1.4 用电安全技术简介

实践证明，采用用电安全技术可以有效预防电气事故。已有的技术措施不断完善，新的技术不断涌现，我们需要了解并正确运用这些技术，不断提高安全用电的水平。

1.4.1 接地和接零保护

在低压配电系统中，有变压器中性点接地和不接地两种系统，相应的安全措施有接地保护和接零保护两种方式。

1. 接地保护

在中性点不接地的配电系统中，电气设备宜采用接地保护。这里的“接地”与电子电路中简称的“接地”（在电子电路中“接地”是指接公共参考电位“零点”）不是一个概念，这里是真正的接大地，即将电气设备的某一部分与大地土壤作良好的电气连接，一般通过金属接地体并保证接地电阻小于4Ω。接地保护原理如图1-4-1所示。如没有接地保护，则流过人体的电流为

式中，Ir为流过人体电流；U为相电压；Rr为人体电阻；Z为相线对地阻抗。当接上保护地线时，相当于给人体电阻并上一个接地电阻Rg，此时流过人体的电流为

由于Rg≪Rr，故可有效保护人身安全。

由此也可看出，接地电阻越小，保护越好，这就是为什么在接地保护中总要强调接地电阻要小的缘故。

2. 接零保护

对变压器中性点接地系统（现在普遍采用电压为380 V/220 V三相四线制电网）来说，采用外壳接地已不足以保证安全。参考图1-4-1，因人体电阻 Rr 远大于设备接地电阻Rg，所以人体受到的电压就是相线与外壳短路时外壳的对地电压Ua：

式中，R0 为工作接地的接地电阻；Rg为保护接地的接地电阻；Ua为相电压。

如果R0 =4Ω，Rg=4Ω，U=220V，则Ua≈110V，这个电压对人来说是不安全的。因此，在该系统中应采用保护接零，即将金属外壳与电网零线相接。一旦相线碰到外壳即可形成与零线之间的短路，产生很大的电流，使熔断器或过流开关断开，切断电流，因而可防止电击危险。这种采用保护接零的供电系统，除工作接地外，还必须有重复接地保护，如图1-4-2所示。

图1-4-3所示为民用220 V供电系统的保护零线和工作零线。在一定距离和分支系统中，必须采用重复接地，这些属于电工安装中的安全规则，电源线必须严格按有关规定制作。

应注意的是这种系统中的保护接零必须是接到保护零线上，而不能接到工作零线上。保护零线和工作零线的对地电压都是0V，但保护零线上是不能接熔断器和开关的，而工作零线上则根据需要可接熔断器及开关。这对有爆炸、火灾危险的工作场所为减轻过负荷的危险是必要的。图1-4-4所示为室内有保护零线时，用电器外壳采用保护接零的接法。

1.4.2 漏电保护开关

漏电保护开关也叫触电保护开关，是一种保护切断型的安全技术，它比保护接地或保护接零更灵敏，更有效。据统计，某城市普遍安装漏电保护器后，同一时间内触电伤亡人数减少了2/3，可见技术保护措施的作用不可忽视。

漏电保护开关有电压型和电流型两种，其工作原理有共同性，即都可把它看作是一种灵敏继电器，如图1-4-5所示，检测器JC控制开关S的通断。对电压型而言，JC检测用电器对地电压；对电流型则检测漏电流，超过安全值即控制S动作切断电源。

由于电压型漏电保护开关安装比较复杂，因此目前发展较快、使用广泛的是电流型漏电保护开关。电流型漏电保护开关不仅能防止人体触电而且能防止漏电造成火灾，既可用于中性点接地系统也可用于中性点不接地系统，既可单独使用也可与保护接地、保护接零共同使用，而且安装方便，值得大力推广。

典型的电流型漏电保护开关工作原理如图1-4-6所示。当电器正常工作时，流经零序互感器的电流大小相等，方向相反，检测输出为零，开关闭合电路正常工作。当电器发生漏电时，漏电流不通过零线，零序互感器检测到不平衡电流并达到一定数值时，通过放大器输出信号将开关切断。

图1-4-6中按钮与电阻组成检测电路，选择电阻使此支路电流为最小动作电流，即可测试开关是否正常。

按国家标准规定，电流型漏电保护开关电流时间乘积应不小于30 mA·s。实际产品一般额定动作电流为30 mA，动作时间为0.1 s。如果是在潮湿等恶劣环境下，则可选取动作电流更小的规格。另外还有一个额定不动作电流，一般取5 mA，这是因为用电线路和电器都不可避免地存在着微量漏电。

选择漏电保护开关更要注重产品质量。一般来说，经国家电工产品认证委员会认证、带有安全标志的产品是可信的。

1.4.3 过限保护

上述接地、接零保护、漏电开关保护主要解决电器外壳漏电及意外触电问题。另有一类故障表现为电器并不漏电，但由于电器内部元器件、部件故障，或由于电网电压升高而引起电器电流增大，温度升高，超过一定限度，结果会导致电器损坏甚至引起电气火灾等严重事故。对这一类故障，目前有下述自动保护元件和装置。

1. 过压保护装置

过压保护装置有集成过压保护器和瞬变电压抑制器。

（1）集成过压保护器，是一种安全限压自控部件，其工作原理如图1-4-7所示，使用时并联于电源电路中。当电源正常工作时功率开关断开。一旦设备电源失常或失效而超过保护阈值，采样放大电路将使功率开关闭合、电源短路，使熔断器断开，保护设备免受损失。

（2）瞬变电压抑制器（TVP），是一种类似稳压管特性的二端器件，但比稳压管响应快，功率大，能“吸收”高达数千瓦的浪涌功率。TVP的特性曲线如图1-4-8（a）所示，正向特性类似二极管，反向特性在UB处发生“雪崩”效应，其响应时间可达10 -12 s。将两只TVP管反向串接即具有“双极”特性，可用于交流电路，如图1-4-8（b）所示。选择合适的TVP可保护设备不受电网或意外事故产生的高压危害。

2. 温度保护装置

电器温度超过设计标准是造成绝缘失效，引起漏电、火灾的关键。温度保护装置除传统的温度继电器外，还有一种新型、有效而且经济实用的元件——热熔断器。其外形如同一只电阻器，可以串接在电路，置于任何需要控制温度的部位，正常工作时间内相当于一只阻值很小的电阻，一旦电器温升超过阈值，立即熔断从而切断电源回路。

3. 过流保护装置

用于过电流保护的装置和元件主要有熔断器、电子继电器及聚合开关，它们串接在电源回路中以防止意外电流超限。

熔断器用途最普遍，主要特点是简单、价廉。不足之处是反应速度慢而且不能自动恢复。

电子继电器过流开关，也称电子熔断器，反应速度快，可自行恢复，但较复杂，成本高，在普通电器中难以推广。

聚合开关实际上是一种阻值可以突变的正温度系数电阻器。当电流在正常范围时呈低阻（一般为0.05～0.5 Ω），当电流超过阈值后阻值很快增加几个数量级，使电路电流降低至数毫安。一旦温度恢复正常，电阻又降至低阻，故其有自锁及自恢复特性。由于其体积小、结构简单、工作可靠且价格低，故可广泛用于各种电气设备及家用电器中。

1.4.4 智能保护

随着现代化的进程，配电、输电及用电系统越来越庞大，越来越复杂，即使采取上述多种保护方法，也总有其局限性。当代信息技术的飞速发展，传感器技术、计算机技术及自动化技术的日趋完善，使得用综合性智能保护成为可能。

图1-4-9所示是计算机智能保护系统示意图。各种监测装置和传感器（声、光、烟雾、位置、红外线等）将采集到的信息经过接口电路输入到计算机，进行智能处理，一旦发生事故或有事故预兆时，通过计算机判断及时发出处理指命，例如，切断事故发生地点的电源或者总电源，启动自动消防灭火系统，发出事故警报等，并根据事故情况自动通知消防或急救部门。保护系统可将事故消灭在萌芽状态或使损失减至最小，同时记录事故详细资料。