电气安全工程

电气安全工程中国石油大学（华东）机电工程学院周乐平讲座内容§1概述§2电击及其防护§3双重绝缘、加强绝缘、安全电压和漏电保护§4电气线路§5其它概述一、电力工业的发展二、电气事故一般分析1、电气事故相关概念及其特点；2、电气火灾及其特点；3、电气火灾的一般原因。电能应用领域：工农业生产、交通运输、国防建设、科学教育、文教卫生以及人民群众的生活等。电力的发展：一九八○年全国发电量为3006．3亿千瓦小时，到一九八九年全国发电量为5820亿千瓦小时。2006年，全国全社会用电量28248亿千瓦时，而根据预测，2010年全社会用电量将达3.05万亿千瓦时。发电量是经济运行的直观表现。电力消费强劲，一般表明经济增长强劲。2006年，全国发电量增速比2005年提高了0.4%。2006年，GDP增加了10.7%。2005年，GDP增长10.4%。技术逆演化（现象）由于电气安全管理体系和法规建设不完善，工程设计、安装、维护、电器质量检测方面的缺陷，新产品的研究和应用滞后，电气操作和使用不当等诸多方面的原因，导致我国电气事故及其发生率不断增加。尤其是电气火灾与爆炸事故发生的频次和规模都在增加，给国民经济和人民生活造成巨大的损失。7电气事故相关概念及特点电气事故是电气安全工程主要研究和管理的对象。1.1电气事故概要1.2电气事故的类型1.3触电事故的分布规律8电气事故概要电气事故：电能的传递和转换过程中发生的异常情况。电气事故具有以下特点：①电气事故危害大严重的电气事故常伴有重大的经济损失和人员的伤亡。9②电气事故危险直观识别难电能本身不具备直观识别的特征。（不直接刺激人们的视、听、嗅觉器官）③电气事故涉及领域广一是除了用电领域的触电、设备和线路故障外，雷电、静电和电磁伤危害也属于电气事故的范畴；二是用电领域非常广。10④电气事故的防护研究综合性强一方面，电气事故的机理涉及电学、力学、化学、生物学、医学等学科；另一方面，电气事故的预防措施包含有技术和管理两个方面。电气事故多具有重复性和频发性，实践中注意依照客观规律办事，电气事故是可以避免的。11电气事故的类型电气事故的类型取决于电能作用于人体或系统的作用形式。⒈触电事故⒉静电危害事故⒊雷电灾害事故⒋射频电磁场危害⒌电气系统故障危害12触电事故包括：⑴电击⑵电伤13电击：电流通过人体，刺激肌体组织，使肌肉非自主地发生痉挛性收缩而造成的伤害。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14单相触电：人体的不同部位分别接触带电体和接地或接地导体。单相触电又分为直接接触电击和间接接触电击。直接接触电击----带电体为正常运行的带电体；间接接触电击----带电体为意外带电体。单相触电事故占全部触电事故的70%以上。15两相触电：人体的两个部位同时接触两相带电体。16跨步电压触电：站立或行走的的人体，受到出现于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。17电伤：电流的热效应、化学效应、季节效应等对人体所造成的伤害。电伤可分为电烧伤、电烙印、皮肤金属化、机械损伤、电光眼等。18电烧伤又可分为电流灼伤和电弧烧伤；电流灼伤：热能引起的伤害；电弧烧伤：弧光放电造成的烧伤。电弧烧伤又分为直接电弧烧伤和间接电弧烧伤。19直接电弧烧伤----电弧发生在带电体与人体之间，有电流通过人体的烧伤。20间接电弧烧伤----电弧发生在人体附近，对人体形成的烧伤以及被融化金属溅落的烫伤。21电烙印：电流通过人体后，皮肤上留下的近似于带电体形状的瘢痕。22皮肤金属化：高温电弧使周围金属熔化、蒸发并飞溅渗透到皮肤表层内部所造成。23机械损伤：电流作用于人体，使肌肉产生非自主的剧烈收缩所造成。24电光眼：眼结膜和角膜发炎。由辐射的红外线、可见光、紫外线所致。25静电危害事故静电危害事故是由静电电荷或静电场能量引起的。其（由高压所致的）危害在于：⑴爆炸和火灾事故的点火源；⑵引发二次事故，如坠落、跌伤等，或因恐惧心理造成工作效率下降；⑶静电的物理现象会对生产产生妨碍。26雷电灾害事故雷电是大气中的放电现象。其破坏作用在于：⑴直击雷放电、二次放电、雷电流会引起火灾核爆炸；⑵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；⑶导致电气设备击穿或烧毁；建筑物、构筑物的毁坏。27射频电磁场危害射频：无线电波的频率或者相应电磁振荡频率，泛指100kHz以上的频率。射频伤害是由电磁场能量造成的，主要有：⑴人身伤害；⑵点火源。28电气系统故障危害电气系统故障，由电能在输送、分配、转换过程中失去控制而产生。其主要危害：⑴引起火灾和爆炸；⑵异常带电；⑶异常停电。29触电事故的分布规律⒈季节性明显多集中在一年中的二、三季度。原因在于此时人体穿着单薄且皮肤多汗、潮湿多雨电气设备的绝缘性能有所降低、农忙季节用电量增加。⒉低压设备触电事故多⒊携带式设备和移动式设备触电事故多30⒋电气联接部位触电事故多⒌农村触电事故多⒍冶金、矿业、建筑、机械行业触电事故多⒎青年、中年人以及非电工人员触电事故多⒏误操作事故多据统计，我国电气火灾年均起数约占火灾年均总起数的26%，年均损失约占总损失的36%。英国每年电气火灾的起数占火灾总数的17%以下，美国和日本更是低于10%。一九八○年美国发生大小火灾298万余起，而电气火灾仅有5360起，占0．81％。一九八二年美国发生火灾253万余起，电气火灾有4358起，占0．17％。联邦德国火灾中电气火灾起数占11．6％，损失占12．3％。从上世纪八十年代起，我国发生的各类火灾中，电气火灾所占比例呈上升趋势。有关资料显示，一九八○年全国发生火灾54333起，电气火灾发生3960起，仅占7．3％，而一九八九年全国发生火灾24100起，电气火灾达5215起，占21．6％。到1999年，全国发生的电气火灾比10年前大幅度增加，占各类火灾事故的３０％以上。到2002年，已占各类火灾事故的35%以上。电气火灾的一般原因：1、相关法律法规、技术规范不健全；2、电气安全管理体制不完善；3、电气故障；4、电器产品管理使用不当，专业人员素质不高。电气安全相关规定缺乏系统性、完整性。缺少专门关于电气防火方面的行政法规，只是在《消防法》及公安部、建设部的有关规章中有原则性的规定，例如《消防法》第20条“电器产品、燃气用具的质量必须符合国家标准或者行业标准。电器产品、燃气用具的安装或者线路、管路的敷设必须符合消防安全技术规定”以及第45条规定的相应罚则。难以全面、严格的约束单位和个人的电气使用行为。在工程建设上，我国虽然有许多技术规范，对电气防火有相应的技术要求，但没有全面、系统的专门规范，使设计、安装、验收等环节无统一法规可依。而许多发达国家都制订了专门的电气安全规范，例如美国的《国家电气安全规范》（NFPA701916年制订），日本的《电气事业法》等，对预防电气火灾起了良好的作用。我国现有电气安全相关法规的制订延续了前苏联的一些做法，只强调设备的自身保护，导致电气安全的相关法律条款和技术规范缺乏“以人为本”的科学性和完整性。比如在设计过程中，电气接地系统，漏电保护系统的不规范，导致火灾发生或财产损失的案例不胜枚举。因此，建筑设计和施工部门，即使按照建筑规范、电气安装规范设计，在电气防火安全方面也存在着明显的先天不足，其结果是电气火灾隐患始终伴随着建筑工程。我国的有关电气安全方面的法规是由国家各部委制定的，缺乏更多的实践验证，修订的周期较长，不适应社会对电气安全的需要。在制订的过程中，没有代表不同利益的单位的参与，可能使电气法规的某些侧面出现纰漏。而国外的电气法规在制订的过程中则充分考虑到了各方面的利益，经过不断的修订和完善，使电气法规翔实、全面，互补作用强。存在的问题：⑴电力部门的职责范围；⑵建筑内部的电气设计和施工；⑶电气安全检查和质量评估；⑷电气火灾隐患评估及消防监督。⑴电气线路故障⑵电气产品故障电气火灾发生的特点：1、地域特点；2、行业特点；3、季节特点；4、时段特点；5、电气火灾原因特点。§2电击及其防护§2.1直接接触电击防护§2.2间接接触电击防护§2.1直接接触电击防护基本原则：使危险的带电部分不会被有意或无意地触及。§2.1.1绝缘§2.1.2屏护和间距绝缘绝缘是指利用绝缘材料对带电体进行封闭和隔离。良好的绝缘是保证电气系统正常运行的基本条件。一、绝缘材料的电气性质二、绝缘的破坏三、绝缘监测和绝缘试验电气性质：⒈绝缘电阻率和绝缘电阻⒉介电常数⒊介质损耗绝缘材料（电介质）绝缘材料一般分为：气体绝缘材料：空气、氮、氢、二氧化碳和六氟化硫等；液体绝缘材料：十二烷基苯、聚丁二烯、硅油和三氯联苯等，蓖麻油；固体绝缘材料：树脂绝缘漆，纸、纸板，漆布、漆管和邦扎带，绝缘云母，电工用薄膜、复合制品和粘带，电工用层压制品，电工用塑料和橡胶，玻璃、陶瓷等）绝缘材料。绝缘材料导电能力很小（电阻率≥10MΩm），但并非绝对不导电。绝缘电阻率和绝缘电阻相关概念：漏导电流（泄漏电流）、吸收电流和充电电流。(★)温度、湿度、杂质含量和电场强度的增加都会降低电介质的电阻率。绝缘材料导电示意：介电常数介电常数是用来表明电介质极化特征的性能参数。介电常数愈大，电介质极化能力愈强，产生的束缚电荷就愈多。相对介电常数：介电常数受电源频率、温度、湿度等因素的影响会产生变化。大气压力对气体材料的介电常数有明显影响，压力增大，密度就增大，相对介电常数也增大。0CC介质损耗在交流电压作用下，电介质中的部分电能不可逆地转变成热能，这部分能量叫做介质损耗。介质损耗可以是由漏导电流引起，也可以由极化所引起。介质损耗使电介质发热，是电介质发生热击穿的根源。电气设备使用过程中，对电介质要求高的场所，需进行介质损耗试验。影响绝缘材料介质损耗的因素主要有频率、温度、湿度、电场强度和辐射。总的趋势是随着上述因素的增强，介质损耗增加。绝缘的破坏在电气设备的运行过程中，绝缘材料会由于电场、热、化学、机械、生物等因素的作用，其性能发生破坏。⒈绝缘击穿⒉绝缘老化⒊绝缘损坏绝缘击穿施加于电介质上的电场强度高于临界值（击穿场强）时发生的破坏。⑴气体电介质的击穿⑵液体电介质的击穿⑶固体电介质的击穿气体电介质的击穿碰撞电离导致的击穿。电子崩向阳极发展，最后形成一条具有高电导的通道。击穿场强与气体压力有关，低压（真空）和高压时的击穿场强都很高。空气的击穿场强约为25～30kV/cm。液体电介质的击穿纯净液体的击穿与气体的击穿机理相似，但击穿强度要高多。当液体中混有气体、液体和固体杂质时，击穿场强将大大降低。液体电介质击穿后，绝缘性能在一定程度上可以得到恢复。固体电介质的击穿固体电介质的击穿有：电击穿、热击穿、电化学击穿、放电击穿等形式。电击穿：强电场的作用下，其内少量处于导带的电子剧烈运动与晶格上的原子（或离子）碰撞而使之游离，并迅速扩展下去导致的击穿。特点是电压作用时间短，击穿电压高。电击穿的击穿场强几乎只与电场的均匀程度有关。热击穿：介质损耗等原因产生的热量不能及时散发所致。特点是电压作用时间长，击穿电压较低。热击穿电压随环境温度上升而下降，与电场均匀程度关系不大。电化学击穿：游离、发热和化学反应等因素综合效应造成的击穿。特点是电压作用时间长，击穿电压往往很低。主要与绝缘材料本身的耐游离性能、制造工艺、工作条件等因素有关。放电击穿：内部气泡首先发生碰撞游离而放电，继而加热其他杂质，使之气化形成气泡，由气泡放电进一步发展导致击穿。击穿电压与绝缘材料的质量有关。固体电介质一旦击穿，将失去其绝缘性能。热击穿多发生在低压电气设备；放电击穿多发生于高压电气设备；而当电压作用时间达数十小时乃至数年时，大多数属于电化学击穿。绝缘老化绝缘老化过程十分复杂，主要有：①热老化②电老化热老化：促使绝缘老化的主要因素是热。多发生在低压电气设备上。原因包括：低分子挥发成分的逸出；材料的解聚和氧化裂解、热裂解、水解；材料分子链继续聚合等过程。绝缘材料都