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电学仪器金属外壳带电的原因及消除方法 山东沂水县技工学校 李恩花 在做中学物理实验时大量使用金属外壳电学仪器，例如低压电源、示波器、信号发生器等。这些仪器使用时需接在220V交流电源上，人体经常与机壳接触，有时会有麻电的感觉，用测电笔测试时，氖泡会发亮，甚至有个别学校因此发生过触电死亡事故。以上问题的发生，显然是电学仪器的外壳带了“电”。那么电学仪器的外壳为什么会带“电”呢？如何防止电学仪器外壳带电伤人呢？就这两个问题分析如下： 一、电学仪器外壳带电的原因 1．电学仪器外壳正常带电 大多数电学仪器外壳带电属于正常带电，一般称这种“电”为感应电，测出的电压为感应电压。也有人称这种“电”为电容电流或漏电流。它的特点是：电压高，而电流非常小。一般对人体没有直接危害，只是个别对电特别敏感的人有麻电的感觉。电学仪器外壳带这种“电”的原因是什么呢？ 上面说的感应电压指的是正常的电学仪器对大地绝缘时，电学仪器外壳与大地之间的电压。由电学仪器的内部电路与电学仪器外壳之间的绝缘电阻和分布电容的容抗引起的阻抗设为  ，另外，电学仪器的外壳与大地也有一等效阻抗，其值设为 ，由电学仪器外壳与大地的绝缘电阻和电学仪器外壳与大地的分布电容容抗并联等效而成。根据电路串联的特点，可求得电学仪器外壳的对地电压为： V，而和又相差不大，因而，U外在110V左右，一般大于70V，这个电压足以使测电笔氖泡发亮。但由于很大，即使人站在地上直接接触电学仪器外壳，通过人体的电流也很小，远远小于人体触电电流的安全界限。故对人体不会有直接危害。2．电学仪器外壳不正常带电 电学仪器外壳因某种原因与电源线接通或电学仪器绝缘损坏而带电称为电学仪器外壳的不正常带电。此时电学仪器外壳对地电压与电源电压几乎相等，对人体的安全有很大威胁。电学仪器外壳不正常带电的常见原因有以下几种：①电学仪器使用时间过长，超过其正常使用寿命。目前我国，特别是农村中学有相当一部分电学仪器使用年限过长（10年以上，有的甚至超过20年），超出它的正常使用寿命。一般电学仪器超过使用寿命后，内部绝缘材料因老化致使绝缘不良，元件也会老化。使用时经常出现故障，一些学生用拍拍打打的方法来解决，这样，电学仪器随时可能发生外壳带电现象，给学生的人身安全带来伤害。因此应有“电学仪器使用寿命”的概念，让旧电学仪器按时退休。②电源插座接线错误。有许多电学仪器使用三芯插头，其中较粗长的一根与电学仪器外壳直接连接。配用的三眼插座左孔接中性线，右孔接火线，中间上方的孔可与接地体相连或与公用中性线相连。然而，老式的楼房和农村实验室往往只有一根火线一根中性线进户，而不少学校图方便将三眼插座中间上方的孔的接线与三眼插座左孔的中性线接在一起。这种接线表面上看似乎也采用了接零保护，但实际上却是一种错误的接线，隐含着极大的危险。如果插座的火线和零线接反，或因检修等原因将室外火线和零线对调，这时电器虽能正常工作，但外壳却会因与火线相连而带电；即使插座的接线未接反，当零线断线或接触不良时，电学仪器外壳接地回路被断开，电学仪器外壳通过负载后与火线相连而带电。③电学仪器内部接线柱的绝缘损坏或严重污染。此时爬电距离减小，绝缘电阻下降严重时电学仪器外壳就会带电。④电学仪器内部的连接导线、零部件绝缘损坏或严重受潮时，绝缘电阻下降很多，会引起电学仪器外壳漏电。 二、正常带电和不正常带电的区别方法 方法一：把电学仪器的金属外壳与一只普通白炽灯泡一极相连，灯泡的另一极与大地或电源的零线相连。若灯泡不亮，一般属于正常带电；若灯泡与接在220V的交流电源上亮度一样，则内部绝缘已击穿；若灯泡比接在220V交流电源上时暗一些，则内部绝缘不良而漏电，且灯泡越亮，漏电越严重。后两种带电属于电学仪器的不正常带电。 方法二：用万用表电阻档（R×10K档）测量电学仪器外壳与电源引线间的电阻。若阻值为零，则内部绝缘已击穿；若阻值小于2MΩ，则内部绝缘不良而漏电，且阻值越小漏电越严重；若阻值为无穷大或大于2MΩ，则为正常带电。 三、怎样消除电学仪器外壳所带的电 由以上分析可以看出，电学仪器外壳的不正常带电，特别是电学仪器内部绝缘击穿短路时，人体一旦接触电学仪器外壳，加在人体上的电压是220V的交流电压，有致命的危险。虽说电学仪器外壳的正常带电，即感应电压，不会对人体造成直接危害，但外壳电压较高时有麻电的感觉，少数对电特别敏感的人，也会受到惊吓。目前消除电学仪器外壳带电的技术措施主要有以下四种： 1．保护接地 就是把在故障状态下可能带电的金属壳体同接地体可靠地连接起来。电学仪器采用保护接地后即使外壳因绝缘不好而带电，这时使用者碰到机壳就相当于人体和接地电阻并联，而人体电阻远大于接地电阻，因此流过人体的电流就很小，保证了人体的安全。采用了保护接地后若电器的绝缘被击穿，这时的短路电流很大，只要选择合适的短路保护装置（熔断器），一般熔丝被烧断（只在火线上安装熔断器），把电学仪器的电源切断，确保了使用电学仪器人员的安全。 2．保护接零 就是把电学仪器的金属壳体，通过连接导线与供电线路系统中的零线可靠地连接起来。这种方式主要用于三相四线制电源中性点直接接地供电系统。发达国家在这种保护方式中，装设专用保护零线，也就是采用三相五线制供电。采用保护接零后，如果电器的绝缘损坏而碰壳，由于中线的电阻很小，所以短路电流很大，立即使电路中的熔丝烧断，切断电源，从而消除触电危险。 3．漏电保护器 漏电保护器是为了防止漏电或触电的保护仪器。当电学仪器泄漏电流超过额定值（线路末端安装的漏电保护器动作电流小于30毫安，动作时间小于0．1秒）时，该装置跳闸，断电。它经常与保护接地或保护接零合用，形成双重保险。 4．双重绝缘或加强绝缘 双重绝缘是指除基本绝缘（工作绝缘）之外，还有一层独立的附加绝缘用来保证在基本绝缘损坏时，防止电器外壳带电，保护使用者。采用双重绝缘的电学仪器上标有一个特殊的符号，是一个大写的“回”字。由于具有双重绝缘，它不会因一层绝缘损坏而发生触电事故，因此不必为它装设漏电保护器，也没必要安装接地线，所以这类电学仪器配置的电源插头都是两脚式的。这类电学仪器虽然很安全，但由于绝缘外壳的机械强度和耐高温性能差，它只能做成小功率的电学仪器。目前我国，特别是在农村中学使用的金属外壳电学仪器大多是八十年代校办工厂生产的，基本上没有采用双重绝缘措施。加强绝缘是指绝缘材料机械强度和绝缘性能都增强的基本绝缘，它具有与双重绝缘相同的保护能力。 除采用双重绝缘的电学仪器外，其他金属外壳的电学仪器必须采用的安全保护措施是在保护接地或接零并按规定配用电源保险丝的基础上，装设漏电保护器。 最后谈谈关于保护接地和保护接零的选用。根据目前我国的实际情况，城镇中学由于线路维护水平较高，宜采用保护接零。农村中学若和村民使用同一台变压器，由于低压供电线路长、线路维护水平低，公用中性线断路的可能性存在，应采用保护接地。接地体应尽量选用自然接地体，例如自来水管或其它接地的管道，最好是把接地的管道接在一起，这样可以减小接地电阻。若农村中学自己采用一台独立的变压器，也应采用保护接零。这是因为对电学仪器采用保护接零比采用保护接地的效果好。在这里应该强调的是：在同一低压电网中（使用同一台变压器或同一台发电机的用户），不允许一部分用户采用保护接地另一部分用户采用保护接零。 (责任编辑：admin) |