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王厚余:喷水池电击事故起因简析



人们在庭园中常以喷水池作景观点缀,为此需在池内装用220 V及以上电压的灯具和水泵电动机。由于水下电气环境特殊,喷水池电击事故常有发生,对此在建筑电气设计中应予以高度重视。


1 我国喷水池电击事故多发的主要原因


喷水池不同于游泳池。游泳池内不得装用超过12 V电压的电气设备,而喷水池内由于功能性的要求不得不装用220 V及以上电压的灯具和水泵电动机。水下220 V及以上电压的电气设备和线路绝缘一旦损坏,水下将因电位差而出现电压梯度(voltage gradient),处在过大的电压梯度内的人体非但因表皮湿透大大降低人体阻抗,而且体内将呈现若干电流通路而引发心室纤颤等电击致死危险。另外当水下人体电流超过5 mA时,还可能因肌肉痉挛人体无法动弹而溺水致死,因此IEC标准规定喷水池内的电气设备和线路通电时人体不得进入池内,否则需按游泳池的规定执行,即水下电气装置电压不得超过12 V。


为策安全,喷水池水下设备必须满足IPX8的防水要求,即它能长期浸在水下而无有害影响 ,但我国水下电气设备产品往往难以满足这一要求。虽然在电源线路上装有I Δ n = 30 m A的RCD,但因设备进水漏电RCD无法合闸。为将就使用,只得将RCD拆除,这无异解除了一道防电击的保障。当人体因无知或其他原因进入喷水池内时电击事故就难免发生。这可能是我国喷水池电击事故常见多发的一个重要原因。


2 Ⅱ类设备和等电位联结不能防水下电击


水下电击事故和地上电击事故的发生是大不相同的。如上述,水下电击多由水下电压梯度引起,而地上电击则多因人体手足肢体同时接触带不同电位的导电部分而引起。下述二案例可说明这一不同。


某电冰箱厂人工湖喷水池曾发生一起电死7人的群亡事故。事故缘由是一小孩不慎坠入湖内,当时有十几人入水救此小孩,他们并未接触水下电气装置的外露导电部分,有几人在水下感到电麻急爬上岸幸免一死,但有7人未能爬出而死于水下。上海一冲浪浴池,其产生冲浪的电动水泵位于另室。因水泵电机绝缘故障,故障电压沿金属水管导入冲浪浴池。池内沐浴人虽未接触带故障电压的水管,但都感到电麻,纷纷爬出浴池。但一老者无力爬出而死于水下。事后验尸证明此老者系电击致死。冲浪浴池虽非喷水池,但和上例一样都能说明水下电击致死的主要起因并非人的肢体在水下与两不同电位导电部分的接触,而是全部人体与水下电压梯度的大面积接触。


笔者与同行讨论喷水池电击事故和防范措施时,不少同行将地上防电击措施套用到水下。认为水下采用双重绝缘的Ⅱ类设备,使设备在绝缘故障时外壳不带电压或采用等电位联结来消除或降低接触电压就可防水下电击。这一观点恐有待商榷。对地上低压电气装置而言,空气可视为绝缘介质而不存在电压梯度,而喷水池内的水则是导电的介质,应重视它形成的电压梯度或电场电击伤人的危险性。恐不能简单地将空气中的防电击理论和措施套用于水下。


3 采用隔离变压器供电不能防水下电击


用变比为1 ∶ 1的隔离变压器供电的防电击措施,国际电工标准称之为保护分隔(protective separation),单相隔离变压器的绝缘需经3 750 V高压打压1 min无损方认为合格。在地面上采用隔离变压器供电是一项非常可靠的防电击措施,如图1所示,它所供设备可与地接触,但不接PE导体,即不接地。这样它就不会因沿PE导体传导来的别处的故障电压Uf而引发电击事故。当设备自身发生图1所示碰外壳绝缘故障时,接触电压Ut限于图中非故障相L 2对地容抗XC和对地接触电阻R而大大小于接触电压限值UL,所以这两种电击危险都不可能发生,在地面上它是非常安全的防电击措施。



但在水下情况就与地上大大不同,电线电缆的芯线和水都是导体,两者间只隔着一层导体的绝缘,其间形成的电容C比在地面上要大许多,容抗XC= 1 / (2π f C)要小许多,故障电流Id无疑将大许多。如图2所示,当水下设备相线L1发生碰外壳绝缘故障时,故障电流Id的路径将为:相线L1→ 设备外壳 → 设备外壳与水间的接触电阻R → 水电阻 RH2O →人体阻抗Z→ 水电阻RH2O → XC → 相线L2 → 变压器阻抗ZT → 相线L1。由于水下XC 的减小和Id的增大,水下电压梯度和电击危险也随之增大。因此经隔离变压器以220 V电压给喷水池水下设备供电时不能象地面上那样可靠地保证水下的人身安全。



如果在水下发生两个绝缘故障,如图3所示相线L 2也发生绝缘故障,理论上这时故障电流Id的路径与图2相同,只是将图2中的XC 换为L 2与池水间的接触电阻R′。显然,R′甚小于XC,电击危险将更大。



综上所述,可知用隔离变压器作保护分隔给喷水池水下220 V设备供电,由于设备电压大大超过12 V,不论发生一个绝缘故障还是两个绝缘故障,水下过大电压梯度都可引发电击事故。


遗憾的是我国广泛执行的JGJ16 - 2008《民用建筑电气设计规范》(以下简称《民规》)第12. 9. 4条第3款第2)项,在无任何前提条件下规定喷水池的0、1区内供电回路可由隔离变压器供电,很容易使人误以为喷水池的220 V电气设备只要用隔离变压器供电就可和地面上一样保证安全。电气设计如按此执行后果将是严重的。经笔者查阅,《民规》这一规定是有根据的,它是依据1997年版 IEC 60364 -7 - 702:1997 第702. 471. 3. 2条编写的。错误出在它忽略了IEC该条规定的前提是该标准第702.2. 21. 1条,即喷水池不让人进入,让人进入的喷水池须按游泳池规定执行,即池内设备电压不得大于12 V。从《民规》这一不妥规定可知正确采用IEC标准必须深入了解该标准内各条文间的相互关系,也须深入了解IEC各个建筑电气标准之间的相互关系,否则是很易出错的。我国有些电气设计规范引经据典,言之凿凿,表明其某条是依据IEC标准某条,但如果对IEC标准理解不深,在规范编制中将IEC标准引用错误或断章取义或采用过时的IEC标准,在技术上出现偏差,作为规范条文其所起的误导作用和不良影响是令人担心的。


4 结语


喷水池水下不可避免地需使用220V甚至380 V的电气设备,但我国生产的水下电气设备难以满足IPX8防水要求,使水下出现电压梯度。我国一般老百姓缺乏电气安全知识,常误入喷水池内,导致事故的发生,分析事故原因时往往首先检查电气设计中的问题。虽然许多问题出在产品质量、施工安装和维护管理上,但由于设计文件内未交待清楚,设计人员常难辞其咎。笔者认为喷水池电气设计必须符合新版IEC 60364 - 7 - 702:2010 的要求,在设计文件内必须明确以下重点要求,以确保电气安全,避免一旦发生事故,电气设计人员蒙受不白之冤:


a. 水下电气设备必须满足IPX8防水要求。


b. 水下电源回路不得有接头,如有接头必须采取保证接头不进水的措施。


c. 喷水池边树立警示牌,告诫喷水池通电时人体不得进入池内。


d. 确保水下电源回路上的RCD的有效动作。


e. 宜定期测试水下电气装置的绝缘水平。人们在庭园中常以喷水池作景观点缀,为此需在池内装用220 V及以上电压的灯具和水泵电动机。由于水下电气环境特殊,喷水池电击事故常有发生,对此在建筑电气设计中应予以高度重视。



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