第六章-供電與安全用電

第六章供電與安全用電

6.1電能的產(chǎn)生、輸送與分配6.2安全用電

電能是現(xiàn)代工業(yè)的主要動力。一般工業(yè)企業(yè)所消耗的電能占其總能源消耗的80%左右，因此，合理的供配電及安全用電是工業(yè)企業(yè)重要的基礎(chǔ)技術(shù)工作。

第六章供電與安全用電第一節(jié)電能的產(chǎn)生、輸送與分配電能是由發(fā)電廠生產(chǎn)的。發(fā)電廠一般建在燃料、水力豐富的地方，而和電能用戶的距離一般又很遠。為了降低輸電線路的電能損耗和提高傳輸效率，由發(fā)電廠發(fā)出的電能，要經(jīng)過升壓變壓器升壓后，再經(jīng)輸電線路傳輸，這就是所謂的高壓輸電。電能經(jīng)高壓輸電線路送到距用戶較近的降壓變電所，經(jīng)降壓后分配給用戶應(yīng)用。這樣，就完成一個發(fā)電、變電輸電、配電和用電的全過程。我們把連接發(fā)電廠和用戶之間的環(huán)節(jié)稱為電力網(wǎng)。把發(fā)電廠、電力網(wǎng)和用戶組成的統(tǒng)一整體稱為電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)示意圖（一）電能的產(chǎn)生電能是由發(fā)電廠產(chǎn)生的。發(fā)電廠是生產(chǎn)電能的工廠，它把非電形式的能量轉(zhuǎn)換成電能，它是電力系統(tǒng)的核心。根據(jù)所利用能源的不同，發(fā)電廠分為水力發(fā)電廠火力發(fā)電廠核能發(fā)電廠風(fēng)力發(fā)電廠地熱發(fā)電廠太陽能發(fā)電廠等類型。

水力發(fā)電廠，簡稱水電站，它是利用水流的位能來生產(chǎn)電能的。當控制水流的閘門打開時，強大的水流沖擊水輪機，使水輪機轉(zhuǎn)動，水輪機帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)發(fā)電。其能量轉(zhuǎn)換過程是：水流位能→機械能→電能?；鹆Πl(fā)電廠，簡稱火電廠，它是利用燃料的化學(xué)能來生產(chǎn)電能的。通常的燃料是煤。在火電廠，煤被粉碎成煤粉，煤粉在鍋爐的爐膛內(nèi)充分燃燒，將鍋爐內(nèi)的水加熱成高溫高壓的蒸汽，蒸汽推動汽輪機轉(zhuǎn)動，汽輪機帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)發(fā)電。其能量的轉(zhuǎn)換過程是：煤的化學(xué)能→熱能→機械能→電能。核能發(fā)電廠，通常稱核電站，它是利用原子核的裂變能來生產(chǎn)電能的。其生產(chǎn)過程與火電廠基本相同，只是以核反應(yīng)堆代替了燃煤鍋爐，以少量的核燃料代替大量的煤炭。其能量轉(zhuǎn)換過程是：核裂變能→熱能→機械能→電能。由于核能是巨大的能源，而且核電站的建設(shè)具有重要的經(jīng)濟和科研價值，所以世界上很多國家都很重視核電建設(shè)，核電在整個發(fā)電量中的比重正逐年增長。風(fēng)力發(fā)電廠，就是利用風(fēng)力的動能來生產(chǎn)電能的，它建在有豐富風(fēng)力資源的地方。太陽能發(fā)電廠,就是利用太陽光的熱能來生產(chǎn)電能的。太陽能發(fā)電廠建在常年日照時間長的地方。（二）電能的輸送發(fā)電廠產(chǎn)生的電能，經(jīng)過變壓器升壓后，通過輸電線路傳輸?shù)礁鞯貐^(qū)、各用戶。輸電線路一般由架空線路及電纜線路組成。架空線路主要包括導(dǎo)線、避雷線、絕緣子等裝置。由于它結(jié)構(gòu)簡單，施工簡便，檢修方便，成本低廉，成為我國電力網(wǎng)的主要輸電方式。電纜線路則較為簡單，一般采用直埋方式將電纜埋在地下或采用溝道內(nèi)敷設(shè)方式。這種輸電方式價格昂貴，成本高，檢修不便，通常用于不便于架設(shè)架空線路的場合，如大城市中心、過江、跨海、污染嚴重地區(qū)等。二、電能的分配為了保證工廠生產(chǎn)和生活用電的需要，有效地節(jié)約能源，工廠供電必須做到安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟。這就需要合理的配電系統(tǒng)。電力用戶是指電力系統(tǒng)中的用電負荷，電能的生產(chǎn)和傳輸最終是為了供用戶使用。不同的用戶，對供電可靠性的要求不一樣。根據(jù)用戶對供電可靠性的要求及中斷供電造成的危害或影響的程度，我們把用電負荷分為三級：（1）一級負荷一級負荷為中斷供電將造成人身傷亡并在政治、經(jīng)濟上造成重大損失的用電負荷。（2）二級負荷二級負荷為中斷供電將造成主要設(shè)備損壞，大量產(chǎn)品被廢，連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂，需較長時間才能恢復(fù)從而在政治、經(jīng)濟上造成較大損失的負荷。（3）三級負荷不屬于一級和二級負荷的一般負荷，即為三級負荷。在上述三類負荷中，一級負荷一般應(yīng)采用兩個獨立電源供電，其中，一個系統(tǒng)為備用電源。

對特別重要的一級負荷，除采用兩個獨力電源外，還應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源。對于二極負荷，一般由兩個回路供電,兩個回路的電源線應(yīng)盡量引自不同的變壓器或兩段母線。對于三級負荷無特殊要求，采用單電源供電即可。電能由工廠的變電部門分送給車間或設(shè)備的基本方式是多種多樣的。其基本接線方式有三種：放射式、樹干式和環(huán)式。各工廠根據(jù)負荷對供電可靠性的要求、投資的大小、運行維護方便及長遠規(guī)劃等原則來分析確定具體采用哪種方式。下圖為常見的雙回路放射式工廠配電系統(tǒng)。第二節(jié)安全用電一、人體觸電人體因觸及帶電體而承受過高的電壓，引起死亡或局部受傷等現(xiàn)象，稱為觸電。當通過人體電流超過50mA，時間超過1S時，就可能造成生命危險。一般人體電阻在800～幾萬歐姆不等，而皮膚潮濕，有損傷都會使阻值下降。因此對人體而言，我國規(guī)定36V以下為安全電壓，如車床或行燈的照明一般都采用36V電壓。在環(huán)境特別惡劣的場合，如：鍋爐包、化工廠的大部分車間的用電為12V。觸電依傷害程度不同可分為電擊和電傷兩種。電擊是指電流觸及人體而使內(nèi)部器官受到損害，它是最危險的觸電事故。當電流通過人體時，輕者使人體肌肉痙攣，產(chǎn)生麻電感覺，重者會造成呼吸困難，心臟麻痹，甚至導(dǎo)致死亡。電擊多發(fā)生在對地電壓為220V的低壓線路或帶電設(shè)備上，因為這些帶電體是人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪幸捉佑|到的。電傷是由于電流的熱效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)、機械效應(yīng)以及在電流的作用下使熔化或蒸發(fā)的金屬微粒等侵入人體皮膚，使皮膚局部發(fā)紅、起泡、燒焦或組織破壞，嚴重時也可危及人命。電傷多發(fā)生在1000V及1000V以上的高壓帶電體上，它的危險雖不像電擊那樣嚴重，但也不容忽視。人體觸電傷害程度主要取決于流過人體電流的大小和電擊時間長短等因素我們把人體觸電后最大的擺脫電流，稱為安全電流。我國規(guī)定安全電流為30mA·s，即觸電時間在1s內(nèi)，通過人體的最大允許電流為30mA。人體觸電時，如果接觸電壓在36V以下，通過人體的電流就不致超過30mA，故安全電壓通常規(guī)定為36V，但在潮濕地面和能導(dǎo)電的廠房，安全電壓則規(guī)定為24V或12V。（一）單相觸電人體觸及三相電源中任一根相線，而又同時和大地接觸，叫單相觸電。如圖6-2所示。在人體與大地之間互不絕緣情況下，人體的某一部位觸及到三相電源線中的任意一根導(dǎo)線，電流從帶電導(dǎo)線經(jīng)過人體流入大地而造成的觸電傷害。單相觸電中性線接地電網(wǎng)的單相觸電中性線不接地電網(wǎng)的單相觸電1)中性點接地電網(wǎng)的單相觸電在中性點接地的電網(wǎng)中，發(fā)生單相觸電的情形如圖所示。這時，人體所觸及的電壓是相電壓，在低壓動力和照明線路中為220V。電流經(jīng)相線、人體、大地和中性點接地裝置而形成通路，觸電的后果往往很嚴重。中性點接地系統(tǒng)的單相觸電2）中性點不接地電網(wǎng)的單相觸電在中性點不接地的電網(wǎng)中，發(fā)生單相觸電的情形如圖所示。當站立在地面的人手觸及某相導(dǎo)線時,由于相線與大地間存在電容,所以,有對地的電容電流從另外兩相流入大地，并全部經(jīng)人體流入到人手觸及的相線。一般說來，導(dǎo)線越長，對地的電容電流越大，其危險性越大。2.兩相觸電兩相觸電，也叫相間觸電，這是指在人體與大地絕緣的情況下，同時接觸到兩根不同的相線，或者人體同時觸及到電氣設(shè)備的兩個不同相的帶電部位時，電流由一根相線經(jīng)過人體到另一根相線，形成閉合回路，如圖所示。兩相觸電比單相觸電更危險，因為此時加在人體上的是線電壓。3.跨步電壓觸電當電氣設(shè)備的絕緣損壞或線路的一相斷線落地時，落地點的電位就是導(dǎo)線的電位，電流就會從落地點（或絕緣損壞處）流入地中。離落地點越遠，電位越低。根據(jù)實際測量，在離導(dǎo)線落地點20m以外的地方，由于入地電流非常小，地面的電位近似等于零。如果有人走近導(dǎo)線落地點附近，由于人的兩腳電位不同，則在兩腳之間出現(xiàn)電位差，這個電位差叫作跨步電壓。離電流入地點越近，則跨步電壓越大；離電流入地點越遠，則跨步電壓越小;在20m以外，跨步電壓很小，可以看作為零?？绮诫妷河|電情況如下圖所示。當發(fā)現(xiàn)跨步電壓威脅時應(yīng)趕快把雙腳并在一起，或趕快用一條腿跳著離開危險區(qū)，否則，因觸電時間長，也會導(dǎo)致觸電死亡。4.接觸電壓觸電導(dǎo)線接地后，不但會產(chǎn)生跨步電壓觸電，還會產(chǎn)生另一種形式的觸電，即接觸電壓觸電，如下圖所示。由于接地裝置布置不合理，接地設(shè)備發(fā)生碰殼時造成電位分布不均勻而形成一個電位分布區(qū)域。在此區(qū)域內(nèi)，人體與帶電設(shè)備外殼相接觸時，便會發(fā)生接觸電壓觸電。接觸電壓等于相電壓減去人體站立地面點的電壓。人體站立離接地點越近，則接觸電壓越小,反之就越大。當站立點距離接地點20m以外時，地面電壓趨近于零，接觸電壓為最大，約為電氣設(shè)備的對地電壓，即220V。觸電事故雖然總是突然發(fā)生的，但觸電者一般不會立即死亡，往往是“假死”，現(xiàn)場人員應(yīng)該當機立斷，迅速使觸電者脫離電源，立即運用正確的救護方法加以搶救。二、防止觸電的保護措施電氣設(shè)備由于絕緣損壞或是安裝不合理等原因出現(xiàn)金屬外殼帶電的故障稱為漏電。保護接地和保護接零是防止人體觸及絕緣損壞的電氣設(shè)備所引起的觸電事故而采取的有效措施。（一）保護接地在電源中性點不接地的供電系統(tǒng)中，將電氣設(shè)備的金屬外殼與接地體可靠連接，這種方法稱為保護接地。保護接地的原理如圖6-5所示。接地電阻和人體電阻是并聯(lián)的關(guān)系，而接地電阻的值為4歐，遠遠小于人體電阻800歐，所以，一旦設(shè)備漏電，漏電電流絕大部分通過接地電阻形成回路，通過人體的電阻非常微小。接地電阻越小，人體承受的電壓也越小，越安全。電氣設(shè)備Re=4歐Rb=800歐L2L3圖6-5保護接地（二）保護接零在電源中性點接地的三相四線制供電系統(tǒng)中，將電氣設(shè)備的金屬外殼與電源零線相連，這種方法稱為保護接零。保護接零的原理如圖6-6所示。當設(shè)備的金屬外殼與零線相接后，若設(shè)備某相發(fā)生碰殼漏電故障，就會通過設(shè)備外殼形成相線與零線的單相短路，使該相的熔斷器熔斷，從而切斷了故障設(shè)備的電源，確保了安全。采用保護接零時，零線不允許斷開，因此，除了電源零線上不允許接開關(guān)、熔斷器外，在實際應(yīng)用中，用戶端往往將電源零線重復(fù)接地，以防零線斷開。對于單相用電設(shè)備，一般采用三孔插頭和三眼插座。其中一個孔為接零保護線，其對應(yīng)的插頭上的插腳稍長于別外兩個電源插腳。電氣設(shè)備圖6-6保護接零L1L2L3NN（三）漏電保護器簡介漏電保護設(shè)備是防止電氣設(shè)備因絕緣損壞而漏電，造成人身觸電傷亡，設(shè)備燒毀及火災(zāi)事故最有效的保護措施。根據(jù)保護器的工作原理，可分為電壓型、電流型和脈沖型，目前應(yīng)用廣泛的是電流型漏電保護器。圖6-7為電流型漏電保護器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中LH為零序電流互感器，它由坡莫合金為材料的鐵心和繞在鐵心上的二次繞組組成檢測元件。電源相線和中線穿過圓孔成為零序互感器的一次線圈?；ジ衅鞯暮蟛砍鼍€即為保護范圍。正常情況下，三相負荷電流和對地漏電流基本平衡，流過互感器一次線圈的電流相量和近似為零，鐵心中產(chǎn)生的磁通為零，零序互感器無輸出。當發(fā)生觸電時，觸電電流通過大地形成回路，產(chǎn)生了零序電流，在鐵心中產(chǎn)生零序磁通，二次線圈輸出信號。這個信號經(jīng)過放大、比較元件判斷，如果達到預(yù)定動作值，即發(fā)出執(zhí)行信號使執(zhí)行元件動作跳閘，切斷電源。圖6-7電流型漏電保護器的結(jié)構(gòu)示意圖三、觸電急救觸電急救，首先要使觸電者迅速脫離電源。脫離低壓電源的方法主要有：①迅速切斷電源，如拉開電源開關(guān)或閘刀開關(guān)。②如果電源開關(guān)或閘刀開關(guān)距離觸電者較遠時，可用帶有絕緣柄的電工鉗或有干燥木柄的斧頭、鐵鍬等將電源線切斷。③觸電者由于肌肉痙攣，手指握緊導(dǎo)線不放松或?qū)Ь€纏繞在身上時，可首先用干燥的木板塞進觸電者身下，使其與大地絕緣來隔斷電源。然后再采取其他辦法切斷電源。④導(dǎo)線搭落在觸電者身上或是壓在身下時，可用干燥的木棒、竹桿挑開導(dǎo)線或用干燥的絕緣繩索套拉導(dǎo)線或觸電者，使其脫離電源。⑤救護者可用一只手戴上絕緣手套或站在干燥的木板、木桌椅等絕緣物上，用一只手將觸電者拉脫電源。觸電者脫離電源后，如果出現(xiàn)心臟停跳、呼吸停止等危險情況，應(yīng)立即進行觸電急救。主要有人口呼吸法和胸外擠壓法兩種急救方法（一）人口呼吸法