如何安全利用电能

　电能的应用使人类生活发生了翻天覆地的变化，从电能传输到电能利用，从各个方面都体现了电能的便利。但是，由于电是看不见摸不着的物质，因此使用电能的过程中给人的安全带来了危险，其中主要的危险就是电击，即触电。本文从接地和防电击两个方面来阐述如何安全利用电能。

　　一、接地

　　1. 出于不同的目的将电气装置中某一部位经接地线和接地体与大地作良好的电气连接称为接地。根据接地的目的不同分为工作接地、保护接地、防静电接地和屏蔽接地等。工作接地就是将系统中的零电位点接地，使该点被嵌制在“0V”，如变压器中性点接地、避雷器接地等；保护接地是使电器的正常不带电的可导电部分与大地相连，在故障情况下使故障电流流入大地从而避免或减少电击；防静电接地是为了消除静电对人身和设备产生危害而进行的接地，如将某些液体或气体的金属输送管道或车辆接地；屏蔽接地是为防止电气设备因受电磁干扰而影响其工作或对其他设备造成电磁干扰的屏蔽设备的接地。

　　2. 系统接地的形式

　　根据接地形式不同分为TN系统（包括TN-C,TN-S,TN-C-S三种）、TT系统、IT系统。第一个字母表示电源端与地的关系：

　　T-电源端有一点直接接地；

　　I-电源端所有带电部分不接地或有一点通过阻抗接地。

　　第二个字母表示电气装置的外露可导电部分与地的关系：

　　T-电气装置的外露可导电部分直接接地，此接地点在电气上独立于电源端的接地点；

　　N-电气装置的外露可导电部分与电源端接地点有直接电气连接。短横线（-）后的字母用来表示中性导体与保护导体的组合情况：

　　S-中性导体和保护导体是分开的；

　　C-中性导体和保护导体是合一的；

　　TN—S系统：

　　TN—C系统：

　　TN—C—S系统：

　　T T系统：

　　IT系统：

　　在此，我想纠正一个术语，就是“三相五线制”这种说法是错误的。所说的线制是指工作的导线数量，不包括保护线数量，因此对于TN-S系统来说应是“三相四线制加保护线”才是正确的。

　　对于TN-C-S系统来说，PEN线分成N（中性线）线和PE（保护线）线后，就不能再将两线合并；对于TN系统的保护接地，要求将PE线尽量靠近相线敷设以减少故障回路的电抗，用一根四芯电缆加一根保护线或扁钢做保护线的做法都不正确，这将增大相线和保护线的阻抗，降低保护装置的灵敏度。重复接地只能把PE线重复接地，这将增加接地保护的可靠性，而不能将N线重复接地，否则产生杂散电流而导致不应有的故障。

　　对于变压器中性点，不应在变压器室内将中性点就地接地，变压器中性点引出的PEN线必须绝缘，并只能在低压配电盘内一点与接地的PE母线连接而实现系统接地，其他处不允许再接地，否则中性线中将有杂散电流存在。杂散电流的存在可能产生以下事故：因不正常导电而使线路打火引发火灾；自然接地体如基础钢筋或金属管道因流过电流而产生电化学腐蚀；杂散环流产生磁场从而干扰敏感的信息技术设备；使剩余电流保护器拒动或误动作等。

　　二、防雷

　　1. 雷击原理

　　雷电对建筑物或电气装置的损害主要是由于瞬时冲击过电压造成的。雷击瞬时过电压有两种途径产生，一是当远方发生雷击时，雷电产生的顺变电磁场在电源线路或信号线路上产生瞬态涌压，它可沿线路传导至建筑物电气设备内，击坏电气设备的绝缘；二是建筑物直接受雷击或在建筑物旁落雷时，在雷电流落地的周围产生强大的瞬变电磁场，直接在电气设备的电源线路或信号线路上感应产生瞬变过电压而击坏电气设备绝缘。有些建筑物在顶部布置了避雷针或是避雷带，这些避雷设施只能保护建筑物不受雷击而损坏，但是其内部的电气设备由于遭受雷电产生的瞬时冲击过电压还是会遭到损害的。

　　2012年8月8日，天气是雷阵雨，石家庄某小区的高层住宅电梯机房的电梯控制主板发生故障，维修人员断定是由于雷击造成的。业主当时质问为什么建筑物顶部设有避雷装置而电气设备还遭受雷击呢，原因就是上面分析的情况。

　　2. 防雷措施

　　防雷措施有两种：一是防直接雷，二是防间接雷。

　　防直接雷就是常说的避雷针、避雷带、避雷引下线、避雷接地极等装置。对于住宅类建筑物，顶部除设避雷装置外，露出顶部的钢管、金属物体都要做防雷处理，侧面金属门窗，金属栏杆等都是易受雷击部位，都要做防雷处理，防雷引下线采用在建筑物墙壁内埋设多根连接良好的引下线，引下线与接地极连接处装设接地断接卡。建筑物内的钢筋网与避雷装置和接地极相连，使整个建筑物成为一个屏蔽体，起到更好的防雷作用。对于工业建筑、构件及线路，要设专门的防雷装置，厂房顶部的避雷带、烟囱顶部的避雷针、变电站的独立避雷针、输电线路的避雷线等都是很好的例子。

　　防间接雷就是防止雷电产生的过电压在线路中传导。这有两个措施：一是防止线路上过电压产生，比如在电气装置中用分流、等电位连接、屏蔽、接地及正确的布线等避免或减少过电压的产生；二是在线路中装设避雷器或浪涌保护器等器件。在施工设计时，总配电柜、分配电箱或线路引入的配电箱应装设避雷器或浪涌保护器，防止雷击或过电压，而且必须接地良好。

　　三、等电位连接

　　等电位连接概念

　　将可导电部分之间用导线做电气连接，使其电位相等或接近就是等电位连接。

　　等电位连接的作用有两个：一是起保护作用的等电位连接，其作用是防电击、电气火灾和爆炸等电气灾害；二是起功能作用的等电位连接。

　　保护作用的等电位连接分为总等电位连结、辅助等电位连接和局部等电位连接。做等电位连接的目的是使人体可同时触及的导电部分的电位相等或接近，从而避免产生电击。

　　1．等电位连接保护原理

　　下面以接地型式TN－C－S系统为例，通过重复接地和等电位连接产生的接触电压来说明等电位连接的保护原理。　　

　　上图在电源进线处PEN线分成PE线和N线(N线从此处开始与PE线绝缘)，设有重复接地，如果不安装总等电位联结,当设备发生接地故障，忽略接地故障点的阻抗，RA与RB串联后再与ZPEN并联，RA+RB>>ZPEN；人体阻抗Zh与鞋袜和地板电阻Rp串联后再与ZPE并联，Zh+Rp>>ZPE，可忽略Zh+Rp 。接地故障电流Id流经相线和PE线、PEN线，返回变压器低压绕组，则故障电流为　　

　　式中－U0相对地标称电压，V ；

　　－ZT变压器零序阻抗，Ω ；

　　－ZL相线阻抗，Ω ；

　　－ZPE电气装置内部PE线阻抗，Ω ；

　　－ZPEN电气装置外部PEN线阻抗，Ω。

　　预期故障电压UT1可用下式计算：　

　　做了总等电位连结后预期接触电压为电气设备与配电箱之间PE线上的由于故障电流产生的电压降，即　　

　　从以上两个计算式看出，由于ZPE阻值很小，因此接触电压UT2的值很小，等电位连接起到安全保护作用。

　　2. 等电位连结是电磁兼容（EMC）主要措施之一

　　1）有利于消除雷击电磁脉冲干扰

　　等电位连结减小需要防雷空间内各金属部件和各系统之间的电位差。穿过各防雷区界面的金属物和系统，以及在一个防雷区内部的金属物及系统均应在界面处做符合要求的等电位连结。

　　2）信息技术设备的电磁兼容

　　信息技术装置或设备可能因为在设备中或互连的设备间感应产生的电流或电压而出错。干扰的原因包括雷电或负载的通断、静电放电、工频地电位差、磁场和射频场等导致的在电源和接地导体中带来的瞬变电涌。

　　避免电磁干扰入侵的基本技术举例如下：

　　———采用电的或纠错的技术在信息技术装置或设备中提供内在的抗干扰性能；

　　———在干扰源与信息技术装置或设备间在电气上实施隔离；

　　———在相关频率范围的设备之间实施等电位联结；

　　———提供一个低阻抗的基准电位平面，使电位差减小，并提供屏蔽。

　　四、电击防护

　　电击防护分为直接接触电击防护和间接接触电击防护。

　　直接接触电击指人体直接接触带电部分导致的电击，防护措施包括带电部分的绝缘、设置遮拦和外护物、阻挡隔离物、将带电体置于伸臂范围之外、用剩余电流保护器的附加防护。其中用剩余电流保护器的附加防护是一种后备保护，不能替代其他几种直接防护措施。规定剩余动作电流（漏电流）不大于30mA，是根据心脏两个搏动周期之间约有0.1s的间歇时间，30mA具有一定安全性，不会引起危险的心室颤动。太小的剩余电流整定值会使保护器误动作。

　　间接接触的电击防护包括自动切断电源、II类设备或等效的绝缘、非导电场所、不接地的局部等电位连接保护、电气隔离。电气设备按间接接触防护的措施不同分为0、I、II、III类设备，其中0类设备只靠基本绝缘来防电击，I类设备除了基本绝缘外，还有接地保护来防电击，II类设备是采用双重绝缘来防电击，III类设备是采用特低电压来防电击。电气隔离通俗说就是采用安全隔离变压器，需注意的是变压器的二次侧不允许接地，否则将发生电击事故从而失去防护作用，但是可以将二次侧的用电设备做不接地的等电位连接。

　　接地和电击防护是电能应用中最基本的要求，在电气施工验收规范中是保证项目，如果做的不好，轻则造成电气系统工作不正常，重则造成人身伤亡事故。因此无论是电气设计还是施工，都应该引起高度重视。