水中触电危险性浅析及对策研究

水质

温度

电压（v）

电流（ma）

电阻kω

清

洁

自

来

水

25℃

（50℃）

5

0.20(0.04)

250(125)

10

0.04(0.10)

250(100)

20

0.10(0.16)

200(125)

40

0.20(0.33)

200(121)

80

0.42(0.65)

190(124)

160

0.83(1.29)

192(124)

220

1.15(1.76)

191(125)

加入

消毒

剂自

来水

1/50000

25℃

（50℃）

5

0.17(1.26)

29.4(19.29)

10

0.29(0.47)

34.4(21.3)

20

0.60(0.91)

33.3(21.9)

40

1.19(1.80)

33.6(22.2)

80

2.40(3.56)

33.3(22.4)

160

4.90(7.10)

32.6(2.5)

220

6.80(9.68)

32.4(22.7

????　　注：括号内为水温50℃时的数据。

????　　结论：随着水的温度增高，其电阻减少，导电性增大；电压增高电流加大基本呈线性。当按比例加入消毒剂后（泳池、浴池量）水的电阻急剧减小，导电性激增，约为清洁水的5~10倍。

????3.2模拟水中的漏电实验

????　　实验方法：用一玻璃水箱注入自来水，底部铺设一金属板（模拟大地）作为一极，在水箱一侧壁水下固定一小块铜片（模拟漏电点）作为另一极（见图3），分别将两极用导线引出，加入50v变流电；用两只金属探头及电压表，测试水中三维空间任意两点间的电压及电位差。

????　　

????　　图3 模拟水中漏电实验示意图

????　　测试1：测试金属底板与水中空间任意点间的电压；将电压表一端接底板引线，另一端接一探头伸入水中测试，测试数据如表2所示。

????　　表2 水中漏电实验数据

????　　见表

?

距漏点距离（cm）

2

5

10

20

40

电压

（v）

水表面

31

26.5

17.3

8.9

4.4

水下20cm水平方向

15.3

13.5

11.6

6.7

3.6

????　　测试2：测试水中任意两点间电位差；将两探头间距固定，同时伸入水中任意方位测电位差，测试数据如表3所示。

????　　表3 水中漏电实验数据

????　　见表

?

距漏电点距离（cm）

5

10

20

30

电位差

（v）

两探头间距10cm

11.62

7.16

3.38

1.31

两探头间距5m

6.16

4.35

1.26

0.46

????　　注：水深约中间位置探头两点连线垂直漏电点的测试数据。

????　　结论：在漏电的水中任意点对地都产生电压，测试点与漏电点直线距离越近电压越高，越远电压越低（远到什么程度达到安全值或消失有待进一步研究）。在三维空间内任意两点间都产生电位差，两点间距与电位差大小成正比，测试位置距漏电点直线距离越近电位差越大，反之越小；两点连线垂直漏电点时电位差最大，倾斜减小，平行最小。

????4综合分析

????　　通过以上走访和水的导电特性及模拟漏电实验，试图探索人体在带电的水中发生电击时的电压分布、电流走向、水质温度影响等诸多问题，因为现行电气安全技术资料中对人体电阻、感知电流、摆脱电流等的定义均为人体两点间（手-脚、手-手）的测试数据，人体发生触电时可等效为两端元件的电阻来分析，而在水下情况则完全不同，实质是“固态”导体（人体）浸在带电且可导电的液体中形成的复杂电流走向。以上实验可知带电液体中任意两点间都形成电位差，而人体皮肤表面可导电的点数是无穷大的，且人体在水中的方位、姿态、悬浮、站立等情况均可影响触电电流的大小和途径，可见问题之复杂。通过实验可以推断以上事故中，同样全身浸在水中发生触电，有伤有亡系距漏电点距离不同（即承受电压不同）所致（去除个人身体因素）。另外，在水下电击伤害机理方面，将涉及大量诸如电致生物效应等生物医学方面的问题，估计难度更大，以上问题如能解决，将有利于制定或确认水下安全电压值（有资料介绍国外有2.5v安全电压），这是最基础的工作。

????5技术改进

????　　对具有水中触电危险的场所（含极度潮湿场所，以下简称“危险场所”）进行切实可行的技术改造，大幅度提高电气系统安全性是可以做到的，以下方案是在遵循现行标准前提下，从系统整体安全性角度出发设计提出的，至于密封、防腐、配电、绝缘等具体细节，应在制定或引进相关技术规范时详细规定。

????5.1对保护接零系统进行特殊处理

????5.1.1主要设计思想

????　　在普遍使用的380/220v低压供电系统中，现行接地、接零设计技术规范所规定的要求和技术参数，其主要目的是保证人身安全（非水下）和供电系统的安全可靠运行，其中保护零线的作用就是在接零设备发生碰壳短路时，通过零线产生足以使线路上保护装置可靠动作的相-零短路电流，即能够可靠地通过足够大的电流即可，并未考虑此电流在零线上产生电压降的大小，因此，零线的技术指标远低于相线；如在零干线材质的选择上，为降低成本，选用导电能力相对较差的型钢，而且导电能力一般按相线的50%考虑；而零支线导电能力则按相线的30%考虑，然而在“危险场所”提高零线的导电能力至关重要，可以大大降低故障设备外壳上的危险电压值，同时相-零短路电流增大，线路保护装置动作会更加迅速。以上情况可以看出，大幅度提高零线导电能力确有潜力可挖，而且对原电力系统各项安全指标只能加强无任何影响。

????　　鉴于以上考虑，对“危险场所”的保护接零系统进行特殊处理；试图通过大幅度提高零线导电能力；尽最大可能地减小重复接地电阻阻值，来提高系统的安全性是可以做到的。应该说明的是，以上方案经济成本将相应增大，但场所特殊，人命关天，安全第一。

????5.1.2改进方法一

????　　将供电系统原中性线（即零线）只用于系统单相设备的工作零线，另从变压器中性点出线处，引出并敷设一条截面积足够大的铜质电缆作为专用保护接零母线，各接零干、支线同样选用相应增大截面的铜质电缆，要求保护零线与设备外壳的连接方工和相线同等严格。专用保护零线截面积的选择，可根据系统容量按相线导电能力的一倍考虑；其他相关内容的设计仍执行现行标准。以上经特殊处理的“tn-s系统”（有专用保护零线的保护接零系统），其指标远远高于现行相关标准，目的是为达到“危险场所”特殊安全要求，尽最大可能降低漏电设备外壳在零线上产生的电压降。

????5.1.3改进方法二

????　　将按现行标准要求设置的重复接地电阻阻值，由原来的r_c小于等于10ω降低到r_c小于等于1ω，主要目的是进一步降低故障情况下接零系统与大地间的电位差以及等化电位，从而降低接触电压。这项要求为现行标准规定范围内并且实践证明可以达到的参数，实际可根据现场土壤情况，经济技术条件，理论上越小越好。

????5.1.4作用原理与效果评估

????　　图4为典型有重复接地的保护接零系统，在从设备发生碰壳短路时起，到线路保护装置动作完成后的短时间内，设备外壳所带电压u_jc为短路电流i _dl在保护零线pe上产生的电压降；经重复接地电阻r_c工作接地电阻r_o分压后产生。简化电路如图5所示。

????　　

?

????　　图4 有重复接地的保护接零

????　　假设按上述方法，将零线的导电能力提高到相线导电能力的一倍即零线阻抗为相线阻抗的1/2，则零线上的压降u _l为：

????　　

????　　图5 简化电路

????　　

????　　设r_o=4欧姆；r_c=1欧姆，则设备外壳所带电压u_jc为

????　　

????式中：u——电源相电压；

????　　u _l——零线电压降；

????　　u_jc——接触电压；

????　　z_x——相线阻抗；

????　　z_l——零线阻抗；

????　　r_o——电网工作接地电阻；

????　　r_c——重复接地电阻。

????　　说明：由于有r_o、r_c与零线并联，因此，u _l 与u_jc还应该低一些，如进一步加大零线导电能力，效果更加显著。若按现行标准不加改造，那么u_l与u_jc都将在100v以上。

????5.2加强等电位措施

????　　对“危险场所”采取接地体等电位措施，实现等电位环境，最大限度地减少或消除危险情况下的接触电压，除按现行相关标准实施外，另重申并要求以下部位做接地连接：

????（1） 水池构筑物的所有金属部件，包括构筑物内部钢筋。

????（2） 与水池循环、加热系统有关的电气设施金属外壳。

????（3） 与喷泉循环系统有关的所有电气设施金属外壳。

????（4） 与电力排灌设备有关的所有电气设施金属外壳。

????（5） 安全隔离变压器的金属外壳及铁心。

????（6） 与水中壁龛灯具相关的全部电气设施金属外壳。

????（7） 各供、用电系统配电盘、操作盘的金属外壳。

????（8） 全部金属构筑物及管线。

????　　5.3使用漏电保护开关

????　　为解决电器设备漏电以及人身意外触及带电体的保护问题，应使用漏电保护开关（国外有资料称“接地故障负荷开关”ground-fault circuit-interrupter）。近年来，国内漏电开关的产品随着先进技术的引进，质量、可靠性已有很大的提高，在“危险场所”推广使用漏电保护开关是一种行之有效的方法，但目前从相关国家技术标准中只有《手持式电动工具的管理、使用、检查和维修技术规程》gb3787-1983和建设部《施工现场临时用电安全技术规范》jg46-1988中规定了漏电保护开关的使用，其他场所并无明确规定，因此，“危险场所”中漏电保护开关的正确使用、安装等具体规定，应在将来制定或引进的安全标准中详细说明，现只提出原则要求：

????　　（1）以下设备应配备动作电流不大于30ma、动作时间不大于0.1s的漏电保护开关：

????① 各类水泵；

????② 所有照明灯具的电源支线；

????③ 电加热设备；

????④ 电力驱动的其他相关设备。

????（2）以下设备应配备动作电流不大于15ma、动作时间不大于0.1s的漏电保护开关：

????① 手持式电动、电热用具；

????② 办公室以外区域的全部电源插座。

????5.4安全隔离变压器的使用

????　　经调查了解目前“危险场所”中大量使用的水下照明灯供电电源为安全电压（电压值）供电，但是，其降压变压器不是国家标准《安全电压》中规定的特殊结构的“安全隔离变压器”，而是普通降压变压器，这在一般场所都是不安全的；另外，在喷泉、观赏池等水下大量使用的彩灯由未经隔离的220v市电供电，更是险象环生，因此，在“危险场所”正确推广使用安全隔离变压器以及早日解决《安全电压》标准能够适应“危险场所”的问题，同样是解决问题的重要环节。

????6结论

????　　解决“危险场所”电气安全问题既是一个较大规模的科研课题，又是一个专业性很强的安全管理系统工程，笔者在探索水中触电机理方面，从获取的第一手资料入手，试探性地做了一些简单实验，初步了解了带电水中的一些物理现象。在解决存在的问题时，从几个主要环节进行理论方面的探索和研究。可以得到以下结论：

????　　（1）“危险场所”的电气安全问题，涉及人们生产、生活，在人群聚集的休闲娱乐场所尤为突出，多年来，由于技术法规不健全，疏于管理，事故多发，对已经用生命代价凸显出来的安全问题必需解决。

????　　（2）人体在漏电的水中发生电击时，通过人体的电流走向复杂，其电流强度、与水质、水温及人体距漏电点距离、方位等密切相关，危险程度远远高于其他场合。

????　　（3）水中触电危险性及预防这一较大课题的研究，将涉及多学科、多领域诸多难题，全面彻底解决不现实，笔者认为，对触电机理等涉及生物医学方面的基础理论研究可暂缓进行，重点放在对“危险场所”的供电系统、电气设施进行技术改进，使其达到“危险场所”特需的安全要求。

????　　（4）建议主管部门组织专家调研、论证、立项，成立科研公关组，引进或制定相关技术标准、技术法规，尽快公布实施。

?1前言 ????　　随着我国人民生活水平的不断提高，生活方式丰富多彩，各地大最涌现出水上乐园、游泳池、洗浴中心等休闲娱乐场所，这其中诸如人工造浪、水力按摩、冲浪浴、桑拿浴、水下彩灯、喷泉等，都在量使用着各种电气设备和灯具。这些设备多数浸在水中，水是可导电介质，一但发生漏电，后果就十分严重，除尽快切断电源外几乎没有任何其他抢救方法（脱离电源），加上可导致二次事故（溺水），发生群死群伤决非危言耸听。近年来，各地上述场所发生触电伤亡事故的报道经常出现于媒体，一次死亡多人的事故时有发生。 ????　　笔者通过对本地已发生的多起水中触电事故现场技术调查发现，无论从电气设施的设计、安装到管理，都不同程度地存在违反现行电气安全规程的问题。由于专业从事设备安装的队伍素质不高，相关技术法规不健全，现场电气设施的选用、安装及防护装置的使用等随意性很大，不安全因素大量存在。如浴池使用自制电热桑拿炉，宾馆浴室内设普通电源插座，喷泉池观赏池使用工农业排灌用潜水电泵等，均属严重违章使用、操作行为，安全等级可想而知。 ????　　从近年来发生的多起水中触电伤亡事故来看，确有其极特殊性。例如，常规电气安全技术中所谓“摆脱电流”在水中无从谈起，在带电的水中危险电压如何分布（三维空间），人体在带电的水中发生电击时的电流走向及伤害机理，水下安全电压值究竟是多少等等。要弄清上述内容，明白其机理，决非易事，但尽最大可能地提高电气系统安全性，防止电气设备漏电及人身触电应是切实可行的。 ????　　然而，我国现行的电气安全技术标准中尚无水下电气安全的内容，处于无章可循的状态。在工农业生产和人民生活中，涉及电气设施与水密切相关的场所大量存在，都有水下及极度潮湿环境下的电气安全问题，因此，尽快制定相关技术标准与法规应是当务之急。 ????2一起典型事故案例的分析 ????　　1999年11月20日，某洗浴中心，由于设在热水池池壁上的水下照明灯（12v）外壳漏电，造成池中正在洗浴的人员一死二伤。笔者从现场技术调查和走访伤者、了解目击者入手，分别介绍事故调查情况并提出由此引发的问题。 ????2.1现场技术调查 ????　　经现场勘查测试，与此事故相关的设备为一个电热桑拿炉和一组水下照明灯，电气原理图如图1所示。 ????　　? ????　　图1 事故现场电气原理图 ????　　经测试查出，桑拿炉相线与金属炉壳发生短路故障，由于开关配置、保护零线阻抗及短路程度等多种原因，其短路电流未能使空气开关动作，此时，故障长时间存在，凡是接零设备的外壳均带有危险电压，由于池内12v照明灯外壳接零，因此，危险电压通过零线加到水池内的灯壳，使水中带电发生事故。 ????2.2问题一 ????　　电器设备发生碰壳短路是一种较常见的故障现象，按现行电气安全技术标准配备的各种保护设置（熔断器、空气开关等）在短路、过流保护时，一般都有一定的延时。由于发生碰壳短路时的情况复杂程度不同，这全延时时间从零点几秒到数分钟不等。在这段时间内漏电设备外壳带有危险电压，假设380/220v中性点直接接地供电系统，各项参数均符合现行标准要求，这个危险电压值超过100v（计算从略）。这种情况在水下将是致命的，因此时浸在水中的人体电阻已达到最小值（325~600ω，干燥皮肤约1500ω）触电电流将达到最大值，且处于无法摆脱的状态。以上说明现行保护接地与保护接零技术标准，在防止水中触电是不适用的。 ????2.3问题二 ????　　案例中，漏电点在水下照明灯外壳，但灯本身及灯用变压器并无故障，而是由接地线将故障电压引来，现场使用的进口灯具接线端子上没有专用接地线端子，按我国相关电气安全规程规定，电气设施的金属外壳接地是符合要求的。但另一方面，该灯使用12v“安全电压”，如按国家标准《安全电压》gb3805-1983中的规定“工作在安全电压下的电路必须与其他电气系统和任何无关的可导电部分实行电气上的隔离”，即不要求接地（需安全隔离变压器），该案例如灯壳不接地，那么这起事故完全可以避免，但《安全电压》标准中又规定了“本标准不适用于水下等特殊场所”。由此可见，尽快制定适用于水下的电气安全技术标准势在必行。关于国家标准《安全电压》与现行相关标准，在接地问题有矛盾以及如何解决的问题，可参阅《安全电压》编制说明。 ????2.4走访事故目击者及伤者 ????　　事故调查时，一目击者称“当时池中3人有两人在水中挣扎，一人（死者）不动，其中一人（伤轻，池中站立者）自行出来后蹲在地下不动，约十分多种后自行站起”。笔者在医院走访了重伤者，据其称“我当时蹲坐在池中间位置（不可能触及池壁灯壳）水没过胸部，刚要往起站时，突然感觉水里有电，就弹跳起来，倒在水里失去知觉，被救到池外醒过来后感到皮肤无知觉”。 ????　　通过以上走访可以确认以下事实：在漏电的水中，人没有直接触及水下漏电的金属部分可以发生触电；双腿站在水里的人伤害较轻，全身浸在水里的有重伤的，有死亡的；凡是浸入水中的人体皮肤表面都通过触电电流。 ????3实验 ????3.1水的导电特性实验 ????　　实验方法：将一内径10mm长250mm玻璃试管充满水，试管两端各设一电极并用导线引出，在两电极间加入交流电（见图2），分别测试不同电压、温度、水质情况下通过试管的电流，测试结果如表1所示。 ????　　 ????　　图2 水导电特性实验原理图 ????　　表1 水导电特性实验数据 ????　　见表 ?

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