电气安全.docx

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电气安全

电气安全

班级安全工程

课程电气安全

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第1章电气安全基础

电气危害包括：

1．电气事故，分为故障型（电击、电气火灾和电气引爆、设备损坏）和非故障型（电击、电气火灾、设备损坏和质量事故）；

２．电磁污染，包括电磁骚扰和职业病。

二、电气危害的规律：

（了解）

1、电气危害总是缘于电能的非期望分配。

2、电气危害的发生一定伴生着电气参量的变化。

变化：

量值大小，特征、组合特性等。

三、绝缘材料和绝缘结构：

1、绝缘材料——导电能力很小的一类材料的总称，又称电介质。

①本质特征：

材料中基本没有可自由移动的载流子。

参数界定：

电阻率不低于107Ω·m。

用途：

对带电导体进行封闭、隔离。

物态：

气体、液体、固体绝缘。

典型材料：

空气、变压器油、塑料……

②绝缘材料的最常见电气参数为：

绝缘电阻率、介质损耗角（或介损因数）和介电强度。

这些参数只与介质材料有关，与介质形状、体积等无关。

介质材料电气参数受温度、湿度等环境条件影响较大。

2、绝缘结构及分类

①绝缘结构：

由一种或若干种绝缘材料构成的绝缘体，称为绝缘结构。

绝缘结构可理解为由绝缘材料所加工成的零件，以特定方式应用在电气设备上。

②分类：

1）绝缘结构按功能可分为工作绝缘和保护绝缘。

2）按保护功能区分的绝缘形式

（1）基本绝缘。

带电部件上对触电起基本保护作用的绝缘结构。

（介绍工作绝缘）

（2）附加绝缘。

为在基本绝缘损坏情况下防止触电而附加在基本绝缘之外的一种独立绝缘结构，又称辅助绝缘。

（3）双重绝缘。

由基本和附加绝缘共同构成的绝缘结构。

基本绝缘和附加绝缘是可以分开的，各自本身就是一个独立的绝缘结构。

（4）加强绝缘。

相当于双重绝缘保护程度的单独绝缘结构，由一种或若干种绝缘材料构成，但不能分拆，是一个整体。

四、绝缘检测的两种实验：

1、绝缘电阻测试

①测试设备。

兆欧表。

②测试内容。

吸收比，绝缘电阻。

吸收比：

K=（R60s）／（R15s）

2、介损角正切值tanδ测试

1）测试设备。

介损电桥，又称西林电桥。

2）测试结果。

介损角正切值。

5、电气地与电气接地

1、电气“地”：

可用作为参考电位且电容无穷大的物体。

用作参考电位:

任何扰动下，电位都保持不变。

（这一点实际上不可能完全做到）

电容无穷大：

可提供或接受任意多的电荷。

2、电气“接地”：

将电气系统或装置上导体的某一部分与电气“地”进行电气连接的技术措施。

六、接地的分类：

①功能性接地，②保护性接地（安全保护接地、防雷接地、防静电接地、阴极保护接地），③电磁兼容接地。

　第二章、低压配电系统

一、城市电网：

为城市送电和配电的各级电网的总称，它服务于一座城市的市区及所属（部分）郊区，简称城网。

1、城网供电设施

（1）城市变电所。

指起变换电压等级、并起集中和分配电能作用的供电设施。

（2）开关站。

起接受和分配电能作用的配电设施，又称开闭所，不变换电压等级。

（3）公用变配电所。

向低压电力用户供电的变配电所，与城市变电所原理类同，但在城网中所处地位不同。

2、城市电网的电源：

向城市电网提供电能的设施统称为城市供电电源。

（1）城市发电厂——生产电能。

（2）电源变电所——接受域外输入的电能，一般是输变电系统的输电线路从远方大型发电厂输送过来的。

新技术动态：

分布式发电技术，使得一些用户自备发电站也成为城市电网电源。

3、城市电网结构与电压层次

城市电网由送电网（220kV及以上，又称主网架、骨干网，电压等级最高）、高压配电网（35~110kV）、中压配电网（10kV、试验中的20kV）、低压配电网（0.38kV）等各级电压电网构成。

（1）送电网与枢纽变电所

送电网是城网中电压等级最高的电网，大城市多已达到500kV，一般城市为220kV。

送电网要求成环状网，一般要求成双环。

送电网上功率（潮流）可双向输送，有调度作用。

送电网上的城市变电所称为枢纽变电所。

枢纽变电所中，接受域外电能或城市发电厂电能的变电所称为电源变电所。

（2）高压配电网

枢纽变电所二次出线至区域变电所之间的电网，称为高压配电网，简称高配网。

区域变电所是城市中一个较小范围的供电设施，供电半径在主城区一般不超过10km。

500kV送电电压的城网中，高配网电压一般为220kV和110kV；220kV送电电压城网中，高配网电压一般为110kV和35kV。

高配网功率一般只单向流动，但也可能部分参与潮流调度。

2、低压系统按接地形式和带电导体形式分类

1、低压系统按接地形式分类：

①[1][2]系统。

[1]——电源系统接地情况：

I——不接地；（拉丁文Isolation隔离）；T——直接接地。

（拉丁文Terre大地）

[2]——负载设备外露可导电部分接地情况：

N——与电源系统接地点连接；（拉丁文Neutre中性）

T——直接接地，与电源系统地无人为电气联系。

②有TN、TT、IT三种形式。

1）、TN系统：

又分为TN-S、TN-C、TN-C-S三种：

-S——Spare：

PE线与N线是分开的。

-C——Combine：

PE线与N线是合用的。

-C-S——混合形式。

电源侧部分为TN-C，负荷侧部分为TN-S。

（1）TN-S系统：

PE线和N线自中性点后不能再有任何电气连接

三、常用低压配电电器

①低压开关、隔离器

1）开关：

能承载、通断正常（含规定的过负荷）电流，并能在规定时间内承受短路电流冲击、但不能开断短路电流的机械电器。

2）隔离器：

在断开状态符合规定隔离功能、能通断空载电路、且能承受正常电流和规定时间内短路电流的机械电器。

3）隔离开关：

在断开状态符合隔离器要求的开关。

（注意与中、高压电器名称的差异，不要混淆。

）

②熔断器

1）、熔断器工作原理

根据熔体受热所产生的物态变化，可分为四个阶段：

1）固态温升。

电流在熔体电阻上的损耗使熔体温度上升到金属熔化温度。

（2）定温熔化。

从熔体开始熔化到全部熔化。

（3）液态温升。

熔融金属液体温度上升至汽化。

（4）燃弧熄弧。

熔体汽化出现断点，产生电弧，并最终熄弧。

熔断与熔化：

熔体一旦“熔化”，便不可逆回，但须“熔断”，保护才实现。

熔化并不一定带来熔断。

使熔体熔化的最小电流称为熔化电流，使熔体熔断的最小电流称为熔断电流。

2）、保护特性及主要参数

（1）安－秒特性：

弧前时间与燃弧时间：

通电至起弧称为弧前时间，即t1～t3；起弧至熄弧称为燃狐时间，即t3～t4。

熔化时间——电流曲线

弧前时间——电流曲线

熔断时间——电流曲线

（1）壳架等级额定电流IrQ。

指断路器壳架部分的额定电流，包括接线2）主要参数

端子、主触头系统、连接导体等。

旧称断路器壳架等级电流，记为Imn。

（2）脱扣器额定电流IrR（或Irt）。

指装于壳架内的过电流脱扣器（Release或trip）。

旧称断路器额定电流，记为In。

相互关系：

运行电流须通过壳架才能流过脱扣器，因此脱扣器额定电流不可能大于壳架额定电流，即：

IrR≤IrQ。

（3）长延时脱扣器动作电流（Iop1）整定范围。

长延时脱扣器作过负荷保护用，其动作值整定范围是脱扣器额定电流IrR的函数。

典型情况为：

Iop1＝（0.6～1.0）IrR

在以上范围内根据保护计算结果确定动作值，可无级或有级调整。

（4）短延时脱扣器动作电流（Iop2）整定范围。

短延时脱扣器作与下级选择性配合的短路保护用，其动作值整定范围典型情况为：

Iop2＝（3～8）IrR短延时脱扣器动作延时也有一定的调整范围

（5）瞬时脱扣器动作电流（Iop3）整定范围。

瞬时脱扣器作短路保护用，其动作值整定范围典型情况为：

Iop3＝（5～10）IrR——配电用

Iop3＝（8～15）IrR——保护电动机用

（6）长延时脱扣器约定时间的约定电流。

约定时间：

IrR≤63A时，1h；IrR>63A时，2h。

约定不脱扣电流：

1.05IrR。

约定脱扣电流：

1.30IrR。

约定时间内的约定脱扣/不脱扣电流含义与熔断器类同。

3）类型：

（1）按保护特性：

选择型（B型，有短延时脱扣器）和非选择型（A型）；

（2）按用途：

配电型、电动机型、终端型；

（3）按检修安全性：

有隔离功能型和无隔离功能型；

（4）按设计型式：

开启式（旧称万能式或框架式）、模压外壳式（旧称塑料外壳式）。

四、低压系统短路电流计算：

①三相及两相短路电流计算

1）三相短路电流：

Ik=Uav／√3|zk|=Uav／[√3√（rk2+xk2）]（课本37页2-1、2-2）

2）两相短路电流：

Ik

（2）=（√3／2）Ik≈0.87Ik

式中Ik——三相稳态短路电流有效值（kA）；Ik

（2）——两相稳态短路电流有效值（kA）；

Uav——电源平均线电压（V）；zk——短路回路阻抗（mΩ）；rk——短路回路电阻（mΩ）；

xk——短路回路电抗（mΩ）。

②单相短路电流计算：

Ik

（1）=（UN/√3）/|ZφP|=Uφ/|ZφP|（课本38页）

ZφP——短路回路总相保阻抗（mΩ）；相电压Uφ=220V

五、低压配电线路的过电流保护

①过电流及保护原则

1）超过线路允许载流量的电流都叫过电流，有两种情况，一种是过负荷，另一种就是短路。

（1）过负荷。

轻度：

至百分之二～三十，缩短线路寿命；重度：

百分之百至少数几倍，短时间软化绝缘，引发漏电、短路等故障。

（2）短路。

短路电流大线路允许载流量的几倍至几十倍，甚至上百倍。

其危害已如前述。

2）保护原则：

保护装置应先于被保护元件被过电流效应损坏而动作。

第3章电击防护

一、电流通过人体的效应

1、电击形式

①直接电击：

人或动物触及到正常工作时带电的导体所产生的电击。

特点：

电击强度为线电压或相电压。

②间接电击：

人或动物触及到正常工作时本不带电、但却因故异常带电的导体所产生的电击。

特点：

点击强度差异很大，多因故障产生。

2、电流通过人体时的生理反映

（1）反应阈。

0.5mA。

（2）感知阈。

以50％概率计，男：

1.1mA；女：

0.7mA。

（3）摆脱阈。

以50％概率计，男：

16mA；女：

10.5mA。

（4）室颤阈。

是电流持续时间的函数，最低值50mA。

大于室颤阈的电流被认为是致命的。

3、结论：

正常环境条件下，人体阻抗取1000Ω（近似纯阻性）；工频安全电压取50V。

安全电流为30mA。

一般潮湿环境下工频安全电压取25V。

其他特殊环境条件下安全电压取值应非常谨慎。

二、设备及装置的电击防护措施

1、概述：

①是根本性措施，预防性措施。

主要防直接电击。

②基本思想：

消除接触到带电导体的可能性。

③具体技术手段：

绝缘、屏护与间距三种。

2、用电设备按电击防护方式的分类

①分类所考虑的因素：

绝缘、外壳上提供的保护可能、电压值。

②按电击防护方式划分的四类设备

1）0类设备：

仅依靠基本绝缘作电击防护的设备。

外壳上无保护连接环节。

2）I类设备：

具有基本绝缘、且金属外壳上提供保护连接环节的设备。

3）II类设备：

采用双重绝缘或加强绝缘的设备。

外壳上无保护连接环节。

4）II类设备：

由安全特低电压（SELV）供电的设备。

③、设备分类与电击防护的关系

（1）0类设备现只能用于非导电场所。

（2）I类设备用于正常电压供电的TT、TN、IT系统，不仅靠设备本身提供电击防护，一旦发生碰壳漏电，还可通过系统进行间接电击防护。

（3）II类设备用于正常电压供电的系统，完全靠设备自身进行电击防护。

从工程角度看，不考虑该类设备发生绝缘损坏的可能。

（4）III类设备用于特低电压（ELV）系统，若满足一系列的相关条件，即可不考虑电击发生的可能。

3、低压系统自身的电击防护性能分析

1、低压系统接地故障

①接地故障定义

相导体与大地或与大地有联系的导体之间的非正常电气连接，称为接地故障。

如：

相线与接地的PE线、PEN线、建筑物金属构件的电气连接，相线跌落大地等。

②接地故障与单相短路故障的异同：

是按两种标准对故障进行的不同分类。

（1）TT、TN、IT系统中，相线与中性线（如果有的话）间的金属性连接均为单相短路故障，但只有TT和TN系统中同时又是接地故障。

（2）TT、TN、IT系统中，相线与PE线间的金属性连接均为接地故障，但只有TN系统中同时又是单相短路故障。

2、TT系统的电击防护分析

①TT系统有降低碰壳故障预期接触电压的作用，但通常不能将其降低到安全电压以下。

②TT系统基本不可能靠切断电源保证安全。

3、①中性点对地电位偏移问题

UNE即系统中性点对地电位点电压。

三个后果：

1）N线带较高对地电压；2）系统接地点附近跨步电压；3）各相对地电压变化，有的高于相电压。

②TT、TN系统混用的危险

（TT设备碰壳，其他设备外壳全部带电）

4、TN系统的电击防护分析

①TN系统有降低碰壳故障预期接触电压的作用，但通常不可能将其降低到安全电压以内。

②TN系统有可能靠切断电源进行电击防护，关键是切断时间是否满足要求。

5、IT系统间接电击防护性能分析

①正常工作时，中性点为地电位，各相对地电压为相电压，三相对地电容电流之和等于零。

②碰壳接地故障分析：

流过碰壳设备的故障电流为接地故障电流，其量值为非故障相对地电容电流之和，量值很小。

1）故障相U相对地电压降为0V；

2）非故障相V相、W相对地电压升高为线压；

3）非故障相对地电容电流从碰壳接地点流入系统，其量值为正常时每相对地电容电流的3倍。

6、本节小结

①TT、TN系统均无直接电击防护能力，IT系统对相-地间直接电击可能有一定的防护能力，这取决于系统接地故障电流大小。

②TT系统靠接地电阻降低预期接触电压，但通常不能将其降至安全电压以内，自身电击防护性能不能满足电击防护要求。

③TN系统将碰壳接地故障转化为单相短路故障，靠过电流保护电器切断电源进行电击防护，有效性取决于切断时间。

④IT系统自身电击防护性能良好，只要系统线路总长度不超过规定值，发生一次碰壳故障时无电击危险，但二次碰壳故障有电击危险性，共同接地时靠过流保护电器切断电源进行电击防护，有效性取决于切断时间。

分别接地时无防护。

4、低压系统上专门的电击防护措施

1、剩余电流保护电器

①工作原理

1）理论基础：

KCL。

2）技术途径：

通过带电导体检测非带电导体（系统本身的或系统以外的）上是否流有电流。

②特性参数。

（1）额定电压、额定电流、极数等开关电器一般参数。

（2）额定漏电动作电流IΔn。

指在规定条件下，使RCD一定动作的最小剩余电流值。

（3）额定漏电不动作电流IΔno。

指在规定条件下，使RCD一定不动作的最大剩余电流值。

（4）漏电动作电流IΔ。

使RCD刚好动作的剩余电流值，非铭牌（样本）参数。

辩异：

IΔn、IΔno、IΔ。

——工程意识。

（5）RCD（C）分断时间。

2、电气隔离

①概念：

将一个器件或电路与另外的器件或电路在电气上完全断开的措施，以提供一个完全独立的规定的防护等级，使得即使基础绝缘失效，在机壳上也不会发生电击危险。

②安全条件：

使电气隔离在工程上有效承担电击防护任务所必须限定的各种因素，称为电气隔离的安全条件。

（1）通用技术条件。

1）电源。

电压、容量、隔离程度。

2）回路。

独立性、唯一性、电压长度积控制等。

（2）对单一设备隔离的补充要求。

（3）对多台设备隔离的补充要求。

3、特低电压

①分类：

特低电压ELV分为专为电击防护用（包括SELV和PELV）和兼做电击防护用（包括FELV）两大类。

1）SELV：

安全特低电压，不能接地。

高危险性场所。

2）PELV：

保护特低电压，可一点接地。

一般危险性场所。

3）FELV：

功能特低电压，工作本身需要低电压。

②特低电压限值

在任何条件下，任意两导体之间或任一导体与地之间允许出现的最大电压值。

与环境状况有关。

环境状况1：

皮肤阻抗和对地电阻降低（例如潮湿条件）。

环境状况2：

皮肤阻抗和对地电阻均可忽略不计（例如人体浸没条件）。

环境状况3：

皮肤阻抗和对地电阻均不降低（例如干燥条件）。

环境状况4：

特殊状况（例如电焊、电镀）。

另行规定。

5、作业场所的电击防护措施（理解）

1、非导电场所：

如果在任何情况下，作业场所人员都不可能同时触及到两个及以上带不同电位的导体，这种场所就称为非导电场所。

2、等电位联结的基本思想：

通过对特定对象实施规定的的电气连接，以降低电位差，从而降低甚至消除电击危险。

第4章雷电、建筑物防雷及工程接地装置

一、雷电的形成与危害（了解）

1、形成过程：

雷云，先导（向下先导、迎面先导）放电，主放电，余辉放电。

雷击方式：

直接雷击，感应雷击。

2、危害：

热效应，机械力效应，电磁效应。

能量巨大，破坏力强。

2、雷电能量在导体上的传输

1、传输线

①集中与分布参数电路

关键：

电路尺寸与电磁波波长的相对大小。

电路尺寸远小于电磁波波长——集中参数电路

电路尺寸可比于电磁波波长——分布参数电路

②传输线的波阻抗。

传输线上某一点同向传输的电压电流之比，叫做该点的波阻抗。

第五章过电压及低压系统电涌保护

一、概述：

①过电压指系统出现了超过正常电压范围的高电压值。

过电压主要对线路、配电设备和变压器危害大，低压系统中特定类型过电压对用电设备和环境也有危害。

②电涌是一种能量脉冲，以过电压或过电流形式表现。

电涌主要对低压系统、用电设备和电子信息设备危害大。

③一对矛盾——过电压与设备耐压。

过电压：

加害者及加害强度；设备耐压：

受害者的承受能力。

第三方——保护器件，避雷器或电涌保护器。

调和以上矛盾。

④电压是电场能量在电路中的表征参量，注意从能量转换与传递的角度理解过电压。

2．过电压与设备耐压

1、过电1）按能量来源分类：

2、电气设备耐压

1）重要概念1：

电气设备耐压与作用于其上的电压形式和作用时间、作用次数等密切相关。

作用于其上的电压——作用电压

2）重要概念2：

与标准作用电压相对应，规定了一系列标准耐受试验，通过这些试验，可得出设备绝缘在不同情况下的耐受电压能力，如：

最高工作电压：

能长期承受的工频电压上限值，由持续工频耐压试验确定。

1min短时工频耐压：

由短时工频耐压试验确定，考察对暂时过电压承受能力。

雷电冲击耐压：

由1.25μs/50μs冲击耐压试验确定，考察对雷电过电压的耐受能力。

三、变配电所过电压保护（了解）

1、中性点

1）所谓中性点是一个电气上的“点”，指若电源或负载中有这么一个点，它与外部指定各接线端之间的电压绝对值相等，这一点就称为中性点。

2）、中性点位移概念（深刻理解）

本质：

电气上的“中性点”与电路中的“节点”的对应关系变化。

典型现象：

Y接负载星接节点不再是电气中性点，使得各相电压不再相等。

4、（了解）①电涌：

以雷击电磁脉冲（LEMP）和（或）操作电磁脉冲（SEMP）为骚扰源，在电气电子系统中耦合的能量脉冲。

②电涌兼容模式：

骚扰源、耦合机制、感受器

第六章电气环境安全

一、电气火灾概述

①着火的必要条件：

火源、可燃物、助燃剂。

②电气火灾的火源

（1）、电火花与电弧：

0.5A的电弧就可能引发火灾。

（2）、高温：

1）电阻损耗。

2）绝缘损耗。

3）铁心损耗。

二、电气火灾的起因、特点与危害

（一）引燃途径

①、电弧与电火花

属于明火直接引燃。

飞溅的高温熔融金属形成二次火源的问题。

②、高温

1）软化绝缘，导致短路，引发火灾。

2）分解物质产生可（易）燃气体。

3）直接烤燃。

一些物质燃点较低，如纸的燃点大约为130℃，在高温下会着火。

因此，高温不仅是火源，还可能间接导致电弧产生，还是可燃物的制造者。

（二）电气火灾的具体起因

1、接触不良。

2、过电流。

3、异常电压升高。

4、不稳定短路或接地故障。

5、绝缘缺陷。

6、铁损过大。

7、电动机机械运动受阻。

8、误操作。

9、设计选型或安装失误。

10、雷击。

（三）电气火灾的特点与危害

1、特点：

分布性、持续性和隐蔽性。

2、危害：

多发于人员密集的建筑物内，烟、温等共同造成伤害。

已有多起群死群伤特大事故案例。

3、电磁污染与电磁兼容（一般性知道）

1、电磁环境：

存在于给定场所的所有电磁现象的总和，这个总和与时间相关，对其描述可能要用到统计的方法。

2、电磁兼容性：

设备或系统在其电磁环境中能正常工作，且不会对环境中其他主体构成不能承受的电磁骚扰的能力。