《电气安全工程》课程设计报告

PAGE13浙江工业大学《电气安全工程》课程设计设计报告姓名：XXX班级：XXXXXXXXXXXXX学号：XXXXXXXXXXXXX目录：第1章 概述 21.1 电器安全课程设计的目的 21.2 课程设计的组成部分 2第2章 电器安全课程设计的内容我 22.1建筑物及施工现场的电气安全设计 22.1.1三相五线制系统的组成及特点 22.1.2工地临时用电的安全技术措施 32.1.3建筑物的防雷系统 42.1.4建筑物的等电位 52.1.5施工工地的用电安全管理措施 52.2机械厂的用电安全管理措施 62.2.1TN和TT系统 62.2.2典型电路——三相异步电动机控制电路设计 82.2.3电动机的绝缘性能的判别 92.2.4安全管理制度的设计 10第3章 总结 123.1 所遇到的问题 123.2 收获体会及建议 133.3 参考资料 13概述机械电气安全技术以安全作为主线，对事故的机理，特点，规律防范措施等进行研究。已达到减少和抑制事故发生的目的。从安全的角度出发来研究人－机－环境这三个因素，如何相互协调而达到效能最优，可以说其立足点在于保证人在工作过程中既能安全又能舒适地工作。实践表明在设计中忽视人性化设计而导致作业疲劳引发事故的情况并不少见，而且随着人们对生活质量的进一步要求，各种产品的设计均要考虑到宜人的原则。电器安全课程设计的目的通过电气安全课程设计，巩固在课堂上学到的知识，并且将学到的知识运用于实践的能力。通过对项目一（建筑物及施工现场的电气安全）的设计，了解施工现场的临时供电系统、施工现场的注意事项，明白建筑物采用等电位的原理和方法，建筑无防雷知识；通过项目二（机械厂的用电安全）设计，掌握高、低电压器实物认知，了解三相异步电动机的直接启动控制线路原理及其电路保护，学会三相异步电动机的继电接触控制线路接线。课程设计的组成部分课程设计主要包括项目一：建筑物及施工现场的电气安全；项目二：机械厂的用电安全两部分。其中每部分都有五个任务，下面将分别介绍这五个部分的具体设计情况。电器安全课程设计的内容2.1建筑物及施工现场的电气安全设计2.1.1三相五线制系统的组成及特点五线制包括三相电的三个相线（A、B、C线）、中性线（N线）；以及地线（PE线）。中性线(N线)就是零线。三相负载对称时，三相线路流入中性线的电流矢量和为零，但对于单独的一相来讲，电流不为零。三相负载不对称时，中性线的电流矢量和不为零，会产生对地电压。图表SEQ图表\*ARABIC1三相五线示意图三相无线包括：TT接地方式和TN接地方式，其中TN又具体分为TN-S，TN-C，TN-C-S三种方式。三相五线制标准导线颜色为：A线黄色，B线绿色，C线红色，N线淡蓝色，PE线黄绿色。使用三相五线制的作用是为了保证安全。三相五线制其实对于电气回路来讲，是属于三相四线制。三相是用于输送电能的A、B、C三相，第四线是N，也就是中线。当三相负载平衡时，中线N是没有电流的，但当三相不平衡时，或者需要单独使用一相时，例如三相380伏电源，现在需要使用220伏电源时，就需要有中线了。第五线实际上是为了保证人员安全而设的外壳接地线，当电气设备正常工作时，这根线没有用。只有当设备漏电时，设备外壳可能带电，一旦有人触及就会产生严重后果，这第五条线就是将设备外壳漏出的电直接接地，从而保证工作人员安全之用。2.1.2工地临时用电的安全技术措施（一）配电设施的布置1.配电室或总配电箱应尽量靠近负荷中心，以减少配电线中的长度和减小导线截面，因此用电机械离配电箱的距离应为3m最适宜。2.合理选择配电设施位置，提高配电系统的安全可靠的运行。3.按规范要求实行三级配电二级保护，个别工地坚持做到三级配电三级保护，实行“一机一闸一漏一箱一锁”制和照明、动力分别设置的原则。严格执行<施工现场临时用电安全技术规范》提出的技术管理要求，建立临时用电施工组织设计、安全技术档案和用电巡查记录。（二）做好保护接零和重复接地1.在施工现场专用的中性点直接接地的220V/380V低压电力供电系统中，对于施工现场的配电线路，必须采用丁N-S的接零保护系统，即:三相五线制的西己电系统。2.保护零线应由工作接地线、配电室(总配电箱)的零线或第一级漏电保护器输入电源中的零线引出。3．保护零线与工作零线应分别设置，不作它用:保护零线必须采用绿/黄双色线。4．保护零线的截面应不小于工作零线截面，同时必须满足机械强度的要求;与电气设备相连接的保护零线，截面不小于2.5mmZ的绝缘多股铜线。5．在中性点直接接地的电力系统中，为保证接地的作用和效果，除在中性点处直接接地外，还必须在中性线上，即保护零线的中端和末端做不少于三处的重复接地。6.在没有专用保护零线的施工现场内，重复接地线应与保护零线相连接，每一重复接地装置的接地电阻值不大于10。8.金属操作平台、需设避雷装置的井字架等，必须做重复接地。（三）正确选择和配置漏电保护器1.对施工现场的配电箱(配电室)和开关箱应至少配置两级漏电保护器。2．漏电保护器应选用电流动作型，一般场所漏电保护器的额定漏电动作电流不大于30mA(毫安)，额定漏电动作时间小于0.1s(秒)。3．漏电保护器的使用接线应与基本保护系统(丁N-S)相适应、相配合，在任何情况下，漏电保护器(其剩余电流互感器)只能通过工作零线，而不能通过保护零线。4．根据用电规范需求，施工现场必须达到三级配电、两级保护。5.选择中，要根据用电设备容量大小，合理配置，不可认为漏电动作电流越小越好，要根据漏电保护器运行测试中说明要求。当然，从安全角度考虑，漏电保护器的动作电流选择得越小越好。（四）外电防护1.保持安全距离。所谓安全距离是指带电导体与附近接地物体、人身不同相(极)导体地面之间必须保持的最小空间距离或最小空气间隙，也就是说在任何情况下，不致发生相间放电，而且还应保证带电体周围的工作人员不受损署。2.用电规范对不同的外电线路电压与安全距离做了规定，但如因现场条件所限而达不到规定的最小距离时，必须采取防护措施，增设屏障、遮拦、围栏或保护网，并悬挂醒目的警告标志牌。3.在对外电线路架设防护设施时，应有电气工程技术人员或专职安全人员负责监护。4．当防护措施无法实现时，必须与有关部门协商采取停电、迁移外电线路或改变工程位置等措施，否则不得施工。2.1.3建筑物的防雷系统常规防雷电可分为防直击雷电、防感应雷电和综合性防雷电。防直击雷电的避雷装置一般由三部分组成，即接闪器、引下线和接地体；接闪器又分为避雷针、避雷线、避雷带、避雷网。以避雷针作为接闪器的防雷电原理是：避雷针通过导线接入地下，与地面形成等电位差，利用自身的高度，使电场强度增加到极限值的雷电云电场发生畸变，开始电离并下行先导放电；避雷针在强电场作用下产生尖端放电，形成向上先导放电；两者会合形成雷电通路，随之泻入大地，达到避雷效果。避雷带和避雷针一样都属于是接闪器的一种类型。区别在于，避雷针一般是竖直向上的，只在其根部和引下线相连接，一般是明设的；避雷带一般是水平或倾斜敷设的（根据屋面的倾斜度而定），至少有两个地方（首尾两端）和引下线相连接，一般是明设，但也可以暗敷在屋顶的混凝土或瓦片的下面。避雷针的安装要求为：一、所有金属部件必须镀锌，操作时注意保护镀锌层。二、采用镀锌钢管管制作针尖管壁厚度不得小于3mm,针尖刷锡长度不得小于70mm三、避雷针应垂直安装牢固。垂直度允许偏差为3/1000。四、避雷针一般采用圆钢或钢管制成，其直径不应小于下列数值：独立避雷针一般采用直径为19mm镀锌圆钢。屋面上的避雷针采用直径25mm镀锌钢管。水塔顶部避雷针采用直径25mm或40mm的镀锌钢管。烟囱顶上避雷针采用直径25mm镀锌圆钢或直径为40mm镀锌钢管e避雷环用直径12mm镀锌圆钢或截面为100mm2镀锌扁钢，其厚度应为4mm。五、焊接要求焊接应采用搭接焊，其搭接长度必须符合下列规定：扁钢为其宽度的2倍(且至少3个棱边焊接)。圆钢为其直径的6倍。圆钢与扁钢连接时，其长度为圆钢直径的6倍。六、避雷针的支架顶部一般应距建筑物表面100mm；接地干线支架其顶部应距墙面20mm。2.1.4建筑物的等电位等电位连接是综合防雷系统中的最重要的一项基本措施。等电位连接是为了减少人体同时接触不同电位引起的电击危险，同时也为了防范雷电危害以及满足信息设备抗干扰等要求。《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343—2004又重新强调了等电位连接的重要地位，规定需要保护的电子信息系统必须采取等电位连接与接地保护措施，这就又赋予等电位连接的强制性条文的性质,可见等电位连接在建筑物防雷系统中的重要作用。施工质量验收规范GB50303-2001对建筑物等电位连结作了具体要求。等电位分局部等电位连结和总等电位连结。在规范强制性条文中，要求接地（PE）或接零（PEN）支线必须单独与接地或接零干线相连接，不得串联连接在建筑工程中同类插座同一回路的接地线利用插座压紧螺栓相互翻接是不符合要求的，干线导线应可靠连接后连接到分户箱内接地汇流排，汇流排与总等电位箱直接相连。接地线用黄绿相间线是国际上通用的，总等电位同时是重复接地点。局部等电位在以往图集中有两种方案，这种方案都存在不合理的地方，新的图集D101-2003中作了修改。新图集有两点得到加强：一是现浇板内受力筋与等电位系统作了可靠的焊接；二是卫生间的用电设备不仅要接地保护，而且还要等电位接地，增加了潮湿场所用电的安全性。2.1.5施工工地的用电安全管理措施（一）摆正位置施工单位要牢固树立“安全第一，预防为主”的思想，遵循没有安全就没有一切的安全生产理念，把安全生产摆在一切工作的首位，把原来忽视甚至遗忘的施工用电安全严肃地提到议事日程上来，统一认识，明确责任，扎实有效地落实各项措施。要加强用电安全检查、监督。落实防雨、防涝、防雷措施，责任到人。（二）建章立制建立健全用电安全责任制，制订和完善安全用电组织措施、临时用电施工组织设计、安全用电技术措施和电气防火措施以及用电安全的现场管理措施。（四）加大投入加大和完善施工用电软硬件的投入，特别是要加大对用电设备、安全电器、绝缘材科、绝缘工器具、绝缘防护用品的硬件投入。（五）强行整改施工企业要高度重视用电安全生产管理，切实做到严防死守。要善于自查自纠，对发现的隐患和问题要强行整改。（六）依法行政相关职能部门要密切配合，把原来忽视甚至遗忘的建筑施工供用电安全问题提到领导议事日程上来，经常开展用电安全生产监督检查。井严格履行职责，严肃工作纪律，严格执法，依法行政，绝不放任自流。2.2机械厂的用电安全管理措施2.2.1TN和TT系统（一）TN系统TN系统，称作保护接零。当故障使电气设备金属外壳带电时，形成相线和零线短路，回路电阻小，电流大，能使熔丝迅速熔断或保护装置动作切断电源。在TN系统中，所有电气设备的外露可导电部分均接到保护线上，并与电源的接地点相连，这个接地点通常是配电系统的中性点。TN系统的电力系统有一点直接接地，电气装置的外露可导电部分通过保护导体与该点连接。TN系统通常是一个中性点接地的三相电网系统。其特点是电气设备的外露可导电部分直接与系统接地点相连，当发生碰壳短路时，短路电流即经金属导线构成闭合回路。形成金属性单相短路，从而产生足够大的短路电流，使保护装置能可靠动作，将故障切除。如果将工作零线N重复接地，碰壳短路时，一部分电流就可能分流于重复接地点，会使保护装置不能可靠动作或拒动，使故障扩大化。TN系统指在电源中性点直接接地的运行方式下，电气设备外露可导电部分用公共保护线（PE线）或保护中性线（PEN线）与系统中性点O相连接的三相低压配电系统。TN系统又分三种形式：TN-C系统：整个供电系统中，N线与PE线是同一条线（也称保护中性线，简称PEN线），如图a所示。PEN线中可有不平衡电流流过，因此通过PEN线可对有些设备产生电磁干扰。且该系统不能采用灵敏度高的剩余电流保护来防止人员遭受电击。因此，TN-C系统不适用于对抗电磁干扰和安全要求较高的场所。如图a所示图表SEQ图表\*ARABIC2TN-C系统TN-S系统：整个供电系统中，保护线PE线与中性线N完全独立分开，如图b所示。正常情况下，PE线中无电流通过，因此对连接PE线的设备不会产生电磁干扰。而且该系统可采用剩余电流保护，安全性较高。TN-S系统中现已经广泛用在安全要求及抗电磁干扰较强的场所，如重要办公楼、实验楼和居民住宅楼等民用建筑。图表SEQ图表\*ARABIC3TN-S系统TN-C-S系统：在供电系统中的前一部分，保护线PE与中性线N合为一根PEN线，构成TN-C系统，而后面有一部分保护线PE线与中性线N独立发你开，构成TN-S系统，如图c所示。此系统较灵活，对安全要求及电磁干扰较高的场所采用TN-S系统配电，而其他场所则采用较经济的TN-C系统。图表SEQ图表\*ARABIC4TN-C-S系统（二）TT系统TT方式是指将电气设备的金属外壳直接接地的保护系统，称为保护接地系统，也称TT系统。第一个符号T表示电力系统中性点直接接地；第二个符号T表示负载设备外露不与带电体相接的金属导电部分与大地直接联接。TT系统配电线路内由同一接地故障保护电路的外露可导电部分，应用PE线连接，并应接至共用的接地极上。当有多级保护时，各级宜有各自独立的接地极。图表SEQ图表\*ARABIC5TT系统2.2.2典型电路——三相异步电动机控制电路设计三相异步电机是感应电机，定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场。通电启动后，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，即旋转磁场与转子存在相对转速，并与磁场相互作用产生电磁转矩，使转子转起来。其是步骤：(1)当三相异步电机接入三相交流电源(各相差120度电角度)时，三相定子绕组流过三相对称电流产生的三相磁动势（定子旋转磁动势）并产生旋转磁场，该磁场以同步转速n0沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转。(2)该旋转磁场与转子导体有相对切割运动,根据电磁感应原理,转子导体(转子绕组是闭合通路)产生感应电动势并产生感应电流（感应电动势的方向用右手定则判定）。(3)根据电磁力定律，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。载流的转子导体在定子产生的磁场磁场中受到电磁力作用(力的方向用左手定则判定)，电磁力对电机转子轴形成电磁转矩，驱动电机转子沿着旋转磁场方向旋转，当电动机轴上带机械负载时，便向外输出机械能。由于没有短路环部分的磁通比有短路环部分的磁通领先，电机转动方向与旋转磁场方向相同。2.2.3电动机的绝缘性能的判别测量电动机的绝缘电阻，就是测量电动机绕组对机壳和绕组相互间的绝缘电阻。各相绕组的始末端均引出机壳外，应断开各相之间的连接线，分别测量每相绕组之间的绝缘电阻，即绕组对地的绝缘电阻；然后测量各相绕组之间的绝缘电阻，即相间绝缘电阻。如果绕组只有始端或末端引出壳外，则应测量所有绕组对机壳的绝缘电阻。（一）兆欧表的正确选择：兆欧表的型式很多，但按照电压等级常用的兆欧表有500、1000、2500伏3重规格。一般测量低压电器设备的绝缘电阻时，应使用500伏电压等级的兆欧表，否则可能造成设备绝缘被击穿，测量额定电压为500伏以上的电器设备的绝缘电阻时，应选用1000伏或2500伏电压等级的兆欧表，否则会因为电压偏低而影响测量的准确性。（二）兆欧表的使用：（1）测量带电设备的绝缘电阻之前，必须断开被测设备电源，并进行短路接地放电，以保证人身和设备的安全及获得正确的测量结果。（2）兆欧表有三个接线端钮，其中L表示“线”，E表示“地”，G表示“保护环”（即屏蔽接线端钮）。测量电缆的绝缘电阻或天气潮湿的时测其它电气设备时，使用保护环G以避免被测设备表面漏电影响测量结果；测量线路对地的绝缘电阻时，兆欧表接线端钮L接线路的导线，接线端钮E接地，；测量电动机绕组对地（外壳）的绝缘电阻时，兆欧表接线端钮L与绕线接线端子连接，端钮E接电动机外壳；测量电动机或电器的相间绝缘电阻时，L端钮和E端钮分别与两部分接线端子相接；测量电缆的对地（表皮）绝缘电阻，L接电缆心线，E接电缆表皮，G接绝缘层，其它电气设备的接线，可参照这些设备的接线类推。（3）兆欧表与被测物之间的连接导线必须使用绝缘良好的单根导线，不能使用双根绞线，且与L端连接的导线一定要有良好绝缘，因为这一根导线绝缘电阻与被测物的绝缘电阻并联，此对测量结果影响很大。（4）用兆欧表测量电气设备的绝缘电阻时，应注意做到：兆欧表放置应平稳，避免表身晃动。在测绝缘电阻前，接上兆欧表的两根棒（不要互相绞并在一起），先把两表棒接触，手柄轻摇几转，试看表针是否指到0位。接着分开两表棒，再摇几转，试看表针是否指到∞位。校试好兆欧表的0位和∞位后，即可进行测量。手柄转速以每分钟120转左右为宜，切记忌忽快忽慢。绝缘电阻随测量时间的长短而不同，一般以手柄稳定转速下持续要一分钟之后的读数为准。测量时，如果发现被测设备的绝缘电阻等于零，应立即停止摇转手炳，以免损坏兆欧表。在兆欧表没有停止摇转和设备没有对地放电之前，切勿触及测量部分和兆鸥表的接线端钮，以免触电。测量完毕，应将被测设备对地放电。2.2.4安全管理制度的设计（一）电气运行安全:(1)、电气作业人员必须经医生检查身体，并证实确无妨碍电气工作的疾病，经过专业培训，考核合格，持有上级部门颁发的电工作业操作证，才能担任电气作业和电气作业监护人工作。(2)、电气作业人员必须严格执行：《电力生产安全工作规定》。(3)、一切电气作业人员都必须熟悉触电急救方法。(4)、在易爆场所的电气设备和线路的运行，必须按《爆炸性环境防爆电气设备选用标准》执行。(5)、电气作业人员作业时，必须穿戴好劳动保护用品。(6)、当电气工作人员正在工作，尤其是在危险区域进行工作时，监护人员应随时提醒，注意安全，禁止大声怪叫，以免引起错觉而引发事故。(7)、做好经常性的电气安全检查工作，发现问题及时消除(8)、现场要备有安全用具，防护器具和消防器材等，并定期检查。(9)、电气设备必须有可靠的接地(接零)装置，防雷和防静电设施必须完好，每年应定期检测。（二）接地装置的规定：(1)、接地电流大的接地装置(500A以上)为5欧姆；接地电流小的接地装置(500A以下)为10欧姆。(2)、变电室露天部分的单位独立避雷针为10欧姆。(3)、装有避雷线线路上的金属及水泥电杆为10欧姆。(4)、装在架空线路引至变电所进线上管型避雷器为10欧姆。(5)、保护配电线路变压器用的避雷器为4欧姆。(6)、易爆场所、库房及车间避雷针为4欧姆。(7)、保护接地装置的接地电阻不得大于4欧姆。（三）静电接地的要求：(1)、静电接地的接地电阻，每处不宜超过10欧姆。(2)、露天放置的管道(液体,气体等)每隔20-25米应设感应雷接地，每处电阻值不宜超过10欧姆。(3)、贮罐的四周应设闭合环型接地，接地电阻不超过10欧姆，罐体的接地点不应少于2处，接地点间距不得于大30米。（四）防雷接地：(1)、为保护建筑物不受雷击，应针对雷电的危害，分别对直击雷、感应雷和架空线引进高电压等采取防雷措施。(2)、避雷装置一般可采用避雷针、避雷器或架空避雷线。(3)、为防止感应雷，应把屋内一切导体、金属管道等可靠接地减小电阻使感应电荷迅速流入地中。(4)、避雷针应由三部分组成：接闪器、引下线、接地装置。(5)、避雷针接地极的多少，应视接地电阻是否满足要求，每极接地极之间的距离应保持3米，接地极应为带状接地。(6)、为避免跨步电压对人体的危害，接地极应埋在人员很少通过的地方且距被保护物应大于3米。(7)、电气设备的接地装置禁止与防雷接地合用。(8)、避雷针的保护范围，应根据建筑物的大小和高度来决定安装避雷针的高度和数目。(9)、独立避雷针，避雷线的接地电阻不宜超过10欧姆。(10)、当气候条件恶劣时，应停止户外电气作业，不得已而紧急抢修的应采取可靠的安全措施。(11)、变电所必须制订现场运行规程，值班人员的职责应在其中明确规定。(12)、高压设备无论带电与否，值班人员不得单人移开或超过遮栏进行工作，若必须移开遮栏时，必须有监护人员在场，并符合设备不停电的距离。(13)、运行人员必须严格执行操作票、工作票制度、工作许可证制度，工作监护制度、工作间断转移和终结制度。(14)、在高压设备和大容量低压总盘上倒闸操作及带电设备附近工作时，必须由两人执行，并由技术熟练的人员担任监护。(15)、凡电气设备和线路无电应作有电看，严禁以手随便触摸。(16)、未经试验合格的一切电气安全用具禁止使用。(17)、在坠落高度2米以上工作时，须办好登高作业证并有相应的安全措施。(18)、在带电设备附近动火，火焰距带电部位10KV及以下为15米、10KV以上为30米。（五）架设临时电气线路规定：(1)、各部门需要铺设临时电气线路，必须先填写“临时接线申请单”。(2)、“临时接线申请单”由部门负责人负责填写，安装人和使用保管人一定要本人亲自签字。(3)、“临时接线申请单”由安全环保部门批准，使用期限为一星期，超过一星期的，要办理延期手续。(4)、使用临时线路一定要在“临时接线申请单”规定的时间内使用，不得超时。(5)、经审批同意铺设的临时电气线路，应执行本厂“电器安全管理规定”中的有关规定。(6)、临时电气线路应由持证电工架设安装，电工凭“临时接线申请单”施工，否则有权拒绝架设。(7)、临时电气线路安装完后，要经使用保管人验收合格才能使用，在使用期限内，由使用保管人负责保管，使用保管人应经常检查，发现问题请电工解决，他人不得乱动。安装电工在使用期内每星期至少检查一次。(8)、经审批同意架设的临时线路不应架设在可燃、易燃物的