《电子与电工技术》课件第1章

1.1发电、输电和配电概述1.2电力线路1.3导线的安全条件与选择1.4安全用电与触电急救小结习题第1章企业供电与安全用电1.1.1电力的生产和输送

电力用户所需的电力是由发电厂生产的。发电厂又称发电站，是将自然界蕴藏的各种天然能源(一次能源)转换为电能(二次能源)的工厂。按照所利用的能源种类，发电厂可分为水力、火力、原子能、风力、太阳能发电厂等。现在世界各国建造最多的主要是水力发电厂和火力发电厂。近二十年来，核电站的发展也很快。1.1发电、输电和配电概述各种发电厂中的发电机几乎都是三相交流发电机。我国生产的交流发电机的电压等级有400／230V和3.15kV、6.3kV、10.5kV、13.8kV、15.75kV、18kV等多种。

发电厂大多建在能源丰富的地区，距离用电地区往往很远。所以，发电厂生产的电能一般用升压变压器升高电压后输送到用电户附近，又经降压变压器降低电压再供给用电户，如图1-1所示。图1-1发电厂到用户的过程

1.1.2电力系统、电力网及动力系统的概念

电力系统是指通过各级电压的电力线路，将发电厂、变配电所和电力用户连接起来的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体。

为了提高各发电厂的设备利用率，合理调配各发电厂的负载，以提高供电的可靠性和经济性，常常将同一地区的各种发电厂联合起来而组成一个强大的电力系统。图1-2是一个电力系统简图。图1-2电力系统简图

1.1.3电力分配

电力分配是指从电能输送线末端的变电所将电能分配给各工业企业和城市。工业企业设有中央变电所和车间变电所(小规模的企业往往只有一个变电所)。中央变电所接受送来的电力，然后分配到各车间，再由车间变电房或配电箱(配电板)将电力分配给各用电设备。放射式配电线路如图1-3所示。其特点是当某配电线路发生故障时，不影响其他配电线路的运行，因此供电可靠性较高。但该线路消耗的有色金属较多，采用的开关电器较多。放射式配电线路一般适用于设备容量大或供电可靠性要求高的场合。

图1-3放射式配电线路

图1-4所示为环形配电线路。例如，在企业内的一些车间变电所低压侧，通过低压联络线相互连接为环形接线。该接线可靠性较高，任一段线路发生故障或进行检修时，都不会造成供电中断，或只短暂停电，一旦切换电源的操作完成，即可恢复供电；同时，电能损耗和电压损耗较低。但是，其保护装置及整定配合比较复杂，如果配合不当，容易发生

误动作，反而会扩大停电范围。图1-4环形配电线路

图1-5所示为树干式配电线路。与放射式配电线路相比，树干式配电线路采用的开关电器较少，消耗的有色金属

也较少，一旦干线损坏或需要修理时，就会影响连在同一干线上的负载，故其供电可靠性较低。其在机械加工车间、工具车间和机修车间中应用较普遍，且多采用封闭式母线，

灵活性大，也较安全，适用于容量小而分布较均匀的用电设备配电。

实际的低压配电系统往往是几种接线方式的综合应用。图1-5树干式配电线路

1.2.1架空线路

架空线路是指挡距超过25米，利用电杆塔敷设的高、低压电力线路。架空线路由导线、电杆、绝缘子和线路金具等元件组成，为了防雷，有的架空线路上设有避雷针，如图1-6所示。1.2电力线路图1-6部分架空线路的结构

铝绞线(代号LJ)一般由7股和19股铝线绞制而成。其电阻率较铜稍高，重量轻，对风雨有较强的抵抗力，但抗化学腐蚀作用较差，机械强度低。由于成本低，施工方便，

铝绞线多用于10kV及以下线路上，如工厂的10kV进线和厂区的220／380V架空线。

有时为了提高铝绞线的机械强度，常在绞线中心加入钢芯，构成钢芯铝绞线(代号LGJ)，如图1-7所示。图1-7钢芯铝绞线截面

绞线代号中各字母说明如下：拉线的作用是平衡电杆各方面的作用力，并抵抗风压以防止电杆倾倒。

拉线的结构如图1-9所示。

线路绝缘子和金具绝缘子用来将导线固定在电杆上，如图1-10所示，并使导线与电杆绝缘。绝缘子要有足够的机械强度和电气绝缘强度。其按电压高低分为高压和低压绝缘子。图1-8高压电杆上安装的瓷横担

图1-9拉线的结构

图1-10高压线路绝缘子

1.2.2车间线路

车间线路包括室内和室外配电线路。室内配电线路大多采用绝缘导线；室外配电线路指的是沿车间外墙或屋檐敷设的低压配电线路，都采用绝缘电线。

绝缘电线按其芯线材质分，有铜芯或铝芯两种。按其绝缘材料分，有橡皮绝缘的和塑料绝缘的。塑料绝缘导线的绝缘性能好，耐油和抗酸碱腐蚀，价格较低，且可节约大量橡胶和棉纱，因此在室内明敷和穿管暗敷中应优先采用塑料绝缘导线。但塑料绝缘导线在高温时绝缘易软化老化，低温时绝缘又易变硬发脆，因此在高温场所及室外不宜选用，而应选用橡皮绝缘导线。1.2.3电缆线路

电缆线路是指由电力电缆敷设的线路。电缆线路的主要元件是电力电缆和电线头。

1.电力电缆的结构

图1-11分别是油浸纸绝缘电力电缆和交联聚乙烯绝缘电力电缆的结构图。图1-11电力电缆的结构

电力电缆一般用于工厂供电系统的引入线、输电主干线等要求较高的场所。电力电缆具有优良的电气绝缘性能，优良的热性能，较好的机械强度和防腐性能，与其他导线相

比，其经久耐用，安全可靠，敷设方便，维护量小。但其结构较为复杂，成本较高。常用电缆品种及主要用途见表1-1。表1-1常用电缆品种及主要用途

2.电缆头的结构

电缆头包括电缆中间接头和电缆终端头。电缆头按使用的绝缘材料或填充材料分有环氧树脂浇注的、缠包式的和热缩材料的电缆头等。

由于热缩材料的电缆头具有施工简便、价格低廉和性能良好等优点，因而近年来在电缆工程中得到广泛应用，如

图1-12所示。图1-12交联电缆热缩终端头

1.3.1导线截面的选择

导线截面必须满足的条件涉及发热、电压损耗、机械强度和经济电流密度等方面。

1.满足发热条件的要求

导线在通过正常最大负荷电流(如计算电流)时，发热不应超过线芯所允许的温度，否则将会因过热引起导线绝缘层损坏或加速老化。导体在正常和短路时的最高允许温度及热稳定系数如表1-2所示。1.3导线的安全条件与选择表1-2导体在正常和短路时的最高允许温度及热稳定系数

2.满足电压损耗的要求

导线在通过正常最大负荷电流(即计算电流)时，在线路上产生的电压损耗不应超过最大允许值，以保证供电质量。对于低压动力线，电压损失不能大于±5％；对于照

明线路，电压损失不能大于±3％。

对于集中负荷的三相线路，每相线路的电压损失ΔU为式中：P、Q分别为线路上各负载的有功、无功功率；R、X分别为线路的电阻、电抗；UN为线路的额定电压。

若三相线路的导线截面、材料、敷设方式均相同且cosφ≈1称为无感线路)，则

其与UN之比的百分值以ΔU%表示)为式中：M=PL为负荷力矩，L为线路长度；C=γ/100为对这种线路的计算系数，γ为导线的电导率；A为导线截面。

3.满足机械强度的要求

为了防止断线，保证安全可靠运行，导线应有足够的机械强度。通常，导线不应小于规定的最小截面，见表1-3。表1-3机械强度应允许的导线最小截面

4.满足经济电流密度的要求

35kV及以上线路与35kV以下但电流很大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小。按经济电流密度选择的截面称为经济截面。

10kV及以下的线路通常不按经济电流密度。我国导线和电缆的经济电流密度规定如表1-4所示。表1-4导线和电缆的经济电流密度1.3.2导线的选择

1.导线截面的选择

根据国标GB50054的有关规定，导线截面的选择主要应考虑以下几个方面：

(1)线路电压损失应满足用电设备正常工作及起动时端电压的要求；

(2)按敷设方式及环境条件确定的导体载流量，不应小于计算电流；

(3)导体应满足动稳定与热稳定的要求；

(4)导体最小截面应满足机械强度的要求。

工程中，固定敷设的导线最小芯线截面应符合表1-5所示的规定。表1-5固定敷设的导线最小芯线截面在三相四线制配电系统中，中性线(N线)的允许载流量不应小于线路中最大不平衡负荷电流，且应计入谐波电流的影响。

当保护线(PE线)所用材质与相线相同时，PE线最小截面应符合表1-6所示的规定。表1-6PE线最小截面选择导线时还必须考虑(导线的)最高允许工作温度，导线通电的工作制(如长期固定负荷运行、变负荷运行和间断运行等)及环境温度等。

在照明电路中，导线截面的选择主要从线路的最大允许电压损失和导线机械强度两方面来考虑。根据GB50259的规定，其最小芯线截面如表1-7所示。表1-7照明灯导线的最小芯线截面

2.导线颜色的选择

在GB2681中，对导线颜色的选择也有相应规定，具体见表1-8。表1-8成套装置中导线颜色的规定在GB7947中规定：

(1)绿／黄双色的使用。

绿／黄双色只用来标记保护导体，不能用于其他目的

(2)淡蓝色的使用。

淡蓝色只用于中性线或中间线。

电路中有用颜色来识别的中性线或中间线时，所用的颜色必须为淡蓝色。

在这里要强调一点，设备的内部布线一般推荐黑色线，因此不能把黑色线作为接地线。

在直流电路中导线极性的颜色也有相应规定，具体见表1-9。表1-9直流电路中导线极性的颜色规定1.4.1电流对人体的伤害

电流通过人体时，对人体伤害的严重程度与通过人体电流的大小、频率、流经途径及人体状况等多种因素有关，而且各种因素之间有着十分密切的关系。

1.危害程度与电流大小的关系

2.伤害程度与通电时间的关系

3.伤害程度与电流途径的关系

4.伤害程度与电流种类的关系

5.伤害程度与人体状况的关系1.4安全用电与触电急救1.4.2触电的常见原因

在生产过程和日常生活中，人遭受电击的场合、方式是多种多样的。

各种触电现象按其原因分为直接触电和间接触电。直接触电是指人体直接接触或过分接近带电体而触电；间接触电是指人体触及正常时不带电而发生故障时才带电的金属导体。1.触电形式

(1)单相触电。

(2)两相触电。

(3)跨步电压。

2.触电原因

(1)线路架设不合规格。

(2)电气操作制度不严格、不健全。

(3)用电设备不合要求。

(4)用电不谨慎。1.4.3防止触电及预防保护措施

为了防止触电事故的发生，必须采取有效的保护措施

1.使用安全电压

在一般建筑物中可使用36V或24V电压；在特别危险的生产场地，如潮湿、有腐蚀性气体或有导电尘埃以及能导电的地面和狭窄的工作场所等，则要使用12V或6V的安全电压。安全电压的等级及选用举例见表1-10。表1-10安全电压的等级及选用举例

2.绝缘保护

绝缘保护是用绝缘体把可能形成的触电回路隔开，以防止触电事故的发生。常见的绝缘保护方法有外壳绝缘、场地绝缘和用变压器隔离等。

(1)外壳绝缘。

(2)场地绝缘。

(3)变压器隔离。

3.接零或接地

为了人身安全和电力系统工作的需要，要求电气设备采取接地措施，以有效地防止由设备外壳带电引起的触电事故。按接地目的的不同，其主要可分为工作接地、保护接地和保护接零三种，如图1-13所示。图中的接地体是埋入地中并且直接与大地接触的金属导体。图1-13工作接地、保护接地和保护接零

(1)工作接地。

(2)保护接地。

保护接地的作用可用图1-14来说明。在电机外壳没接地(见图1-14(a))的情况下，当电机发生一相磁壳故障时，其外壳将带有相电压，如人体触及外壳，全部接地电容电流将

通过人体，非常危险。如果对电机外壳进行保护接地(见图1-14(b)，则由于人体电阻远远大于保护接地电阻，因此人体触及外壳也无多大危险。因为接地电容电流主要由保护接地装置分担了，流经人体的电流就很小了。图1-14保护接地

(3)保护接零。

图1-15所示的是电动机的保护接零。当电动机某一相绕组的绝缘损坏而与外壳相接时，就形成单相短路，迅速将这一相中的熔丝熔断，因而外壳便不再带电。即使在熔丝熔断

前人体触及外壳时，也由于人体电阻远大于线路电阻，因而通过人体的电流也是极为微小的。图1-15保护接零

为什么在中性点接地的系统中不采用保护接地呢?因为当电气设备的绝缘损坏时，接地电流为式中：Up为系统的相电压；R0和

分别为保护接地和工作接地的接地电阻。如果系统电压为380／220V，R0==4Ω，则接地电流为为了保证保护装置能可靠地动作，接地电流不应小于继电保护装置动作电流的1.5倍或熔丝额定电流的3倍。因此，27.5A的接地电流只能保证断开动作电流不超过的继电保护装置或额定电流不超过的熔丝。如果电气设备容量较大，就得不到保护，接地电流长期存在，外壳也将长期带电，其对地电压为1.4.4触电急救

触电是有可能发生的，但真的发生以后我们应该做什么？我们主要做以下几点：

1.迅速使触电者脱离带电体

人体触电后，通常会由于痉挛或失去知觉而不能摆脱带电体。这时，使触电者迅速脱离电源是救活触电者的首要因素。根据实际情况可采用下列方法使触电者脱离电源(参见图1-16)。图1-16触电者脱离电源的方法

在施行人工呼吸救护时，应注意如下问题：

(1)施行人工呼吸前，应迅速将触电者身上妨碍呼吸的衣服、上衣、裤带等解开。

(2)清除触电者口内的粘液、假牙以及妨碍呼吸的东西

(3)根据触电者身体特点采用适当的急救方法，如俯卧压背人工呼吸法多用于青壮年，但对孕妇、老人、儿童则不宜采用此方法，而宜使用仰卧牵臂法。

(4)触电者不能直接躺在潮湿或混凝土地面急救，注意保持病人体温。

(5)人工呼吸不间断地连续进行，换人时节奏要一致，被救人有微弱的自主呼吸时要继续进行，直到呼吸正常为止。(6)抢救触电者往往需要较长时间，在实施各种急救方法的过程中，必须连续进行，不得间断。

3.急救方法

1)口对口人工呼吸法

按上述步骤，连续不断地进行。对成年人每分钟大约吹气12次（约5s/次，吹气约2s；呼气约3s，见图1-17、图1-18)。给儿童吹气时，每分钟吹18~20次，不必捏紧鼻孔，任

其自然漏气，并注意不要使儿童胸部过分膨胀，防止吹破肺泡。如果触电者的嘴不易掰开，可改为捏紧他的嘴用口对鼻孔吹气。图1-17口对口人工呼吸法吹气

图1-18口对口人工呼吸法换气

2)胸外心脏挤压急救法

施行各种人工呼吸法是在触电者呼吸停止，但心脏仍在跳动时经常采用的方法。如果触电者尚有呼吸，而心脏跳动停止，则应进行胸外心脏挤压法。

(1)触电者仰卧，保持呼吸道畅通，背部着地处应平整稳固，以保证挤压效果。

(2)救护人跪在触电者腰部一侧，或者骑跪在其身上，两手相叠，手掌根部放在心窝上方，胸骨下三分之一处（见图1-19)，接触胸部只限于手掌根部，手指应向上，与胸、肋骨之间保持一定距离，不可全掌用力。图1-19胸外心脏挤压急救法的正确压区

(3)选好正确压点后，救护人伸直肘关节，适当用力，带有冲击性地挤压触电者的胸骨，压出心脏里的血液。对成年人压陷为3~4cm，每分钟挤压60次为宜；对儿童只用一手，用力要小些，压下深度要浅些，每分钟挤压次数大约为90~100次。

(4)挤压后，掌根要迅速放松，让触电者胸廓自动复原，血液充满心脏。放松时掌根不必完全离开胸膛（见图1-20、图1-21)。图1-20胸外心脏挤压法挤压

图1-21胸外心脏挤压法放松

3)触电者呼吸与心跳均停止的急救

(1)急救方法。

(2)注意事项。

施行人工呼吸和胸外心脏挤压抢救时要坚持不断，切不可轻率中止，运送途中也不能中止抢救，并应注意触电者皮肤和瞳孔的变化，皮肤由紫变红、瞳孔由大变小，说明抢救收到了效果。只有触电者身上出现尸斑，身体僵冷，经医生作出无法救活的诊断后，才能停止抢救。

(1)电力的生产、输送和分配的方式，以及电力系统和电网的组成。

(2)架空线路、电缆线路和车间线路