1、第8章 供电与安全用电,8.1 电力系统概述,8.2 工业供电系统,8.3 安全用电技术,8.4 雷电及其防护,第8章 供电与安全用电,本章要求：,1.了解工业企业供配电的基本知识;,2.了解安全用电的基本常识。,发电机组发出的电压一般为 6 10 kV。,8.1 电力系统概述,8.1.1 电力系统概述,电力是现代工业的主要动力，在各行各业中都得到了广泛的应用。电力系统是发电厂、输电线、变电所及用电设备的总称。,1. 发电,发电是将水力、火力、风力、核能和沼气等非电能转换成电能的过程。我国以水利和火力发电为主，近几年也在发展核能发电。,电力系统由发电、输电和配电系统组成。,2. 输电,输电就是
2、将电能输送到用电地区或直接输送到大型用电户。输电网是由35kV及以上的输电线路与其相连接的变电所组成，它是电力系统的主要网络。输电是联系发电厂和用户的中间环节。,输电过程中, 一般将发电机组发出的 610kV 电压经升压变压器变为 35500kV 高压，通过输电线可远距离将电能传送到各用户，再利用降压变压器将35kV高压变为 610kV 高压。,3. 配电,配电是由 10kV 级以下的配电线路和配电(降压)变压器所组成。它的作用是将电能降为 380/220V 低压再分配到各个用户的用电设备。,电力网的电压等级,高压：1kV及以上的电压称为高压。,有1, 3, 6, 10, 35, 110, 3
3、30, 550kV等。,低压：1kV及以下的电压称为低压。,有220，380V。,安全电压：36V以下的电压称为低压。,我国规定的安全电压等级有：12V、24V、36V等。,电力系统的示意图,升压变电所,220kV,地区枢纽所,10kV,至用户,配电所,10kV,10kV,升压变电所,220kV,220kV,220kV,输电线路,220kV,10kV,为保证供电的可靠性和安全连续性，电力系统将各地区、各种类型的发电机变压器、输电线、配电和用电设备等连成一个环形整体。,直流输电,我国国家标准规定的电力网额定电压有 35 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV。,市区一般输电
4、电压为 10 kV 左右，通常需要设置降压变电所， 经配电变压器将电压降为 380/ 220 V，再引出若干条供电线到各用电点的配电箱上， 配电箱将电能分配给各用电设备。,直流输电能耗小，无线电干扰小，输电线路造价较低，但逆变和整流部分较复杂。,输电线路一例,输电线路一例,8.2 工业供电概述,8.2.1 低压配电线路的结构,低压配电线路是由配电室(配电箱)、低压线路、用电线路组成。,通常一个低压配电线路的容量在几十千伏安到几百千伏安的范围，负责几十个用户的供电。为了合理地分配电能，有效的管理线路，提高线路的可靠性，一般都采用分级供电的方式。,即按照用户地域或空间的分布，将用户划分成供电区和片
5、，通过干线、支线向片、区供电。整个供电线路形成一个分级的网状结构。,8.2 工业供电概述,8.2.1 低压配电线路的结构,从车间变电所或配电箱到用电设备线路属于低压配电线路。其联接方式主要是放射式和树干式两种。,低压供电系统的两种接线方式,(1)放射式供电线路,特点: 供电可靠性高，便于操作和维护。但配电导线用量大，投资高。,适用场合： 负载点比较分散，而每个点的用电量又较大，变电所又居于各负载点的中央。,8.2 工业供电概述,适用场合: 负载比较集中，各负载点位于变电所或配电箱的同一侧时, 如图(a)所示。,负载比较均匀地分布在一条线上, 如图(b)所示。,(2)树干式供电线路,特点: 供电
6、可靠性差。但配电导线用量小，投资费用低，接线灵活性大。,某校实验楼树形供电线路示意图,去教学楼,去宿舍 食堂,2层配电箱,11层配电箱,1层配电箱,去报告厅,实验楼,配电变压器,配电柜,8.3 安全用电技术,8.3.1 触电事故,1. 电气事故的原因,1) 违章操作,(1) 违反“停电检修安全工作制度”，因误合闸造成 维修人员触电。,(2) 违反“带电检修安全操作规程”，使操作人员触 及电器的带电部分。,(3) 带电移动电器设备。,(4) 用水冲洗或用湿布擦拭电气设备。,(6) 对有高压电容的线路检修时未进行放电处理导 致触电。,(5) 违章救护他人触电，造成救护者一起触电。,2) 施工不规范
7、,(1) 误将电源保护接地与零线相接，且插座火线、 零线位置接反使机壳带电。,(2) 插头接线不合理，造成电源线外露，导致触电。,(3) 照明电路的中线接触不良或安装保险，造成 中线断开，导致家电损坏。,(5) 随意加大保险丝的规格，失去短路保护作用， 导致电器损坏。,(4) 照明线路敷射不合规范造成搭接物带电。,(6) 施工中未对电气设备进行接地保护处理。,3) 产品质量不合格,(1) 电气设备缺少保护设施造成电器在正常情况下 损坏和触电。,(2) 带电作业时，使用不合理的工具或绝缘设施造 成维修人员触电。,(3) 产品使用劣质材料，使绝缘等级、抗老化能力 很低，容易造成触电。,(4) 生产
8、工艺粗制滥造。,(5) 电热器具使用塑料电源线。,4) 偶然条件,电力线突然断裂使行人触电；狂风吹断树枝将电线砸断；雨水进入家用电器使机壳漏电等偶然事件均会造成触电事故。,8.3.2 电流对人体的作用,人体触电时，电流对人体会造成两种伤害：电击和电伤。,电击是指电流通过人体，影响呼吸系统、心脏和神经系统，造成人体内部组织的破坏乃至死亡。,电伤是指在电弧作用下或熔断丝熔断时，对人体外部的伤害，如烧伤、金属溅伤等。,电击所引起的伤害程度与下列因素有关：,(1) 人体电阻的大小,(2) 电流通过时间长短,(3) 电流的大小,1. 人体电阻,人体电阻因人而异，通常为 104 105 ，当角质外层破坏时
9、，则降到8001000。,2. 电流强度对人的伤害,人体允许的安全工频电流: 30mA工频危险电流: 50mA,电流频率在40Hz 60Hz对人体的伤害最大。 实践证明，直流电对血液有分解作用，而高频电流不仅没有危害还可以用于医疗保健等。,3. 电流频率对人体的伤害,4. 电流持续时间与路径对人体的伤害,电流通过人体的时间愈长，则伤害愈大。,5. 电压对人体的伤害,电流的路径通过心脏会导致神经失常、心跳停止、血液循环中断，危险性最大。其中电流的流经从右手到左脚的路径是最危险的。,触电电压越高，通过人体的电流越大就越危险。,因此，把 36 V以下的电压定为安全电压。工厂进行设备检修使用的手灯及机
10、床照明都采用安全电压。,8.3.3 触电方式,1. 接触正常带电体,(1) 电源中性点接地的单相触电,通过人体电流:,式中: UP: 电源相电压 (220V) Ro: 接地电阻 4 Rb: 人体电阻 1000,这时人体处于相电压下，危险较大。,(2) 电源中性点不接地系统的单相触电,R,对地绝缘电阻,Ib,人体接触某一相时，通过人体的电流取决于人体电阻Rb与输电线对地绝缘电阻R 的大小。 若输电线绝缘良好，绝缘电阻R 较大，对人体的危害性就减小。,但导线与地面间的绝缘可能不良( R 较小)，甚至有一相接地，这时人体中就有电流通过。,(3) 双相触电,双相触电,触电后果更为严重,通过人体的电流：
11、,2. 接触正常不带电的金属体,当电气设备内部绝缘损坏而与外壳接触，将使其外壳带电。当人触及带电设备的外壳时，相当于单相触电。大多数触电事故属于这一种。,这时人体处于线电压下,Ib,3. 跨步电压触电,电位分布,接地点,跨步电压,在高压输电线断线落地时，有强大的电流流入大地，在接地点周围产生电压降。如图所示。,当人体接近接地点时，两脚之间承受跨步电压而触电。跨步电压的大小与人和接地点距离，两脚之间的跨距，接地电流大小等因素有关。,双脚跨步,一般在20m之外，跨步电压就降为零。如果误入接地点附近，应双脚并拢或单脚跳出危险区。,8.3.4 接地和接零,为了人身安全和电力系统工作的需要，要求电气设备
12、采取接地措施。按接地目的的不同，主要分为工作接地、保护接地和保护接零。,1. 工作接地,即将中性点接地。,目的：,(1) 降低触电电压,(2) 迅速切断故障 在中性点接地的系统中，一相接地后的电流较大，保护装置迅速动作，断开故障点。,(3) 降低电气设备对地的绝缘水平,2. 保护接地,当电气设备内部绝缘损坏发生一相碰壳时：由于外壳带电 , 当人触及外壳,接地电流 Ie 将经过人体入地后, 再经其它两相对地绝缘电阻R 及分布电容C 回到电源。当R 值较低、C 较大时，Ib 将达到或超过危险值。,电气设备外壳未装保护接地时,电气设备外壳有保护接地时,通过人体的电流：,Rb与Ro并联，且 Rb Ro
13、 通过人体的电流可减小到安全值以内。,利用接地装置的分流作用来减少通过人体的电流。,保护接地：将电气设备的金属外壳(正常情况下是不带电的)接地。 用于中性点不接地的低压系统 ,分布电容,保护接零（用于 380V / 220V 三相四线制系统）,将电气设备的外壳可靠地接到零线上。,当电气设备绝缘损坏造成一相碰壳，该相电源短路，其短路电流使保护设备动作，将故障设备从电源切除，防止人身触电。,把电源碰壳，变成单相短路，使保护设备能迅速可靠地动作，切断电源。,保护接地和保护接零同时使用时,当A相绝缘损坏碰壳时，接地电流,式中: R0: 保护接地电阻4 R0:工作接地电阻4,注: 中性点接地系统 (1)
14、不允许采用保护接地，只能采用保护接零； (2)不准保护接地和保护接零同时使用。,此电流不足以使大容量的保护装置动作，而使设备外壳长期带电, 其对地电压为110V。,一、防雷设备 接闪器（避雷针、避雷线、避雷带或网） （1）避雷针 避雷针的功能实质是引雷作用。 采用“滚球法”来确定保护范围。 单支避雷针的保护范围 单支避雷针的保护范围按下列方法确定， 当避雷针高度hhr时 距地面hr 处作一平行于地面的平行线； b. 以避雷针的针尖为圆心、hr为半径，作弧线交平行线于A、B两点；,8.4 雷电及其防护,c. 以A、B为圆心，hr为半径作弧线，该弧线与针尖相交，并与地面相切。由此弧线起到地面为止的整个锥形空间就是避雷针的保护范围。,避雷针在被保护物高度hx的xx平面上的保护半径rx按下式计算：,2避雷器 （1）阀型避雷器 阀型避雷器由火花间隙和阀片组成 FS4-10型和FS-0.38型阀型避雷器外形结构图。 （2）氧化锌避雷器 图示 三种氧化锌避雷器外形结构（3）保护间隙 图示角形保护间隙结构与接线 灭弧能力较小，只适用于无重要负荷的线路上。,1、上接线端 2、火花间隙 3、云母片垫圈 4、瓷套管 5、阀片 6、下接线端,阀型避雷器,氧化锌避雷器,保护间隙,
