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电工电路技术基础之工业企业供电及安全用电


第13章 工业企业供电及安全用电 13章
13.1 13.2 13.3 电力系统 工业企业配电 安全用电

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第13章 工业企业供电及安全用电 13章
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了解安全用电的基本常识。 1.了解安全用电的基本常识。 了解安全用电的基本常识

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13.1 电力系统
13.1.1 电力系统概述 电力是现代工业的主要动力, 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、 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。 电所及用电设备的总称。 电力系统由发电、输电和配电系统组成。 电力系统由发电、输电和配电系统组成。 1. 发电 发电是将水力、火力、风力、 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, 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。 近几年也在发展核能发电。 发电机组发出的电压一般为 6 ~ 10 KV。 。
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2. 输电 输电就是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 型用电户。输电网是由 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。 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 6~10KV 电压 输电过程中 一般将发电机组发出的 经升压变压器变为 高压, 经升压变压器变为 35~500KV 高压,通过输电线可 远距离将电能传送到各用户 到各用户, 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 6~10KV 高压。 高压变为 高压。 高压

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3. 配电 级以下的配电线路和配电(降压 降压) 配电是由 10KV 级以下的配电线路和配电 降压 变压器所组成。 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。 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 及以上的电压称为高压。 高压:1KV及以上的电压称为高压。 有1, 3, 6, 10, 35, 110, 330, 550KV等。 等 低压:1KV及以下的电压称为低压 及以下的电压称为低压。 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 以下的电压称为低压。 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: 我国规定的安全电压等级有:12V、24V、36V等。 、 、 等
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电力系统的示意图
10kV 220kV 10kV 至 用 户 地区枢纽所 35kV 电 配 升压变电所 10kV

~
水力 升压 发电厂 变电所 220kV 10kV 电 所 的

~
力 发电厂 电 电 地

220kV 35kV 35kV 变电所

力系统 区 的发电 变压 电 电 电

13.2

工业企业配电

13.2.1 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、 低压配电线路是由配电室 配电箱)、低压线路、 配电箱 用电线路组成。 用电线路组成。 通常一个低压配电线路 容量在几十千伏安到几 低压配电线路的 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。 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, 理地分配电能,有效的管理线路,提高线路的可靠 一般都采用分级供电的方式。 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, 或空间的分布,将用户划分成供电区和片,通过干 支线向片、区供电。 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。 级的网状结构。
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13.2 工业企业配电
13.2.1 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、 配电箱)、 低压配电线路是由配电室 配电箱 、低压线路、 用电线路组成。 用电线路组成。 低压配电线路的联接方式主要是放射式和树干 式两种。 式两种。 变电所 变电所 配电室 放射式配电线路 配电室 树干式配电线路
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某校实验楼树形供电线路示意图
11层配电箱 层配电箱 分支线

10kV

1 # 干线 教学区 配电柜去教学楼 2层配电箱 层配电箱 分支线

配电变压器 1 # 主配 电柜

2 # 干线 生活区 配电柜去宿舍

1层配电箱 层配电箱

分支线

食堂
3 # 干线 实验区 配电柜

……
X房间 X房间 房间 房间 实验楼总 配电箱 配电箱 配电箱

去报告厅

配电柜

实验楼
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13.3 安全用电
13.3.1 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 违反“停电检修安全工作制度” 维修人员触电。 维修人员触电。 (2) 违反“带电检修安全操作规程”,使操作人员 违反“带电检修安全操作规程” 触 及电器的带电部分。 (3) 及电器的带电部分。 带电移动电器设备。 带电移动电器设备。 (4) 用水冲洗或用湿布擦拭电气设备。 用水冲洗或用湿布擦拭电气设备。 (5) 违章救护他人触电,造成救护者一起触电。 违章救护他人触电,造成救护者一起触电。 (6) 对有高压电容的线路检修时未进行放电处理导 致触电。 致触电。
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2) 施工不规范 (1) 误将电源保护接地与零线相接,且插座火线、 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。 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。 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 照明电路的中线接触不良或安装保险, 中线断开,导致家电损坏。 中线断开,导致家电损坏。 (4) 照明线路敷射不合规范造成搭接物带电。 照明线路敷射不合规范造成搭接物带电。 (5) 随意加大保险丝的规格,失去短路保护作用, 随意加大保险丝的规格,失去短路保护作用, 导致电器损坏。 导致电器损坏。 (6) 施工中未对电气设备进行接地保护处理。 施工中未对电气设备进行接地保护处理。
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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。 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 带电作业时, 成维修人员触电。 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 产品使用劣质材料,使绝缘等级、 很低,容易造成触电。 很低,容易造成触电。 (4) 生产工艺粗制滥造。 生产工艺粗制滥造。 (5) 电热器具使用塑料电源线。 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; 电力线突然断裂使行人触电;狂风吹断树枝将 电线砸断; 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。 事件均会造成触电事故。
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13.3.2 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: 人体触电时,电流对人体会造成两种伤害: 电击和电伤。 电击和电伤。 电击是指电流通过人体 影响呼吸系统、 是指电流通过人体, 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。 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, 电伤是指在电弧作用下或熔断丝熔断时,对 是指在电弧作用下或熔断丝熔断时 人体外部的伤害,如烧伤、金属溅伤等。 人体外部的伤害,如烧伤、金属溅伤等。 调查表明, 调查表明,绝大部分的触电事故都是由电击造 成的。 成的。电击伤害的程度取决于通过人体电流的大 持续时间、 小、持续时间、电流的频率以及电流通过人体的 途径等。 途径等。
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1. 人体电阻 人体电阻因人而异, 人体电阻因人而异,通常为 104 ~ 105 ,当角质 外层破坏时,则降到800~1000。 外层破坏时,则降到 2. 电流强度对人的伤害 人体允许的安全工频电流 安全工频电流: 人体允许的安全工频电流 30mA 工频危险电流: 工频危险电流 50mA 3. 电流频率对人体的伤害 电流频率在40Hz ~ 60Hz对人体的伤害最大。 对人体的伤害最大。 电流频率在 对人体的伤害最大 实践证明,直流电对血液有分解作用, 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。 流不仅没有危害还可以用于医疗保健等。 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。 电流通过人体的时间愈长,则伤害愈大。
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电流的路径通过心脏会导致神经失常、 电流的路径通过心脏会导致神经失常、心跳停 血液循环中断,危险性最大。 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。 经从右手到左脚的路径是最危险的。 5. 电压对人体的伤害 触电电压越高,通过人体的电流越大就越危险。 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 以下的电压定为安全电压。 因此, 以下的电压定为安全电压 进行设备检修使用的手灯及机床照明都采用安全 电压。 电压。

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13.3.3 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 这时人体处于相电压下,危险较大。 这时人体处于相电压下,危险较大。 通过人体电流: 通过人体电流: UP Ib = = 219mA >> 50mA R0 + RP 式中: 式中 UP: 电源相电压 (220V) Ro: 接地电阻 ≤ 4 Rb: 人体电阻 1000

R0
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(2) 电源中性点不接地系统的单相触电

Ib

R' 对地绝 缘电阻

人体接触某一相时,通过人体的电流取决于人 人体接触某一相时, 体电阻R 与输电线对地绝缘电阻R' 的大小。 体电阻 b与输电线对地绝缘电阻 的大小。 若输电线绝缘良好,绝缘电阻R' 较大, 若输电线绝缘良好,绝缘电阻 较大,对人体 的危害性就减小。 的危害性就减小。 但导线与地面间的绝缘可能不良( 较小) 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。 甚至有一相接地,这时人体中就有电流通过。
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(3) 双相触电 这时人体处于线电压下, 这时人体处于线电压下, 通过人体的电流: 通过人体的电流:

Ul 380 Ib = = = 0.38A Rb 1000 = 380mA >> 50mA
触电后果更为严重

Ib

双相触电

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, 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, 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。 相触电。大多数触电事故属于这一种。
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3. 跨步电压触电 在高压输电线断 线落地时, 线落地时,有强大 的电流流入大地, 的电流流入大地, 跨步电压 在接地点周围产生 双脚跨步 电压降。如图所示。 电压降。如图所示。

U

电位分布

接地点

0.8m 20m 当人体接近接地点时, 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, 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。 间的跨距,接地电流大小等因素有关。 一般在20m之外,跨步电压就降为零。如果误入 之外, 一般在 之外 跨步电压就降为零。 接地点附近,应双脚并拢或单脚跳出危险区。 接地点附近,应双脚并拢或单脚跳出危险区。
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13.3.4 接地和接零 为了人身安全和电力系统工作的需要, 为了人身安全和电力系统工作的需要,要求电气设 备采取接地措施。按接地目的的不同, 备采取接地措施。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。 作接地、保护接地和保护接零。 1. 工作接地 即将中性点接地。 即将中性点接地。 目的: 目的: (1) 降低触电电压 R0 (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, 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。 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
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2. 保护接地 电气设备外壳未装保护接地时: 电气设备外壳未装保护接地时:

Ie Ib R'

C' 分布电容 对地绝缘电阻

当电气设备内部绝缘损坏发生一相碰壳时: 当电气设备内部绝缘损坏发生一相碰壳时:由于 当人触及外壳,接地电流 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 地后 再经其它两相对地绝缘电阻 ′ 及分布电容 ′ 回到电源。 回到电源。当R′ 值较低、C′ 较大时,Ib 将达到或超 ′ 值较低、 ′ 较大时, 过危险值。 过危险值。
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保护接地:将电气设备的金属外壳 正常情况下是 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 接地。 不带电的 接地。 ( 用于中性点不接地的低压系统 )

I0

Ie Ib R'

C'

利用接地 装置的分流 R0 作用来减少 通过人体的电流: 通过人体的电流: Ib = Ie 通过人体的 R0 + Rb Rb与Ro并联,且 Rb Ro 并联, 电流。 电流。 通过人体的电流可减小到安全值以内。 ∴通过人体的电流可减小到安全值以内。
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R0 电气设备外壳有保护接地时

保护接零( 三相四线制系统) 保护接零(用于 380V / 220V 三相四线制系统) A 将电气设备的外壳可 B 靠地接到零线上。 靠地接到零线上。 C N 当电气设备绝缘损坏 造成一相碰壳, 造成一相碰壳,该相电 源短路, 源短路,其短路电流使 保护设备动作, 保护设备动作,将故障 设备从电源切除, 设备从电源切除,防止 Ro (a) 人身触电。 人身触电。 把电源碰壳,变成单相短路, 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。 可靠地动作,切断电源。
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注:中性点接地系统 (1) 不允许采用保护接地,只能采用保护接零; 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。 不准保护接地和保护接零同时使用。 A 保护接地和保护接零同时使用时 B C 相绝缘损坏碰壳时, 当A相绝缘损坏碰壳时, N 接地电流 UP

Ie =

式中: 保护接地电阻4 式中:R0:保护接地电阻4 R′0:工作接地电阻4 工作接地电阻4 R0 R'0 220 Ie = = 27.5A (b) 4+ 4 此电流不足以使大容量的保护装置动作, 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。 备外壳长期带电,其对地电压为110V。
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′ Ro + Ro

Ie


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