第五节　安全电压和电气隔离

根据欧姆定律，电压越高，电流也就越大。因此，可以把可能加在人身上的电压限制在某一范围之内，使得在这种电压下通过人体的电流不超过允许的范围，这一电压就叫作安全电压，也叫作安全特低电压。应当指出，任何情况下都不要把安全电压理解为绝对没有危险的电压。具有安全电压的设备属于Ⅱ类设备。

一、安全电压限值和额定值

1.限值

限值为任何运行情况下，任何两导体间不可能出现的最高电压值。我国标准规定工频电压有效值的限值为50V、直流电压的限值为120V。

一般情况下，人体允许电流可按摆脱电流考虑；在装有防止电击的速断保护装置的场合，人体允许电流可按30mA考虑。我国规定工频电压50V的限值是根据人体允许电流30mA和人体电阻1700Ω的条件确定的。

我国标准还推荐：当接触面积大于1cm2、接触时间超过1s时，干燥环境中工频电压有效值的限值为33V、直流电压限值为70V；潮湿环境中工频电压有效值的限值为16V、直流电压限值为35V。

2.额定值

我国规定工频有效值的额定值有42V、36V、24V、12V和6V。特别危险环境中使用的手持电动工具应采用42V安全电压；有电击危险环境中使用的手持照明灯和局部照明灯应采用36V或24V安全电压；金属容器内、特别潮湿处等特别危险环境中使用的手持照明灯应采用12V安全电压；水下作业等场所应采用6V安全电压。当电气设备采用24V以上安全电压时，必须采取直接接触电击的防护措施。

二、安全电压电源和回路配置

1.安全电源

通常采用安全隔离变压器作为安全电压的电源。其接线如图5-4所示。除隔离变压器外，具有同等隔离能力的发电机、蓄电池、电子装置等均可做成安全电压电源，但不论采用什么电源，安全电压边均应与高压边保持加强绝缘的水平。

采用安全隔离变压器作安全电压的电源时，这种变压器的一次与二次之间有良好的绝缘；其间还可用接地的屏蔽隔离开来。安全隔离变压器各部绝缘电阻不得低于下列数值：

带电部分与壳体之间的工作绝缘　　2MΩ

带电部分与壳体之间的加强绝缘　　7MΩ

输入回路与输出回路之间　　5MΩ

输入回路与输入回路之间　　2MΩ

输出回路与输出回路之间　　2MΩ

Ⅰ类变压器的带电部分与金属物体之间　　2MΩ

Ⅰ类变压器的金属物件与壳体之间　　5MΩ

绝缘壳体上内、外金属物件之间　　2MΩ

安全隔离变压器的额定容量，单相变压器不得超过10kV·A、三相变压器不得超过16kV·A、电铃用变压器的额定容量不应超过100V·A、玩具用变压器的额定容量不应超过200V·A；安全隔离变压器的额定电压，交流电压有效值不得超过50V、脉动直接电压不得超过V、电铃用变压器的分别不应超过24V和V、玩具用变压器的分别不应超过33V和V。当环境温度为35℃时，安全隔离变压器的各部最高温升不得超过下列数值：

金属握持部分　　20℃

非金属握持部分　　40℃

金属非握持部分的外壳　　25℃

非金属非握持部分的外壳　　50℃

接线端子　　35℃

橡皮绝缘　　30℃

聚氯乙烯绝缘　　40℃

变压器的输入导线和输出导线应有各自的通道。固定式变压器的输入电路中不得采用插接件。可移动式变压器（带插销者除外）应带有2～4m的电源线。导线进、出变压器处应有护套。

下一节所述对隔离变压器的一些要求对于安全隔离变压器也是适用的。

2.回路配置

安全电压回路的带电部分必须与较高电压的回路保持电气隔离，并不得与大地、保护导体或其他电气回路连接，但变压器一次与二次之间的屏蔽隔离层应按规定接地或接零。如变压器不具备加强绝缘的结构，二次边宜接地或接零，以减轻一次与二次短接的危险。对于普通绝缘的电源变压器，一次线长度不得超过3m，并不得带入金属容器内使用。

安全电压的配线最好与其他电压等级的配线分开敷设。否则，其绝缘水平应与共同敷设的其他较高电压等级配线的绝缘水平一致。

3.插座

安全电压的设备的插销座不得带有接零或接地插孔。为了保证不与其他电压的插销座有插错的可能，安全电压应采用不同结构的插销座，或者在其插座上有明显的标志。

4.短路保护

为了进行短路保护，安全电压电源的一次边、二次边均应装设熔断器。变压器的过流保护装置应有足够的容量。一般不采用自动复位装置。

三、功能特低电压

如果电压值与安全电压值相符，而由于功能上的原因，电源或回路配置不完全符合安全电压的条件，则称之为功能特低电压。其补充安全要求为：装设必要的屏护或加强设备的绝缘，以防止直接接触电击；当该回路同一次边保护零线或保护地线连接时，一次边应装设防止电击的自动断电装置，以防止间接接触电击。其他要求与安全电压相同。

四、电气隔离

电气隔离是采用电压比为1∶1，即一次边、二次边电压相等的隔离变压器实现工作回路与其他电气回路电器上的隔离。

1.电气隔离安全原理

如图5-5所示，电气隔离安全实质是将接地的电网转换成一范围很小的不接地电网。在正常时情况下，图中a、b两人的遭遇是大不相同的。由于N线（或PEN线）是直接接地的，流经a的电流将沿系统的工作接地和重复接地成回路，a的危险性很大；而流经b的电流只能沿绝缘电阻和分布电容构成回路，电击危险性可以得到控制。

2.电气隔离的安全条件

应用电气隔离须满足以下安全条件：

（1）隔离变压器必须具有加强绝缘的结构，其温升和绝缘电阻要求与安全隔离变压器相同，这种隔离变压器还应符合下列要求；

①最大容量单相变压器不得超过25kV·A、三相变压器不得超过40kV·A。

②空载输出电压交流不应超过1000V、脉动直流不应超过1000V、负载时电压降低一般不得超过额定电压的5％～15％。

③隔离变压器具有耐热、防潮、防水及抗振结构；不得用赛璐珞等易燃材料作结构材料；手柄、操作杆、按钮等不应带电；外壳应有足够的机械强度，一般不能被打开，并应能防止偶然触及带电部分，盖板至少应由两种方式固定，其中，至少有一种方式必须使用工具实现。

④除另有规定外，输出绕组不应与壳体相连；输入绕组不应与输出绕组相连；绕组结构应能防止出现上述连接的可能性。

⑤电源开关应采用全极开关，触头开距应大于3mm；输出插座应能防止不同电压的插销插入，固定式变压器输入回路不得采用插接件；移动式变压器可带有2～4m电源线。

⑥当输入端子与输出端子之间的距离小于25mm时，则其间须用与变压器连成一体的绝缘隔板隔开。

⑦Ⅰ类变压器应有保护端子，其电源线中应有一条专用保护线；Ⅱ类变压器没有保护端子。

（2）二次边保持独立，即不接大地，不接保护导体，不接其他电气回路。如图5-6所示，如果变压器的二次边接地，则当有人在二次边单相电击时，电流很容易流经人体和二次边接地点构成回路。因此，凡采用电气隔离作为安全措施者，还必须有防止二次回路故障接地及窜连其他回路的措施。因为一旦二次边发生接地故障，这种措施将完全失去安全作用。对于二次边回路线路较长者，还应装设绝缘监视装置。

（3）二次边线路电压过高或副边线路过长，都会降低回路对地绝缘水平，增大故障接地的危险，并增大故障接地电流。因此，必须限制电源电压和二次边线路的长度。按照规定，应保证电源电压U≤500V、线路长度L≤200m、电压与长度的乘积UL≤100000V·m。

（4）等电位联结

图5-7中的虚线是等电位联结线。如果没有等电位联结线，当隔离回路中两台相距较近的设备发生不同相线的碰壳故障时，这两台设备的外壳将带有不同的对地电压。如果有人同时触及这两台设备，则接触电压为线电压，电击危险性极大。因此，如隔离回路带有多台用电设备（或器具），则各台设备（或器具）的金属外壳应采取等电位联结措施。这时，所用插座应带有等电位联结的专用插孔。