第2章 电力系统及电气防护

第二章电力系统及电气防护•第一节工业企业供配电•第二节电气事故分类与规律•第三节人身触电事故与急救1.电力系统2.额定电压与电压等级3．电力负荷分级及供电要求4．进线电压与企业规模5．企业内部配电方式及原则第一节工业企业供配电1.电力系统•电力系统：由发电厂、送电线路、变电所、配电网和电力负荷等环节共同构成的整体。电力系统图1.电力系统一次能源非再生能源(原煤、原油、天然气等）再生能源(太阳能、水能、风能、生物质能等）二次能源过程性能源(电能、蒸汽能等）合能体能源(汽油、柴油、酒精、焦炭等）核能是非常规能源。2.额定电压与电压等级额定电压——是保证电气设备正常运行并能获得最佳经济效益的电压。电压等级——是一个国家根据自己的情况确定的发电、送电、用电的一个电压系列。我国电网和用电设备的额定电压等级系列:220，380，660V，3，6，10，35，63，110,220,330,500,750,1000kV低压→︱←中→︱←高压→•10kV以上高压还可细分为高压（10~330kV）、超高压（330~1000kV）、特高压（1000kV及以上）。•我国最常用的工频低压是380V和220V电压；在井下及其他场合，常采用127V交流电压，金属矿井下使用36V电压作为照明电压。2.额定电压与电压等级对于直流电，我国也有一个电压等级系列。常用的有110V，220V，440V三个电压等级，主要用于工业上的电解、电镀；用于电力牵引的还有250V，550V，750V，1500V，3000V等电压等级。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》规定，一般交流电力设备的额定频率为50Hz，称其为“工频”。3．电力负荷分级及供电要求电力负荷：是指用户的用电设备在某一时刻实际消耗的电功率，即对电力系统要求的功率。而电力负荷分级，是指用户的用电设备的重要性及对电力系统供电的可靠性的要求。我国将电力负荷分为三级。（1）一级负荷：一旦断电会产生重大的政治影响和经济损失。（两个电源供电）（2）二级负荷：一旦断电会产生较大的政治影响和经济损失。（两条回路供电，可来自同一变电所的两个变压器。）（3）三级负荷：除一、二级负荷以外的其他负荷。（单回路供电）4．进线电压与企业规模企业的进线电压一般与企业规模成正相关。（1）进线电压大于35kV（不含）。大型或特大型企业：有两级变电所，其中第一级相当于一个区域变电所。（2）进线电压为35kV或10kV。大中型或中型企业：进线电压引自区域变电所，经总高压配电所分配后再由各变电所变为用户电压。（3）进线电压多为10kV。中型或中小型企业：只有一个用户变电所或几个配电室。（4）进线电压低于0.4kV。小型企业：进线电压为用户电压，无需降压，只有一个配电所或配电室。380/220V。变电室（所）和配电室（所）的区别？一般来说变电室输入和输出的电压等级不同。配电室是输入和输出的电压等级相同，只是将同一电压等级的电分配到不同的地方。但划分不是很严格，如高压配电所都有所用电变压器，就是说本来该配电所主要是将高压电分配到各个地方去，但是加了一个所用变压器将高压电变为低压电供配电所和附近的低压用户使用。该配电所有配电、变电两种功能。1、大型、特大35kV以上（110kV、220kV……）2、大型、大中35kV或10kV3、中、中小10kV4、中小型0.4kV以下5．企业内部配电方式及原则配电方式：是指配电线路和配电设备的布局和连接方式。（1）放射式：从配电所或主干线（母线）上直接引出连接用电设备的分支线，没有中间环节，各分支线互不影响，可靠性高，但投资也高。（2）树干式：与供水管路类似；投资较少，可靠性较差。（3）环式：将树干式供电中的某一级接成环形，以增加供电可靠性。实际运行时采用开环方式。原则：经济、简单、安全、可靠。（1）放射式：由一条母线分别给大型电动机、电炉变压器、电力变压器送电。优点：是各个线路上的故障不产生相互影响，因此可靠性较高；缺点：使用高压开关较多，投资高。高压放射性电路（2）树干式：由一条高压配电干线引出若干支线，向用电负荷送电。优点：线路简化，采用高压开关少，减少投资；缺点:干线检修或出现故障，所有支线停电。高压树干式电路（3）环式：两端供电的树干式接线，多数环形线路采用开环运行。环式配电电气事故分类触电事故的规律第二节电气事故分类与规律电气事故分类（4）人身触电事故：电气事故分类中最重要的一类事故。人身触电事故是指在非正常（或防护不当）情况下，电能意外作用于人体而造成的人身伤害事故。（1）电气系统与设备事故:电气系统发生故障主要是指电能在输送、分配、使用过程中产生的失控事故。（2）静电和雷电事故:静电和雷电在放电时产生火花，成为火灾和爆炸事故的点火源。（3）电磁场事故：人体因吸收辐射能量失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。严重的电磁场干扰能引发各种事故。电气系统与设备事故电气系统发生故障主要是指电能在输送、分配、使用过程中产生的失控事故。主要是人为的原因造成的，如设计、制造、施工中的缺陷，设备选型不当，不合格或伪劣产品，使用中的误操作等，其中电流短路和电气设备发生爆炸和火灾更是常见的电气事故。电气系统和设备事故也会直接或间接地导致人员伤亡和重大财产损失。从分类上主要是指后果为：火灾和爆炸、异常带电和异常停电等。静电和雷电事故物体与物体相对运动和相互磨擦都会产生静电，静电的特点是能量不大，但电压很高，可达上万伏，在放电时产生火花，成为火灾和爆炸事故的点火源。据统计，在油库、输油管道、油料运输等场所发生的火灾和爆炸事故，大多是由静电引起的。生产过程中的静电由于能量不大，一般不会对人造成直接伤害，但人体遭到静电刺激时的恐惧心理有时会导致二次事故，也属于静电事故。雷电的本质也是静电（前者是生产静电）。是自然界中的静电积聚到一定程度时的放电现象。是一种自然现象，当放电在云层和地面之间进行并造成地面设施损坏、人畜伤亡等事故时，称为雷击事故。电气安全中所说的雷电事故主要是指雷击通过电力系统继发出的各类事故。电磁场事故电磁场的影响和伤害是一个较为复杂也是有待于进一步研究的课题。一般属于卫生学的研究范畴。但强度很高的电磁场也有可能引发电气事故（电气设备失灵和产生误动作等），作为一种事故隐患不容忽视，也是电磁兼容的研究重点。如电磁干扰可意外启动自动灭火系统，造成损失。军事上用电磁炸弹干扰对方电气设备，让其交通系统陷于瘫痪，使通信中断，计算机网络遭到毁坏等。人身触电事故人身触电事故是电气事故分类中最重要的一类事故。人身触电事故是指在非正常（或防护不当）情况下，电能意外作用于人体而造成的人身伤害事故。★安全，以人为本。触电事故规律（1）触电事故季节性明显，二三季度事故多；（2）低压设备触电事故多；（3）携带式设备和移动式设备触电事故多；（4）电气连接部位触电事故多；（5）错误操作和违章作业造成触电事故多，85％以上；（6）不同行业触电事故不同；（7）不同年龄段人员触电事故不同；（8）不同地域触电事故不同。第三节人身触电事故与急救1.触电类型和触电方式触电事故按伤害方式分为两种，一种是电击，另一种叫电伤。电流通过人体造成的伤害叫电击。除电击以外的由电引起的伤害叫电伤。如电弧烧伤、电流灼伤、皮肤金属化、电气机械性伤害等。电烧伤案例按人体触及带电体的方式，电击又可以分为三种情况。①单相触电当人体成为带电体和大地之间的一段导体时称单相触电。当带电体为正常带电体时称为直接电击，当带电体为意外带电体时称为间接电击。②两相触电•人体同时触及两个带电导体（相线）而引起的电击叫两相触电。由于两相触电时人体承受的是线电压，因此一旦触电比单相触电危险更大（220/380V），多为直接电击。③跨步电压触电指站立或行走的人体，受到出现在人体两脚之间的电压，即跨步电压作用所引起的电击。跨步电压是当带电体接地，电流自接地的带电体流入地下时，在接地点周围的土壤中产生的电压降形成的。跨步电压触电也可说是由于较大的接地电流引起的在接地体附近的地面上产生一个较高的电压梯度而导致的人身触电事故。跨步电压示意图ba20mUNUE2.触电伤害的影响因素（电流大小、持续时间、电流途径、电流种类、人体阻抗、身心健康等）（1）电流大小的影响通过人体的电流越大，人的生理反应和病理反应越明显，引起心室颤动所用的时间越短，致命的危险性越大。按照人体呈现的状态，可将预期通过人体的电流分为三个级别。①感知电流和感知阈值在一定概率下，通过人体引起人有任何感觉的最小电流（有效值），称为该概率下的感知电流，感知电流的最小值称为感知阈值。感知电流的概率曲线如图所示。感知电流概率曲线概率为50%时，成年男性平均感知电流约为：1.1mA成年女性约为：0.7mA。②摆脱电流和摆脱阈值当通过人体的电流超过感知电流时，肌肉收缩增加、刺痛感觉增强、感觉部位扩展。当电流增大到一定程度时，由于中枢神经反射和肌肉收缩、痉挛，触电人将不能自行摆脱带电体。在一定概率下，人触电后能自行摆脱带电体的最大电流，称为该概率下的摆脱电流，摆脱电流的最小值，称为摆脱阈值。摆脱电流与人体生理特征、电极形状、电极尺寸等因素有关。摆脱电流的概率曲线如图所示。摆脱电流概率曲线概率为50%时，成年男性：16mA成年女性：10.5mA概率为99.5%时，成年男性：22.5mA成年女性：15mA。③室颤电流和室颤阈值引起心室颤动的最小电流称为室颤电流，室颤电流的最小值称为室颤阈值。室颤电流受电流持续时间、电流途径、电流种类、人体生理特征等因素的影响。当电流持续时间超过心脏周期时，人的室颤电流约为50mA；当电流持续时间短于心脏搏动周期时，人的室颤电流约为数百毫安；当电流持续时间在0.1s以下时，在电击发生在心脏易损期时，500mA以上的电流可引起心室颤动。室颤电流与电流持续时间的关系大致如图示。交流电流对人体作用的带域划分（2）伤害程度与电流持续时间的关系通过人体的电流的持续时间愈长，愈容易引起心室颤动，危险性就愈大。这主要因为：①能量积聚。电流持续时间越长，能量积累愈多，室颤电流减小，危险性增加。当持续时间在0.01~5s范围内时，心室颤动电流和电流持续时间的关系可表示为：式中：I——心室颤动电流，mA;t——电流持续时间，s。或者，用下式表达，当t≥1s时：I=50mA当t＜1s时：I.t=50mA.stI116②与易损期重合的可能性增大。在心脏周期中，心脏收缩与舒张之间约0.2s的T波(特别是T波的前半部)，是对电流最为敏感的心脏易损期(易激期)。电击持续时间延长，必然重合心脏易损期，电击危险性增大。③人体电阻下降。电流持续时间愈长，人体电阻由于出汗、击穿、电解而下降，如接触电压不变，流经人体的电流必然增加，电击危险性随之增大。④中枢神经反射增强。电击持续时间越长，中枢神经反射越强烈，电击危险性越大。（3）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乃至心脏停止跳动而导致死亡；电流通过中枢神经及有关部位，会引起中枢神经强烈失调而导致死亡；电流通过头部，严重损伤大脑，亦可能使人昏迷不醒而死亡；电流通过脊髓会使人截瘫；电流通过人的局部肢体亦可能引起中枢神经强烈反射而导致严重后果。通过心脏的电流越多、电流路线越短的途径是电击危险性越大的途径。不能认为局部的触电是无危险的。最危险的是：左手到脚（前胸、左脚、右脚）。判断危险性，既要看电流值，又要看途径。心脏电流因数：是某一路径的心脏内电场强度与从左手到脚流过相同大小电流时的心脏内电场强度的比值。可用其粗略衡量不同电流途径的危险程度。心脏电流因数电流途径心脏电流因数左手—左脚、右脚或双脚双手—双脚右手—左脚、右脚或双脚左手—右手背—左手背—右手胸—左手胸—右手臀部—左手、右手或双手1.01.00.80.40.70.31.51.30.7（4）伤害程度与电流种类的关系①直流电流的作用直流平均感知电流约为2mA。(交流电0.5mA）300mA以下的直流电流没有确定的摆脱电流值；300mA以上的直流电流将导致不能摆脱或数秒至数分钟以