HYAD-01 安全用電實訓裝置的安全電壓實訓

時慧喆

（山東科技大學工程實訓中心，山東青島 266590）

0 引言

安全電壓一般是指在人體不穿戴防護設(shè)備的情況下，短時間接觸，不致使人直接致死或致殘的電壓[1]。但關(guān)于安全電壓的概念并不統(tǒng)一，造成了人們對安全電壓概念上的誤解，以至于使人誤以為安全電壓的大小就是36 V，在實際使用安全電壓時出現(xiàn)各種錯誤，導致引起用電設(shè)備故障，人員傷亡及財產(chǎn)損失等嚴重的后果[2]。因此，為了防止生產(chǎn)、生活中使用安全電壓的不規(guī)范行為，保證人員和財產(chǎn)安全，讓參與工程實訓的本科學生掌握安全電壓的正確的概念和應(yīng)用是有益處的[3-5]。

1 實訓設(shè)備

HYAD-01 安全用電技能實訓裝置，由實訓工作臺如和實訓掛箱組成，實訓掛箱可以裝在實訓工作臺上，可以根據(jù)不同的實訓項目選擇不同的實訓掛箱來完成實訓內(nèi)容。本實訓選用的功能單元如下。

（1）三相五線電源輸出單元。用于在實訓中向用電回路的供電，可提供220 V，380 V 兩種電壓等級，使用前應(yīng)檢查急停旋鈕是否處在正常狀態(tài)；檢查保險座中的保險管是否有燒斷的情況，如果發(fā)現(xiàn)有保險管燒斷的情況應(yīng)及時告知指導教師進行更換。

（2）安全隔離變壓器單元。一次側(cè)繞組輸入220 V 電壓，二次側(cè)繞組可以輸出42 V，36 V，24 V，12 V 和6 V 等5 種國標規(guī)定的安全電壓。

（3）模擬人體電阻單元。有兩個電阻，參數(shù)分別是500 Ω/50 W 和1000 Ω/50 W。

（4）萬用表，連接導線若干。

2 實訓內(nèi)容

（1）使用萬用表分別測量安全變壓器二次側(cè)的5 個安全電壓輸出端（42 V，36 V，24 V，12 V 和6 V；0 V 為安全變壓器二次側(cè)電壓參考點），得到安全電壓的實際值，如圖1 所示。步驟：①將220 V 交流電從三相五線電源輸出單元上接出，U、V、W 三個相線端選其中一端連接到實訓掛箱安全變壓器單元一次側(cè)L 端，N 端（零線端）連接到安全變壓器單元一次側(cè)N端；②閉合電源總開關(guān)，按下啟動按鈕，將安全變壓器一次側(cè)開關(guān)閉合；③在二次側(cè)使用萬用表測量并記錄安全變壓器輸出的5 個等級安全電壓的實際值。測量時，萬用表黑色表筆接入變壓器二次側(cè)的公共端，紅色表筆測量接入需要測量的輸出端。

圖1 測量安全電壓的實際值

（2）連接回路（圖2），測量當5 個等級（42 V，36 V，24 V，1 2 V 和6 V）的安全電壓分別加載到模擬人體電阻（500 Ω和1000 Ω）上時，流過人體電阻的電流值。以電壓42 V，電阻500 Ω 為例，步驟：①將220 V 交流電從三相五線電源輸出單元上接出，U、V、W 三個相線端選其中一端連接到實訓掛箱一安全變壓器單元一次側(cè)L 端，N 線端連接到安全變壓器單元一次側(cè)N 端；②將安全電壓器二次側(cè)的42 V 端用導線與500 Ω 人體電阻的A 端連接起來，將B 端與萬用表mA級電流端連接起來，將萬用表COM 端與安全變壓器二次側(cè)公共端連接；③將萬用表的擋位調(diào)至200 mA 交流電流擋位，閉合電源總開關(guān)，按下啟動按鈕，將安全變壓器一次側(cè)開關(guān)閉合；觀測萬用表上的電流值。

圖2 測量流過人體電阻的電流

3 安全電壓是否安全的影響因素

安全電壓是否“安全”還取決于人體電阻的大小，人體電阻的大小決定流過人體的電流大小，雖然決定觸電后果嚴重程度的直接影響因素是電流的強度。然而，在具體應(yīng)用時，依然把安全電壓的大小作為參數(shù)來考慮，當人體電阻為一個定值時，安全電壓作用于人體時就可以得到一個與安全電壓值相對應(yīng)的電流值，這樣在進行安全措施的制定時，用安全電壓作為標準比安全電流更實用。

3.1 可通過人體的“安全”電流

當人遭遇觸電事故時，人可以主動脫離帶電設(shè)備避的電流大小一般被當作“安全”電流。國際電工委員會（IEC）制定的文件IECTC64 提供了電流對人體作用的曲線，當人體接觸一定大小的電流超過一定的時間就會出現(xiàn)一些生理反應(yīng)，但這類生理反應(yīng)還不足以致命[6]。但只是針對短時間的觸電來說。如果人長時間接觸帶電設(shè)備，就可能因為出現(xiàn)痙攣無法脫離帶電設(shè)備，就有可能出現(xiàn)危及生命的情況。

3.2 影響人體電阻大小的因素

人體電阻的并不是一個純電阻電路，它是由人體內(nèi)部電阻、皮膚電阻和皮膚電容組成的一個串并聯(lián)回路。所以人體電阻并不是一個確定的值，它受很多因素的影響：①皮膚表面干燥、完好時電阻大；如果皮膚表面潮濕、破損時電阻小。②帶電體與人體接觸面積越大電阻越小，帶電體與皮膚的接觸壓力越大人體電阻越小。③帶電體電壓越大，人體電阻越小。環(huán)境溫度、電源頻率等因素都會影響到人體電阻的大小。

由以上的兩個因素分析可知，安全電壓的確定是需要考慮多方面因素的，例如電源的獲取、電壓的限值、使用環(huán)境、方式、操作條件等

4 安全電壓的選用

根據(jù)國家標準《安全電壓GB 3805—1983》的要求安全電壓的等級為42 V，36 V，24 V，12 V 和6 V[7]；其選用需要綜合設(shè)備的特點、環(huán)境情況、人員素質(zhì)、使用方法、線路情況等因素來決定。安全電壓的上限都不得超過交流有效值50 V。在生活、生產(chǎn)中安全電壓的選擇可按以下7 種情形。

（1）家用及類似用途電器、特別危險環(huán)境中使用的手持工具應(yīng)采用42 V 及以下的安全電壓。

（2）在電擊危險環(huán)境中使用的手持照明燈和局部照明燈應(yīng)采用36 V 或24 V 電壓；隧道、人防工程電源電壓、機床局部照明燈、礦井、多導電粉塵、潮濕場所的電氣設(shè)備的安全電壓可采用36 V。

（3）室外燈具距離地面低于3 m，屋內(nèi)燈具距地面低于2.4 m 時，應(yīng)采用36 V 安全電壓。

（4）在潮濕和易觸及帶電體場所，電源電壓不大于24 V。

（5）在金屬容器內(nèi)、特別潮濕處等危險環(huán)境中使用的手持照明燈采用12 V 安全電壓。

（6）水下作業(yè)等場所應(yīng)采用6 V 安全電壓。

（7）醫(yī)用電氣的安全電壓值為24 V，但對于電極探入人體的醫(yī)療器械，必須遠遠小于24 V。

5 安全電壓的電源要求

安全電壓必須由特定的電源供電[8]，通常采用安全隔離變壓器或有相同隔離能力的發(fā)電機、蓄電池等均可作為安全電壓的電壓源；更重要的是安全電壓側(cè)與高壓側(cè)應(yīng)有較強的絕緣水平，以防止高電壓竄入。

但很多單位使用安全電壓不規(guī)范，如將普通的變壓器或自耦調(diào)壓器作為安全電壓的電源，或者使用串聯(lián)電阻分壓的方式獲取安全電壓。在這兩種情況的接線中，可能把安全電壓側(cè)接地，造成觸電；普通變壓器與安全隔離變壓器的結(jié)構(gòu)也是不同的，可采用以下改進措施。

（1）將一般降壓變壓器改為安全隔離變壓器，安全電壓側(cè)不能接地。

（2）未更換變壓器前，電路維持原狀，接地一端仍可接地，但安全電壓側(cè)的絕緣水平應(yīng)按原級電壓考慮，對絕緣要加強檢查。

（3）變壓器高壓側(cè)加裝漏電保護裝置。

6 總結(jié)

安全電壓是電氣安全技術(shù)領(lǐng)域非常重要的內(nèi)容，是保證安全使用電氣設(shè)備，確保人身安全的重要措施，掌握安全電壓有關(guān)內(nèi)容，對保障生產(chǎn)、生活中的人身安全具有重要的意義。