電氣安全第1章

1、電氣安全重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院楊岳課程性質(zhì)與教學(xué)安排一、課程性質(zhì) 1、在本科課程體系中的位置 基礎(chǔ)課專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課專(zhuān)業(yè)課 必修課、選修課 本課程是一門(mén)專(zhuān)業(yè)選修課。 支撐本課程的先修課：必修電路原理、電磁場(chǎng)、電機(jī)學(xué)，供配電系統(tǒng)。 受本課程支撐的后續(xù)教學(xué)環(huán)節(jié)：課程設(shè)計(jì)，畢業(yè)設(shè)計(jì)。 2、在本專(zhuān)業(yè)方向課程體系中的位置 1）本專(zhuān)業(yè)方向的學(xué)科屬性： 面向終端用戶(hù)的電氣工程、控制工程與信息工程技術(shù)。 內(nèi)涵用戶(hù)技術(shù)； 外延電氣、控制與信息工程。 電氣工程技術(shù) 控制工程技術(shù) 信息工程技術(shù) 綜合 工程技能 供配電系統(tǒng) 電氣照明 電氣安全 自動(dòng)化儀表與過(guò)程控制 電氣控制技術(shù) 建筑通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 建筑智能化技術(shù) 建筑電氣節(jié)

2、能 建筑電氣工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 2）專(zhuān)業(yè)方向課程體系安排 3、本課程面向的工程應(yīng)用領(lǐng)域 核心是電力用戶(hù)和公共場(chǎng)所的用電安全問(wèn)題。應(yīng)用領(lǐng)域包括： 1）供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)； 2）供配電系統(tǒng)運(yùn)行管理； 3）用電安全性評(píng)估、質(zhì)量檢測(cè)等。適用于質(zhì)檢、安監(jiān)等部門(mén)。 4）電氣安全事故分析、責(zé)任認(rèn)定等。適用于金融、物管、司法服務(wù)等行業(yè)。二、教學(xué)目標(biāo)與安排 1、教學(xué)目標(biāo) 明了電力用戶(hù)電氣安全的主要問(wèn)題，掌握電力用戶(hù)電氣安全問(wèn)題的基本分析計(jì)算和工程設(shè)計(jì)方法。 要求：了解電氣安全的基礎(chǔ)知識(shí)，具備中低壓系統(tǒng)電擊防護(hù)、雷電防護(hù)、電氣火災(zāi)預(yù)防的工程設(shè)計(jì)能力，具備建筑物防雷設(shè)計(jì)能力，建立電氣環(huán)境安全的概念。 2、教學(xué)實(shí)施 1）教學(xué)環(huán)

3、節(jié)：課堂授課及討論。 2）考核辦法：考試。試卷成績(jī)占60平時(shí)成績(jī)占40。 平時(shí)成績(jī)：（1）上課出勤情況5分，以隨機(jī)點(diǎn)名為準(zhǔn)；（2）作業(yè)15分；（3）專(zhuān)題報(bào)告及討論20分。第一章 電氣安全基礎(chǔ) 第一節(jié) 電氣安全問(wèn)題立論 第二節(jié) 電氣危害 第三節(jié) 絕緣技術(shù)基礎(chǔ) 第四節(jié) 接地技術(shù)基礎(chǔ) 第五節(jié) 環(huán)境技術(shù)基礎(chǔ) 第六節(jié) 電氣產(chǎn)品的安全認(rèn)證第一節(jié) 電氣安全問(wèn)題立論 一、電氣安全問(wèn)題的背景 1、社會(huì)背景 各類(lèi)“電”系統(tǒng)產(chǎn)生的危害 2、自然背景 自然界雷電、靜電等產(chǎn)生的危害 3、技術(shù)發(fā)展規(guī)律背景 理論（如物理學(xué)）研究突破趨利應(yīng)用 形成工程體系 負(fù)面作用顯現(xiàn)避害對(duì)策 4、學(xué)科背景 問(wèn)題本身的基礎(chǔ)性、所涉及學(xué)科的廣

4、泛性與理論深度、工程體系的系統(tǒng)性與綜合性 二、電氣安全問(wèn)題的工程現(xiàn)狀 1）對(duì)比知不足與IEC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比；與先進(jìn)國(guó)家單位用電量事故率對(duì)比。 2）學(xué)習(xí)與進(jìn)步與先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)接軌。接軌力度：從等效采用，到等同采用（存疑）。 3）努力的方向更新觀念，糾正錯(cuò)誤，普及知識(shí)，發(fā)展技術(shù)。 三、本課程研究范圍和重點(diǎn) 面向非專(zhuān)業(yè)場(chǎng)所，面對(duì)非專(zhuān)業(yè)人員，研究各類(lèi)電氣危害產(chǎn)生的機(jī)理和特性參數(shù)計(jì)算，并提出有效的技術(shù)防護(hù)措施。 關(guān)鍵詞：兩個(gè)“非”，“技術(shù)措施” 四、本課程的特點(diǎn)和學(xué)習(xí)方法 1、特點(diǎn) 案例式教學(xué)特征。 2、學(xué)習(xí)方法 1）掌握知識(shí)結(jié)構(gòu)兩條主線：電氣安全問(wèn)題的理論基礎(chǔ)；電氣安全問(wèn)題在工程體系中的位置。 2）歸納共性，對(duì)比

5、個(gè)性。 3）從問(wèn)題出發(fā)展開(kāi)研究。第二節(jié) 電氣危害一、電氣危 害分類(lèi)職業(yè)病電磁騷擾電磁污染設(shè)備損壞和質(zhì)量事故電氣火災(zāi)電擊非故障型設(shè)備損壞電氣火災(zāi)、引爆電擊故障型電氣事故電氣危害 二、電氣危害的主要加害源簡(jiǎn)介 1、供配電系統(tǒng) 危害對(duì)象：系統(tǒng)自身；系統(tǒng)所處環(huán)境中的其他事物。 2、雷電、靜電等 危害對(duì)象：環(huán)境中的事物，包括電氣電子系統(tǒng)和建（構(gòu)）筑屋等。 三、電氣危害的特點(diǎn) 1、非直觀性。 2、途徑廣。 3、能量大小懸殊，譜密度多樣。 4、作用時(shí)間長(zhǎng)短不一。 5、關(guān)聯(lián)性。不同危害之間、危害與防護(hù)措施之間、不同防護(hù)措施相互之間。 四、電氣危害的規(guī)律 1、電氣危害總是緣于電能的非期望分配。 理解某種危害產(chǎn)生

6、機(jī)理的最基本依據(jù)。 2、電氣危害的發(fā)生一定伴生著電氣參量的變化。 變化：量值大小，特征、組合特性等。 判斷某種危害是否發(fā)生的關(guān)鍵。第三節(jié) 絕緣技術(shù)基礎(chǔ) 一、絕緣材料 絕緣材料導(dǎo)電能力很小的一類(lèi)材料的總稱(chēng)，又稱(chēng)電介質(zhì)。 本質(zhì)特征：材料中基本沒(méi)有可自由移動(dòng)的載流子。 參數(shù)界定：電阻率不低于107m。 用途：對(duì)帶電導(dǎo)體進(jìn)行封閉、隔離。 物態(tài)：氣體、液體、固體絕緣。 典型材料：空氣、變壓器油、塑料 1、絕緣材料的主要電氣參數(shù) （1）絕緣電阻率。107m。與溫度反相關(guān)，溫度特性與導(dǎo)體相反。 （2）介質(zhì)損耗因數(shù)。 1）介質(zhì)損耗。交變電壓作用下絕緣介質(zhì)中產(chǎn)生的有功功率損耗，簡(jiǎn)稱(chēng)介損。 2）介損機(jī)理探討。交變

7、電壓作用下介質(zhì)中主要會(huì)產(chǎn)生泄漏和極化兩種現(xiàn)象。 泄漏即介質(zhì)中少量載流子在電壓作用下發(fā)生的定向運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生電流，由此產(chǎn)生的損耗叫做電導(dǎo)損耗或泄漏損耗。 極化又分有損與無(wú)損極化。 無(wú)損極化：中性分子在外電場(chǎng)作用下正、負(fù)電荷中心分離，但外電場(chǎng)消失后會(huì)重新重合，無(wú)能量消耗，又稱(chēng)彈性極化。 有損極化：偶極子在外電場(chǎng)作用下重新取向，外電場(chǎng)消失后不復(fù)原，有能量消耗，又稱(chēng)非彈性極化。 介質(zhì)等效電路。三個(gè)支路解釋。0Ca)UIiIa0CIiRCaaRIb)UI0C0C理想介質(zhì)實(shí)際介質(zhì) 3）介質(zhì)損耗角。 介損功率與介質(zhì)體積、外加電壓等有關(guān)，不能表征材料的性質(zhì)。介損角在規(guī)定測(cè)試條件下只與材料有關(guān)。 工程上一般測(cè)量介損

8、角正切值tan，稱(chēng)為介損因數(shù)。0Ca)UIiIa0CIiRCaaRIb)UI0C0Cc)I0ICU理想介質(zhì)相量圖實(shí)際介質(zhì) （3）介電強(qiáng)度。指絕緣不被擊穿所能承受的最大電場(chǎng)強(qiáng)度，又稱(chēng)介質(zhì)強(qiáng)度。 介電強(qiáng)度不僅與絕緣材料本身的性質(zhì)有關(guān)，還與外加電場(chǎng)的形式有關(guān)。如直流與交流電壓作用下，介質(zhì)的介電強(qiáng)度可能不同。 介質(zhì)介電強(qiáng)度受環(huán)境條件影響較大，如溫度、濕度、壓力等。 舉例：正常條件下空氣的直流介電強(qiáng)度為3kV/mm。 小結(jié)：絕緣材料的最常見(jiàn)電氣參數(shù)為：絕緣電阻率、介質(zhì)損耗角（或介損因數(shù)）和介電強(qiáng)度。 這些參數(shù)只與介質(zhì)材料有關(guān)，與介質(zhì)形狀、體積等無(wú)關(guān)。 介質(zhì)材料電氣參數(shù)受溫度、濕度等環(huán)境條件影響較大。 2

9、、絕緣材料耐熱分級(jí) 在保證壽命的前提下，根據(jù)絕緣材料所能長(zhǎng)期承受的最高工作溫度，可將它們分為若干等級(jí)。耐熱等級(jí)耐熱等級(jí)YAEBFH長(zhǎng)期允許使用的最高溫度長(zhǎng)期允許使用的最高溫度/C90105120130155180 絕緣耐熱分級(jí)有時(shí)又稱(chēng)為絕緣等級(jí)，取決于絕緣熱老化特性，注意不要與介電強(qiáng)度參數(shù)混淆。 使絕緣壽命減半的額外溫升，Y級(jí)絕緣為8，B級(jí)為10，H級(jí)為12。 二、絕緣結(jié)構(gòu)及分類(lèi) 1、絕緣結(jié)構(gòu)的概念 由一種或若干種絕緣材料構(gòu)成的絕緣體，稱(chēng)為絕緣結(jié)構(gòu)。 絕緣結(jié)構(gòu)可理解為由絕緣材料所加工成的零件，以特定方式應(yīng)用在電氣設(shè)備上。 絕緣結(jié)構(gòu)按功能可分為工作絕緣和保護(hù)絕緣。 2、按保護(hù)功能區(qū)分的絕緣形式

10、（1）基本絕緣。帶電部件上對(duì)觸電起基本保護(hù)作用的絕緣結(jié)構(gòu)。（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(dú)立絕緣結(jié)構(gòu)，又稱(chēng)輔助絕緣。 （3）雙重絕緣。由基本和附加絕緣共同構(gòu)成的絕緣結(jié)構(gòu)。基本絕緣和附加絕緣是可以分開(kāi)的，各自本身就是一個(gè)獨(dú)立的絕緣結(jié)構(gòu)。 （4）加強(qiáng)絕緣。相當(dāng)于雙重絕緣保護(hù)程度的單獨(dú)絕緣結(jié)構(gòu)，由一種或若干種絕緣材料構(gòu)成，但不能分拆，是一個(gè)整體。1-工作絕緣f)c)4-可觸及的金屬件d)e)b)a)5124143123214252-保護(hù)絕緣3-不可觸及的金屬件5-加強(qiáng)絕緣雙重和加強(qiáng)絕緣a、b、c、d雙重絕緣 e、f加強(qiáng)絕緣 三、絕緣檢測(cè) 1

11、、絕緣電阻測(cè)試 1）測(cè)試設(shè)備。兆歐表。 2）測(cè)試內(nèi)容。吸收比，絕緣電阻。 吸收比：1560RRK EL-+RXGRARVrVrA_GAIIVR15R15160R260tVP極EARLrIAG+RVVI_-ArG屏蔽極應(yīng)用偏轉(zhuǎn)角為Rx的一元函數(shù)絕緣電阻R 2、介損角正切值tan測(cè)試 1）測(cè)試設(shè)備。介損電橋，又稱(chēng)西林電橋。 2）測(cè)試結(jié)果。介損角正切值。Cx3rAPu4214cR43RxcNcGDBPRxr3u4cNxGR43cc421正接線試件不接地反接線試件接地研討題目1 就電介質(zhì)參數(shù)和r寫(xiě)一研討報(bào)告。題目：介質(zhì)介電常數(shù)探討。報(bào)告至少應(yīng)清晰闡述以下問(wèn)題。 1、參數(shù)的物理意義和r的定義。 2、電容

12、器中，介質(zhì)r的大小與電容量值有什么關(guān)系。 3、為什么電力電纜絕緣介質(zhì)的r不宜過(guò)大。 還可涉及如非線性、各向異性等其他問(wèn)題。要求用自己的語(yǔ)言表達(dá)，邏輯清晰，文字簡(jiǎn)練，杜絕大段摘抄。格式盡可能規(guī)范。 背景資料 1、物理電磁學(xué)中點(diǎn)電荷產(chǎn)生電場(chǎng)的公式，矢量P及其含義，極化率等概念。 2、平板電容、同軸電容等計(jì)算公式。 3、平板電容中，若兩極間電介質(zhì)有兩種，介電系數(shù)不相同，其電荷與電場(chǎng)分布有何規(guī)律？介質(zhì)放電有何規(guī)律？ 4、電力電纜的結(jié)構(gòu)。 第3周課堂研討，分組發(fā)言，請(qǐng)認(rèn)證準(zhǔn)備。第四節(jié) 接地技術(shù)基礎(chǔ) 一、電氣地與電氣接地 電氣“地”：可用作為參考電位且電容無(wú)窮大的物體。 用作參考電位 :任何擾動(dòng)下，電位都

13、保持不變。（這一點(diǎn)實(shí)際上不可能完全做到） 電容無(wú)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(dǎo)體的某一部分與電氣“地”進(jìn)行電氣連接的技術(shù)措施。 二、接地的分類(lèi) 功能性接地，保護(hù)性接地，電磁兼容接地。 1、功能性接地 為保證系統(tǒng)（設(shè)備）正常工作，或?yàn)楸ＷC系統(tǒng)（設(shè)備）正確可靠地實(shí)現(xiàn)其功能所作的接地。 過(guò)去又稱(chēng)為工作接地。 例如：系統(tǒng)中性點(diǎn)接地，單極直流輸電系統(tǒng)大地回流極接地。 2、保護(hù)性接地 以人身和（或）設(shè)備安全為目的的接地。如： 安全保護(hù)接地 防雷接地 防靜電接地 陰極保護(hù)接地 3、電磁兼容接地 為達(dá)到電磁兼容的要求所作的接地。又稱(chēng)高頻接地。 三、接地裝置原理構(gòu)成及接地電

14、阻 1、構(gòu)成：由接地體（金屬）、接地線構(gòu)成 接地體周?chē)耐寥?、巖石等雖然不是接地裝置的構(gòu)成部分，但對(duì)接地的電氣性能影響很大，可視為與接地裝置相關(guān)的外部因素。 接地體作用：獲取基準(zhǔn)電位，提供電荷通道。 接地線作用：將接地體連接點(diǎn)引至地面以上并與接地系統(tǒng)或設(shè)備相連。 uEIUEtU接地體接地線 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(diǎn)與無(wú)窮遠(yuǎn)大地參考點(diǎn)間直流電壓； IE 流入接地點(diǎn)的直流電流； 沖擊系數(shù)，一般小于1。 EEaIURRashRR 四、地電位與地面（地中）電位分布 地電位：即參考0電位，指距接地點(diǎn)無(wú)窮遠(yuǎn)處的大地電位。相當(dāng)于等效電路圖中接地電

15、阻下端電位。（IEC：參考地） 地面（地中）某一點(diǎn)電位：當(dāng)接地體有電流通過(guò)時(shí)，附近地面（地中）某一點(diǎn)以無(wú)窮遠(yuǎn)大地為參考點(diǎn)的實(shí)際電位。最高值等于等效電路圖中接地電阻上端電位。（IEC：局部地）接地線接地體UtUIvoooE地中等位面散流場(chǎng)（地面電位分布）電位梯度趨于0E地面電位即為地電位自此以遠(yuǎn)，地中v0Vabv=o地面等位線v=oEU0Vv自此以遠(yuǎn)，地面電位即為地電位E地面接地體地中等位面（剖面圖）地面等位線（俯視圖） 關(guān)于接地裝置的利用方式問(wèn)題 分別接地地裝置不同類(lèi)接地共用一個(gè)接裝置同類(lèi)接地共用一個(gè)接地共同接地接地方式第五節(jié) 環(huán)境技術(shù)基礎(chǔ) 一、環(huán)境技術(shù)與電氣安全的關(guān)系 研究電氣設(shè)備（系統(tǒng)）性

16、能與環(huán)境狀況之間關(guān)系的技術(shù)，叫做環(huán)境技術(shù)。 環(huán)境技術(shù)主要包括兩方面的內(nèi)容： （1）環(huán)境條件。 （2）環(huán)境試驗(yàn)。 二、環(huán)境條件 我國(guó)傳統(tǒng)的稱(chēng)謂為“環(huán)境條件”。 IEC關(guān)于“外部條件”的概念內(nèi)涵更深刻，外延更廣泛，環(huán)境條件屬于外部條件的一個(gè)組成部分。 根本區(qū)別：是否包括環(huán)境中人及與人相關(guān)的因素。 按IEC“外部條件”進(jìn)行介紹。CBCACBDBCBEBABACABAA11A建筑設(shè)計(jì)建筑材料建筑結(jié)構(gòu)緊急疏散條件人與地電位接觸人體電阻人的能力使用情況、小類(lèi)，分環(huán)境外部條件雷擊等動(dòng)物其他，如植物和霉菌其他機(jī)械應(yīng)力振動(dòng)沖擊腐蝕性或污染性物質(zhì)外來(lái)固體物水海拔高度空氣濕度環(huán)境溫度環(huán)境APALAKAJAHAGAFAEADACABAAA 三、環(huán)境試驗(yàn) （1）自然暴露試驗(yàn)。最準(zhǔn)確，最難實(shí)施，很難重復(fù)，時(shí)效性最差。 （2）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。時(shí)效性較好，有一定可重復(fù)性，結(jié)果可行度取決于試驗(yàn)內(nèi)容和方法。 （3）人工模擬試驗(yàn)?？呻S時(shí)重復(fù)進(jìn)行，時(shí)效性好，結(jié)果可信度高度存疑。 第六節(jié) 電氣產(chǎn)品的安全認(rèn)證 一、電氣產(chǎn)品安全認(rèn)證的基本概念 1、認(rèn)證與認(rèn)證制度 認(rèn)證（Certification）：由權(quán)威機(jī)構(gòu)根據(jù)當(dāng)事人提供的資料和其他信息，對(duì)某一事物、行為或活動(dòng)的本質(zhì)或特征，經(jīng)確認(rèn)屬實(shí)后給予的證明。 要件：被認(rèn)證對(duì)象、認(rèn)證機(jī)構(gòu)、認(rèn)證依據(jù)