电气安全第1章

1、电气安全重庆大学电气工程学院杨岳课程性质与教学安排一、课程性质 1、在本科课程体系中的位置 基础课专业基础课专业课 必修课、选修课 本课程是一门专业选修课。 支撑本课程的先修课：必修电路原理、电磁场、电机学，供配电系统。 受本课程支撑的后续教学环节：课程设计，毕业设计。 2、在本专业方向课程体系中的位置 1）本专业方向的学科属性： 面向终端用户的电气工程、控制工程与信息工程技术。 内涵用户技术； 外延电气、控制与信息工程。 电气工程技术 控制工程技术 信息工程技术 综合 工程技能 供配电系统 电气照明 电气安全 自动化仪表与过程控制 电气控制技术 建筑通信及网络技术 建筑智能化技术 建筑电气节

2、能 建筑电气工程设计基础 2）专业方向课程体系安排 3、本课程面向的工程应用领域 核心是电力用户和公共场所的用电安全问题。应用领域包括： 1）供配电系统设计； 2）供配电系统运行管理； 3）用电安全性评估、质量检测等。适用于质检、安监等部门。 4）电气安全事故分析、责任认定等。适用于金融、物管、司法服务等行业。二、教学目标与安排 1、教学目标 明了电力用户电气安全的主要问题，掌握电力用户电气安全问题的基本分析计算和工程设计方法。 要求：了解电气安全的基础知识，具备中低压系统电击防护、雷电防护、电气火灾预防的工程设计能力，具备建筑物防雷设计能力，建立电气环境安全的概念。 2、教学实施 1）教学环

3、节：课堂授课及讨论。 2）考核办法：考试。试卷成绩占60平时成绩占40。 平时成绩：（1）上课出勤情况5分，以随机点名为准；（2）作业15分；（3）专题报告及讨论20分。第一章 电气安全基础 第一节 电气安全问题立论 第二节 电气危害 第三节 绝缘技术基础 第四节 接地技术基础 第五节 环境技术基础 第六节 电气产品的安全认证第一节 电气安全问题立论 一、电气安全问题的背景 1、社会背景 各类“电”系统产生的危害 2、自然背景 自然界雷电、静电等产生的危害 3、技术发展规律背景 理论（如物理学）研究突破趋利应用 形成工程体系 负面作用显现避害对策 4、学科背景 问题本身的基础性、所涉及学科的广

4、泛性与理论深度、工程体系的系统性与综合性 二、电气安全问题的工程现状 1）对比知不足与IEC标准对比；与先进国家单位用电量事故率对比。 2）学习与进步与先进标准接轨。接轨力度：从等效采用，到等同采用（存疑）。 3）努力的方向更新观念，纠正错误，普及知识，发展技术。 三、本课程研究范围和重点 面向非专业场所，面对非专业人员，研究各类电气危害产生的机理和特性参数计算，并提出有效的技术防护措施。 关键词：两个“非”，“技术措施” 四、本课程的特点和学习方法 1、特点 案例式教学特征。 2、学习方法 1）掌握知识结构两条主线：电气安全问题的理论基础；电气安全问题在工程体系中的位置。 2）归纳共性，对比

5、个性。 3）从问题出发展开研究。第二节 电气危害一、电气危 害分类职业病电磁骚扰电磁污染设备损坏和质量事故电气火灾电击非故障型设备损坏电气火灾、引爆电击故障型电气事故电气危害 二、电气危害的主要加害源简介 1、供配电系统 危害对象：系统自身；系统所处环境中的其他事物。 2、雷电、静电等 危害对象：环境中的事物，包括电气电子系统和建（构）筑屋等。 三、电气危害的特点 1、非直观性。 2、途径广。 3、能量大小悬殊，谱密度多样。 4、作用时间长短不一。 5、关联性。不同危害之间、危害与防护措施之间、不同防护措施相互之间。 四、电气危害的规律 1、电气危害总是缘于电能的非期望分配。 理解某种危害产生

6、机理的最基本依据。 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。 判断某种危害是否发生的关键。第三节 绝缘技术基础 一、绝缘材料 绝缘材料导电能力很小的一类材料的总称，又称电介质。 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107m。 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 1、绝缘材料的主要电气参数 （1）绝缘电阻率。107m。与温度反相关，温度特性与导体相反。 （2）介质损耗因数。 1）介质损耗。交变电压作用下绝缘介质中产生的有功功率损耗，简称介损。 2）介损机理探讨。交变

7、电压作用下介质中主要会产生泄漏和极化两种现象。 泄漏即介质中少量载流子在电压作用下发生的定向运动，产生电流，由此产生的损耗叫做电导损耗或泄漏损耗。 极化又分有损与无损极化。 无损极化：中性分子在外电场作用下正、负电荷中心分离，但外电场消失后会重新重合，无能量消耗，又称弹性极化。 有损极化：偶极子在外电场作用下重新取向，外电场消失后不复原，有能量消耗，又称非弹性极化。 介质等效电路。三个支路解释。0Ca)UIiIa0CIiRCaaRIb)UI0C0C理想介质实际介质 3）介质损耗角。 介损功率与介质体积、外加电压等有关，不能表征材料的性质。介损角在规定测试条件下只与材料有关。 工程上一般测量介损

8、角正切值tan，称为介损因数。0Ca)UIiIa0CIiRCaaRIb)UI0C0Cc)I0ICU理想介质相量图实际介质 （3）介电强度。指绝缘不被击穿所能承受的最大电场强度，又称介质强度。 介电强度不仅与绝缘材料本身的性质有关，还与外加电场的形式有关。如直流与交流电压作用下，介质的介电强度可能不同。 介质介电强度受环境条件影响较大，如温度、湿度、压力等。 举例：正常条件下空气的直流介电强度为3kV/mm。 小结：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

9、、绝缘材料耐热分级 在保证寿命的前提下，根据绝缘材料所能长期承受的最高工作温度，可将它们分为若干等级。耐热等级耐热等级YAEBFH长期允许使用的最高温度长期允许使用的最高温度/C90105120130155180 绝缘耐热分级有时又称为绝缘等级，取决于绝缘热老化特性，注意不要与介电强度参数混淆。 使绝缘寿命减半的额外温升，Y级绝缘为8，B级为10，H级为12。 二、绝缘结构及分类 1、绝缘结构的概念 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。 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

10、（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。1-工作绝缘f)c)4-可触及的金属件d)e)b)a)5124143123214252-保护绝缘3-不可触及的金属件5-加强绝缘双重和加强绝缘a、b、c、d双重绝缘 e、f加强绝缘 三、绝缘检测 1

11、、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：1560RRK EL-+RXGRARVrVrA_GAIIVR15R15160R260tVP极EARLrIAG+RVVI_-ArG屏蔽极应用偏转角为Rx的一元函数绝缘电阻R 2、介损角正切值tan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。Cx3rAPu4214cR43RxcNcGDBPRxr3u4cNxGR43cc421正接线试件不接地反接线试件接地研讨题目1 就电介质参数和r写一研讨报告。题目：介质介电常数探讨。报告至少应清晰阐述以下问题。 1、参数的物理意义和r的定义。 2、电容

12、器中，介质r的大小与电容量值有什么关系。 3、为什么电力电缆绝缘介质的r不宜过大。 还可涉及如非线性、各向异性等其他问题。要求用自己的语言表达，逻辑清晰，文字简练，杜绝大段摘抄。格式尽可能规范。 背景资料 1、物理电磁学中点电荷产生电场的公式，矢量P及其含义，极化率等概念。 2、平板电容、同轴电容等计算公式。 3、平板电容中，若两极间电介质有两种，介电系数不相同，其电荷与电场分布有何规律？介质放电有何规律？ 4、电力电缆的结构。 第3周课堂研讨，分组发言，请认证准备。第四节 接地技术基础 一、电气地与电气接地 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

13、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。 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。 二、接地的分类 功能性接地，保护性接地，电磁兼容接地。 1、功能性接地 为保证系统（设备）正常工作，或为保证系统（设备）正确可靠地实现其功能所作的接地。 过去又称为工作接地。 例如：系统中性点接地，单极直流输电系统大地回流极接地。 2、保护性接地 以人身和（或）设备安全为目的的接地。如： 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 为达到电磁兼容的要求所作的接地。又称高频接地。 三、接地装置原理构成及接地电

14、阻 1、构成：由接地体（金属）、接地线构成 接地体周围的土壤、岩石等虽然不是接地装置的构成部分，但对接地的电气性能影响很大，可视为与接地装置相关的外部因素。 接地体作用：获取基准电位，提供电荷通道。 接地线作用：将接地体连接点引至地面以上并与接地系统或设备相连。 uEIUEtU接地体接地线 2、接地电阻 R 直流接地电阻； Ra工频接地电阻； Rsh冲击接地电阻； UE接地点与无穷远大地参考点间直流电压； IE 流入接地点的直流电流； 冲击系数，一般小于1。 EEaIURRashRR 四、地电位与地面（地中）电位分布 地电位：即参考0电位，指距接地点无穷远处的大地电位。相当于等效电路图中接地电

15、阻下端电位。（IEC：参考地） 地面（地中）某一点电位：当接地体有电流通过时，附近地面（地中）某一点以无穷远大地为参考点的实际电位。最高值等于等效电路图中接地电阻上端电位。（IEC：局部地）接地线接地体UtUIvoooE地中等位面散流场（地面电位分布）电位梯度趋于0E地面电位即为地电位自此以远，地中v0Vabv=o地面等位线v=oEU0Vv自此以远，地面电位即为地电位E地面接地体地中等位面（剖面图）地面等位线（俯视图） 关于接地装置的利用方式问题 分别接地地装置不同类接地共用一个接装置同类接地共用一个接地共同接地接地方式第五节 环境技术基础 一、环境技术与电气安全的关系 研究电气设备（系统）性

16、能与环境状况之间关系的技术，叫做环境技术。 环境技术主要包括两方面的内容： （1）环境条件。 （2）环境试验。 二、环境条件 我国传统的称谓为“环境条件”。 IEC关于“外部条件”的概念内涵更深刻，外延更广泛，环境条件属于外部条件的一个组成部分。 根本区别：是否包括环境中人及与人相关的因素。 按IEC“外部条件”进行介绍。CBCACBDBCBEBABACABAA11A建筑设计建筑材料建筑结构紧急疏散条件人与地电位接触人体电阻人的能力使用情况、小类，分环境外部条件雷击等动物其他，如植物和霉菌其他机械应力振动冲击腐蚀性或污染性物质外来固体物水海拔高度空气湿度环境温度环境APALAKAJAHAGAFAEADACABAAA 三、环境试验 （1）自然暴露试验。最准确，最难实施，很难重复，时效性最差。 （2）现场试验。时效性较好，有一定可重复性，结果可行度取决于试验内容和方法。 （3）人工模拟试验。可随时重复进行，时效性好，结果可信度高度存疑。 第六节 电气产品的安全认证 一、电气产品安全认证的基本概念 1、认证与认证制度 认证（Certification）：由权威机构根据当事人提供的资料和其他信息，对某一事物、行为或活动的本质或特征，经确认属实后给予的证明。 要件：被认证对象、认证机构、认证依据