低压中性点不接地系统对触电电流抑制效果的分析

2013-06-15陈元才王运娣

河北水利电力学院学报 2013年1期

陈元才,王运娣

(河北工程技术高等专科学校,河北沧州 061001)

触电事故统计资料表明,绝大多数的触电伤亡事故发生在低压系统。目前低压系统绝大部分采用中性点接地方式运行,当发生人身触电时,有较大的短路电流通过人体,从而造成十分严重的后果。低压系统采用中性点不接地时恰能抑制触电电流的大小,对用电安全是非常有利的。下面对中性点不接地低压系统对触电电流的抑制效果进行分析。

1 低压系统中性点不接地对触电电流的抑制作用

对中性点接地系统来说,当发生单相短路时,由于故障点通过大地和系统中性点直接构成回路,所以将产生较大的单相短路电流。大的短路电流会给触电者造成极大的伤害,同时也可能导致电气火灾的发生。对中性点不接地系统来说,当发生人体触及带电体时,电流经人体、分布电容和绝缘电阻构成回路。若不计绝缘电阻的影响,则通过人体电流的大小完全由系统对地电容所决定。通常这个流经人体的电容电流是很小的。系统容量越小,对地的分布电容也就越小。此时,触电电流将在安全电流的范围之内。所以中性点不接地系统能有效地抑制单相短路电流的影响。

2 影响人体触电电流的因素

影响人体触电电流的因素主要与人体电阻、电网绝缘电阻及相线对地电容有关。而人体电阻的大小对触电电流的数值影响较大。在对安全性进行理论计算验证时,如何正确确定人体电阻值的大小,对结论的正确性和是否符合实际情况有很大关系。

2.1 人体电阻的特性

人体电阻有表面电阻和体积电阻之分。表面电阻是沿着人体皮肤表面所呈现的电阻,体积电阻是从皮肤到人体内部所构成的电阻。两者都将对触电后果产生影响,对电击来说,体积电阻的影响最为显著。体积电阻是由皮肤电阻和人体内部电阻组成的,而皮肤电阻的数值将起着主要的作用。资料表明皮肤电阻的数值随条件的不同将在很大范围内变化,当皮肤处于干燥、洁净和无损伤的状态下时,人体电阻可达 40～100 k Ω;而当皮肤处于潮湿状态时,则人体电阻会降到 1000Ω左右;如皮肤完全遭到破坏,人体电阻将下降到 600～800Ω左右。

2.2 人体电阻和接触电压的关系

人体电阻和接触电压的关系是我们考虑安全措施时比较关心的一个问题,人体的皮肤在 200～300 V电压的作用下即可发生击穿,皮肤击穿后电阻迅速下降,甚至接近于零。因此,对中性点接地的低压系统来说,触电瞬间加在接触皮肤处的电压为 220 V,可能会使皮肤瞬间发生击穿,阻值下降。因此在进行计算时,一般取人体电阻为 1000Ω。而对低压中性点不接地系统则不然,当人体触及低压中性点不接地系统的一相导线时,则作用在人体(即皮肤)上的电压是较低的,这个电压值远不至于使皮肤发生击穿,这种运行方式,除了能抑制触电电流外,还能使触电时加于人身的电压得到限制,从而使人体的有效电阻大大地提高了。

全国电气安全标准中表明了人体电阻与接触电压的关系如图1所示,该曲线表示的是接触电压在 700 V以下时成人的人体电阻。从图1可以看出,在相同的接触电压下,人体电阻是不同的,为安全起见,人体电阻一般取平均值,即图中标注 50%的曲线。

图1 接触电压与人体电阻的关系

图2 中性点不接地系统单相触电示意图

3 不接地系统单相触电电流的计算方法

假设：

(1)系统的对地导纳为 YA,YB,YC;

(2)触电者的人体电导为 Gr,

(3)系统对地电容为 CA,CB,CC(见图2)。

(4)忽略地面接触电阻。

当触电发生在 A相时,此时系统的对称性遭到了破坏,电源中性点电位发生了位移,可求出电源中性点的位移电压：

令 Y=GR+jk C,其中 GR为系统的对地电导,C为系统的对地电容。代入式(3)得：

化简后可得人体电流 Ir与 GR、电容C的关系为

把人体电阻 Rr换算成电导 Gr,电网绝缘电阻 R换算成电导 GR,再将相线对地分布电容 C一并代入式(5),便可求出通过人体的触电电流。

4 实例说明

取人体的稳态电阻值来进行验算,并考虑低压中性点不接地运行时,电网对地是绝缘的,因此,当人体单相触电时,接触电压不超过 10 V,从图1可得人体电阻为 3800Ω,考虑到对一般低压系统都能够满足的情况下,取低压系统绝缘电阻为 20 kΩ,系统线路总长度为 20 km(根据有关资料介绍,低压线路每千米对地电容约为 0.005μF)。则有

可见,采用中性点不接地低压系统时,当发生人体触及带电体时,通过人体的电流为 24.2 mA。国内外电气专家在电流通过人体的影响方面作了不少的研究。经过大量的试验和分析,一致认为触电致死的主要原因是,由于触电电流通过人体时,引起心室颤动,造成心脏失去供血机能而停止跳动。从避免引起心室颤动出发,将 30 mA作为实用的安全电流临界值。可见此值在安全电流范围之内。