第8章电气安全、防雷与接地

第八章电气安全、防雷与接地8-1电气安全8-2大气过电压与防雷8-3电气设备接地8-1电气安全一、触电及有关概念1.电流对人体的伤害所谓触电是指电流流过人体时对人体产生的生理和病理伤害。这种伤害是多方面的，主要分为电击和电灼伤两种类型。(1)电击电击是由于较小的电流通过人体体内而造成的内部器官在生理上的反应和病变。如针痛感、灼痛感、痉挛，严重时可以出现昏迷、心室颤动或停跳、呼吸困难或停止等现象。(2)电灼伤电灼伤是较大的电流对人体造成的外伤，这种触电多数发生在人体尚为接触到带电体时肌体受到高温电弧的灼伤。如人体组织烧焦、炭化、坏死等现象。这种情况一般是由于高压触电造成的。2.影响人体触电后果的因素(1)电流强度通过人体的电流越大，人体的生理反应越强烈，对人体的伤害也越严重。按照人体对电流的反应的程度和电流对人体的伤害程度，可分为：感知电流、摆脱电流和三级。一般对健康成年人来说，感知电流为1mA，摆脱电流为10mA，致命电流为50mA（电流持续时间在1s以上）。我国一般取30mA（工频交流）为安全电流。(2)触电时间触电致死在生理险象是心室颤动。电流通过人体的时间越长，越容易引起心室颤动，触电的后果也越严重。(3)电流性质人体对不同频率电流在生理上的敏感性是不同的，具体说，直流、工频交流和高频交流电流通过人体时其对人体的危害程度是不同的。直流电流对人体的伤害较轻；工频交流对人体的伤害最为严重。(4)电流路径电流对人体的伤害，随着路径的不同，程度也不同。电流流经心脏、中枢神经（脑部和脊髓）和呼吸系统是最危险的。所以电流从手到脚，特别是从一手到另一手是最危险的。(5)人体状况经试验研究表明，触电危险性与人体的状况有关。健康人的心脏和衰弱病人的心脏对电流损害的抵抗能力是差别很大的；触电者的年龄、精神状态和人体电阻等都会使电流对人体的危害程度有所差异。一般情况下，人体触电的主要原因是：1）工作时没有遵守有关安全规程，直接或过分靠近带电体；2）人体触及到了因绝缘损坏而带电的电气设备外壳和与之相连的金属体。3）电气设备安装不符合有关规程要求，带电体对地距离不够；4）不懂电气知识，随便乱拉电线、电灯等造成触电。3.安全电压和人体电阻（1）安全电压所谓安全电压，是指人体触电后，不能使人致死或致残的电压。作用人体的电压越高，人体电阻越小，则通过人体的电流就越大，触电的危害程度就越严重。因此，我国根据不同的环境条件，规定安全电压为：在无高度危险的环境为65V，有高度危险的环境为36V，特别危险的环境为12V。（2）人体电阻人体电阻是由体内电阻和肌肤电阻两部分组成。体内电阻较小（约500Ω），而且基本不变；人体电阻主要由肌肤电阻决定，且与多种因素有关，正常时可高达数万欧以上。而在恶劣的条件（如出汗且有导电粉尘）下，则可下降为1200Ω左右。安全工程计算时，从安全角度考虑，人体电阻一般取1700Ω。安全电流：我国一般取30mA（工频交流）为安全电流。安全电压：在无高度危险的环境为65V，有高度危险的环境为36V，特别危险的环境为12V。人体电阻：一般取1700Ω。4.触电防护（1）直接触电防护为了保证人身安全，对人能直接接触正常带电部分的防护，例如对带电体加隔离栅栏或加保护罩等的防护。（2）间接触电防护为了保证人身安全，对正常时不带电，而故障时可带危险电压的外露可导电部分的防护，例如将正常不带电的可导电部分接地等的防护。二、电气安全措施及触电急救1.常用的技术措施（1）停电停电时，必须把来自各途径的电源断开，且保证至少有一处明显断开点。检修时，工作人员应与带电部分保持有效的安全距离。（2）验电停电后，通过验电设备可以明显地验证停电设备是否带电，从而防止触电事故的发生。（3）装设临时接地线这是为了防止在维修过程中突然来电，以保证工作人员安全的可靠措施。在装设临时接地线时，必须先接接地端，再接设备端；拆除时顺序应相反。（4）悬挂标志牌和装设临时遮拦标志牌是用来对所有人员提出安全警告和应注意事项的，如“禁止合闸，有人工作”、“高压危险”等；临时遮拦是为了防止工作人员误碰或靠近带电体。2.常用的组织措施（1）工作票制度工作票是准许在电气设备或线路上工作的书面命令，也是执行保证安全技术措施的书面依据。（2）操作票制度操作票制度是在全部停电或部分停电时，在电气设备或线路上工作人员必须执行的操作制度。也是人身安全和正确操作的重要保证（3）工作许可制度该制度是为了进一步加强工作人员的工作责任感。工作许可人员负责审查工作票所列安全措施是否正确完备，是否符合现场条件。（4）工作监护制度该制度是为了保护人身安全和操作正确的措施。监护人的主要职责是监护操作人员是否按规定的要求操作。3.触电急救（1）脱离电源触电急救，首先要使触电者迅速脱离电源。提示：一旦发生触电事故，一定要沉着冷静的应对。（2）急救处理触电者脱离电源后，应立即将其移至干燥通风的场所，根据具体情况迅速对症救治，同时赶快通知医务人员并做好送往医院的准备工作。返回8-2大气过电压与防雷一、大气过电压1．雷电的形成气过电压产生的根本原因，是雷云放电引起的。在雷雨季节里，太阳把地面一部分水分蒸发为蒸汽，并向上升起，由于太阳不能直接使空气变热，所以上部空气为冷空气。上升的蒸汽一旦遇到冷空气，立即凝结成水滴，随着水滴的增多逐渐形成积云。它们受到强烈气流的吹袭，产生摩擦和碰撞，形成带正、负不同电荷的雷云。过电压保护雷电的危害：（1）雷云对地放电时，在雷电附近的导线上将产生感应过电压，会使电气设备绝缘发生闪络或击穿，甚至引起火灾和爆炸，造成人身伤亡等；（2）强大的雷电流流过导体时，会产生很大的热量而使导体严重变形或熔断；（3）雷云对地放电时，强大的雷电流会产生机械效应而使杆塔、横担和建筑物等损坏；（4）雷云对地放电时，有时也能击中人，对人造成严重伤害。2．直击雷过电压雷云直接对输电线路或电气设备放电，强大的雷电流通过线路或电气设备时引起过电压。从而产生破坏性很大的热效应和机械效应，这就是直击雷过电压。有一高度为h的避雷针，当雷云对避雷针放电时，避雷针顶端的电位为：dtdihLRiULdochLdhiLd为雷电流幅值，kA；Rch为接地装置的冲击电阻，Ω；L0为避雷针单位长度的电感，μH/m；h为避雷针高度，m。当雷云对避雷针放电时，其顶端的电位大小，就是直击雷过电压的数值，即雷电流通过线路或电气设备（被击中物）的阻抗和接地电阻时所造成的电压降。3．感应雷过电压当雷云不是直接击于输电线路或电气设备上，而是由雷云对输电线路或电气设备的静电感应或电磁感应所产生的过电压。感应雷过电压的形成a)雷云在线路上方时，线路上感生束缚电荷b)雷云放电后，自由电荷在线路上形成过电压波1-雷云2-放电通道3-架空线路4．雷电波侵入由于直击雷或感应雷而产生的高电位雷电波，沿架空线或金属管道侵入变配电站或用户造成危害。据统计表明，工厂变配系统中，由于雷电波侵入而造成的雷害事故，在整个雷害事故中占50%以上。二、防雷设备1．避雷针和避雷线（1）避雷针和避雷线的引雷避雷针引雷示意图a）雷先导离针很远时b）雷先导离针很近时（2）避雷针与避雷线的结构一个完整的避雷针由接闪器、引下线及接地体三部分组成。接闪器是专门用来接受雷云放电的金属物体。接闪器的不同，可组成不同的防雷设备：接闪器是金属杆的，则称为避雷针；接闪器是金属线的，称为避雷针或架空地线；接闪器是金属带的、金属网的则称为避雷带、避雷网等。引下线是接闪器与接地体之间的连接线，将由接闪器引来的雷电流安全的通过其自身并由接地体导入大地，所以应保证雷电流通过时不致熔化。引下线一般采用直径为8mm的圆钢或截面不小于25mm2的镀锌钢绞线。如果避雷针的本体是采用钢管或铁塔形式，则可以利用其本体做引下线，还可以利用非预应力钢筋混凝土杆的钢筋作引下线。接地体是避雷针的地下部分，其作用是将雷电流顺利地泄入大地。接地体常用长2.5m，50mm×50mm×5mm的角钢多根或直径为50mm的镀锌钢管多根打入地下，并用镀锌扁钢连接起来。接地体的效果和作用可用冲击接地电阻的大小表达，其值越小越好。各种防雷设备的冲击接地电阻值均有规定，如独立避雷针或避雷线的冲击接地电阻应不大于10Ω。（3）单支避雷针与避雷线的保护范围1）单支避雷针的保护范围单支避雷针的保护范围是以避雷针为轴的折线构成的上、下两个圆锥形空间。针顶A向下作与针成45°角的斜折线，与高0.5h的水平面相交于B点，连接B到地面的保护半径1.5h处的C点，通过交点B把锥形保护范围分为上、下两个空间。hx为被保护物高度，m；ha（ha=h-hx）为避雷针的有效高度，m；p为高度影响系数，当h≤30m时，p=1；当30m＜h≤120m时，hp5.52）避雷线的保护范围由避雷线向下作与其垂直面成25°角的两个斜面，在高度h/2处转折与地面上离避雷线水平距离为h的直线相连的平面，合起来构成屋脊式的保护范围。保护宽度rx可按下式计算两根避雷线外侧的保护范围按单根避雷线方法确定。两避雷线内侧保护范围的截面，由通过两避雷线及保护范围上部边缘最低点O的圆弧确定，O点的高度可按下式计算pDhh4o用“滚球法”确定避雷针（线）的保护范围：所谓“滚球法”，就是选择一个半径为hr的球体，沿需要防护直击雷的部位滚动，如果球体只接触到避雷针（线）或避雷针（线）与地面，而不触及需要保护的部位，则该部位就在避雷针（线）的保护范围之内，计算公式略。2．避雷器（1）阀型避雷器1）阀型避雷器的结构阀型避雷器是由装在密封瓷套管中的火花间隙和阀片（非线性电阻）串联组成。上端有与导线相连接下端与接地体相连阀型避雷器的结构a）FS-0.38型：1-上接线端2-火花间隙3-云母片4-瓷套管5-阀片6-下接线端b）FZ-10型：1-火花间隙2-阀片3-瓷套管4-云母片5-分路电阻火花间隙按网路额定电压的高低，采用若干个单间隙叠合而成，每个单间隙如图所示。单个平板型火花间隙阀片的电阻特性曲线2）阀型避雷器的工作原理3）阀型避雷器的分类及应用阀型避雷器主要分为普通型和磁吹型两大类。普通型有FS和FZ两种系列。磁吹型则有FCD和FCZ两种系列。阀型避雷器的型号中的符号含义如下：F为阀型；S为线路用；Z为电站用；D为保护电机用；C为磁吹。（2）管型避雷器管型避雷器由产气管、内部间隙和外部间隙三部分组成。而产气管由纤维、有机玻璃或塑料组成。它是一种灭弧能力很强的保护间隙。管型避雷器结构示意图1-产气管2-棒形电极3-环形电极4-接地支座5-管口6-线路s1-外部间隙s2-内部间隙当沿线侵入的雷电波幅值超过管型避雷器的击穿电压时，内外火花间隙同时放电，内部火花间隙的放电电弧使管内温度迅速升高，管子内壁的纤维质分解出大量高压气体，由环形电极端面的管口5喷出，形成强烈纵吹，使电弧在电流第一次过零时就熄灭。这时外部间隙的空气迅速恢复了正常绝缘，使管型避雷器与供电系统隔离。熄弧过程仅为0.01s。（3）保护间隙角形保护间隙（羊角避雷器）a)双支持绝缘子单间隙b)单支持绝缘子单间隙c)双支持绝缘子双间隙s-保护间隙s1-主间隙s2-辅助间隙这种角形保护间隙又称羊角避雷器。其中一个电极接于线路，另一个电极接地。当线路侵入雷电波引起过电压时，间隙击穿放电，将雷电流泄入大地。为了防止间隙被外物（如鸟、兽、树枝等）短接而造成短路故障，通常在其接地引下线中还串接一个辅助间隙S2，如图8-12c)所示。这样即使主间隙被物短接，也不致造成接地短路。（4）金属氧化物避雷器金属氧化物避雷器又称压敏避雷器，是一种新型避雷器金属氧化物避雷器1-金属氧化锌接触层2-填充剂3-氧化锌晶粒4-环氧树脂绝缘表层5-引线氧化锌阀片上的电压超过某一值（此值称为动作电压）时，阀片将发生“导通”，而后在阀片的残压与流过其本身的电流基本无关。在工频电压下，阀片呈现极大电阻，能迅速抑制工频续流，因此不需串联火花间隙来熄灭工频续流引起的电弧。几种常见的金属氧化物避雷器外形图三、防雷措施1．架空线路的防雷保护（1）装设避雷线最有效的保护是在电杆（或铁塔）的顶部装