电气安全第1章.ppt

课程说明：课程：电气安全与防火防爆学时：36，学分：2，无实验课程类别：限选课教材名称：电气安全工程李悦，杨海宽防火防爆徐厚生，赵双其参考书：电气安全陈晓平.机械工业出版社电气安全工程杨有启.首都经济贸易大学出版社防火与防爆杨泗霖.首都经济贸易大学出版社防火防爆工程学高永庭.国防工业出版社*电源线接头不符合要求。电源线严禁沿金属脚手架敷设*电源与护栏接触部位未垫绝缘层*机具电源线不使用插头*保险丝上接线*低压电路接头处电源线裸露*低压电线接头紧挨着楼梯防护栏杆*拖地电缆被铁件砸破*外脚手架上的大砼块悬在空中，不知什么时候落下，又不知道会砸到谁*如此休息*金鸡独立*悟空出世课程主要内容课程主要内容第1章绪论及电和电磁的基础2学时第2章电流及电磁场对人体的伤害3学时第3章直接接触触电防护4学时第4章间接接触触电防护4学时第5章漏电保护装置4学时第6章电气防火防爆5学时第7章静电防护与防雷技术4学时第8章用电设备安全3学时第9章电气安全管理3学时第10章生产防火防爆4学时*电气安全工程的任务是研究各种电气事故及其防范措施，以及研究如何用电气装置来取得安全良好的劳动条件。电气事故不仅包括触电事故，而且像雷电静电危害、电磁场危害、各种电气火灾与爆炸，以及一些危及人身安全的线路故障和设备故障也都属于电气事故。在这些事故中，其安全措施也是电气的，而且与人身事故有着密切的联系，因此，应当作为电气事故来考虑。1.1电气安全与防火防爆知识简介电气安全与防火防爆知识简介很多其他事故，虽然不是电气性质的，但却需要利用电气装置加以控制和预防，例如，机械碰撞、机械伤害、超载、超压、火灾、爆炸等多种事故，都可以采用电气安全装置把危险因素测量出来，经过交换、放大等过程，然后发出信号或实现控制，这些也应当属于电气安全的范围。第一章绪论及电和电磁的基础1*v一、电气安全在石油化工企业的特殊地位一、电气安全在石油化工企业的特殊地位电力已成为国民经济和人民生活必不可少的二次能源。供电安全成了石油化工企业安全、稳定、经济、长周期生产的先决条件。石油化工企业生产绝大部分属于一类、二类用电负荷，具有高温、高压、易燃、易爆、深度冷却的特点，容易发生事故，且有的事故，如火灾、爆炸、凝固、凝聚等如果处理不及时，措施不当，就有可能导致灾难性甚至是毁灭性的后果，对人民生命及国家财产危害极大。有时即使是简单的电气故障或参数波动，也可能给石油化工生产带来超过电气本身损失数百倍乃至数万倍的后果。因此，对于石油化工企业的电气安全，不宜孤立分析，必须予以全面综合的考虑，给予高度的重视。目前，全世界每年死于电气事故的人约占全部事故死亡人数的25，电气火灾约占火灾总数的20以上。电气事故在国外石油化工企业事故中仍占50左右。这就要求不断采用新技术、改进设备性能、健全管理体制、加强管理、认真贯彻各项行之有效的规章制度，以积极有效的手段，迅速提高全体工作人员的素质。*v二、影响石油化工企业电气安全的因素二、影响石油化工企业电气安全的因素造成电气事故的主要原因如下。生产管理混乱，企业停送电权限没有归口统一管理，多头领导，造成工厂的误停电或误送电，导致停工停产，甚至人员伤亡。电气工作人员玩忽职守，违章作业，不按工作票要求进行工作或是不开工作票进行盲目操作，造成停电，电气设备短路崩烧或人员伤亡。供电系统的继电保护不完善，定值不配套或定试不严格，发生开关误动或拒动，造成停电或扩大事故范围。设备维修不当，不按期进行检修，电气设备绝缘水平下降，设备接地不良或外壳带电，从而发生设备损坏、火灾或人员伤亡。在易燃易爆场所使用电气设备，由于设备制造水平或检修不力等原因，设备发生故障引起周围易燃易爆物质的燃烧或爆炸。石油化工、塑料、化纤、合成橡胶等合成材料的生产过程中产生的静电火花引起火灾和爆炸。*总的来说，在石油化工企业发生的电气事故主要有三个方面：由于电气设备或电气线路的故障及损坏，造成停电，致使停工停产；人身触电的伤亡事故；由电气原因（包括静电及雷电）而引起的火灾爆炸事故。三、搞好电气安全的措施三、搞好电气安全的措施电气安全组织措施内容很多，主要有以下几个方面。（1）建立行之有效的安全管理体系（2）建立健全的规章制度必要而合理的规章制度是人们从长期的生产实践中总结出来的，是保障安全，促进生产的有效手段。石油化工企业长期推广的“三三、二五制”，即三图操作系统模拟图、二次接线图、设备状况指示图；三票运行操作票、检修工作票、临时用电票；三定定期检修、定期清扫、定期试验；*五规程运行规程、检修规程、试验规程、事故处理规程、安全工作规程；五记录运行记录、检修记录、试验记录、事故记录、设备缺陷记录。（3）制定安全措施计划各单位应根据本部门的具体情况制定安全措施计划，使电气安全工作有计划地进行，不断提高电气安全水平。（4）定期进行安全检查定期检查是贯彻预防为主方针的主要措施之一，全面检查电气设备、安全用具和电气灭火器材，以及电气安全规章制度的执行情况。（5）开展全员的安全教育培训安全教育和培训主要是为了使工作人员认识电气安全的重要性，懂得电的基本知识，掌握安全用电的基本方法，从而能安全地、有效地进行工作。*（）及时组织事故分析一旦发生事故应采取“三不放过”的原则。及时组织事故分析、处理。“三不放过”就是发生事故后，有关领导和安全监察部门对事故原因未查清不放过；事故责任者和应受教育者未受到教育不放过；没有采取防范措施不放过。1.2 电和电磁的基础电和电磁的基础1.2.1电的基本概念电的基本概念公元前世纪的古希腊艺匠们在用琥珀琢磨各种装饰品时，发现琥珀制品具有能够吸引毛发、细屑等轻微物体的奇怪现象。公元1600年英国皇家医科大学校长实验家吉尔伯特在进行大量实验后发现，不单是琥珀，还有其他许多种物体在经过摩擦后都具有这种吸引力。1646年科学家布朗克在他的著作中，又按照英语词法将其改写为现在许多西方国家所用的“ELECTRICITY”。中国约在1851年将它译为“电”。*一、电荷和电场一、电荷和电场电荷是带电的物质基本微粒。在电荷的周围客观存在着一个能显示出电性能（电作用）的空间范围，这个空间范围称为电场。引进电场中的电荷将受到电场力的作用。二、电路的组成二、电路的组成简单地说，电路就是电流流通的路径。例如手电筒电路、日常生活中的照明电路、电动机电路等，都是电路的具体例子。任何一个电路，总是由以下四个基本部分组成。1.电源电源将其他形式的能量转换为电能的装置。在电路中电源产生电能，并维持电路中的电流。干电池、蓄电池、发电机是最常用的电源。2.负载负载电路中消耗电能的设备。负载的功能将电能转换为其他形式的能量。照明器具、电热器具、家用电器、电动机等是常见的负载。*3.连接导线连接导线连接电源、负载和其他设备的导体，为电流提供通路并传输电能或传送电信号。4.控制器件控制器件在电路中起接通、断开、保护、测量等作用。构成电路的目的是产生、传输、分配和使用电能。为便于分析电路，通常用符号表示组成电路的实际元件、器件及连接导线，即画出电路图。三、电的几个基本物理量三、电的几个基本物理量电路的作用是进行电能与其他形式的能量之间的相互转换。因此，用一些物理量来表示电路的状态及电路各部分之间能量转换的相互关系。1.电流电流电流在实用上有两个含义：第一，电流表示一种物理现象，即电荷有规则的定向移动就形成电流；电流正方向习惯上以正电荷移动的方向为正方向。第二，本来，电流的大小用电流强度来表示，是指在单位时间内通过导体横截面的电荷量；但电流强度平时人们多简称电流，用表示，其单位是安培（），简称安，用大写表示。所以，电流又代表一个物理量。*电流的大小等于单位时间内通过导体某一截面的电量。即/式中电流，；通过导体横截面的电荷量，；通过电荷量所用的时间，。电流的单位即：如果每秒钟有1的电量流过导线的某一截面，这时的电流为1。2.电压和电位电压和电位 从数值上看，、两点之间的电压是电场力把单位正电荷从点移动到点时所作的功ab，即式中ab、两点之间的电压，；ab电场力所作的功，；单位正电荷的电荷量，。电压的单位为（伏特）*电场中某点的电位等于电场力将单位正电荷自该点移动到参考点所作的功。比较电压和电位的概念，可以看出，电场中某点的电位就是该点到参考点之间的电压，电位是电压的一个特殊形式。对于电位来说，参考点是至关重要的。在同一电路中，当选定不同的参考点时，同一点的电位数值是不同的。原则上说，参考点可以任意选定。在电工领域，通常选电路里的接地点为参考点，在电子电路里，常取机壳为参考点。3.电动势电动势 电动势在数值上等于非电场力把单位正电荷从负极经电源内部运动到正极所作的功。通常用表示，单位为（伏特）v四、电路的三个基本元件四、电路的三个基本元件电路中有各种各样的负载。按照加在负载上的电压与通过负载的电流的关系，可将负载分为电阻、电感、电容三种基本元件。实际负载可视为这三种元件的组合。1.电阻电阻电阻是电流流动过程中遇到的阻力。单位是欧姆（），常用的还有千欧（）和兆欧（）。它们的关系为：1100011000*一只15的白炽灯泡的灯丝电阻约为3330；人体电阻约为10003000；长30、截面积为1.52铜线的电阻约为0.344 2.电感电感当变化的电流通过线圈时，线圈中会产生感应电动势来阻止电流的变化，这种性质称为线圈的电感。电感的常用单位是、和。其间关系为1100011000一般收音机用天线线圈的电感为数十至数百；长1、截面为162的穿管铝线的电感约为6.33。由于感应电动势阻止电流的变化，当交流电流流经线圈时还会遇到另一种阻力，这种阻力称为感抗。3.电容电容被绝缘介质隔离的两个导体能容纳一定量的电荷，其在一定电压的作用下容纳电荷的能力被称为电容。电容的常用单位是、和。其间关系为11061106电网线路的对地电容一般小于0.1；人体的对地电容一般为数十至数百皮法。由于有电容的作用，当交流电流流经电容器时也会遇到另一种阻力，这种阻力称为容抗。*v五、电功、电功率和功率因数五、电功、电功率和功率因数 1.电功电功由电压的定义可知，若一段电路两端的电压为，当电量为的正电荷经过这段电路时，电流对这段电路所作的功，可由求得，即。而由又得到。因此，电流在这段电路所作的功为22式中一段电路的电压，；一段电路的电流，；通电时间，；电流在一段电路所作的功，。11实际中，常采用（千瓦小时，俗称度）来计量电流所作的功，也称电能或电量。电功率为1，通电时间为1（小时），电流所作的功就是1。2.电功率电功率电功率是衡量电流作功快慢的物理量。单位时间内电流所作的功称为电功率，用表示，即/式中电功率，；电能，；时间，。*3.功率因数功率因数电力系统的功率因数是指整个电力系统的有功功率和总的视在功率之比值；负载的功率因数是指负荷的有功功率和视在功率之比值。/电力系统的功率因数过低，将使发电、变电设备的容量得不到充分利用，在线路上将引起较大的电压降和功率损失，造成电能的浪费。六、正弦交流电路的基本概念六、正弦交流电路的基本概念电压和电流的大小及方向不随时间变化的电路叫直流电路，如手电筒电路。规定用大写的字母、表示直流电路的电压和电流。电压和电流的大小和方向随时间变化的电路叫交流电路，生产和生活中使用的交流电绝大部分都是正弦交流电。其特点是电压和电流的大小和方向随时间按正弦函数的规律变化。要完全掌握正弦交流电，必须掌握交流电三方面的要素，即数值、变化速度、相位关系。正弦交流电的三要素其主要内容是最大值（或有效值）、频率（或角频率）、相位（或初相角）。*1.正弦交流电的数值正弦交流电的瞬时值，可以用数学解析式表达，即瞬时值e正弦交流电任意时刻的数值，称为正弦交流电的瞬时值，图1.1所示正弦交流电波形图中时刻对应的1。瞬时值用小写符号表示，如、等。最大值正弦交流电的最大值又称极大值、振幅值，是指在变化过程中，正弦交流电出现的最大瞬时值，用符号表示。有效值E正弦交流电的有效值是衡量它发热作功的一个基本量。就是说，一个交流电流和一个直流电流，分别通过同一电阻，如果经过相同时间产生同样热量，则这个交流电流的有效值等于这个直流电流的大小。因此，人们定义正弦交流电的有效值是指在发热作功方面与直流电等效的值称为交流电的有效值，从数学角度说，又可以称为方均根值。有效值用大写符号表示，如E、I、U。*实际上，在交流电路的分析与计算过程中，主要是用交流电的有效值，例如，电器铭牌上标定的电压、电流，仪表（交流电流、电压表）测量的指示值以及计算电路的电压、电流等都是有效值。最大值与有效值的关系为：最大值有效值在选择整流二极管的最大反向电压时，会用到最大值概念。*2.频率和角频率频率f是指正弦交流电在单位时间（）内循环变化的周数，用符号表示，单位为赫兹（），一般50、60称为工频。周期是指正弦交流电每循环一次所经历的时间(s)。就是说正弦交流电从零值到极大值再到零值再变化到负的极大值然后回到零值的过程所经历的时间称为周期，用符号表示，单位为秒(s)。周期与频率的关系为1/1/角频率表示正弦交流电变化速度的另一个物理量是角频率，角频率是指正弦交流电每秒循环变化的弧度数（这里是指电角度），用符号表示，单位是弧度秒（rad/s）。角频率与频率及周期的关系22/*3.正弦交流电的相位关系正弦交流电的相位关系 正弦交流电是随时间变化的量，在交流电路中的电压、电动势、电流等电气量是以同一频率变化的，分析和计算交流电路时，是以相对关系进行的。因此常常是把这个变化量看成是以同一速度的旋转相量，这样就要有一个表示正弦交流量在变化过程中，变化进程的物理量，这个量就是相位。正弦交流电的表达式中（）即正弦电动势的相位。初相角是指当时间等于0时，正弦交流电的相位，由于是旋转量，所以用角度表示，即角就是正弦交流电动势的初相角。4.视在功率、有功功率、无功功率视在功率、有功功率、无功功率视在功率是指发电机发出的总功率，其中可以分为有功部分和无功部分。有功部分是通过导线发热损失掉或纯电阻负载消耗的功率，这部分功率由于做了功而被称为有功功率。而无功功率则是损失在非纯电阻负载上的功率。可认为是电压与电流相位差变化的损耗。无功功率不做功，但是要保证有功功率的传导必须先满足电网的无功功率。*有功功率：无功功率：视在功率：功率因数：其中：U、I分别为交流电有效值，为端电压超前端电流的相角。P的单位为瓦特（W），Q的单位为乏（Var），S单位为伏安（VA）。纯电感电路，电压超前电流90，Q为正值；纯电容电路，电流超前电压90，Q为负值。功率三角形*在电网中，由电源供给负载的电功率有两种：一种是有功功率，另一种是无功功率。有功功率有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率。比如：5.5kW的电动机就是把5.5kW的电力转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒。无功功率无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。比如40W的日光灯，除需40W有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率)来发光外，还需80var左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它对外不做功，才被称之为无功。视在功率：视在功率：有功功率和无功功率的几何之和（即平方和的均方根），它用来表示电气设备的容量。以S来表示，单位为VA。配电网中的电感性电气设备如变压器、电动机、电焊机、空调器、洗衣机、电冰箱、钠灯、日光灯等投入运行后，不仅要从电力网中吸收有功功率用于做功，而且还要吸收无功功率建立磁场，这样就导致电力客户的自然功率因数一般都比较低。*1.2.2电磁场基础电磁场基础人类对电的认识起源于磁。实质上，电与磁是一个问题的两个方面，是能量的两种不同表现形式（电能与磁能），它们既具有同一性，又能在特定条件下互相转化磁场跟电场一样，是一种物质，因而也具有力和能的性质。磁场的表现之一是引进场域内的磁针发生偏转和取向；表现之二是引进场域内的电流受到力的作用。一、电流的磁效应及磁场物理量一、电流的磁效应及磁场物理量 1.电流的磁效应电流的磁效应 磁场可由永久磁铁产生，可由电流产生，也可由变化的电场产生。在电气设备中，最常见到的是由电流产生的磁场。电流所产生磁场的方向按右手螺旋定则确定：将右手握拳，伸开大拇指，对于流经长直导线的电流，大拇指表示电流的方向、卷曲的四指表示电流周围磁场的方向；对于流经线圈的电流，卷曲的四指表示电流的方向，大拇指表示线圈内磁场的方向。*2.磁场物理量（1）磁感应强度磁场的强弱是用引进场域内的电流（运动电荷）所受到作用力的大小来衡量的。这一物理量叫做磁感应强度，用表示，单位是（特斯拉）或2（韦伯平方米）。磁场是有方向的场，磁感应强度是具有方向的物理量。因为磁感应强度与磁场前进方向上某一面积的乘积叫做磁通。所以，磁感应强度也叫磁通密度。即/式中磁通，；面积，2（2）磁导率磁场中各点磁感应强度的大小不仅与电流的大小和导体的形状有关，而且与磁场内媒介质的性质有关。磁导率就是一个用来表示媒介质导磁性能的物理量。不同的介质有不同的磁导率。它的单位为（亨米）。（3）磁场强度为了使磁场的计算简单，常用磁场强度这个物理量来表示磁场的性质。在磁场中，各点磁场强度的大小只与电流的大小和导体的形状有关，而与媒介质的性质无关。*磁场中某点的磁感应强度与介质的比值，叫做该点的磁场强度，用表示，单位为（安米），即/或式中材料磁导率，；磁场强度，二、电场对载流导体的作用二、电场对载流导体的作用载流导体在磁场中将受到磁场力的作用，力的大小与磁感应强度、流经导体的电流、导体的长度成正比。即BIL式中导体受到的作用力，；磁感应强度，；流经导体的电流，；L导体长度，。电场对载流导体作用力的方向可由左手定则确定：平伸左手，拇指与并拢的其他四指成90，磁场穿过手心。并拢的四指指向导体内电流的方向，则拇指表示导体受力的方向。载流导体所受作用力的方向总是从磁通密度大的一方指向磁通密度小的一方。*三、电磁感应定律三、电磁感应定律电磁感应现象就是电产生磁、磁产生电的现象。电磁感应技术在变压器、电动机、电度表、无线电设备等电气设备中得到了广泛的应用。导体在磁场中做切割磁力线运动时，导线中将产生感应电动势，这种现象叫电磁感应。感应电动势的大小为BLv式中感应电动势，；磁感应强度，；L导体有效长度，；垂直磁场的切割速度，。电磁感应定律规定：闭合线圈中感应电动势的大小和线圈内磁通变化的速度（就是单位时间内磁通变化的数值，又叫磁通的变化率）成正比。线圈中的感应电动势的大小为式中感应电动势，；线圈匝数；时间（）内磁通的变化，。式中的负号表示感应电动势的方向，由楞次定律确定。*如有闭合回路，导线或线圈中的感应电动势将产生感应电流。感应电流所产生的磁场总是阻碍其周围磁场变化的，这一规律叫做楞次定律。楞次定律可用于确定感应电动势的方向。导线中感应电动势的方向亦可由右手定则确定：平伸右手，拇指与并拢的其他四指成90，磁场穿过手心，拇指指向切割方向，则并拢的四指表示感应电动势的方向。电磁感应定律是用来计算线圈中感应电动势的数值，而楞次定律是用来确定线圈所产生感应电动势的方向。*LOGO*