电气安全第六章电气环境安全

第六章：电气环境安全环境与可持续发展是人类面临的共同课题，它需要全社会的参与，更需要各个技术领域的支持，电气工程领域安全为其中内容之一，目前主要涉及两个方面问题：一方面是电气火灾的预防，属公共安全问题，另一方面是电磁兼容问题。目前，电气环境安全问题还是一个新的研究领域，很多问题的研究尚不深入和完善，甚至更多的问题可能没被发现，本章学习目的是了解目前工程中常见的电气环境安全涉及的内容，建立初步的概念和知识！第一节电气火灾概述背景：所谓电气火灾就是电能通过电气设备及线路转化成热能，并成为火源所引发的火灾。随用电量的增加，电气火灾占整个火灾比例已从80年代百分之十几升至最近的30%，且有上升趋势。电气火灾的发生多与供配电系统的过载运行或电气设备质量不合格，施工安装不规范等有关，正确预测负荷、合理设置保护，提高产品质量，规范施工安装，加强运行管理和维护等措施是十分必要的。一、电气火灾的火源：主要有：电火花与电弧，高温1、电火花与电弧：主要在气体或液体绝缘材料中产生。2、高温：电气设备和线路在运行时总会发热，发热作用主要有：（1）电流在导体的电阻与产生热量：△W＝∫t2It2Rtdt△Q＝0.24∫t2It2Rtdt(J)（2）、铁的损耗产生的热量：一般工频电工设备铁损：在为1T时为1－2W/KG（3）绝缘介质损耗产生的热量：注：发热是温度升高的原因，而温度是否升高取决于散热与发热的关系!二、电气火灾的起因、特点及危害：1、电弧（或电火花）与高温引发火灾的途径：（1）电弧或电火花：它所属明火，可直接引发，同时可能引发二次灾！（2）危险高温：1）绝缘的软化；2）分解物质产生可（易）燃气体；3）直接烤燃物质。2、电气火灾的具体起因：（1）接触不良：大多是电气安装的原因引起的，也有部分是因产品质量和其他原因引起。（2）过电流：原因包括过载和短路，过电流产生的热效应是电气火灾的原因。（3）异常电压升高。（4）不稳定的短路或接地故障。（5）绝缘体局部缺陷或受损。（6）铁损过大（7）电动机正常的机械运动受到障碍（8）误操作（如带负荷拉隔离开关）（9）设计选型或施工安装错误（10）雷击3、电气火灾的特点及危害（1）特点：火灾隐患的分布性、持续性、隐蔽性（2）危害：火灾是一种严重的灾害，而电气火灾主要发生在人员密集、疏散困难且排烟不畅的建筑物内，极易造成群死群伤的重大事故！三、电气火灾的预防措施：1、在选择设备或线路时采取的措施：（1）设备选择1）灭火困难及火灾危险大的场所，选用无油或少油设备，如高层地下变配电所中：变压器、互感器等电气设备的选择！2）开关电器及成套配电装置的选取，应考虑操作时的飞弧问题，我国成套开关柜都要求“五防”功能。（2）线路的选择：线路火灾占整个电气火灾的60%以上，对其预防急其重大！阻燃绝缘材料制成的电流应用日见广泛（因此材料燃烧需大量的氧气故不易燃烧和漫延），对电线电缆选择还应考虑有毒气体分解产生的问题！如聚氯乙烯是一种含氯较高分子材料，在高层建筑中避免选用！2、在配电系统构造上采取的措施：（1）电气线路规格的选择：1）使线路具有足够的耐压水平和绝缘电阻，防击穿而短路，（对220V/380VTT系统要求电缆额定电压UO/U不小于300V/500V，而对IT系统应选450V/750V，220V线路绝缘电阻不小于0.22MVZ，380V线路则不小于0.38MVZ）2）应正确计算线路载流量以免使线路因过载而产生高温：*环境温度不等于载流量表给定的温度时，应进行温度校正：*埋地电缆敷设处土壤热阻不同时，应乘以热阻校正Ktr（查手册）*穿管电线多管并列敷设，电缆在空气中或托盘内多根并敷时，应乘以并敷校正系数Kg。3）中准线截面的选择：实际中N线电流完全可能达到等于或大于相线电流（特殊情况下，不平衡电流与三次滤波电流有效值可达相线电流两倍！）注：N线过小的火灾危险性有两方面：一方面自身因过载热效应而引发火灾，另一方面是一旦中准线被害人烧断，三相不平衡时则中性点位移，电压异常引发火灾！4）线路的短路热稳定：不可忽视，应满足要求！5）线路末端单相短路的保护：线路截面选择应考虑线路末端单相短路保护的性。（2）合理设置系统保护：1）过载保护的设定：要求过载保护动作特性应配合好！2）短路保护设置存在的问题：*单相短路的灵敏度常不够：DYN11变压器具有阻抗大可降低，但线路阻抗仍较大，线路较差时，末端电流短路较小，不可靠动作！*保护的整定是按金属性短路计算，若发生非金属短路如弧光短路，则阻抗大，不可靠！3）剩余电流保护电器在防电气火灾中的应用：RCD主要用于对因绝缘损坏产生的泄漏电流和单相接地故障电流引起的火灾保护。通常过电流保护装置无法准确的对泄漏电流和电弧性接地故障实现保护，RCD设置弥补了这一缺陷。电气火灾中，电气短路火灾占5%以上，而电气短路火灾中又以电弧性接地故障火灾居多，因此RCD的应用，具有重要意义！*对泄漏电流引发的火灾的防护，一般RCD动作电流越小越好（但不能误动），在配合上，确保级间配合的前提下，动作时间越短越好！*对电弧性接地引发的火灾防护：一般大于0.5A的电弧能量就能引起火灾，此电流一般过流保护不动作，采用额定漏电动作电流为0.5ARCD十分有效！*工程应用：TT系统的电源进线必须装设RCD，TN系统的电源进线处为切断全建筑物内的电弧性接地故障也应装设RCD，电源总进线处安装RCD可采用延时动作，与便推RCD配合，对于应急照明，消防设施、防盗系统、安防中心等处，一般不应设置动作于跳闸的RCD，采用动作于信号即可！*绝缘监查装置的应用：对敷设路径上有易使绝缘受损或老化加速因素线路，应装绝缘监查装置！（3）防止异常电压升高：常见异常电压升高为中性点位移，形成因素主要是：三相负荷不平衡程度和中性线是否完好！3、施工安装环节应注意的事项：（1）电气连接一定要坚固牢靠，特别注意中性线！（2）严格保证TN－S系统中N线与PE线在系统中性点以外的电气隔离（这既是电击防护的要求，也是电气火灾防范要求，一旦N线与PE线混用，RCD将误动！（3）工作中发热较大的电器不应安装在易燃式可燃材料上。（如白炽灯）（4）电气安装中使用的辅助材料最好选用阻燃类型的。4、避免使用不当造成的电气火灾：（1）电热设备的散热（2）插座超载（3）意外停电应关电源5、电热效应的防护：（1）灼伤保护（2）过热保护：1）避免高温损害；2）采取散热措施。第二节静电保护概述：静电是一种电能，存留在物体的表面，是正负电荷在局部范围内失去平衡的结果，是通过电子或离子的转换而形成的。一、静电的产生及危害1、静电的产生：（1）接触－分离起电（电子转移）：双电层和接触电位差理论。（2）破断起电（电荷分离）：与双电层和接触电位差不同，破断前为同一物质！（3）感应起电（静电感应）：是在已经有静电存在的前提下，通过感应产生出新的静电！（4）电荷迁移（电荷转移）：不带电与带电物质接触时，电荷的重新分配！（5）其它方式：如压电带电、电解带电、热电带电等。2、常见静电形式：（1）人体静电：人体静电是一个移动的静电源，它与衣着材料、毛发的洁净状况、相对湿度等因素有关！特征：电压约为0.5-2.0kv，特别是人体与大地绝缘时（电容）数值较高！（2）固体及物体静电：固体物质大面积的接触、分离或大面积摩擦以及粉碎过程中都可能产生强烈的静电（既有接触－分离起电，也有破断起电）特征：电压高，可达数万伏（原因不在于静电电量大，而在于电容的量值可取值变化范围大！）平板电容器：Q＝CU→C＝∑S/d→U＝∮d/∑S（2.5nm以下为毫伏级，与d↗→d=1cun，则U可上升至万伏！）整体可以看成特殊状态下的固体群，其静电电压也很高可达数万伏！（3）液体静电：特征：积累时间较长，且有流动性。（4）蒸汽和气体静电：特征：分散性、冲击性。3、静电的特点：（1）能量小（一般不超过mJ级）（2）电压高（3）感应性（4）积聚性4、静电的危害：（1）引发燃烧或爆炸：在火药、火箭燃料、有机溶剂仓库、医院手术室等处要严防静电放电！（2）静电电压电击：如警用电棍，直接伤害程度较轻，但二次伤害可能性是存在的。（3）损坏电子元件或设备（4）影响正常的工艺过程或破坏正常的工作状态。二、静电参数：（略）三、静电危害的防护：1、抑制静电的产生：（1）采用导电性能良好的材料（2）减小摩擦（3）合理的工艺安排。2、恰当的静电消除措施：（1）静电的消失：1）静电的中和：火花放电；导体联通；电荷注入；泄漏。2）静电的散失：电晕放电；静电转移。（2）通过增强泄漏消除静电：1）增湿；2）在材料中使用抗静电添加剂（3）接地。（4）中和器：1）感应中和器；2）外加电源中和器；3）其他类型。3、静电屏蔽（1）对静电电源进行屏蔽（2）对工作场所进行屏蔽4、减少人体静电的积累第三节电磁污染与电磁兼容：一、概述：1、电磁污染：空间中存在的各种各样的电磁波使空间原本的自然电磁环境遭到破坏称为电磁污染。2、电磁兼容：对于电磁污染危害的防护既要提高设备或系统自身的对电磁污染的抵抗能力，又要降低它的对电磁环境的污染程度。3、术语：（1）电磁环境：指存在于给定场所的所有电磁现象的总和。（2）电磁骚扰：任何可能引起装置、设备或系统性能降低或者对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象！（3）电磁干扰：（EMI）电磁骚扰引起的装置、设备或系统性能的降低。（4）电磁兼容性（EMC）：设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该中任何事实构成不能承受的电磁骚扰的能力。（5）电磁兼容系统的组成：EMC系统组成取决于EMI基本形式，而EMI的基本形式由三部分组成：发射器、感受器和耦合通道。（6）EMI的耦合途径：1）通过空间的辐射耦合2）通过电路或导线的传导耦合。二、常见骚扰源及限值：1、低压电气及电子设备发出的谐波电流限值。2、架空输电线、变电站发射特性及其限值。3、荧光灯电磁发射特性及限值。三、电子设备、人体对电磁骚扰的抗扰度限值。四、电磁兼容的工程措施：1、防护间距：将感受器与发射器之间拉开距离，以成小耦合系数，这是对以辐射耦合为主的电磁干扰的最直接方法。2、滤波：将特定频段的电磁骚扰衰减掉，对于传导耦合的电磁干扰特别适用！3、屏蔽：是一种电磁隔离措施，工程正常用来对辐射耦合的电磁骚扰进行防护！分类：（1）主动屏蔽、被动屏蔽（2）按屏蔽原理：静电、电磁、磁屏蔽三种。4、无反射吸收：利用特殊的电波吸收材料，将入射能量全部垦荒转换成其它能。5、EMC工程措施效果的原则评价。五、电磁兼容的测量和试验：在EMC的试验中，抗扰度试验是最重要又是数量最多的一类试验，试验项目五大类：（1）低短骚扰（2）传导和高频骚扰（3）静电放电（4）磁骚扰（5）辐射电磁场。