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电气安全笔记电气安全：安全领域中与电气相关联的科学技术及管理工程。主要包括人身安全与设备安全两个方面。人身安全是指在从事工作和电气设备操作使用过程中人员的安全；设备安全是指电气设备及有关其他设备、建筑的安全。电气安全工作的主要任务研究各种电气事故及其发生的机理、原因、规律、特点和防护措施。研究运用电气方法，即研究运用电气监测、电气检查和电气控制等方法来评价电力系统的安全性和解决生产中用电的安全问题。第1章 电气安全基础一、电力系统 实现电能的生产、输送、分配和使用全过程的各个环节构成了一个有机联系的整体，这个整体就称为电力系统。2. 额定电压和电压等级1）用电设备的额定电压 用电设备的额定电压与同级电网的额定电压一致。国家规定，一般在用户处电压偏移（电网实际电压与 额定电压之差）不得超过5。2）发电机的额定电压 比同级电网额定电压高5，用于补偿电网上的电压损失。3）变压器的额定电压 变压器接于电网首端，与发电机引出端相连时：一次绕组额定电压应与发电机额定电压相同；二次绕组额定电压高于同级电网额定电压5。变压器接于电网末端：一次绕组额定电压应与电网额定电压相同；二次绕组额定电压高于同级电网额定电压5。3.电力系统的质量指标 1）电压（偏移、波动、波形）2）频率（系统运行时，要求整个系统任一瞬间保持一致。）二、工业企业供电2.企业高压供电由电力负荷的性质及供电可靠性决定 1）一级负荷 为中断供电将造成人身伤亡，或在政治、经济上将造成重大损失者，如重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。 2）二级负荷 为中断供电将在政治、经济上造成较大损失者，如主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重大企业大量减产等。 3）三级负荷 为一般的电力负荷，所有不属于上述一、二级负荷者三、工业企业配电（电力系统接线方式）1.开式电力网 由一端电源向用户供电的电力网叫开式电力网或单源电力网，采用这种接线方式，用户只能从一个方向获得电源。2.闭式电力网 由两条或多条电源线路向用户供电的电力网。1.2 电气事故一、电气事故特点1.电气事故危害大2.电气事故危险直观识别难 3.电气事故涉及领域广 4.电气事故的防护研究综合性强二、电气事故的类型1.触电事故（电击、电伤） 2.静电危害事故（火灾、爆炸、坠落、恐惧心理、妨碍生产）3.雷电灾害事故（火灾、爆炸、人员伤亡、电气设备击穿或烧毁）4.射频电磁场危害（辐射、感应放电）5.电气系统故障危害（火灾、爆炸、异常带电、异常停电）三、触电事故的分布规律1触电事故季节性明显2低压设备触电事故多3携带式设备和移动式设备触电事故多4电气连接部位触电事故多5农村触电事故多7青年、中年人以及非电工人员触电事故多8误操作事故多 1.3 电流对人体的作用一、电流对人体的作用1.伤害程度与电流大小的关系（电流越大、伤害越严重）1）感知电流和感知阈值 感知电流是指电流流过人体时可引起感觉的最小电流。感知电流的最小值称为感知阈值。正常人体，感知阈值平均为0.5mA，并与时间因素无关。2）摆脱电流和摆脱阈值 摆脱电流是指人在触电后能够自行摆脱带电体的最大电流。摆脱电流最小值称为摆脱阈值。正常人体，摆脱阈值平均为10mA，与时间无关。3）室颤电流和室颤阈值 室颤电流是指引起心室颤动的最小电流，其最小电流即室颤阈值。2.伤害程度与电流持续时间的关系（时间越长、危险性越大）.伤害程度与电流途径的关系（流经心脏的途径最危险）4.与电流种类的关系 100Hz以上交流电流、直流电流、特殊波形电流也都对人体具有伤害作用，其伤害程度一般较工频电流轻。二、人体阻抗1.皮肤阻抗ZP（以皮肤电阻和皮肤电容并联表示）2.体内阻抗Zi（可视为纯电阻）3.人体总阻抗ZT ZT= Zp+ Zi 第二章 直接接触电击防护 2.1 绝缘：是指利用绝缘材料对带电体进行封闭和隔离，把不同电位的导体分隔开，使之在电气上不相连接，没有电流通过。用作电气绝缘的材料称为绝缘材料或电介质。种类： 气体绝缘材料：空气、氮、氢、二氧化碳、六氟化硫 液体绝缘材料：绝缘矿物油、十二烷基苯、聚丁二烯、硅油、三氯联苯、蓖麻油 固体绝缘材料：树脂绝缘漆、绝缘纤维制品、漆布、漆管、绑扎带、云母、电工用薄膜、粘带、塑料、橡胶、玻璃、陶瓷一、绝缘材料的电气性能1.绝缘电阻率和绝缘电阻2.电介质的极化和介电常数 在电场作用下电介质中的电荷质点在电场方向上产生有限的位移的现象就称为电介质的极化。 介电常数是表明电介质极化特征的性能参数。3.介质损耗 在交流电压作用下，电介质中的部分电能不可逆地转变成热能，这部分能量叫做介质损耗。单位时间内消耗的能量叫做介质损耗功率。介质损耗将使电介质发热，加速绝缘老化，是导致固体电介质热击穿的根源。对于电气设备中使用的电介质，要求它的tan越小越好，当绝缘。受潮或劣化时，因有功电流明显增加，会使tan值剧烈上升二、绝缘的破坏（击穿、老化、损坏）1.绝缘击穿 当施加于电介质上的电场强度高于临界值时，会使通过电介质的电流突然猛增，这时绝缘材料被破坏，完全失去了绝缘性能，这种现象称为电介质的击穿。发生击穿时的电压称为击穿电压，击穿时的电场强度简称击穿场强。1）气体电介质的击穿（碰撞电离 击穿后可恢复）提高击穿场强的方法：高真空、高气压。2）液体电介质的击穿（小桥理论 击穿后一定程度上可恢复） 提高击穿场强的方法：使用前纯化、脱水、脱气；使用过程中避免杂质的侵入。3）固体电介质的击穿（击穿后失去绝缘性能）（1）电击穿 固体电介质在强电场作用下，其内少量处于导带的电子剧烈运动，与晶格上的原子（或离子）碰撞而使之游离，并迅速扩展下去导致的击穿。特点是电压作用时间短，击穿电压高。（2）热击穿 固体电介质在强电场作用下，由于介质损耗等原因所产生的热量不能够及时散发出去，会因温度上升，导致电介质局部熔化、烧焦或烧裂，最后造成击穿。特点是电压作用时间长，击穿电压较低。（3）电化学击穿 固体电介质在强电场作用下，由游离、发热和化学反应等因素的综合效应造成的击穿。特点是电压作用时间长，击穿电压往往很低。（4）放电击穿 固体电介质在强电场作用下，内部气泡首先发生碰撞游离而放电，继而加热其他杂质，使之气化形成气泡，由气泡放电进一步发展，导致击穿。 实际上，绝缘结构发生击穿，往往是电、热、放电、电化学等多种形式同时存在，很难截然分开。2.绝缘老化1）热老化 一般在低压电气设备中，促使绝缘材料老化的主要因素是热。2）电老化 主要由局部放电引起，在高压电气设备中，促使绝缘材料老化的主要原因是局部放电。3.绝缘损坏 绝缘损坏是指由于不正确选用绝缘材料，不正确地进行电气设备及线路的安装，不合理地使用电气设备等，导致绝缘材料受到外界腐蚀性液体、气体、蒸汽、潮气、粉尘的污染和侵蚀，或受到外界热源、机械因素的作用，在较短或很短的时间内失去其电气性能或机械性能的现象。另外，动物和植物也可能破坏电气设备和线路的绝缘结构三、绝缘检测和绝缘试验1.绝缘电阻试验1）绝缘电阻的测量（兆欧表测量） 原理 测量 在兆欧表上有三个接线端钮，分别标为接地E、电路L和屏蔽G。一般测量仅用E， L两端，E通常接地或接设备外壳， L接被测线路、电机、电器的导线或电机绕组。测量电缆芯线对外皮的绝缘电阻时，为消除芯线绝缘层表面漏电引起的误差，还应在绝缘层上包以锡箔，并使之与G端联接。2）吸收比的测定 工程上常把吸收电流 i2 持续的过程称为吸收现象。绝缘良好时，吸收电流持续的时间长达数十秒或数分钟，绝缘劣化或受潮时，吸收电流持续的时间短，而且泄漏电流增大，吸收现象不明显。因此，利用这一事实可通过测量吸收比 Ka 来判断绝缘是否受潮和内部有无缺陷。2.耐压试验 主要用以检查电气设备承受过电压的能力。2.2 屏护和间距一、屏护1.概念、种类及应用 屏护是一种对电击危险因素进行隔离的手段，即采用遮拦、护罩、护盖、箱匣等把危险的带电体同外界隔离开来，以防止人体触及或接近带电体所引起的触电事故。屏护还起到防止电弧伤人，防止弧光短路或便利检修工作的作用。（屏蔽、障碍）2.屏护装置的安全条件第三章 间接接触电击防护3.1 IT系统（保护接地系统）一、接地的基本概念 接地：就是将设备的某一部位经接地装置与大地紧密连接起来。1.接地分类（正常接地和故障接地） 工作接地：正常情况下有电流流过，利用大地代替导线的接地，以及正常情况下没有或只有很小不平衡电流流过，用以维持系统安全运行的接地。 安全接地：正常情况下没有电流流过的起防止事故作用的接地。 故障接地：带电体与大地之间的意外连接。2.接地电流和接地短路电流 凡从接地点流入地下的电流即属于接地电流。系统一相接地可能导致系统发生短路，这时的接地电流叫做接地短路电流。（在高压系统中，接地短路电流500A及以下的称小接地短路电流系统；接地短路电流大于500A的称大接地短路电流系统。）3.流散电阻和接地电阻 接地电流入地下后自接地体向四周流散，这个自接地体向四周流散的电流叫做流散电流。 流散电流在土壤中遇到的全部电阻叫做流散电阻。接地电阻是接地体的流散电阻与接地体的电阻之和。4.对地电压和对地电压曲线 电气 “地”：当电气设备发生接地短路时，在距离单根接地体或接地短路点20m以外的地方，电位已近于零，电位等于零的地方即称为电气 “地”。 对地电压：带电体与电位为零的大地之间的电位差。 如果用曲线来表示接地体及其周围各点的对地电压，这种曲线就叫做对地电压曲线。5.接触电动势和接触电压 接触电动势是指接地电流自接地体流散，在大地表面形成不同电位时，设备外壳与水平距离0.8m处之间的电位差。 接触电压是指加于人体某两点之间的电压。6.跨步电动势和跨步电压 跨步电动势是指地面上水平距离为0.8m（人的跨距）的两点之间的电位差。 跨步电压是指人站在流过电流的地面上，加于人的两脚之间的电压。二、IT系统的安全原理 将在故障情况下可能呈现危险对地电压的金属部分经接地线、接地体同大地紧密地连接起来，把故障电压限制在安全范围以内的做法就称为保护接地。 在不接地配电网中采用接地保护的系统即为IT系统。三、保护接地的应用范围保护接地适用于各种不接地配电网。四、接地电阻的确定 五、绝缘监视 采用高内阻的电压表六、过电压的防护 把低压配电网的中性点或者一相经击穿保险器接地。3.2 TT系统 在接地配电网中采用接地保护的系统。TT系统的原理 一般情况下不能采用TT系统。除非采用其他措施确实有困难，且土壤电阻率较低的情况下，才可考虑采用TT系统。且必须同时采取快速切除接地故障的自动保护装置或其他防止电击的措施，并保证零线没有电击的危险。 TT系统主要用于低压公用用户，即用于未装备配电变压器，从外面引进低压电源的小型用户。3.3 TN系统（保护接零系统） 配电网低压中性点直接接地，电气设备接零的保护接零系统。一、TN系统的安全原理及类别二、TN系统速断和限压要求 国家标准以额定电压为依据作了一个比较简明的规定： 对于相线对地电压220V的TN系统，手持式电气设备和移动式电气设备末端线路或插座回路的短路保护元件应保证相、零线短路持续时间不超过0.4s；配电线路或固定式电气设备的末端线路应保证短路持续时间不超过5s。三、保护接零的应用范围 中性点直接接地的220/380三相四线配电网。 TN-S系统 有爆炸危险、火灾危险性较大或安全要求较高的场所，宜用于独立附设变电站的车间。 TN-C-S系统 宜用于厂内设有总变电站，厂内低压配电的场所及民用楼房。 TN-C系统 可用于无爆炸危险、火灾危险性不大、用电设备较少、用电线路简单且安全条件较好的场所。四、重复接地 零线上除工作接地以外的其他点的再次接地。 减轻零线断开或接触不良时电击的危险性 降低漏电设备对地电压 缩短漏电故障持续时间 改善架空线路的防雷性能五、工作接地 工作接地指配电网的一点在变压器或发电机近处的接地。 工作接地的主要作用是抑制故障时配电网对地电压不致升高太多，以免过分增加触电的危险性，并减轻绝缘的额外负担或防止绝缘击穿。其次，由于接地的配电网中单相接地故障电流可达到数安乃至数十安，故障比较容易被检测，故障点也比较容易确定。3.4 保护导体 保护导体的组成 保护导体包括保护接地线、保护接零线和等电位联结线。 保护导体分为人工保护导体和自然保护导体。交流电气设备应优先利用自然导体作保护导体。保护干线必须与电源中性点和接地体（工作接地、重复接地）相连。保护支线应与保护干线相连。为了保持保护导体导电的连续性，所有保护导体上均不得安装单极开关和熔断器。 等电位联结 等电位联结指保护导体与建筑物的金属结构、生产用的金属装备以及允许用作保护线的金属管道等用于其他目的的不带电导体之间的联结（包括IT系统和TT系统中各用电设备金属外壳之间的联结）。 “有可能带电伤人或物的导电体被连接并和大地电位相等的连接就叫等电位联结。”“设备和外漏可导电部分的电位基本相等的电气连接。”“在一定范围内对外露可导电部分作电位实质上相等的电气连接，使人可能触及到的所有导电部位都处在同一电位水平上。”等电位联结作用降低用电场所内的接触电压，消除沿电源线路导入故障电压的危险，防雷电入侵危害。IEC 标准术语“Bonding”(联结) 与一般的“连接”( Connection ）一词相区别，虽然等电位联结也是一种连接，但此连接的含义有只传送电位而不传导电流的特性。 用于等电位连接的导线称为等电位联结线（Equipotential Bonding Conductor )，常简称为联结线（Bondlng Conductor ) ，它不构成回路、不是回路导体、基本上不传送电流（包括故障电流)、只传导电位，使供电范围内的可导电部位电位相等或接近。主等电位联结（Main Equipotential Bonding）在建筑物的进线处将PE干线、接地干线、总进水管、总出水管、采暖和空调竖管、建筑物（构筑物）金属构件和其他金属管道、装置外露可导电部分等相连结。辅助等电位联结（Supplementary Equipotential Bonding）在某一局部将上述管道构件相连结。（作为补充，进一步提高安全水平）等电位联结的目的构成等电位空间 相-零线回路检测 停电测量法 相-零线回路检测 不停电测量法 零线连续性测试3.5 接地装置 接地装置：是接地体（极）和接地线的总称。分类： 按接地体的结构，接地体可分为两类：即自然接地体与人工接地体。 按接地体布置的方式，又可分为两种：外引式接地体与网络式接地体两种。自然接地体和人工接地体 自然接地体是用于其他目的，且与土壤保持紧密接触的金属导体工接地体可采用钢管、角钢、圆钢或废钢铁等材料制成。 优先利用自然接地体！接地线 交流电气设备应优先利用自然导体作接地线。在非爆炸危险环境，如自然接地线有足够的截面积，可不再另行敷设人工接地线。接地装置的安装 当网络接地体外部跨步电动势大于允许数值时，应采取适当的措施。其措施主要有：1)敷设帽檐式均压条 2敷设互不连接的均压 3降低接地电阻的施工法1. 高土壤电阻率地区(1) 外引接地法 (2) 接地体延长法 (3) 深埋法 (4) 换土法(5) 化学处理法 这种方法是在接地周围置换或加入低电阻率的固体或液体材料，以降低流散电阻。 2. 冻土地区 在冻土地区，为提高接地质量，可以采用下列各种措施：（1）将接地体敷设在融化地带或融化地带的水池、水坑中；（2）敷设深钻式接地体，或充分利用井管或其他深埋在地下的金属构件作接地体；(3） 在房屋融化盘内敷设接地体；（4） 除深埋式接地体外，再敷设深度为 0.5m 的延长接地体，以便在夏季地层表面化冻时起流散作用；（5） 在接地体周围人工处理土壤，以降低冻结温度和土壤电阻率。 第四章双重 绝缘、加强绝缘、 安全电压和漏电保护第一节 双重绝缘和加强绝缘 工作绝缘：又称基本绝缘或功能绝缘，是保证电气设备正常工作和防止触电的基本绝缘，位于带电体与不可触及金属件之间。 保护绝缘：又称附加绝缘，是在工作绝缘因机械破损或击穿等而失效的情况下，可防止触电的独立绝缘，位于不可触及金属件与可触及金属件之间。 双重绝缘：是兼有工作绝缘和附加绝缘的绝缘。 加强绝缘：是基本绝缘经改进后，在绝缘强度和机械性能上具备了与双重绝缘同等防触电能力的单一绝缘，在构成上可以包含一层或多层绝缘材料。第2节 特低电压保护原理：通过对系统中可能会作用于人体的电压进行限制，从而使触电时流过人体的电流受到抑制，将触电危险性控制在没有危险的范围内。1特低电压限值 任何运行条件下，允许存在于两个可同时触及的可导电部分间的最高电压值。2特低电压额定值 我国国家标准规定了对应于特低电压的系列，其额定值(工频有效值)的等级为：42V、36V、24V、12V和6V第3节 电气隔离 电气隔离是指使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技术措施，其目的是通过隔离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。在工程上，最常用的方法是用1:1（即一次侧与二次侧电压相等）的隔离变压器进行电气隔离。第4节 漏电保护漏电保护是利用漏电保护装置来防止电气事故的一种安全技术措施。 一、漏电的定义在电力系统中，当带电导体对大地的绝缘阻抗降低到一定程度，使经该阻抗流入大地的电流增大到一定程度，我们就说该带电导体发生了漏电故障，或者说该供电系统发生了漏电故障，简称漏电。二、漏电的危害1.人身触电 当电器设备因绝缘损坏而使外壳带电，而工作人员又接触此外壳时，就会导致人身触电事故，此时入地电流的一部分将要从人体流过，其数值大到一定程度就会造成工作人员的伤亡。2.引起短路事故 长期存在的漏电电流及电火花使漏电处的绝缘进一步损坏，最后危及相间绝缘而造成短路。3.烧损电气设备，引起火灾、爆炸 漏电电流在通过设备绝缘损坏处时将散发出大量的热，使绝缘进一步损坏，甚至使可燃性材料着火燃烧。漏电所产生的电火花，若电火花具有足够的能量，就可能点燃爆炸性混合物。4.严重影响生产 一旦电网发生漏电，就必须停电处理，因而严重影响生产。三、漏电保护（一）附加电源直流检测式漏电保护 保护原理：电网若发生漏电故障，最容易检测到的是电网各相对地绝缘电阻的下降。可以设想在三相电网中附加一独立的直流电源，使之作用于三相电网与大地之间，这样，在三相对地的绝缘电阻上将有一直流电流流通，该电流大小的变化直接反映了电网对地绝缘电阻的变化，有效地检测和利用该电流，就可以构成附加电源直流检测式漏电保护。（二）零序电流检测式漏电保护 保护原理：电气设备漏电时，将呈现出异常的电流和电压信号。漏电保护装置通过检测此异常电流或异常电压信号，经信号处理，促使执行机构动作，藉助开关设备迅速切断电源。 第五章 电气线路5.1 电气线路的种类及特点一、架空线路 杆塔支持导线和避雷线，使导线与导线、导线与大地之间保持一定的安全距离； 横担支承导线； 绝缘子使导线与杆塔间保持绝缘； 金具连接导线或将导线固定在绝缘子上，以及将绝缘子固定在杆塔上，也可用于连接绝缘子或保护绝缘子和导线等； 导线传输电能； 避雷线将雷电流引入大地，以保护电力线路免遭雷击。（一）导线 导线的材料主要是铝、铜、钢等。目前主要采用铝线，个别情况下也采用铝合金线。钢线由于电阻率高，仅个别小容量线路中采用，由于钢线的机械强度高，且价格低廉，故避雷线一般采用钢绞线。 除有些低压配电线路使用外包绝缘导线外，架空线一般都采用裸导线，其结构有以下三种：1.单股线 由单根实心金属线构成，用在负荷小又不重要的线路上。2.多股绞线 由同样材料金属线数根绞合而成，性能优于单股线，架空线多采用多股绞线。3.钢芯铝绞线 这种绞线是将铝线绕在钢线的外层，由于集肤效应，电流主要从铝线部分通过，而导线的机械荷载则主要由钢线承担。在架空线路上应用最广，是35KV及以上架空线路采用的主要导线。 （集肤效应：又叫趋肤效应，当交变电流通过导体时，电流将集中在导体表面流过，这种现象叫集肤效应。） 在钢芯铝绞线中，随铝线部分截面积比值的不同，机械强度也不同，因此，又可将其分成三类：普通型，型号为LGJ，铝线和钢线截面积比值为5.36.0；加强型，型号为LGJJ，铝线和钢线截面积比值为4.34.4；轻型，型号为LGJQ，铝线和钢线截面积比值为8.08.1。无论是单股或多股、一种或两种金属制成的导线，其型号后面的数字总是代表主要载流部分（并非整根导线）额定截面的平方毫米数。 LGJ240型 普通型钢芯铝绞线，其主要载流部分（铝线部分）的额截面积为240mm2。（二）杆塔 根据使用目的和受力情况的不同，架空线路的杆塔可以分为以下几种类型： （1）直线杆 又称中间杆，用于线路走向成直线处，绝缘子串和导线相互垂直。 （2）耐张杆 又叫承力杆，当线路发生断线或直线杆倒杆时，在两侧拉力不平衡的情况下，将断线的影响限制在断线点相邻的两级耐张塔（耐张段）之间。在耐张杆上，绝缘子串和导线在同一曲线上，杆塔两侧导线以跳线相连。 （3）转角杆 转角杆用在线路的转角处，两侧导线拉力不在一条直线上，一般用拉线平衡转角处的不平衡拉力。当转角很小时，转角杆和直线杆相似，仅绝缘子串不完全垂直地面而略有偏斜。 （4）终端杆 设置在进入发电厂或变电所的线路末端的杆塔，承受最后一个耐张段内导线的拉力。如不设置终端杆，这种拉力将施加在发电厂或变电所的建筑物或配电构架上，使它们的土建投资增加。 （5）特种杆 主要有跨越杆和换位杆两种。 当线路跨越河流、山谷时，中间无法设置杆塔，档距很大，需要用高大的跨越杆。由于三相导线在杆塔上的排列常常是不对称的，将出现三相导线电气参数不平衡的情况，为此需要在线路上每隔一定距离，将三相导线进行轮流变换位置以使三相导线的电气参数均衡。导线在杆塔上换位需用专门的换位杆，有耐张换位杆和直线换位杆两种。 在一定长度内，三相导线分别处于三个不同的位置，完成一次完整的循环，称为一次整循环换位。二、电缆线路（一）电缆的构造 电缆的构造一般包括：导体、绝缘层和保护层三部分。（二）电缆的敷设敷设电缆应选择距离最短的线路。在地面除考虑各种建筑物与构筑物的布置及地形因素外，应尽量减少穿越铁路、公路、管道以及和通讯电缆的交叉次数。1.直接埋地敷设2.电缆沟敷设3.穿管敷设在电缆容易受到挤压或机械损伤的场所应采用穿管敷设。4.架空敷设生产厂房内，可沿墙、天棚、梁、柱等采用支架或吊挂方法进行架空敷设。架空线路与电缆线路对比 类别优点缺点架空线路1. 造价低；2. 机动性强；3. 便于检修。1. 妨碍交通和建设，易受空气中杂质的污染；2. 可能碰撞或过分接近树木及其他高大设施或物件，导致电击、短路等事故。电缆线路1. 不妨碍市容和交通；2. 供电可靠，不受外界影响，不易发生因雷击、风害、冰雪等自然灾害造成的故障。1. 造价高；2. 不便分支；3. 施工和维修难度大。5.3 线路安全条件一、导电能力（发热、电压损失、短路电流） 1. 发热（安全载流量） 各种导线的最高运行温度都有一定的限制。 第三节 线路安全条件2.电压损失 例题某6kV配电线路，其负荷大小与分布如下图所示。导线几何均距为1m，其中AB、BC、CD段分别选用LJ-50、LJ-25和LJ-16型导线，试计算干线的电压损失。 第四节 负荷计算负荷计算的目的： 确定导线截面，确定变压器及开关电器的容量；校验电压损失，选择和整定保护元件；确定电能消耗量和无功补偿装置。一、设备功率的确定 用电设备的额定功率 或额定容量 是指铭牌上的数据。对于不同负载持续率下的额定功率或额定容量，应换算为统一负载持续率下的有功功率，即设备计算功率 。负载持续率：也叫暂载率，指设备能够满载工作时间的比率（负载工作时间与全周期时二、负荷计算的ABC法（成组设备计算功率）实用计算式中K等值台数，按计算（为i台设备的额定功率），并按四舍五入的原则取整数。第i种功率设备的台数。系数 B 按下式计算：系数 C 按下式计算：例题 某机械车间用电负荷及设备分组情况见下表，为方便供电将设备分为6组，分别布置在两条干线上，第一条干线供第1、2、3、4组，第二条干线供第5、6组，试计算第一条干线上用电设备的计算负荷。 第六章 电气设备安全6.1 用电设备安全 正常情况下，有绝缘地板（如木地板）、没有接地导体或接地导体很少的干燥、无尘环境，属于无较大危险的环境。普通住房、办公室、某些实验室、仪表装配车间等均属于无较大危险的环境。 1.用电环境类型 无较大危险的环境 有较大危险的环境 特别危险的环境 正常情况下，有绝缘地板（如木地板）、没有接地导体或接地导体很少的干燥、无尘环境，属于无较大危险的环境。普通住房、办公室、某些实验室、仪表装配车间等均属于无较大危险的环境。 空气相对湿度经常超过75的潮湿环境； 环境温度经常或昼夜间周期性地超过35的炎热环境； 含导电性粉尘，即生产过程中排出工艺性导电粉尘（如煤尘、金属尘等），并沉积在导线上或进入机器、仪器内的环境； 有金属、泥土、钢筋混凝土、砖等导电性地板或地面的环境； 工作人员同时一方面接触接地的金属构架、金属结构、工艺装备；另一方面又接触电气设备的金属壳体的环境。 机械厂的金工车间和锻工车间，冶金厂的压延车间、拉丝车间、电炉电极车间、电刷车间、煤粉车间、水泵房、空气压缩站、成品库、车库等都属于有较大危险的环境。 室内天花板、墙壁、地板等各种物体都潮湿，空气相对湿度接近100的特别潮湿的环境； 室内经常或长时间存在对电气设备的绝缘或导电部分产生破坏作用的腐蚀性蒸气、气体、液体等化学活性介质或有机介质的环境； 具有两种及两种以上有较大危险环境特征的环境。 很多生产厂房，如铸造车间、酸洗车间、电镀车间、电解车间、漂染车间、化工厂的大多数车间，以及发电厂的所有车间、室外电气装置设置区域、电缆沟等，都属于特别危险环境。 2.电气设备外壳防护等级 对于额定电压不超过72.5kV，借助外壳防护的电气设备的防护分级。 防止人体接近壳内危险部件； 防止固体异物进入壳内设备； 防止由于水进入壳内对设备造成有害影响。 外壳防护等级由IP（International Protection)代码来标示。 第一位特征数字表示外壳防止人体接近壳内危险部件及固体异物进入壳内设备的防护等级。第一位特征数字：0 无防护，1防止手背接近危险部件 防止直径不小于50mm固体异物，2防止手指接近危险部件 防止直径不小于12.5mm固体异物 3防止工具接近危险部件 防止直径不小于2.5mm固体异物 4防止直径不小于1.0mm金属线接近危险部件 防止直径不小于1.0mm固体异物 5 防止直径不小于1.0mm金属线接近危险部件 防尘 6 防止直径不小于1.0mm金属线接近危险部件 尘密 第二位特征数字表示外壳防止由于进水而对设备造成有害影响的防护等级（不要求规定特征数字时，用“X”代替）。第二位特征数字简要说明0无防护1防止垂直方向滴水2防止当外壳在15o范围内倾斜时垂直方向的滴水3防淋水4防溅水5防喷水6防强烈喷水7防短时间浸水影响8防持续潜水影响 在实际防护高于第一位特征数字代表的防护等级时，以及当第一位特征数字用X代替，仅需表示对接近危险部件（无需表示对固体异物防护）的防护等级时使用附加字母。附加字母简要说明 A 防止手背接近 B 防止手指接近 C 防止工具接近 D 防止金属线接近补充字母表示补充的内容。补充字母简要说明 H 高压设备 M 防水试验在设备的可动部件（如旋转电机的转子）运行时进行 S 防水试验在设备的可动部件静止时进行 W 适用于规定的气候条件和有附加防护特点或过程6.2 高、低压电器电器：是指可以根据控制指令，自动或手动接通和断开电路，实现对用电设备的切换、控制、保护、检测和调节的电气设备，如各种开关、继电器、接触器、熔断器等。一、电弧1.电弧的产生与熄灭电弧：在两极间产生的强烈而持久的气体放电现象。游离不带电的粒子在高压电弧或者高能射线等的作用下，变成了带电粒子的过程，即本来的绝缘体变成了导体。（电子发射、碰撞游离、热电子发射、热游离）去游离就是绝缘介质恢复其绝缘强度的过程。（复 合、扩散） 2.常用灭弧方法（1）采用新型介质灭弧 电弧中去游离强度在很大程度上取决于电弧周围介质的特性，利用灭弧性能强的新型介质可有效加强去游离作用，促进电弧的熄灭。如SF6气体、压缩空气或真空等。 （2）利用气体或油吹动电弧 利用压缩空气直接吹动电弧或用变压器油、固体有机物在高温下分解出的气体吹动电弧，使电弧冷却，并加速弧隙内的去游离作用，迅速熄灭电弧。（3）采用多断口灭弧 在高压断路器中，为加速电弧熄灭，往往制成每相有两个或多个断口串联，使每一断口上电压降低，以使电弧易于熄灭。（4）利用短弧原理灭弧 将电弧分割成许多短弧。（5）利用固体介质的狭缝灭弧 将电弧拉入灭弧片的狭缝中，迫使电弧直接与灭弧片冷壁接触，加强冷却作用，促使电弧熄灭。二、低压电器低压控制电器1.按钮 一种用来发布指令，切换控制电路的电器。主要通过远距离手动控制各种电器元件，也可以用作转换各种信号线路和电气联锁线路等。2.行程开关 又称限位开关，是根据生产机械的行程而动作的小电流开关电器，在位移性建筑机械上应用很普遍。它是将操作头传来的机械信号，通过本身的转换动作，变换为电信号，输入到有关的控制电路，使之接通或断开，实现对机械的控制。3.刀开关 又称闸刀开关，主要作为电源开关以及用于小容量电动机不频繁的直接启动。4.组合开关 又称转换开关，主要是实现电路的转换，常用于控制和测量系统中。5.低压断路器 又称空气开关或自动开关。它不仅能正常接通和断开电路，而且能在过电流、短路和失电压等非正常情况下自动动作。其用途是保护交、直流电路中的电气设备，也可用作不频繁地启动电动机及操作或转换电路。6.接触器 一种用来频繁接通和断开主电路及大容量控制电路的自动切换电器。主要用于控制电动机、电热设备、电焊机等。7.控制器 电力传动控制中用来改变电路状态的多触头控制电器。低压保护电器 1）短路保护 线路或设备发生短路时，迅速切断电源的一种保护。常用保护元件：熔断器、电磁式过电流继电器和脱扣器 2）过载保护 当线路或设备的载荷超过允许范围时，能延时切断电源的一种保护。常用元件：热继电器、热脱扣器。 3）失压（欠压）保护 当电源电压消失或低于某一限度时，能自动断开线路的一种保护其作用是当电压恢复时，设备不致突然启动，造成事故；同时，能避免设备在过低的电压下勉强运行而损坏。熔断器 熔断器主要由熔体和安装熔体的熔管组成。将它串联在被保护的电路中，当电路因发生过载或短路而流过大电流时，由低熔点合金制成的熔体迅速熔断，从而在设备和线路被损坏前切断电路。电磁式继电器 电磁式过电流继电器（或脱扣器）是依靠电磁力的作用进行工作的。热继电器 热继电器是应用电流热效应原理工作的，主要作为电动机的过载保护。三、高压电器1.高压熔断器1）户内型管式熔断器 工作熔丝上焊有小锡球，过负载时，锡球受热首先熔化并包围铜质熔丝，铜、锡互相渗透形成铜锡合金，使铜丝熔断。2）户外型跌落式熔断器 只能用于没有导电性尘埃，没有腐蚀性气体、无易燃易爆危险，无剧烈振动的环境。2.高压隔离开关 简称高压刀闸或高压闸刀，是一种没有灭弧装置的开关设备，一般只用来关合和开断有电压无负荷的线路，需与断路器配合使用，由断路器来完成带负荷线路的关合、开断任务。3.高压负荷开关 主要作用是关合、开断正常条件下的电流，不能切断短路电流，必须与高压熔断器配合使用，由熔断器切断短路电流，是介于隔离开关和断路器之间的一种高压开关。其分断负荷电流时，有强电弧产生，因此，前方不得有可燃物体。4.高压断路器 高压断路器有强有力的灭弧装置，既能在正常情况下接通和分断负荷电流，又能借助继电保护装置在故障情况下切断过载电流和短路电流，属于兼有控制与保护双重用的开关电器。 高压断路器必须与高压隔离开关串联使用，由前者接通和分断电流，后者隔断电源。切断电路时必须先拉开断路器，后打开隔离开关；接通时，必须先合上隔离开关，后合上断路器。若两侧都有开关，则分断电路时，应先拉开负载侧隔离开关，后拉开电源侧隔离开关；接通时顺序相反。6.3 变、配电设备一、变、配电所1.组成：电力变压器，高、低压开关电器，高、低压母线，电力电容器（降低电能损耗，提高供电设备利用率），仪用互感器，测量仪表，继电保护装置等。2.容量及分类（在系统中的地位）容量：按用电设备的配备进行负荷计算，并根据补偿后的结果确定变电所的容量。分类：1）枢纽变电所 连接电力系统中高压和中压的几个电压级，汇集多个电源，高压侧电压为330-500kV的变电所，称为枢纽变电所。全所停电后将引起系统瓦解。2）中间变电所 汇集2-3个电源，电压为220-330kV，降压供给地区用电，称为中间变电所。全所停电后，将引起电网解裂。3）地区变电所 高压侧电压为110-220kV，向地区用户供电为主，称为地区变电所。全所停电后，该地区将中断对用户的供电。4）终端变电所 高压侧电压为110kV，处于输电线路终端，接近负荷点，经降压后向用户供电，称为终端变电所。全所停电后，有关用户将中断供电。3.一般安全要求二、变压器1.三相变压器的结构（油浸电力变压器）2.变压器的安全部件1.储油柜（油枕）作用：给油的热胀冷缩留有缓冲余地，保持油箱始终充满油。2.呼吸器（吸湿器）作用：使油箱内、外压力保持一致，并减缓油箱内变压器油的氧化和受潮，延长其使用期限。3.气体继电器（瓦斯继电器）作用：当变压器内部发生故障时给出信号或切断电源。3.变压器的保护1）防雷保护在变压器进线上安装避雷器，对于高压侧和低压侧都可能产生冲击波的变压器，应在变压器的低压侧另装一组低压避雷器。2） 继电保护三、互感器 作为测量仪表使用的变压器，又叫做仪用互感器，主要用来测量常规电流表和电压表无法直接测量的大电流和高电压，通常有电流互感器和电压互感器两种。其功能是将线路上的高电压变换成低电压，大电流变换成小电流，以便于测量仪表和继电装置的使用。1.电流互感器注意： 1.在使用电流互感器时二次侧不允许开路（二次侧感应电压高，容易击穿绝缘，损坏设备，危及人身安全）。为避免拆卸电流表时发生开路现象，一般在电流表两端并联一个开关拆卸之前闭合开关，更换仪表后再断掉开关。2.二次绕组应可靠接地（防止绝缘破损，二次侧出现高压）。2.电压互感器注意： 1.二次侧不能短路（产生大短路电流），一般在二次侧绕组上串联熔断器进行保护。 2.铁心和二次侧绕组须可靠接地（防止绝缘损坏时二次侧出现高压）。第七章 电气防火防爆电气火灾和爆炸的防护： 1）合理选用和正确安装电气设备及电气线路； 2）保持电气设备和线路的正常运行； 3）保证必要的防火间距； 4）保持良好的通风； 5）装设良好的保护装置等技术措施。 7.2 危险物质一、概念 1.爆炸危险物质 在大气条件下，能与空气混合形成爆炸性混合物的气体、蒸汽、薄雾、粉尘和纤维。 2.爆炸性混合物 大气条件下，气体、蒸汽、薄雾、粉尘或纤维状的易燃物质与空气混合并点燃后，燃烧将在整个范围内传播的混合物称为爆炸性混合物。 3.爆炸危险环境 凡有爆炸性混合物出现或可能有爆炸性混合物出现，且出现的量足以要求对电气设备和线路的结构、安装、运行、采取防爆措施的环境。 对爆炸性气体的分级是根据传爆能力的大小，采用最大试验间隙法（MESG）或者最小点燃电流比法（MICR）进行划分的。 4.最大试验间隙（MESG） 又叫最大试验安全间隙，是衡量爆炸性物品传爆能力的性能参数，指在规定试验条件下，两个经间隙长为25mm连通的容器，一个容器内燃爆不致引起另一个容器内燃爆的最大连通间隙。最大试验间隙越小，要求隔爆性能越强。 5.最小点燃电流比（MICR） 在规定试验条件下，气体、蒸汽、薄雾等爆炸性混合物的最小点燃电流与甲烷爆炸性混合物的最小点燃电流之比。对许多气体来说，最大试验间隙和最小点燃电流比这两种分级方法是近似相等的。 6.最小引燃能量 在规定的试验条件下，能使爆炸性混合物燃爆所需最小电火花的能量。如果引燃源的能量低于这个临界值，一般不会着火。 7.爆炸极限（浓度） 在一定的温度和压力下，气体、蒸气、薄雾或粉尘、纤维与空气形成的能够被引燃并传播火焰的浓度范围。该范围的最低浓度称为爆炸下限、最高浓度称为爆炸上限。 环境温度越高，燃烧越快，爆炸极限范围越大。 随着压力升高，绝大多数气体混合物的爆炸下限略有下降，爆炸上限明显上升。当压力减小至一定程度时，爆炸极限范围缩小至某点，也有极少数相反的情况。 氧含量升高，爆炸下限变化不大，爆炸上限明显升高，使得爆炸极限范围扩大。 混合气体中惰性气体含量增加，爆炸极限范围缩小。 引燃源温度越高，加热面积越大或作用时间越长，都使得爆炸极限范围越大。 当容器细窄时，由于容器壁的冷却作用，爆炸极限范围变小。当容器直径减小至一定程度时，火焰不能蔓延，可消除爆炸危险，这个直径叫做临界直径。二、爆炸性危险物质的分类类：矿井甲烷。类：爆炸性气体、蒸汽、薄雾。类：爆炸性粉尘、纤维。 三、危险物质的分级 1.类分级（最大试验安全间隙和最小点燃电流比） 分为A、B、C三级。 2. 类分级（导电性和爆炸性） 分为A、B两级。 四、分组（按引燃温度） 爆炸性物质分组是按在用标准的试验方法时引燃爆炸性混合物的最低温度划分的。类：不分组。类：按引燃温度降低、危险程度升高分六组。类：按引燃温度降低，危险程度升高分三组。 7.3 危险环境 一、气体、蒸气爆炸危险环境 根据爆炸性混合物出现的频繁程度和持续时间划分。 1.各级区域的特征 0区：正常运行时连续出现或长时间或短时间频繁出现爆炸性气体混合物的环境； 1区：正常情况下可能出现爆炸性气体混合物的环境； 2区：正常情况下不可能出现而在不正常情况下偶尔出现爆炸性气体混合物的环境。 非爆炸危险区域。 二、粉尘、纤维爆炸危险环境 10区：正常运行连续或长时间、或短时间频繁出现爆炸性粉尘、纤维的环境。 11区：指正常运行时不出现、仅在不正常运行时偶尔出现爆炸性粉尘、纤维的环境。 三、火灾危险环境 21区：闪点高于环境湿度的可燃液体，并在数量上和配置上能引起火灾危险的环境； 22区：具有悬浮、堆积状的可燃粉尘或可燃纤维，虽不能形成爆炸混合物，但在数量和配置上能引起火灾的环境； 23区：存在固体可燃物，并在数量和配置上能引起火灾的环境。 7.4 防爆电气设备和防爆电气线路 一、防爆电气设备 火灾和爆炸危险环境使用的电气设备，结构上应能防止由于在使用中产生火花、电弧或危险温度而成为安装地点爆炸性混合物的引燃源。 1.防爆电气设备的类型、标志 按照使用环境分类 类 煤矿井下用电气设备； 类 工厂用电气设备2.防爆原理 1）隔爆型(d) 具有能承受内部的爆炸性混合物爆炸而不致受到损坏的外壳，而且不致使内部爆炸通过外壳任何结合面或结构孔洞引起外部爆炸性混合物爆炸的电气设备。 当电气设备的外壳采用特殊的结构后，可以使电气设备内部的爆炸限制在机壳内部，而不致引起机壳外部的爆炸性气体混合物爆炸，这种作用就叫做隔爆。间隙能起隔爆作用机理的两种观点： 一种观点认为隔爆是由于法兰间隙的熄火作用； 另一种观点认为隔爆是由于法兰间隙的熄火作用和法兰间隙对爆炸产物的冷却共同作用的结果。间隙的熄火作用（临界直径）：间隙的冷却作用：当法兰间隙中的火焰通道足够长时，由于间隙的冷却作用，穿过间隙的火焰得到充分的冷却，其温度降低到点燃外壳外部的爆炸性混合物所需的最低温度以下，所以不会传爆。2）增安型（e） 对于在正常运行时不会产生电弧、火花和可能点燃爆炸性混合物高温的设备，可以在其结构上采取一定的措施，尽力设法使电弧、火花和过热现象不发生。这种电气设备就是增安型电气设备增安型电气设备的保护方式：电流保护和温度保护3）本质安全型（ia和ib ） 全部采用本