電氣安全 第一章 電氣安全基礎

1、«電氣安全»緒論一、 課程性質：建筑電氣與智能化專業(yè)的專業(yè)課。二、 學習目的及任務：本課程具有較強的基礎性、實用性和綜合性的技術特點，內容涉及面廣泛，通過本課程的學習，使學生了解供配電系統(tǒng)及建筑物內電氣危害產生的途徑與種類，掌握分析電氣危害的基本理論，掌握電擊防護、過電壓防護和雷電防護的工程方法，建立電氣環(huán)境安全的概念，從而為學生畢業(yè)后從事電氣專業(yè)工作奠定基礎。三、 學習要求：1、 注意理論聯(lián)系實際，既要注重理論知識的學習，同時也要注重實踐環(huán)節(jié)的學習。2、 上課應認真聽講，重視基本概念及理論的學習，認真完成課程作業(yè)，通過做題來進一步鞏固和理解所學內容。四、考核辦法：本課程為

2、閉卷考試課程，學生課程總評成績由平時成績（占30%，其中：出勤10%；作業(yè)15%；課堂提問及學習主動性等5%）和期末考試成績（占70%）兩部分組成。五、參考書： 教材： «電氣安全»楊岳主編 機械工業(yè)出版社2010參考書：1、«電氣安全工程»楊有啟主編 首都經貿出版社2000 2、«低壓電氣安全»傅洪疇主編 中國標準出版社1994 3、«電氣裝置和安全及防護手冊»提示：電氣安全課程的主要內容由安全用電技術、高電壓技術、電氣環(huán)境安全技術等相關技術內容綜合而成，該課程內容涉及面廣泛，具有較強的基礎性、實用性和綜合性的技

3、術特點。第1章 ：電氣安全基礎§11電氣安全問題的立論1、 電氣安全問題的背景 隨著社會的不斷發(fā)展，科學技術的不斷進步，與該過程相伴隨的不利因素負面效應也逐漸顯露，并且滲透到每個技術領域，有些負面效應的嚴重程度也威脅到人類自身的存在，該問題的出現(xiàn)已有悖于人類認識和改造自然的初衷。1、現(xiàn)實背景：隨著科學的發(fā)展，電氣技術的應用日益廣泛，無論是現(xiàn)代生產，還是生活都離不開電能的供應、使用。電氣工程已成為現(xiàn)代科學技術、領域中重要的技術支撐，占有舉足輕重的地位，在電氣工程技術領域中存在的負面效應是廣泛而深刻的，電氣安全問題則成為這種負面效應的重要組成部分現(xiàn)實背景。2、社會背景：社會對電氣安全問題

4、極為重視，發(fā)達國家不僅在安全生產方面有嚴格要求，而且對涉及用戶人身安全和公共環(huán)境安全的問題更具有嚴格的規(guī)范。隨著我國生產力的快速發(fā)展，現(xiàn)代化程度的不斷提高，用電量的不斷增大，電氣安全問題也逾來逾重視社會背景。3、自然背景：除了人為的利用電磁能量外，自然界也存在著各種電磁過程，如雷電、靜電、宇宙電磁輻射等，它們影響著人類活動，且隨科技發(fā)展水平提高，危害日益增大，如何應對？自然背景4、學科背景：“電”的應用途徑：能源、信息載體，因此電氣安全問題既是電力、通信、計算機、自動控制等領域所共同面臨的問題，同時又是涉及到材料選用，設備制造，設計施工及運行維護等諸多環(huán)節(jié)，故電氣安全問題具有豐富的學術內涵及廣

5、泛應用的范圍學科背景。二、電氣安全問題的工作現(xiàn)狀：發(fā)達國家社會對電氣安全問題極為重視，尤其是涉及用戶人身安全和公共環(huán)境安全問題，予以了嚴格的規(guī)范。而我國在這方面由于過去的觀念和體制的原因較為忽視，至今差距較大，主要體現(xiàn)在：1、認識不足。2、技術標準落后，體系不清，標準間的配合不嚴密，有些甚至相互矛盾。3、從業(yè)人員相關知識不夠系統(tǒng)、完善，一些錯誤的概念、術語、方法等還在被廣泛地使用如火線、零線、接零保護等。4、工程項目中，錯、漏安全技術措施的現(xiàn)象非常普遍。（如住宅衛(wèi)生間的等電位聯(lián)結極少實施，RCD誤動被大量取消等）以上問題中，認識不足和知識體系不完善是根本原因，要解決這些問題，必須從專業(yè)人員的專

6、業(yè)教育入手，只有專業(yè)人員具備正確的認識和知識才可能在全社會提高電氣安全水平。電氣安全問題不僅作為一項基本常識和制度讓人去認識，同時又作為一門技術去掌握，消除長期以來對電氣安全的模糊認識，以科學的態(tài)度認識它，用工作的手段去應對它。課程將對電擊防護、雷電防護、過電壓防護及電氣環(huán)境安全問題進行論述學習，從理論和實踐兩方面對電氣安全問題進行分析研究。§12 電氣危害電氣危害從產生的源頭分：自然因素產生的危害、人為因素產生的危害。從發(fā)生危害的特征分：電氣事故和電磁污染。見P3表1-1所示電氣危害的種類及原因一、 供配電系統(tǒng)產生的電氣危害1、 對系統(tǒng)自身的危害： 短路：電流大、升溫快，要求自動裝

7、置迅速切除，否則產生的后果嚴重。 過電壓：危害設備的絕緣，嚴重者會導致短路。 絕緣老化：絕緣老化的結果，使系統(tǒng)可靠性下降，威脅系統(tǒng)的安全運行。2、對用電設備、環(huán)境和人員的危害： 電氣傷害：可直接導致人員死亡、傷殘或二次事故。 現(xiàn)狀：我國居民民用用電量在總用電量中所占比例僅為發(fā)達國家的1/3，且人均用電量僅為日本1/8、美國1/11、北歐1/22，但電擊事故卻遠遠超過發(fā)達國家。 電氣火災：因接觸不良方式過載而引起的火災。 現(xiàn)狀：我國電氣火災占火災總數(shù)的30%（發(fā)達國家，如日本僅占2%-3%）。 電壓并常升高而造成用電設備的損壞。預防措施：正確預測負荷；合理設置保護；提高產品質量；規(guī)范施工安裝；加

8、強運行管理和維護等。二、 雷電和靜電產生的電氣危害（防雷措施：避雷針、線、網、帶、避雷器） 1、 雷電的危害：雷云的放電，電流大（最大200千安），溫度高（最高10000以上），危害極大，且會產生過電壓，危害設備及線路的安全。 2、 靜電的危害：主要是靜電產生的強磁場和高電壓，靜電電氣火災的原因之一，對電源設備的危害也很大。 預防措施：消除靜電產生的條件；削減靜電的效應。三、 電氣危害的特點及規(guī)律 1、 電氣危害的特點： 非直觀性：看不見、聽不到、嗅不著，本身不具備人們直觀所能識別的特征，危害的潛在性、隱蔽性。 途徑廣：由于供配電系統(tǒng)所處環(huán)境復雜，電氣危害產生的和傳遞的途徑，防護十分困難。 能

9、量范圍廣：雷電流超數(shù)百千安，人體電擊致死電流50mA以上。 工作用時間長短不一：雷電作用僅數(shù)十微妙，絕緣老化可若干年。 不同危害之間的關聯(lián)性：絕緣破損短路火災 2、電氣危害的規(guī)律： 電氣危害總是伴隨著能量的非期望分配。 電氣危害的發(fā)生總是伴隨有電氣參數(shù)或特性的變化。變化：量值大小，特征、組合特性等,成為判斷某種危害是否發(fā)生的關鍵和依據(jù)。§13 絕緣技術基礎 絕緣指用電介質對帶電導體進行封閉和隔離并使電能在設定的通道中傳輸?shù)募夹g措施，它即是電氣設備及裝置的電擊防護基本的措施，也是保證其正常工作的基本條件，其基本指導是思想是要盡可能降低電擊發(fā)生的可能性，是預防措施而不是補救措施。而絕緣由

10、絕緣材料來實現(xiàn)，絕緣材料分氣、液、固三種，研究他們的放電和電氣強度等性能將有助于絕緣結構的設計和正確使用，以防老化而引起絕緣性下降，本節(jié)將討論這些問題。一、絕緣材料的電氣性能與耐熱性：1、絕緣材料的電氣性能：絕緣材料是一類導電能力很小的材料的總稱，又稱電介質。 本質特征：材料中基本沒有可自由移動的載流子。 參數(shù)界定：電阻率不低于107·m。 用途：對帶電導體進行封閉、隔離。 物態(tài)：氣體、液體、固體絕緣。 絕緣按物態(tài)分為氣體絕緣和液體絕緣、固體絕緣三種。典型材料：空氣、變壓器油、塑料現(xiàn)分別就其電氣性能討論如下：（1）電介質的極化、電導和損耗 研究電介質的極化，電導和損耗是分析其電氣性能

11、的基礎，也是研究絕緣材料老化的基礎。1）極化電介質在電場作用下所發(fā)生的束縛電荷的彈性位移和極性分子趨向的現(xiàn)象叫極化，極化又分有損極化與無損極化。無損極化：中性分子在外電場作用下正、負電荷中心分離但外電場消失后會重新重合，無能量消耗，又稱彈性極化。 有損極化：偶極子在外電場，作用下重新取向，外電場消失后不復原，有能量消耗，又稱非彈性極化。 電介質等效電路的物理意義（三個支路的解釋-課堂釋義）。2）電導反映電介質導電能力大小，介質中少量載流子在電壓作用下發(fā)生的定向運動，產生電流-電導電流（泄漏電流）。3）介質損耗交變電壓作用下絕緣介質中產生的有功功率損耗，簡稱介損，在一定條件下反映電介質絕緣性能的

12、優(yōu)劣和老化程度及速度的快慢。 介損機理探討。交變電壓作用下介質中主要會產生電導（泄漏）損耗和極化損耗兩種現(xiàn)象。 電導損耗即介質中少量載流子在電壓作用下發(fā)生的定向運動，產生電流，由此產生的損耗叫做電導損耗或泄漏損耗。極化損耗即有損極化產生的損耗。 介質損耗角。 介損功率與介質體積、外加電壓等有關，不能表征材料性質，介損角只與材料有關。工程上一般測量介損角正切值tan，稱為介損因數(shù)，其大小反映電介質絕緣性能優(yōu)劣和老化程度及速度快慢。（2）、絕緣材料的電氣參數(shù)1）絕緣電阻率。 >107·m與溫度反相關，溫度特性與導體相反。2）介質損耗因數(shù)。3）介電強度。指絕緣不被擊穿所能承受的最大電

13、場強度，又稱介質強度。介電強度不僅與絕緣材料本身的性質有關，還與外加電場的形式有關。如直流與交流電壓作用下，介質的介電強度可能不同，介質介電強度受環(huán)境條件影響較大，如溫度、濕度、壓力等。舉例：正常條件下空氣介電強度為3kV/mm。 小結：絕緣材料的最常見電氣參數(shù)為：絕緣電阻率、介質損耗角（或介損因數(shù)）和介電強度。這些參數(shù)只與電介質材料有關，與形狀、體積等無關。電介質材料電氣參數(shù)受溫度、濕度等環(huán)境條件影響較大。（3）、電介質的老化：指絕緣材料由于受熱、電、氧、機械力、輻射、微生物等因素的長期作用，產生一系列不可逆的物理和化學變化，導致絕緣材料電氣性能和機械性能的惡化1）電老化：電介質在電場長時間

14、作用下，會逐漸使其物理化學性能發(fā)生不可逆的劣化，最終導致介質的擊穿。2）熱老化：絕緣材料在長期受熱的情況下，性能逐漸劣化，失去優(yōu)良的性能。每一種介質均有最高的允許溫度，其值有耐熱性能決定，電工絕緣材料按不同的耐熱性能分成7個耐熱等級，見P8表1-23）絕緣的受潮：絕緣的受潮導致電導及介質損耗增大，這就會促使絕緣進一步發(fā)熱并提高熱老化的速度，另外會使電老化發(fā)生，總之，對絕緣壽命不利！2、耐熱分級：在保證壽命的前提下，根據(jù)絕緣材料所能長期承受的最高工作溫度，可將它們分為若干等級。見P8表1-2絕緣材料的耐熱等級 二、絕緣結構及分類 1、絕緣結構的概念 由一種或若干種絕緣材料構成的絕緣體，稱為絕緣結

15、構。絕緣結構可理解為由絕緣材料所加工成的零件在電氣設備上的特定應用方式。絕緣結構按功能可分為工作絕緣和保護絕緣。 2、按保護功能區(qū)分的絕緣形式（1）基本絕緣。帶電部件上對觸電起基本保護作用的絕緣結構。（介紹工作絕緣）（2）附加絕緣。為在基本絕緣損壞情況下防止觸電而附加在基本絕緣之外的一種獨立絕緣結構，又稱輔助絕緣。（3）雙重絕緣。由基本和附加絕緣共同構成的絕緣結構。基本絕緣和附加絕緣是可以分開的，各自本身就是一個獨立的絕緣結構。（4）加強絕緣。相當于雙重絕緣保護程度的單獨絕緣結構，由一種或若干種絕緣材料構成，但不能分拆，是一個整體。三 絕緣檢測與絕緣試驗：1、絕緣檢測：絕緣檢測就是用儀器設備對

16、設備的絕緣狀況進行測量。因為絕緣破壞是造成電擊的主要原因，絕緣破壞有些是因偶然因素造成，有些設計不全面，制造缺陷或使用不當造成的，通過檢測發(fā)現(xiàn)可能造成絕緣破壞的隱患，同時又測試了絕緣極限耐熱能力，主要測量項目：絕緣電阻及吸收比的測量，介損的測量，局部放電的測量，泄露電流測量，交流耐壓，直流耐壓，沖擊耐壓等。2絕緣試驗：絕緣試驗的目的在于發(fā)現(xiàn)絕緣的缺陷，以及時采取措施防患于未然。絕緣的缺陷通?？煞謨深悾壕植啃曰蚣行匀毕荩徽w性或分布性缺陷。電氣設備的絕緣預防性試驗分兩大類：一類叫非破壞性試驗(特性試驗)如：絕緣電阻（吸收比）的測量，泄漏電流測量，介損測量，電壓分布測量，局部放電測量等；另一類叫

17、破壞性試驗（強度試驗）如：直流耐壓試驗，交流耐壓試驗，沖擊耐壓試驗等（1）絕緣電阻和吸收比的測量：用兆歐表測量絕緣電阻和吸收比K，是一項簡單易行的絕緣試驗方法，測試時在設備的上加上直流電壓，測量流過的電流及其變化，并以此判斷絕緣狀況。1）兆歐表的原理（也叫絕緣電阻表見P10圖1-4） 指針偏轉與電壓無關而僅與絕緣電阻有關！2）測試方法：原理：當直流電壓加在任何介質上時，流過它的電流隨時間增長而逐漸減小，最終趨于穩(wěn)定，這個穩(wěn)定電流即為泄露電流。此現(xiàn)象為吸收現(xiàn)象。若絕緣狀態(tài)良好，吸收過程慢且明顯；若受潮嚴重，則漏電電流大，吸收過程快，吸收現(xiàn)象不明顯，以此判斷絕緣的狀況。絕緣電阻R的測量：（以絕緣套

18、管為例）為防表面電流對測量的影響，應在表面卷金屬線并接入屏蔽端，兆歐表轉速應恒定在120r/min，并在60s后讀數(shù)則為絕緣電阻值。常用兆歐表的額定電壓有：500v,1000v,2500v, 5000v四種，通常額定電壓在1000v以上的設備使用2500v兆歐表測試而1000v以下通常用1000v兆歐表測試。3)吸收比的測量：對于電容量較大的設備如電機，變壓器等，可利用吸收比測量，根據(jù)其R隨時間的變化，以判斷絕緣狀況，通常測定加壓后15s和60s的R值，并將兩者比-吸收比作為判斷依據(jù) ：K=R60/R15。一般若絕緣良好，則吸收比現(xiàn)象特別明顯，K值大于1，若嚴重受潮或有集中性局部泄露，K=1。

19、通常 ：K1.3為絕緣干燥，K<1.3為絕緣受潮！4）測試目的與測試結果判斷：了解絕緣結構的絕緣性能、了解電氣產品絕緣處理質量、了解絕緣受潮及污染狀況檢驗絕緣是否能受潮受耐壓試驗、檢驗電氣設備和線路能否通電運行5）測試中應注意的問題：兆歐表測試電壓的選取、測試前被試品的電源即對外的連線應拆除，并將其接地，以充分放電、測試時以額定轉速（120v/min）轉動，轉速穩(wěn)定后接入，讀數(shù)穩(wěn)定后開讀。對大容量被試品測量時，測量結束時先斷開兆歐表的連線，再停轉，防殘余電荷放電、注意屏蔽端的鏈接，且線路端與接地端不能靠在一起，記錄當時的溫度，濕度?。?）、介質損失角正切值的測量介質損失角正切值的測量是判

20、斷絕緣狀況的一種比較靈敏的方法，在電氣設備制造，絕緣材料鑒定以及絕緣試驗等方面得到廣泛應用，特別對受潮，老化等分布性缺陷比較有效，對小體積設備比較靈敏，是絕緣試驗中常做的項目。介質損失角正切值的測量常用的測量儀器是西林電橋，即西林電橋法。1）交流西林電橋的工作原理：（以QSI型西林電橋為例）西林電橋由4個橋臂組成，臂1為被試品C：用 Cx和Rx并聯(lián)表示，臂2 為標準電容器 ，一般為50PF，臂3、4為裝在電橋內，調節(jié)部分（包括R3 C4）G為檢流計，測量時，調節(jié)R3 C4 。 2）接線方式：正接線：電橋C是接電源的高壓端特點：操作安全，準確度較高，但要求被試品不接地，適用于實驗室不適用于現(xiàn)場。

21、反接線：當被試品一端接地時，測量只能用反接線，即D端接電源高壓，C點接地。特點：適用于現(xiàn)場測量，接線簡單，但調試時操作人員處于高壓端，因此電橋本體應對滴絕緣，國產QSI型即為此方式。3）、測試目的與結果判別： 測量是預防性試驗基本項目，通過與歷史比較判斷老化的速度及程度，通過值的大小判斷絕緣材料性能優(yōu)劣。該項目對受潮及老化等分布缺陷比較有效！補充：安全距離：電壓等級： 10kv 35kv 110kv 220kv 330kv 500kv距離（m）: 0.7 1 1.5 3.0 4.0 5.0§14 接地技術基礎 一、電氣地與電氣接地 電氣“地”：可用作為參考電位且電容無窮大的物體。用作

22、參考電位 :任何擾動下，電位都保持不變。（這一點實際上不可能完全做到），電容無窮大：可提供或接受任意多的電荷。 電氣“接地”：將電氣系統(tǒng)或裝置上導體的某一部分與電氣“地”進行電氣連接的技術措施。 二、接地的分類功能性接地、保護性接地、電磁兼容接地。 1、功能性接地 為保證系統(tǒng)（設備）正常工作，或為保證系統(tǒng)（設備）正確可靠地實現(xiàn)其功能所作的接地。過去又稱為工作接地。例如：系統(tǒng)中性點接地，單極直流輸電系統(tǒng)大地回流極接地。2、保護性接地 以人身和（或）設備安全為目的的接地。如：安全保護接地， 防雷接地， 防靜電接地，陰極保護接地。 3、電磁兼容接地 為達到電磁兼容的要求所作的接地。又稱高頻接地。三、

23、接地裝置原理構成及接地電阻1、構成：由接地體（金屬）、接地線構成 接地體周圍的土壤、巖石等雖然不是接地裝置的構成部分，但對接地的電氣性能影響很大，可視為與接地裝置相關的外部因素。接地體作用：獲取基準電位，提供電荷通道。接地線作用：將接地體連接點引至地面以上并與接地系統(tǒng)或設備相連。 2、接地電阻 R 直流接地電阻； Ra工頻接地電阻； Rsh沖擊接地電阻； UE接地點與無窮遠大地參考點間直流電壓； IE 流入接地點的直流電流； 沖擊系數(shù)，一般小于1。 四、地電位與地面（地中）電位分布 地電位：即參考零電位，指距接地點無窮遠處的大地電位。相當于等效電路圖中接地電阻下端電位。地面（地中）某一點電位：

24、當接地體有電流通過時，附近地面（地中）某一點以無窮遠大地為參考點的實際電位。最高值等于等效電路圖中接地電阻上端電位。關于接地裝置的利用方式問題 §15 環(huán)境技術基礎一、 環(huán)境技術與電氣安全的關系：電氣設備總是工作于某一特定的環(huán)境中，不同的環(huán)境情況對電氣設備正常工作的可靠性，使用壽命等，有不同的影響，我們把研究電氣設備性能與環(huán)境情況之間的關系的技術叫環(huán)境技術，顯然環(huán)境技術與電氣設備的電氣安全是密切相關的。二、環(huán)境條件： 我國傳統(tǒng)的稱謂為“環(huán)境條件”。IEC關于“外部條件”的概念內涵更深刻，而環(huán)境條件屬于外部條件的一個組成部分。根本區(qū)別：是否包括環(huán)境中人及與人相關的因素。 按IEC“外部條件”進行介紹。在IEC標準中，環(huán)境條件是所有外部影響因素的一個部分。外部因素按代號分類：代號一般由兩個字母表示，第一個字母表示大類，第二個字母表示小類。通常第一個字母規(guī)定：A環(huán)境 B使用情況 C建筑物結構第二個字母規(guī)定：A溫度 B濕度 C高度 D水 1、環(huán)境A： 環(huán)境溫度AA：分六級，即：AA1AA6 如：AA1（-60+5） 環(huán)境濕度AB：分四級，即：10%、50%、75%、95%（指相對濕度分） 環(huán)境高度AC（海拔高度）：AC12000m以下、AC22