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1、1,工厂供电,主讲人：游国栋,天津科技大学,2,第八章 安全用电、防雷与接地,教学基本内容：安全用电知识，过电压，防雷设备，防雷措施，接地知识，接地种类，接地电阻要求和接地装置设计。 重点：安全用电知识的基本知识，防雷设备和措施，接地的种类和基本知识，接地电阻的计算和接地装置的设计。 难点：接地电阻的计算和接地装置的设计。 本章主要教学要求：了解安全用电知识、过电压和接地知识，熟悉防雷设备和措施，接地电阻要求和接地设计。,3,第一节 电气安全 第二节 过电压和防雷 第三节 电气装置的接地,4,第一节 电气安全,1.1电气安全的含义和重要性 生产必须安全，安全促进生产。在供用电工作中，电气工作人
2、员应贯彻执行“安全第一，预防为主”的方针，这是电气工作的性质和特点所决定了的，也符合国家和人民的利益。 电气安全包括人身安全和设备安全两个方面。人身安全是指电气从业人员或其他人员的安全；设备安全是指包括电气设备及其所拖动的机械设备的安全。 电气设备应用广泛，如果设计不合理、安装不妥当、使用不正确、维修不及时，尤其是电气人员缺乏必要的安全知识与安全技能，麻痹大意，就可能引发各类事故，如触电伤亡、设备损坏、停电、甚至引起火灾或爆炸等严重后果。因此，必须采取切实有效的措施，杜绝事故的发生，一旦发生事故，也应懂得现场应急处理的方法。,5,1.2电气安全措施,1.建立完整的安全管理机构 2.健全各项安全
3、规程，并严格执行 3.严格遵循设计、安装规范 电气设备、线路的设计、安装，应严格遵循相关的国家标准，做到精心设计，按图施工，确保质量，绝不留下事故隐患。 4.加强运行维护和检修试验工作 应定期测量在用电气设备的绝缘电阻及接地装置的接地电阻，确保处于合格状态；对安全用具、避雷器、保护电器，也应定期检查、测试，确保其性能良好、工作可靠。 5.按规定正确使用电气安全用具 电气安全用具分绝缘安全用具和防护安全用具，绝缘安全用具又分为基本安全用具和辅助安全用具两类. 6.采用安全电压和符合安全要求的电器。为防止触电事故而采用的由特定电源供电的电压系列，称为安全电压。 7.普及安全用电知识,6,1.3电气
4、防火和防爆,当电气设备、线路处于短路、过载、接触不良、散热不良的不正常运行状态时，其发热量增加，温度升高，容易引起火灾。在有爆炸性混合物的场合，电火花、电弧还会引发爆炸。 1.防火防爆的措施 （1）选择适当的电气设备及保护装置，应根据具体环境、危险场所的区域等级选用相应的防爆电气设备和配线方式，所选用的防爆电气设备的级别应不低于该爆炸场所内爆炸性混合物的级别。 （2）保持必要的防火间距及良好的通风。 2.电气火灾的特点 （1）着火的电气设备可能是带电的，如不注意可能引起触电事故。 （2）有些电气设备（如油浸式变压器、油断路器）本身充有大量的油，可能发生喷油甚至爆炸事故，扩大火灾范围。,7,3.
5、电气失火的处理 电气失火后应首先切断电源，但有时为争取时间，来不及断电或因生产需要等原因不允许断电时，则需带电灭火，带电灭火必须注意： （1）选择适当的灭火器。二氧化碳（CO2）、四氯化碳（CCl4）、二氟一氯一溴甲烷（CF2ClBr，俗称“1211”）或干粉灭火器的灭火剂均不导电，可用于带电灭火。二氧化碳（干冰）灭火器使用时要打开门窗，离火区23m喷射，勿使干冰沾着皮肤，以防冻伤。四氯化碳灭火器灭火要防止中毒，应打开门窗，有条件时最好戴上防毒面具，因为四氯化碳与氧气在热作用下会起化学反应生成有毒的光气（COCl2）和氯气（l2）。不能使用一般的泡沫灭火器，因为其灭火剂（水溶液）具有一定的导电
6、性，而且对电气设备具有腐蚀作用。 （2）小范围带电灭火，可使用干砂覆盖。 （3）专业灭火人员用水枪灭火时，宜采用喷雾水枪，这种水枪通过水柱的泄漏电流较小，带电灭火比较安全，用普通直流水枪灭火时，为防止泄漏电流流过人体，可将水枪喷嘴接地，也可让灭火人员穿戴绝缘手套、绝缘靴或穿戴均压服后进行灭火。,8,1.4触电及防护,1.触电的概念及其危害 人体也是导体，当人体不同部位接触不同电位时，就有电流流过人体，这就是触电。 触电事故可分为“电击”与“电伤”两类。电击是指电流通过人体内部，破坏人的心脏、呼吸系统与神经系统，重则危及生命；电伤是指由电流的热效应、化学效应或机械效应对人体造成的伤害，它可伤及人
7、体内部，甚至骨骼，还会在人体体表留下诸如电流印、电纹等触电伤痕。 触电事故引起死亡大都是由于电流刺激人体心脏，引起心室的纤维性颤动、停搏和电流引起呼吸中枢麻痹，导致呼吸停止而造成的。 安全电流是指人体触电后最大的摆脱电流。我国规定为30mA（50Hz交流），触电时间按不超过1s计，即30mAs。 电流对人体的危害程度与触电时间、电流的大小和性质以及电流在人体中的路径有关，触电时间越长，电流越大，频率接近工作频率，电流流过心脏最为危险。此外，还与人的体重、健康状况有关。,9,2.触电的防护 （1）直接触电防护 这是指对直接接触正常带电部分的防护，例如对带电体加隔离栅栏或加保护罩，使用绝缘物等。
8、（2）间接触电防护 这是指对故障时可带危险电压而正常时不带电的外露可导电部分（如金属外壳、框架等）的防护，例如将正常不带电的外露可导电部分接地，并装设接地故障保护装置，故障时可自动切断电源。,10,第二节 过电压和防雷,2.1过电压及雷电概述 1.过电压的种类 过电压是指在电气设备或线路上出现的超过正常工作要求并对其绝缘构成威胁的电压。 过电压按产生原因可分为内部过电压和雷电过电压。 （1）内部过电压 内部过电压是由于电力系统正常操作、事故切换、发生故障或负荷骤变时引起的过电压，可分为操作过电压、弧光接地过电压及谐振过电压。 内部过电压的能量来自于电力系统本身，经验证明，内部过电压一般不超过系
9、统正常运行时额定相电压的34倍，对电力线路和电气设备绝缘的威胁不是很大。,11,（2）雷电过电压,雷电过电压亦称外部过电压或大气过电压，他是由于电力系统中的设备或建筑物遭受来自大气中的雷击或雷电感应而引起的过电压。 雷电冲击波的电压幅值可高达1亿伏，其电流幅值可高达几十万安，对电力系统的危害远远超过内部过电压。其可能毁坏电气设备和线路的绝缘，烧断线路，造成大面积长时间停电。因此，必须采取有效措施加以防护。,12,3.雷电过电压的种类,雷电可分为直击雷与感应雷两大类。 （1）直击雷过电压 当雷电直接击中电气设备、线路或建筑物时，强大的雷电流通过其流入大地，在被击物上产生较高的电位降，称直击雷过电
10、压。 有时雷云很低，周围又没有带异性电荷的雷云，这样有可能在地面凸出物上感应出异性电荷，在雷云与大地之间形成很大的雷电场。当雷云与大地之间在某一方位的电场强度达到2530kV/cm时就开始放电，这就是直击雷，见图8-1。据观测，在地面上产生雷击的雷云多为负雷云。,图8-1 直击雷示意图,13,（2）感应雷过电压 当雷云在架空线路上方时，使架空线路感应出异性电荷。雷云对其他物体放电后，架空线路上的电荷被释放，形成自由电荷流向线路两端，产生电位很高的过电压，称感应雷过电压，如图8-2所示。架空线路上的感应过电压可达几万甚至几十万伏，对供电系统的危害很大。 （3）雷电侵入波 由于直击雷或感应雷而产生
11、的高电压雷电波，沿架空线路或金属管道侵入变配电所或用户，称雷电侵入波。这种雷电波侵入造成的危害占雷害总数的一半以上。,图8-2 架空线路上的感应雷过电压,14,2.2防雷设备,一个完整的防雷设备由接闪器或避雷器、引下线和接地装置三部分组成。 接闪器 接闪器是用来接受直接雷击的金属物体。接闪的金属杆称为避雷针，主要用于保护露天变配电设备及建筑物；接闪的金属线称避雷线或架空地线，主要用于保护输电线路；接闪的金属带、金属网称避雷带、避雷网，主要用于保护建筑物。他们都是利用其高出被保护物的突出地位，把雷电引向自身，然后通过引下线和接地装置把雷电流泄入大地，使被保护的线路、设备、建筑物免受雷击。因此，接
12、闪器的实质是引雷。,15,（1）避雷针 避雷针的功能实质是引雷作用。由于避雷针安装高度高于被保护物，因此当雷电先导临近地面时，它能使雷电场畸变，改变雷电先导的通道方向，吸引到避雷针本身，然后经与避雷针相连的引下线和接地装置将雷电流泄放到大地中去。 避雷针能否对被保护物进行保护，被保护物是否在其有效的保护范围内是很重要的。避雷针的保护范围，以其能防护直击雷的空间来表示，按新颁国家标准采用“滚球法”来确定。 “滚球法”，就是选择一个半径为hr（滚球半径），沿需要防护直击雷的部分滚动，如果球体只触及接闪器或接闪器和地面，而不触及需要保护的部位时，则该部位就在这个接闪器的保护范围之内。滚球半径是按建筑
13、物防雷类别确定的，见表8-2。,表8-2 各类防雷建筑物的滚球半径和避雷网格尺寸,16, 单支避雷针的保护范围 单支避雷针的保护范围如图8-3所示按下列方法确定： 当避雷针高度hhr时 a. 距地面hr 处作一平行于地面的平行线； b. 以避雷针的针尖为圆心、hr为半径，作弧线交平行线于A、B两点； c. 以A、B为圆心，hr为半径作弧线，该弧线与针尖相交，并与地面相切。由此弧线起到地面为止的整个锥形空间就是避雷针的保护范围。 避雷针在被保护物高度hx的xx平面上的保护半径rx按下式计算 （8-1） 式中，hr为滚球半径，由表8-2确定。 当避雷针高度hhr时，在避雷针上取高度hr的一 点代替
14、避雷针的针尖作为圆心。余下作法与避雷针 高度hhr相同。,图8-3,17,例8-1 某厂锅炉房烟囱高40m，烟囱上安装一支高2m的避雷针，锅炉房（属第三类防雷建筑物）尺寸如图8-4，试问此避雷针能否保护锅炉房。 解：查表8-2得滚球半径hr=60m，而避雷针顶端高度h=40+2=42m，hx=8m，根据式（8-1）得避雷针保护半径为 （8-1） 现锅炉房在hx=8m 高度上最远屋角距离避雷针的水平距离为： 由此可见，烟囱上的避雷针能保护锅炉房。,图8-4,18, 两支避雷针的保护范围 两支等高避雷针的保护范围如图8-5 所示。在避雷针高度 的情况下，当两只避雷针每支避雷针的距离 应各按单支避雷
15、针保护范围计算；当 时应按图8-5的方法确定： a. 每支避雷针保护范围外侧同单支避雷针一样计算。 b. 两支避雷针之间C、E两点位于两针间的垂直平分线上。在地面每侧的最小保护宽度 为： （8-2） 在AOB轴线上，距中心线任一距离x处，在保护范围上边线上的保护高度 为： （8-3） 该保护范围上边线是以中心线距地面 的一点 为圆心，以为 半径所作的圆弧AB。,图8-5,19,c. 两针间AEBC内的保护范围。ACO、BCO、BEO、AEO部分的保护范围确立方法相同，以ACO保护范围为例，在任一保护高度 和c点所处的垂直平面上以 作为假想避雷针，按单支避雷针的方法逐点确定。如图8-5中1-1剖
16、面图。 d. 确立 平面上保护范围。以单支避雷针的保护半径 为半径，以AB为圆心作弧线与四边形AEBC相交。同样以单支避雷针的 为半径，以E、C为圆心作弧线与上述弧线相接，如图8-5中的粗虚线。 两支不等高避雷针的保护范围的计算，在 分别小于或等于 的情况下，当 时，避雷针的保护范围计算应按单支避雷针保护范围所规定的方法确定。,20, 四支等高避雷针的保护范围 矩形布置的四支等高避雷针高度hhr， 时，其保护范围应按双支等高避雷针的方法确定；在h hr且 时，应按图8-6所示方法并按如下步骤确定保护范围： a. 四支避雷针的外侧各按双支避雷针的方法确定。 b. B，E避雷针连线上的保护范围（见图8-6的1-1剖面图），外侧部分按单支避雷针的
