身,及时提 供生命所需的氧气。而电流通过心脏时,心脏原有的节律将受到破坏,可能引起每分钟达400 -600次以上的纤维性颤动,极易引起心力衰竭、血液循环终止、大脑缺氧而导致死亡。因此， 可以认为,室颤电流即致命电流。室颤电流与电流持续时间关系密切。当电流持续时间超过 心脏周期时,室颤电流仅为50mA左右；当电流持续时间短于心脏周期时,室颤电流为数百毫 安。当电流持续时间小于0.1s时,只有电击发生在心脏易损期,50OmA以上乃至数安的电流 才能够引起心室颤动。室颤电流与电流持续时间的关系大致如图1-17所示。

图1-17室颤电流-时间曲线

2.触电伤害程度与电流持续时间的关系

引起心室颤动的电流与通电时间的长短有关。通电时间越长,便越容易引起心室颤动,触 电的危险性也就越大。原因如下：

(1)能量积累。通电时间越长,能量的积累增加，引起心室颤动的电流减小。当通电时间 在0.01 ~5s范围内时,心室颤动电流和通电时间的关系可用下式表达：

式中：/-引起心室颤动的电流,mA；

J...通电时间，s。

心室颤动电流与通电时间的关系也可以用下式表达：

当 CNls 时,/ = 50(mA)

当 t<ls 时,∕ = 50∕t(mA)

(2)与心脏易损期重合的可能性大。通电时间短促时,只在心脏搏动的特定时刻才可能 引起心室颤动。因此,通电时间越长,与该时刻重合的可能性越大,心室颤动的可能性越大,亦 即触电的危险性也越大。

(3)人体电阻下降。通电时间越长,人体电阻因出汗、皮肤烧伤等原因而降低,导致通过 人体的电流进一步增加,触电危险性亦随之增加。

对于常用的工频交流电,按照通过人体的电流大小和通电时间长短,人体将会有不同的生 理反应,具体见表1-4。

第一章船舶电气安全基础

电流大小和通电时间对人体生理反应的影响          表1-4
电流范围(mA)	通电时间	人体生理反应______________
0~0.5	连续通电	没有感觉
0.5-5	连续通电	开始有感觉,手指、腕等处有痛感,没有痉挛,可以摆脱带电体
5 -30	数分钟以内	痉挛不能摆脱带电体呼吸困难。血压升高,是可以忍受的极限
30 ~50	数秒钟到数分钟	心脏跳动不规则，昏迷,血压升高,强烈痉挛,时间过长可引起心室颤动
50~数百	低于心脏波动周期	受强烈冲击但未发生心室颤动
	超过心脏波动周期	昏迷,心室颤动,接触部位留有电流通过的痕迹
超过数百	低于心脏波动周期	在心脏搏动周期特定相位触电时,发生心室颤动，昏迷,接触部位留有电 流通过的痕迹
	超过心脏波动周期	心脏停止跳动,昏迷,造成可能致命的电灼伤______________

3.触电伤害程度与电流途径的关系

人体触电时,受伤害程度主要取决于通过心脏、肺及中枢神经的电流大小。

电流通过大脑是最危险的,会立即引起死亡,但这种触电事故极为罕见。绝大多数场合是 由于电流刺激人体心脏引起心室纤维性颤动,促使心脏停止跳动，中断血液循环,从而导致死 亡。因此大多数情况下,触电的危险程度是取决于通过心脏的电流大小。

电流若通过中枢神经或有关部位,会引起中枢神经系统强烈失调,造成窒息而导致死亡。 若电流通过脊髓,则很可能导致人半截肢体瘫痪。

从左手到胸部，电流途径最短,是最危险的电流途径;从手到手，电流途经心脏,也是很危 险的电流途径;从脚到脚的电流是危险性较小的电流途径,但人可能因痉挛而摔倒，导致电流 通过全身或摔伤、坠落等二次事故。电流纵向通过人体，比横向通过人体时更易发生心室颤 动,故危险性更大。

4.触电伤害程度与电流频率高低的关系

(1)交流电流的效应。触电的伤害程度与电流的频率高低有关。由实验得知，频率为 30 ~300Hz的交流电最易引起人体心室颤动。工频交流电正处于这一频率范围,故触电时也 最危险。在此范围之外,频率越高或越低,对人体的危害程度反而会相对小一些,但并不是说

就没有危险性。

图1-18可用于比较不同频率电流对人体的 作用。图中曲线1表示感知阈值，曲线2是感 知概率为50%的感知电流线；曲线3是感知概 率为99.5%的感知电流线，曲线4、5、6分别是 摆脱概率为99.5%、50%、0. 5%的摆脱电流线。

(2)直流电流的效应。直流电流与交流电 流相比,容易摆脱,其室颤电流也比较高，因而， 直流电击事故很少。当30OmA的直流电流通过 人体时，人体四肢有暖热感觉。电流途径为从

左手到右手的情况下，电流为30OmA及以下时,随持续时间的延长和电流的增长,可能使人产 生可逆性心律不齐、电流伤痕、烧伤、晕眩乃至失去知觉等病理效应；而当电流为30OmA以上 时,经常出现使人失去知觉的情况。

当电流持续时间超过心脏周期时，直流室颤阈值为交流的数倍。电流持续时间小于 20OmS时,直流室颤阈值大致与交流相同。

5.触电伤害程度与人体状况的关系

随着人体条件的不同，不同的人对电流的敏感程度，以及不同的人在遭受同样电流的电击 对其危险程度都不完全相同。当电流作用于人体时,女性触电的危险性较男性大,女性对电流 比男性敏感。女性的感知电流和摆脱电流约比男性低1/3;电流对儿童的危险性比成人大、对 体弱有病者的危险性比健壮者大、对体重小的人的危险性一般比体重大的大。

6.触电伤害程度与人体电阻的关系

当电压一定时,人体电阻越小,通过人体的电流就越大,触电的危险性也就越大。

二、人体阻抗

人体阻抗是定量分析人体电流的重要参数之一,也是处理许多电气安全问题所必须考虑 的基本因素。

人体皮肤、血液、肌肉、细胞组织及其结合部等构成了含有电阻和电容的阻抗。其中,皮肤 电阻在人体阻抗中占有很大的比例。

人体阻抗包括皮肤阻抗和体内阻抗,其等效电路如图1-19所示。

1.皮肤阻抗ZP

皮肤由外层的表皮和表皮下面的真皮组成。表皮最外层的角质 层,其电阻很大,在干燥和清洁的状态下,其电阻率可达1 X IO⁵ ~ 1 X 10⁶Ω ∙ m_o

皮肤阻抗是指表皮阻抗,即皮肤上电极与真皮之间的电阻抗，以 皮肤电阻和皮肤电容并联来表示。皮肤电容是指皮肤上电极与真皮 之间的电容。

皮肤阻抗值与接触电压、电流幅值和持续时间、频率、皮肤潮湿 程度、接触面积和施加压力等因素有关。当接触电压小于50V时,皮 肤阻抗随接触电压、温度等因素影响有显著的变化,但其值还是比较 高的；当接触电压在50 ~ IOOV时,皮肤阻抗明显下降；当皮肤击穿 后,其阻抗可忽略不计。

2.体内阻抗Z；

体内阻抗是除去表皮之后的人体阻抗,虽存在少量电容,但可以

图1-19人体阻抗的等效电路 4-体内阻抗;Zp], Z_p2-皮肤阻 抗;ZT-总阻抗

忽略不计。因此,体内阻抗基本上可以视为纯电阻。体内阻抗主要决定于电流途径。当接触 面积过小,例如仅数平方毫米时,体内阻抗将会增大。

图1-20所示为不同电流途径的体内阻抗值,图中数值是用与手到手内阻抗比值的百分数 表示的。无括号的数值为单手至所示部位的数值;括号内的数值为双手至相应部位的数值。

第一章船舶电气安全基础

如电流途径为单手至双脚,数值将降至图上所标明的75% ；如 电流途径为双手至双脚,数值将降至图上所标明的50%。

3 .人体总阻抗ZT

人体总阻抗是包括皮肤阻抗及体内阻抗的全部阻抗。接触 电压大致在50V以下时，由于皮肤阻抗的变化，人体阻抗也在 很大的范围内变化;而在接触电压较高时,人体阻抗与皮肤阻抗 关系不大。在皮肤被击穿后,近似等于体内阻抗。另外，由于存 在皮肤电容,人体的直流电阻高于交流阻抗。

通电瞬间的人体电阻叫做人体初始电阻。在这一瞬间，人 体各部分电容尚未充电,相当于短路状态。因此,人体初始电阻 近似等于体内阻抗,其影响因素也与体内阻抗相同。根据试验， 在电流途径从左手到右手或从单手到单脚、大接触面积的条件 下,相应测定人数的5%的人体初始电阻为500Ω_o

表1-5列出了不同接触电压下的人体阻抗值,表中数据相 应于干燥条件、较大的接触面积（50 ~ IOOcm²）、电流途径为左 手到右手的情况。作为参考,该表数据亦可用于儿童。

综上所述，在正常环境下人体总阻抗的典型值可取为 1 OOoQ,而在人体接触电压出现的瞬间，由于电容尚未充电（相 当于短路），皮肤阻抗可忽略不计,这时人体的初始电阻凡约等 于人体内阻抗Z:,典型取值为500∩_o

人体总阻抗（单位：C）

图1-20不同电流途径的体内阻抗值

表1-5

接触电压（V）	按下列分布秩（测定人数的百分比）统计时,Zt不超过以下数值
	5%	50%	95%
25	1 750	3 250	6 100
50	1 450	2 625	4 375
75	1 250	2 200	3 5∞
1∞	1 200	1 875	3 200
125	1 125	1 625	2 875
220	1 OoO	1 350	2 125
700	750	1 100	1 550
1 000	700	1 050	1 5∞
_____渐近值	650	750	850

第二章直接接触电击的防护

造成直接接触电击的主要原因是运行、检修和维护中的失误。如工作人员误入带电隔离 区,违反操作规程进行带电作业;违章操作电器开关,接通或断开线路;检修工作中没有获得允 许工作时即开始工作;工作中没有监护或监护失误等情况下,可能发生作业人员误触电气设备 的带电部分,导致自身触电伤亡。此外，已停电的设备突然来电,尤其在停电检修作业人员心 理准备不足时,就可能造成群伤事故。直接接触触电时,通过人体的电流较大,危险性也较大， 应采取必要的预防措施。

绝缘、屏护与间距是防止直接接触电击最常用的措施。

第一节绝 缘

所谓绝缘,是指用绝缘材料把带电体封闭起来,借以隔离带电体或不同电位的导体,使电 流能按一定的通路流通。良好的绝缘既是保证设备和线路正常运行的必要条件,也是防止人 体触及带电体的基本措施。

绝缘材料又称电介质,它在直流电压的作用下，只有极小的电流通过,其电阻率一般不低 于10⁹∩ ∙ m_o绝缘材料的品种很多,通常分为气体绝缘材料、液体绝缘材料和固体绝缘材料 三大类：

气体绝缘材料常用的有空气、氮气、氢气、二氧化碳等。

液体绝缘材料常用的有矿物油（如变压器油、开关油、电容器油和电缆油等）、硅油和龍麻 油等。

固体绝缘材料常用的有绝缘纤维制品（如纸、纸板）、绝缘浸渍纤维制品（如漆布、漆管和 扎带等）、绝缘漆、胶和熔敷粉末、绝缘云母制品、瓷和玻璃制品、电工用薄膜、复合制品和胶带 以及电工用塑料和橡胶等。

电气设备的绝缘应符合其相应的电压等级、环境条件和使用条件。电气设备的绝缘应能 长时间耐受电气、机械、化学、热力以及生物等有害因素的作用而不失效。应当注意，电气设备 的喷漆及其他类似涂层尽管可能具有很高的绝缘电阻,但一律不能单独当作防止电击的技术 措施。

电工产品的质量和使用寿命,在很大程度上取决于绝缘材料的电、热、机械和理化性质,绝 缘材料在外电场的作用下会发生极化、损耗和击穿等过程,在长期使用条件下还会老化。

一、绝缘破坏

绝缘材料受到电气、机械、化学、生物等因素的作用时,均可能导致破坏。

1.绝缘击穿

击穿是电气绝缘遭受破坏的一种基本形式,绝缘物在强电场等因素作用下,完全失去绝缘

第二章直接接触电击的防护

性能的现象称为绝缘的击穿。电介质发生击穿时的电压称为击穿电压,击穿时的电场强度简 称击穿强度。

（1）气体电介质的击穿。气体电介质击穿是由碰撞电离导∕ 致的电击穿,是与气体放电过程相联系的。两极间气体放电特 性曲线如图2-1所示。

由于大气中产生和存在着微量的自然离子,在两极间施加 电压,即有电流出现。当两极间电压低于G时,气体中电流随 电压增加而增加（图中。4段）。这是由于电压越高，电场越强， 达到极面的电子和离子越多的缘故。当电压升高到G ~仇之 间时,气体中电流基本上保持不变（图中48段）。这是由于电极

图2-】气体绝缘放电特性曲线

间空气中的电子和离子在极短的时间内全部到达电极。当电压升高超过%时（图中B点）， 由于碰撞电离，即由于空气中的电子在定向运动的过程中获得足够的动能,与气体分子碰撞时 使中性分子电离,产生新的电子和离子,使得电流随着电压的增加而迅速增加。当电压继续升 高超过U₃时（图中C点），由于出现雪崩式电离，即由于碰撞产生的电子也能积累足够的动 能引起碰撞电离,形成所谓电子崩。电子崩出现后,空间电子和离子急剧增加,碰撞电离增强， 光电离出现,形成所谓流注。如果电场比较均匀,一旦出现流注，即迅速发展,形成贯穿整个间 隙的火花放电,间隙被击穿。如果间隙很大,流注伸展一定距离后不再向前发展,但其后方发 生强烈的热电离,形成所谓先导放电,先导放电贯穿整个间隙即构成更为明亮的火花放电；如 果电场不均匀,流注在电场强度高的区域形成,并可能只伸展到一定距离就停下来，流注前部 呈刷状,但不构成整个间隙的火花放电;如果电场很不均匀,只在很小的范围内发生流注,形成 电晕放电。

气体电介质击穿特点如下：

①采用高真空和高气压的方法可提高气体的击穿强度；

②气体中含有杂质（导电性蒸气、导电性杂质），击穿电压降低；

③气体击穿后，当外部施加电压去除,则气体绝缘性能很快恢复。

气体击穿后在间隙中形成电流通路,电流剧增，如日常生活中的电弧、闪电、日光灯、霓虹 灯等,形成气体导电。

正常条件下空气的介电强度约为25 ~30kV∕cm_o

（2）液体电介质的击穿。一般认为纯净液体的击穿和气体的击穿机理相似,是由电子碰 撞电离最后导致击穿。但液体的密度大，电子自由行程短,积聚能量小，因此击穿强度比气 体高。

液体电介质的击穿特性与其纯净程度有关,工程上液体绝缘材料不可避免地含有气体、液 体和固体杂质。如液体中含乳化状水滴和纤维时，由于水和纤维的极性很强,在强电场作用下 使纤维极化而定向排列,并运动到电场强度最高处连成小桥,小桥贯穿两电极间，引起电导剧 增,局部温度骤升;最后导致热击穿。变压器油中含有极少量水分就会大大降低油的击穿强 度。含有气体杂质的液体电介质的击穿可用气泡击穿机理来解释。气体杂质的存在使液体呈 现不均匀性,局部过热,并形成气泡。由于气泡的相对介电常数较低,其内电场场强增高,为油 内场强的2.2 ~2.4倍,发热进一步增加,气泡扩大,也形成连通两电极的导电小桥,导致整个

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船舶修造电气安全技术

电介质击穿。

为保证绝缘质量,液体电介质使用前需经过纯化、脱水、脱气处理;使用中也应避免这些杂 质的侵入。液体电介质击穿后,绝缘性能在一定程度上可以得到恢复。液体电介质的击穿强 度除受杂质影响外,也受湿度、电压作用时间、压力、电场均匀程度等因素的影响。未受潮的 油,击穿电压受温度影响很小;受潮的油，击穿电压明显降低。油温在60~80P范围内时，受 潮的油的击穿电压出现最大值。当油温超过80七时,油内水分汽化增加,击穿电压下降；当油 温低于60七时，溶解水减少，悬浮水增多，击穿电压也下降。因此，油的工作温度不宜超 过80七。

因为油中杂质的聚集、介质的发热都需要一定的时间,所以，电压作用时间越长,击穿电压 越低。在油内所含杂质不太多的情况下,其Imin的击穿电压与长时间的击穿电压相差不大。 因此,带油设备的耐压试验一般为Imin_o

此外,压力越高,气体在油内溶解量越大,击穿电压略有升高;改善油内电场均匀程度也能 提高其击穿电压。

液体电介质的击穿特点如下：

①液体电介质的击穿和它的纯净度有关。为保证绝缘质量,液体电介质使用前需经过纯 化、脱水、脱气处理。

②击穿后当外加电压去除,液体电介质绝缘性能在一定程度上可以得到恢复。

(3)固体电介质击穿。固体电介质的击穿有电击穿、热击穿及化学击穿等形式。

①电击穿的特点是电压作用时间短,击穿电压高;击穿场强与电场均匀程度有密切关系， 但与周围温度及电压作用时间几乎无关。

②热击穿的特点是与电击穿相比电压作用时间长,击穿电压较低,绝缘温升高。热击穿电 压随着周围温度的上升而下降,但与电场均匀程度关系不大。

③电化学击穿是由于游离、发热和化学反应等因素的综合作用而导致的击穿。电化学击 穿是在电压长期作用下形成的,其击穿电压往往很低。它与绝缘材料本身的耐游离性能、制造 工艺、工作条件等有密切关系。

击穿有积累效应，即一次冲击电压作用只产生局部损伤或不完全击穿,多次冲击电压作用 则导致完全击穿。固体电介质击穿后不能恢复,将失去其绝缘性能。

2.绝缘老化

电气设备的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,会发生一系列的化学物理变化,从而导致其电气性能和机械性能的逐渐劣化,这一现象称 为绝缘老化。

绝缘材料老化过程十分复杂。老化机理也随材料种类和使用条件的不同而不同。最主要 的老化有热老化和电老化。

一般在低压电气设备中,绝缘老化主要是热老化。每一种绝缘材料都有一个极限的耐热 温度，当设备运行超过这一极限温度,绝缘材料的老化就加剧，即电气设备的使用寿命就缩短。

在保证绝缘材料寿命的前提下,根据它们所允许长期工作的最高温度,将绝缘材料分成若 干等级,称为绝缘材料的耐热等级。通常将绝缘材料的耐热等级分为7级，即Y、A、E、B、F、H 和C级,如表2-1所列。某一等级绝缘材料的使用温度若超过表中规定的温度值,则介质的老 22―

第二章直接接触电击的防护

化将加快,寿命缩短。绝缘老化是绝缘破坏的重要内因之一,因此合理地确定绝缘材料的耐热 等级,避免因绝缘提前老化造成的绝缘破坏,对预防电击事故的发生具有重要意义。

绝缘材料的耐热等级                 表2-1

_______耐热等级______	Y	A	E	B	F	H	C
长期允许使用的最高温度（七）	90	105	120	130	155	180	>180

在高压电气设备中,绝缘老化主要是电老化。它是由绝缘材料的局部放电所引起的。

3.绝缘损坏

损坏是指绝缘材料受到外界腐蚀性液体、气体、蒸汽、潮气、粉尘的污染和侵蚀，以及受到 外界热源或机械因素的作用,在较短或很短的时间内失去电气性能或机械性能的现象。动物 和植物也可能破坏电气设备和电气线路的绝缘结构。正确选择绝缘材料、正确选用电气线路 的安装方式能减少绝缘损坏。不合理使用电气设备、乱拉临时线可能导致绝缘损坏。

二、绝缘性能指标

衡量一种绝缘材料绝缘性能好坏主要有绝缘电阻、吸收比、耐压、泄露电流和介质损耗等 几个性能指标。

L绝缘电阻和吸收比

（1）绝缘电阻。绝缘材料的绝缘电阻,是加于绝缘结构的直流电压与流经绝缘结构的电 流（泄漏电流）之比。绝缘电阻是说明绝缘材料性能的重要标志之一。

任何电介质都不可能是绝对的绝缘体,总存在一些带电质点，主要为   9.

本征离子和杂质离子。在电场的作用下，它们可作有方向的运动,形成漏   J

导电流,通常又称为泄漏电流。在外加电压作用下的绝缘材料的等效电路匕3上+ 如图2-2所示。图中，电阻支路的电流Z即为泄漏电流;流经电容和电阻Tz；。,；心 串联支路的电流八称为吸收电流,是由缓慢极化和离子体积电荷形成的电   -r^c∙T "

流；电容支路的电流，c。称为充电电流,是由几何电容等效应构成的电流。  一＜-—

温度、湿度、杂质含量和电场强度的增加都会降低电介质的电阻率。     i ^

温度升高时,分子热运动加剧，使离子容易迁移，电阻率按指数规律图2一2绝缘介质 下降。                                            等效电路

湿度升高,一方面水分的浸入使电介质增加了导电离子,使绝缘电阻 下降;另一方面,对亲水物质,表面的水分还会大大降低其表面电阻率。电气设备特别是户外 设备,在运行过程中,往往因受潮引起绝缘材料电阻率下降,造成泄漏电流过大而使设备损坏。 因此,为了预防事故的发生,应定期检查设备绝缘电阻的变化;较长时间没有运转的设备,使用 前应先测量其绝缘电阻值。

杂质的含量增加,增加了内部的导电离子,也使电介质表面污染并吸附水分,从而降低了 绝缘材料电阻率。

在较高的电场强度作用下,固体和液体电介质的离子迁移能力随电场强度的增强而增大,

使电阻率下降。当电场强度临近电介质的击穿电场强度时,因出现大量电子迁移,使绝缘电阻 按指数规律下降。

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绝缘电阻通常用兆欧表（摇表）测定,摇表测量实际上是给被测物加上直流电压,测量通 过其上的泄漏电流,表盘上的刻度是经过换算得到的绝缘电阻值。

（2）吸收比。吸收比是从开始测量起第60s的绝缘电阻R₆₀与第15s的绝缘电阻&5的比 值。也用兆欧表测定。

图2-3绝缘电阻及吸收比测试

I-绝缘良好;2-绝缘劣化

根据绝缘材料的等效电路可知，直流电压作用在 电介质上,有三部分电流通过，即介质的泄漏电流、吸 收电流和瞬时充电电流。绝缘材料的电流与时间的关 系如图2-3所示。吸收电流和充电电流在一定的时间 后都趋近于零,而泄漏电流与时间无关。如介质材料 干燥,其泄漏电流很小,在电压开始作用的15s内，充 电电流和吸收电流较大,此时电压与电流的比值较低， 经较长时间（60S）后,充电电流和吸收电流衰减趋向于 零,总电流稳定在较小的泄漏电流值上,R₆₀数值较大, 吸收比（R₆₀/RQ就较大。如介质材料受潮，泄漏电流

较大,相对来讲介质充电电流和吸收电流较小。15s时测出的凡5与60s时测出的R₆₀相差很 小,吸收比就小。

吸收比是为了判断绝缘体的受潮情况,受潮以后绝缘电阻降低,测量得到的绝缘电阻上升 变快,吸收比接近于1; 一般没有受潮的绝缘体,吸收比应大于1.3_o

2.耐压

电气设备的耐压又称设备介电强度,是指电气设备承受过电压的能力。在电力系统中,线 路及电气设备的绝缘,除了在额定交流或直流电压下长期运行外,还要短时承受大气过电压、 内部过电压、故障过电压等过电压的作用。例如,在不接地的三相系统中,发生一相接地时,其 他两相对地电压升高到原来的1.73倍;在特殊情况下，内部过电压可升高到原来的3 ~ 3. 5 倍;在设备遭受雷击时可能出现更高的过电压。另外,其他技术领域的电气设备也会遇到各种 特殊类型的高电压。

3.泄漏电流

泄漏电流是线路或设备在外加高电压作用下经绝缘部分所泄漏的电流。由于外加电压较 高,而且电压稳定,所以比较容易发现绝缘硬伤、脆裂等内部缺陷。

泄漏电流试验一般只对某些安全要求较高的设备,才有必要按规定进行。如某些高压设 备（阀型避雷器、油浸电力电缆等）；某些电工安全用具（绝缘手套、绝缘靴和绝缘垫等）；某些 日用电器和电动工具等。

4.介质损耗

在交流电压作用下,绝缘材料中的部分电能将转变成热能,这部分能量就叫做介质损耗。 电介质损耗主要由漏电电流和极化所引起,它又是导致电介质发生热击穿的根源。

绝缘介质加交流电压时电流与电压的相位关系如图2-4所示。通常是以tan6来衡量电介 质的介质损耗性能。对于电气设备中使用的电介质,要求它的tan3值越小越好。而当绝缘材 料受潮或劣化时,因有功电流明显增加,会使tanð值剧烈上升。也就是说,tan6能更敏感地反 映绝缘质量。因此,在要求高的场合,需进行介质损耗试验。

第二章直接接触电击的防护

影响绝缘材料介质损耗的因素主要有频率、温度、湿度、电场强度和辐 射。影响过程比较复杂,从总的趋势上来说,随着上述因素的增强,介质损 耗增加。

三、绝缘检测与绝缘试验

图2.4 绝缘介质中

绝缘检测的目的有两个:一是通过试验发现可能造成绝缘破坏的隐患, 二是测试绝缘的极限耐受电压能力。

电流与电压 的相位关系

1.绝缘电阻测试

测试设备的绝缘电阻是在电气设备的绝缘上加上直流电压,测量绝缘中流过的电流及其 变化,并以此为依据判断绝缘的好坏。测量绝缘电阻的专用设备为兆欧表,俗称摇表。兆欧表 可测试绝缘介质的绝缘电阻和吸收比。

，不同线路或设备对绝缘电阻有不同的要求。一般来说,高压较低压要求高,新设备较老设 备要求高,室外的较室内的要求高,移动的比固定的要求高。下面列出几种主要线路和设备应 达到的绝缘电阻值。

(1)新装和大修后的低压线路和设备,要求绝缘电阻不低于0.5MC。

(2)运行中的线路和设备,绝缘电阻可降低为每伏工作电压1 ∞0∩_o

(3)在潮湿环境中绝缘电阻不应低于每伏工作电压500。。

(4)携带式电气设备的基本绝缘的绝缘电阻不应低于2MQ,附加绝缘的绝缘电阻不应低 于5MC,加强绝缘的绝缘电阻不应低于7MC。

(5)控制线路的绝缘电阻不应低于IMC,但在潮湿环境中可降低为0.5MC。

(6)运行中6 ~ IOkV和35kV电力电缆的绝缘电阻分别不应低于400 ~ 1 OooMa和600 ~ 1 5∞MΩ_o干燥季节取较大的数值;潮湿季节取较小的数值。

(7)架空线路每个悬式绝缘子的绝缘电阻应不低于3∞M∩_o

(8)电力变压器投入运行前,绝缘电阻应不低于出厂时的70% ,运行中的绝缘电阻可适当 降低。

2.耐压试验

耐压试验又称介电强度试验,是检验电气设备对过电压的承受能力,在试验时对电气设备 施加高于运行中可能遇到的过电压。耐压试验是保证电气设备安全运行的有效手段。

耐压试验主要有工频交流耐压试验、直流耐压试验和冲击电压试验等。其中,工频交流耐 压试验最为常用,这种方法接近运行实际,所需设备简单。对部分设备,如电力电缆、高压电机 等少数电气设备,在因电容很大,无法进行交流耐压试验时,则进行直流耐压试验。耐压试验 的试验电压为设备额定电压的一倍至数倍,但最低不得低于1 OOO V。

对电力变压器、电动机和低压配电装置等在投入运行前,应做工频耐压试验;低压电力和 照明线路,如绝缘电阻不能满足要求时,也需做工频耐压试验；电工安全用具应按规定做工频 耐压试验;对整台机床电气系统,在主线路和机座之间也应做工频耐压试验,对阀型避雷器必 要时做冲击电压试验;电气设备的绝缘油需在油杯中用标准电极做工频耐压试验等。

耐压试验的加压时间一般为Imin,但对于以有机固体作为主要绝缘材料的设备为5min; 对电压互感器为3min；对油浸电力电缆为IOmin。升压速度和减压速度应符合规定。先以任

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意速度加压至试验电压的40%左右,再以每秒增加3%试验电压的速度升高到试验电压,并持 续到规定时间,然后在5s内把电压降低到试验电压的25%以下,再切断电源。

在做耐压试验时应注意下列事项：

耐压试验应在测量绝缘电阻合格后进行;试验电压按规定选取,不得任意超过规定值;试 验电流不应超过试验设备的允许电流;为了人身安全,试验场地应设立防护围栅，以防止工作 人员偶然接近带电的高压装置。试验设备应有完善的保护接零(或保护接地)，试验前后要注 意放电;每次试验之后,应使调压器迅速返回零位,最好能有自动回零装置。

四、电气设备而绝缘形式

1.绝缘形式

电气设备的绝缘结构按保护功能,可分为基本绝缘、附加绝缘、双重绝缘和加强绝缘,现将 各绝缘的意义介绍如下：

(1)基本绝缘。带电部件上对触电起基本保护作用的绝缘称为基本绝缘。基本绝缘位于 带电体与不可触及的金属件之间。若这种绝缘的主要功能不是防触电而是防止带电部件间的 短路,则又称为工作绝缘,如电动机、变压器绕组的绝缘漆等。

(2)附加绝缘。附加绝缘又叫辅助绝缘或保护绝缘,它是为了在基本绝缘一旦损坏的情 况下防止触电而在基本绝缘之外附加的一种独立绝缘。附加绝缘位于不可触及的金属件与可 触及的金属件之间。

(3)双重绝缘。双重绝缘是一种绝缘的组合形式，即由基本绝缘和附加绝缘两者组成的 绝缘。

(4)加强绝缘。加强绝缘是基本绝缘经改进后,在绝缘强度和机械性能上具备了与双重 绝缘同等防触电能力的单独绝缘结构。“单独绝缘结构”不一定是一个单一体,它可以由几层 组成,但层间必须结合紧密,形成一个整体,各层无法分作基本绝缘和附加绝缘来各自进行单 独的试验。

典型双重绝缘和加强绝缘的结构示意图如图2-5所示，图中a)、b)、c)、d)为双重绝缘,

e)、f)为加强绝缘。

2.电气设备按电击防护形式分类

低压电气设备按电击防护方式可分为四类， 分别称为0、I、II、m类设备,其电击防护原理有所 不同,下面分述之。

(1)0类设备。仅依靠基本绝缘作电击防护 的设备称为0类设备。0类设备基本绝缘一旦失 效,是否发生电击危险完全取决于设备所处的环 境,故Q类设备一般只能在非导电场所中使用。 由于该类设备的电击防护条件较差,在一些发达 国家已明令禁止生产。

图2-5双重绝缘和加强绝缘

a) ~d)双重绝缘;e、f)加强绝缘

(2) I类设备。I类设备的电击防护不仅依 靠基本绝缘,还包括一项附加安全措施,即设备能

I-基本绝缘;2-附加绝缘;3-不可触及的金属件;4-可触 及的金属件;5-加强绝缘

金

第二章 直接接触电击的防护

被人触及的可导电部分连有保护线,可用来与工作场所固定布线中的保护线相连接。也就是 说,该类设备一旦基本绝缘失效,还可通过由这根保护线所建立的防护措施来防止电击。这根 保护线所能建立的防护措施有很多,如在TN系统中通过造成短路切断电源,在TT系统中通 过构造剩余电流通路使剩余电流保护器动作以切断电源,或通过等电位联结降低接触电压等。 在我国日常使用的电器中,1类设备占了绝大多数,因此如何利用好这根保护线来提高I类设 备电击防护水平,是一个十分重要的课题。

(3) II类设备。II类设备的电击防护不仅依靠基本绝缘,而且还增加了附加绝缘作为辅 助安全措施,或者使设备的绝缘能达到加强绝缘的水平。II类设备不采用安全接地措施,不设 置保护线,在其明显位置(如额定指标牌上)标有“回”形标志。

按其外壳特征又可分为以下三类。

①全部绝缘外壳的电气设备。这类外壳上除了铭牌等小金属物外,其他金属件都在无间 断的封闭绝缘外壳内,外壳成为附加或加强绝缘的补充,或者本身就是附加或加强绝缘的一 部分。

②全部金属外壳的电气设备。此类设备有一个由金属材料制成的无间断封闭外壳。

③部分绝缘外壳和部分金属外壳的电气设备。由于u类设备的电击防护仅取决于设备本 身的技术措施,既不依赖于系统(电网)又不依赖于所处的场所，因而是一种值得大力发展的 设备类型,但在使用时也应遵守一定的条件,才能确保安全。这些条件主要有以下两条：

①具有全部或部分金属外壳的②、③类设备,其金属外壳不得与系统(电网)发生电气联 系，以免从系统引入高电位,也不得接地。只有当设备所在场所采用"不接地的局部等电位连 接”时,才可考虑将金属外壳或外壳的金属部分与等电位体电气联结。

②n类设备的电源连接线也应符合加强绝缘或双重绝缘的要求，电源插头上不得有起导 电作用以外的金属件，电源连接线与外壳之间至少应有两层单独的绝缘层。

(4) In类设备。m类设备的电击防护措施是采用SELV(安全特低电压)供电。这类设备 要求在任何情况下,设备内部都不会出现高于安全电压值的电压。该类设备的外露可导电部 分不得与保护线或其他装置外可导电部分(如大地,水管等)电气联接，以避免意外引人高 电位。

五、不导电环境

利用不导电的材料制成地板、墙壁等,使人员所处的场所成为一个对地绝缘水平较高的环 境,这种场所称为不导电环境或非导电场所。不导电环境应符合如下的安全要求：

(1)地板和墙壁每一点对地的电阻:500V及以下者不应小于50kQ；50OV以上者不应小 于 100k。。

(2)保持间距或设置屏障,使得在电气设备工作绝缘失效的情况下,人体也不可能同时触 及到不同电位的导体。

(3)为了维持不导电的特征,场所内不得设置保护零线或保护地线,并应有防止场所内高 电位引出场所外和场所外低电位引入场所内的措施。

(4)场所的不导电性能应具有永久性特征,不应因受潮或设备的变动等原因使安全水平 降低。

27

船舶修造电气安全技术

第二节电气装置的屏护与间距

屏护和间距是最为常用的电气安全措施之一。从防止电击的角度而言,屏护和间距属于 防止直接接触电击的安全措施。此外,屏护和间距还是防止短路、故障接地等电气事故的安全 措施之一。

一、屏护

屏护是一种对电击危险因素进行隔离的手段,即采用遮栏、护罩、护盖、箱(匣)等把带电 体同外界隔离开来，以防止人体触及或接近带电体所引起的触电事故。屏护还起到防止电弧 伤人,防止弧光短路或便利检修工作的作用。配电线路和电气设备的带电部分如果不便于包 以绝缘或者单靠绝缘不足以保证安全的场合,可采用屏护保护。此外,对于高压电气设备,无 论是否有绝缘,均应采取屏护或其他防止接近的措施。

屏护可分为屏蔽和障碍(或称阻挡物)，两者的区别在于:后者只能防止人体无意识地触 及或接近带电体,而不能防止有意识移开、绕过或翻越该障碍而触及或接近带电体。从这点来 说,前者属于一种完全的防护,而后者是一种不完全的防护。

屏护装置既有永久性装置,如配电装置的遮拦、电气开关的罩盖等;也有临时性屏护装置, 如检修工作中使用的临时性屏护装置。既有固定屏护装置,如母线的护网；也有移动屏护装 置,如跟随天车移动的天车滑线屏护装置。

在带电体附近作业时,可采用能移动的遮拦作为防止触电的重要措施。检修遮拦可用干 燥的木材或其他绝缘材料制成,使用时置于过道、入口或工作人员与带电体之间，可保证检修 工作的安全。

对于一般固定安装的屏护装置,因其不直接与带电体接触，因此对制作屏护装置所用材料 的导电性能没有严格的规定。但是,各种屏护装置都必须有足够的机械强度和良好的耐火性 能。此外,还应满足以下要求。

(1)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,必须将屏护 装置接地或接零。

(2)屏护装置一般不宜随便打开、拆卸或挪移,有时其上还应装有联锁装置(只有断开电 源才能打开)。

(3)屏护装置应有足够的尺寸。遮拦高度不应低于1.7m,下部边缘离地面不应超过O. 1m； 户内栅栏高度不应低于1.2m,户外不应低于1.5m；户外变电装置围墙高度一般不应低于2. 5m。

(4)屏护装置应与带电体之间保持必要的距离。对于低压设备，网眼遮拦与裸导体距离 不宜小于0.15m,IOkV设备不宜小于0.35m,20~ 30kV设备不宜小于0. 6m；栅栏与裸导体距 离不宜小于0. 8m,栏条间距离不应超过0. 2m_o

(5)被屏护的带电部分应有明显的标志，标明规定的符号或涂上规定的颜色,遮拦、栅栏 等屏护装置上应根据被屏护对象挂上"止步!”、“禁止攀登,高压危险！”、“当心触电！”等警 告牌。

(6)必要时应配合采用声光报警信号装置和联锁装置。前者一般是用灯光或仪表显示有

28

隽二章直接接触电击的防护

电;后者是采用专门装置，当人体越过屏护装置可能接近带电体时,被屏护的装置自动断电。

（7）电压超过IkV的高压电气设备和低压电气设备不应组合在同一外壳内，除非采取隔 离或其他合适的措施,以确保人员能够无危险地接近低压电气设备。

二、间距

间距是将可能触及的带电体置于可能触及的范围之外。可以防止人体及其他物品触及或 过分接近带电体,防止车辆和其他物体碰撞带电体，以及避免发生各种短路、火灾和爆炸事故。 在人体与带电体之间、带电体与地面之间、带电体与带电体之间、带电体与其他物体和设施之 间,都必须保持一定的距离,这种距离称为电气安全距离,简称间距。如架空线路与地面、水面 的距离,架空线路与有火灾爆炸危险厂房的距离等。安全距离的大小决定于电压的高低、设备 的类型、安装的方式等因素。

为了防止人体接近带电体,必须保持足够的检修间距。在低压操作中,人体或其所携带工 具等与带电体的距离不应小于0∙ 1m；在高压无遮拦操作中,人体或其所携带工具与带电体之 间的最小距离为：10kV，及以下的最小距离不应小于0.7m；20 ~35kV的最小距离不应小于 LQm。当不足上述距离时,应装设临时遮拦,并应符合相关要求。

用绝缘杆操作时,上述距离可减为：1OkV及以下的最小距离不应小于0.4m；35kV的最小 距离不应小于0∙ 6m。

在线路上工作时,人体或其携带工具等与临近带电线路的最小距离为：IOkV及以下的最 小距离不应小于1.0m；35kV的最小距离不应小于2. 5m。不足上述距离时,临近的线路应当 停电。

工作中使用喷灯或气焊时,火焰不得喷向带电体。火焰与带电体的最小距离为：IOkV及 以下的最小距离不应小于1.5m；35kV的最小距离不应小于3m。

在架空线路附近进行起重工作时,起重机具（包括被吊物）与线路导线之间的最小距离 为：lkV以下的最小距离不应小于1.5m；IOkV的最小距离不应小于2m；35kV的最小距离不 应小于4m。

第三节 电气设备外壳的防护等级

一、外壳与外壳防护的概念

电气设备的"外壳”是指与电气设备直接相关联的界定设备空间范围的壳体,那些设置在 设备以外的为保证人身安全或防止人员进入的设施,如栅栏、围护等,不能被算作是“外壳”。

外壳防护是电气安全的一项重要措施,它既是保护人身安全的措施,又是保护设备自身安 全的措施。包括两种防护形式。

第一种防护形式:防止人体触及或接近壳内带电部分和触及壳内的运动部件（光滑的转 轴和类似部件除外），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而引起有害的影响。

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二、夕卜壳防护等级的代号及划分

根据GB 4208-84标准,外壳防护等级的代号由表征字母"IP"和附加在后面的两个表征 数字组成,写作IPX X ,其中第一位数字表示第一种防护形式的各个等级,第二位数字则表示 第二种防护形式的各个等级,表征数字的含义分别见表2-2和表2-3 _o

第一位数字所代表的防护等级              表2-2

第1位数字	防护等级__________________
	简要说明_____	意 义______________
0	无防护______	无专门的防护_______________________
1	防护大于50mm的固体	人体大面积部分如手（但对有意识的接触并无防护）。直径超过 50mm的固体
2	防护大于12mm的固体	手指或类似物,长度不超过80mm,直径超过12≡n的固体
3	防护大于2. 5mm的固体	直径或厚度大于2. 5mm的工具，电线等,直径超过2. 5mm的 固体
4	防护大于LOmm的固体	厚度大于Imm线或片状物,直径超过Imm的固体
5	防尘	并不防止全部尘土进入,但进入量不能达到妨碍设备正常运转 的程度
6	尘密	无尘土进入________________________

第二位数字所代表的防护等级              表2-3

第2位数字	防护等级
	简要说明_____	意 义
0	无防护	无专门的防护
1	防滴	垂直滴水应无有害的影响
2	15。防滴	设备与垂直线成15。角时,滴水应无有害影响
3	防淋水	与垂直线成60。范围的淋水应无有害影响
4	防溅	任何方向溅水应无有害影响
5	防冲水	任何方向冲水应无有害影响
6	防猛烈海浪	猛烈海浪或强烈冲水时进入机壳水量应无有害影响
7	防浸水	浸沉在规定压力的水中经规定的时间后，进人水量应无有害 影响
8	防潜水	能长期潜水,其技术条件由制造厂规定 注:通常设备应完全密封,但对某些类型设备,在不产生有害影 响的前提下,水可进入设备

例如,某设备的外壳防护等级为IP30,就是指该外壳能防止大于2. 5mm的固体异物进入, 但不防水。当只需用一个表征数字表示某一防护等级时,被省略的数字应以字母X代替，如 IPX3、1P2 X 等。

第二章直接接触电击的防护

当电器各部分具有不同的防护等级时,应首先标明最低的防护等级,若再需标明其他部 分,则按该部分的防护等级分别标志。

三、船舶电气设备外壳防护等级

CCS《钢质海船入级规范》（以下简称《规范》）对船舶电气设备外壳防护等级的要求如下：

（1）电气设备的外壳防护形式的选择,应与安装的场所相适应。其最低防护等级应符合 表2-4的要求。

外壳防护等级的最低要求               表2-4

(1)	(2)	(3)	(4)______________________________________
			设 备
处所	环境条件	防护 等级	配电板,控制 设备,电动机 起动器	发电机	电动机	变压器,半 导体变换器	照明 设备	电热 器具	电炊 设备	附具（例如开关， 接线盒）
-干燥的-居住处所	只有触及 带电部分 的危险	IP20	X	一	X	X	X	X	X	X
干燥的 控制室			X	—	X	X	X	X	X	X
控制室	滴水和 （或）中等机械 损伤危险	IP22	X	—	X	X	X	X	X	X
机炉舱（花钢 板以上）			X	X	X	×	X	X	X	IP44
舵机舱			X	×	×	X	X	×	—	IP44
冷藏机室 （氨装置室 除外）			X	—	X	X	X	X	——	IP44
应急机械室			X	X	X	X	X	X	—	IP44
一般贮藏室			X	—	X	X	X	X		X
配膳室			X	—	X	X	X	X	X	1P44
粮食库			X	—	X	X	X	×	—	X
浴室	较大的水和 （或）机械 损伤危险	IP34	—	—	—	—	X	IP44	—	IP55
机炉舱（花 钢板以下）			—	—	IP44	—	X	IP44	—	IP55
围蔽的燃油 分离室			IP44	—	IP44	—	X	IP44	一	IP55
围蔽的滑油 分离室			IP44	—	IP44	—	X	IP44	—	1P55
压载泵舱	较大的水和 （或）机械 损伤危险	IP44	X	—	X		IP34	X	—	IP55
冷藏舱			—	—	X	—	IP34	X	—	IP55
厨房和 洗衣间			X	—	X	X	IP34	X	X	X

船舶修造电气安全技术

续上表

⑴	(2)	⑶	(4)______________________________________
双层底中的 轴隧或管道	喷水危险、 货物粉尘 存在、严重 机械损伤、 腐蚀性气体	IP55	X	—	X	X	X	X	—	IP56
干货舱			一	—	—	—	X	—	—	X
露天甲板	大量浸水 的危险	IP56	X	一	×	—	IP55	X	—	X

注:.①表中" × "表示按(3)栏要求,如不能满足(3)栏要求时,则按注②要求:表中"一”表示一般不应安装此种设备。 ②设备本身不能达到防护要求时,应采用其他措施.或改善安装场所条件来确保本表要求。

(2)在机舱中,位于固定式局部水基灭火系统所保护的区域及其喷雾直接到达的邻近区 域中的电气和电子设备,应有不低于IP"的防护等级。

(3)在机舱中,位于上述(2)规定区域之外水可能扩延到的邻近区域中的电气和电子设 备,如提供适合在这些区域中使用的证据,考虑到其设计和配置:例如进风口的位置、滤器和挡 板等能防止或限制水雾/喷雾进入设备,则可以使用较低的防护等级。

(4)主配电板和应急配电板的结构应满足下列要求：

配电板的顶部应达到防护等级IP22的要求,但如安装在符合规范要求的控制室中，则其 顶部的防护等级可为IP21。配电板的两侧应有不低于防护等级IP2 X的防护措施。额定电压 大于500V者,其背面还应有不低于防护等级IP2 X的防护措施。

(5)高压电气设备的外壳防护等级均应与其安装场所相适应,除至少应符合表2-4的规定 外,还应满足下列要求：

①旋转电机的外壳防护等级至少应为IP23,其接线盒的防护等级至少应为IP44_o安装在 非专职人员可以到达处所的电动机,其外壳防护等级至少为IP4 X ,以防止人员接近或触及电 机的带电或转动部分。

②变压器的外壳防护等级至少应为IP23,如安装在非专职人员可以到达的处所时,则其 外壳防护等级至少为IP4 X。

③具有金属外壳的控制设备、配电设备组件和静止变换器的外壳防护等级至少应为 IP32,如安装在非专职人员可以到达的处所时,则其外壳防护等级至少为IP4 X _o

第四节 船舶电气设备的绝缘要求

一、船舶电气设备的绝缘要求

1.船用电机

所有船用发电机与电动机均应在制造厂依照IEC 60092-301出版物的规定进行耐压试 验,重要设备用电机应具备制造厂的试验合格证。耐压试验之后应立即用直流绝缘试验法 (直流高阻计)测量以下(1)和(2)所列项目的绝缘电阻,其最低试验电压值和相应绝缘电阻

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第二章直接接触电击的防护

值应符合表2-5的规定。

绝缘测♦最低试验电压和最低绝缘电阻值          表2-5

额定电压Un(V)	最低试验电压(V)	最低绝缘电阻(MC)
力 £ 250	2 X Un	1
250 < U11 W 1 000	500	1
1 000 < Un ≤ 7 200	1 000	(U/1 000) +1
7 2∞ < σn ≤ 15 (XX)	5 000	(U/1 000) +1

(1)连接在一起的所有载流部件和地之间。

(2)所有载流部件的不同极或相之间(当每极或每相的两端均可分别接近时)o 绝缘电阻应在接近工作温度时测量,或者用适当的方法将其折算至工作温度。

进行耐压试验时,先将试验电压的50%施加于试验部位,然后平稳地升压到规定的全电 压值,并在该电压下历时Imin,应无击穿或闪络现象。表2-6为中远船务在电机大修后的耐压 试验电压等级。

电动机大修后耐压试验的试验电压 表2-6

序号	电机或部件	试验电压(有效值)
1	IkW以下的电机或额定电压不超过36V的各种电机	5OOV+2倍额定电压
2	IkW以上的电机或额定电压超过36V的电机	1 0∞V +2倍额定电压,但最低为1 500V
3	直流电机的他励磁场绕组	1 ∞0V +2倍额定励磁电压，但最低为 1 500V
4	同步发电机、同步电动机及同步补偿机的磁场绕组： (1)同步发电机的磁场绕组； (2)当电机启动时,磁场绕组短路或并联一个小于绕组电阻10倍 的电阻； (3)当电机启动时,磁场绕组并联一个等于或大于绕组电阻IO倍 的电阻或启动时采用带(或不带)磁场分段开关而磁场绕组开路	10倍额定励磁电压,且最低为1 500V,最 高为3 500V； I(X)OV+2倍最高电压的有效值(此电 压在规定的条件下存在于磁场绕组的线端 间，如为分段磁场绕组则存在于任一段的 线端间)，但最低为1 50OV
5	非永久短路(如用电阻启动)的异步电动机或异步结构的同步电 动机的转子绕组： (1)不可逆转或仅在停止后才可逆转的电动机； [2)在运转时将电源反接而使逆转或制动的电动机	1 OOOV+2倍转子电压； 1 OOOV+2倍转子电压
6	励磁机。下列情况涂外： (1)同步电动机(包括异步結构的电动机)接地的或启动时不与 磁场绕组连接的励磁机； (2)励磁机的他励磁场绕组	与所连接的绕组同为1 OOOV+2倍励磁 机额定电压,最低为1 500V； 1 OOOV+2倍最高额定励磁电压,但最低 为 1 500V

2.配电板

(1)配电板应按表2-7的规定进行耐压试验:

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船舶修造电气安金整衣                             舞

试验低压                   表2-7

额定电压Un(V)	试验电压(V)	额定电压Url(V)	试验电压(V)
UnW 60	1 000	690 < f7n ≤ 8∞	3 (XX)
60 < q W 3∞	2 000	8∞ <l∕n≤l OOO	3 5∞
300 < t∕π ≤ 690	2 5∞	1 0∞ < rn ≤ 1 500①	3 500

注:①仅指直流。

②在进行耐压试验时,半导体器件应拆除，同时可不接测量仪表、电容器、指示灯等附属设备。

③耐压试验应在所有带电部分与机壳间和各极(相)相互之间进行。

(2)在耐压试验之后,应立即用至少500V的直流高阻计测量其所有载流部分对地以及载 流部分的极间或相间的绝缘电阻,其值应不低于1M。。

3.电动机的控制设备

(1)耐压试验:按表2-7的规定进行。试验电压频率可以是25 ~ IOOHz之间的任一频率， 该项试验应持续Imin而无击穿现象。试验时可以分断仪表和辅助器具。

(2)绝缘电阻测量:紧接着在耐压试验后，应用至少500V的直流高阻计进行绝缘电阻测 量,绝缘电阻值应不低于lM∩_o

4.电力与照明变压器

(1)耐压试验：变压器初、次级绕组和绕组对地之间,均应承受频率为25 - IOOHz之间的 任一频率和电压为IoOOV+2倍线间最高电压(但最低为2 00OV)的交流电的耐压试验,并 应能维持Imin而无击穿或闪络现象。

(2)感应耐压试验；变压器应能承受2倍额定电压的感应耐压试验,试验时电源的频率应 大于或等于2倍额定频率,试验持续时间t可按下式计算,但应不小于15s：

t = (60 ×2 X额定频率)/试验频率(S)

进行温升试验的变压器,该项试验应在温升试验结束后立即进行。

(3)绝缘电阻试验:应依次测量变压器每绕组对地的绝缘电阻。测量时,所有其余绕组、 铁芯、框架、箱或外壳一起接地,并连同试验时变压器的温度一起记录下来。

5.其他

经修理后的电缆,用50OV的兆欧表测量芯线与芯线、芯线与地(屏蔽层)之间的绝缘电 阻,其值不应小于10M∩_o

电热器具的热态绝缘电阻应不低于0.5MΩ_o

二、船舶电气设备电气间隙与爬电距离

电气间隙是指两相邻导体或一个导体与相邻电机壳表面的最短空间距离。

爬电距离是指两相邻导体或一个导体与相邻电机壳表面沿绝缘表面测量的最短距离。

在GB 4943-2∞l 2.10条款中指出电气间隙的尺寸应使得进入设备的瞬态过电压和设 备内部产生的峰值电压不能使其击穿。爬电距离的尺寸应使得绝缘在给定的工作电压和污染 等级下不会产生闪络或击穿(起痕)。由此可以看出，电气间隙和爬电距离的防范对象和考核 目的不同。电气间隙防范的是瞬态过电压或峰值电压;而爬电距离是考核绝缘在给定的工作 电压和污染等级下的耐受能力。

第二章直接接触电击的防护

CCS《规范》规定，电气设备不同电位的带电部件之间和带电部件与接地金属之间,按其绝 缘材料的性质和工作条件,应具有适应其工作电压的足够的电气间隙和爬电距离。

主配电板和应急配电板中的裸主汇流排（但不包括主汇流排至引出线之间的导体），应具 有表2-8所列的最小电气间隙和最小爬电距离。

最小电气间隙和最小爬电距离             表2-8

_______额定电压（V）_______	_____最小电气间隙（mm）_____	______最小爬电距离（mm）______
Un ≤250	15	20
250 < Un ≤690	20	25
Vn >690	25	35

注:表中所列数值适用于带电部件之间以及带电部分与裸露的导电部件之间的电气间隙和爬电距离。

高压电气设备的电气间隙和爬电距离应符合下列要求：

（1）通常对未经形式试验的设备,其非绝缘部件间的相对相和相对地之间的电气间隙应 不小于表2-9的规定值。如电压为所列额定电压的中间值,则应取电压高的这一档次值。如 电气间隙低于表2-9所列值,则应进行相应的冲击电压试验。

最小电气间隙                   表2-9

额定电压（kV）	最小电气间隙（mm）	额定电压（kV）	最小电气间隙（mm）
3(3.3)	55	__________IO(Il)__________	120
6(6.6)	90	15	160

（2）带电部件之间及带电部件与接地金属部件之间的爬电距离,应符合相关IEC出版物 关于系统的额定电压、绝缘材料特性和开关及故障时产生瞬间过电压的规定。有开关设备的 汇流排分段上的非标准部件,最小爬电距离应至少为25mm/kV,在限流设备后为16mm∕kV_o

35 一 <<¾

第三章间接接触电击的防护

间接接触电击防护是指人体与故障情况下带电的设备外露导电部分的接触造成触电的防 护。正常情况下电气设备不带电的外露金属部分,如金属外壳、金属护罩和金属构架等,在发 生漏电、碰壳等金属性短路故障时就会出现危险电压,此时人体触及这些外露的金属部分就会 造成间接接触触电。

间接接触电击的防护措施主要有如下几种：

(1)自动切断电源保护。通过设备的接地保护,配合过电流保护装置和安装漏电保护器， 防止电气设备发生接地故障时,设备外露导电部分持续带有危险电压而产生电击的危险。

(2)接地保护。设备的外露导电部分必须用保护线与电力系统的接地点连接(TN系 统)，或与大地直接连接(Tr系统)。

(3)增强绝缘保护。即采用II类电气设备。在狭窄场所或潮湿环境使用的手持式电动工 具或部分在使用中直接接触人体的生活电器,应使用n类电器,即双重绝缘的电器。

(4)采用等电位连接。

(5)改变低压供电系统方式。

其中,保护接地和保护接零是防止间接接触电击的基本技术措施。这两种措施还与低压 系统的防火性能有关。本章重点介绍接地和保护接零的技术问题。

第一■节 接地的基本概念

一、电气接地的含义及其分类

凡是电气设备或设施的任何部位(不论带电与不带电)，人为地或自然地与具有零电位的 大地接通的方式,都称为电气接地(常简称接地)。

按照接地性质,接地可分为正常接地和非人为的故障接地两类。正常接地主要有保护接 地、工作接地和屏蔽接地等。

1.正常接地

(1)保护接地。为防止电力设施或电气设备因绝缘损坏而使人遭受触电危险而设置的接 地称为保护接地。保护接地是把电气设备的金属外壳与大地作良好的电气连接。如船舶三相 三线绝缘系统中电动机等用电设备金属外壳的接地。

(2)工作接地。为保证电气设备在正常工作情况下可靠运行所进行的接地称为工作接 地。如电力系统中性点接地的三相四线制系统、以船体作为导电回路的三相三线制系统发电 机中性点的接地、电焊机的接地线等,都是通过接地线构成回路而工作的。

(3)屏蔽接地。屏蔽接地是为了防止电磁干扰,在屏蔽体与地或干扰源的金属机壳之间 所做的良好电气连接,如图3-1所示。

第三章间接接触电击的防护.

无线电通信设备一般都装在封闭的金属机壳内， 以防止外来的干扰。屏蔽是抑制无线电干扰的有效措 施。任何外来干扰所产生的电场,其电力线将垂直终 止于封闭机壳的外表面上，而不能穿进机壳内部。这 种屏蔽将使屏蔽体内的无线电通信设备或导体不受干 扰源的影响。另外,同样也可以防止无线电干扰源影 响屏蔽体外的无线电通信设备或带电体。此时,屏蔽

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通信设备

图3-1屏蔽接地

I-屏蔽体;2-屏蔽接地

体需要与地或干扰源的机壳之间有良好的电气连接。

2.故障接地

是指带电体与大地之间发生意外的连接,如电气设备的碰壳接地、电力线路的接地短路、 船舶三相绝缘系统的单相接地等。

二、接地装置

所谓接地装置,是指人为设置的接地体与接地线的总称（见图3-2）。

埋入土壤内并与大地直接接触的金属导体或导体组， 叫做接地体,也叫接地极。它按设置结构可分为人工接地 体与自然接地体两类。按具体形状可分为管形与带形等 多种。连接接地体与电气设备应接地部分的金属导体，叫 做接地线。它同样有自然接地线与人工接地线之分,且通 常又可分为接地干线和接地支线。

三、接地电流和接地短路电流

凡从带电体流入地下的电流即属于接地电流。

I-接地体;2-接地干线;3-接地支线;4-设备

接地电流有正常接地电流和故障接地电流之分。正常接地电流系指正常工作时通过接地 装置流入地下,借大地形成工作回路的电流;故障接地电流系指系统发生故障时出现的接地 电流。

系统一相接地可能导致系统发生短路，这时的接地电流叫做接地短路电流，如接地的 380V/220V系统的单相接地短路电流。在高压系统中，接地短路电流可能很大,接地短路电 流500A及以下的,称为小接地短路电流系统;接地短路电流大于500A的,称为大接地短路电 流系统。

匹I、流散电阻和接地电阻

如图3-3所示，接地电流流入地下以后，是自接地体向四周流 散的。这个自接地体向四周流散的电流就叫做流散电流。流散电 流在土壤中遇到的全部电阻叫做流散电阻。接地电阻是接地体的 流散电阻与接地线的电阻之和。接地线的电阻一般很小,可以忽略 不计。因此,可以认为流散电阻就是接地电阻。

通常说的接地电阻都是对于工频电流而言的，当接地装置通过

船舶修造电气安全技主

雷电流时，由于雷电流有强烈的冲击性,接地电阻发生很大的变化,为了区别起见,这时的接地 电阻称为冲击接地电阻。

五、对地电压和对地电压曲线

电流通过接地体向大地作半球形流散。因为球面积与半径的平方成正比,所以半球形的 面积随着远离接地体而迅速增大。因此,与半球形面积对应的土壤电阻随着远离接地体而迅 速减小,至离开接地体20m处,半球形面积已达2 500m2, 土壤电阻已小到可以忽略不计。这 就是说,可以认为在远离接地体20m以外,电流便不再产生电压降了（见图3-4）。或者说,至 远离接地体20m处,电压已降为零。电工上通常所说的"地”就是指离接地体20m以外的大地 而言的。通常说的对地电压,即带电体同大地之间的电位差,也就是指离接地体20m以外的 大地而言的。简单地说,对地电压就是带电体与电位为零的大地之间的电位差。显然,对地电 压等于接地电流与接地电阻的乘积。

图3-4接地流散电阻分布

如果接地体由多根钢管组成,则当电流自接地体流散时，至电位为零处的距离可能超 过 20m _o

从以上讨论可以知道，当电流通过接地体流入大地时,接地体具有最高的电压。离开接地 体,电压逐渐下降,对于简单接地体,至离开接地体20m处，电压降至零。从最高电压降至零， 中间究竟是按什么规律进行的呢？离接地体越远半球面积越大。因此，同样厚度（即沿电流 流散方向的长度）的半球壳体离接地体越远,其电阻越小,其上电压降也越小。这就是说,离 开接地体后，电压降落的速度逐渐降低。

、如果用曲线来表示接地体及其周围各点的对地电压,这种曲线就叫对地电压曲线。显然,随着 离开接地体,土壤电阻逐渐减小,电压降落逐渐减缓,曲线逐渐变平,或者说曲线的陡度逐渐减小。

半球形接地体及其周围各点对地电压分别为

Ud=默和=祟 式中：Ud——接地体对地电压；

S*--与球心相距S处的对地电压；

P--土壤电阻率；

厶——接地电流； s。--接地体半径；

(3-1)

φ

第三章间接接触电击的防护

S..所考虑点至球心的距离,S0 Ws W 8。

显然,各点对地电压与该点到接地体中心的距离保持反比关系。按该式绘制的U_tb—S曲 线称为对地电压曲线。其相对值曲线，即对地电压相对值U*/Ud与距离倍数s/s。的关系曲线 如图3:5所示。

六、接触电势和接触电压

接触电势是指接地电流自接地体流散,在大地表面形成不同电位时,设备外壳、构架或墙 壁与水平距离O. 8m处之间的电位差。

接触电压是指加于人体某两点之间的电压。如图3-6所示，当设备漏电，电流厶自接地 体入地时,漏电设备对地电压为U₁₁,对地电压曲线呈双曲线形状,至离开接地体20m处,对地 电压接近于零。若人体α触及漏电设备外壳,其接触电压即其手和脚之间的电位差。如果忽 略人的双脚下面土壤的流散电阻,接触电压与接触电势相等。图中,α的接触电压即ɑ。接触 电压通常按人体离开设备0. 8m考虑。实际上,人脚下面土壤的流散电阻总是存在的，以致接 触电压总是比接触电势,亦即比直接从对地电压曲线上取的电位差要低一些。

图3-5对地电压相对值与距离倍数的关系曲线         图3-6接触电压和跨步电压示意

七、跨步电势和跨步电压

跨步电势是指地面上水平距离为0. 8m（人的跨距）的两点之间的电位差。

跨步电压是指人站立在流过电流的大地上,加于人的两脚之间的电压,如图3-6中的U_hx 和Ub2。人的跨步一般按0∙ 8m考虑,大牲畜的跨步通常按1.0 ~ 1.4m考虑。图中6紧靠接地 体位置,承受的跨步电压最大;C离开了接地体，承受的跨步电压要小一些。对于垂直埋设的 单一接地体,离开接地体20m以外,跨步电压接近于零。

如果考虑人脚底下的流散电阻,实际的跨步电压也应该降低一些。

第二节系统接地的形式

配电系统的接地形式用两个字母来表示：国目接地系统。国位置可以是T或I,表示系统 电源侧的中性点接地状态。T表示中性点直接接地,I表示所有带电部分与地绝缘,或中性点 .39

船舶修造电气安全技术

经阻抗接地。国位置可以是T或N,表示系统负荷侧的接地状态。T表示用电设备的外露可 导电部分对地直接电气连接,与电力系统的任何接地点无关,N表示用电设备的外露可导电部 分与电力系统的中性点直接电气连接。低压華地配电系统按接地形式可分成三类:叮系统、 Tr系统、TN系统。

一JT系统

IT系统就是电源中性点不接地、用电设备外露可导电部分直接接地的系统，如图3-7所 示。IT系统中,连接设备外露可导电部分和接地体的导线,就是PE线。这种系统发生单相接

地故障时仍可继续运行,供电连续性较好。另 外,IT系统对降低电击危险性效果显著。因此, IT系统常用于对供电连续性要求较高的配电系 统或对电击防护要求较高的场所。如目前船舶 上应用最广泛的三相三线制对地绝缘的电力系 统即为IT系统。另外,IT系统也用于矿山的巷 道供电、医院手术室的配电等。

二、TT系统

图3-7 IT系统接线

TT系统就是电源中性点直接接地、用电设备外露可导电部分也直接接地的系统,如图3-8 所示。电源中性点的接地是工作接地，而设备外露可导电部分的接地是保护接地。Tr系统 中,这两个接地必须是相互独立的。设备接地可以是每一设备都有各自独立的接地装置,也可 以若干设备共用一个接地装置,图3-8中单相设备和单相插座就是共用接地装置的。

三、TN系统

TN系统即电源中性点直接接地、设备外露可导电部分与电源中性点直接电气连接的系 统,它有三种形式,分述如下。

LTN-S系统

TN-S系统如图3-9所示，图中相线L] ~ Ls、中性线N与TT系统相同，与Tr系统不同的 是,用电设备外露可导电部分通过PE线连接到电源中性点，与系统中性点共用接地体,而不

罢三章间接接触电击的防护

是连接到自己专用的接地体。在这种系统中，中性线（N线）和保护线（PE线）是分开的,这就 是TN-S中“-S”的含义。TN-S系统的最大特征是N线与PE线在系统中性点分开后,不能再 有任何电气连接,这一条件一旦破坏,TN-S系统便不再成立。TN-S系统是我国陆上现在应用 最为广泛的一种系统。由于传统习惯的影响,现在还经常将TN-S系统称为三相五线制系统， 严格地讲,这一称呼是不正确的。实际上,按IEC标准,所谓"X相X线”系统的提法,是另外 一种含义,它是指低压配电系统按导体分类的形式。所谓的"X相”是指电源的相数,而“X 线”是指正常工作时通过电流的导体根数,包括相线和中性线,但不包括PE线。按照这一定 义,我们所说的TN-S系统,实际上是“三相四线制”系统或“单相二线制”系统。因此,按系统 带电导体形式分类,与按系统接地形式分类,是两种不同性质的分类方法。

TN-C系统如图3-10所示,它将PE线和N线的功能综合起来，由一根称为PEN线（保护 中性线）的导体来同时承担两者的功能。在用电设备处,PEN线既连接到负荷中性点上,又连 接到设备外露的可导电部分。TN-C系统曾在我国广泛应用,但由于它所固有的技术上的种种 弊端,现在已很少采用,尤其是在民用配电中已基本上不允许采用TN-C系统。

图3-10 TN-C系统接线

3. TN-C-S 系统

TN-C-S系统是TN-C系统和TN-S系统的结合形式,如图3-11所示。TN-OS系统中,从电 源出来的那一段采用TN-C系统,因为在这一段中无用电设备，只起电能的传输作用,到用电 负荷附近某一点处,将PEN线分开成单独的N线和PE线,从这一点开始,系统相当于TN-S索

--ɪ-^>

船舶修造电气安全技主

统。TNK-S系统也是现在陆上应用比较广泛的一种系统。工厂的低压配电系统、城市公共低 压电网、小区的低压配电系统等采用TN-C-S系统的较多。一般在采用TN-C-S系统时,都要同 时采用重复接地这一技术措施,即在系统由TN-C变成了 TN-S处,将PEN线再次接地,以提高 系统的安全性能。

设备 o^u O^v æ σ^,

图3-11 TN-C-S系统接线

第三节 电气线路的安全分析

根据线路与大地之间有无导电体的连接,可把电网分成不接地电网和接地电网两大类。 上节中讲到的IT系统属于不接地电网,TT、TN系统都属于接地电网。为了正确判断人们意外 触及带电体的危险程度，以及为了判定电气线路的安全性能,先要对线路的特征和参数做必要 的分析。

一、中性点（线）与零点（线）的区别

中性点有电源中性点与负载中性点之分。它只在三相电源或负载按Y形连接时才出现。 对电源而言,凡三相线圈的首端（或尾端）连接在一起的共同连接点，称电源中性点，简称中 点;而由电源中性点引出的导线便称中性线,简称中线,常用"N”表示（见图3-12）。

图3-12中性点、零点、中性线、零线示意

a）三相四线制中性点不接地系统;b）三相四线制中性点接地系统

当电源中性点与接地装置有着良好连接时，因已取得了大地的零电位,该中性点便称零 点；由零点N引出的导线称零线,常用"0"表示（有时也用"N ”表示）。

通常对220V单相回路的两根线,也将其中一根称为“相线”或“火线”（用L表示；三根相 线时则分别用U、V、W或Lll或R、S、T表示），而将另一根称“零线”或“地线”。“火线”

42

第三章间接接触电击的防护

与"地线”的称法,只是实用中的一种俗称。其实特别是"地线”的称法,严格地讲应是:如该线 的电源侧（三相配电变压器中性点）接地时,则称“零线”；若不接地时,则应称"中线”，用以避 免与接地装置中的“地线”相混淆。

为何低压配电网的中性点大都实行工作接地,低压配电网中性点接地有哪些优越性呢,在 一般220V/380V三相四线制低压配电网络中，配电变压器的中性点大都实行工作接地，主要 是由于以下原因：

（1）正常供电情况下能维持相线的对地电压不变,可向外（对负载）提供220V/380V两种 不同的电压，以满足单相220V（如电灯、电热炉等）及三相380V（如电动机等）不同的用电 需要。

（2）若中性点不接地,则当发生单相接地情况时,另外两相的对地电压便升高为相电压的 近2倍。而中性点接地后,另两相的对地电压便仍为相电压。这样,既能减小人体的接触电 压,同时还可适当降低对电气设备的绝缘要求,利于制造及降低造价。

（3）可以避免高压电窜到低压侧的危险。实行上述接地后，万一高低压线圈间绝缘损坏 而引起严重漏电甚至短路时,高压电便可星该接地装置构成闭合回路,使上一级保护动作跳闸 切断电源,从而避免低压侧工作人员遭受高压电的伤害及造成设备损坏。

所以在使用中,低压配电网的电源中性点一般都要实行接地。

二、不接地电网

1.不接地电网的安全性分析

1）正常运行情况

图3-13所示为三相三线制不接地电网。系统正常运行时,各相存在对地分布电容和相间 分布电容以及各相对地绝缘电阻,图中Z₁、Zz、Z3分别表示各相对地绝缘阻抗。绝缘电阻一般 是兆欧级的,在特殊情况下（如绝缘受潮），可能下降为2 ~5k。。电缆的分布电容约为0.05 ∣mF/km;架空线的分布电容约为0.005|LF/km _o由于各相对地绝缘阻抗的存在，系统运行时， 各相对地均有一个泄漏电流。由于绝缘电阻值远大于对地电容容抗值，因此忽略对地电阻电 流,只考虑对地电容电流的影响,并将相与地之间存在的分布电容用一个集中电容C来表示。 此时三相电容电流对称，各相电容电流互为回    ---₁----------

路,无电容电流流入大地。系统中性点尽管不接          i ,

地,但假设将系统中性点N通过一个电阻区接       MjhU4  Γ一

地,以上也不会有电流流过。因此系统中性点   4   ZdZfiZ/i

与地等电位，即系统中性点电位为地电位，各相        I『『   」x>4

线路对地电压等于各相线路对中性点电压,均为-^_rF^ K /"厶      ",

相电压。                                      图3-13不接地电网

2）单相触电危险性分析

在低压中性点不接地系统中,如果某一相线发生碰壳,人体接触到设备外壳,或者人体直 接接触到某一相线,将有泄漏电流流过人体。此时流过人体的电流只能通过电网各相对地绝 缘阻抗形成回路,如图3-13所示。绝缘阻抗是各相与大地之间的等效阻抗,可视为绝缘电阻 与分布电容的并联。如果各相对地绝缘阻抗对称,可计算出人体承受的电压和流过人体的电

.43.ν^^^^

船舶修造电气安全技术

流,根据对称性可知u_o =O_o根据戴维宁定理,可得到图3-14所示 的等效电路。等效电路中的电势应为网络两端开路,即没有人触电 时该相对地电压。因为对称,该电压即相电压。等效电路中的内阻 抗应为网络内电压源全部短路后的等效阻抗即三相阻抗的并联,即 Z/3。根据等效电路,不难按下式求得人体承受的电压和流过人体 的电流。

=                      （3-2）

J ∕ι_p + z/ɔ JNP + Z

图3-14等效电路

U

3

R_p + Z/3  3( + Z

U

(3-3)

式中：U--相电压;

UP和4..人体电压和人体电流;

RP—人体电阻；

Z一一各相对地的复阻抗。

由于绝缘电阻Z较大,一般为兆欧级4 一般很小,不超过数十毫安。因此，中性点不接 地系统正常运行时,人体单相触电危险性很小。但在电网的绝缘电阻下降（例如船舶电网电

缆受潮）或电网分布范围很广的不接地系统,人体单相触电可能会有致命危险。

图3-15不接地电网的一相故障接地

3〉电网故障运行时的触电危险性分析

如前所述，不接地电网在正常运行的情况 下，中性点的对地电压近似为零。然而，当电网 有一相接地时，中性点的对地电压将发生变化。 如图3-15所示,设电网的相电压为U、各相对地 绝缘阻抗为Z、电网厶相接地、接地电阻为凡, 根据图3-14的等效电路可求得：

接地电流为

3 U 3«_d + Z

接地相对地电压为

3 URa

3& + Z

(3-4)

(3-5)

中性点对地电压

U₀ = U-U₃         U

(3-6)

一般,接地电阻&为几十至几百欧姆,远小于电网对地绝缘阻抗Z,这样，当不接地电网 发生一相接地故障时,接地相的对地电压很小;而中性点的对地电压将接近电源的相电压，同

时，由于U₀很小,故未接地的两相的对地电压将上升至接近线电压。

因此,当不接地电网发生一相故障接地时,人体如果在接地相触电（人体电阻为％）,忽略 人与地面的接触电阻,则通过人体的电流为

44

第三章间接接触电击的防护

, S伪1

+ KP

设电源电压U = 220V,接地电阻凡=20OC,人体电阻4=1 500C,电网各相对地绝缘阻 抗Z = 0.5MC,可求得通过人体的电流近似为

3 X 220 X ²⁰⁰ ^ ¹⁵⁰⁰

200 + 1500

α 200 X 15∞ C V ³×2δ0∏5δδ ^{+ 0}∙⁵×¹°

'聶=°∙ ”5mA

而当人体在未接地的另两相触电时,通过人体的电流近似为

U]2

380

RP + Rd = 1500 + 200

=223. 5mA

因此,当不接地电网发生一相故障接地时,人体触电的危险性是比较大的。

对于钢质海船的不接地系统,故障接地即某一相线碰到船体,接地电阻很小。人体如果在 接地相触电,若人体电阻比接地电阻大得多,则通过人体的电流接近零;但如果人体在未接地 的另两相触电时,相当于线电压直接加到人体上,通过人体的电流可能大大超过致命电流,这 是很危险的。

另外,不接地电网一相接地时,接地电流很小,达不到保护装置的动作值,加之线电压保持 不变,电网中的设备还能继续工作。于是,这种接地故障不容易被发现而长时间潜伏下来,而 且这样的故障点有时很难寻找。

必须指出：这种单相接地状态不允许长时间运行，因为如果另一相又发生接地故障,就会 形成两相接地短路,产生很大的短路电流,从而损坏线路及其用电设备;此外,较大的单相接地 电容电流会在接地点引起电弧,形成间歇电弧过电压,威胁电力系统的安全运行,长时间产生 电弧,也可能导致火灾和爆炸事故的发生。因此,我国电力规程规定，中性点不接地的电力系 统发生单相接地故障时,单相接地运行时间不应超过2小时。

2.不接地电网的绝缘监视

在不接地电网中,为了减轻一相故障接地的危险性,应对电网对地绝缘状态进行监视;并 尽早找出故障点,排除故障。

1）电网的绝缘监视原理

低压电网的绝缘监视,是用3只规格相同的电压表来

实现的,其接线如图3-16所示。电网对地绝缘正常时,三 相平衡,3只电压表读数均为相电压；当发生一相接地时, 该相电压表读数急剧降低,另两相则显著升高。即使系统 没有接地,而是某相对地绝缘显著恶化时,3只电压表也会 给出不同的读数,引起工作人员的注意。

高压电网也可以用类似的方法进行绝缘监视,其接线 如图3-17所示。监视仪表通过电压互感器同相线连接。 互感器有两组低压线圈，一相接成星形,供绝缘监视的电

图3-16低压也,网的绝缘监视

.45^^^

船舶修造电气安全技术

压表用;一相接成开口三角形,开口处接信号继电器。正常时,三相平衡,3只电压表读数相 同,三角形开口处电压为零,信号继电器不动作;当一根接地或一两根绝缘明显恶化时,3只电 压表出现不同读数,同时开三角形开口处出现电压,信号继电器动作,发出信号。

此外,在不接地电网中,还要考虑对高压窜入低压的防护。当高压电因导线折断或绝缘损 坏而窜入低压系统时,整个低压系统的对地电压升高到高压系统的对地电压,而且这种故障可 能在较长时间内存在。为了减轻高压窜入低压的危险,在不接地低压电网中,应当把低压电网 的中性点经击穿保险器接地,并接上两只电压表对击穿保险器进行监视,如图3-18所示。正 常情况下,击穿保险器处在绝缘状态,系统不接地时,两个电压表读数各为相电压的一半。当 高压窜入低压时,击穿保险器中的空气隙被击穿,故障电流经接地装置流入大地,这个电流即 高压系统的接地短路电流,它可能引起高压系统过电流保护装置动作,切断故障。也可以选定 适当的接地电阻值,以限制低压系统的电压升高不超过120V。同时，电压表Vl读数降至零, 电压表V2读数上升至相电压,使系统的运行状况得到监视。为了不降低系统运行的可靠性, 应当采用高内阻的电压表作为监视仪表。

图3-17高压电网的绝缘监视          图3-18高压窜低压低压防护及监视图

2)船舶不接地电网对地绝缘电阻的监视

船舶电网通常都是采用中性点对地绝缘的三相三线制形式。这种电网出现单相接地时系 统可继续运行,但是未接地的另外两相对地已是线电压,此时,一方面触电的危险性增加,会影 响人身安全;另一方面,若再有一相接地,则形成相线间短路,使短路保护装置动作切除故障电 路,这必将影响供电的连续性,影响船舶航行安全。另外一种可能的情况就是：电网出现单相 接地故障未被及时排除,另一相又出现接地,但接地不良,形成的短路电流不足以使保护装置 动作跳闸,这样就可能在接触不良的接地点处产生火花,若周围有易燃物品，则会引起火灾事 故。因此船舶三相三线绝缘系统的单相接地故障是一种潜伏性的事故状态,必须及时发现并 予以消除。为此,船舶在主配电板上装设有电网绝缘检测装置。

(1)常见的船舶电网绝缘检测装置。常见的绝缘检测装置有“接地灯”(也称为“地气 46

第三章 间接接触电击的防护

灯”）、配电板式兆欧表、电网绝缘监测仪等几种类型。

①接地灯。

a）平时不亮的接地灯。平时不亮的接地灯接线原理如图3-19a）所示。检测电网绝缘时 按下按钮,若三个灯一样亮,说明电网三相线路对地绝缘是相同的;若其中一个灯不亮,另两个 灯比原来亮,说明不亮的一相已发生接地故障,这是由于接地故障发生时,接地相上指示灯电 压等于零,另两相指示灯上电压已由原来的相电压转变成线电压,所以指示灯的亮度比原来 亮;若其中一个灯不亮,另两个灯不比原来亮,说明不亮的指示灯灯泡坏了或者按钮接触不良， 这是由于当指示灯泡坏了或该相按钮触点接触不良时,另两相指示灯相当于串接在线电压上， 这时指示灯上的电压已由原来的相电压转变成线电压的一半;若其中一个指示灯的亮度比其 他两个灯的亮度暗,说明较暗的指示灯那一相对地绝缘比其他两相对地绝缘要低,这是由于三 相电路不对称（对地绝缘电阻不一致）导致中性点偏移引起的。

a)

图3-19接地灯

b）平时常亮的接地灯。平时常亮的接地灯接线原理如图3-19b）所示。检测电网绝缘时 按下按钮,若三个灯一样亮,说明电网三相线路对地绝缘是相同的;若其中一个灯不亮,另两个 灯比原来亮,说明不亮的一相已发生接地故障;若其中一个指示灯的亮度比其他两个灯的亮度 暗,说明较暗的指示灯那一相对地绝缘比其他两相对地绝缘要低;若按钮未按，已有一个灯不 亮,说明该指示灯灯泡已坏。

②配电板式兆欧表。鉴于测量船舶电网绝缘是在电网有电的情况下进行的,故不能使用 便携式兆欧表。配电板式兆欧表的原理线路如图3-20所示。

47 A

船舶修造电气安全技术 Γ|S

这种兆欧表是由直流表头（MC或KC）与附加装置（整流电源）组成。通过转换开关可分 别测量380V（440V）动力电网和220V（IlOV）照明电网的绝缘阻抗。

当测量照明电网对地绝缘时,将转换开关从0位打到220V位,从附加装置正端流出的直 流电流经转换开关到220V照明电网,再经照明电网对地的绝缘电阻流到测量表头的正端,最 后流回附加装置的负端。动力电网对地绝缘的测量同照明网络。电网对地绝缘电阻越低,表 头指针偏转就越大,当一相接地时,表头指针偏转最大,指示绝缘电阻值为O₀

虽然兆欧表的一端接电网的任一相,但所测的绝缘电阻却是三相电网总的绝缘电阻,这是 因为:对动力电网而言,发电机内部三相绕组是按星形连接,对照明电网而言,照明变压器二次 侧绕组也是连在一起的（通常按三角形连接），故对直流测量电流而言，只要接一相即可测三 相对地的绝缘阻抗。

③船舶电网绝缘监测仪。根据CCS（规范》要求,用于电力、电热和照明的绝缘配电系统， 不论是一次系统还是二次系统,均应设有连续监测绝缘电阻,且能在绝缘电阻异常低时发出听 觉或视觉报警信号的绝缘电阻监测报警器。

船舶电网绝缘监测仪是由半导体电子电路组成的监测报警系统,可连续监测船舶电网对 地的绝缘状况,当电网的绝缘电阻低于设定值,即发出声、光报警。绝缘监测仪大多连接有兆 欧表,可连续测量、显示船舶电网对地的绝缘电阻值。当船舶电网与船体之间的绝缘电阻低于 每伏电源电压100∩时,监测仪必须触发报警装置。

（2）船舶电网对地绝缘电阻。船舶电网对地绝缘正常时,绝缘电阻主要是电缆绝缘材料 电阻,其绝缘电阻很大。在下雨天、风浪天或冲洗甲板后等情况下,绝缘材料就会吸水受潮,船 舶电网对地绝缘电阻就会大大下降。

由于电网电缆与船体是平行敷设的，因此电缆芯线与船体之间构成了电容,电容的大小是 与构成电容的极板面积成正比、与两个极板间的距离成反比的,所以这一分布电容的大小取决 于电缆的长度及电缆敷设时电缆与船体间的距离,即船舶电网电缆越长或电缆与船体越紧凑， 其对地所构成的电容就越大,漏电阻就越小。由于船舶照明网络与动力电网相比分布范围要 广得多，因此其对地绝缘阻抗一般远低于动力电网对地绝缘。

现代海上运输船舶的动力电网对地绝缘电阻正常值大多在1M∩上下,照明电网对地绝缘电阻 正常值大多在0.4~0.8M∩左右,某些船舶甚至更低,也有部分船舶正常值仅仅只有0.1MC左右。

3.不接地电网的应用

对于中性点不接地系统,系统单相接地时,电气设备可继续正常运行;就单相触电而言,绝 缘良好时,人体接触单根相线相对比较安全,也就是说不接地电网在正常运行时触电的危险性 是比较小的；当系统绝缘差时,特别是发生一相接地时,其他两相的对地电压可达线电压。

从这个角度考虑,对于那些触电危险性较大、过电压问题不突出以及线路简明的场合,如 果电网对地分布电容不大且能保证高水平的对地绝缘,尤其是对供电的连续性要求较高的场 合,则宜采用不接地电网。当然，电网运行方式的选择还决定于一些其他因素。低压不接地电 网一般用于船舶、采矿、石油化工等场合。

三、接地电网

1.接地电网的安全性分析

图3-21所示为三相四线制接地电网。这种电网可以提供两种工作电压-—线电压和相 Jk 48

<i>

第三章间接接触电击的防护

电压,不仅能给三相动力负载供电,还能给照明负载供电。因此得到了广泛的应用。RN为变 压器中性点工作接地电阻。正是由于变压器中性点通过工作接地电阻与大地连接而减轻了电

网一相接地和高压窜入低压的危险。一般要求工作接地电阻RNW4。。

(1)单相触电危险性分析。在接地电网中，如有人单相触电(见图3-22),通过人体的电流 ∕_p决定于人体电阻/、地面电阻R_i和工作接地电阻RN,即

图3-21接地电网                 图3-22接地电网中的单相触电

如果人站立在潮湿的或者导电性的地面(例如船体)上，即凡=O(忽略人与地面的接触电阻 &),且RN比J小得多,则

「今                    (3-8)

这时,人体实际处于全部相电压之下,是非常3险的。

然而，当有高压窜入低压,或有感应过电压、谐振过电压发生时，电网的工作接地能稳定系 统的电位，限制系统对地电压不超过某一范围,减轻过电压的危险。如图3-23所示，当高压窜 入低压时,低压零线对地电压为

UN = QAn                              (3-9)

式中:/gd——高压系统单相接地电流。

在这种情况下,规定4W120V,要求工作接地电阻为'

ENW 宁                       (3-10)

对于不接地的高压电网,单相接地电流通常不超过30A,_jR_n W4C是能满足要求的。

同时，由于有工作接地电阻的存在,接地电网容易受到外系统的干扰和影响。当不同电网 的工作接地电阻相会或接地体相距很近时,某一电网中性点电位的漂移将会对周围接地体产 生影响，因而引起与这些接地体相连的其他电网中性点电位的漂移。另外,地下的杂散电流也 会对接地电网产生干扰或影响。

(2)电网故障接地运行触电危险性分析。如图3-24所示，当接地电网一相故障接地时,另 两相对地电压不会升高至线电压。这时,接地电流4取决于相线接地处电阻&x和电网工作 接地电阻Rn,即

厶=(3-1.1)

NN + NdX

船为白修造电气安全技术

图3-23中性点接地时高压窜人低压

图3-24接地电网一相故障接地

接地点（即接地相）和中性点的对地电压分别为

U_tk =厶凡 X =LU                       （3-12）

UN 二厶丛=h^⅛^t7                  （3J3）

减小Kn,可以限制UN在某一安全范围之内。这时,未接地的另两相对地电压为

US = √uj + 行-2UnUcos120° =，U； + U? + UNU           （3-14）

这个电压介于相电压和线电压之间。所以，与不接地电网相比,接地电网在发生一相接地故障 时,工作接地电阻能够抑制对地电压的升高。通常规定%W4Q,则当R_dx⅛15∩时,可保证U_s ≤250V,f∕_n <50V_o在高土质电阻率地区,降低中性点工作接地电阻比较困难,但相线故障接 地处的电阻往往也较大,因此,允许把RN提高到不超过10f‰

380V/220V三相四线制接地电网发生一相接地故障时,接地相和零线的对地电压均小于 相电压,未接地相的对地电压可控制在250V以下。因此,接地电网在一相接地时触电的危险 性较不接地电网小。

2.接地电网的应用

接地电网在正常时不如不接地电网安全。绝缘损坏时,触电电压略高于220V,而且熔断 器可能不起作用。

就技术要求而言，由于接地电网可提供两种工作电压--线电压和相电压,因而得到了广 泛的应用。这时，由于所采用的变压器数量少、导线截面积小等原因，使电气设备的总造价大 大降低。就单相触电而言,正常运行时,是中性点不接地电网较安全;而一相故障接地时,则是 中性点接地电网较安全。因此,从安全角度考虑,对于那些难以保证线路对地绝缘强度（如环 境相对湿度大、周围有腐蚀性介质、线路过长或分支线过多等）的场合，以及对于那些不能及 时发现和排除绝缘故障状态的场合和对地电容较大,电容电流足以危及人身安全的场合,均应 采用中性点接地电网。例如,大型企业的电网、城市和农村的电网、电站用电电网等都应采用 接地电网。另外,在电网分支线较多的场合,如机械加工车间,也应采用接地电网。

第三章间接接触电击的防护

四、接地电网和不接地电网的比较

1.正常时单相触电的危险性

正常时中性点接地的电网,单相触电的危险性大;没有中性点接地的电网单相触电危险 性小。

2.一相接地时触电的危险性

对中性点不接地的电网,接地电流小,故障难找;接地电阻小时,另外两相的对地电压可能 升高为线电压,增加了触电的危险性。对中性点接地电网，由于接地电流大,故障易发现,而且 通过控制接地电阻就可以控制其他两相对地电压的升高,触电危险性小一些。

3.稳定电网对地电压

接地电网由于有接地装置而能抑制对地电压的升高；不接地电网由于与大地之间没有直 接的电气连接,如无其他措施,可能因高压窜入低压、雷击、拉合闸操作和感应等原因，在低压 侧产生很高的对地电压,带来火灾或触电危险。另外,不接地电网与大地之间只有分布电容存 在,不论是感应也好,谐振也好,也都可能产生不能允许的对地电压。可以说,不接地电网抑制 过电压的性能是不好的。因此,不接地电网中应当有合格的过电压保护措施。

4.接地装置的影响

当两接地装置互相接近时,一个装置上的接地电流将造成地表电位升高,使另一个接地装 置的电位也有某种程度的升高,从而造成触电危险或其他伤害。

不接地电网一般不会影响其他电网,也不容易受到这方面的影响;而接地电网与接地电网 之间或与其他接地装置之间,则较容易相互影响。

5.系统间的影响

不接地电网不会在地下产生有害的杂散电流。外系统的接地故障也不会导致不接地电网 的工作导体意外带电。但是，由于地面上其他电气系统的静电感应或电磁感应,均可能在不接 地电网上产生较高的感应过电压。例如，如果高压线路敷设在低压线路的上方，由于静电感 应,低压线产生过电压。

综上所述,接地电网和不接地电网各有优缺点,应根据生产环境的特点,选择合适的电网 运行方式。比如在环境正常、线路较短、绝缘水平经常能保持良好状态的条件下,宜采用不接 地电网;对于安全要求较高的企业,如采煤可采用不接地电网;对于大型企业电网,城市、农村 电网，电站用电网、电网分支较多的场合,应采用接地电网;油田基本上均采用接地电网。

第四节IT系统间接电击防护原理

根据前面的分析可知,在不接地系统中，当不接地电网发生单相接地故障时,人体触电的 危险性是比较大的,并且接地故障不容易被发现而使触电的危险性可能长时间存在。即使正 常的电网，如果电网的绝缘电阻较低或电网的分布电容较大,人体单相触电电流也可能达到致 命电流值。

不接地电网间接电击的防护是采用保护接地。所谓保护接地,就是将电气设备在故障情 况下可能出现危险电压的金属部分（如外壳等）用导线与大地做电气连接,把故障电压限制在

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安全范围以内。在不接地电网中采用保护接地即形成IT系统。

-JT系统的电击防护原理

IT系统的电击防护原理如图3-25所示。当电网对地绝缘正常时,人体接触漏电设备,接 触电压很低;但当电网绝缘性能显著下降,或电网分布很广时,人体接触电压可能上升到危险 程度。对电气设备实行图3-25中所示保护接地后,接地短路电流将同时沿接地体和人体两条 通路流通,接地体的接地电阻一般为4C以下，而人体电阻约为1 OOOQ,因此通过接地体的分

流作用,流经人体的电流几乎为零,这样就避免了人体触电的危险。

有了保护接地以后,漏电设备对地电压主要决定于保护接地电阻&的大小。由于&和 RP并联,且RE远小于J,可以近似地认为触电时设备对地电压为

又因为&y丨Z I ,所示设备对地电压大大降低。只要适当控制RE的大小，即可以限制漏电 设备对地电压在安全范围以内。

ɪ ------

Z

图3-25 IT系统人体单相触电示意图及等效电路

例如,对于长度数千米的380V电缆电网，如果人体电阻为1 500Ω_o当发生漏电且人体触 及设备时,人体承受的电压约为98V,通过人体的电流约为65mA,这对人是很危险的。在这种 情况下，如果加上保护接地,且接地电阻公=4α,则人体承受的电压降低为0.3V,通过人体的 电流约为0. 2mA,这对人体是没有危险的。

在不接地（对地绝缘）电网中,单相接地电流的大小主要取决于电网的特征。如电压的高 低、范围的大小、敷设的方式等。一般情况下，由线路对地分布电容决定的电抗都比较大,而绝 缘电阻还要大得多,数以兆欧计,计算时可看作是无限大。因此,单相接地电流一般都很小,这 就有可能采用保护接地把漏电设备对地电压限制在安全电压以下。

对于IT系统,系统单相碰壳而导致设备漏电时,如果能够满足［∕_e≤50V的要求,则认为 系统满足安全条件,可不中断系统运行,此时应由绝缘监视装置发出声响或灯光信号。

二、保护接地应用范围

保护接地适用于各种不接地电网,包括交流不接地电网和直流不接地电网,也包括低压不 接地电网和高压不接地电网等。在这类电网中,凡由于绝缘破坏或其他原因而可能呈现危险 对地电压的金属部分,除另有规定外,均应接地,把设备上的故障电压限制在安全范围内。不 接地电网中需保护接地的电气设备主要包括：

第三章间接接触电击的防护

(1)电机、变压器及其他电器的金属底座和外壳。

(2)电气设备的传动装置。

(3)屋内外配电装置的金属或钢筋混凝土构架以及靠近带电部分的金属遮拦和金属门。

(4)配电、控制、保护用的盘(台、箱)的框架。

(5)交、直流电力电缆的接线盒、终端盒的金属外壳和电缆的金属护层、穿线的钢管。

(6)电缆支架。

(7)装有避雷线的电力线路杆塔。

(8)装在配电线路杆上的电力设备。

(9)在非沥青地面的居民区内，无避雷线的小接地电流架空电力线路的金属杆塔和钢筋 混凝土杆塔。

电气设备的下列金属部分,除另有规定外,可不接地：

(1)在木质、沥青等不良导电地面的干燥房间内，交流额定电压为380V及以下，直流额定 电压为440V及以下的电气设备的外壳。但当有可能同时触及上述电气设备外壳和已接地的 其他物体时,则仍应接地。

(2)在干燥场所,交流额定电压为127V及以下,直流额定电压为IlOV及以下的电气设备 的外壳。

(3)安装在配电箱、控制盘和配电装置上的电气测量仪表、继电器和其他低压电器等的外 壳以及当发生绝缘损坏时在支持物上不会引起危险电压的绝缘子的金属底座等。

(4)安装在已接地金属框架上的设备,如穿墙套管等(但应保证设备底座与金属构架接 触良好)。

(5)额定电压为220V及以下的蓄电池室内的金属支架。

(6)由发电厂、变电所和工业、企业区域内引出的铁路轨道。

(7)与已接地的机床、机座之间有可靠电气接触的电动机和电器的外壳。

(8)高于3∙ 5m的起重运输机械的滑触线支架。

(9)木杆塔和木构架上悬式、针式绝缘子的金具。

如果电气设备在高处,工作人员必须登上木梯才能接近和进行工作时，由于人体触及意外 带电体的危险性较小,而人体同时触及带电部分和设备外壳的可能性和危险性较大,一般不应 采取保护接地措施。

三、接地电阻的縄定

从保护接地的原理可以知道,保护接地的基本原理是限制漏电设备外壳对地电压在安全 限值UL以内，即漏电设备对地电压UE =/e&Wa。各种保护接地的接地电阻就是根据这个 原则来确定的。

1.低压设备接她电阻

在380V不接地低压系统中，单相接地电流很小，为限制设备漏电时外壳对地电压不超过

安全范围,一般要求保护接地电阻4W4Q。                 中

当配电变压器或发电机的容量不超过WOkVA时，由于配电网分布范围很小障接

地电流更小,可以放宽对接地电阻的要求,取见WiOC。              * 4⅛

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2.高压设备接地电阻

(1)小接地短路电流系统。如果高压设备与低压设备共用接地装置,要求设备对地电压 不超过120V,其接地电阻为

&W120//E

式中：庵..接地电阻,。；

Λ接地电流,A。

如果高压设备单独装设接地装置,设备对地电压可放宽至250V,其接地电阻为

RE ≤250∕∕_e

小接地短路电流系统高压设备的保护接地电阻除应满足上述两式的要求外,还不应超过 10Ω_o以上两个式子中的4为配电网的单相接地电流,应根据配电网的特征计算和确定。

(2)大接地短路电流系统。在大接地短路电流系统中，由于接地短路电流很大,很难限制 设备对地电压不超过某一范围,而是靠线路上的速断保护装置切除接地故障。要求其接地电 阻为

& W 2 OOO∕∕_e

但当接地短路电流4大于4 00OA时,可采用&W0.5C。

第五节 TT系统间接接触电击防护原理

我国绝大部分地面企业的低压配电网都采用星形接法的低压中性点直接接地的三相四线 配电网,这不仅是因为这种配电网能提供一组线电压和一组相电压,便于动力和照明由同一台 变压器供电,而且还在于这种配电网具有较好的过电压防护性能,且一相故障接地时单相电击 的危险性较小,故障接地点比较容易检测等优点。

在接地的配电网中,如果电气设备没有采取任何防止间接接触电击的措施,则设备漏电时 触及该设备的人体所承受的接触电压可能接近相电压,其危险性大于不接地的配电网中单相 电击的危险性。

TT系统中设备外壳采取接地措施的做法类似不接地配电网中的保护接地,但由于电源中 性点是直接接地的，因此与IT系统有本质区别。

->TT系统的间接电击防护原理

TT系统即系统中性点直接接地、设备外露可导电部分也直接接地的配电系统。TT系统 由于接地装置就在设备附近，因此PE线断线的几率小,且易被发现,另外TT系统有正常运行 时设备外壳不带电、故障时故障设备外壳高电位不会沿PE线传递至全系统等优点,使Tr系 统在爆炸与火灾危险性场所、低压公共电网和向户外电气装置配电的系统等处有技术优势。

1.降低接触电压的作用

TT系统单相接地故障如图3-26a)所示，这时的等值电路如图3-26b)所示，图中Zt、ZL为 变压器和线路(包括相线和PE线)的计算阻抗,因为&、瓜远大于ZT和&,故忽略ZT、Zl ,这 样就相当于系统接地电阻RN和设备接地电阻RE对故障相相电压4分压。此时人体预期接 触电压"为RE上分得的电压。

^k_z,54

並

第三章间接接触电击的防护

(3-16)

图3-26 Tr系统单相接地故障分析

当人体接触到设备外露可导电部分时,相当于人体接触电阻凡与设备接地电阻凡并联, 此时U₁肯定有变化,但人体接触电阻居在1 000Ω以上,远大于凡,故凡/尺尸&。

从式（3-16）来看,TT系统可明显降低预期接触电压，，降低了触电的危险性。若要求满 足，不大于50V的安全条件,则要求

小行为…V

(3-17)

一般RN =4。,要满足上式,则需要REWL 18Ω_o这么小的接地电阻值是很不容易实现 的，即使能实现也是不经济的。因此在多数情况下,设备接地虽然能够有效降低接触电压,但 要降低到安全限值以下还是有困难的。

2.过电流保护电器动作分析

若RN =RE= 4。,则单相碰壳时,接地电流4为（忽略变压器和线路阻抗）

,     220    ”

厶 ≈ --= 27. 5A

"（4 + 4）

对于固定式设备,要求过电流保护电器在5s内动作切断电源,若过电流保护电器为熔断 器,则要求熔体额定电流/"U）小于4/5,才能保证熔体在5s内可靠熔断,即/J /yu）才5,于是 /_r（_f._u）≤5.5A_o 一般在整定熔断器熔体额定电流时,为防止误动作,要求熔体额定电流为计算 电流的L5 ~2倍,即/_r（ru）⅛（1.5~2）/_c（/_c为计算电流），故应有/.W2.8~3.7A,即只有计算 电流3.7A以下的设备,单相碰壳时才能使保护电器在5s内可靠动作。若是手握式设备,要求 0.4s内动作,则允许的计算电流更小。

由此可见,除非是功率极小的设备,一般情况下单相碰壳时系统的过电流保护电器很难及 时动作,甚至根本不动作。

由以上分析可知,TT系统靠降低接触电压和靠过电流保护电器切断故障在绝大多数时候 都不能满足电击防护要求,那么还有没有其他系统措施可以采用呢？回答是肯定的。那就是 剩余电流保护装置（也称漏电保护装置）。剩余电流保护是TT系统的一项重要安全措施，没 有这项措施,绝大多数TT系统的电击防护安全性是不合格的。

5 5

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二、TT系统的应用

采用TT系统时?被保护设备的所有外露导电部分均应同接向接地体的保护导体连接起 来。采用TT系统应当保证在允许故障持续时间内漏电设备的故障对地电压不超过某一限 值,即

UE=IByUL （3-18）

在第一种状态，即在环境干燥或略微潮湿、皮肤干燥、地面电阻率高的状态下，UL不得超 过50V；在第二种状态，即在环境潮湿、皮肤潮湿、地面电阻率低的状态下，几不得超过25V。 故障最大持续时间原则上不得超过5s。对于其他电压限值,允许故障持续时间不应超过表3-1 所列和图3-27所示的数值。表3-1中,人体阻抗与人体电流两栏数值是与图3-27中的两组曲 线相对应的。图3-27中,厶，厶，Z］曲线相应于第一种状态,Z2Z,Z2曲线相应于第二种状态。

允许故障持续时间						表3-1
预期的接触	___第一种状态			_________第二种状态_________
电压（V）	人体阻抗（Q）	人体电流（mA）	持续时间（S）	人体阻抗（Q）	人体电流（mA）	持续时间（S）
25	—	—	—	1 075	23	>5
50	1 725	29	>5	925	54	0.47
75	I 625	46	0.60	825	91	0.30
90	1 6∞	56	0.45	780	115	0.25
110	1 535	72	0.36	730	151	0.18
150	1 475	102	0.27	660	227	0. 10
220	1 375	160	0.17	575	383	0.035
280	1 370	204	0.12	570	491	0.020
350	1 365	256	0.08	565	620	—
5∞	1 360	368	0.04	560	893	—

图3-27允许故障持续时间

a）持续时间;b）人体电流和人体阻抗

金

第三章间接接触电击的防护

为实现上述要求,可在TT系统中装设剩余电流保护装置（漏电保护装置）或过电流保护 装置,并优先采用前者。

TT系统主要用于低压共用用户，即用于未装备配电变压器,从外面引进低压电源的小型 用户。

第六节 TN系统的间接接触电击防护原理

TN系统即保护接零系统,是防止间接接触电击的基本安全措施之一。TN系统中的字母 N表示电气设备在正常情况下不带电的金属部分与配电网中性点之间金属性的连接,亦即与 配电网保护零线（保护导体）的紧密连接。这种做法就是保护接零。或者说,TN系统就是配 电网低压中性点直接接地,电气设备接零的保护接零系统。

"保护接零"一词在我国已经得到普及。这一名词有利于明确区分不接地配电网中的保 护接地,还有利于区分中性线和零线,有利于区分工作零线和保护零线,有其独特的科学性。 在三相四线配电网中,应当区别工作零线和保护零线。前者即中性线,用N表示;后者即保护 导体,用PE表示。如果一根线既是工作零线又是保护零线,则用PEN表示。

保护接零的作用是:当某相带电部分碰连设备外壳（即外露导电部分）时,通过设备外壳 形成该相对零线的单相短路,短路电流能促使线路上的短路保护元件迅速动作,从而把故障部 分设备断开电源,消除电击危险。

-JN系统间接电击防护原理分析

以TN-S系统为例,分析TN系统的间接电击防护原理。

1.降低接触电压

TN系统发生单相碰壳故障如图3-28所示,这时故障 回路的电流即单相接地电流为

U

厶,∣Z₁₊⅛₊Z_τ∣      （3询

式中：4--相线计算阻抗,MC;

ZPE——PE线计算阻抗,MΩ ；

ZT--变压器计算阻抗,MΩ ；

4——平均相电压,V ；

厶——单相短路电流,kA。

图3-28 TN-S系统碰壳故障分析

此时系统中性点（N点）仍为地电位,故设备外壳对地电压等于设备外壳对系统中性点电压, 预期接触电压为

〃=厶 I ZPKl =

_____ZPE_____

ZPE + Z] + ZT

4 =

1 + (Z] +Z∙_r)/ZPE

(3-20)

可见预期接触电压大小取决于（4 +ZT ）/Zpe,在TN系统中，PE线截面一般不会大于相线截 面，I Zpe I 丨4 I通常是成立的，当线路很长或导线截面较小时,Zt远小于4,此时（4+ ZQ/ZpE <1,若q为220V,则人体预期接触电压通常会大于110V。

一 5 7

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由此可见,尽管TN系统在碰壳故障发生后有降低接触电压的作用,但一般不能将接触电 压降低至安全电压范围内。

2.通过过电流保护电器切断电源

尽管TN系统在单相碰壳故障发生时有降低接触电压的作用,但TN系统的电击防护原理 更多地立足于通过过电流保护电器切断电源来实施。简单地说,TN系统主要是靠将单相碰壳 故障变成单相短路故障,并通过短路保护切断电源来实施电击防护的。切断电源包含两层意 思:一是要能够可靠地切断（即保护电器应动作）；二是应在规定时间内切断。从电击防护的 角度来说,单相短路电流大,或过电流保护电器动作电流值小,对电击防护都是有利的,下面讨 论几种情况。

（1）故障设备距电源越远,厶因故障回路阻抗增大就会越小,但从式（3-20）分析可知，人 体预期接触电压基本不变，即要求电源被切断的时间依旧不变。因此可知,故障设备距电源的 距离越远,对电击防护越不利。

（2）降低线路（包括相线和PE线）阻抗,对电击防护是有利的。因为这时的4会增大,从 而有利于过流保护电器动作。降低PE线阻抗还有一个好处,就是可降低预期接触电压L∕_lo 因此加大导线截面,不仅能降低电能损耗和电压损失,有利于提高线路的过载保护灵敏度,还 可以提高电击防护水平。

（3）变压器计算阻抗ZT的大小也对I_λ有影响,尤其是发生在靠近变压器处的故障更是如 此,而ZT与变压器的零序阻抗密切相关。选择恰当的联结组别可大幅降低ZT的大小,对电击 防护是有利的。

由于地面对地电压曲线分布规律随接地体特征及其施工方式而异,发生触电的位置又受 工艺过程等因素的影响,最大接触电压可能难以确定,表3-1和图3-27也就无法利用。为此, 国家标准以额定电压为依据作了一个比较简明的规定：对于相线对地电压220V的TN系统, 手持式电气设备和移动式电气设备末端线路或插座回路的短路保护元件应保证相、零线短路 持续时间不超过0.4s；配电线路或固定式电气设备的末端线路应保证短路持续时间不超过 5s_o后者之所以放宽规定是因为这些线路不常发生故障,而且接触的可能性较小，即使触电也 比较容易摆脱的缘故。若配电箱引出的线路中，除固定设备的线路外,还有手持式、移动式设 备或插座线路,短路持续时间也不应超过0.4s。否则，应采取能将故障电压限制在许可范围 之内的等电位联结措施。这里5s的时限主要是从热稳定的要求考虑的，只是个时间限值,而 并非人为延时,这些规定与国际标准基本符合。

为了实现保护接零要求,可以采用一般过电流保护装置或剩余电流保护装置。

二、保护接零的应用范围

保护接零用于中性点直接接地的220/380V三相四线配电网。在这种配电网中,接地保 护方式（Tr系统）难以保证安全,不能轻易采用。在这种系统中，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。要求接零和不要求接零的设备和部位与保护接地的要求大 致相同。

TN-S系统可用于有爆炸危险、火灾危险性较大或安全要求较高的场所,宜用于独立附设 变电站的车间。TN-C-S系统宜用于厂内设有总变电站，厂内低压配电的场所及民用楼房。

58

B 第三章间接接触电击的防护 TNK系统可用于无爆炸危险、火灾危险性不大、用电设备较少、用电线路简单且安全条件较好 的场所。

在接地的三相四线配电网中，应当采取接零保护。但在现实中，往往会发现如图3-29所 示的接零系统中个别设备只接地、不接零的情况,即在TN系统中个别设备构成TT系统的情 况。由于TT系统发生单相接地故障时系统中性点电位升高,导致中性线电位也升高,此时若 系统中有按TN方式接线的设备,则设备外露可导电部分的电位也会升高到中性点电位C也 就是说,在图3-29所示系统中,如接地的那台设备发生碰壳时,系统中所有其他设备外壳上都 会带中性点电位,这是相当危险的。因此,在未采取其他措施的情况下，严禁TT与TN系统 混用。

图3-29 TT系统与TN系统混用的危险

三、重复接地

1.TN-C系统存在的问题

在我国的低压配电系统中，开始是TN-C系统占了绝大多数,但之后逐步被TN-S、TN-C-S、 TT等系统所取代。这主要是因为TN-C系统在安全性上存在一些明显的缺陷。下面对TN-C 系统的主要缺陷进行分析。

(1)正常运行时设备外露可导电部分带电。如图3-30所示，三相TN-C系统正常运行时， 若三相负载不平衡,就会有电流流过中性线。另外,现在用电设备中产生谐波的设备大量增 加,如电子整流气体放电灯、各种开关电源等，中性线上还有3n次谐波电流流过,这些电流会 在PEN线上产生压降。因系统中性点对地电位仍为零,故PEN线对地电压沿PEN线逐渐增 大,有报道称已测得高达近120V的电压。在这种情况下如仍采用TN-C系统,则正常工作时 PEN线上电压就会传导至设备外壳,从而发生电击危险。另外，对于单相TN-C系统,PEN线 上电流就等于相线电流,该电流产生的电压也会传导至设备外壳上。因此,不论是单相还是三 相的TN-C系统,正常运行时设备外壳带电都是不可避免的。

(2)PEN线断线会使设备外壳带上危险电压。单相TN-C系统一旦发生中性线断线,相线 电压会通过负载阻抗传导至PEN线断点以后的部分。这时由于负载阻抗上无电流通过,其压 降为零，因此在断点后相电压完全传导至PEN线。这个相电压会通过PEN线传导到断点后 的每一台设备外壳上,十分危险。另外，对于三相系统，当三相负荷不平衡时,PEN线断线会 使负荷中性点对地电位发生偏移,这个电压也会通过断点后的PEN线传导至各设备外壳,其

大小与负荷不平衡的程度有关,最严重时也能达到相电压。因此,不论对于单相还是三相系 统,TN-C系统发生中性线断线都是非常危险的。

图3-30 TN-C系统存在的问题分析

因此,一些可能导致与PEN线断线相同效果的技术措施都是不允许的，如在PEN线上装 设熔断器。

2.解决方案

通过以上分析我们可以知道,TN-C系统正常工作时PEN线上的电压会传导至设备外壳， PEN线断线会使断点后的设备外壳带上相电压。通过重复接地,这两个问题都能得到一定的 改善。

重复接地是为了使保护导体在故障时尽量接近大地电位而在工作接地点以外的其他点的 接地。重复接地能显著提高TN系统的电击防护性能。

（1）降低正常工作时PEN线的电压。如图3-31所示，图a）为无重复接地的情形，图b）为 有重复接地的情形。无重复接地时,PEN线上电流全部沿PEN线流回系统中性点,产生沿线 分布的电压;有重复接地时,PEN线上电流有一部分被重复接地电阻分流,使得从PEN线流回

图3-31重复接地降低PEN线上电压 a）无重复接地;b）有重复接地

第三章间接接触电击的防护

系统中性点的电流减小,从而降低了 PEN线上电压。

(2)降低PEN线断线时的电击危险性。对三相系统,只有在三相负荷完全平衡时,PEN线 断线才不致使断点后的PEN线上产生电压;若三相负荷不平衡,则断点后负荷中性点会发生 位移,PEN线上对地电压就是这个位移电压。最严重的情况是单相回路中PEN线断线，这时 断点后PEN线上电压为相电压,该电压会传导至与PEN线相连的所有设备外壳上。如图3-32 所示,重复接地对单相TN-C系统PEN线断线产生的电击危险性具有降低作用。

PEN^M⅛⅛ffi

O

PEN线对地电压j

地坪面对地电压

O¹--------------

a)                                                              b)

面对地电压

图3-32重复接地降低PEN线断线的电击危险性 a)无重复接地;b)有重复接地

从图3-32b)可看出，当PEN线有重复接地电阻RRE时,相电压q通过负载阻抗、RRE和RN 形成回路,这时PEN线对地电压即为电阻RRE上压降。若负载阻抗较大,则相电压U_v被负载 断线点阻抗分压的比重就较大,7?RE分得的电压较小,设备外壳上预期接触电压就较小,反之, 则预期接触电压较大,但不管怎样,都会比相电压4小。因此,重复接地能减轻PEN线断线 时的电击危险性,但不能消除这种危险性。

(3)缩短故障持续时间。因为重复接地和工作接地构成零线的并联分支,所以当发生短 路时,能增加短路电流,而且线路越长,效果越显著,这就加速了线路保护装置的动作,缩短了 事故持续时间。

(4)改善防雷性能。架空线路零线上的重复接地,对雷电流有分流作用，能降低雷电过 电压。

3. TN-C-S系统中重复接地

在TN-C-S系统中，在由TN-C转为TN-S处一般都要做重复接地,其作用分析如图3-33 所示。

首先,重复接地对TN-C部分的作用仍然有效。其次，当设备发生碰壳故障时,重复接地

船舶修造电气安全技术

有降低接触电压和增大短路电流的作用，因为此 时从TN-C与TN-S转换处到电源中性点的阻抗 由无重复接地时的单纯PEN线阻抗，变成了有 重复接地后的PEN线阻抗与（RN + %e）的并联。 使这一段的阻抗变小,从而使得故障回路的总阻 抗变小,短路电流增大。同时因为从故障设备到 电源中性点阻抗变小，使设备外壳所分电压减 小,从而降低了接触电压。

4.重复接地的要求

图3-33 TN-Cs系统的重复接地

重复接地可以从零线上直接接地,也可以从接零设备外壳接地。

户外架空线路宜采用集中重复接地。架空线路干线、分支线的终端、沿线路每Ikm处、分 支线长度超过200m的分支处,以及高压线路与低压线路同杆敷设时,共同敷设段的两端均应 在零线上装设重复接地。

以金属外皮作为零线的低压电缆,也要求重复接地。

车间内部宜采用环形重复接地。零线与接地装置至少有两点连接。除进线处一点外,其 对角处最远点也应连接,而且车间周边长超过400m者,每200m处应有一点连接。

每一重复接地电阻,一般不得超过10。,但在变压器低压工作接地的接地电阻允许不超过 10Ω的场合,每一重复接地的接地电阻允许不超过30C,但不得少于三处。

四、分别接地与共同接地

在TT和IT系统中,若每台设备都使用各自独立的接地装置,就叫做分别接地;若干台设备 共用一个接地装置,则叫做共同接地。当采用共同接地方式时,若不同设备发生异相碰壳故障, 则实现共同接地的PE线会使其成为相间短路,通过过电流保护电器动作可以切除故障,如图 3-34a）所示。IT系统发生一台设备单相碰壳时仍可继续运行,这时外壳电压一般低于安全电压 限值,所以尽管这个电压会沿共同接地的PE线传导至所有设备外壳,也不会有电击危险。但在 运行过程中另一台设备又发生异相碰壳故障,此时若采用分别接地,则两台设备的接地电阻对线 电压分压,对380V/220V系统来说,不管设备接地电阻多大,总有一台设备所分电压不小于 190V,而大多数情况下设备接地电阻大小基本相等,即各分得约190V电压,这个电压是十分危险 的;而采用共同接地后,相间短路电流会使过电流保护电器动作,从而消除电击危险。因此共同

图3-34共同接地与分别接地 a）共同接地;b）分别接地

第三章间接接触电击的防护

接地对IT系统来说是一种比较好的方式。采用共同接地的缺点是一台设备外壳上的故障电压 会传导至参与共同接地的每一台设备外壳上,若保护电器不能迅速动作,则十分危险。故在TT 系统中,若没有设置能瞬间切除故障回路的剩余电流保护,则不宜采用共同接地。

对于目前钢质海船应用最广泛的三相三线绝缘系统,用电设备的保护接地就是设备外壳 接钢质船体,实质上是构成了共同接地。当系统出现异相碰壳故障时,通过船体形成相间短 路,通过过电流保护装置切除故障回路,起到保护作用。

五、保护接零的要求

保护接零的原理在于当设备发生漏电时,能迅速切断电源。

(1)线路的阻抗不宜过大，以保证发生漏电时有足够大的短路电流,迫使线路上的保护装 置迅速动作。

(2)在起保护作用的零线上,绝不允许装设熔断器和开关。

(3)在同一供电系统中,不允许个别设备接地不接零。

六、保护接地与保护接零的区别

(1)保护原理不同。保护接地是限制设备漏电后的对地电压,使之不超过安全范围;保护 接零是借助接零线路使设备形成短路,促使线路上的保护装置动作，以切断故障设备的电源。

(2)适用范围不同。保护接地既适用于一般不接地的高低压电网，也适用于采取了其他 安全措施(如装设漏电保护器)的低压电网；保护接零只适用于中性点直接接地的低压电网。

(3)线路结构不同。如果采取保护接地措施，电网中可以无工作零线，只设保护接地线； 如果采取保护接零措施,则必须设工作零线,利用工作零线作接零保护。保护零线不应接开 关、熔断器,当在工作零线上装设熔断器等时,还必须另装保护接地线或接零线。

第七节 有关船舶接地的主要规定

本节介绍的是CCS《规范》对船舶电力系统和船舶其他设备接地及屏蔽接地的主要要求。

-、电气设备的接地要求

1.接地范围

船舶电力系统的带电部件以外的所有可接近的金属部分均应接地。但下列情况除外： (1)灯头。

(2)安装在非导电材料制成或覆盖的灯座或照明设备上的灯罩、反光镜和防护件。

(3)设在非导电材料上的金属部件和拧入或贯穿非导电材料的螺钉,这些金属部件和螺 钉并以非导电材料与带电部件和接地的非带电部件相隔离，因此在正常使用中它们不可能带 电和接触接地部件。

(4)具有双重绝缘和/或加强绝缘的可携式设备,但应满足公认的安全要求。

(5)为防止轴电流的绝缘轴承座。

(6)荧光灯管的紧固件。

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