注册电气工程师技术资质考试辅导教材二Word文件下载.docx
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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。
现将这些阻抗的特征说明如下:
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14.2-1中虚线所示,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、ZP2ZP1、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14.2-1。
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。
14.2.1.2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+0.5*Z5% (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*Z% (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。
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。
14.2.2电击电流对人体的生理效应
14.2.2.1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14.2-2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14.2-3中X点受电流刺激.对心电图和血压的影响,如图14.2-3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14.2-4所示。
图14.2-4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14.2-4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。
上述的感觉阈值、摆脱阈值及图14.2-4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。
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。
14.2.2.2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。
直流电流的持续时间和电流幅值的关系见图14.2-5。
图中Ⅰ区通常无反应性效应;
Ⅲ区通常预期无器官损伤,随电流幅值和时间而增加其严重程度,可能出现心脏中兴奋波的形成和传导的可逆性紊乱;
Ⅳ区可能出现心室纤维性颤动,随电流幅值和时间增加,除Ⅲ区的效应外,预计会发生严重烧伤等病理生理效应。
关于心室纤维性颤动,该图所示为电流从左手到双脚,且为向上电流的效应。
如为向下电流,应将电流乘以2的系数进行换算。
当电流从手到手,不大可能产生心室纤维性颤动。
在该图中,当电流流过的持续时间小于500ms时,尚无Ⅱ和Ⅲ区分界线的资料。
直流电流的感觉阈值取决于接触面积、接触状态(干湿度、压力、温度)、电流流过的持续时间和各自的生理特征等,与交流电不同的是:
当电流以感觉阈值强度流过人体时,只是在接通和断开电流时有感觉,其它时间没有感觉。
在与测定交流电流感觉阈值相等条件下,直流电流的感觉阈值约为2mA。
直流的摆脱阈值与交流不同,约300mA以下的直流电流没有可以确定的摆脱阈值,只有在接通和断开电流时,才能引起疼痛性和痉挛似的肌肉收缩。
当电流大干300mA时,可能摆脱不了,或仅在电击持续时间达几秒或几分种后才有可能摆脱不了。
通过人体的电流约为30mA时,人体四肢有暖热感觉。
流经人体的电流为300mA及以下横向电流持续几分钟时,随着时间和电流增加,可能产生可逆性的心节律障碍。
电流伤痕、烧伤、眩晕、有时失去知觉,超过300mA时,经常出现失去知觉的情况。
14.2.2.3特殊波形电流的电击效应 特殊波形电流的电击效应这里仅考虑短持续时间单向单脉冲电流的效应,在工业企业和民用建筑所用的电气设备中,也经常遇到。
短持续时间单向单脉冲电流的效应在内装电子元件的电器绝缘损坏或直接接触其带电体时形成的矩形或正弦形脉冲;
电容器放电的短持续时间单向脉冲。
这些脉冲当其持续时间为10ms及以上时,对人体的效应与图14.2-4相同;
对于0.lms~10ms持续时间的脉冲,其效应按下列能量率来表征。
心室纤维性颤动能量率Fe:
在电流路径、心脏时,相等(心脏跳动的幅值与时间的关系)给定条件下,引起一定几率的心室纤维性颤动的短持续时间单向脉冲的最小I2t值,以积分形式表示为:
Fe=∫i2dt
Fe乘以人体电阻得出脉冲期间耗散在人体的能量。
心室纤维性颤动电荷率Fq:
在给定的电流路径、心脏时,相等条件下,引起一定几率的心室纤维性颤动短持续时间单向脉冲最小It值,以积分形式表示为
Fq=∫idt
现以电容器放电为例。
电容器由放电开始到放电电流降至其峰值的5%的时间间隔为电容器放电的电击持续时间t1。
按指数衰减降到起初幅值1/e=0.3679倍所需的时间为时间常数T。
当ti=3T时,所有脉冲能量几乎耗尽。
电容器放电的感觉阈值和痛苦阈值取决于电极的形式、脉冲的电荷及其电流峰值。
以干手执大电极的人作为放电对象的感觉阈值及痛苦阈值.以能量率Fe表示的痛苦阈值对于通过手脚的电流路径及大接触面积来说为(50~100)×
10-6A2s数量级。
心室纤维性颤动阈值取决于脉冲电流的形式、持续时间及幅度、脉冲开始时的心脏时相、通过人体的电流路径及人的生理特征。
IEC曾在动物身上做过试验,其结果是:
对于短持续时间的脉冲,心室纤维性颤动一般仅在脉冲落在心动周期易损时间内发生;
对于电击持续时间小于10ms的单向脉冲,心室纤维性颤动的发生由Fq或Fe所决定。
图14.2-6示出心室纤维性颤动的阈值,对于50%的纤维性颤动几率,Fq为0.005As,Fe则由脉冲持续时间t1=4ms时的0.01A2s上升到t1=1ms时的0.02A2s。
该曲线给出路径以左手到双脚流过的电流的心室纤维性颤动危险几率.对于其它电流途径,则乘以表2的心电流系数F。
图中c1曲线以下,无纤维性出动;
c1曲线以上直到曲线c2以下,具有较低的心室纤维性颤动危险,几率直到5%;
c2曲线以上直到c3曲线以下,具有中等纤维性颤动危险,几率直到50%;
c3曲线以上,具有高纤维性颤动危险,大于50%几率。
14.2.3电击的防护措施
14.2.3.1直接电击的防护措施
直接电击保护又称正常工作的电击保护,也称为基本保护,主要是防止直接接触到带电体,一般采取以下措施。
(1)将带电体绝缘 带电部分完全用绝缘覆盖。
该绝缘的类型必须符合相应电气设备的标准,且只能在遭到机械破坏后才能除去。
绝缘能力必须达到长期耐受在运行中受到的机械、化学、电及热应力的要求。
一般的油漆、清漆、喷漆都不符合要求。
在安装
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