电气安全.docx

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电气安全

第一讲  电气安全概述（上）

电在造福于人类的同时，也会给人类带来灾难。

统计资料表明，在工伤事故中，电气事故占的比例相当大。

以建筑施工死亡人数为例，2005年全国建筑施工触电死亡人数占其全部事故死亡人数的6.54%。

我国约每用1.5亿度电，触电死亡人数1人，而美、日等国约每用20～40亿度电，触电死亡人数才1人。

据统计，电气火灾约占全部火灾的20%。

造成了巨大的人员伤亡和经济损失。

例如，去年北京市发生的5000多起火灾中，电气火灾居首位，已成为最大的火灾隐患。

电气事故分类——触电事故

从能量的角度划分，触电是一种由于电流所产生和引起的触电事故。

1.触电事故案例

【案例】

为救1人，7人丧命

1999年7月30日，西宁铁二中小学部夏令营的60名师生到青岛一家著名企业的工业园参观。

小学生霍鹏在碧波荡漾的如意湖边照相，不慎落水。

为救他，霍鹏的同学、老师、导游、公司员工等19人纷纷跳下湖……

最后1个人下去之后，感到浑身发麻，他意识到水中有电，这时候他马上说不要再往下跳，赶紧去切断电源。

孩子虽然获救了，但最终因切断电源有所延迟，有7个大人不幸被夺去了生命。

医生诊断结果是，这些人触电溺水身亡。

原因：

如意湖内有3台潜水泵和7个水下射灯，事故是由其中一个潜水泵漏电所致。

点评：

为什么身亡的7人都是大人？

潜水泵漏电，通过湖水与大地相连，已经接触了地，为什么还会电人？

电人的罪魁祸首是——跨步电压。

纯水不导电，但一般的水是导电的，上述案例中的湖水也是导电的，人落在水中，之所以被电，原因就是跨步电压太大所致。

2.跨步电压（UN）和接地电阻的概念

→ 跨步电压（UN）

为了认识跨步电压（UN）和接地电阻的概念，可以通过图1-1的示意加以理解。

图1-1   跨步电压示意图

【图解】

图中，横线代表大地或地面，在地面下边就是土壤，在大地下埋设一个接地体，例如，镀锌的钢管可以理解为一个导体，在接地体上引一条线接到电气设备上，如果电气设备不慎发生了漏电，电流就通过设备沿着接地线进入接地体，由于电流是连续的，进入接地体的电流就从接地体开始向四周土壤进行流散。

电流从接地级流进土壤，土壤对电流有阻碍，假设在土壤中有两个半球壳，一个是小一些的a球壳，另外一个是大一点的b球壳，而且a球壳的厚度和b球壳的厚度一致，电流先穿过了a球壳，然后再穿过b球壳向四处流散，在穿过a球壳的时候，遇到的阻碍即导体的电阻，与电流流过导体的长度成正比，与电流流过时的截面成反比，与电阻系数成正比。

因为两个半球壳的面积是b球壳大，所以b球壳的电阻就小，随着距离的拉开，逐渐减小，结合欧姆定律可知，在地面的电压分布会出现不等位的区域，而如果一个人站在地面，他一只脚对应的电位高，另一只脚对应的电位低，两者之间就会出现电位差。

电位差就是电压，这个电压称作跨步电压，人的跨步，有大有小，一般以0.8米为一个跨步，这个跨步大到一定程度，就会对人体造成危害。

→ 接地电阻

接地电阻分布在接地体的周围，由于大地是很好的导体，大地一般是指比较大的半球壳，也就是离开接地体比较远的地方，大概是20米以外。

可见，从漏电点到20米外的大地，电压是逐渐降低的。

【案例】

“浑身发麻”的原因

2006年，在某学校的校门口，两个学生在工地旁边走过，正好是雨天，结果其中一个学生突然感到浑身发麻，他说了一句“我浑身发麻”，然后一头栽倒，不治身亡。

导致这个悲剧的原因是由于工地附近的电源线破损漏电，在周围形成了跨步电压。

由于接地电阻的存在，使得跨步电压产生，如果把地平面下面的土壤换成水，水下就会呈现一个不等位的空间，人进入这个空间后，就会受到这个空间的电位差作用。

由于，小孩的身材很矮，成人身材明显较高，在水中所承受的类似跨步电压的电位就更大，这就可以解释“为救1人，7人丧命”的案例中为什么不幸遇难的是7个大人。

电气事故分类——电气火灾爆炸

电气火灾爆炸是指由电气原因引燃的，或者由电火花和电弧所引发的火灾爆炸。

【案例】

日本原油储罐火灾

2006年1月17日，日本爱媛县今治市的太阳石油公司四国事业所的10万立方米原油储罐发生火灾，造成5人死亡，2人受伤。

在日本，室外储罐火灾事故自1975年至今，已经发生了10余起。

大部分都造成了人员伤亡。

事故的起因在清洁油罐的过程中。

员工先用了一些比较清的油稀释了比较稠的油，然后用泵抽出。

按照操作过程要求，应使用防爆的照明灯，但是当时使用的照明灯只是一个立式的支架照明灯，结果员工不小心碰倒了支架照明灯，于是引发了爆炸。

电气事故分类——雷击事故

雷电是一种大气放电现象。

雷击是雷电发生时，相同强大的电流通过而对人、畜、树木、建筑物等造成的杀伤或破坏。

1.雷击事故案例

【案例】

黄岛油库的火灾

1989年8月12日山东青岛市黄岛油库由于雷击导致火灾爆炸引发的大火烧了104小时才扑灭，死亡19人（其中消防人员14人），烧掉原油3.6万吨，油库区沦为一片废墟，直接和间接损失达7000万元。

点评：

这起事故是一起非常典型的雷击事故。

事故的原因是油库的储罐，由于年久失修，雷击时，因感应放电，使得储罐上面的钢筋打火，钢筋打火的时候，点燃了油库上面散发的油气，由于初期的火扑救不力，从而导致了油罐的连锁燃烧。

2.危险及危害

雷击事故的危害非常大，一般体现在以下几个方面：

→ 引起爆炸和火灾；

→ 电击电伤；

→ 毁坏设备、设施；

→ 造成大规模停电。

电气事故分类——静电事故

静电事故指人为的正负电荷形式的能量所引发的事故。

在电气事故中，这种事故也是常常发生的。

例如，冬季气候干燥，脱毛衣后与人握手时，都会发生电击的感觉，甚至有时，会看到一点点微微的火花，这都是静电造成的放电效应。

1.静电事故案例

【案例1】

加油站发生的事故

在一个自助式服务的加油站，需要加油的顾客要自己操作。

有位顾客把油枪插入注油口加油，看到加油差不多时，没想到突然一下油被点燃了，这就是由静电引起的起火事件。

原来，这位顾客在加油前，她从座位上站起来的时候，车座和衣服的相互摩擦产生了静电，而且这位顾客又整理了自己的毛衣，这时静电又进一步增强。

结果，大量静电的积累必然要产生放电现象，这时去摸金属加油器，身体与金属之间就会产生放电，电火花就会把油气引燃。

【案例2】

哈尔滨亚麻厂大爆炸

1987年哈尔滨亚麻厂由于静电原因发生大爆炸，死亡59人。

点评：

静电产生的原因很多，在一些工艺生产过程中，静电的产生不利于生产，特别是在电气元件、金属氧化物、半导体等生产，都是非常怕静电的。

静电还会磨损电路，所以在生产过程中，对静电防范不好，就会导致严重的危害发生。

2.静电危害

静电的危害很多，例如，会引起火灾爆炸，最常见的是给人带来静电电击，有人对静电很敏感，冬天不敢摸门把，上车不敢摸扶手，下车不敢关车门。

当然这些静电的电击能量很小，不足以使人致命。

静电的危害主要体现在以下两个方面：

→ 静电放电引发火灾爆炸——在火灾和爆炸危险场所是十分危险的因素；

→ 静电电击——能量虽小，但妨碍生活、工作，妨碍生产，易击穿电气元、器件。

【自检1-1】

1.您是否对静电特别敏感？

对静电的敏感度：

不敏感□   一般□     非常敏感□

2.您认为静电有哪些危害？

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3.如何防范人体静电？

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第二讲  电气安全概述（下）

电气事故分类——电磁辐射危害

电磁辐射危害是由电磁波形式的能量造成的，泛指100kHz以上的频率，因为100kHz以上才能辐射电磁波。

广播、通讯设备一般的电磁波为数百kHz到数千MHz，例如手机，中国GSM系统运行在900MHz上，CDMA则运行在800MHz和1900MHz这两个频率上，新发展起来的WCDMA（3G）则运行在2000MHz频率上。

【案例】

微波炉烘干宠物

一个美国家庭主妇，买了微波炉后，认为自己的宠物洗完澡，就可以用微波炉来烘干其毛发。

于是她就把洗澡之后的宠物放进了微波炉，几分钟后，打开微波炉，她的宠物已经因加热，而导致死亡了。

1.电磁辐射伤害

如果人体在高频电磁场的作用下，吸收辐射能量，那么，中枢神经系统、心血管系统等都会受到伤害。

2.电磁辐射危害

→ 感应放电

例如，高大的金属构架接受电磁波会产生谐振，产生感应电压，较高的电压，能给人明显的电击感，或产生火花放电。

这在有爆炸性混合物的场所是十分危险因素。

较高的感应电压还会使塔式起重机的工人在挂吊钩时引发危险。

→ 电磁辐射剂量大到一定程度会有危害

具体到手机，到底有没有危害，现在还在争论之中，但是，为了安全起见，还是应该尽量减少使用，以将电磁辐射可能带来的危害降低到最小程度。

由于电磁干扰而产生误动作的设备一般有：

①心脏起搏器；

②航空（起降时打手机危险）飞机；

飞机起降的时候，手机信号会对整个航空通讯以及控制产生不利的影响，所以乘坐飞机时，在飞机起飞之前，一定要关闭手机；

③数控机床。

【案例】

机器人杀人事件

日本曾发生过一起机器人杀人事件，实际是电磁干扰，致使一台停下来的大型车床突然自行启动，而这时有个工人正在卡盘上安装工件，结果导致这个工人被碾死了。

最后事故调查的原因，是因为开关被电磁干扰而触发导通，属于电磁辐射带来的干扰事故。

电气事故分类——电路故障及事故

电路故障及事故主要是指电能失控，包括整个电流流通的回路中任何一个环节上的事故及故障。

从能量角度看，在整个电流通路的回路之中，任何一个环节发生了事故故障，都可以归到电路故障事故中。

电路故障及事故的危害也很严重，例如，即使一个小的灯泡的熄灭，也可能导致人的死亡。

【案例】

异常停电事故

2002年9月23日，内蒙古丰镇市二中晚上放学时楼梯照明灯损坏，因为拥挤，楼梯走廊的一个铁栏杆被挤得旋转了90度，发生严重踩踏事件，造成21名学生死亡，43名学生受伤。

最大15岁，最小13岁。

2003年8月14日美国东北部和加拿大部分地区发生大面积停电事故，一度使美加两国的5000万人陷入一片黑暗中，甚至机场都关闭运行，电话不通，给美国造成了数十亿美元的经济损失。

美国总统布什在发生停电事件后发表讲话说，这是一起“重大的全国性问题”。

【自检1-2】

请记录您亲历过的一起异常停电事故。

事故经过：

造成损失：

原因分析：

触电事故的种类

触电事故分两大类，一类是电击，另一类叫做电伤。

（一）电击

电击是电流直接通过人体产生的伤害。

1.按照接触方式分类

按照接触方式的不同，电击可以分为以下两种：

→ 直接接触电击

直接接触电击是指触及正常状态下带电的物体导致的触电。

→ 间接接触电击

间接接触电击是指触及正常状态下不带电，而在故障下意外带电的物体导致的触电。

例如，电气设备的金属外壳在正常情况下不应该带电，但是因为漏电而带电，如果人触及到这样的带电体，就会导致间接接触触电。

2.按照电击时电路的结构分类

按照电击时电路的结构，电击可以分为以下三种：

→ 单线电击

单线电击是指人站在地面上，与一线接触而导致的触电，可以是直接的或间接的。

→ 两线电击

两线电击是指人与地面隔离，两只手各触一线而导致的触电，可以是直接的或间接的，可以是两相的，也可以是单相的。

→ 跨步电压电击

跨步电压电击是指电压传输过程中逐渐降低，两点间有电压差而造成的触电。

（二）电伤

电伤主要是指形成的电流形式的能量。

转化为其他的能量，例如电能转化为热能，产生了烧伤。

最典型的是电弧烧伤，包括电流灼伤又如电能转化为机械能的电气机械性伤害。

例如，10千伏（高压）触电情况下，烧伤的人体皮肤呈黑色，这就是电伤引起的皮肤金属化，这种危害有时会发生群死事件。

【案例】

电弧烧伤

北京的三位师傅维修一个高压开关，这个高压开关是一种叫做手车式的开关柜，维修前应当把电路切断，即把这个开关（也叫断路器）拉出来，经正常检修后，再往回推的时候，便产生了一个大火球，这个火球导致三位老师傅严重烧伤。

因为电弧的温度很高，可以达到数千度，最高可以达到8000度，三位师傅被烧伤的原因是他们在维修过程中，其中有一个师傅的扳手放在三相电路的电杆上面致使两相短路，而开关往回一推就造成了三相的短路。

电流对人体的作用

人本身如同一种电气设备，因为人的整个神经系统对电信号和电化学反应较为敏感，而电信号和电化学反应所涉及的能量是非常小的。

人体只需要非常小的电能，一旦电能偏大，系统功能很容易被破坏。

例如，外界能量施加于人体后，心电图就会出现无规则的高频振颤，大概每分钟可以达到上千次，这显然是电流作用于人体，能量大到一定程度后人的心脏电信号的指挥作用被干扰，完全失去正常的泵血作用。

严重情况下，数分钟就会导致人的死亡。

（一）电击致命原因

1.心室颤动

数秒至数分钟（６～８分钟）会导致人死亡。

图2-1   心室颤动示意图

【图解】

Ｔ波前半部（约0.1s）—心脏易损（激）区，心室颤动引起的幅值小，但频率高（800～1000次/每分钟以上），无规则，且发生始于T波的前半部。

一旦发生心室颤动而不加施救，心脏就不会自动恢复为正常状态，从而必然导致人的死亡。

2.窒息

窒息→缺氧或中枢神经反射→室颤，特点是致命时间较长，大约为10～20分钟。

3.电休克（昏迷）

电休克是由于中枢神经反射造成体内功能障碍，长时间昏迷后导致的死亡。

（二）电流效应的影响因素

1.电流值（工频）

→ 感知电流

感知电流是指引起感觉的最小电流。

感知电流使人体有轻微针刺、发麻的感觉。

人体的感知电流一般男人为1.1mA，女人为0.7mA。

→ 摆脱电流

摆脱电流是指能自主摆脱带电体的最大电流。

人体的摆脱电流一般男人为16mA；女人为10.5mA。

→ 室颤电流

室颤电流是指引起心室发生心室纤维性颤动的最小电流。

其具体情况如下：

I颤＝50mA，适用于当1s≤t＜5s时；I颤＝50/tmA，适用于当0.01s＜t＜1s时。

此指工频交流有效值，即工业标准频率50赫兹，就是220伏，380伏情况下的有效值。

2.电流持续时间

电流对人体的作用和电流的持续时间有关，作用的时间越长，危险性就越大。

具体情况如下：

→ t↑→吸收电能↑→伤害↑；

→ t↑→电流重合心脏易损（激）期，危险↑；

→ t↑→人体电阻↓→人体电流↑→伤害↑；

→ t↑→中枢神经反射↑→危险↑。

3.电流途径

电流与人体的作用和途径有关系，电流流入人体，一定是从人体某一个部位流入，从另一个部位流出的。

这两个部位之间的路径，就决定了人体受到的伤害程度。

例如，从左手到双脚是一个最典型的途径，另外左手到右手也是常常发生的电流途径，从左手到双脚和从左手到右手两个途径相比较，左手到右手的危险性只相当于左手到双脚危险性的0.4倍，也就是说从左手到右手的危险性要小，这叫做心脏电流因数。

总的来说，电流的途径及其危险性如下：

→ 日常生活中最常用的触电工频危险性中，电击的危险性最大；

→ 不同途径，危险性不同，但没有不危险的途径；

→ 最危险的是左手到前胸的途径；

→ 判断危险性，既要看电流值，又要看途径。

4.电流种类

→ 高频电流——烧伤比工频电流严重，但电击的危险性较小。

→Æ冲击电——指作用时间＜0.1～10ms的电流，其种类包括方脉冲、正弦波、电容放电脉冲。

影响室颤的主要因素是It和I2t的值。

（I：

有效值）

→ 直流电流——持续时间＞心脏周期时，室颤阈值为交流电流的数倍。

持续时间＜200ms时，室颤阈值与交流电流大致相同。

5.个体特征

电流对人体的作用也因人而异，与个人的健康状况、健壮程度、性别、年龄等有关。

（三）人体电阻

电流对人体有作用，人体对电流也有阻碍作用，电流在经过人体的时候，先要进入皮肤，再从皮肤流出，因此有皮肤电阻、皮肤电容，体内电阻等。

皮肤内部有一层导电比较好的组织叫真皮，人接触到导体触电的时候，导体有一块跟人皮肤接触的面积，这两个面就会构成电容。

具体如图2-1所示：

图2-2   人体阻抗等值电路图

【图解】

在图中，RS1、RS2 指皮肤电阻（皮肤外面的电极与真皮之间的电阻）；CS1、CS2 指皮肤电容（皮肤外面的电极与真皮之间的电容，数PF～数μF）；Ri指体内电阻。

人体的电阻变化很大，而人体的体内电阻变化很小，大概为500欧左右，加上皮肤电阻约为1000欧～3000欧，如果经常劳动，手上长满了老茧，电阻就会更大。

1.人体电阻的数值

→ 皮肤表皮最外层——角质层

其厚度一般不超过0.05～0.2mm，其电阻率很大，可达1×105～1×106Ω·m。

数十伏即可击穿角质层，使人体阻抗急剧下降。

→ 除去角质层，干燥的情况下，人体电阻为1000～3000Ω；潮湿的情况下，人体电阻为500～800Ω。

2.人体电阻的影响因素

→ 电气参数：

U（接触电压）  ↑→RP↓，

I  ↑  →  RP↓，

f  ↑→  XCP↓；

→ 皮肤表面状态：

潮湿、导电污物、伤痕、破损；

→ 皮肤表面接触状态：

接触压力、面积。

【自检2-1】

请在以下的描述性话语中选出正确的描述。

1.人体电阻恒定为3247Ω。

 （    ）

2.电流流入人体，最危险的途径是左手到前胸。

 （    ）

3.电流流入人体，一般不会产生危害。

    （    ）

4.判断电流流入人体的危险性，主要看电流值。

 （    ）

5.电击引起心室颤动而致命，一般时间为数秒至数分钟。

  （    ）

6.直接接触电击会产生跨步电压。

   （    ）

7.电流对人体的作用与健康状况有关，与性别和年龄无关。

     （    ）

8.皮肤表面状态影响人体电阻的大小。

    （    ）

第三讲  触电事故基本对策及概念（上）

直接接触电击防护

直接接触电击是指触及了正常情况下就带电的带电体而引发的触电事故，最典型的是插座板坏了，里边火线插座的金属部分带电所产生的触电。

直接接触电击的基本防护原则应使危险的带电体不会被有意或无意触及，也就是把带电的带电体好好防护起来，不让人轻易接触到，具体包括绝缘、屏护和间距。

1.绝缘

绝缘是指用绝缘物将带电体封闭起来。

例如，导线外部包有绝缘材料。

电气设备很多地方都要有绝缘，电气工程师利用绝缘物来约束电流的路径。

2.屏护

屏护是指采用遮栏、护罩、护盖、箱匣隔绝带电体。

例如，通过遮栏护罩或者一些能够起到隔绝带电体的物体，在人和带电体之间产生隔离。

3.间距

间距是指带电体与地面之间，或与其他设备之间，与带电体之间必要的安全距离。

例如，电压比较高的时候，如果靠得比较近，容易产生放电。

在带电体与地面，或者与设备之间，或者带电体之间保持距离，就可以起到安全防护的作用。

例如，车辆行走的道路上方的电源线就必须考虑车辆通过的时候不能被刮蹭。

【案例】

东京停电事故

2006年发生在日本东京的一起停电事故，停电3个多小时，原因是在日本东京的旧江湖川上有很多跨江桥，一艘塔吊船过了桥之后，没按照工作程序工作，而是一边行船，一边就把塔吊架了起来，结果塔吊刮在了输电电线上，导致向东京输电的线路被切断，造成东京市将近200万用户3个小时的停电。

【自检2-2】

在某单位有3台设备，为普通电气设备、高压设备和极易产生漏电的专业设备，为了防止直接接触电击带来的危害，需要对这些设备选择一定的防护措施，您认为该怎样做？

见参考答案2－2

间接接触电击防护基本措施

（一）

间接接触电击是指触及了正常情况下不带电、非故障情况下意外带电物体所引发的触电事故，最典型的是设备金属外壳意外带电而导致的间接接触电击。

防止间接接触电击的防护技术措施通常是保护接地和保护接零。

保护接地和保护接零，即IT系统和TT系统、TN系统，都是描述系统结构和保护方式的。

T代表整个系统与大地是直接相连，叫做电力系统直接接点，这点通常是中性点；I表示系统与大地不直接相连，不直接相连有两种形式，一种是绝缘，另一种是经阻抗接地，它反映了系统与大地之间的相连方式。

TT和TN系统中，后一个字母说明系统之中的用电设备外壳接什么保护，因为间接接触电击的金属外壳必须接地保护才能防止触电，T代表外壳接地，N代表外壳接零。

IT系统设备的外壳接地，主要用于井下，而TT、TN主要用于地面上。

第四讲  触电事故基本对策及概念（下）

间接接触电击防护基本措施

（二）

（一）保护接地

1.IT系统

保护接地（IT系统）是最古老的电气安全措施。

保护接地也是防止间接接触电击的基本安全技术措施。

→ 对IT、TT和TN系统结构及保护方式的字母解释

①前一位字母：

I——表示电力系统所有带电部分与地绝缘或一点经阻抗接地；T——则表示电力系统一点（通常是中性点）直接接地。

②后一位字母：

T——表示电气装置的外露可导电部分直接接地（与电力系统的任何接地点无关）；N——表示电气装置的外露可导电部分通过保护线与电力系统的中性点联结。

→ 保护接地（IT系统）的保护原理（适用于各种不接地网）

∵ RE与RP （人体电阻）呈并联关系，且RE //RP ≈RE

∵ RE＜＜│Z│，

∴ UP （人体电压）↓↓——在安全范围内。

→ IT系统示意图

图2-3  IT系统示意图

【图解】

图中，三相供电系统用上面的三条线表示，电源线圈表示变配电室的变压器，三项线圈有一个公共端子，通常叫它N，也叫做中性点，中性点或者整个系统与大地之间没有直接连接，所以这个系统是IT系统。

IT系统的保护