第8章-建筑供电与用电安全课件

1、第8章 建筑供电与用电安全上一页下一页返 回8.1 电力系统概述8.2 低压配电系统8.3 安全用电8.4 建筑防雷8.1 电力系统概述8.1.1 电力系统概述 电力是现代工业的主要动力，在各行各业中都得到了广泛的应用。电力系统是发电厂、输电线、变电所及用电设备的总称。1. 电力系统 是通过各级变压器的电力线路将发电厂、变电所和电力用户连接起来的发电、输电、变电、配电和用电的整体。上一页下一页返 回35kV35kV负荷变电所35kV水力发电厂火力发电厂10kV至用户配电所10kV升压变电所220kV地区枢纽所220kV220kV220kV220kV升压变电所10kV电力系统的示意图 为保证供电

2、的可靠性和安全连续性，电力系统将各地区、各种类型的发电机、变压器、输电线、配电和用电设备等连成一个环形整体。上一页下一页返 回 指电力系统中各级电压的电力线路和与其相连的变电所，主要作用变换电压、传输电能，负责将发电厂电能经过传输线路送到用户。2 电网（电力网）3 电力用户（用电设备） 电力用户是消耗电能的场所，将电能通过用电设备转换为满足用户需求的其它形式的能量。 电力用户根据供电电压分为高压用户（1kV及以上）和低压用户（380/220V）上一页下一页返 回 发电机组发出的电压一般为 6 kV 、 10 kV 和13.8 kV 。8.1.2 电力系统组成1. 发电 发电是将水力、火力、风力

3、、核能和太阳能等非电能转换成电能的过程。我国以水力和火力发电为主，近几年也在发展核能发电。电力系统由发电、输电和配电系统组成。上一页下一页返 回2. 输电 输电就是将电能输送到用电地区或直接输送到大型用电户。 输电网是由35KV及以上的输电线路与其相连接的变电所组成，它是电力系统的主要网络。输电是联系发电厂和用户的中间环节。 输电过程中, 一般将发电机组发出的 610KV 电压经升压变压器变为 35500KV 高压，通过输电线可远距离将电能传送到各用户，再利用降压变压器将35KV高压变为 610KV 高压。上一页下一页返 回3. 配电 配电是由 10KV 及以下的配电线路和配电(降压)变压器所

4、组成。它的作用是将310KV高压降为 380/220V 低压再分配到各个用户的用电设备。上一页下一页返 回 我国国家标准规定的电力网额定电压有 35 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV等。 市区一般输电电压为 10 kV 左右，通常需要设置降压变电所， 经配电变压器将电压降为 380/ 220 V，再引出若干条供电线到各用电点的配电箱上， 配电箱将电能分配给各用电设备。上一页下一页返 回输电线路一例工厂变电所变电所厂用电输电线电缆Y0YYYY10 kV380/220 VYYY输电线变电所变电所380/220 VY0Y220 kV35 kV10 kVYY上一页下一页返

5、回8.1.3 三相交流电网和电力设备的额定电压1 电网（线路）的额定电压 电网的额定电压等级是国家根据国民经济发展的需要和电力工业的水平，经全面的技术经济分析后确定的。它是确定各类电力设备额定电压的基本依据。电力网的电压等级高压：1KV及以上的电压称为高压。有1, 3, 6, 10, 35, 110, 330, 550KV等。低压：1KV及以下的电压称为低压。有220，380V。安全电压：36V以下的电压称为安全电压。我国规定的安全电压等级有：12V、24V、36V等。上一页下一页返 回2. 用电设备的额定电压 用电设备的额定电压是按电网的额定电压UN来制造的。因此用电设备的额定电压规定与同级

6、电网的额定电压相同。3. 发电机的额定电压发电机额定电压规定高于同级电网额定电压5%。 4. 电力变压器的额定电压(1) 一次绕组的额定电压：当变压器直接与发电机相联时，其一次绕组额定电压应高于同级电网额定电压5%。当变压器不与发电机相联而是连接在线路上，则其一次绕组额定电压应与电网额定电压相同。上一页下一页返 回(2) 二次绕组的额定电压变压器二次侧供电线路不长时，其额定电压高于所联电网额定电压5%，补偿变压器满负荷运行时绕组内部5%的电压降。变压器二次侧供电线路较长时，额定电压应比相联电网额定电压高10%：5%用于补偿变压器运行时绕组产生的5%压降；满负荷时输出的二次电压还要高于所联电网额

7、定电压5%，以补偿线路上的电压降。电力变压器的额定电压说明上一页下一页返 回8.1.4 供电质量要求供电质量包括电能质量和供电可靠性两方面。 1 电能质量是指电压、频率和波形的质量。 主要指标有频率偏差、电压偏差、电压波动和闪变、谐波(电压波形畸变)及三相电压不平衡度等。 工频的频率偏差一般不得超过0.5Hz，如果电力系统容量达3000MW或以上时，频率偏差不得超过0.2Hz 2 供电可靠性可用供电企业对用户全年实际供电小时数与全年总小时数(8760h)的百分比来衡量，也可用全年的停电次数及停电持续时间来衡量。 上一页下一页返 回8.1.5 电力负荷的分级电力负荷按其使用性质和重要程度分为三级

8、。 1. 一级电力负荷 当供电中断时，将造成人身伤亡、重大的政治影响、重大的经济损失或将造成公共场所秩序严重混乱的用电负荷。 一级负荷应有两个独立电源供电，以确保供电的可靠性和连续性。 对于一级电力负荷中特别重要的负荷，还必须增设应急备用电源,如快速自起动的柴油发电机组、不间断电源(UPS)等。 上一页下一页返 回例如：国家级的大会堂、国际候机厅、医院手术室和分娩室等建筑的照明。 2. 二级电力负荷当供电中断时，将造成较大的政治影响、较大的经济损失或将造成公共场所秩序混乱的用电负荷。 二级电力负荷宜采用两个电源供电，供电变压器亦宜选两台。 如：省市级体育馆、展览馆的照明，二类高层建筑的火灾应急

9、照明、疏散指示标志灯及消防电梯、喷淋泵、消火栓等消防用电。 上一页下一页返 回3. 三级电力负荷供电中断仅对工作和生活产生一些影响,不属于一级或二级的电力负荷。 三级电力负荷只需一路电源供电即可。 如旅馆、住宅、小型工厂的照明。 上一页下一页返 回8.2 低压配电系统8.2.1 变电所系统常用电气设备1. 高压电气设备(1) 高压断路器 作用：接通和切断高压负荷电流，并在严重过载和短路时自动跳闸，切断过载电流和短路电流。常用的断路器：真空断路器（ZN），少油断路器(SN)，SF6断路器等。 一次电路：传输分配电能到各种用电场所；一次设备；二次电路：测量、控制、信号显示和保护一次电路及其用电设备

10、；二次设备。上一页下一页返 回1-上支架 2-上接线端子 3-静触头 4-动触头 5-外壳6-冷媒软管 7-绝缘杆 8-下接线端子 9-下支架 10-导向杆 11-角杆 12-绝缘耦合器 13-触头弹力压簧 真空断路器 上一页下一页返 回(2) 高压隔离开关 高压隔离开关没有专门的灭弧装置，所以不允许带负荷断开和接入电路。 断路器一般与隔离开关配合使用 操作原则是：断开电路时，先断断路器，后拉隔离开关；接通电路时，先合隔离开关，后合断路器。 按其安装位置分为户内式和户外式两大类。上一页下一页返 回1-上接线端子 2-静触头 3-闸刀 4-套管绝缘子 5-下接线端子 6-框架 7-转轴 8-柺臂

11、 9-升降绝缘子 10-支柱绝缘子高压隔离开关 上一页下一页返 回(3) 高压负荷开关高压负荷开关具有专门的灭弧装置，用于在高压装置中通断负荷电流。 注：它只能通断一定的负荷电流，断流能力不大，不能用来开断短路电流，必须和高压熔断器串联使用。 高压负荷开关分户内式和户外式两大类 上一页下一页返 回1-主轴2-上绝缘子兼气缸 3-连杆 4-下绝缘子5-框架 6-高压熔断器 7-下触座 8-闸刀9-弧动触头 10-绝缘喷嘴 11-主静触头 12-上触头13-断路弹簧 14-绝缘拉杆 15-热脱扣器高压负荷开关 上一页下一页返 回(4) 高压熔断器61OKV 系统中，户内广泛采用RN1、RN2型高压

12、管式熔断器；户外通常采用 RW4-10(G)型跌开式熔断器。1-瓷熔管 2-金属管帽 3-弹性触座 4-熔断指示器 5-接线端子 6-瓷绝缘子 7-底座高压管式熔断器 上一页下一页返 回1-上接线端子 2-上静触头 3-上动触头 4-管帽（带薄膜）5-操作环 6-熔管7-铜熔丝 8-下动触头 9-下静触头10-下接线端子 11-绝缘瓷瓶 12-固定安装板 跌开式熔断器 上一页下一页返 回名称图形符号名称图形符号断路器熔断器负荷开关跌落式熔断器隔离开关避雷针表8.2.1 主要一次电气设备图形符号上一页下一页返 回(5) 高压开关柜高压开关柜是一种柜式的成套配电设备。 按一定的接线方案将所需的一、

13、二次设备（ 开关设备、监测仪表、保护电器及辅助设备）组装成一个总体，在变配电所中用于控制电力变压器和电力线路。2. 低压电气设备低压刀开关、低压负荷开关、低压断路器和低压熔断器等，通常组成低压配电盘，用于变压器低压侧的首级配电系统，用于动力、照明配电。8.2.2 变配电所的主电路（主接线）1、构成：各种开关电器、电力变压器、母线、电力电缆、移相电容器等电气设备2、作用：按一定次序相连接的接受电能和分配电能 供电电路通常采用单线来表示三相系统的一次电路图。上一页下一页返 回对于变压器容量在630kVA及以下的露天变电所 电源进线一般经过跌开式熔断器接入变压器上一页下一页返 回变压器容量在320k

14、VA及以下室内变电所变压器不经常进行投切操作时，高压侧采用隔离开关和户内式的高压熔断器上一页下一页返 回变压器需经常进行投切操作，或变压器容量在320kVA以上时，高压侧采用负荷开关和高压熔断器。上一页下一页返 回8.2.3 低压配电方式1. 放射式由配电装置直接供给分配电盘或负载。 优点：各个负荷独立受电，配电线路相互独立，可靠性高； 一条线路故障不影响其他回路； 电压波动对其他回路的影响也较小。放射式供电 缺点：开关和线路较多，建设费用较高。上一页下一页返 回树干式供电 由配电装置引出一条线路同时向若干用电设备配电。 2. 树干式优点：有色金属耗量少、造价低。缺点：干线故障时影响范围大,可

15、靠性较低。 上一页下一页返 回混合式供电 兼顾放射式和树干式两种配电方式的特点，是将两者进行组合的配电方式。 3. 混合式如高层建筑中，当每层照明负荷都较小时，可以从低压配电盘放射式引出多条干线，将楼层照明配电箱分组接入干线，局部为树干式。上一页下一页返 回8.2.4 低压配电系统的配电线路 1. 室外配电线路(1) 架空线路 优点：有投资少、安装容易、维护检修方便等。缺点：受外界自然因素影响较大，故安全性、可靠性较差，并且不美观。 (2) 电缆 缺点：与架空线相比，成本高、技资大、维修不方便。优点：运行可靠、不受外界影响、不占地、不影响美观等。上一页下一页返 回按绝缘层和保护层的不同，又可分

16、为油浸纸绝缘铅包(铝包)电力电缆、聚氯乙烯阻燃绝缘聚氯乙烯护套电力电缆(全塑电缆)、橡皮绝缘聚氯乙烯护套电力电缆、通用橡套软电缆等。电缆：包括导电芯、绝缘层和保护层等几个部分。电缆的种类：从导电芯来分：有铜芯电缆和铝芯电缆。按芯数分：有单芯、双芯、3芯、4芯等；按电压等级分：有0.5kV、1 kV、6kV、10kV、35 kV等；上一页下一页返 回2. 室内线路 室内配电支线主要采用绝缘导线明敷设和暗敷设两种方式。明敷：导线直接或者放在管子、线槽等保护体内，敷设于墙壁、顶棚的表面及桥架等处；暗敷：导线在管子、线槽等保护体内，敷设于墙壁、顶棚、地坪及楼板等内部。上一页下一页返 回8.3.1 电流

17、对人体的伤害 人体触电时，电流对人体会造成两种伤害：电击和电伤。 电击：电流通过人体，影响呼吸系统、心脏和神经系统，造成人体内部组织的破坏乃至死亡。 电伤：在电弧作用下或熔断丝熔断时，对人体外部的伤害，如烧伤、金属溅伤等。 电击所引起的伤害程度与下列因素有关：(1) 人体电阻的大小(2) 电流通过时间长短(3) 电流的大小8.3 安全用电(4) 电流的频率上一页下一页返 回1. 人体电阻 人体电阻因人而异，通常为 104 105 ，当角质外层破坏时，则降到8001000。2. 电流强度对人的伤害人体允许的安全工频电流: 30mA工频危险电流: 50mA 电流频率在40Hz 60Hz对人体的伤害

18、最大。 实践证明，直流电对血液有分解作用，而高频电流不仅没有危害还可以用于医疗保健等。3. 电流频率对人体的伤害4. 电流持续时间与路径对人体的伤害 电流通过人体的时间愈长，则伤害愈大。上一页下一页返 回5. 电压对人体的伤害 电流的路径通过心脏会导致神经失常、心跳停止、血液循环中断，危险性最大。其中电流的流经从右手到左脚的路径是最危险的。触电电压越高，通过人体的电流越大就越危险。 因此，把 36 V以下的电压定为安全电压。工厂进行设备检修使用的手灯及机床照明都采用安全电压。上一页下一页返 回8.3.2 触电的形式1. 接触正常带电体 (1) 电源中性点接地的单相触电通过人体电流: 式中: U

19、P: 电源相电压 (220V) Ro: 接地电阻 4 Rb: 人体电阻 1000 这时人体处于相电压下，危险较大。R0上一页下一页返 回(2) 电源中性点不接地系统的单相触电R对地绝缘电阻Ib 人体接触某一相时，通过人体的电流取决于人体电阻Rb与输电线对地绝缘电阻R 的大小。 若输电线绝缘良好，绝缘电阻R 较大，对人体的危害性就减小。 但导线与地面间的绝缘可能不良(R较小)，甚至有一相接地，这时人体中就有电流通过。上一页下一页返 回(3) 双相触电双相触电触电后果更为严重通过人体的电流：2. 接触正常不带电的金属体 当电气设备内部绝缘损坏而与外壳接触，将使其外壳带电。当人触及带电设备的外壳时，

20、相当于单相触电。大多数触电事故属于这一种。 这时人体处于线电压下Ib上一页下一页返 回3. 跨步电压触电U电位分布接地点20m0.8m跨步电压 在高压输电线断线落地时，有强大的电流流入大地，在接地点周围产生电压降。如图所示。 当人体接近接地点时，两脚之间承受跨步电压而触电。跨步电压的大小与人和接地点距离，两脚之间的跨距，接地电流大小等因素有关。双脚跨步 一般在20m之外，跨步电压就降为零。如果误入接地点附近，应双脚并拢或单脚跳出危险区。上一页下一页返 回8.3.3 漏电保护器1检测元件（零序电流互感器）2放大环节 3执行机构 漏电保护器的工作原理 作用：保护人身安全或防止用电设备漏电的一种安全

21、保护电器。 上一页下一页返 回8.3.4 低压配电系统的接地1、接地的概念工作接地、保护接地和保护接零、防静电接地、防雷接地等（1） 工作接地即将中性点接地。目的：(1) 保证电源正常运行(2) 保证用电设备性能充分发挥 (3) 提高工作的可靠性R0上一页下一页返 回（2） 保护接地 当电气设备内部绝缘损坏发生一相碰壳时：由于外壳带电 , 当人触及外壳,接地电流 Ie 将经过人体入地后, 再经其它两相对地绝缘电阻R 及分布电容C 回到电源。当R 值较低、C 较大时，Ib 将达到或超过危险值。电气设备外壳未装保护接地时RCIbIe对地绝缘电阻分布电容上一页下一页返 回RC对地绝缘电阻电气设备外壳

22、有保护接地时通过人体的电流： Rb与Ro并联，且 Rb Ro 通过人体的电流可减小到安全值以内。 利用接地装置的分流作用来减少通过人体的电流。 (a)保护接地：将电气设备的金属外壳(正常情况下是不带电的)经过各自接地线接地。分布电容R0IbIeI0上一页下一页返 回(a)R0 (b)保护接零 将电气设备的外壳可靠地经过公共接地线地。 当电气设备绝缘损坏造成一相碰壳，该相电源短路，其短路电流使保护设备动作，将故障设备从电源切除，防止人身触电。上一页下一页返 回保护接地和保护接零同时使用时当A相绝缘损坏碰壳时，接地电流式中: R0: 保护接地电阻4 R0:工作接地电阻4注: 不准保护接地和保护接零

23、同时使用。 此电流不足以使大容量的保护装置动作，而使设备外壳长期带电, 其对地电压为110V。IeR0R0(b)A上一页下一页返 回(3) 重复接地 在三相电力变压器中性点直接接地的低压系统中，除在电源中性点进行工作接地外，还必须在保护接地线其他地方再进行必要的接地，称为重复接地 上一页下一页返 回2. 低压配电系统的接地类型TN系统（TN-C系统、TN-S系统和TN-C-S系统）；TT系统；IT系统。表示系统型式符号的含义为：第一个字母（电源端的接地状态）：T-表示变压器中性点直接接地；I-表示变压器中性点不接地或通过高阻抗接地。第二个字母（负载端接地状态）：T-电气设备金属外壳的保护接地与

24、电源端工作接地相互独立；N-表示负载端接地与电源端工作接地作直接电气连接。第三、四个字母（中性线与保护接地线是否合用）：C-表示中性线(N)与保护接地线(PE)合用为一根导线(PEN)；S-表示中性线(N)与保护接地线(PE)分开设置，为不同的导线。上一页下一页返 回2. 低压配电系统的接地类型(1) IT系统 IT系统中，电源端不接地或通过消弧线圈接地，电气设备的金属外壳直接接地。 用电环境较差的场所（如井下、化工厂、纺织厂等）、对不间断供电要求较高的电气设备的供电 。特点：电源不设中性线。一切电气设备金属外壳均采用保护接地。上一页下一页返 回(2) TT系统 TT系统的电源端中性点直接接地

25、，用电设备的金属外壳的接地与电源端的接地相互独立。 设备的金属外壳带电时，可减少触电危险。但低压断路器未必跳闸，外壳对地电压可超过安全电压。接地电阻降低到1以下。上一页下一页返 回(3) TN系统TN系统中变压器中性点直接接地，一切电气设备正 常不带电的金属外壳均采用保护接零。TN-C系统中性线（N）与保护接地线（PE）共用一根导线，合并成PEN线，用电设备的外露可导电部分接到PEN线上。 上一页下一页返 回2）TN-S系统TN-S系统是目前最提倡使用的三相五线制的供电系统。 其变压器中性点直接接地，将中性线(N）与保护接地线（PE）分别敷设上一页下一页返 回3)TN-C-S 系统 TN-C-

26、S系统，即四线半系统，电源中性点直接接地，中性线与保护接地线部分合用，部分分开上一页下一页返 回 电源在建筑物的进户点处做重复接地，并分出中性线N和保护接地线PE，或在室内总低压配电箱内分出中性线N和保护接地线PE。PEN线上仍有一定的不平衡电流引起的压降，在建筑物内部，经重复接地后，设有专用的保护接地线，比TN-C系统安全。中性线N与专用保护接地线PE 决不允许互换使用。IEC标准规定：PE线和PEN线应有黄、绿相间的色标；保护接地线和中性线上严禁接入开关或熔断器；保护接地线不得进入漏电保护装置。 TN-C-S系统处理方式注：上一页下一页返 回总配电箱内分出的PE线 上一页下一页返 回3.

27、等电位联接 等电位联接：将建筑物内可导电部分进行相互连接的措施。 等电位联接包括：总等电位联接和辅助等电位联接。 做法：总等电位联接干线的截面积应不小于电气装置最大保护接地线截面积的一半，且不小于6mm2，采用铜导线时，其截面积可不超过25mm2，若采用非铜质金属导体，其截面积应能承受相应的载流量。上一页下一页返 回 等电位联结示意图 上一页下一页返 回4. 接地装置 由配电系统中的接地端子、接地线和埋入地下的接地极所组成。接地端子：设置在电源进线处或总配电箱内，用于连接接地线、保护接地线、等电位联结干线等。(2) 接地线：将接地端子与室外的接地极相连接。 采用扁钢或圆钢，接点应采用焊接。 (

28、3) 接地极：是埋入地下与大地紧紧接触的一个或一组导电体。接地极可分为自然接地极和人工接地极。 上一页下一页返 回8.4 建筑防雷8.4.1 雷电及危害 雷电的危害主要表现为直接雷、间接雷和高电位侵入。直接雷：指雷电通过建(构)筑物或地面直接放电，在瞬间产生巨大的热量可对建（构)筑物形成破坏作用。 (2) 间接雷：也称为感应雷，它是指带电云层或雷电流对其附近的建筑物产生的电磁感应作用所导致的高压放电过程。 (3) 高电位侵入：指雷电产生的高电压通过架空线路或各种金属管道侵入建筑物内，危及人身和电气设备的安全。上一页下一页返 回8.4.2 防雷等级1. 一级防雷建筑物1) 具有特别重要用途的建筑

29、物 2) 国家级重点文物的建、构筑物 3) 高度超过100m的建筑物 2. 二级防雷建筑物1) 重要的或人员密集的大型建筑物 2) 省级重点文物保护的建筑物和构筑物 3) 19层及以上的住宅建筑和高度超过50m的其他民用建筑； 4) 省级及以上大型计算中心和装有重要电子设备的建筑物。上一页下一页返 回3. 三级防雷建筑物1）预计雷击次数大于或等于0.05次/年时，或通过调查确认需要防雷的建筑物；2) 建筑群中最高或位于建筑边缘高度超过20m的建筑物；3) 高度为15m以上的烟囱、水塔等孤立的建(构)筑物；4) 历史上雷害事故严重地区或雷害事故较多地区的较重要的建筑物。 上一页下一页返 回8.4.3 防雷措施不同防雷等级的建(构)筑物所采取的具体防雷措施有所不同，但防雷原理是相同的。(1) 防直接雷措施基本思想：给雷电流提供可靠的通路，一旦遭到雷击，雷电流可通过设置在其顶部的接闪器