電氣安全第1章

1、電氣安全重慶大學電氣工程學院楊岳課程性質與教學安排一、課程性質 1、在本科課程體系中的位置 基礎課專業(yè)基礎課專業(yè)課 必修課、選修課 本課程是一門專業(yè)選修課。 支撐本課程的先修課：必修電路原理、電磁場、電機學，供配電系統(tǒng)。 受本課程支撐的后續(xù)教學環(huán)節(jié)：課程設計，畢業(yè)設計。 2、在本專業(yè)方向課程體系中的位置 1）本專業(yè)方向的學科屬性： 面向終端用戶的電氣工程、控制工程與信息工程技術。 內涵用戶技術； 外延電氣、控制與信息工程。 電氣工程技術 控制工程技術 信息工程技術 綜合 工程技能 供配電系統(tǒng) 電氣照明 電氣安全 自動化儀表與過程控制 電氣控制技術 建筑通信及網(wǎng)絡技術 建筑智能化技術 建筑電氣節(jié)

2、能 建筑電氣工程設計基礎 2）專業(yè)方向課程體系安排 3、本課程面向的工程應用領域 核心是電力用戶和公共場所的用電安全問題。應用領域包括： 1）供配電系統(tǒng)設計； 2）供配電系統(tǒng)運行管理； 3）用電安全性評估、質量檢測等。適用于質檢、安監(jiān)等部門。 4）電氣安全事故分析、責任認定等。適用于金融、物管、司法服務等行業(yè)。二、教學目標與安排 1、教學目標 明了電力用戶電氣安全的主要問題，掌握電力用戶電氣安全問題的基本分析計算和工程設計方法。 要求：了解電氣安全的基礎知識，具備中低壓系統(tǒng)電擊防護、雷電防護、電氣火災預防的工程設計能力，具備建筑物防雷設計能力，建立電氣環(huán)境安全的概念。 2、教學實施 1）教學環(huán)

3、節(jié)：課堂授課及討論。 2）考核辦法：考試。試卷成績占60平時成績占40。 平時成績：（1）上課出勤情況5分，以隨機點名為準；（2）作業(yè)15分；（3）專題報告及討論20分。第一章 電氣安全基礎 第一節(jié) 電氣安全問題立論 第二節(jié) 電氣危害 第三節(jié) 絕緣技術基礎 第四節(jié) 接地技術基礎 第五節(jié) 環(huán)境技術基礎 第六節(jié) 電氣產(chǎn)品的安全認證第一節(jié) 電氣安全問題立論 一、電氣安全問題的背景 1、社會背景 各類“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、技術發(fā)展規(guī)律背景 理論（如物理學）研究突破趨利應用 形成工程體系 負面作用顯現(xiàn)避害對策 4、學科背景 問題本身的基礎性、所涉及學科的廣

4、泛性與理論深度、工程體系的系統(tǒng)性與綜合性 二、電氣安全問題的工程現(xiàn)狀 1）對比知不足與IEC標準對比；與先進國家單位用電量事故率對比。 2）學習與進步與先進標準接軌。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，糾正錯誤，普及知識，發(fā)展技術。 三、本課程研究范圍和重點 面向非專業(yè)場所，面對非專業(yè)人員，研究各類電氣危害產(chǎn)生的機理和特性參數(shù)計算，并提出有效的技術防護措施。 關鍵詞：兩個“非”，“技術措施” 四、本課程的特點和學習方法 1、特點 案例式教學特征。 2、學習方法 1）掌握知識結構兩條主線：電氣安全問題的理論基礎；電氣安全問題在工程體系中的位置。 2）歸納共性，對比

5、個性。 3）從問題出發(fā)展開研究。第二節(jié) 電氣危害一、電氣危 害分類職業(yè)病電磁騷擾電磁污染設備損壞和質量事故電氣火災電擊非故障型設備損壞電氣火災、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介 1、供配電系統(tǒng) 危害對象：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 危害對象：環(huán)境中的事物，包括電氣電子系統(tǒng)和建（構）筑屋等。 三、電氣危害的特點 1、非直觀性。 2、途徑廣。 3、能量大小懸殊，譜密度多樣。 4、作用時間長短不一。 5、關聯(lián)性。不同危害之間、危害與防護措施之間、不同防護措施相互之間。 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)生的關鍵。第三節(jié) 絕緣技術基礎 一、絕緣材料 絕緣材料導電能力很小的一類材料的總稱，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107m。 用途：對帶電導體進行封閉、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，溫度特性與導體相反。 （2）介質損耗因數(shù)。 1）介質損耗。交變電壓作用下絕緣介質中產(chǎn)生的有功功率損耗，簡稱介損。 2）介損機理探討。交變

7、電壓作用下介質中主要會產(chǎn)生泄漏和極化兩種現(xiàn)象。 泄漏即介質中少量載流子在電壓作用下發(fā)生的定向運動，產(chǎn)生電流，由此產(chǎn)生的損耗叫做電導損耗或泄漏損耗。 極化又分有損與無損極化。 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。 介質等效電路。三個支路解釋。0Ca)UIiIa0CIiRCaaRIb)UI0C0C理想介質實際介質 3）介質損耗角。 介損功率與介質體積、外加電壓等有關，不能表征材料的性質。介損角在規(guī)定測試條件下只與材料有關。 工程上一般測量介損

8、角正切值tan，稱為介損因數(shù)。0Ca)UIiIa0CIiRCaaRIb)UI0C0Cc)I0ICU理想介質相量圖實際介質 （3）介電強度。指絕緣不被擊穿所能承受的最大電場強度，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：正常條件下空氣的直流介電強度為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)只與介質材料有關，與介質形狀、體積等無關。 介質材料電氣參數(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 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。耐熱等級耐熱等級YAEBFH長期允許使用的最高溫度長期允許使用的最高溫度/C90105120130155180 絕緣耐熱分級有時又稱為絕緣等級，取決于絕緣熱老化特性，注意不要與介電強度參數(shù)混淆。 使絕緣壽命減半的額外溫升，Y級絕緣為8，B級為10，H級為12。 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，稱為絕緣結構。 絕緣結構可理解為由絕緣材料所加工成的零件，以特定方式應用在電氣設備上。 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

10、（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。1-工作絕緣f)c)4-可觸及的金屬件d)e)b)a)5124143123214252-保護絕緣3-不可觸及的金屬件5-加強絕緣雙重和加強絕緣a、b、c、d雙重絕緣 e、f加強絕緣 三、絕緣檢測 1

11、、絕緣電阻測試 1）測試設備。兆歐表。 2）測試內容。吸收比，絕緣電阻。 吸收比：1560RRK EL-+RXGRARVrVrA_GAIIVR15R15160R260tVP極EARLrIAG+RVVI_-ArG屏蔽極應用偏轉角為Rx的一元函數(shù)絕緣電阻R 2、介損角正切值tan測試 1）測試設備。介損電橋，又稱西林電橋。 2）測試結果。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 就電介質參數(shù)和r寫一研討報告。題目：介質介電常數(shù)探討。報告至少應清晰闡述以下問題。 1、參數(shù)的物理意義和r的定義。 2、電容

12、器中，介質r的大小與電容量值有什么關系。 3、為什么電力電纜絕緣介質的r不宜過大。 還可涉及如非線性、各向異性等其他問題。要求用自己的語言表達，邏輯清晰，文字簡練，杜絕大段摘抄。格式盡可能規(guī)范。 背景資料 1、物理電磁學中點電荷產(chǎn)生電場的公式，矢量P及其含義，極化率等概念。 2、平板電容、同軸電容等計算公式。 3、平板電容中，若兩極間電介質有兩種，介電系數(shù)不相同，其電荷與電場分布有何規(guī)律？介質放電有何規(guī)律？ 4、電力電纜的結構。 第3周課堂研討，分組發(fā)言，請認證準備。第四節(jié) 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。 用作參考電位 :任何擾動下，電位都

13、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、接地裝置原理構成及接地電

14、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。 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。 EEaIURRashRR 四、地電位與地面（地中）電位分布 地電位：即參考0電位，指距接地點無窮遠處的大地電位。相當于等效電路圖中接地電

15、阻下端電位。（IEC：參考地） 地面（地中）某一點電位：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。（IEC：局部地）接地線接地體UtUIvoooE地中等位面散流場（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，地中v0Vabv=o地面等位線v=oEU0Vv自此以遠，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） 關于接地裝置的利用方式問題 分別接地地裝置不同類接地共用一個接裝置同類接地共用一個接地共同接地接地方式第五節(jié) 環(huán)境技術基礎 一、環(huán)境技術與電氣安全的關系 研究電氣設備（系統(tǒng)）性

16、能與環(huán)境狀況之間關系的技術，叫做環(huán)境技術。 環(huán)境技術主要包括兩方面的內容： （1）環(huán)境條件。 （2）環(huán)境試驗。 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，外延更廣泛，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。CBCACBDBCBEBABACABAA11A建筑設計建筑材料建筑結構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，分環(huán)境外部條件雷擊等動物其他，如植物和霉菌其他機械應力振動沖擊腐蝕性或污染性物質外來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 （1）自然暴露試驗。最準確，最難實施，很難重復，時效性最差。 （2）現(xiàn)場試驗。時效性較好，有一定可重復性，結果可行度取決于試驗內容和方法。 （3）人工模擬試驗?？呻S時重復進行，時效性好，結果可信度高度存疑。 第六節(jié) 電氣產(chǎn)品的安全認證 一、電氣產(chǎn)品安全認證的基本概念 1、認證與認證制度 認證（Certification）：由權威機構根據(jù)當事人提供的資料和其他信息，對某一事物、行為或活動的本質或特征，經(jīng)確認屬實后給予的證明。 要件：被認證對象、認證機構、認證依據(jù)