《工厂常用电器与供电课程实验》-12

12.1电力事故的规律和预防原则12.1.1电力事故的分类常见的电力事故可以分为3类。（1）人身事故。指触电造成的人身伤亡事故。触电是指电流流过人体所引起的损伤。这种损伤可以分为直接损伤和间接损伤两类。直接损伤包括：电击（指电流对人体内脏的伤害，主要有心室纤维颤动、呼吸中枢抑制、心血管中枢衰竭等）；电伤（指电流对人体皮肤的伤害，主要有电弧的高温灼伤、皮肤金属化形成的电烙印、电弧强光对人眼的刺伤等）。间接损伤主要有：因触电从高处落下的摔伤；电气起火的烧伤；电气爆炸的伤害等。下一页返回12.1电力事故的规律和预防原则（2）设备事故。一是过电压击穿，原因有雷电过电压、操作过电压、电源电压升高等。二是过电流烧毁，原因有过载、短路、环境温度过高等。过电流损坏和过电压损坏往往是互相关联的。（3）操作事故。指误操作而引起的停电。12.1.2触电及其规律1.触电的形式（1）两相触电。人体同时接触两根火线引起的触电，如图12−1（a）所示。人体直接承受线电压，因而是最危险的。上一页下一页返回12.1电力事故的规律和预防原则（2）单相触电。人体同时接触火线与地或在一根火线上的触电。包括：人体串入火线（如拉接断开的带电火线）导致线电流流经人体的触电，如图12−1（b）所示，人体同时接触火线和中线承受相电压的触电，如图12−1（c）所示，大接地电流系统，人体站在地面接触火线承受相电压的触电，如图12−1（d）所示。（3）接触电压触电。电气设备发生“碰壳”故障时带电外壳的对地电压称为接触电压。站在大地上的人触摸带电外壳，将承受相电压，单相接地电流流经人体入地，如图12−2所示。上一页下一页返回12.1电力事故的规律和预防原则（4）跨步电压触电。大电流入地时（如火线断线落地，大电流经接地装置入地），电流入地点为中心沿土壤向四周扩散，由于土壤有电阻，将沿电流扩散方向产生电压降。人在大电流入地点周围行走时双足之间承受的电压称为跨步电压。在此电压作用下，将有电流经双足流经人体引起触电，如图12−3所示。跨步电压的高低与入地电流大小、土壤状况、迈步方向、迈步大小和人体状况有关。2.触电的规律触电事故发生突然，伤害时间很短，但死亡率较高。电流对人体的伤害程度，与诸多因素有关，主要有以下几种。上一页下一页返回12.1电力事故的规律和预防原则（1）电流强度越大，触电伤害越严重。人体的感知电流一般为工频交流1mA、直流5mA，工频交流15mA、直流50mA以下一般认为是安全电流。安全电流以上的电流强度，均能引起触电死亡事故。（2）电压越高，触电伤害越严重。一般认为工频交流36V以下是安全电压，超过安全电压均能引起触电死亡。实践证明，最容易触电的是三相四线制系统。（3）工频交流电最危险。实验表明，25~300Hz的交流电对人体伤害最严重，直流电和1000Hz以上的交流电，相对比较安全。工频交流电正好在危险频率段内，因而对人威胁最大。上一页下一页返回12.1电力事故的规律和预防原则（4）通电时间越长，触电伤害越严重。电击时间长，安全电流也可使人致命。特别是电流持续时间超过心搏周期时，极易发生心室纤维颤动。（5）触电伤害轻重与通电途径密切相关。手—手通电、手—足通电因电流经过心脏，危害较大，而足—足通电则危害较小。（6）触电伤害轻重与人体状况关系很大。人体电阻可在很大范围内变化，与皮肤是否完好、皮肤的潮湿程度、情绪是否处于兴奋状态、健康与否、性别差异、年龄差异均有关系。上一页下一页返回12.1电力事故的规律和预防原则12.1.3电力事故的预防原则电力事故造成人员、设备损失，给生产带来影响。预防电力事故，必须从两方面着手。1.采取严密的组织措施主要是要建立健全用电安全制度体系，并认真执行。实践证明，大量电力事故都是主观因素造成的，如规章制度不健全，无章可循，自由作业；执行制度不严格，有章不循，违章作业；设备维修不及时，“带病”运行，凑合作业；职工技术素质差，盲目操作，凭经验作业。完整的用电安全制度体系应该包括表12−1所列各个方面。2.采取安全技术措施上一页返回12.2防止电力事故的安全技术措施12.2.1合理选择电气设备和线缆（1）按正常工作条件选择。电气设备和线缆的额定电压、额定频率符合电网电压和频率，额定电流不小于所在回路的负荷计算电流。切断负荷电流的电器（如负荷开关）应校验断开电流，开闭启动尖峰电流的电器（如接触器）应校验通断能力和操作频率。当实际环境温度与电气设备和线缆的额定环境温度不一致时，还应对其定额进行校正。线缆还应满足电压损失和机械强度的要求。（2）按短路工作条件选择。电气设备的电动稳定性和热稳定性，应按短时通过的最大短路电流校验。直接断开短路电流的电器（如断路器、熔断器），应校验其断流容量或分断能力。下一页返回12.2防止电力事故的安全技术措施（3）按使用环境条件选择。多尘场所，应使用防尘型或尘密型电气设备。腐蚀场所，应使用防腐型电气设备。爆炸和火灾危险型场所，应采用防爆型或安全火花型电气设备。热带地区，应选用湿热带型或干热带型电气设备。高原地区，系指海拔高度超过1000m的地区，考虑到气压降低导致的空气绝缘强度减弱和空气密度降低导致的散热条件变坏，应使用高原型电气设备，但普通型低压电气设备允许在海拔不超过2500m、6~10kV普通型高压电气设备允许在海拔不超过2000m的高原地区使用。线缆的结构也要适应环境要求。（4）按其他特殊要求选择。如安装条件、控制要求等。上一页下一页返回12.2防止电力事故的安全技术措施12.2.2绝缘、屏护和安全间距绝缘是指用绝缘材料把带电体封闭起来。对电气设备和线缆的绝缘电阻应经常检查，使之符合规定。一般采用摇表检查，对高压电气设备和线缆，应使用2500V高压摇表，绝缘电阻不能低于1MΩ/kV；对低压电气设备和线缆，应使用500V或1000V低压摇表，绝缘电阻不能低于0.5MΩ。屏护是指用遮栏、护罩、箱柜等物品把带电体隔离开。安全间距是指线路间距、设备间距、检修间距等，都要符合安全规程的规定。上一页下一页返回12.2防止电力事故的安全技术措施12.2.3接地和接零1.关于接地的一般概念将电气设备或线路的某一部分通过接地装置与大地相连，称为接地。接地装置通常由接地线和接地体组成。根据目的的不同，接地可以分为两大类，如图12−4所示。（1）为了人身、设备安全的接地，包括：①避免电气设备绝缘损坏而触电的接地，有保护接地和保护接零；②避免雷击的接地，称为防雷接地；③避免静电的接地，称为防静电接地。（2）为了设备正常工作的接地，包括：①大接地电流系统的中性点接地，称为工作接地；②防止外界电磁波对电气设备干扰的接地，称为屏蔽接地；③三相四线系统中线上的重复接地。上一页下一页返回12.2防止电力事故的安全技术措施2.保护接地将电气设备不带电的金属外壳和金属构件通过接地装置与大地相连，称为保护接地，如图12−5所示。保护接地的接地电阻要求在4Ω以下，比人体电阻小得多。当电气设备发生“碰壳”故障时，将有接地电流经故障相电源线、外壳、接地装置入地，与接地装置并联的人体流过的电流极小。在小接地电流系统中，接地电流很小，流经人体的电流更小，不会危及人身安全；由于接地相对地电压为零，也不会构成对人体高电压的威胁。在大接地电流系统中，接地电流为单相短路电流，该电流作用于保护装置，使线路跳闸，从而保障了与故障设备接触的人身安全。上一页下一页返回12.2防止电力事故的安全技术措施3.保护接零在三相四线制系统中，将电气设备不带电的金属外壳和金属构件用导线和中性线相连，称为保护接零，如图12−6所示。由于与中性线相连的变压器工作接地的接地电阻要求在4Ω以下，当电气设备“碰壳”时，形成单相短路电流，使保护装置动作，线路跳闸，从而保证了人身安全。上一页下一页返回12.2防止电力事故的安全技术措施按保护接地或保护接零的形式不同，可以把低压系统分为三种类型。（1）TN系统。即实行保护接零的三相四线制系统，若中线（N）和保护接零线（PE）共用，则称为TN−C系统；若N线与PE线分设，则称为TN−S系统。（2）TT系统。即实行保护接地的三相四线制系统。（3）IT系统。即实行保护接地的三相三线制系统。应当指出，在同一系统中的设备，不允许保护接地与保护接零混设。上一页下一页返回12.2防止电力事故的安全技术措施12.2.4电气安全装置（1）漏电保护装置。主要是漏电保护自动开关（RCD）。（2）电气安全联锁。可分为：①防止触电的联锁。如开关柜装设门开关，关门后方可合闸通电，开门即自动跳闸断电，以防人误进入带电开关柜。②排除故障线路的联锁。继电保护装置即这类联锁。③保证安全操作程序的联锁。如主断路器与隔离开关的联锁，户外隔离开关的主刀与接地刀的联锁。④防止非电事故的联锁。如行程开关。（3）电气信号装置。当危险因素出现时，发出灯光、音响信号报警。上一页下一页返回12.2

防止电力事故的安全技术措施12.2.5采用安全电压安全电压是保持人体电流在安全电流以下的电压，通常定为42V、36V、24V、12V、6V五级。对一般安全要求的场所，如行灯、机床照明、灯头离地达不到规定高度的场所，通常采用36V；对有特殊安全要求的场所，如在大型锅炉、管道及金属容器内工作时，通常采用12V。应当指出，没有绝对的安全电压。人体电阻一般可在800~2000Ω范围内变化，那么对36V的电压，通过人体的电流可在18~60mA范围内变化，而60mA的电流足以使人致死。上一页返回12.3雷电防护12.3.1雷电及其分类雷电是大气中雷云之间或雷云对地之间形成的一种瞬间强烈放电现象。其特点是：电压高（可达600kV）、电流大（可达100kA）、温度高（可达20000℃）、能量释放快（以μs计）。雷电可以分为下述几类：（1）直击雷。雷云与地面物体之间的直接放电。（2）静电感应雷。雷云在地面物体上感应出异性电荷，当雷云向雷云放电后，物体上的感应电荷移动形成过高压。（3）电磁感应雷。雷电流产生的变化极快的强大电磁场在金属物体上感应出的高压。下一页返回12.3雷电防护（4）雷电波侵入。当直击雷、静电感应雷和电磁感应雷发生于架空管、线上时，沿管、线侵入变、配电站或用户的冲击高电压。（5）球形雷。电离气体形成的高温火球。其中危害最严重的是直击雷和雷电波侵入。12.3.2雷电的危害雷电的冲击高电压将使电气设施的绝缘击穿，强大的雷电流将使电气设施烧毁，并引起很高的跨步电压和接触电压，对人员造成伤害；雷电的高温及短路效应将引起严重的火灾和爆炸；由电磁作用形成的巨大电动力、雷电激波气浪将使被击物遭受严重损坏。上一页下一页返回12.3雷电防护12.3.3防雷设施1.防直击雷的设施——接闪器接闪器是直接接受雷击的金属体，它经过引下线与接地体连接，其作用是引雷入地，从而保护了其他物体免受雷击。包括以下几种。（1）避雷针。由金属杆接闪，用于保护建筑物和户外电气设备。单支避雷针的保护范围可用折线法或滚球法确定。折线法把避雷针的保护范围确定为图12−7（a）所示的上、下两个圆锥形空间，不同高度hx，水平面上的保护半径为

其中，p为高度修正系数，当针高h≤30m时，p=1；当30＜h≤120m时，p=55/。上一页下一页返回12.3雷电防护滚球法把避雷针的保护范围确定为图12−7（b）所示的半径为hr的球沿针尖往下滚被地面托住时形成的球面锥体空间，滚球半径按表12−2所示的规定选取。不同高度hx上的保护半径为

需要扩大保护范围时，可采用多针联合保护。（2）避雷线。由沿线路之上架设的钢绞线接闪，用于保护架空线路。（3）避雷带（网）。由架设在建筑物上的金属带或金属网接闪，用于保护建筑物。如沿建筑屋边缘或屋顶敷设的接地金属带，利用钢筋混凝土中的钢筋构成的接地网，烟囱顶端的避雷环。上一页下一页返回12.3雷电防护2.防止雷电波侵入的设施——避雷器与变压器、大型电机等重要电气设备并联，防止雷电波侵入击穿电气设备。12.3.4对防雷设施的安全要求（1）接闪器的接地体应独立装设，与电气设备接地体之间的距离不得小于3m，更不准二者共用接地体。（2）防雷装置的接地电阻不得大于10Ω。（3）不准用铝线作防雷装置的引下线。上一页返回12.4静电防护12.4.1静电产生的条件积聚在物体上相对于观察者为静止或缓慢变化的电荷称为静电。带有静电的物体称为带电体，它可以是导体，也可以是绝缘体。静电以积累的形式存在，以放电或泄漏的形式消散。“积累”和“消散”是静电形成过程中的一对矛盾。显然，静电产生的条件有两个：（1）相互作用的两种物质有没有电荷转移？这取决于两种物质“电子逸出功”大小是否相同。二者相等，则不能产生静电；二者相差越大，越容易产生静电。下一页返回12.4静电防护（2）产生的静电荷能否在物体上积累起来？这取决于消散条件。只有静电积累作用大于消散作用，物体才能成为带电体。而静电消散条件主要是由物体的电阻及物体对地的电阻决定的。按得失电子的难易，用实验的方法，可把不同的物质排成如图12−8所示的静电序列表。例如，序列中任意两种物质紧密接触或摩擦时，前者带正电，后者带负电；序列中两种物质的位置相隔越远，紧密接触或摩擦时带电越显著。导体、半导体、绝缘体都可以成为静电的带电体。橡胶、尼龙、塑料、汽油、煤油、苯、乙醚等易带静电的物质称为强静电体；纸张、醋酸纤维等只能带微量静电的物质，以及与地绝缘的人体、金属等不易带静电，一旦带上难以泄露的物质，称为弱静电体。上一页下一页返回12.4静电防护12.4.2静电产生的方式1.摩擦带电这是产生静电的基本方式。两种电子逸出功不同的物质紧密接触（相距小于25×10−8cm）后迅速分离，则二者带异性静电，如图12−9所示。工业生产中，如固体物质大面积接触（带与带轮、粉碎、筛选、搅拌、剥离、撞击、滚压）时，高电阻率液体在容器中高速流动（管中流动、喷涂、注入容器）时，气体在管道中流动或喷射时，都容易带静电。2.附着带电带电粒子或带电粉尘附着在对地绝缘的物体上，使之带静电，如图12−10所示。上一页下一页返回12.4静电防护3.感应带电接近带电体的不带电导体由于静电感应而带异性电荷，称为感应带电，如图12−11所示。4.极化带电接近带电体的不带电电介质（绝缘体）由于极化效应而带电，如图12−12所示。12.4.3静电的危害静电可以加以利用，如静电除尘、静电植绒、静电复印、静电喷漆、静电分选、静电保鲜、静电电疗。静电的危害如下：上一页下一页返回12.4静电防护1.静电放电火花引起爆炸和火灾静电放电火花能量可按

计算，其中C为静电体对地电容，U为静电体电位。当静电放电火花能量达到可燃混合物的最小着火能量时，就会引起火灾和爆炸。表12−3列出了一些可燃混合物的最小着火能量。2.静电通过人体放电引起伤害静电带电体的电位通常很高，人体站在地面的对地电容为100pF左右，即使只有2×10−7C的电量，人体电位也有2kV。人体对导体放电，发生静电电击的人体电位约为3kV；人体对非导体放电，发生静电电击的人体电位约为10kV。静电放电能量很小（mJ级），一般只有手指麻木、刺痛感，不会危及生命，但容易造成间接伤害。上一页下一页返回12.4静电防护3.静电放电影响产品质量人体静电放电可以使感光胶片产生静电斑或曝光报废，使集成电路产品产生异常或击穿，足够高的静电还可以使电机绝缘击穿。4.静电放电干扰电子设备的正常运行火花放电的电磁波将引起计算机、电子自控装置的误动作，给通信设施和电台造成干扰。12.4.4静电的防护消除静电的原则是使静电消散作用大于积累作用。这可从限制静电电荷的产生和积累、方便静电电荷的消散两方面着手。上一页下一页返回12.4静电防护1.泄漏法泄漏法的宗旨在于改善消散条件，使带电体的静电电荷尽快消散。具体办法如下：（1）静电接地。即用接地装置将静电体与大地相连。导体的静电接地，接地电阻应在1MΩ以下，最好小于1kΩ；移动设备的静电接地，接地电阻应在1~10kΩ，其值过小反而会形成放电火花。导体的接地可与除工作接地、一级防雷接地以外的电气接地系统共用。静电接地的方法很多，如罐、塔等固定设施利用容器金属体自身或软铜线的接地，管道利用金属管自身或非金属管缠绕铁丝的接地，飞机、油船、罐车利用专用设施的接地，转轴利用滑环电刷或导电润滑油经过轴承的接地等。上一页下一页返回12.4静电防护（2）增加空气湿度。利用增湿器、喷雾装置等办法，将空气相对湿度提高到70%以上，加速静电的消散，提高爆炸混合物的最小着火能量。此法只适用于亲水性材料的静电体。（3）掺杂防静电添加剂。通过对静电体中加入金属粉、炭黑、金属丝、酒精、油酸镁、乙酸等附加物，降低静电体的电阻，加速静电的泄漏。如导电橡胶、抗静电塑料、抗静电织物、抗静电汽油、抗静电薄膜层。（4）对带静电液体作静置处理。2.中和法中和法的宗旨在于延缓静电的积累。办法是使带电体周围的空气电离出异性离子，中和带电体上的静电荷。产生电子或离子的专用装置叫静电消除器，主要如下：上一页下一页返回12.4静电防护（1）感应式静电消除器，如图12−13所示，在带电体附近安装接地针电极，由于静电感应，极针上感应出异性电荷，在极针附近将形成强电场，产生电晕放电，正离子向带电体运动，中和其上的负电荷，电子经极针入地。这类静电消除器结构简单，适用于要求不高的一般场合。（2）高压静电消除器，如图12−14所示，针电极附近的强电场由高压电源产生，大大增加了电晕放电的效果。此法适用于要求较高的场合。（3）同位素静电消除器。利用等同位素发射的α