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1、,电力工程系,Department of Electrical Engineering,电气安全技术,蒋智化,第四章 双重绝缘、加强绝缘、安全电压、电气隔离和漏电保护,本章内容:双重绝缘、加强绝缘;安全电压;电气隔离;漏电保护,电击防护特点:双重绝缘、加强绝缘、安全电压、电气隔离和漏电保护均属兼有直接接触电击防护和间接接触电击防护的安全措施。双重绝缘和加强绝缘是在基本绝缘的直接接触电击防护的基础上，通过结构上附加绝缘或加强绝缘，使之具备了间接接触电击防护功能的安全措施。,安全电压、电气隔离和漏电保护的保护原理，本质上都是将作用于人体的电流能量限制到没有危险的程度，不同之处是：前者的着眼点在于对
2、带电部分的电压值进行限制，后者的着眼点在于对作用于人体的电流强度和作用时间进行限制。,第一节 双重绝缘和加强绝缘,双重绝缘和加强绝缘的结构,工作绝缘，又称基本绝缘或功能绝缘，是保证电气设备正常工作和防止触电的基本绝缘，位于带电体与不可触及金属件之间。保护绝缘，又称附加绝缘，是在工作绝缘因机械破损或击穿等而失效的情况下，可防止触电的独立绝缘，位于不可触及金属件与可触及金属件之间。双重绝缘，是兼有工作绝缘和附加绝缘的绝缘。加强绝缘，在绝缘强度和机械性能上具备了与双重绝缘同等附能力的单一绝缘，在构成上可以包含一层或多层绝缘材料。,具有双重绝缘和加强绝缘的设备属于类设备。按外壳特征分为以下三类类设备：
3、全部绝缘外壳的类设备。全部金属外壳的类设备。兼有绝缘外壳和金属外壳两种特征的类设备。类设备应在明显位置标上作为类设备技术信息一部分的“回”形标志。例如标在额定值标牌上。,2 双重绝缘和加强绝缘的安全条件,由于具有双重绝缘或加强绝缘，类设备无须再采取接地、接零等安全措施，因此，对双重绝缘和加强绝缘的设备可靠性要求较高。双重绝缘和加强绝缘的设备应满足以下安全条件。绝缘电阻和电气耐压强度外壳防护和机械强度电源连接线,3 不导电环境,不导电环境:地板、墙壁等等都用不导电的材料制成的场所。不导电环境应符合如下的安全要求：地板和墙壁每一点的电阻：500V及以下者不应小于50k，500V以上者不应小于100
4、。保持间距或设置屏障，防止人体在工作绝缘失效后同时触及到不同电位的导体。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。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。,第二节 安全电压,安全电压是指使通过人体的电流不超过允许范围的电压（又称安全特低电压），人体的电流是不可能事先计算出来的.因此为确定安全条件,不按“安全电流”而是按“安全电压”来估算安全电压是属于兼有直接接触电击和间接接触电击防护的安全措施。保护原理：通过对系统中可能作用于人体的电压进行限制，从而使触电时流过人体的电流受到抑制，将触电危险性控制在
5、没有危险的范围内。,1 特低电压的区段、限值和安全电压额定值,特低电压区段交流(工频)：无论是相对地或相对相之间均不大于 50V(有效值)；直流(无纹波)：无论是极对地或极对极之间均不大于 120V。,2)特低电压限值限值是指任何运行条件下，任何两导体间不可能出现的最高电压值。特低电压值可作为从电压值的角度评价电击防护安全水平的基础性数据。我国国家标准 GB3805-83 安全电压规定，工频有效值的限值为50V、直流电压的限值为120V。,我国标准还推荐：当接触面积大于 12、接触时间超过 1s 时，干燥环境中工频电压有效值的限值为33V、直流电压限值为 70V；潮温环境中工频电压有效值的限值
6、为16V、直流电压限值为 35V。制定特低电压限制的环境条件皮肤阻抗和对地电阻均忽略不计（水中）皮肤阻抗和对地电阻降低（降低）皮肤阻抗和对地电阻均不降低（干燥）特殊情况，如电焊电镀（外壳有保护接地）,3）安全电压额定值我国国家标准 GB3805-83 安全电压规定了安全电压的系列，将安全电压额定值(工频有效值)的等级规定为：42V、36V、24V、12V 和 6V。特别危险环境中使用的手持电动工具应采用 42V 安全电压；有电击危险环境中使用的手持照明灯和局部照明灯应采用 36V 或 24V 安全电压；金属容器内、特别潮湿处等特别危险环境中使用的手持照明灯应采用 12V 安全电压；水下作业等场
7、所应采用 6V 安全电压；当电气设备采用 24V 以上安全电压时，必须采取防护直接接触电击的措施。,2.2 特低电压防护的类型及安全条件1)特低电压保护类型分为以下三类:安全特低电压 SELV(Safety Extra Low Voltage,缩写 SELV)。保护特低电压PELV(Protective Extra Low Voltage,缩 写 PELV)。只作为保护接地系统的安全特低电压用防护。功能特低电压 FELV(Functional Extra Low Voltage,缩写 FELV)。由于功能上的原因(非电击防护目的)，采用了特低电压，但不能满足或没有必要满足 SELV 和 PEL
8、V 的所有条件。,2)安全条件与防电击比较SELV适用于不接地系统的安全特低电压用的防护。交流25v，直流60v以下,无须直接接触电击防护；若标称电压超过25V交流有效值或60V无纹波直流值，应装设必要的遮栏或外护物，或者提高绝缘等级；SELV 回路的带电部分严禁与大地或其他回路的带电部分或保护导体相连接；,若设备功能要求与外部可导电部分进行连接，则应采取措施，使这部分所能出现的电压不超过安全特低电压。如果 SELV 回路的外露可导电部分容易偶然或被有意识地与其他回路的外露可导电部分相接触，则电击保护就不能再仅仅依赖于 SELV 的保护措施，还应依靠其他回路的外露可导电部分的保护方法，如发生接
9、地故障时自动切断电源。,PELV 只作为保护接地系统的安全特低电压用防护。PELV允许回路接地。由于 PELV 回路的接地，有可能从大地引入故障电压，使回路的电位升高，因此，PELV 的防护水平要求比 SELV 要高。利用必要的遮栏或外护物，或者提高绝缘等级来实现直接接触电击防护。如果设备在等电位联结有效区域内，以下情况可不进行上述直接接触电击防护。当标称电压不超过 25V 交流有效值或 60V 无纹波直流值，而且设备仅在干燥情况下使用，且带电部分不大可能同人体大面积接触时；在其他任何情况下，标称电压不超过 6V 交流有效值或 15V 无纹波直流值。,3)FELV 由于功能上的原因(非电击防护
10、目的)，采用了特低电压，但不能满足或没有必要满足 SELV 和 PELV 的所有条件。FELV 防护是在这种前提下，补充规定了某些直接接触电击和间接接触电击防护措施的一种防护。第一,装设必要的遮栏或外护物，或者提高绝缘等级来实现直接接触电击防护。第二,当 FELV 回路设备的外露可导电部分与一次侧回路的保护导体相连接时，应在一次侧回路装设自动断电的防护装置，以实现间接接触电击的防护。,上述三类中以 SELV 应用最广，国家标准 GB3805-83 安全电压中的安全电压相当于 SELV。,第三节 电气隔离,所谓电气隔离，就是将电源与用电回路做电气上的隔离，即将用电的分支电路与整个电气系统隔离，使
11、之成为一个在电气上被隔离的独立的不接地的安全系统，以防止发生间接接触触电。,采用电压比为1:1，即一次侧与二次侧电压相等的隔离变压器，实现工作回路与其他电气回路上的电气隔离。采用安全等级相当于隔离变压器的电源（如具有同等能力的发电机、蓄电池）,1 电气隔离防护方式,2 电气隔离的安全原理,电气隔离实质上是将接地的电网转换为一范围很小的不接地电网。,3 电气隔离的安全条件,单独的供电电源有的仅对单一设备供电，有的同时对多台设备供电。对这两种情况，从安全条件上有其通用的要求，也有各自特殊要求。(1)通用要求电气上隔离的回路，其电压不得超过 500V 交流有效值。电气上隔离的回路必须由隔离的电源供电
12、。使用隔离变压器供电时，隔离变压器必须具有加强绝缘的结构，其温升和绝缘电阻要求与安全隔离变压器相同。最大容量单相变压器不得超过25kVA、三相变压器不得超过4OKVA。,被隔离回路的带电部分保持独立，严禁与其他电气回路、保护导体或大地有任何电气连接。应有防止被隔离回路发生故障接地及窜入其他电气回路的措施。若设备的外露可导电部分易于与其他回路的外露可导电部分形成接触，则触电防护就不应再依赖于电气隔离，而必须采取电击防护措施，例如实行以外露可导电部分接地为条件的自动切断电源的防护。,软电线电缆中易受机械损伤的部分的全长均应是可见的。被隔离回路应尽量采用独立的布线系统。隔离变压器的二次侧线路电压过高
13、或线路过长都会降低回路对地绝缘水平。因此，必须限制二次侧电压和二次侧线路长度，电压与长度的乘积不应超过10000O Vm。此时，布线系统的长度不应超过200m。,(2)对多台电气设备隔离的补充要求：,当实行电气隔离的为多台电气设备时，必须用绝缘和不接地的等电位联结导体相互连接。还须注意，等电位联结导体严禁与其他回路的保护导体、外露可导电部分或任何可导电部分连接。回路中所有插座必须带有供等电位联结用的专用插孔。,除了为类设备供电的软电缆之外，所有软电缆都必须包含一根用于等电位联结的保护芯线；设置自动切断供电的保护装置，用于在隔离回路中两台设备发生不同相线的碰壳故障时，按规定的时间自动切断故障回路
14、的供电。,第四节 漏电保护,漏电保护是利用漏电保护装置来防止电气事故的一种安全技术措施。漏电保护装置又称为剩余电流保护装置(Residual Current Operated Protective Device,缩写 RCD)。名称：接地故障断路器（美）故障电压保护器（德）剩余电流动作断路器（英）差动剩余电流断路器（法）漏电电流断路器（日）,1 漏电保护功能特点,漏电保护装置是一种低压安全保护电器主要用于单相电击保护用于防止由漏电引起的火灾用于检测和切断各种一相接地故障漏电保护装置的功能是提供间接接触电击保护，而额定漏电动作电流不大于30mA 的漏电保护装置，在其他保护措施失效时，也可作为直接
15、接触电击的补充保护，但不能作为基本的保护措施。,2 漏电保护装置的分类,(1)按漏电保护装置中间环节的结构特点分类电磁式漏电保护装置。其中间环节为电磁元件。其特点是耐过电流和过电压冲击的能力较强，因而无需辅助电源，当主电路缺相时仍能起漏电保护作用。但其灵敏度不易提高，且制造工艺复杂，价格较高。电子式漏电保护装置。其中间环节使用了由电子元件构成的电子电路。其特点是灵敏度高、动作电流和动作时间调整方便、使用耐久。但电子式漏电保护装置对使用条件要求严格，抗电磁干扰性能差，当主电路缺相时，可能会失去辅助电源而丧失保护功能。,(2)按结构特征分类,开关型漏电保护装置。它是一种将零序电流互感器、中间环节和
16、主开关组合安装在同一机壳内的开关电器，通常称为漏电开关或漏电断路器。其特点是：当检测到触电、漏电后，保护器本身即可直接切断被保护主电路的供电电源。这种保护器有的还兼有短路保护及过载保护功能。组合型漏电保护装置。它是一种由漏电继电器和主开关通过电气连接组合而成的漏电保护装置。当发生触电、漏电故障时，由漏电继电器进行信号检测、处理和比较，通过其脱扣器或继电器动作，发出报警信号；也可通过控制触点去操作主开关切断供电电源。,(3)按安装方式分类,固定位置安装、固定接线方式的漏电保护装置；带有电缆的可移动使用的漏电保护装置。,(4)按极数和线数分类,单极二线漏电保护装置二极漏电保护装置二极三线漏电保护装
17、置三极漏电保护装置三极四线漏电保护装置四极漏电保护装置,(5)按动作时间分类,按动作时间可将漏电保护装置分为：快速动作型漏电保护装置延时型漏电保护装置反时限型漏电保护装置。,(6)按动作灵敏度分类,按动作灵敏度可将漏电保护装置分为：高灵敏度型漏电保护装置中灵敏度型漏电保护装置低灵敏度型漏电保护装置。,3 漏电保护装置工作原理,电气设备漏电时，将呈现出异常的电流和电压信号。漏电保护装置通过检测此异常电流或异常电压信号，经信号处理，促使执行机构动作，藉助开关设备迅速切断电源。目前，国内外漏电保护装置的研制生产及有关技术标准均以电流型漏电保护装置为对象。,工作原理图,漏电保护装置的组成,(1)检测元
18、件。它是一个零序电流互感器，如图 所示。图中，被保护主电路的相线和中性线穿过环行铁心构成了互感器的一次线圈N1，均匀缠绕在环行铁心上的绕组构成了互感器的二次线圈 N2。检测元件的作用是将漏电电流信号转换为电压或功率信号输出给中间环节。(2)中间环节。该环节对来自零序电流互感器的漏电信号进行处理。中间环节通常包括放大器、比较器、脱扣器(或继电器)等，不同型式的漏电保护装置在中间环节的具体构成上型式各异。,漏电保护装置的组成,(3)执行机构。该机构用于接收中间环节的指令信号，实施动作，自动切断故障处的电源。执行机构多为带有分励脱扣器的自动开关或交流接触器。(4)辅助电源。当中间环节为电子式时，辅助
19、电源的作用是提供电子电路工作所需的低压电源。(5)试验装置。这是对运行中的漏电保护装置进行定期检查时所使用的装置。通常是用一只限流电阻和检查按钮相串联的支路来模拟漏电的路径，以检验装置能否正常动作。,4 漏电保护装置的主要技术参数,关于漏电动作性能的技术参数（1）额定漏电动作电流（In）。它是指在规定的条件下，漏电保护装置必须动作的漏电动作电流值。该值反映了漏电保护装置的灵敏度。,我国标准规定的额定漏电动作电流值从6mA到20000 mA共15个等级。其中，30 mA及以下者属于高灵敏度，主要用于防止各种人身触电事故；30 mA以上至1000mA者属中灵敏度，用于防止触电事故和漏电火灾；100
20、0mA 以上者属低灵敏度，用于防止漏电火灾和监视一相接地事故。,(2)额定漏电不动作电流(Ino)。它是指在规定的条件下，漏电保护装置必须不动作的漏电不动作电流值。为了防止误动作，漏电保护装置的额定不动作电流不得低于额定动作电流的 1/2。,(3)漏电动作分断时间。它是指从突然施加漏电动作电流开始到被保护电路完全被切断为止的全部时间。为适应人身触电保护和分级保护的需要，漏电保护装置有快速型、延时型和反时限型三种。快速型适用于单级保护，用于直接接触电击防护时必须选用快速型的漏电保护装置。延时型漏电保护装置人为地设置了延时，主要用于分级保护的首端。反时限型漏电保护装置是配合人体安全电流时间曲线而设
21、计的，其特点是漏电电流愈大，则对应的动作时间愈小，呈现反时限动作特性。,快速型漏电保护装置动作时间与动作电流的乘积不应超过 30mAs。延时型漏电保护装置延时时间的优选值为：0.2s、0.4s、0.8s、1s、1.5s、2s。,其他技术参数(1)额定频率为 50Hz;(2)额定电压为 220V 或 380V;(3)额定电流(In)为 6A、10A、16A、20A、25A、32A、40A、50A、(60A)、63A、(80A)、100A、(125A)、160A、200A、250A(带括号值不推荐优先采用)。,接通分断能力,5 漏电保护装置的选用,选用漏电保护装置应首先根据保护对象的不同要求进行选
22、型，既要保证在技术上有效，还应考虑经济上的合理性。不合理的选型不仅达不到保护目的，还会造成漏电保护装置的拒动作或误动作。正确合理地选用漏电保护装置，是实施漏电保护措施的关键。,1)动作性能参数的选择：防止人身触电事故。10mA 6mA 的快速型漏电保护装置 防止火灾。30mA 及其以下的漏电保护装置。防止电气设备烧毁。通常选用 100mA 到数安的漏电保护装置。,2)其他性能的选择。漏电保护装置的极线数应根据被保护电气设备的供电方式选择 漏电保护装置的额定电压、额定电流、分断能力等性能指标应与线路条件相适应。漏电保护装置的类型应与供电线路、供电方式、系统接地类型和用电设备特征相适应。,4.4.
23、2.漏电保护装置的安装需要安装漏电保护装置的场所要求。有安装漏电保护装置不得拆除或放弃原有的安全防护措施，漏电保护装置只能作为电气安全防护系统中的附加保护措施。漏电保护装置标有电源侧和负载侧，安装时必须加以区别，按照规定接线，不得接反。如果接反，会导致电子式漏电保护装置的脱扣线圈无法随电源切断而断电，以致长时间通电而烧毁。安装漏电保护装置时必须严格区分中性线和保护线。使用三极四线式和四极四线式漏电保护装置时，中性线应接入漏电保护装置。经过漏电保护装置的中性线不得作为保护线、不得重复接地或连接设备外露可导电部分。保护线不得接入漏电保护装置。漏电保护装置安装完毕后应操作试验按钮试验3次，带负载分合
24、3次，确认动作正常后，才能投入使用。,6 漏电保护装置的安装,需要安装漏电保护装置的场所。有安装漏电保护装置不得拆除或放弃原有的安全防护措施，漏电保护装置只能作为电气安全防护系统中的附加保护措施。漏电保护装置标有电源侧和负载侧，安装时必须加以区别，按照规定接线，不得接反。如果接反，会导致电子式漏电保护装置的脱扣线圈无法随电源切断而断电，以致长时间通电而烧毁。,安装漏电保护装置时必须严格区分中性线和保护线。使用三极四线式和四极四线式漏电保护装置时，中性线应接入漏电保护装置。经过漏电保护装置的中性线不得作为保护线、不得重复接地或连接设备外露可导电部分。保护线不得接入漏电保护装置。漏电保护装置安装完毕后应操作试验按钮试验3次，带负载分合3次，确认动作正常后，才能投入使用。,
