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1、第一章电气安全基础知识众所周知，电能的开发和应用给人类的生产和生活带来了巨大的变革，大大促进了社会的进步和文明。然而，在用电的同时，如果对电能可能产生的危害认识不足,控制和管理不当，防护措施不利，在电能的传递和转换的过程中，将会发生异常情况，造成电气事故。工业企业供配电内容在前期电工电子学课程中已讲授过，在此简要复习。电的作用和安全1.1工业企业供配电工业企业供配电 1.电力系统电力系统 电力系统由发电厂、送电线路、变电所、配电网和电力负荷组成，下图是典型的电力系统主接线单线图。图中未画出用户内部的配电网。我国标准规定：额定电压1000V以上的属高压装置，1000V及其以下的属低压装置。对地电
2、压而言、250V以上为高压，250V及其以下为低压。一般又将高压分为中压(11OkV)、高压(10330kV)、超高压(330100OKV)、特高压(100OKV)。电力网的电压随着大型电站和输电距离的增加，送电电压有提高的趋势。我国三相交流电网和电力设备的额定电压kV分类电网和用电设备额定电压发电机额定电压电力变压器额定电压一次绕组二次绕组低压0.22O.230.220.230.380.4O.380.40.660.690.660.69高压33.153及3.153.15及3.366.36及6.36.3及6.61010.510及10.510.5及1113.8,15.75,18,2013.8,15
3、.75,18,20353538.56363691101101212202202423303303635005005502.工业企业供电系统及其组成工业企业供电系统及其组成1、工业企业供电系统的组成工业企业供电系统有高压配电线路、配电所、低压配电线路等组成。常见的供电方式有四种：（1）进线电压为35(22)kV,先经总降压变电所变为10kV的配电电压，在送到各车间变电所，再经车间变电所变为0.4kV低压电分送到各配电箱或用电设备。（2）进线电压为10kV，经总配电所分送到各车间，经车间变电所变为0.4kV低压电，分送到各配电箱或用电设备。（3）进线电压为10kV,经变电所变为低压电分送到车间，再
4、送到各配电箱或用电设备。（4）进线电压为0.4kV，经配电室分送到各车间或直接送到各配电箱或用电设备。2、工业企业供电电压选择原则（1）电压等级宜少不宜多；（2）高压供配电线路尽量深入负荷中心；（3）高压供配电线路同时考虑地理中心，减小线损。电力系统示意图3、企业高压供电高压供电方式由供电可靠性及电力电荷的性质决定的。（1）电力负荷分级一级负荷。这类负荷如突然中断供电将造成人身伤亡事故，或造成重大设备损坏且难以修复，或给国民经济带来极大损失。如高炉、矿井的主通风机等。二级负荷。这类负荷如突然断电，将造成大量废品，产量锐减，生产流程紊乱且不易恢复，企业内运输停顿等，因而在经济上造成较大损失。如矿
5、井提升机、生产照明等。三级负荷。为一般的电力负荷，所有不属于一级和二级负荷者。（2）电力负荷的供电原则一级负荷应由两个独立电源供电，即要求每段母线的电源来自不同的发电机；二级负荷应由两回路供电，该两回路应尽可能引自不同的变压器或母线段。电力系统的电压和频率是衡量电力系统电能质量的两个基本参数。全国供用电规则 (1983 年 ) 规定，一般交流电力设备的额定频率为 5OHz, 一般称其为 “ 工频 ” 。设备的端电压与其额定电压有偏差时，设备的工作性能和使用寿命将受到影响，总的经济效果将会下降。 例如，当感应电动机的端电压比其额定电压低 10% 时，其实际转矩将只有额定转矩的 81%，而负荷电流
6、将增大 5%10% 以上，温升将提高 10%15% 以上，绝缘老化程度将比规定增加 1 倍以上，将明显缩短电动机的使用寿命。此外，由于转矩减小，使转速下降，不仅降低生产效率，减少产量，还会影响产品质量，增加废次品。当感应电动机的端电压偏高时，负荷电流一般也要增加，绝缘也要受损。用户供电电压允许变化范围：线路额定电压(Ue)电压允许变化范围235kV10kV低压照明农业用户5%Ue7%Ue+5%Ue-10%Ue+5%Ue-10%Ue电力网频率允许偏差运行情况允许偏差/Hz允许标准时钟误差/s正常运行中、小容量系统大容量系统士0.50.26030事故运行30 min15min绝不允许11.5-4一
7、一1.2 电气事故的类型电气事故的类型根据电能的不同作用形式，可将电气事故分为：1.触电事故2.静电危害事故3.雷电灾害事故4.电磁场危害5.电气系统故障危害事故等电气事故1. 触电事故触电事故(1)电击电击是指电流通过人体，刺激机体组织，使肌肉非自主地发生痉挛性收缩而造成的伤害，严重时会破坏人的心脏、肺部、神经系统的正常工作，形成危及生命的伤害。按照人体触及带电体的方式,电击可分为以下几种情况：单相触电。是指人体接触到地面或其他接地导体的同时，人体另一部位触及某一相带电体所引起的电击。根据国内外的统计资料，单相触电事故占全部触电事故的70%以上。因此，防止触电事故的技术措施应将单相触电作为重
8、点。两相触电。是指人体的两个部位同时触及两相带电体所引起的电击。两相触电的危险性一般比较大。跨步电压触电。是指站立或行走的人体，受到出现于人体两脚之间的电压，即跨步电压作用所引起的电击。跨步电压直接电击的危险性一般不大，这是由于跨步电压本身不大而且通过人体重要组织的电流分量小，但可能造成二次伤害。(2)电伤这是电流的热效应、化学效应、机械效应等对人体所造成的伤害。它表现为局部伤害。电伤包括电烧伤、电烙印、皮肤金属化、机械损伤、电光眼等多种伤害。2. 静电危害事故静电危害事故静电危害事故是由静电电荷或静电场能量引起的。由于静电能量不大，不会直接使人致命。但是，其电压可能高达数十千伏乃至数百千伏，
9、发生放电，产生放电火花。静电危害事故主要有以下几个方面：(1)在有爆炸和火灾危险的场所，静电放电火花会成为可燃性物质的点火源，造成爆炸和火灾事故(2)人体因受到静电电击的刺激，可能引发二次事故，如坠落、跌伤等。此外对静电电击的恐惧心理还对工作效率产生不利影响。案例分析(3)某些生产过程中，静电的物理现象会对生产产生妨碍，导致产品质量不良，电子设备损坏，造成生产故障，乃至停工。3. 雷电灾害事故雷电灾害事故雷电是大气中的一种放电现象。雷电放电具有电流大、电压高的特点。其能量释放出来可能形成极大的破坏力。其破坏作用主要有以下几个方面:(1)直击雷放电、二次放电、雷电流的热量会引起火灾和爆炸。(3)
10、强大的雷电流、高电压可导致电气设备击穿或烧毁。发电机、变压器、电力线路等遭受雷击，可导致大规模停电事故。雷击可直接毁坏建筑物、构筑物。(2)雷电的直接击中、金属导体的二次放电、跨步电压的作用及火灾与爆炸的间接作用，均会造成人员的伤亡。4. 射频电磁场危害射频电磁场危害射频指无线电波的频率或者相应的电磁振荡频率，泛指100kHz以上的频率。射频伤害是由电磁场的能量造成的。射频电磁场的危害主要有：(1)在射频电磁场作用下，人体因吸收辐射能量会受到不同程度的伤害。过量的辐射可引起中枢神经系统的机能障碍，出现神经衰弱症候群等临床症状；可造成植物神经紊乱，出现心率或血压异常；可引起眼睛损伤，造成晶体浑浊
11、，严重时导致白内障；可造成皮肤表层灼伤或深度灼伤等。(2)在高强度的射频电磁场作用下，可能产生感应放电，会造成电引爆器件发生意外引爆。5.电气系统故障危害电气系统故障危害电气系统故障危害是由于电能在输送、分配、转换过程中失去控制而产生的。断线、短路、异常接地、漏电、误合闸、误掉闸、电气设备或电气元件损环、电子设备受电磁干扰而发生误动作等都属于电路故障。电气系统故障危害主要体现在以下几方面：(1)引起火灾和爆炸。线路、开关、熔断器、插座、照明器具、电热器具、电动机等均可能引起火灾和爆炸；电力变压器、多油断路器等电气设备不仅有较大的火灾危险，还有爆炸的危险。(2)异常带电。电气系统中，原本不带电的
12、部分因电路故障而异常带电，可导致触电事故发生。例如:电气设备因绝缘不良产生漏电，使其金属外壳带电；高压电路故障接地时，在接地处附近呈现出较高的跨步电压，形成触电的危险条件。(3)异常停电。在某些特定场合，异常停电会造成设备损坏和人身伤亡。如正在浇注钢水的吊车，因骤然停电而失控，导致钢水洒出，引起人身伤亡事故；医院手术室可能因异常停电而被迫停止手术，无法正常施救而危及病人生命等。1.3电流对人体的作用电流对人体的作用电流通过人体，会引起人体的生理反应及机体的损坏。有关电流人体效应的理论和数据对于制定防触电技术的标准，鉴定安全型电气设备，设计安全措施，分析电气事故，评价安全水平等是必不可少的。电流
13、对人体伤害的程度与通过人体电流的大小、电流通过人体的持续时间、电流通过人体的途径、电流的种类等多种因素有关。而且，上述各个影响因素相互之间也存在一定的联系。在皮肤干燥时，人体工频总阻抗一般为10003000。电流对人体影响1. 伤害程度与电流大小的关系伤害程度与电流大小的关系通过人体的电流愈大，人体的生理反应愈明显，感觉越强烈，引起心室颤动所需时间越短，伤害愈严重。对于工频交流电，按通过人体的电流强度的不同以及人体呈现的反应不同，将作用于人体的电流划分为三级：(1)感知电流和感知阈值感知电流是指电流流过人体时可引起感觉的最小电流。感知电流的最小值称为感知阈值。成年男性平均感知电流约为1.1mA
14、(有效值，下同)；成年女性约为0.7mA。对于正常人体，感知阈值平均为0.5mA，并与时间因素无关。感知电流一般不会对人体造成伤害，但可能因不自主反应而导致由高处跌落等二次事故。(2)摆脱电流和摆脱阈值摆脱电流是指人在触电后能够自行摆脱带电体的最大电流。摆脱电流的最小值称为摆脱阈值。对于正常人体；摆脱阈值平均为10mA,与时间无关。成年男性平均摆脱电流约为16mA；成年女性平均摆脱电流约为10.5mA；儿童的摆脱电流较成人要小。图1-2所示为不同电流途径的体内阻抗值，图中数值是用与手一手内阻抗比值的百分数表示的。无括号的数值为单手至所示部位的数值；括号内的数值为双手至相应部位的数值。如电流途径
15、为单手至双脚，数值将降至图上所标明的75%；如电流途径为双手至双脚，数值将降至图上所标明的50%。左手 -右手电流途径的实验资料 mA感觉情况初试者百分数5%50%95%手表面有感觉0.71.21.7手表面有麻痹似的连续针刺感1.O2.O3.0手关节有连续针刺感1.52.53.5手有轻微颤动,关节有受压迫感2.O3.24.4上肢有强力压迫的轻度痊孪2.54.05.5上肢有轻度在孪3.25.27.2手硬直有瘟孪,但能伸开,已感到有轻度疼痛4.26.28.2上肢部、手有剧烈瘟孪,失去知觉,手的前表面有连续针刺感4.36.68.9手的肌肉直到肩部全面痊孪,还可能摆脱带电体7.011.015.0(3)
16、室颤电流和室颤阈值室颤电流是指引起心室颤动的最小电流，其最小电流即室颤阈值。由于心室颤动几乎终将导致死亡，因此，可以认为，室颤电流即致命电流。室颤电流与电流持续时间关系密切。当电流持续时间超过心脏周期时，室颤电流仅为50mA左右；当电流持续时间短于心脏周期时，室颤电流为数百毫安。当电流持续时间小于0.1S时，只有电击发生在心脏易损期，500mA以上乃至数安的电流才能够引起心室颤动。室颤电流与电流持续时间的关系大致如下图所示。2. 伤害程度与电流持续伤害程度与电流持续时间的关系时间的关系 通过人体电流的持续时间愈长，愈容易引起心室颤动，危险性就愈大。这主要是因为：(1)能量积累。电流持续时间愈长
17、，能量积累愈多，心室颤动电流减小，使危险性增加。(2)与易损期重合的可能性增大。在心脏周期中，相应于心电图上约0.2S的T波这一特定时间对电流最为敏感，被称为易损期，电流持续时间愈长，与易损期重合的可能性就愈大，电击的危险性就愈大。(3)人体电阻下降。电流持续时间愈长，人体电阻因出汗等原因而降低，使通过人体的电流进一步增加，危险性也随之增加。3. 伤害程度与电流途径的关系伤害程度与电流途径的关系 电流通过心脏会引起心室颤动，电流较大时会使心脏停止跳动，从而导致血液循环中断而死亡。电流通过中枢神经或有关部位，会引起中枢神经严重失调而导致死亡。电流通过头部会使人昏迷，或对脑组织产生严重损坏而导致死
18、亡。电流通过脊髓，会使人瘫痪等。上述伤害中，以心脏伤害的危险性为最大。因此，流经心脏的电流多、电流路线短的途径是危险性最大的途径。电流途径心脏电流因数左手 左脚、右脚或双脚1.0双手 双脚1.0左手 右手 0.4右手 左脚、右脚或双脚0.8右手 背0.3左手 背0.7胸 右手1.3胸 左手1.5臀部 左手、右手或双手0.7各种电流途径的心脏电流因数各种电流途径的心脏电流因数例如，从左手到右手流过 150mA 电流，由表可知，左手到右手的心脏电流因数为 0.4，因此，其150mA 电流引起心室颤动的危险性与左手到双脚电流途径下 60mA 电流的危险性大致相同。如果通过人体某一电流途径的电流为I，
19、通过左手到脚途径的电流为Io，且二者引起心室颤动的危险程度相同，则心脏电流因数 K 可按下式计算：4. 伤害程度与电流种类的关系伤害程度与电流种类的关系100Hz以上交流电流、直流电流、特殊波形电流也都对人体具有伤害作用，但其伤害程度一般较工频电流为轻。(1)100Hz以上交流电流的效应。某些电气设备和设施的供电频率是高于50/60Hz的。如100Hz以上的频率在飞机(400Hz)、电动工具及电焊(可达450Hz)、电疗(45kHz)、开关方式供电(2OkHz1MHz)等方面被使用。高频电流的危险性可以用频率因数来评价。频率因数是指某频率与工频有相应生理效应时的电流阈值之比。某频率下的感知、摆
20、脱、室颤频率因数是各不相同的。工频左右最危险。摆脱电流-频率曲线(2)直流电流的效应。直流电流与交流电流相比，容易摆脱，其室颤电流也比较高，加之直流电的使用远不及交流电，因此，直流电击事故很少。对于直流电流而言，以脚部为正极向上流径人体的电流效应与以脚部为负极向上流径人体的电流效应有时存在很大的差别。直流电流时间-电流效应对人体作用的区域划分（本图是电流途径从左手至双脚，且电流方向向上的效应） 直流的时间 -电流效应曲线内各区的生理效应区域生理效应区通常无反应性效应区通常无有害的生理效应区通常无器官性损伤,随电流和时间的增加,可能出现心脏中兴奋波的形成和传导的可逆性紊乱区除区的效应外,还可能出
21、现心室纤颤,也可能发生严重烧伤等其他病理生理效应当300mA的直流电流通过人体时，人体四肢有暖热感觉。电流途径为从左手到右手的情况下，电流为300mA及以下时，随持续时间的延长和电流的增长，可能产生可逆性心率不齐、电流伤痕、烧伤、晕眩乃至失去知觉等病理效应；而当电流为300mA以上时，经常出现失去知觉的情况。(3)特殊波形电流的效应。特殊波形电流最常见的有带直流成分的正弦电流、相控电流和多周期控制正弦电流等。特殊波形电流的室颤阈值是按其具有相同电击危险性的等效正弦电流有效值Iev考虑。(4)电容放电电流的效应。这里讨论的电容放电电流指持续时间(即电容放电时间常数的3倍)小于10ms的短持续时间
22、脉冲电流。由于作用时间短暂，不存在摆脱阈值问题，但有一个疼痛阈值。电容放电电流的感觉阈值和疼痛阈值决定于电极形状、冲击电量和电流峰值。电容放电的室颤阈值决定于电流持续时间、电流大小、脉冲发生时的心脏相位、电流通过人体的途径和个体生理特征等因素。电容放电的室颤阂值如图C1以下，无心室颤动；C1以上直到C2，低心室颤动危险(直到5%的概率)；C2以上直到C3，中等心室颤动危险(直到50%的概率)；C3以上，高心室颤动危险(大于50%的概率)。重点：1感知电流2室颤电流3跨步电压4成年男性的平均摆脱电流约为5电动机的绝缘电阻应定期测定，其测定周期为6人体电阻的平均值大致是7大部分触电死亡事故是什么造成的8多大的工频电流即可使人遭到致命的电击9当有电流在接地点流入地下时，电流在接地点周围土壤中产生电压降。人在接地点周围，两脚之间出现的电压称为10工频电流与高频电流在电击危险性上相比，哪个更大
