第9章 供电与安全用电

第9章供电与安全用电9.1供配电系统9.2触电急救与防护措施9.3电气防火与防爆9.4供电线路故障检修本章内容提要重点：（1）负载的三个等级及其特点；（2）供配电系统接线；（3）触电急救与保护措施；（4）电气火灾爆炸的直接原因；（5）常用电气设备火灾及爆炸的产生原因；（6）防火防爆措施；（7）短路检修时的注意事项及故障的检修。9.1供配电系统一、电力系统的组成电能是由发电厂的发电机发出的，经过升压变压器升压后，再通过输电线路传输，送到变电所，经变电所的降压变压器降压后送给用户，从而完成了一个发电、输电、配电、用电的全过程。其中连接发电厂和用户之间的环节称为电力网。由发电厂、电力网和用户组成的统一整体称为电力系统，如图9-1所示。1.发电厂发电厂是将自然界蕴藏的各种一次能源转换为电能（二次能源）的工厂，它的产品是电能。根据所利用的一次能源不同，发电厂可分为火力发电厂、水力发电厂、原子能发电厂、风力发电厂、地热发电厂和太阳能发电厂等类型。目前，我国接入电力系统的发电厂主要是火力发电厂、水力发电厂及核能发电厂。水力发电厂利用水流的位能产生电能。当控制水流的闸门打开时，水流沿进水管进入水轮机蜗壳室，冲动水轮机，带动发动机发电。其能量转换过程是：水流位能→机械能→电能。火力发电厂利用燃料的化学来产生电能。我国的火力发电以燃煤为主。为了提高燃料的效率，现代的火电厂都将煤块粉碎成煤粉燃烧。煤粉在锅炉的炉膛内充分燃烧，将锅炉内的水烧成高温、高压的蒸汽，推动汽轮机转动，使与之联轴的发电机旋转发电。其能量转换过程是：化学能→热能→机械能→电能。核能发电厂通常称为核电站，它主要利用原子核的裂变能来生产电能。其生产过程与火力发电基本相同，只是以核反应堆代替了燃煤的锅炉，以少量的核燃料代替了大量的煤炭。其能量转换过程是：核裂变能→热能→机械能→电能。风力发电厂利用风力的动能来生产电能。它建在有丰富风力资源的地方。地热发电厂利用地球内部蕴藏的大量地热能来生产电能。它建在有足够地热资源的地方。太阳能发电厂就是利用太阳能或太阳热能来生产电能。通过光能转换元件（如光电池等）直接将太阳光能转换为电能。2.电力网电力网是发电厂和用户之间的联系环节，一般由变电所和输电线路构成。其中变电所是接受电能、变换电压和分配电能的场所，一般可分为升压变电所和降压变电所两大类。升压变电所是将低电压变换为高电压，一般建在发电厂；降压变电所是将高电压变换为合理、规范的低电压，一般建在靠近负荷中心地点。输电线路是电力系统中实施电能远距离传输的环节，一般由架空线路及电缆线路组成。架空线路由于其结构简单、施工简便、建设速度快、检修方便、成本低等优点而被广泛应用于电力系统，成为我国电力网的主要输电方式；电缆线路一般采用直埋方式将电缆埋在底下或采用沟道内敷设方式，但由于电缆价格昂贵，成本高，检修不便等因素而用于架空线路不便架设的场合，如大城市中心、过江、跨海等地区。为了提高电力系统的稳定性，保证用户的供电质量和供电可靠性，一般通过电力网，把多个发电厂、变电所联合起来，构成一个大容量的电力网进行供电。目前我国有华东、华南、华中、华北、东北、西南、西北七大电力网。电力网按其功能可分为输电网和配电网。由35kV及以上的输电线路和变电所组成的电力网称为输电网，其作用是将电能输送到各个地区的配电网或直接送到大型工矿企业，是电力网中的主要部分。由10kV及以下的配电线路和配电所组成的电力网称为配电网，它的作用是将电力分配给各用户。3.电能用户（或称电力负荷）在电力系统中，一切消耗电能的用电设备均称为电能用户。电能的生产和传输最终是为了供用户使用，对于不同的用户，其对供电可靠性的要求也不一样。根据用户负荷的重要程度，将负载分为以下三个等级：（1）一级负荷这类负荷一旦中断供电，将造成人身事故，重大电气设备严重损坏，群众生活发生混乱，使生产、生活秩序较长时间才能恢复。（2）二级负荷这类负荷一旦中断供电，将造成主要电气设备损坏，影响产量，造成较大经济损失和影响群众生活秩序等。（3）三级负荷一级、二级负荷以外的其他负荷称为三级负荷。在以上三类负荷中，对于一级负荷，应最少由两个独立电源供电，其中一个电源为备用电源。对于二级负荷，一般由两个回路供电，两个回路电源线应尽量引自不同的变压器或两段母线。对于三级负荷，则无特殊要求，采用单电源供电即可。二、高、低压供配电系统发电厂发出的电力电压一般为10～20kV，由于远距离输电会造成很大的电能损失，因而通常将发电机产生的电压经升压变压器提高后再进行远距离传输，送至用电地区，在用电地区再经降压变压器降至合适电压等级供给各用户。因此，电力传输中需要整套变配电系统。根据我国现行的供电体制，供电额定频率为50Hz，高压供电为三相10、35、（63）110、220、330、500kV，低压供电三相为380V，单相为220V。1.高、低压供配电系统的结构高、低压供配电系统的示意图如图9-2所示。图中进线处装有户外跌落式熔断器，为了防止雷电波德侵入，还装了阀式避雷器。系统中一般均采用断路器作为主控制器，主要是为接通和断开变压器。当供电系统发生短路故障时，继电保护装置动作，断路器可以自动跳闸。高压电源的进线方式可为架空线或用电缆进线。高压侧配有电流互感器和电压互感器，以供给用户电能表的电流和电压数值，亦可引至电流表、电压表做测量用。低压侧配的出线总开关采用容量较大的断路器，分支出线开关可采用刀开关加断路器或刀开关加熔断器的方式。2.供配电系统接线用户的供配电系统接线方式，在很大程度上取决于用户对不间断供电要求的重要。对于一级负荷要求供电系统无论是正常运行还是发生事故时，都应保证其连续供电。因此，应由两个独立的电源供电，并按生产需要和允许停电的时间，采用双电源互相自动或手动切换的接线，或采用双电源同时供电的接线。如果一级负荷不大时，可采用自备发电机等设备，作为第二电源。对于二级负荷，应由双回路供电。当采用双回路有困难时（如在边远地区），则允许采用专用架空线供电。对于三级负荷，没有特殊的供电要求。高压线路常用的接线方式有：放射式（见图9-3（a））、树干式（见图9-3（b））、环形式（见图9-3（c））。高压配电线路的接线力求简单可靠，尽可能地深入到负荷中心，以减少电压波动。降低电能损耗，并采用架空线路以节约投资。低压树干式供电系统可以进一步演变为许多种形式。图9-4（a）所示为变压器干线式供电系统，它在机械加工车间应用极广。当采用插接式母线时，它可以随着工艺过程的改变，任意移动用电设备并且无须另外安装配电屏。图9-4（b）所示为链环式供电系统，为避免从车间变电所引出很多小容量的干线，常将数个配电箱串联在一起，一般以三个为限；或将同一生产系统的小容量电动机（不重要的用电设备），采用这种链环式供电，但一般不宜超过4台。图9-5所示为低压环形接线系统。这种接线可用于一个工厂内的所有车间变电所的低压侧之间，即通过低压联络线互相接成环形。环形接线的供电可靠性比较高，可减少电能损耗和电压损耗。但是环形供电系统也有其缺点，例如它的保护装置及其整定配合相当复杂，如配合不当，容易发生误操作，反而扩大故障停电范围。实际上，低压环形接线系统通常也采取开环方式运行。对于重要的用电设备，可设一路进线为正常电源，另一路进线为备用电源，并装设备用电源自动投入装置。在大型工厂的车间内，由于用电设备分布广、容量相差大和生产上的特点，很少只用一种形式的低压供电系统，一般为混合式供电系统，如图9-6所示。9.2触电急救与防护措施一、安全用电的意义当电力系统及电气设备在设计、制造、安装与维修上存在质量问题时，当电工及其他操作人员在缺少防护措施情况下进行操作，当操作人员使用不符合安全要求的设备和工具，特别是操作人员违反安全操作规程操作时，以及其他一些意外因素的影响，都可能造成电气事故。二、安全用电基本知识（1）导线、接头、插座、接线盒要分布放置，连接应符合规范，不得乱拉乱接电线，注意导线连接处要有良好的绝缘。（2）室内布线及电气设备不可有裸露的带电体，对于裸露部分应包上绝缘带或装设罩盖。当闸刀开关罩盖、熔断器、按钮盒、插头及插座等有破损而使带电部分外露时，应及时更换，不可将就使用。（3）在高温、潮湿和有腐蚀性气体的场所，如厨房、浴室及卫生间等，不允许安装一般的插头、插座，应选用有罩盖的防溅型插座。检修这类场所的灯具时，要特别注意防止触电，最好停电后进行。（4）开关要装在火线上，不能装在零线上。采用螺口灯座时，火线必须接在灯座的顶心上；灯泡拧紧后，金属部分不可外露。悬挂吊灯的灯头离地面的高度不应小于2m。（5）安装电灯严禁用“一线一地”（即用铁丝或铁棒插入地下代替零线）的做法。（6）更换灯泡时要先关闭电源，人站在木凳或干燥的木版上，使人体与地面绝缘。（7）在一个插座上不应接过多的用电器；根据电度表和导线用电量限，不可超负荷用电。（8）不可用湿手接触带电的开关、灯座、导线和其他带电体。（9）使用家用电器，特别是新购买的电器，要事先了解其性能、特点、使用方法及注意事项，防止乱动。（10）有金属外壳的家用电器，如电冰箱、电扇、电熨斗、电烙铁及电热炊具等，要用有接地极的三极插头和三孔插座，而且要求接地装置良好或者加装漏电保护器。当不能满足这些要求时，至少应采取电气隔离措施。（11）不可将照明灯、电熨斗及电烙铁等器具的导线绕在手臂上进行工作。（12）用电器具出现异常，如电灯不亮、电视机无影像或无声音及电冰箱、洗衣机不启动等情况时，要先断开电源，再做修理。（13）电气设备工作时，不允许以拖拉电源线的方式来搬移电器。用电设备不用时，应及时切断电源，尽量避免雨天修理户外电气设备或移动带电的电气设备。（14）临时使用的电线要用绝缘电线、花线或电缆等，禁止使用裸导线，并且不得随地乱拖，要尽可能吊挂起来。临时线用完后应及时拆除，不要长久带电。临时线的绝缘性能也要符合要求，不可用老化破旧的电线。拆除临时线时需先切断电源，并从电源一端拆向负载；安装时，顺序与此相反，即线路全部安装完毕后才能接通电源。（15）禁止在电线上晒衣服、挂东西，不要接近已断了的电线，更不可直接接触，雷雨时不要接近避雷装置的接地极。（16）尽可能不要带电修理电器和电线。在检修前，应先用验电笔检测是否带电，经确认无误后方可工作。另外，为防止线路突然来电，应拉开闸刀开关，拔下熔断器盖并带在身上。三、触电事故所谓触电事故是指人的皮肤接触到电气设备的带电部位而引起伤亡的现象。触电事故对人身伤害的程度主要由通过人体电流的大小决定，此外还取决于电流的持续时间、频率、通过人体的部位及触电者的健康状况等因素有关。电流作用下人体的特征如表12-1所列。电流类型与大小直流（mA）交流（mA有效值）男女50Hz1000zH男女男女最小感知电流，略有麻感5.25.31.00.7128没有痛苦感，肌肉仍自由961.81.21711有痛苦感，肌肉仍自由6241965537有痛苦感，不能摆脱电源76511610.57550可能引起心室纤颤电击时间0.03s130013001000100011001100电击时间3s5005001001005005001、触电种类及伤害人体被电流伤害的情况，按其性质及伤害不同，可分为电击和电伤。（1）电击电击是指电流通过人体对细胞、神经、脊髓及器官等造成的伤害。这种伤害通常表现为针刺感、压迫感、打击感、肌肉抽搐、神经麻痹等，伤害主要在人体内部，严重时将引起昏迷、窒息，甚至心脏停止跳动而死亡。对触电造成死亡的主要原因，目前较一致的看法是电流流过人体引起心室纤维颤动，使心脏功能失调、供血中断、呼吸窒息，从而导致死亡。（2）电伤电伤是电流的热效应、化学效应、机械效应对人体造成的伤害，如电烧伤、电弧（即高温度的电火花）烧伤、电烙印、皮肤金属化、机械损伤、电光眼等。电伤一般是在电流较大和电压较高的情况下发生的。电伤属局部性伤害，一般会在肌体表层流下明显伤痕。在触电伤亡事故中纯电伤或带电伤性质的约占75%。2、触电方式常见的触电方式有三种：双线触电、中性点接地的单线触电、中性