电气安全一电气安全基础版PPT课件.ppt

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 工程接地装置 第六节 外界影响及环境技术基础 第七节 安全认证及电气安全相关的标准化组织1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。需要电能的工作都面临的问题，在现代社会极其广泛和基础，与环境污染等问题类同，属于技术性的社会问题。2、自然背景 自然界雷电、静电、电磁辐射等产生的危害。包括对电气电子系统和非电对象的危害。2 3、技术发展规律背景 理论（如物理学）研究获得突破趋利应用 形成工程（业）体系 负面作用显现形成技术性社会问题避害对策 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、灾害形式的多样性、工程体系的系统性与综合性等，形成以电气工程学科为主干的多学科交叉的学科背景3 二、电气安全问题的工程现状 1）对比知不足与IEC、IEEE等标准对比，内容与涉及范围的差距；与电气安全先进国家单位用电量事故率对比。2）学习与进步国家标准逐渐与国际标准接轨；行业广泛的贯标技术交流活动；勘察设计行业与设备制造业和施工安装行业的相互促进；院校专业教育对相关知识原理性和系统性的强化等。3）努力的方向更新观念（非常困难），纠正错误，普及知识，发展技术。4 三、本课程研究范围和重点 面向非电气专业场所，面对非电气专业人员，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”5 四、本课程的特点和学习方法 1、特点 案例式教学特征。2、学习方法 1）掌握知识结构两条主线：电气安全问题的理论基础；电气安全问题在工程体系中的位置。2）归纳共性，对比个性。3）从问题出发展开研究。6第二节 电气危害一、电气危害分类7 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、静电及其他电磁污染 危害对象：环境中的事物，包括电气电子系统、室内空间和建（构）筑屋实体等。8 三、电气危害的特点 1、非直观。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。不同危害之间、危害与防护措施之间、不同防护措施相互之间。9 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技术依据。10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107m。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11 1、绝缘材料的主要电气参数 （1）绝缘电阻率。107m。与温度反相关，温度每降低10，增大1.52倍。注意绝缘的温度特性与导体相反。与所加电压反相关。与湿度反相关。与特性老化相关。12 （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。载流子多少主要与材料中的杂质和老化因素有关。13 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。三个支路解释实际介质理想介质14 3）介质损耗角与介损因数tan。介损功率大小与介质体积、形状尺寸等有关，不能表征材料的性质。介损角在规定测试条件下只与材料有关。工程上一般测量介损角正切值tan，称为介损因数。实际介质相量图理想介质有功损耗在相量图上表现为电流的有功分量大小，即电流相量在电压相量上的投影大小。15 （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：规定的正常条件下空气的直流介电强度为3kV/mm。16小结：绝缘材料的最常见电气参数为：绝缘电阻率、介损因数（或介质损耗角）和介电强度。这些参数只与介质材料有关，与介质形状、尺寸体积等无关。介质材料电气参数受温度、湿度等环境条件影响较大。17 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。耐热等级耐热等级YAEBFH长期允许使用的最高温度长期允许使用的最高温度/C90105120130155180 绝缘耐热分级有时又称为绝缘等级，取决于绝缘热老化特性，注意不要与介电强度参数混淆。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。18 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制作的绝缘体，连同全部端子组成的完整几何结构，称为绝缘结构。绝缘结构可理解为由绝缘物料所加工成的零、部件，以方便应用在各种不同的电气设备上。绝缘结构按功能可分为工作绝缘和保护绝缘。19 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。由基本和附加绝缘构成的组合绝缘结构。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。20a、b、c、d双重绝缘 e、f加强绝缘21 3、爬电距离和电气间隙 是两个与绝缘结构相关的常用参数。爬电现象：带电部分沿绝缘表面发生的电弧放电。电弧呈水纹或树枝样，像在绝缘表面爬行一样。22 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Rx的一元函数绝缘电阻R23 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。反接线试件接地正接线试件不接地24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特定可导电部分与电气“地”进行电气连接的技术措施。25 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。26 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。旧称高频接地。（现有的领域已将其划归为功能性接地或保护性接地中，如GB/T 17045 电击防护 装置和设备的通用部分之3.17.7条定义功能接地为：为了电气安全之外的目的，将系统、装置或设备中的一点或多点接地。如此，电磁兼容接地中抗干扰接地属于功能性接地，电涌保护接地属于保护性接地）27 三、接地装置原理构成及接地电阻 1、构成：由接地极（金属）、接地线构成 接地极周围的土壤、岩石等虽然不是接地装置的构成部分，但对接地装置的电气性能影响很大，可视为与接地装置相关的外部因素。接地极作用：获取基准电位，提供电荷通道。接地线作用：将接地极连接点引至地面以上并与接地系统或设备相连。28习惯上，在工程接地装置中，称接地装置在地中的部分为接地体，而构成接地体的每一金属构件则称为接地极，有水平接地极、垂直接地极等。接地体可由单个接地极构成，也可由若干个接地极电气连接构成。现按照IEC标准术语，再无接地体一词，接地极既指接地体，又可指构成接地体的各单一接地极。29 2、接地电阻 RE 接地电阻；Ra工频接地电阻；Ri冲击接地电阻；UoE接地点与无穷远大地参考点间电压；IE 流入接地点的电流；冲击系数，一般小于1。30 四、局部地、参考地概念及接地电阻的形成 局部地：接地点附近电位随接地电流而变化的大地区域称为局部地。局部地范围大小与接地极形式和土壤情况相关。参考地：远离接地点、电位不随接地电流大小而变化的大地区域称为参考地。参考地区域的电位称为参考地电位，或简称地电位。局部地区域的电位则称为地中或地面某一点的电位，有接地电流时不等于参考地电位。31散流场及接地电阻形成探讨地中等位面（剖面图）地面等位线（俯视图）接地电阻由无数薄球壳土壤电阻串联而成（忽略接地极金属电阻）。球壳土壤电阻与面积成反比，因此越远的球壳，对接地电阻的贡献越小，直至可略而不计，此处以外的区域即为参考地。32用于系统图，表示有接地（正常或故障）用于接地装置讨论，表示地中接地极实体用于等效电路，表示参考地或系统图中符号系统图符号的等效电路33 关于接地装置的利用方式问题 34第五节 工程接地装置接地装置是接地技术得以实施的物质条件，厘清接地技术与接地装置间的关系。工程接地装置的构成：35 一、人工接地极 1、垂直接地极 作法：角钢、钢管等型材，镀锌防腐。深度：与接地电阻反相关，但达到一定深度（一般约为3m）后，对接地电阻影响减小到可忽略。密度：与接地电阻正相关，但间距小于5m后，因屏蔽效应，对接地电阻影响减小到可忽略。接地线接地极顶深0.6m以上36 2、水平接地极 作法：扁钢、圆钢等型材，镀锌防腐。深度：一般埋深在0.6m以下。间距：一般不小于5m，最大间距要考虑电位均衡问题。3、接地网 作法：由水平接地极构成闭合环路，可有若干网格，水平接地极还可连接垂直接地极。37 加装均压带的接地网加装均压带的接地网 38车间变电所的接地装置平面布置图车间变电所的接地装置平面布置图39 二、自然接地极 接地极由建筑基础金属构件构成、接地引线也可利用结构金属构成。40 三、跨步电压与转移电压 Ut与接地电流、人所站位置、步距等有关。一般关心最大跨步电压Ut max。以步距T=1.0m（有的取0.8m）、一脚在接地极边沿为依据计算跨步电压。防护技术路径：减缓散流场电位梯度，地坪与接地极绝缘。单根垂直接地极41 接地装置转移电压：一端连接在接地系统上的导体传递的接地系统对参考地的电位差。转移电压一般在电气系统故障或防雷系统泄放雷电流时产生，是电气危害的一种重要加害形式，与电击防护、过电压防护、电气火灾预防等都有密切关系。对电子信息系统还产生电磁兼容问题。42 四、接地电阻测量 1、两电极法及存在的问题 关键问题：测试极C的接地电阻与被测对象E的接地电阻不能分离。测试结果：思考：与电阻元件阻值测量有何不同？原因何在？在测量的一般意义上，该问题属于什么问题？被测接地极测试极43 2、三电极法原理：将被测接原理：将被测接地极上的电压、地极上的电压、电流分离测量。电流分离测量。关键点：关键点：P电极电极处于参考地处，处于参考地处，且且P电极上无电电极上无电流通过；流通过；E、P、C在同一直线上在同一直线上只是为了方便。只是为了方便。44第六节 外界影响及环境技术基础 一、外界影响 就低压电气装置而言，“工作条件”指电气设备所需的电压、电流、频率、功率、兼容性等。而“外界影响”则指工作场所中对电气设备功能和安全性有关的因素，包括三个大的部分：（1）环境条件；（2）使用情况；（3）建筑结构。与我国传统的“环境条件”相比，“外界影响”更精细地考虑了人员安全问题。是社会价值观在工程问题中的具体体现。我国在供配电系统工程领域已经逐步接受“外界影响”这一概念并采纳相应的做法。454647484950 二、电工电子产品环境条件 环境条件分自然环境条件（如正常、湿热、沙尘、高海拔等）和应用环境条件（如户内、户外、车用、船用等）。3项国家标准对此作出规定。GB/T 4796电工电子产品环境条件分类 第1部分：环境参数及其严酷程度 GB/T 4797电工电子产品自然环境条件 GB/T 4798电工电子产品应用环境条件51 三、环境试验 （1）自然暴露试验：将样品长期暴露在自然环境条件下测试。（2）现场运行试验：将样品装置于典型使用现场并在其正常工作条件下测试。（3）人工模拟试验：在实验室内模拟一个或多个环境因素作用，并予以适当强化后对样品测试。52第七节 安全认证及电气安全相关的标准化组织 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。53 强制性认证与自愿认证。自我认证、用户方认证与第三方认证。从社会管理角度看，认证属于合格性评定系统的组成部分，关系着市场准入问题，还关系着双边或多边贸易中技术壁垒等问题。54 2、电气产品安全认证的范畴与范围 指按照设计用途安装和使用产品时，产品不应对使用者、牲畜或财产的安全构成危害。广义的安全问题（如不可降解材料污染环境、泄密等）不属于认证内容。安全问题由国家标准GB19517国家电气设备安全技术规范规定，该标准覆盖交流501500V、直流751500V的各类电气设备。安全认证涉及的电气产品范围由相关组织确定。我国由认监委行政法规规定。55 3、电气产品安全认证与电气安全工程的关系 电气产品安全认证是对产品安全性的一种确认，但电气安全还包括合理选用产品、正确的设计和施工安装、正确的使用运行和维护管理等环节。产品安全性是安全的基础，但不是全部。因此，电气产品安全认证是电气安全的制度性基础之一。56 二、常见认证简介 1、中国3C认证强制性第三方认证 2、美国UL认证第三方认证 3、欧盟CE认证自我认证 4、德国GS认证第三方认证57。认可委认证机构1认证机构m认可检测机构1检测机构n。签约实验室1签约实验室k。提交检测文件提供试验服务签约认可相互独立3C认证简介认监委授权委托认可指定58二、电气安全相关标准化组织简介 1、国际电工委员会IEC SMB：标准管理局，下设若干TC（技术委员会）和TAC（技术顾问（或咨询）委员会）等机构。ACOS：安全顾问委员会，属于TAC。向相关TC提出横向安全要求，以制定基础安全标准；向有关家用及类似场所TC提出系列安全要求，以制定安全系列标准。以上两类标准，前者是后者的依据。TC64：电气装置和电击防护技术委员会5960 2、国家标准化管理委员会SAC TC25：全国电气安全标准化技术委员会。其工作职能类似于IEC/ACOS。TC205：全国建筑电气装置标准化技术委员会。业务范围对应于IEC/TC64。以上标准化组织及其出版物与本课程非常密切相关。61