电气安全基础知识(电工必备).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电气安全,第一章 电气安全基础,第一节 电气安全问题立论,第二节 电气危害,第三节 绝缘技术基础,第四节 接地技术基础,第五节 环境技术基础,第六节 电气产品的安全认证,第一节 电气安全问题立论,一、,电气安全问题的背景,1,、社会背景,各类,“,电,”,系统产生的危害,2,、自然背景,自然界雷电、静电等产生的危害,3,、技术发展规律背景,理论（如物理学）研究突破,趋利应用,形成工程体系,负面作用显现,避害对策,4,、学科背景,问题本身的基础性、所涉及学科的广泛性与理论深度、工程体系的系统性与综合性,二、电气安全问题的工程现状,1,）对比知不足,与,IEC,标准对比，与先进国家单位用电量事故率对比。,2,）学习与进步,与先进标准接轨。接轨力度：从等效采用，到等同采用。,3,）努力的方向,更新观念，纠正错误，普及知识，发展技术。,三、本课程研究范围和重点,面向非专业场所，面对非专业人员，研究各类电气危害产生的机理和特性参数计算，并提出有效的技术防护措施。,关键词：两个,“,非,”,，,“,技术措施,”,第二节 电气危害,一、电气危,害分类,二、电气危害的主要加害源简介,1,、供配电系统,危害对象：系统自身；系统所处环境中的其他事物。,2,、雷电、静电等,危害对象：所处环境中的其他事物，包括电气电子系统和建（构）筑屋等。,三、电气危害的特点,1,、非直观性。,2,、途径广。,3,、能量大小悬殊，谱密度多样。,4,、作用时间长短不一。,5,、关联性。危害间、危害与防护措施间、不同防护措施相互之间。,四、电气危害的规律,1,、电气危害总是缘于电能的非期望分配。,理解某种危害产生机理的最基本依据。,2,、电气危害的发生一定伴生着电气参量的变化。,变化：量值大小，特征、组合特性等。,判断某种危害是否发生的关键。,第三节 绝缘技术基础,一、绝缘材料,绝缘材料,导电能力很小的一类材料的总称，又称电介质。,本质特征：材料中基本没有可自由移动的载流子。,参数界定：电阻率不低于,10,7,m。,用途：对带电导体进行封闭、隔离。,物态：气体、液体、固体绝缘。,典型材料：空气、变压器油、塑料,1,、绝缘材料的电气参数,（,1,）绝缘电阻率。,10,7,m。,与温度反相关，温度特性与导体相反。,（,2,）介质损耗因数。,1,）介质损耗。交变电压作用下绝缘介质中产生的有功功率损耗，简称介损。,2,）介损机理探讨。交变电压作用下介质中主要会产生泄漏和极化两种现象。,泄漏即介质中少量载流子在电压作用下发生的定向运动，产生电流，由此产生的损耗叫做电导损耗或泄漏损耗。,极化又分有损与无损极化。,无损极化：中性分子在外电,场作用下正、负电荷中心分离但,外电场消失后会重新重合，无能,量消耗，又称弹性极化。,有损极化：偶极子在外电场,作用下重新取向，外电场消失后,不复原，有能量消耗，又称非弹,性极化。,介质等效电路。三个支路解,释。,理想介质,实际介质,3,）介质损耗角,。,介损功率与介质体积、外加,电压等有关，不能表征材料的性,质。介损角,只与材料有关。,工程上一般测量介损角正切,值,tan,，称为介损因数。,理想介质,相量图,实际介质,（,3,）介电强度。指绝缘不被击穿所能承受的最大电场强度，又称介质强度。,介电强度不仅与绝缘材料本身的性质有关，还与外加电场的形式有关。如直流与交流电压作用下，介质的介电强度可能不同。,介质介电强度受环境条件影响较大，如温度、湿度、压力等。,举例：正常条件下空气介电强度为,3,kV/mm。,小结：绝缘材料的最常见电气参数为：绝缘电阻率、介质损耗角（或介损因数）和介电强度。,这些参数只与介质材料有关，与介质形状、体积等无关。,介质材料电气参数受温度、湿度等环境条件影响较大。,2,、绝缘材料耐热分级,在保证寿命的前提下，根据绝缘材料所能长期承受的最高工作温度，可将它们分为若干等级。,耐热等级,Y,A,E,B,F,H,长期允许使用的最高温度,/C,90,105,120,130,155,180,绝缘耐热分级有时又称为绝缘等级，注意不要与绝缘强度参数混淆。,使绝缘寿命减半的额外温升，,Y,级绝缘为,8,，,B,级为,10,，,H,级为,12,。,二、绝缘结构及分类,1,、绝缘结构的概念,由一种或若干种绝缘材料构成的绝缘体，称为绝缘结构。,绝缘结构可理解为由绝缘材料所加工成的零件在电气设备上的特定应用方式。,绝缘结构按功能可分为工作绝缘和保护绝缘。,2,、按保护功能区分的绝缘形式,（,1,）基本绝缘。带电部件上对触电起基本保护作用的绝缘结构。（介绍工作绝缘）,（,2,）附加绝缘。为在基本绝缘损坏情况下防止触电而附加在基本绝缘之外的一种独立绝缘结构，又称辅助绝缘。,（,3,）双重绝缘。由基本和附加绝缘共同构成的绝缘结构。基本绝缘和附加绝缘是可以分开的，各自本身就是一个独立的绝缘结构。,（,4,）加强绝缘。相当于双重绝缘保护程度的单独绝缘结构，由一种或若干种绝缘材料构成，但不能分拆，是一个整体。,a,、,b,、,c,、,d,双重绝缘,e,、,f,加强绝缘,三、绝缘检测,1,、绝缘电阻测试,1,）测试设备。兆欧表。,2,）测试内容。吸收比，绝缘电阻。,吸收比：,屏蔽极应用,偏转角为,R,x,的一元函数,绝缘电阻,R,2,、介损角正切值,tan,测试,1,）测试设备。介损电桥，又称西林电桥。,2,）测试结果。介损角正切值。,正接线,试件不接地,反接线,试件接地,第四节 接地技术基础,一、电气地与电气接地,电气,“,地,”,：可用作为参考电位且电容无穷大的物体。,用作参考电位,:,任何扰动下，电位都保持不变。（这一点实际上不可能完全做到）,电容无穷大：可提供或接受任意多的电荷。,电气,“,接地,”,：将电气系统或装置上导体的某一部分与电气,“,地,”,进行电气连接的技术措施。,二、接地的分类,功能性接地，保护性接地，电磁兼容接地。,1,、功能性接地,为保证系统（设备）正常工作，或为保证系统（设备）正确可靠地实现其功能所作的接地。,过去又称为工作接地。,例如：系统中性点接地，单极直流输电系统大地回流极接地。,2,、保护性接地,以人身和（或）设备安全为目的的接地。如：,安全保护接地,防雷接地,防静电接地,阴极保护接地,3,、电磁兼容接地,为达到电磁兼容的要求所作的接地。又称高频接地。,三、接地装置原理构成及接地电阻,1,、构成：由接地体（金属）、接地线构成,接地体周围的土壤、岩石等虽然不是接地装置的构成部分，但对接地的电气性能影响很大，可视为与接地装置相关的外部因素。,接地体作用：获取基准电位，提供电荷通。,接地线作用：将接地体连接点引至地面以上并与接地系统或设备相连。,2,、接地电阻,R直流接地电阻；,R,a,工频接地电阻；,R,sh,冲击接地电阻；,U,E,接地点与无穷远大地参考点间直流电压；,I,E,流入接地点的直流电流；,冲击系数，一般小于,1,。,四、地电位与地面（地中）电位分布,地电位：即参考,0,电位，指距接地点无穷远处的大地电位。相当于等效电路图中接地电阻下端电位。,地面（地中）某一点电位：当接地体有电流通过时，附近地面（地中）某一点以无穷远大地为参考点的实际电位。最高值等于等效电路图中接地电阻上端电位。,地中等位面（剖面图）,地面等位线（俯视图）,关于接地装置的利用方式问题,第五节 环境技术基础,一、环境技术与电气安全的关系,研究电气设备（系统）性能与环境状况之间关系的技术，叫做环境技术。,环境技术主要包括两方面的内容：,（,1,）环境条件。,（,2,）环境试验。,二、环境条件,我国传统的称谓为,“,环境条件,”,。,IEC,关于,“,外部条件,”,的概念内涵更深刻，而环境条件属于外部条件的一个组成部分。,根本区别：是否包括环境中人及与人相关的因素。,按,IEC,“,外部条件,”,进行介绍。,三、环境试验,（,1,）自然暴露试验。最准确，最难实施，很难重复，时效性最差。,（,2,）现场试验。时效性较好，有一定可重复性，结果可行度取决于试验内容和方法。,（,3,）人工模拟试验。可随时重复进行，时效性好，结果可信度高度存疑。,第六节 电气产品的安全认证,一、电气产品安全认证的基本概念,1,、认证与认证制度,认证（,Certification,）：由权威机构根据当事人提供的资料和其他信息，对某一事物、行为或活动的本质或特征，经确认属实后给予的证明。,要件：被认证对象、认证机构、认证依据。,认证制度：为实施认证活动而建立的一套规则、程序和管理制度，一般以法律或行政法规的形式固定下来。,2,、电气产品安全的范畴,由国家标准,GB19517,国家电气设备安全技术规范,规定，该标准覆盖交流,50,1500V,、直流,75,1500V,的各类电气设备。,3,、产品安全认证与电气安全工程的关系,产品安全认证是电气安全工程的依据性基础。,二、常见认证简介1,、中国,3C,认证,2,、美国,UL,认证,3,、欧盟,CE,认证,第二章 低压配电系统,第一节 城市电网与低压配电系统,第二节 低压系统按接地形式和带电导体形式分类,第三节 常用低压配电电器,第四节 低压系统短路电流计算,第五节 低压配电线路的过电流保护,第六节 低压配电线路带电导体截面选择,第一节 城市电网与低压配电系统,城网、农网、电气化铁路网等都是负荷中心电网，具有受端网的特征。供配电系统是受端网的最末部分。,本节在介绍城网的基础上，引出供配电系统和低压配电系统的概念。,从城网为出发，向上可深入到区域大电网，向下可延伸至用户网，是理解电力系统的一个很好的切入点。,一、城市电网简介为城市送电和配电的各级电网的总称，它服务于一座城市的市区及所属（部分）郊区，简称城网。,1,、城网供电设施,（,1,）城市变电所。指起变换电压等级、并起集中和分配电能作用的供电设施。,（,2,）开关站。起接受和分配电能作用的配电设施，又称开闭所，不变换电压等级。,（,3,）公用变配电所。向低压电力用户供电的变配电所，与城市变电所原理类同，但在城网中所处地位不同。,“,公用,”,一词对应于,“,专用,”,。专用变配电所指用户自己建设运行的变配电所，而公用变配电所是供电企业建设运行的。,城市变电所,户外杆上公用变电所,组合式成套用户专用变电站,高压室,变压器室,低压室,2,、城市电网的电源,向城市电网提供电能的设施统称为城市供电电源。,（,1,）城市发电厂,生产电能。,（,2,）电源变电所,接受域外输入的电能，一般是输变电系统的输电线路从远方大型发电厂输送过来的。,新技术动态：分布式发电技术，使得一些用户自备发电站也成为城市电网电源。,3,、城市电网结构与电压层次,（,1,）送电网与枢纽变电所,送电网是城网中电压等级最高的电网，大城市多已达到,500,kV，,一般城市为,220,kV。,送电网要求成环状网，一般要求成双环。,送电网上功率（潮流）可双向输送，有调度作用。,送电网上的城市变电所称为枢纽变电所。枢纽变电所中，接受域外电能或城市发电厂电能的变电所称为电源变电所。,某特大城市送电网示意,某特大城市主网架规划图,（,2,）高压配电网,枢纽变电所二次出线至区域变电所之间的电网，称为高压配电网，简称高配网。,区域变电所是城市中一个较小范围的供电设施，供电半径在主城区一般不超过,10,km。,500,kV,送电电压的城网中，高配网电压一般为,220,kV,和,110,kV；220kV,送电电压城网中，高配网电压一般为,110,kV,和,35,kV。,高配网功率一般只单向流动，但也可能部分参与潮流调度。,（,3,）中压配电网,从区域变电所二次出线，到公用或专用变配电所间的电网，叫中压配电网。,中压配电网电压一般为,10,kV，,也有少数为,35,kV（,电压等级划分属于高压，但从网络中作用来说属于中压），现部分地区试运行,20,kV。,中压配电网中通常设置有较多的,10,kV,开闭所，起分级配电作用。,中压配电网功率只单向流动，不参与潮流调度。,（,4,）低压配电网,公用变电所二次出线至低压用户电表之间的电网，叫低压配电网。,专用变电所二次出线后的电网，以及低压用户电表后的电网，技术上也属于低压配电网，但不属于供电企业运行管理的范围。,城网简化模型,二、供配电系统概念,技术角度看：指区域变电所以下的电网，或一般情况下指,110,kV,及以下电网。,工程实际角度看：指电力用户电网。,特征：处于电力系统的最末端，以使用电能为主要任务，功率单向流动，不参与潮流调度。,研究重点：配电、用电问题，部分涉及供电问题。,学科背景：电气工程技术，终端用户技术。,三、低压配电系统,最末端电网，电压,220/380V,，或,380/660V,。,电源：公用或专用变配电所、自备发电站。,负荷：用电设备。,特点：一个电压等级。,表达：单线图或多线图，以后者居多。,低压系统单线图表示,低压系统多线图表示,第二节 低压系统按接地形式和带电导体形式分类,一、术语解释,（,1,）系统中性点。系统中与各输出端子间电压绝对值相等的那一点。,电源系统：发电机绕组、变压器二次绕组等。,负载系统：电动机、硅整流装置等。,中性点是一个电气上的点，与电路中的节点可能有对应关系，也可能没有。,（,2装置外露导电部分：正常时不带电，故障时可能带电的设备或装置的易触及的金属外壳。,常简称设备金属外壳，或简称外壳。,对,II,类防电击设备（后续介绍），不论外壳是否是金属材料，均可认为无外露导电部分。,（,3,）装置外导电部分：指定场所中不属于电气装置组成部分的导体。,如：场所中的金属水管，金属挂架等。,（,4,）中性线（,N,线）：与电源中性点连接、并能起传输电能作用的导线。,旧称零线，不正确，坚决摒弃。,（,5,）保护线（,PE,线）：为防止触电危害而用来与某些部分连接的导线。,旧称地线，不准确。,某些部分：装置外露导电部分，装置外导电部分，中性点，接地点，等电位联结板等。,（,6,）保护中性线（,PEN,线）：具有,N,线和,PE,线双重功能的单一导线。,（,7,）固定式设备：牢固固定在一定位置处的设备。,如：空调机、吊扇等。,（,8,）移动式设备：正常工作时需要移动、或接有电源时仍易于移动的设备。,如：坐地电风扇、电热油汀等。,（,9,）手握式设备：工作时需要用手握住的移动式设备。,如：电钻、吸尘器等。,二、低压系统按接地形式分类,12,系统。,1,电源系统接地情况：,I,不接地；（法文,Isolation,隔离,),T,直接接地。（法文,Terre,大地）,2,负载设备外露可导电部分接地情况：,N,与电源系统接地点连接；（法文,Neutre,中性）,T,直接接地，与电源系统地无人为电气联系。,有,TN、TT、IT,三种形式。,1,、,TN,系统,又分为,TN-S、TN-C、TN-C-S,三种：,-,S,Spare：PE,线与,N,线是分开的。,-,C,Combine：PE,线与,N,线是合用的。,-,C-S,混合形式。电源侧部分为,TN-C，,负荷侧部分为,TN-S。,TN-S,系统：,PE,线和,N,线自中性点后不能再有任何电气连接,TN-C,系统,PE,线与,N,线功能合二为一，称为,PEN,线,TN-C-S,系统：重复接地非必须,重复接地,2,、,TT,系统 注意单独接地和共同接地,与,TN,系统区别要点：系统地与设备地之间有无人为电气连接。,3,、,IT,系统,IT,系统可引出中性线，但大多不引出,三、低压系统按带电导体形式分类,与按接地形式分类辩异。,X,相,X,线制系统。,“,X,相,”,指电源的相数，,“,X,线,”,指正常工作情况下传输电能的导线数。,PE,线正常情况下不传输电能，因此有,N,线的,TN-S,系统、,TN-C,系统都是三相四线制系统，或单相二线制系统。,IT,系统一般不引出中性线，因此常为三相三线或单相二线制系统。,TT,系统多为三相四线制或单相二线制系统。,第一行：两相三线、单相三线，单相二线,第二行：三相四线、三相四线，三相三线,解释两绕组为什么是单相,第三节 常用低压配电电器,一、低压开关、隔离器,开关：能承载、通断正常（含规定的过负荷）电流，并能在规定时间内承受短路电流冲击、但不能开断短路电流的机械电器。,隔离器：在断开状态符合规定隔离功能、能通断空载电路、且能承受正常电流和规定时间内短路电流的机械电器。,隔离开关：在断开状态符合隔离器要求的开关。,注意与中、高压电器名称的差异，不要混淆。,类型,功能,接通、承载、分断正常电流；承载规定时间内的短路电流；可接通短路电流,隔离功能。断开距离、泄漏电流符合要求，有断开位置指示，可加锁,同时具有左侧两种功能,开关、隔离电器,开关,隔离器,隔离开关,熔,断,器,组,合,电,器,熔断器,串,联,开关熔断器组,隔离器熔断器组,隔离开关熔断器组,熔断体,动作,触头,熔断器式开关,熔断器式隔离器,熔断器式隔离开关,开关、隔离器、熔断器组合电器功能与图形符号,二、熔断器,1,、熔断器工作原理,根据熔体受热所产生的物态变化，可分为四个阶段,1,）固态温升。电流在熔体电阻上的损耗使熔体温度上升到金属熔化温度。,2,）定温熔化。从熔体开始熔化到全部熔化。,3,）液态温升。熔融金属液体温度上升至汽化。,4,）燃弧熄弧。熔体汽化出现断点，产生电弧，并最终熄弧。,熔断与熔化：熔体一旦,“,熔化,”,，便不可逆回，但须,“,熔断,”,，保护才实现。熔化并不一定带来熔断。,使熔体熔化的最小电流称为,熔化电流，,使熔体熔断的最小电流称为,熔断电流。,2,、保护特性及主要参数,（,1,）安秒特性,熔化时间,电流曲线,弧前时间,电流曲线,熔断时间,电流曲线,弧前时间与燃弧时间：通电至起弧称为弧前时间，即,t,1,t,3,；起弧至熄弧称为燃狐时间，即,t,3,t,4,。,解释分散性,（,2,）,I,2,t,特性。对极快速熔断的限流式熔断器，不考虑散热，是否熔化、熔断只与热脉冲,I,2,t,有关。分最小弧前,I,2,t,和最大熔断,I,2,t,。,因限流熔断器熔化与起弧几乎同时出现，故最小弧前,I,2,t,即最小熔化,I,2,t,。,（,3,）熔体额定电流,I,r,。指熔体允许长期通过的最大电流。,（,4,）约定时间内的约定熔断,/,不熔断电流。,熔体额定电流,IrA,）,刀型触头熔断器圆筒帽型熔断器,螺栓联接熔断器,偏置触刀熔断器,I,nf,（A）,I,f,（,A,）,I,nf,（A）,I,f,（,A,）,I,nf,（A）,I,f,（,A,）,4,16,（不含）,1.5,I,r,1.9,I,r,1.25,I,r,1.6,I,r,1.25,I,r,1.6,I,r,4,及以下,1.5,I,r,2.1,I,r,1.25,I,r,1.6,I,r,1.25,I,r,2.1,I,r,gG熔体，约定时间均为1h,I,nf,：约定时间内的约定不熔断电流。,I,f,：约定时间内的约定熔断电流。,举例：,I,r,=5A,的螺栓联接熔断器，若通过熔体的实际电流小于,125,I,r,，则肯定不会在,1,小时内熔断；若通过熔断器的实际电流大于,1.6,I,r,，则肯定会在,1,小时内熔断。,约定时间和电流值是生产厂家按标准取定、并在产品特性上体现出来的。,gG,和,gM,熔断体的约定时间和约定电流,熔体额定电流,I,r,（,A,）,约定时间,（,h,）,约定电流（,A,）,I,nf,I,f,16,I,r,63,1,1.25,I,r,1.6,I,r,63,I,r,160,2,160,I,r,400,3,400,I,r,4,I,nf,：约定不熔断电流；,I,f,：约定熔断电流。,（,5,）额定开断电流,I,cr,。指熔断器能够开断的最大短路电流有效值。,（,6,额定最小开断电流,I,cr,min,。指熔断器能够开断的最小短路电流有效。,熔断器除了有最大开断能力限制外，还有最小开断能力限制，也就是说故障电流太小也不能使熔断器可靠开断，这主要是因为若故障电流不够大，其产生的热量就不足以蒸发足够多的熔融液态熔体金属使熔体可靠断开。,（,7,）过电流选择比。上、下级熔体选择性动作所需最小熔体额定电流比值，一般为,1.6,。即：,若上级熔体额定电流为下级的,1.6,倍以上，则下级短路时，能保证下级熔体熔断时，上级熔体尚未熔化。,3,、熔断器类型简介,按结构分：专职人员用，非熟练人员用。,按分断范围分：,g,熔体（全范围），,a,熔体（部分范围）。,按使用类别分：,G,类（一般用途），,M,类（保护电动机），,Tr（,保护变压器）。,如,gG,类，,aM,类、,gM,类等。,三、低压断路器,开关电器保护电器的组合电器。,1,、结构,壳架脱扣器,壳架：纯断路器功能部分。,过电流脱扣器：过电流保护部分。,失压脱扣器：欠电压保护部分。,分离脱扣器：提供远动控制功能。,2,、,工作原理,3,、过电流脱扣器过电流保护特性,长延时脱扣器为反时限特性；短延时脱扣器为固定时限特性，时限可调；瞬时脱扣器为无时限特性。,长延时脱扣器,瞬时脱扣器,长延时脱扣器,短延时脱扣器,瞬时脱扣器,非选择型,选择型,4,、主要参数,（,1,）壳架等级额定电流,I,rQ,。,指断路器壳架部分的额定电流，包括接线端子、主触头系统、连接导体等。,旧称断路器壳架等级电流，记为,I,mn,。,（2）,脱扣器额定电流,I,rR,（,或,I,rt,）。,指装于壳架内的过电流脱扣器（,Release,或,trip）。,旧称断路器额定电流，记为,I,n,。,相互关系：运行电流须通过壳架才能流过脱扣器，因此脱扣器额定电流不可能大于壳架额定电流，即：,I,rR,I,rQ,。,（,3,）长延时脱扣器动作电流（,I,op,1,）,整定范围。,长延时脱扣器作过负荷保护用，其动作值整定范围是脱扣器额定电流,I,rR,的函数。典型情况为：,I,op,1,（0.61.0）,I,rR,在以上范围内根据保护计算结果确定动作值，可无级或有级调整。,（,4,）,短延时脱扣器动作电流（,I,op,2,）,整定范围。,短延时脱扣器作与下级选择性配合的短路保护用，其动作值整定范围典型情况为：,I,op,2,（38）,I,rR,短延时脱扣器动作延时也有一定的调整范围。,（,5,）瞬时脱扣器动作电流（,I,op,3,）,整定范围。,瞬时脱扣器作短路保护用，其动作值整定范围典型情况为：,I,op,3,（510）,I,rR,配电用,I,op,3,（815）,I,rR,保护电动机用,（,6,）长延时脱扣器约定时间的约定电流。,约定时间：,I,rR,63A,时，,1,h；,I,rR,63A,时，,2,h。,约定不脱扣电流：,1.05,I,rR,。,约定脱扣电流：,1.30,I,rR,。,约定时间内的约定脱扣,/,不脱扣电流含义与熔断器类同。,产品铭牌参数识读示例,5,、类型,第四节 低压系统短路电流计算,一、低压系统短路电流计算特点,（,1,）低压系统一般只有一个电压等级，采用有名值法计算更为直接方便。,（,2,）低压系统线缆阻抗中电阻所占比重较大，因此应采用短路阻抗进行计算，不能忽略电阻。,（,3,）因短路阻抗数值较小，应计入包括母线在内的各种元件的阻抗值，但导线连接点接触电阻、开关触头接触电阻、短路点电弧阻抗等可忽略不计。,（,4,）电阻计算要考虑温度的影响。计算系统首端（电源端）三相短路电流，以保守的态度取,20,时的电阻值进行计算；计算末端单相短路电流，以保守的态度估算，一般以,20,时电阻值的,1.5,倍进行短路电流计算。,（,5,）变压器一次侧系统阻抗可只以电抗计入，或按电阻等于电抗的,10%,估算，这时电抗等于系统阻抗的,99.5%,。,（,6,）计算,380/220V,系统的短路电流时，三相短路时计算电压取平均电压，即,400/230V,，单相短路时取标称电压，即,380/220V,。,二、三相及两相短路电流计算,三相短路电流,两相短路电流,式中,I,k,三相稳态短路电流有效值（,kA,）；,两相稳态短路电流有效值（,kA,）；,U,av,电源平均线电压（,V,）；,z,k,短路回路阻抗（,m,）；,r,k,短路回路电阻（,m,）；,x,k,短路回路电抗（,m,）。,三、单相短路电流计算,在低压系统设计中，单相短路电流不仅涉及到系统本身的问题，还涉及到电击防护安全性、电气火灾预防等公共安全性问题，应高度重视。,单相短路是一种不对称短路，因此应采用对称分量法进行计算。但工程上还根据对称分量法发展出一些更简便的方法，如相中（或相保）阻抗法等。,以下以,TN,系统相线与保护线之间的短路为例，介绍单相短路电流计算方法。相线与中性线间短路电流计算方法类同。,1,、原理性的序阻抗计算法,根据对称分量法推导，得出单相短路电流的序阻抗计算法公式如下：,式中短路回路的正、负、零序阻抗包括四个部分，即变压器一次侧系统阻抗、变压器阻抗、母线阻抗和线路阻抗。,正、负序阻抗总是相等的。一次侧系统零序阻抗与变压器连接组有关；变压器零序阻抗可查表求得；母线、线路的零序阻抗，除相线外，还包括保护线（或中性线）的零序阻抗。,2,、工程实用的相保（中）阻抗法,以相线与保护线短路为例,式中,Z,P,短路回路总相保阻抗（,m,）；,Z,P,S,一次侧系统相保阻抗（,m,）；,Z,P,T,变压器相保阻抗（,m,）；,Z,P,B,母线相保阻抗（,m,）；,Z,P,WL,线路相保阻抗（,m,）。,3,、短路回路各部分相保阻抗的求取。,（,1,）高压侧系统（,S,）相保阻抗。,对于最常用的,Dyn11和,Yyn0,配电变压器，高压侧线电流中不可能有零序电流，故不计入高压侧零序阻抗；又因为高压侧本无,PE,线，相保阻抗就等于相计算阻抗，即：,（,2,）变压器（,T,）相保阻抗。,忽略变压器中性点接地母排上中性点与,PE,线连接点间的那一段线路阻抗，变压器相保阻抗也只有相阻抗，因此：,式中 、,变压器短路阻抗（,m,）；,、,变压器零序短路阻抗（,m,）,，与变压器连接组有关，查变压器产品样本或设计手册可得。,（,3,）母线（,B,）相保阻抗。包括相计算阻抗和保护线计算阻抗。,很多设计手册直接给出了各种规格母线单位长度的,R,P,和,X,P,，可直接引用，只是要特别注意给出,R,P,的温度，若为,20,，应乘以,1.5,进行修正。电抗不进行温度修正。,（,4,）线路（,WL,）相保阻抗。,与母线相同，依据是单位长度的序阻抗值，电阻同样要进行温度校正。,同样，很多设计手册直接给出了各种规格线路单位长度的,R,P,和,X,P,，可直接引用，但应注意电阻的温度校正。,第五节低压配电线路的过电流保护,一、过电流及保护原则,超过线路允许载流量的电流都叫过电流，有两种情况，一种是过负荷，另一种就是短路。,1,、过电流及其危害,（,1,）过负荷。轻度：至百分之二三十，缩短线路寿命；重度：百分之百至少数几倍，短时间软化绝缘，引发漏电、短路等故障。,（,2,）短路。短路电流大线路允许载流量的几倍至几十倍，甚至上百倍。其危害已如前述。,2,、过电流保护原则,保护装置应先于被保护元件被过电流效应损坏而动作。,二、低压配电线路的短路保护,1,、短路保护的基本要求,（,1,）短路保护电器的开断电流应不小于其安装处的最大预期短路电流，但当上级保护电器能有效开断该电流时例外。,（,2,）应保证被保护线路的短路热稳定性，即在导体温度上升到允许限值前切断电源。即：,二、由低压断路器实施的短路保护,由低断的瞬时或短延时脱扣器实施短路保护。,（,1,）瞬时脱扣器动作值整定。按不误动整定。,对动力类线路：,对照明类线路：,解释以上公式的含义。,（,2,）短延时脱扣器动作值整定,短延时脱扣器做短路保护时，一般不涉及单纯的照明线路。,1,）动作电流整定。,解释电动机启动电流选取与瞬时脱扣器时的不同。,2,）动作时间整定。,按选择性原则，与下一级的短延时脱扣器或熔断器配合。,（,3,）灵敏性校验,要求末端最小短路时，不小于,1.3,。,三、由熔断器实施的短路保护,（,1,）动作值整定,动力类线路：,照明类线路：,（,2,）上、下级选择性配合,上、下级熔断器熔体额定电流之比大于过电流选择比，该比值典型值为,1.6,。,（,3,）灵敏性校验,只要最大熔断时间满足线路热稳定要求即可。,三、低压配电线路过负荷保护,1,、对过负荷保护的基本要求,（,1,）保护电器应在过负荷电流引起的导体温升对绝缘、接头、端子或导体周围物质造成损害之前分断电路。,（,2,）对突然断电比过负荷造成的损失更大的线路，过负荷保护只动作于信号。,第一个公式：保证不误动。,第二个公式：满足以上要求（,1,）。,I,2,保护电器在约定时间内的约定动作电流。,I,op,保护电器动作电流。,I,C,被保护线路计算电流。,I,con,保护线路允许载流量。,2,、由低压断路器实施的过负荷保护,由低断的长延时脱扣器实施过负荷保护。,根据低压断路器的产品标准和试验方法，,I,2,与长延时脱扣器动作电流,I,op1,的关系为,I,2,1.3,I,op1,，,I,2,1.45,I,con,等效为,I,op1,1.16,I,con,，,取保守的估算，得长延时脱扣器动作值为：,3,、由熔断器实施的过负荷保护,只有部分类型的熔体有可用的参数，见本章第三节。还有很多类型的熔体缺乏相关的参数，无法进行校验。,（,1,）动作值整定,动力类线路：,照明类线路：,（,2,）上、下级选择性配合,上、下级熔断器熔体额定电流之比大于过电流选择比，该比值一般为,1.6,。,（,3,）灵敏性校验,只要最大熔断时间满足线路热稳定要求即可。,第六节 低压配电线路带电导体截面积选择,电力线缆包括电力电线（,wire,）和电力电缆（,cable,），电力电线又包括绝缘导线和裸导线。现欧盟国家已将绝缘导线和电缆统称电缆。,还有一些特殊类型的电力线，如密集式母线槽、滑触线等。,以下约定：所谓截面选择，指导体截面积的确定。,一、线缆相导体截面选择,线缆导体截面选择是线缆选择的核心内容，它关系着载流量、短路热稳定、保护灵敏性、节能、电压损失、电击防护、机械强度等多个方面。,1,、按长期温升条件选择,给定负荷前提下，导体截面积越小，损耗越大，温升越高。根据允许载流量定义，由温升确定、且与导体截面积正相关的允许载流量应满足以下关系。,2,、按电压损失校验,这是导体截面积与电能质量的关系，有时还需要考虑电压波动与电压闪变。,按电能质量对电压偏差的要求，确定出允许的电压损失，再计算所选线缆实际电压损失是否满足要求，若不满足，则加大截面再校验。,3,、按机械强度校验,业界一般会给出机械强度最低截面要求数据，只要所选线缆截面不小于最低值即可。对于特殊气象条件下或特殊敷设条件下的架空线，则应专门计算。,4,、按短路热稳定校验,要求线缆能经受短路电流的热冲击，即：,对于电线，线路上任何一点都可能发生短路，因此应以首端为短路电流计算点。,对电缆线路，一般只考虑电缆头发生短路，首端电缆头短路并不会损坏电缆，因此考虑电缆的末端或多根级联电缆的第一个接头处为短路电流计算点。,5,、按保护灵敏性校验,即末端最小短路电流，应比保护动作值大一定的量值。若灵敏性不满足要去，应加大截面以减小电阻。,架空线的中、高压系统中，短路阻抗主要成分为电抗，因此加大截面，对减小短路阻抗的作用并不明显。但对于电缆线路的中压系统，以及低压系统，短路阻抗主要成分为电阻，因此加大截面对减小短路阻抗强有效。,二、中性线导体截面选择,考虑三相不平衡电流、,3,n,次谐波电流、单相短路保护灵敏性和热稳定性等问题。,工程应用：三相动力线路，,N,线截面选为相线截面一半；三相照明线路，,N,线截面选为与相线等截面；单相线路，,N,线截面必须与相线截面相等。,在某些情况下，,N,线截面可能大于相线截。,第三章 电击防护,第一节 电流通过人体产生的效应,第二节 电气设备及装置的电击防护措施,第三节 低压系统自身的电击防护性能分析,第四节 低压系统上专门的电击防护措施,第五节 作业场所的电击防护措施,第六节 电击防护措施的综合应用示例,第七节 间接电击防护工程设计计算,本章重点讨论以下问题。,1,、人体对低压工频交流电的承受能力。,2,、电击产生的途径与强度计算。,3,、工程上常用的电击防护措施。,4,、工程设计中电击防护措施的综合应用。,第一节 电流通过人体的效应,一、电击形式,1,、直接电击,人或动物触及到正常工作时带电的导体所产生的电击。,特点：电击强度为线电压或相电压。,2,、间接电击,人或动物触及到正常工作时本不带电、但却因故异常带电的导体所产生的电击。,特点：点击强度差异很大，多因故障产生。,二、电流通过人体时的生理反映,（,1,）反应阈。,0.5,mA。,（2）,感知阈。以,50,概率计，男：,1.1,mA；,女：,0.7,mA。,（3）,摆脱阈。以,50,概率计，男：,16,mA；,女：,10.5,mA。,（4）,室颤阈。是电流持续时间的函数，最低值,50,mA。,大于室颤阈的电流被认为是致命的。,三、工程标准,主要确定室颤电流与时间的关系。,（,1,）达尔基尔公式。认为室颤危险性与电击能量累积有关，在电流持续时间,0.015,s,内：,I,2,t,=,K,D,K,D,达尔基尔常数，取值,116,2,mA,2,s,。,（2）,柯宾公式。认为室颤危险性与电流时间积相关，在电流持续时间,1,s,以内：,I,t,=,K,K,K,K,柯宾常数，取值,50,mA,s。,（,3,电流,-,时间分区图,/,表（,IEC,及,GB）。,区域代号,区域界限,生理效应,AC-1,一直到线,a0.5mA,通常无反应,AC-2,自线,a0.5mA,至线,b,1,),通常无有害的生理效应,AC-3,自线,b,至曲线,c,1,通常不会发生器质性损伤。可能发生肌肉痉挛似的收缩，当通电超过,2,s,时呼吸困难。随着电流量和通电时间增加，使心脏内心电冲动的形成和传导有可以恢复的紊乱，包括心房纤维性颤动和心脏短暂停搏。但不发生心室纤维性颤动。,AC-4,在曲线,c,1,以右,电流量和通电时间再增加，除出现区域,3,效应外，还可出现如心室纤维性颤动、心跳停止、呼吸停止、严重烧伤等危险的病理生理效应,AC-4-,1,c,1,至,c,2,心室纤维性颤动概率可增加到,5%,AC-4-2,c,2,至,c,3,心室纤维性颤动概率可增加到约,50%,AC-4-3,超过曲线,c,3,心室纤维性颤动概率超过,50%,四、人体阻抗与安全电压,人体阻抗为阻、容性,人体电阻为电压的函数,还与接触面积、压力等有关,由以上曲线换算出接触电压与允许接触时间的关系。,结论：正常环境条件下，人体阻抗取,1000,（,近似纯阻性）,；工频安全电压取,50,V。,一般潮湿环境下工频安全电压取,25,V。,其他特殊环境条件下安全电压取值应非常谨慎。,第二节 设备及装置的电击防护措施,是根本性措施，预防性措施。主要防直接电击。,基本思想：消除接触到带电导体的可能性。,具体技术手段：绝缘、屏护与间距三种。,设备（,equipment,，,device,）：工厂生产的具备特定功能的完整单元，作为整体提供给用户。,装置（,installation,）：一系列相关设备及零、部件组合而成的整体，具备更完整、复杂的功能。一般在工作现场组装完成，也不排除在工厂（部分）组装。,一、用电设备按电击防护方式的分类,1,、分类所考虑的因素,绝缘、外壳上提供的保护可能、电压值。,（,1,）绝缘的作用,1,）工作绝缘：防止不同电位导体间发生电气接触，保证设备正常工作，又称功能性绝缘。如三相设备的相间绝缘。,2,）保护绝缘：防止发生电