电气安全-防雷与接地.ppt

第八章电气安全 防雷与接地 一 电流对人体的作用 触电 电流流经人体 触电分电击和电伤 所谓电击是指电流流经人体内部 所谓电伤是指电流流经人体表面或因电弧 造成肤体表面灼伤 一般情况下 人体触电的主要原因是 1 工作时没有遵守有关安全规程 直接或过分靠近带电体 2 人体触及到了因绝缘损坏而带电的电气设备外壳和与之相连的金属体 3 电气设备安装不符合有关规程要求 带电体对地距离不够 4 不懂电气知识 随便乱拉电线 电灯等造成触电 第一节电流对人体的作用及有关概念 2 低压触电数十至数百毫安的电流通过人体可产生 痉挛 血压升高 心律不齐 心室纤维性颤动 3 触电后伴随高空坠落或摔伤 亡 属于因触电而引起的二次伤害 也列入电气安全范畴 2 影响人体触电后果的主要因素 1 雷击或高压触电有较大电流通过人体并产生 热效应 力效应 化学效应等 将造成电灼伤使人体组织炭化难以恢复的永久性伤害 2 触电时间一般说电流通过人体的时间越长 越容易引起心室纤维性颤动 后果越严重 触电时间和通过人体电流对人体的反应曲线 见书上图 3 电流性质人体对不同频率电流在生理上的敏感性是不同的 具体说 直流 工频交流和高频交流电流通过人体时其对人体的危害程度是不同的 直流电流对人体的伤害较轻 工频交流对人体的伤害最为严重 1 电流强度通过人体电流越大 对人体的伤害也就越严重 对于健康成年人而然 若是工频交流 则 感知电流为1mA 摆脱电流为10mA 危险电流50mA 致命电流100mA以上 我国一般取30mA 工频交流 为安全电流 5 人体状况经试验研究表明 触电危险性与人体的状况有关 健康人的心脏和衰弱病人的心脏对电流损害的抵抗能力是差别很大的 触电者的年龄 精神状态和人体电阻等都会使电流对人体的危害程度有所差异 4 电流路径电流对人体的伤害 随着路径的不同 程度也不同 电流流经心脏 中枢神经 脑部和脊髓 和呼吸系统是最危险的 所以电流从手到脚 特别是从一手到另一手是最危险的 从集 趋 肤效应的原理来说 工频交流危害最大 高频和直流危害较小 我国一般取30mA 工频交流 为安全电流 同时认50mA 工频交流 以上是危险的 100mA 工频交流 以上可以致命 二 安全电流 三 安全电压和人体电阻 1 安全电压所谓安全电压 是指人体触电后 不能使人致死或致残的电压 作用人体的电压越高 人体电阻越小 则通过人体的电流就越大 触电的危害程度就越严重 因此 我国根据不同的环境条件 规定安全电压为 在无高度危险的环境为65V 有高度危险的环境为36V 特别危险的环境为12V 2 人体电阻人体电阻是由体内电阻和肌肤电阻两部分组成 体内电阻较小 约500 而且基本不变 人体电阻主要由肌肤电阻决定 且与多种因素有关 正常时可高达数万欧以上 而在恶劣的条件 如出汗且有导电粉尘 下 则可下降为1200 左右 安全工程计算时 从安全角度考虑 人体电阻一般取1700 第二节电气安全及触电急救 一 常用的技术措施 1 停电停电时 必须把来自各途径的电源断开 且保证至少有一处明显断开点 检修时 工作人员应与带电部分保持有效的安全距离 2 验电停电后 通过验电设备可以明显地验证停电设备是否带电 从而防止触电事故的发生 3 装设临时接地线这是为了防止在维修过程中突然来电 以保证工作人员安全的可靠措施 在装设临时接地线时 必须先接接地端 再接设备端 拆除时顺序应相反 4 悬挂标志牌和装设临时遮拦标志牌是用来对所有人员提出安全警告和应注意事项的 如 禁止合闸 有人工作 高压危险 等 临时遮拦是为了防止工作人员误碰或靠近带电体 二 常用的组织措施 1 工作票制度工作票是准许在电气设备或线路上工作的书面命令 也是执行保证安全技术措施的书面依据 2 操作票制度操作票制度是在全部停电或部分停电时 在电气设备或线路上工作人员必须执行的操作制度 也是人身安全和正确操作的重要保证 3 工作许可制度该制度是为了进一步加强工作人员的工作责任感 工作许可人员负责审查工作票所列安全措施是否正确完备 是否符合现场条件 4 工作监护制度该制度是为了保护人身安全和操作正确的措施 监护人的主要职责是监护操作人员是否按规定的要求操作 工作人员工作中正常活动范围与带电设备的安全距离 三 触电急救 1 脱离电源触电急救 首先要使触电者迅速脱离电源 提示 一旦发生触电事故 一定要沉着冷静的应对 2 急救处理触电者脱离电源后 应立即将其移至干燥通风的场所 根据具体情况迅速对症救治 同时赶快通知医务人员并做好送往医院的准备工作 第三节电气装置的接地 一 接地的有关概念 1 接地和接地装置 电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接 称为接地 埋入地中并直接与大地接触的金属导体 称为接地体或接地极 专门为接地而人为装设的接地体 称为人工接地体 兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件 金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等 称为自然接地体 接地线与接地体的组合 称为接地装置 由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体 称为接地网 如右图所示 1接地体 2接地干线 3接地支线 4电气设备 2 接地电流和对地电压 当电气设备发生接地故障时 电流就通过接地体向大地作半球形散开 称为接地电流 在距单根接地体或接地故障点约20m的地方 散流电阻已趋近于零 即其电位趋近于零 称为电气上的 地 或 大地 电气设备的接地部分 如接地的外壳和接地体等 与零电位的 地 之间的电位差 就称为接地部分的对地电压 3 接触电压和跨步电压 电气设备的绝缘损坏时 在身体可同时触及的两部分之间出现的电位差 例如人站在发生接地故障的电气设备旁边 手触及设备的金属外壳 则人手与脚之间所呈现的电位差 即为接触电压 接触电压和跨步电压 跨步电压 在接地故障点附近行走时 两脚之间出现的电位差 越靠近接地故障点或跨步越大 跨步电压越大 离接地故障点达20m时 跨步电压为零 4 工作接地 保护接地和重复接地 工作接地 为保证电力系统和电气设备达到正常工作要求而必须进行的一种接地 例如电源中性点的接地 防雷装置的接地等 保护接地 为保障人身安全 防止间接触电而将设备的外露可导电部分接地 如下图所示 保护接地的型式有两种 设备的外露可导电部分经各自的接地线 PE线 直接接地 设备的外露可导电部分经公共的PE线或经PEN线接地 这种接地习惯称为 保护接零 保护接地作用的说明 如图 设备外壳未接地时 当绝缘损坏后 人触及外壳即与故障相对地电压接触 是相当危险的 有了保护接地后 则在发生故障时设备外壳上的对地电压将为 式中 为单相接地电流 为接地装置的接地电阻 当人触及设备外壳时 接地电流将同时沿着接地体和人体两条通路流过 流过人体的电流为 式中 为人体的电阻 为接地装置的接地电阻 结论 接地装置的接地电阻越小 流过人体的电流就越小 只要适当的选择 即可降低或免除人的触电危险 接地电阻4 10 必须注意 同一低压配电系统中 不能有的采取保护接地 有的又采取保护接零 否则当采取保护接地的设备发生单相接地故障时 采取保护接零的设备外露可导电部分将带上危险的电压 如上图所示 故障设备对地电压 系统中性点对地电压 重复接地 在TN系统中 为确保公共PE线或PEN线安全可靠 除在电源中性点进行工作接地外 还应在PE线或PEN线的下列地方进行重复接地 在架空线路终端及沿线每lkm处 电缆和架空线引入车间或大型建筑物处 如果不重复接地 则在PE线或PEN线断线且有设备发生单相接地故障时 接在断线后面的所有设备外露可导电部分都将呈现接近于相电压的对地电压 如下图所示 这是很危险的 如果进行了重复接地 如下图所示 则在发生同样故障时 断线后面的设备外露可导电部分的对地电压大大降低 重复接地的作用说明 5 接地电阻的计算及其测量 不同电力装置对接地电阻的要求是不同的 工作接地的接地电阻为0 5 5 保护接地的接地电阻为4 10 防雷接地 冲击接地电阻应不大于10 1 接地电阻的要求 2 接地电阻的计算 接地电阻与接地体的形状 尺寸 安装方法和土壤电阻率有关 对于人工接地体 工程上常采用下表所示的接地电阻的简易计算公式 3 接地电阻的测量 接地电阻的测量方法有伏安法 接地电阻测量仪测量法等 下面以ZC 8型接地电阻测量仪为例说明接地电阻的测量 ZC 8型接地电阻测量仪及其附件 测量方法及步骤 首先拆开与接地体的连接线 使接地体独立 将测量棒 电压极 电流极 与接地体在一条直线上 且相互之间的距离符合相关要求 见图 根据被测接地电阻的估计值 调节好粗调旋钮 以120r min的转速均匀摇动测量仪手柄 当表针偏离中心时 边摇边调节细调拨盘旋钮 直至表针居中为止 以细调拨盘的读书乘以粗调定位倍数 即是被测量值 反复在不同的方向测量3 4次 取其平均值 接地电阻测量仪的接线图 6 等电位联结 1 等电位联结的概念 等电位联结是将建筑物电气装置外露可导电部分与电气装置外可导电部分进行电位基本相等的电气连接 2 等电位联结的分类 总等电位联结是将建筑物内进线配电箱的PE 或PEN 母排 自接地极引来的接地干线 公用设施金属管道 建筑物的金属结构和钢筋混凝土内的钢筋网等可导电部分 汇集到进线配电箱旁的接地母排上而联结成一体 局部等电位联结是在建筑物的局部范围内 按总等电位联结的要求 再做一次等电位联结 一般在TN系统中 当配电线路阻抗过大使自动切断电源时间过长或为满足点击防护的特殊要求时 如卫生间 游泳池和手术室等以及防雷和信息系统抗干扰要求 做局部等电位联结 辅助等电位联结是在伸臂范围内有可能出现危险电位差的 可同时接触的电气设备之间或电气设备与装置外科导电部分 如金属管道 金属构件 之间直接用导体做联结 等电位联结系统示意图 总等电位联结 MEB 和局部等电位联结 LEB 3 等电位联结与接地的区别 等电位联结与接地是两种保证电气安全的理论及措施 我国过去强调的是接地 而国际电工委员会强调的是等电位联结 近几年也引入我国相关国家标准中 接地只能降低人的被伤害程度 不能真正保证人身安全 等电位联结可以有效地降低接地回路的电阻 使人所能同时触及的电气装置外露可导电部分和电气装置外可导电部分之间的电位近似相等 这样对人身更为安全 4 等电位联结的主要作用 降低预期人体接触电压 消除来自外部的危险故障电压 是建筑物内部防雷及信息技术设备电磁兼容的主要措施之一 第四节大气过电压与防雷 一 大气过电压 1 雷电的形成 大气过电压产生的根本原因 是雷云放电引起的 在雷雨季节里 太阳把地面一部分水分蒸发为蒸汽 并向上升起 由于太阳不能直接使空气变热 所以上部空气为冷空气 上升的蒸汽一旦遇到冷空气 立即凝结成水滴 随着水滴的增多逐渐形成积云 它们受到强烈气流的吹袭 产生摩擦和碰撞 形成带正 负不同电荷的雷云 雷电的危害 1 雷云对地放电时 在雷电附近的导线上将产生感应过电压 会使电气设备绝缘发生闪络或击穿 甚至引起火灾和爆炸 造成人身伤亡等 2 强大的雷电流流过导体时 会产生很大的热量而使导体严重变形或熔断 3 雷云对地放电时 强大的雷电流会产生机械效应而使杆塔 横担和建筑物等损坏 4 雷云对地放电时 有时也能击中人 对人造成严重伤害 2 直击雷过电压 雷云直接对输电线路或电气设备放电 强大的雷电流通过线路或电气设备时引起过电压就是直击雷过电压 有一高度为h的避雷针 当雷云对避雷针放电时 避雷针顶端的电位为 iLd为雷电流幅值 kA Rch为接地装置的冲击电阻 L0为避雷针单位长度的电感 H m h为避雷针高度 m 当雷云对避雷针放电时 其顶端的电位大小 就是直击雷过电压的数值 即雷电流通过线路或电气设备 被击中物 的阻抗和接地电阻时所造成的电压降 3 感应雷过电压 当雷云不是直接击于输电线路或电气设备上 而是由雷云对输电线路或电气设备的静电感应或电磁感应所产生的过电压 感应雷过电压的形成雷云在线路上方时 线路上感生束缚电荷雷云放电后 自由电荷在线路上形成过电压波1 雷云2 放电通道3 架空线路 4 雷电波侵入 由于直击雷或感应雷而产生的高电位雷电波 沿架空线或金属管道侵入变配电站或用户造成危害 据统计表明 工厂变配系统中 由于雷电波侵入而造成的雷害事故 在整个雷害事故中占50 以上 二 防雷设备 1 避雷针和避雷线 1 避雷针和避雷线的引雷 避雷针引雷示意图a 雷先导离针很远时b 雷先导离针很近时 2 避雷针与避雷线的结构 避雷针由接闪器 引下线及接地体三部分组成 接闪器是专门用来接受雷云放电的金属物体 接闪器的不同 可组成不同的防雷设备 接闪器是金属杆的 则称为避雷针 接闪器是金属线的 称为避雷针或架空地线 接闪器是金属带的 金属网的则称为避雷带 避雷网等 引下线是接闪器与接地体之间的连接线 将由接闪器引来的雷电流安全的通过其自身并由接地体导入大地 所以应保证雷电流通过时不致熔化 引下线一般采用直径为8mm的圆钢或截面不小于25mm2的镀锌钢绞线 如果避雷针的本体是采用钢管或铁塔形式 则可以利用其本体做引下线 还可以利用非预应力钢筋混凝土杆的钢筋作引下线 接地体是避雷针的地下部分 其作用是将雷电流顺利地泄入大地 接地体常用长2 5m 50mm 50mm 5mm的角钢多根或直径为50mm的镀锌钢管多根打入地下 并用镀锌扁钢连接起来 接地体的效果和作用可用冲击接地电阻的大小表达 其值越小越好 各种防雷设备的冲击接地电阻值均有规定 如独立避雷针或避雷线的冲击接地电阻应不大于10 3 单支避雷针与避雷线的保护范围 1 单支避雷针的保护范围 单支避雷针的保护范围是以避雷针为轴的折线构成的上 下两个圆锥形空间 针顶A向下作与针成45 角的斜折线 与高0 5h的水平面相交于B点 连接B到地面的保护半径1 5h处的C点 通过交点B把锥形保护范围分为上 下两个空间 hx为被保护物高度 m ha ha h hx 为避雷针的有效高度 m p为高度影响系数 当h 30m时 p 1 当30m h 120m时 2 避雷线的保护范围 由避雷线向下作与其垂直面成25 角的两个斜面 在高度h 2处转折与地面上离避雷线水平距离为h的直线相连的平面 合起来构成屋脊式的保护范围 保护宽度rx可按下式计算 两根避雷线外侧的保护范围按单根避雷线方法确定 两避雷线内侧保护范围的截面 由通过两避雷线及保护范围上部边缘最低点O的圆弧确定 O点的高度可按下式计算 用 滚球法 确定避雷针 线 的保护范围 所谓 滚球法 就是选择一个半径为hr的球体 沿需要防护直击雷的部位滚动 如果球体只接触到避雷针 线 或避雷针 线 与地面 而不触及需要保护的部位 则该部位就在避雷针 线 的保护范围之内 计算公式略 2 避雷器 1 阀型避雷器 阀型避雷器的结构a FS 0 38型 1 上接线端2 火花间隙3 云母片4 瓷套管5 阀片6 下接线端b FZ 10型 1 火花间隙2 阀片3 瓷套管4 云母片5 分路电阻 1 阀型避雷器的结构 阀型避雷器是由装在密封瓷套管中的火花间隙和阀片 非线性电阻 串联组成 上端有与导线相连接下端与接地体相连 单个平板型火花间隙 阀片的电阻特性曲线 火花间隙按网路额定电压的高低 采用若干个单间隙叠合而成 每个单间隙如图所示 阀片 2 阀型避雷器的工作原理 阀型避雷器主要分为普通型和磁吹型两大类 普通型有FS和FZ两种系列 磁吹型则有FCD和FCZ两种系列 阀型避雷器的型号中的符号含义如下 F为阀型 S为线路用 Z为电站用 D为保护电机用 C为磁吹 3 阀型避雷器的分类及应用 线路正常时 雷电波侵入时 雷电波过后 2 管型避雷器 管型避雷器由产气管 内部间隙和外部间隙三部分组成 而产气管由纤维 有机玻璃或塑料组成 它是一种灭弧能力很强的保护间隙