1.4 用電安全技術簡介

實踐證明，采用用電安全技術可以有效預防電氣事故。已有的技術措施不斷完善，新的技術不斷涌現，我們需要了解并正確運用這些技術，不斷提高安全用電的水平。

1.4.1 接地和接零保護

在低壓配電系統中，有變壓器中性點接地和不接地兩種系統，相應的安全措施有接地保護和接零保護兩種方式。

1. 接地保護

在中性點不接地的配電系統中，電氣設備宜采用接地保護。這里的“接地”與電子電路中簡稱的“接地”（在電子電路中“接地”是指接公共參考電位“零點”）不是一個概念，這里是真正的接大地，即將電氣設備的某一部分與大地土壤作良好的電氣連接，一般通過金屬接地體并保證接地電阻小于4Ω。接地保護原理如圖1-4-1所示。如沒有接地保護，則流過人體的電流為

式中，Ir為流過人體電流；U為相電壓；Rr為人體電阻；Z為相線對地阻抗。當接上保護地線時，相當于給人體電阻并上一個接地電阻Rg，此時流過人體的電流為

由于Rg?Rr，故可有效保護人身安全。

由此也可看出，接地電阻越小，保護越好，這就是為什么在接地保護中總要強調接地電阻要小的緣故。

2. 接零保護

對變壓器中性點接地系統（現在普遍采用電壓為380 V/220 V三相四線制電網）來說，采用外殼接地已不足以保證安全。參考圖1-4-1，因人體電阻 Rr 遠大于設備接地電阻Rg，所以人體受到的電壓就是相線與外殼短路時外殼的對地電壓Ua：

式中，R0 為工作接地的接地電阻；Rg為保護接地的接地電阻；Ua為相電壓。

如果R0 =4Ω，Rg=4Ω，U=220V，則Ua≈110V，這個電壓對人來說是不安全的。因此，在該系統中應采用保護接零，即將金屬外殼與電網零線相接。一旦相線碰到外殼即可形成與零線之間的短路，產生很大的電流，使熔斷器或過流開關斷開，切斷電流，因而可防止電擊危險。這種采用保護接零的供電系統，除工作接地外，還必須有重復接地保護，如圖1-4-2所示。

圖1-4-3所示為民用220 V供電系統的保護零線和工作零線。在一定距離和分支系統中，必須采用重復接地，這些屬于電工安裝中的安全規則，電源線必須嚴格按有關規定制作。

應注意的是這種系統中的保護接零必須是接到保護零線上，而不能接到工作零線上。保護零線和工作零線的對地電壓都是0V，但保護零線上是不能接熔斷器和開關的，而工作零線上則根據需要可接熔斷器及開關。這對有爆炸、火災危險的工作場所為減輕過負荷的危險是必要的。圖1-4-4所示為室內有保護零線時，用電器外殼采用保護接零的接法。

1.4.2 漏電保護開關

漏電保護開關也叫觸電保護開關，是一種保護切斷型的安全技術，它比保護接地或保護接零更靈敏，更有效。據統計，某城市普遍安裝漏電保護器后，同一時間內觸電傷亡人數減少了2/3，可見技術保護措施的作用不可忽視。

漏電保護開關有電壓型和電流型兩種，其工作原理有共同性，即都可把它看作是一種靈敏繼電器，如圖1-4-5所示，檢測器JC控制開關S的通斷。對電壓型而言，JC檢測用電器對地電壓；對電流型則檢測漏電流，超過安全值即控制S動作切斷電源。

由于電壓型漏電保護開關安裝比較復雜，因此目前發展較快、使用廣泛的是電流型漏電保護開關。電流型漏電保護開關不僅能防止人體觸電而且能防止漏電造成火災，既可用于中性點接地系統也可用于中性點不接地系統，既可單獨使用也可與保護接地、保護接零共同使用，而且安裝方便，值得大力推廣。

典型的電流型漏電保護開關工作原理如圖1-4-6所示。當電器正常工作時，流經零序互感器的電流大小相等，方向相反，檢測輸出為零，開關閉合電路正常工作。當電器發生漏電時，漏電流不通過零線，零序互感器檢測到不平衡電流并達到一定數值時，通過放大器輸出信號將開關切斷。

圖1-4-6中按鈕與電阻組成檢測電路，選擇電阻使此支路電流為最小動作電流，即可測試開關是否正常。

按國家標準規定，電流型漏電保護開關電流時間乘積應不小于30 mA·s。實際產品一般額定動作電流為30 mA，動作時間為0.1 s。如果是在潮濕等惡劣環境下，則可選取動作電流更小的規格。另外還有一個額定不動作電流，一般取5 mA，這是因為用電線路和電器都不可避免地存在著微量漏電。

選擇漏電保護開關更要注重產品質量。一般來說，經國家電工產品認證委員會認證、帶有安全標志的產品是可信的。

1.4.3 過限保護

上述接地、接零保護、漏電開關保護主要解決電器外殼漏電及意外觸電問題。另有一類故障表現為電器并不漏電，但由于電器內部元器件、部件故障，或由于電網電壓升高而引起電器電流增大，溫度升高，超過一定限度，結果會導致電器損壞甚至引起電氣火災等嚴重事故。對這一類故障，目前有下述自動保護元件和裝置。

1. 過壓保護裝置

過壓保護裝置有集成過壓保護器和瞬變電壓抑制器。

（1）集成過壓保護器，是一種安全限壓自控部件，其工作原理如圖1-4-7所示，使用時并聯于電源電路中。當電源正常工作時功率開關斷開。一旦設備電源失常或失效而超過保護閾值，采樣放大電路將使功率開關閉合、電源短路，使熔斷器斷開，保護設備免受損失。

（2）瞬變電壓抑制器（TVP），是一種類似穩壓管特性的二端器件，但比穩壓管響應快，功率大，能“吸收”高達數千瓦的浪涌功率。TVP的特性曲線如圖1-4-8（a）所示，正向特性類似二極管，反向特性在UB處發生“雪崩”效應，其響應時間可達10 -12 s。將兩只TVP管反向串接即具有“雙極”特性，可用于交流電路，如圖1-4-8（b）所示。選擇合適的TVP可保護設備不受電網或意外事故產生的高壓危害。

2. 溫度保護裝置

電器溫度超過設計標準是造成絕緣失效，引起漏電、火災的關鍵。溫度保護裝置除傳統的溫度繼電器外，還有一種新型、有效而且經濟實用的元件——熱熔斷器。其外形如同一只電阻器，可以串接在電路，置于任何需要控制溫度的部位，正常工作時間內相當于一只阻值很小的電阻，一旦電器溫升超過閾值，立即熔斷從而切斷電源回路。

3. 過流保護裝置

用于過電流保護的裝置和元件主要有熔斷器、電子繼電器及聚合開關，它們串接在電源回路中以防止意外電流超限。

熔斷器用途最普遍，主要特點是簡單、價廉。不足之處是反應速度慢而且不能自動恢復。

電子繼電器過流開關，也稱電子熔斷器，反應速度快，可自行恢復，但較復雜，成本高，在普通電器中難以推廣。

聚合開關實際上是一種阻值可以突變的正溫度系數電阻器。當電流在正常范圍時呈低阻（一般為0.05～0.5 Ω），當電流超過閾值后阻值很快增加幾個數量級，使電路電流降低至數毫安。一旦溫度恢復正常，電阻又降至低阻，故其有自鎖及自恢復特性。由于其體積小、結構簡單、工作可靠且價格低，故可廣泛用于各種電氣設備及家用電器中。

1.4.4 智能保護

隨著現代化的進程，配電、輸電及用電系統越來越龐大，越來越復雜，即使采取上述多種保護方法，也總有其局限性。當代信息技術的飛速發展，傳感器技術、計算機技術及自動化技術的日趨完善，使得用綜合性智能保護成為可能。

圖1-4-9所示是計算機智能保護系統示意圖。各種監測裝置和傳感器（聲、光、煙霧、位置、紅外線等）將采集到的信息經過接口電路輸入到計算機，進行智能處理，一旦發生事故或有事故預兆時，通過計算機判斷及時發出處理指命，例如，切斷事故發生地點的電源或者總電源，啟動自動消防滅火系統，發出事故警報等，并根據事故情況自動通知消防或急救部門。保護系統可將事故消滅在萌芽狀態或使損失減至最小，同時記錄事故詳細資料。