电气安全基础

关于电气安全基础第1页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三第一节工业企业供配电一、电力系统

1、电力系统的组成 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。第2页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三第3页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三２、额定电压和电压等级 电气设备都是设计在额定电压下工作的。额定电压是保证设备正常运行并能够获得最佳经济效果的电压。 电压等级是国家根据国民经济发展的需要、电力工业的水平以及技术经济的合理性等因素综合确定的。第4页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三第5页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三我国标准规定；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（1～10kV）、高压（10～330kV）、超高压（330—1000KV）、特高压（＞1000kV）。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。第6页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三二、工业企业供电

1、工业企业供电系统的组成 工业企业供电系统由高压配电线路、配电所、低压配电线路等组成。第7页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三第8页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三常见的供电方式有以下四种：（1）进线电压为35kV，先经总降压变电所变为10kV的配电电压，分送到各车间变电所，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。此方式适用于大型企业和大中型企业。第9页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三（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。此方式适用于大中型企业和中型企业。（3）进线电压为10kV，经变电所变为低压电分送到车间，再送到各配电箱或用电设备。此方式适用于中型企业和中小型企业。第10页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三（4）进线电压为0.4kV，经配电室分送到各车间或直接送到配电箱或用电设备。此方式适用于小型企业。第11页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三2、企业高压供电高压供电方式由供电可靠性及中断供电在政治、经济上所造成的损失或影响的程度决定，亦即由负荷的性质决定。电力负荷分为下列三级；（1）一级负荷（2）二级负荷（3）三级负荷第12页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三一级负荷要求应由两个电源供电，而且要求当任一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。除此之外．对一级负荷中特别重要的负荷，还要求增设应急电源。二级负荷要求应由两回路供电，供电变压器也应有两台。在其中一回路或一台变压器发生常见故障时，二级负荷应做到不致中断供电，或中断后能够迅速恢复供电。三级负荷属不重要负荷，对供电电源无特殊要求。第13页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三三、工业企业配电

1、企业高压配电企业高压配电有放射式、树干式、环式等三种基本接线方式。（1）放射式；如图1一3所示。此方式是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。其优点是各个线路上的故障不产生相互影晌，因此可靠性较高，而且便于装设自动装置以实现自动化。缺点是使用高压开关设备较多，使投资增加。高压放射式配电适用于具有位置分散、大型集中负荷的企业。第14页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三第15页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三（2）树干式，如图1一4所示。此方式是由一条高压配电干线引出若干支线，向用电负荷送电。其优点是线路简化，减少了线路的有色金属消耗量；采用的高压开关数量少。因此投资较少。缺点是供电可靠性低，当高压配电干线发生故障或检修时，接于干线的所有变电所都要停电；且在实现自动化方面适应性也较差。要提高其供电可靠性，可采用双干线供电或两端供电的接线方式。第16页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三第17页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三（3）环式，如图1-5所示。此方式实质上是两端供电的树干式接线，为了避免环行线路上发生故障时影响整个电网，以及便于实现线路保护的选择性，大多数环行线路采用开环运行，即环行线路中有一处开关是断开的。第18页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三第19页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三2、企业低压配电企业低压配电线路也有放射式、树干式和环式等基本接线方式。第20页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三（1）放射式，如图1一6所示。此方式的特点是各个引出线在发生故障时相互之间不产生影响，供电可靠性较高。其应用范围主要是用电设备客量大，或负荷性质重要，或潮湿及腐蚀性环境的车间，或有爆炸危险性的厂房等。第21页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三（2）树干式，如图1－7所示。此方式在干线发生故障时，影响范围大，供电可靠性较差，适用于供电给容量较小而分布较均匀的用电设备，如机床、小型加热炉等。图1－7b所示树干式是“变压器－干线式”接线，由于省去了变电所低压侧整套低压配电装置，使变电所结构简化，投资大为降低。第22页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三第23页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三（3）环式，如图1－9所示。它是由一台变压器供电的低压环式接线。此方式的特点是供电的可靠性较高，但其保护装置及其整定比较复杂，若配合不当，易发生误动作。实际上，低压环式接线多采用开环方式运行。第24页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三第25页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三第二节电气事故一、电气事故概要1、电气事故危害大2、电气事故危险直观识别难3、电气事故涉及领域广4、电气事故的防护研究综合性强第26页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三二、电气事故的类型 根据电能的不同作用形式，可将电气事故分为触电事故、静电危害事故、雷电灾害事故、电磁场危害和电气系统故障危害事故等。第27页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三1、触电事故（1）电击。这是电流通过人体，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。 电击对人体的效应是由通过的电流决定的，而电流对入体的伤害程度是与通过人体电流的强度、种类、持续时间、通过途径及人体状况等多种因素有关。第28页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三

按照人体触及带电体的方式，电击可分为以下几种情况： ①单相触电 ②两相触电 ③跨步电压触电第29页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三第30页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三（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。此伤害多见于机体的外部，往往在机体表面留下伤痕。能够形成电伤的电流通常比较大。 电伤属于局部伤害，其危险程度决定于受伤面积、受伤深度、受伤部位等。 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。第31页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三2、静电危害事故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。（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。第32页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三3、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。（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。（3）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。第33页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三4、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下同程度的伤害。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．如心动过缓、血压下降或心动过速、高血压等；可引起眼睛损伤，造成晶体浑浊，严重时导致白内障；可使睾丸发生功能失常，造成暂时或永久的不育症，并可能使后代产生疾患；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。感应放电对具有爆炸、火灾危险的场所来说是一个不容忽视的危险因素。此外，当受电磁场作用感应出的感应电压较高时，会给人以明显的电击。第34页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三5、电气系统故障危害（1）引起火灾和爆炸（2）异常带电（3）异常停电第35页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三三、触电事故的分布规律1、触电事故季节性明显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、农村触电事故多6、冶金、矿业、建筑、机械行业触电事故多7、青年、中年人以及非电工人员触电事故多8、误操作事故多第36页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三第三节电流对人体的作用

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。第37页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三一、电流对人体的作用

电流通过人体，会令人有发麻、刺痛、压迫、打击等感觉，还会令人产生痉挛、血压升高、昏迷、心率不齐、窒息、心室颤动等症状，严重时导致死亡

第38页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三人体工频电流试验的典型资料

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第39页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三单手-双脚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0.92.23.5手表面有麻痹似的针刺感1.83.45.0手关节有轻度压迫感,有强度的连续针刺感2.94.86.7前肢有压迫感4.06.08.0前肢有压迫感,足掌开始有连续针刺感5.37.610.0手关节有轻度瘟孪,手动作困难5.58.511.5上肢有连续针刺感,腕部、特别是手关节有强度痉孪6.59.512.5肩部以下有强度连续针刺感,肘部以下僵直,还可以摆脱带电体7.511.014.5手指关节、躁骨、足眼有压迫感,手的大姆指(全部)痉孪8.812.315.8只有尽最大努力才可能摆脱带电体10.014.018.0第40页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三

电流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。

(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。

1、伤害程度与电流大小的关系第41页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三(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。摆脱阈值平均为10mA

第42页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三(3)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。第43页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三15~100Hz交流电流效应的时间-电流区域图第44页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三15~100Hz交流电流效应的时间-电流区域说明第45页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三2.伤害程度与电流持续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，能量积累愈多，心室颤动电流减小，使危险性增加。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用下式表达：

I=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·S 第46页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三(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。第47页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三3.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，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。第48页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三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。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如果通过人体某一电流途径的电流为I，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：

K=Io/I第49页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三4.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，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。100Hz以上的频率在飞机(400Hz)、电动工具及电焊(可达450Hz)、电疗(4～5kHz)、开关方式供电(2OkHz～1MHz)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、摆脱、室颤频率因数是各不相同的。第50页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三100~1000Hz交流电流的感知阈值和摆脱阈值曲线第51页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三100~1000Hz交流电流的室颤阈值曲线第52页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三1~10kHz交流电流的感知阈值和摆脱阈值曲线第53页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三感知电流、摆脱电流-频率曲线第54页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三(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，因而，直流电击事故很少。就感觉电流和感觉阔值而言，只有在接通和断开电流时才会引起感觉，其阈值取决于接触面积、接触状态(潮湿、温度、压力等)、电流持续时间以及个体的生理特征。正常人在正常条件下的感觉阈值约为2mA。

就摆脱电流而言，300mA及以下时，没有可确定的摆脱阈值，仅在电流接通和断开时引起疼痛和肌肉收缩；大于300mA时将导致不能摆脱。

就室颤阈值而言，根据动物实验资料和电气事故资料的分析结果，脚部为负极的向下电流的室颤阂值是脚部为正极的向上电流的2倍；而对于从左手到右手的电流途径，不大可能发生心室颤动。 当电流持续时间超过心脏周期时，直流室颤阈值为交流的数倍。电流持续时间小于200ms时，直流室颤阈值大致与交流相同。

第55页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三直流电流的时间-电流效应对人体作用的区域划分(关于心室纤颤，电流路径为从左手至双脚，且为向上电流的效应)第56页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三区域生理效应①区通常无反应性效应②区通常无有害的生理效应③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④区除③区的效应外,还可能出现心室纤颤,也可能发生严重烧伤等其他病理生理效应直流的时间-电流效应曲线内各区的生理效应第57页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三(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考虑第58页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三等效正弦电流有效值的确定第59页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三(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τ的3倍)小于10ms的短持续时间脉冲电流。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。在干手握住大电极的条件下，感觉阈值和疼痛阈值与电量和充电电压的关系如图所示。

第60页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三电容放电的感觉阈值及疼痛阈值(干手、大接触面积)第61页，讲稿共70页，2023年5月2日，星期三

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示于下图，该图相应于左手一双脚的电流途径。图1-8中，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