接地基本概念(一）

一）防止人身遭受电击

1．电击机理

电击所产生的电击电流通过人体或动物躯体将产生病理性生理效应，例如肌肉收缩、呼吸困难、血压升高、形成心脏兴奋波、心房纤维性颤动及无心室纤维性颤动的短暂心脏停跳、心室纤维性颤动，直至死亡，所以必须采取防护措施。

人或家畜触及电气设备的带电部分，称为直接接触。人或家畜与故障下带电的金属外壳接触，称为间接接触。直接接触及间接接触所造成的电击称为直接电击和间接电击。为了防止电击，必须先了解电击机理，然后对直接电击、间接电击以及兼有该两者电击采取适当的防护措施，以保证人、畜及设备的安全。

　　（1）人体阻抗的组成　电击电流大小由接触电压和人体阻抗所决定。人体阻抗主要与电流路径、皮肤潮湿程度、接触电压、电流持续时间、接触面积、接触压力、温度以及频率等有关。人体阻抗的组成如图 4所示。如将两个电极接触人体的两个部分，并将电极下的皮肤去掉，则该两电极问的阻抗为人体内阻抗 Zi。皮肤上电极与皮肤下导电组织之间的阻抗即为皮肤阻抗 ZPl和 ZP2 。Zi、ZP1、ZP2的矢量和为人体总阻抗 ZT。

人体阻抗的组成

  ①人体内阻抗Zi　根据IEC测定的结果，Zi主要是电阻，只有少量电容，如图 4虚线所示，其数值主要决定于电流路径，一般与接触面积关系不大，但当接触面积小到几平方毫米数量级时，内阻抗才增大。②皮肤阻抗  ZP1、ZP2　 ZP1、ZP2是由半绝缘层和小的导电元件（如毛孔构成的电阻电容网络）组成，见图 4接触电压在 50V 及以下时，皮肤阻抗值随表面接触面积、温度、呼吸等显著变化；50～100V 时，皮肤阻抗降低很多；频率增高时，皮肤阻抗也随之降低；皮肤破损时，皮肤阻抗可忽略不计.③人体总阻抗 ZT　ZT由电阻分量及电容分量组成。当接触电压在 500V 及以下时，ZT值主要决定于皮肤阻抗值；接触电压越高，ZT与皮肤阻抗关系越少；当皮肤破损后，ZT值接近于人体内阻抗。④人体初始电阻 Ri　在接触电压出现的瞬间，人体的电容还未充电，皮肤阻抗可忽略不计，这时的电阻值称为人体初始电阻。该值限制短时脉冲电流峰值。当电流路径从手到手或手到脚而且接触面积较大时，5％ 分布秩（即 5％ 的人所呈现的最小初始电阻值）Z5％ 可认为等于 500Ω.

2）人体阻抗与接触状况的关系　通常划分为以下三类：
　　① 状况 1　干燥或湿润的区域、干燥的皮肤、高电阻的地面，此时人体阻抗值：

              　　　　Z1＝1000 ＋ 0.5Z5％　（Ω）

式中：1000──鞋袜和地面两者电阻的随机值，Ω
　　　 0.5──考虑了双手至双脚的双重接触情况
　　　 Z5％──5％ 分布秩，即 5％ 的人呈现此最小阻抗值，Ω
　　② 状况 2　潮湿的区域、潮湿的皮肤、低电阻的地面，此时人体阻抗值：

              　　　　Z2 = 200 = 200 +0.55％　（Ω）

式中；200──较低的地面电阻值，不计鞋袜的电阻，Ω
　　③ 状况 3　浸入水中的情况，此时皮肤电阻、环境介质的电阻可忽略不计。
　　在各种状况下的安全电压值，各国规定不尽相同，如表 1所示。

　　表1 为交流电流的安全电压，IEC 规定直流（无纹波）的安全电压为：在状况 1，不大于 120V；在状况 2，不大于 60V。安全电压包括接地系统的相对地或极对地电压，或不接地和非有效接地的相间及极间电压。

2．电击效应

　　（1）交流电流的电击效应　IEC 经过多年的试验研究，认为心室纤维性颤动是电击致死的主要原因。一个心动周期如图 5所示，由产生兴奋期 P、兴奋扩展期 R 和兴奋复原期T所组成。图5中的数字表示兴奋传播的顺序。在兴奋复原期内有一个相对较小的部份称为易损期，在易损期内，心肌纤维处于兴奋的不均匀状态，如果受到足够幅度电流的刺激，心室纤维发生颤动，如图 6中 X 点受电流刺激．对心电图和血压的影响，如图 6中曲线所示。此时发生心室纤维性颤动和血压降低，如电流足够大将导致死亡。

　　当电流流过人体时，人身所察觉到的最小电流值称为感觉阈值。对于 15 ～100Hz 交流电流，此值为 0.5mA。人握电极能摆脱的电流最大值称为摆脱电流，对于 15～100Hz 交流电流为 10mA。当流过人体的电流继续增加时，人体电流 IB和电流流过的持续时间 t 的关系如图 7所示。图7是按电流流过人体的路径从左手到双脚的效应绘制的。当电流为 500mA、时间为 100ms 时，产生心室纤维性颤动的几率为 14％。图 7中的 Ⅰ 区通常无反应性效应；Ⅱ 区通常无有害的生理效应；Ⅲ 区通常无器官性损伤，但可能出现肌肉收缩和呼吸困难．在心脏中形成兴奋波和传导的可逆性紊乱，包括心房纤维性颤动及短暂心脏停跳；在 Ⅳ区内．开始出现心室纤维性颤动，到曲线 c1，几率为 5％；到曲线 c2，几率为 50％；曲线 c3 以外则几率超过 50％。随着电流与时间的增加，可能发生心脏停跳、呼吸停止及严重烧伤。
    　图 7中的电流为“从左手到双脚”路径的电流，如为其它路径，按下式计算：

                  IB = Iref／F　　　　　　　　　（2）

式中：IB　──流经其它路径的人体电流，mA
　　　Iref──流经“从左手到双脚”的人体电流，mA
　　　F　──心电流系数，见表 2

　　上述的感觉阈值、摆脱阈值及图 7中的心室纤维性颤动阈值都是对 15～100Hz 交流电流而言的。
　　在工业企业和民用建筑中，有不少电气设备的使用频率超过 100Hz，例如有些电动工具和电焊机，可用到 450Hz；电疗设备大多数使用 4000～5000Hz；开关方式供电的设备则为 20kHz ～ 1MHz；微波及无线电设备还有使用更高的频率的。对于这些 100Hz 以上交流电流，人体皮肤的阻抗，在数十伏数量级的接触电压下，大致与频率成反比，例如 500Hz 时皮肤阻抗，仅约为 50Hz 时皮肤阻抗的 1／10，在很多情况下，皮肤的阻抗可以忽略不计。但因为是高频电流，对人体的感觉和对心脏的影响都比 100Hz 以下交流电小。为了与 50Hz 时阈值相比，常采用频率系数 Ff 来衡量、频率系数 Ff 为频率f时产生相应生理效应的阈值电流与  50Hz 的阈值电流之比。在频率为 100Hz 以上直至 1000Hz 时，感觉阈值的频率系数和摆脱阈值的频率系数见图 8；电击持续时间长于心动周期并以纵向电流流经人体躯干时，心室纤维性颤动阈值的频率系数见图 9。电击持续时间小于心动周期时，尚无试验数据。频率在 1000Hz 以上直到 10000Hz 交流电的感觉阈值的频率系数和摆脱阈值的频率系数见图 10；心室纤维性颤动阈值的频率系数，IEC 还在考虑中。频率在 10kHz 及 100Hz 之间时，阈值大致由 10mA 上升到 100mA（有效值），频率在 100kHz 以上及电流强度在数百毫安数量级时，较低频率时有针刺的感觉，频率再高则有温暖的感觉。频率在 100kHz 以上时，既没有摆脱阈值和心室纤维性颤动阈值的试验数据．也没有这方面的事故报告。频率在 100kHz 以上及电流在安培数量级时，可能出现烧伤，烧伤的严重程度随电流流通的持续时间而定。

　　（2）直流电流的电击效应　电流对人体的效应，例如刺激神经和肌肉，引起心房或心室纤维性颤动等，与电流大小的变化有关，特别是在接通或断开电流的时候。电流幅度不变的直流电流要产生同样的效应，要比交流电流大得多。握持直流电器，事故时较易摆脱；当电击持续时间长于心动周期时，心室纤维性颤动阈值比交流的阈值高得多。直流电流从手到双脚，通过人体躯干的电流称为纵向电流；从手到手通过人体躯干的电流称为横向电流；以双脚为正极，流过人体的电流为向上电流；以双脚为负极，流经人体的电流为向下电流。直流电流与具有相同诱发心室纤维性颤动几率的等效交流电流（有效值）之比称为直流／交流等效系数