安全用电与安全管理.doc

第十一章 船舶电气安全和安全用电
由于船上特殊的环境条件,一般地说，普通陆用电气设备不能直接用于船上。为了保证船舶的航行安全,各国船级社对船用电气设备的技术条件和监督检测标准都有明确规定。某些重要电气设备的设置和安装要符合国际海上生命安全公约的规定。
　　本章内容主要介绍船用电气设备、油轮电气系统和安全用电等一般原则性问题,根据有关要求和规定,说明在选用、安装和维护电气设备时,突出考虑的共同性问题：(1)高度可靠性；(2)防止引发火灾；(3)避免人身触电伤害。
§11－1 船用电气设备
　　船舶电气设备的工作环境要比一般陆地条件恶劣的多，船舶处于连续运动状态，存在着机械振动和冲击,经常处于倾斜和摇摆状态。船内一些处所温度高、湿度大,空气中又含有盐雾、油雾等腐蚀和污染性气体，特别是无限航区远洋船舶的环境气温变化较大。这些环境条件是一般陆用电气设备难以承受的,即便是船用电气产品，相当多的故障也是源于环境条件。因此船用电气设备必须符合船用环境技术条件。
1. 适应振动和冲击的条件
　　由于振动可使电气设备的固定或连接部件松脱，使部件结构损坏或失灵，因此这些部件要有防松脱的措施；对受振动影响较大的设备应有减振或隔振措施，并且具有坚固的耐振动和抗冲击的机械结构。总之要求电气设备应能承受船舶正常运营所产生的振动和冲击。
　　2. 适应倾斜和摇摆的条件
　　持续的倾斜和摇摆，破坏了正常静止位置时的力的平衡，对运动部件产生附加力，导致设备故障或损坏。例如,电机转子对轴承产生轴向推力或出现轴锤现象，使轴承受到损害以及使滑动轴承的油环不能作正常润滑运动，使继电接触器的衔铁部件不能正常动作等。因此,要求船用电气设备在结构上、技术条件上和安装方式上要能适应这种条件。例如,电机轴端游隙要小,应采用轴向直立安装或沿船舶纵向卧式安装;电磁接触器要有足够的电磁吸力和弹簧释放力等。要求船用电气设备在下表所列的条件下应能有效地工作。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　 表11－1
适应倾斜和摇摆的要求
设备组件
横倾
横摇
纵倾
纵摇
应急设备，开关设备，电器及电子设备
22.5°
22.5°
10°
10°
上列以外的设备组件
15°
22.5°
5°
7.5°
3.适应环境温度条件
环境温度对电气设备性能和使用寿命有重要影响。船用电气设备应能在表11－2所列的初级冷却海水温度和标准环境温度下正常工作。
环境温度 表11－2
介质温度
空气温度（℃）
海水温度（℃）
电气设备安装处所
封闭处所内
高于45 ℃，低于0 ℃处所
开敞甲板
热交换器入口
无限航区
0～45
按该处所温度
-25～45
32
除热带海域的有限航区
0～40
按该处所温度
-25～40
25
4. 适应潮澶、盐雾、油雾和霉菌的环境条件
绝缘材料的耐热等级 表11－3
耐热等级
极限温度℃
材料举例
Y
90
未浸渍的棉纱、丝、纸及其组合物
A
105
Y级材料经绝缘漆处理
E
120
高强绝缘漆、环氧树脂、合成有机薄膜、青壳纸等
B
130
云母、石棉、玻璃丝用有机胶粘合或浸渍
F
155
B级材料用合成胶粘合或浸渍
H
180
B级材料用硅有机树脂粘合或浸渍
C
＞180
B级材料用优良硅有机树脂粘合或浸渍以及云母、玻璃、陶瓷、石英等
环境空气的潮湿、盐雾、油雾和霉菌使电气设备绝缘材料的绝缘性能下降，使金属部件产生锈蚀和腐蚀，因为潮湿和盐雾在绝缘材料表面形成潮湿的漏电薄膜，在湿热条件下霉菌分泌有机酸，加剧了表面的潮湿性。油雾和灰尘粘附于表面也增加了表面的漏电，而且阻碍散热使温升增高。潮湿的水分子渗人绝缘材料的裂缝和毛细孔中，使体积漏电流增大，从而导致绝缘电阻的下降。
　　构成电气设备的材料中绝缘材料是耐热最薄弱的环节，许多电气设备的损坏往往是由于绝缘材料的热击穿而引起的。因为温度超过一定的极限将加速绝缘材料的老化，失去绝缘性能。按最高允许温度的不同,，将各种绝缘材料划分为不同的耐热等级,如表11－3所列。
　　船用电气设备的绝缘材料不能仅按额定电流决定耐热等级，必须考虑上述特殊的环境条件对其温升的影响，因此船用电缆、电线、绕组等要用较高耐热等级的耐潮湿、抗盐雾、防霉菌的绝缘材料。船用电缆电线的绝缘和防护材料均应为阻燃性的；其导体材料应是机械强度好、韧性好和耐腐蚀的材料，因此船上不采用普通铝芯电缆和电线。如果某些设备没有专门的船用电气产品，可考虑采用经三防(防湿热、防盐雾、防霉菌)处理过的陆用产品代替,但需征得有关船级社的认可。
　　5. 适应船舶电网电压和频率的变化
　　船舶电力系统是一个独立的有限电网，电压和频率均受负载变化的影响，特别是频率的变化与陆上差别较大。因此要求船用电气设备应在表11－4所规定的电压、频率的变化范围内能有效的工作。
表11－4
设备
参数
稳态（%）
瞬态
（%）
恢复时间（s）
稳态（%）
电压
-6～+10
±20
1.5
频率
±5
±20
5
由蓄电池或半导体变流器供电
电压
±20

6. 防护要求
　　为了避免电气设备受到外部固体和液体异物的侵人而发生故障或损坏，为避免人身遭受触电伤害和机械伤害，一般电气设备都应有防护壳罩。由于一些舱室机器密布，空间狭小低矮,存在着设备或人员遭受各种侵害或伤害的复杂环境，因此船用电气设备的防护等级类型也比较复杂多样。我国电气设备的防护等级采用国际电工委员会(IEC)推荐的国际防护IP××等级标准。防护标志IP后面第一位数字表示防护固体异物侵人的等级，第二位数字表示防水液侵人的等级，两位数字的意义见表11－5。
　 电气设备外壳的IP××防护等级 表11－5
IP等级
简 要 说 明
定 义
第1位数字
0
无防护
没有专门防护
1
防＞50mm的固体
人体大面积部分如手(对有意识接触无防护),直径＞50mm的固体
2
防＞12mm的固体
手指或类似物,长度不超过80mm,直径超过12mm的固体
3
防＞2.5mm的固体
直径或厚度大于2.5mm的工具、电线等,直径＞2.5mm的固体
4
防＞1.0mm的固体
直径大于1mm的线或片状物,直径超过1mm的固体
5
防尘
并不防止全部灰尘进入,但进入量不妨碍设备正常运转
6
尘密
无灰尘进入
第2位数字
0
无防护
没有专门防护
1
防滴
垂直滴水应无有害影响
2
15°防滴
设备与垂直线成15°角时,滴水应无有害影响
3
防淋水
与垂直线成60°角范围的淋水应无有害影响
4
防溅
任何方向溅水应无有害影响
5
防冲水
任何方向冲水应无有害影响
6
防猛烈海浪
猛烈海浪或强烈冲水时进入机壳水量应无有害影响
7
防浸水
沉浸在规定压力的水中经规定时间后,进入水量应无有害影响
8
防潜水
能长期潜水,完全密封,进水量不产生有害影响

　　船用电气设备根据安装处所的不同有不同的最低防护等级要求：(I)只存在与带电部分接触危险的干燥舱室为IP20级； (2)存在滴水和(或)中等机械伤害的机器舱室、控制室和配膳间等处所为IP22级,其附具(开关、分电箱等)为IP44级；(3)存在较大水和机械侵害危险的机器处所(如机舱花铁板以下)为IP34级,其附具为IP55级；(4)存在较大水和机械侵害危险的压载泵舱、冷藏舱、厨房和洗衣间等处所为IP44级,其附具为IP55级； (5)存在喷水、货物粉尘、严重机械伤害、腐蚀性气体的双层底中的轴隧、管隧、干货舱等处所为IP55和IP56级；(6)存在大量水浸人危险的耨天甲板为IP56级；(7)存在爆炸危险处所,其外壳除具有合格的防爆功能外,还应根据安装处所有相应的防潮防水等级。
【复习与思考】
11－1 船用电气设备在机械和电气技术条件方面有些什么特殊要求?
11－2 鉴于船舶倾斜、摇摆和振动,在电气设备的管理上应注意些什么?
11－3 潮湿、盐雾、油雾和霉菌对电气设备产生怎样的影响?什么是“三防”处理？
11－4 根据什么确定电气设备的防护等级？

§11-2 油轮电气系统
一、危险区的安全
运载石油及石油产常积聚这些气体的区城或处所称为危险区，如货油舱及其毗邻的舱室空间，货油舱口、洗舱口、气口、观测口周围，货油泵舱,输油软管存放舱，以及所有上述舱室顶部甲板上封闭或半封闭空间等区域。在装卸油、装排压载水和清除空货油舱气体时,可能出现大量易燃易爆气体的区域或处所，称为扩大的危险区，如全部露天甲板、上层建筑上面和后面及有开口直接开向主甲板的区域或处所等。
　　燃烧和爆炸须同时具备三个基本条件：(1)有可燃性气体；(2)有空气或氧气；(3)有火源或危险温度。据此可采取相应的措施,使这三个条件不同时存在,则危险区将不发生危险。但是任何粗心大意、管理不善、措施不当、违反操作规程等,都可能造成燃烧或爆炸的条件。燃烧和爆炸是同一化学反应,当空气中所含可燃气体达到一定的浓度比例时，由于氧化反应的传播速度极快，则燃烧将变成爆炸。爆炸和燃烧都产生大量的光和热，但爆炸还伴随由于气体急剧膨胀而发出的巨大声响。
　　为防止货油舱形成粥烧和爆炸的条件，在卸油、排压载水或洗舱前，都要向舱内充人惰性气体。此外，无论是舱内装有货油或压载水，在航行期间也要向舱内补充惰性气体，以使其含氧量极低。这种惰性气体通常是将锅炉或主机的排烟经洗涤、净化、干燥等处理后而得,或由专用惰性气体产生设备提供。
　　其他危险区域或处所混合气体的浓度虽然难以人为控制，但是火源和危险温度是可以加以管制、限制和控制的。严格管制和限制任何人为的明火或金属碰擦等发出的火花，严格防护或限制电气设备产生的或可能产生的火花和高温。电气系统中的各种触点，包括正常开闭的触点，也包括故障触点，如绝缘的短路点、线路破断点和松脱的连接点等，都能产生或可能产生火花。电气设备中有正常高温元件，如电灯等也有非正常高温，如接触不良的大电流连接点等。因此，原则上在危险区域不准安装电气设备。在危险区必需使用的电气设备应是合格的防爆型结构，或者采用安全火花型或称本质安全型的电路或设备。
　　本质安全型电路或设备在正常或故障情况下,所产生的火花能量不足以点燃可燃性气体。点燃可燃性气体需要一定的火花能量和足够的瞬时火花功率。在一定的能量下，空间集中、时间集中的尖地火花放电，其瞬时功率最大，最易点燃。本质安全电路或设备都是用来进行测量、监视、控制、通信信号等的弱电电路，没有高压和大电流，电路与其电源间有短路隔离保护等措施，多为无触点的半导体器件，因此不会发生大的火花能量和火花功率。例如监视和检测货油舱的油温、油位、惰性气体含氧浓度等的电路或设备均为本质安全型。
　　静电对油轮威胁很大,尽管静电是人类最早发现的，但至今有些问题仍未完全认识和解决。1969年曾有三艘20万吨级油轮相继发生爆炸，经长时间大规模的调查实验，确认是由于洗舱时产生的静电引起的。说明当时对超大型油轮产生静电的认识不足。不论是固体、液体或气体，任何两种不同物质的摩擦、紧密接触－分离、受压、受热或感应都能产生正负电荷分离的静电现象。液体的流动、过滤、搅拌、喷雾、飞溅、冲刷、灌注、剧烈晃动等过程,都可能产生十分危险的静电。为避免货油舱内静电火花引起爆炸，除前述的充人惰性气体外,在技术上对货油注人的流速、洗舱水压力和流速等都有严格的限制和规定,以减少静电的产生。货油管路应连续间隔地可靠接地，法兰连接的管段之间也要用金属导线可靠的连接，以便及时泄放静电，因为静电积累电压过高会在突出部位产生火花放电。
　　人体和衣着也会产生危险的静电。穿脱毛料与合成纤维衣物时,由于摩擦和接触－分离体，人体处于带电的静电空间因感应而成为一个独立的带电等位体,人体与地或与周围物体之间达到一定的电位差时就会产生放电。因此在静电危险场所的工作人员应穿导电好的服装和鞋袜。在货油舱甲板上禁止穿脱衣物。由生活居住区进人货油舱区前，手应触摸专设的用来消除静电的金属板,以防止人体带静电进人危险区。
　　船上工作人员，只有了解上述各种威胁船舶安全的可能因素，才能有针对性的对船舶电气设备及系统进行检查、检测和维护,遵守操作规程和安全要求，防患于未然。
　　二、油轮电气系统
　　1. 油轮配电系统
　　为避免在正常或故障情况下产生火源的可能性，对油轮配电系统有如下要求：(1)不论是直流或交流、单相或三相，只准采用对地绝缘的系统,即发电机、供电与配电电路均不应接地，更不能用船体作为回路。但允许非危险场所的仪用互感器二次绕组、抗无线电干扰电容器和网路绝缘电阻监劐装置等的接地，以及内燃机起动、点火等系统的局部接地回路。(2)不同电压等级的网络不应有电气上的连接。
　　为了防止电缆因受机械损伤、潮湿和腐蚀的侵害而出现绝缘不良、短路或断路，对危险区的电缆类型及安装敷设有如下基本要求：(1)可能暴露在货油、油蒸气或气体中的所有电缆应有铠装、非金属不透性护套,在腐蚀性较大处所的电缆,其铠甲或金属护套外面还应有非金属不透性防蚀外套 (2)在危险区域或处所不应敷设非本质安全型电缆。(3)敷设在甲板上或首尾向步桥上的电缆在长度上要留有膨胀弯头裕量，以防船体膨胀或走动而拉断电缆。(4)电缆或电缆管在非危险区与危险区之间穿越时，应保持甲板或舱壁气密的完整性。(5)应设有配电系统绝缘电阻水平的连续监测和报警装置。
　　对于船上工作人员，不应违反上述要求敷设电缆，而且应经常监视和定期检查，以维护线路和电缆始终处于所要求的良好状态。
　　2．危险区的电气设备
　　任何危险区域或处所，必需设置或安装的电气设备有如下的基本规定：(1)货油舱只准安装或使用本质安全型电气设备；(2)其他危险区域或扩大的危险处所，应为本质安全型或合格防爆结构的电气设备；(3)危险区域或处所禁止装设插座，露天安全区域的插座也为了避免操作时产生火花，要用具有开关联锁的插座，即开关在断开位置时插头可以插人或拔出，当在接通电源的位置时，则既不能插人也不能拔出；（4)危险处所电气设备的开关和保护装置应设在安全区域或处所，并有清晰耐久的标志，便于识别；（5)油轮严禁悬挂彩灯。
　　上述规定也基本适用于滚装船装载车辆的货舱或处所的电气设备。
　　对于防爆电气设备应注意检查和维护防爆的有效性。当拆装隔爆型电气设备的壳罩时,应注意法兰连续隔爆面的清洁,隔爆面不准放人任何衬垫,连接螺栓应齐全。检查和维护引人电缆管的气密填料的有效性,检查电缆管有无裂纹和锈蚀孔洞等，以确保其防爆功能。
【复习与思考】
11-2-1 引起燃烧或爆炸需同时具备哪些条件?据此简要说明油轮应从哪几个方面采取
防爆措施？
11-2-2 为什么电气设备及系统存在可能引燃引爆的危险？
11-2-3 货油管路为什么必须可靠地接地？配电系统为什么不准接地？
11-2-4 什么是本质安全电路或设备?它与隔爆型和气密安全型设备有什么不同?
11-2-5 通过本节学习,简要说明对油轮电气设备及系统的监视、检查和维护的要点。
§11-3 安全用电
　　一、基本知识
　　1.触电原因
　　由于缺乏安全用电常识或对电气设备的使用管理不当,触电事故时有发生。在客观上电气设备的绝缘损坏使不带电的物体带电,是发生触电的最大隐患；而环境条件对造成触电有着重要影响。人体任何两点直接触及(或通过导电介质连通)不同电位的带电体都可能发生触电事故。钢质船舶,整个建筑是一个良导体，且空间狭窄,设备密布,人体经常碰触到电气设备的金属壳体或构架。加之高温、潮湿等恶劣环境条件，容易造成绝缘损坏，或安全接地因腐蚀或锈蚀而失去保护作用等。因此,船舶属于触电危险场所。
　　2.人体触电电流及安全电压
　　触电对人体伤害的程度与通过人体电流的大小、种类、路径、和持续时间有关，电流的大小决定于人体两点的接触电压和人体电阻。人体总电阻是皮肤角质层电阻和体内电阻之和。皮质电阻约为40～ 100，而体内电阻仅为600～ 800,但皮肤潮湿、不洁净或有伤口时,皮质电阻可下降到1左右。因此人体电阻不是固定的常数，而且实际触电时的人体电阻和电流还与人体的触电部位、接触面积和接触紧密程度等有关。
　　危险的触电电流通过人体，首先是使肌肉突然收缩,使触电者无法摆脱带电体，以至麻痹中枢神经,导致呼吸或心脏跳动停止。通过人体0.6mA～ 1.5mA的工频交流电流时开始有感觉;8mA～ 10 mA时手已较难摆脱带电体几十毫安通过呼吸中枢或几十微安直接通过心脏均可致死。因此电流通过人体的路径不同，其伤害程度不同。手和脚间或双手之间触电最为危险。
　　所谓安全电压是指对人体不产生严重反应的接触电压。根据触电时人体和环境状态的不同其安全电压的界限值不同。国际上通用的可允许接触的安全电压分为三种情况：(1)人体大部分浸于水中的状态：其安全电压小于2.5V；(2) 人体显著淋湿或人体一部分经常接触到电气设备的金属外壳或构造物的状态:其安全电压小于25V；(3)除以上两种以外的情况,对人体加有接触电压后,危险性高的接触状态:其安全电压小于50V。
　　我国则是根据发生触电危险的环境条件将安全电压分为三种类别,其界限值分别为： (1)特别危险(潮湿、有腐蚀性蒸汽或游离物等)的建筑物中,为12 V； (2)高度危险(潮湿、有导电粉末、炎热高温、金属品较多)的建筑物中,为36 V； (3)没有高度危险(干燥、无导电粉末、非导电地板、金属品不多等)的建筑物,为65V。
　　可见“安全”电压是相对的,在某种状态或环境下是安全的，当状态或环境发生变化时就可能是危险的。特别是触电作用时间是触电安全的重要因素，即使是可摆脱的电流，若在20S～30s内未能摆脱，也会由于电流的热效应、化学效应等，使人体发汗，电阻下降，以及一系列的病理变化，仍会造成伤亡事故。
　　3. 触电急救注意事项
　　(l) 就近拉断电源开关，否则应该用干燥不导电的器具使触电者迅速脱离电源，人体各部分都不可直接触及触电者，避免连带触电。并注意触电者脱离电源时的碰伤或摔伤。
　　(2) 将触电者置于通风温暖的处所，对呼吸微弱或已停止呼吸的要实施人工呼吸抢救。
　　二、触电安全防护措施
　　1. 预防触电措施
　　1) 经常检查、维护电气设备的绝缘和壳体的安全接地，以消除触电隐患;
　 2) 禁止带电检修设备,特殊情况下须使用绝缘合格的工具和护具进行带电操作;
　　3) 必须按照操作规程及正确的操作方法对电气设备进行操作;
　　4) 非安全电压便携式电气设备及其电缆、插头等的绝缘容易损坏,安全接地芯线容易折断而不易觉察,使用前必须仔细检查;
　　5) 若电气设备发生火灾时，不能直接用消防水龙灭火，以避免触电。对电气设备最好用惰性气体(二氧化碳)灭火器灭火，既避免触电或产生有毒气体，又对电气设备无有害的腐蚀作用。
　　2. 安全保护措施
　　1) 保护接地；保护接地是将电气设备在正常情况下不带电的金属壳罩或构架等，与地做良好可靠的金属连接，一旦发生这些部件带电时，使站在地上的人体的接触电压和人体电流近于零。中性点对地绝缘的低压电力系统宜采用这种保护接地，如图11－1（a）所示。虽然是中性点绝缘系统，但由于配电线路与地间存在着分布电容以及对地的绝缘电阻IR，故人体触及带电体仍与系统构成交流回路。由于有远小于人体电阻的接地电阻与其并联,故通过人体的电流。

图11－1
(a) 保护接地；（b）工作接地 ；(c) 保护接零
　　2) 工作接地及保护接零：电力系统的中性点接地就是工作接地。在低压电力系统为防触电,电气设备的罩壳等与系统的零线连接,即保护接零。当电气设备某相绝缘损坏碰壳时,通过零线构成单相短路。因这种单相短路电流较大，可使电气设备的继电保护开关或熔断器断开。从而既避免了人身触电，又迅速切除了故障设备，保证了其它电气设备的正常运行。即使在保护电器断开之前触及外壳时，也由于人体电阻远大于回路电阻而使人体电流极小。
　　 在陆上中点接地系统不可用保护接地代替保护接零，因为中性点接地器接地电阻和用电设备接地器的接地电阻比较大(约4)，设备通过机壳发生接地的单相短路的电流较小。当设备保护电器的动作值大于该短路电流时，就失去了保护作用。而且相电压被和分压使设备外壳有110 V高的电压，远超过安全电压。单相家用电器也要用三插头线进行接零保护，以避免触电。
　　【复习与思考】
　　11-3-1 使人触电的最大隐患是什么?应如何消除这种隐患?
　　11-3-2 确定安全电压的标准与什么有关?应如何看待安全电压?
　　11-3-3 中点绝缘系统发生设备单相接地,其保护电器能否动作?保护接地和保护接零
有什么不同?
11-3-4 在陆上为什么不采用保护接地代替保护接零?