电气安全第3章.pptx
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1、一、绝缘破坏一、绝缘破坏绝缘材料受到电气、机械、化学、生物等因素的作用时,均可能导致破坏。1.绝缘击穿绝缘击穿击穿是电气绝缘遭受破坏的一种基本形式,绝缘物在强电场等因素作用下,完全失去绝缘性能的现象称为绝缘的击穿。电介质发生击穿时的电压称为击穿电压,击穿时的电场强度简称击穿强度。(1)气体电介质的击穿特点气体电介质击穿是由碰撞电离导致的电击穿,是与气体放电过程相联系的。两极间气体放电特性曲线如图所示。由于大气中产生和存在着微量的自然离子,在两极间施加电压,即有电流出现。21:11当两极间电压低于1时,气体中电流随电压增加而增加(图中段)。这是由于电压越高,电场越强,达到极面的电子和离子越多的缘
2、故。当电压升高到12之间时,气体中电流基本上保持不变(图中段)。这是由于电极间空气中的电子和离子在极短的时间内全部到达电极。当电压升高超过此时(图中点),气体放电特性曲线第1页/共88页由于碰撞电离,即由于空气中的电子在定向运动的过程中获得足够的动能,与气体分子碰撞时使中性分子电离,产生新的电子和离子,使得电流随着电压的增加而迅速增加。当电压继续升高超过3时(图中点),由于出现雪崩式电离,即由于碰撞产生的电子也能积累足够的动能引起碰撞电离,形成所谓电子崩。电子崩出现后,空间电子和离子急剧增加,碰撞电离增强,光电离出现,形成所谓流注。如果电场比较均匀,一旦出现流注,即迅速发展,形成贯穿整个间隙的
3、火花放电,间隙被击穿。如果间隙很大,流注伸展一定距离后不再向前发展,但其后方发生强烈的热电离,形成所谓先导放电,先导放电贯穿整个间隙即构成更为明亮的火花放电;如果电场不均匀,流柱在电场强度高的区域形成,并可能只伸展到一定距离就停下来,流柱前部呈刷状,但不构成整个间隙的火花放电;如果电场很不均匀,只在很小的范围内发生流注,形成电晕放电。气体电介质击穿特点如下:采用高真空和高气压的方法可提高气体的击穿强度;气体中含有杂质(导电性蒸汽、导电性杂质),击穿电压降低;气体击穿后,当外部施加电压去除,则气体绝缘性能很快恢复。21:11第2页/共88页气体击穿后在间隙中形成电流通路,电流剧增,如日常生活中的
4、电弧、闪电、日光灯、霓虹灯等,形成气体导电。(2)液体电介质的击穿特点液体电介质的击穿特性与其纯净程度有关,一般认为纯净液体的击穿和气体的击穿机理相似,是由电子碰撞电离最后导致击穿。但液体的密度大,电子自由行程短,积聚能量小,因此击穿强度比气体高。工程上液体绝缘材料不可避免地含有气体、液体和固体杂质。如液体中含乳化状水滴和纤维时,由于水和纤维的极性很强,在强电场作用下使纤维极化而定向排列,并运动到电场强度最高处连成小桥,小桥贯穿两电极间,引起电导剧增,局部温度骤升,最后导致热击穿。变压器油中含有极少量水分就会大大降低油的击穿强度。含有气体杂质的液体电介质的击穿可用气泡击穿机理来解释。气体杂质的
5、存在使液体呈现不均匀性,局部过热,并形成气泡。由于气泡的相对介电常数较低,其内电场强增高为油内的2.22.4倍,发热进一步增加,气泡扩大,也形成连通两电极的导电小桥,导致整个电介质击穿。21:11第3页/共88页为保证绝缘质量,液体电介质使用前需经过纯化、脱水、脱气处理;使用中也应避免这些杂质的侵入。液体电介质击穿后,绝缘性能在一定程度上可以得到恢复。液体电介质的击穿强度除受杂质影响外,也受湿度、电压作用时间、压力、电场均匀程度等因素的影响。未受潮的油,击穿电压受温度影响很小;受潮的油,击穿电压明显降低。油温在6080范围内时,受潮的油的击穿电压出现最大值。当油温超过80时,油内水分气化增加,
6、击穿电压下降;当油温低于60时,溶解水减少,悬浮水增多,击穿电压也下降。因此,油的工作温度不宜超过60。 因为油中杂质的聚集、介质的发热都需要一定的时间,所以,电压作用时间越长,击穿电压越低。在油内所含杂质不太多的情况下,其的击穿电压与长时间的击穿电压相差不大。因此,带油设备的耐压试验一般为。此外,压力越高,气体在油内溶解量越大,击穿电压略有升高;改善油内电场均匀程度也能提高其击穿电压。液体电介质的击穿特点如下。21:11第4页/共88页 液体电介质的击穿和它的纯净度有关。为保证绝缘质量,液体电介质使用前需经过纯化、脱水、脱气处理。 击穿后当外加电压去除,液体电介质绝缘性能在一定程度上可以得到
7、恢复。(3)固体电介质击穿固体电介质的击穿有电击穿、热击穿及化学击穿等形式。21:11绝缘体电击穿时的电子路径 固体电介质的击穿第5页/共88页电击穿的特点是电压作用时间短,击穿电压高;击穿场强与电场均匀程度有密切关系,但与周围温度及电压作用时间几乎无关。热击穿的特点是与电击穿相比电压作用时间长,击穿电压较低,绝缘温升高。热击穿电压随着周围温度的上升而下降,但与电场均匀程度关系不大。电化学击穿是由于游离、发热和化学反应等因素的综合作用而导致的击穿。电化学击穿是在电压长期作用下形成的,其击穿电压往往很低。它与绝缘材料本身的耐游离性能、制造工艺、工作条件等有密切关系。击穿有积累效应,即一次冲击电压
8、作用只产生局部损伤或不完全击穿,多次冲击电压作用则导致完全击穿。固体电介质击穿后不能恢复,将失去其绝缘性能。击穿有积累效应,即一次冲击电压作用只产生局部损伤或不完全击穿,多次冲击电压作用则导致完全击穿。固体电介质击穿后不能恢复,将失去其绝缘性能。21:11第6页/共88页2.绝缘老化绝缘老化 电气设备的绝缘材料在运行过程中,受到热、电、光、氧、机械力、微生物等因素的长期作用,会发生一系列的化学物理变化,从而导致其电气性能和机械性能的逐渐劣化,这一现象称为绝缘老化。绝缘材料老化过程十分复杂。老化机理也随材料种类和使用条件的不同而不同。最主要的老化有热老化和电老化。一般在低压电气设备中,绝缘老化主
9、要是热老化。每一种绝缘材料都有一个极限的耐热温度,当设备运行超过这一极限温度,绝缘材料的老化就加剧,即电气设备的使用寿命就缩短。绝缘材料按耐热程度的不同,可分为、和级。其分类见表3-1。在高压电气设备中,绝缘老化主要是电老化。它是由绝缘材料的局部放电所引起的。21:11第7页/共88页21:11耐热等级绝缘材料极限温度Y木材、棉花、纸、纤维等天然纺织品,醋酸纤维和聚酰胺为基础的纺织品,以及易于热分解和溶化点较低的塑料(脲醛制品)90A浸渍过的 级材料,漆包线,漆布、漆丝的绝缘,以及油性漆、沥青漆等105E聚酯薄膜和 A级材料复合、玻璃布、油性树脂漆、聚乙烯醇缩醛高强度漆包线、乙酸、乙烯耐热漆包
10、线120B聚酯薄膜、经合适树脂浸渍涂覆的云母、玻璃纤维、石棉等制品,聚酯漆、聚酯漆包线130F以有机纤维材料补强和石棉带补强的云母片制品,玻璃丝和石棉、玻璃漆布,以玻璃丝布和石棉纤维为基础的层压制品,以无机材料作补强和石棉带补强的云母粉制品,化学热稳定性较好的聚酯和醇酸类材料、复合硅有机聚酯漆155H无补强或以无机材料为补强的云母制品、加厚的 级材料、复合云母、有机硅云母制品、硅有机漆、硅有机橡胶聚酰亚胺复合玻璃布、复合薄膜、聚酚亚胺漆等180C耐高温有机胶黏剂和浸渍剂及无机物如石英、石棉、云母、玻璃和电瓷材料180以上第8页/共88页有机纤维材料补强和石棉带补强的云母片制品,玻璃丝和石棉、玻
11、璃漆布,以玻璃丝布和石棉纤维为基础的层压制品,以无机材料作补强和石棉带补强的云母粉制品,化学热稳定性较好的聚酯和醇酸类材料、复合硅有机聚酯漆155无补强或以无机材料为补强的云母制品、加厚的级材料、复合云母、有机硅云母制品、硅有机漆、硅有机橡胶聚酰亚胺复合玻璃布、复合薄膜、聚酚亚胺漆等180耐高温有机胶黏剂和浸渍剂及无机物如石英、石棉、云母、玻璃和电瓷材料180以上。3.绝缘破坏绝缘破坏损坏是指绝缘材料受到外界腐蚀性液体、气体、蒸汽、潮气、粉尘的污染和侵蚀,以及受到外界热源或机械因素的作用,在较短或很短的时间内失去电气性能或机械性能的现象。动物和植物也可能破坏电气设备和电气线路的绝缘结构。正确选
12、择绝缘材料、正确选用电气线路的安装方式能减少绝缘损坏。不合理使用电气设备、乱拉临时线可能导致绝缘损坏。21:11第9页/共88页二、绝缘性能指标二、绝缘性能指标1.绝缘电阻绝缘电阻 绝缘材料的绝缘电阻,是加于绝缘的直流电压与流经绝缘的电流(泄漏电流)之比。绝缘电阻是说明绝缘材料性能的重要标志之一。绝缘电阻通常用兆欧表(摇表)测定,摇表测量实际上是给被测物加上直流电压,测量通过其上的泄漏电流,表面上的刻度是经过换算得到的绝缘电阻值。不同线路或设备对绝缘电阻有不同的要求。一般来说,高压较低压要求高,新设备较老设备要求高,室外的较室内的要求高,移动的比固定的要求高。下面列出几种主要线路和设备应达到的
13、绝缘电阻值。 新装和大修后的低压线路和设备,要求绝缘电阻不低于0.5; 运行中的线路和设备,绝缘电阻可降低为每伏工作电压1000; 潮湿环境中的绝缘电阻不应低于每伏工作电压500;21:11第10页/共88页21:11摇表 第11页/共88页摇表又称兆欧表,是用来测量被测设备的绝缘电阻和高值电阻的仪表,它由一个手摇发电机、表头和三个接线柱(即L:线路端、E:接地端、G:屏蔽端)组成。 1摇表的选用原则摇表的选用原则 (1)额定电压等级的选择。一般情况下,额定电压在500V以下的设备,应选用500V或1000V的摇表;额定电压在500V以上的设备,选用1000V2500V的摇表。 (2)电阻量程
14、范围的选择。摇表的表盘刻度线上有两个小黑点,小黑点之间的区域为准确测量区域。所以在选表时应使被测设备的绝缘电阻值在准确测量区域内。 2摇表的使用摇表的使用 (1)校表。测量前应将摇表进行一次开路和短路试验,检查摇表是否良好。将两连接线开路,摇动手柄,指针应指在“”处,再把两连接线短接一下,指针应指在“0”处,符合上述条件者即良好,否则不能使用。 (2)被测设备与线路断开,对于大电容设备还要进行放电。 (3)选用电压等级符合的摇表。 21:11第12页/共88页 4)测量绝缘电阻时,一般只用“L”和“E”端,但在测量电缆对地的绝缘电阻或被测设备的漏电流较严重时,就要使用“G”端,并将“G”端接屏
15、蔽层或外壳。线路接好后,可按顺时针方向转动摇把,摇动的速度应由慢而快,当转速达到每分钟120转左右时(ZC-25型),保持匀速转动,1分钟后读数,并且要边摇边读数,不能停下来读数。 (5)拆线放电。读数完毕,一边慢摇,一边拆线,然后将被测设备放电。放电方法是将测量时使用的地线从摇表上取下来与被测设备短接一下即可(不是摇表放电)。 3注意事项注意事项 (1)禁止在雷电时或高压设备附近测绝缘电阻,只能在设备不带电,也没有感应电的情况下测量。 (2)摇测过程中,被测设备上不能有人工作。 (3)摇表线不能绞在一起,要分开。 (4)摇表未停止转动之前或被测设备未放电之前,严禁用手触及。拆线时,也不要触及
16、引线的金属部分。 (5)测量结束时,对于大电容设备要放电。 (6)要定期校验其准确度。 21:11第13页/共88页 携带式电气设备的绝缘电阻不应低于2; 控制线路的绝缘电阻不应低于,但在潮湿环境中可降低为0.5; 高压线路和设备的绝缘电阻一般应不低于1000; 架空线路每个悬式绝缘子的绝缘电阻应不低于300; 电力变压器投入运行前,绝缘电阻应不低于出厂时的70,运行中的绝缘电阻可适当降低。21:11 2.吸收比吸收比 吸收比是从开始测量起第60的绝缘电阻60与第15的绝缘电阻15的比值。也用兆欧表测定。吸收电流和充电电流在一定的时间后都趋近于零,而泄漏电流与时间无关。如介质材料干燥,其泄漏电
17、流很小,在电压开始作用的15内,充电电流和吸收电流较大,此时电压与电流的比绝缘材料的电流与时间的关系示意第14页/共88页较低,经较长时间(60)后,充电电流和吸收电流衰减趋向于零,总电流稳定在较小的泄漏电流值上,60数值较大,吸收比(6015)就较大。如介质材料受潮,泄漏电流较大,相对来讲介质充电电流和吸收电流较小。15时测出的15与60时测出的60相差很小,吸收比就小,所以可以用吸收比来反映绝缘的受潮程度。 3.耐压试验耐压试验耐压试验是检验电气设备对过电压的承受能力,也就是在试验时对电气设备施加高于运行中可能遇到的过电压。耐压试验主要有工频耐压试验、直流耐压试验和冲击耐压试验,其中工频耐
18、压试验应用较多。耐压试验的试验电压为设备额定电压的一倍至数倍,但最低不得低于1000。对电力变压器、电动机和低压配电装置等在投入运行前,应做工频耐压试验;低压电力和照明线路,如绝缘电阻不能满足要求时,也需做工频耐压试验;电工安全用具应按规定做工频耐压试验; 21:11第15页/共88页对整台机床电气系统,在主线路和机座之间也应做工频耐压试验,对阀型避雷器必要时做冲击电压试验;电气设备的绝缘油需在油杯中用标准电极做工频耐压试验等。耐压试验的加压时间一般为1min,但对于以有机固体作为主要绝缘的设备为5min;对电压互感器为3min3;对油浸电力电缆为10min。升压速度和减压速度应符合规定。先以
19、任意速度加压至试验电压的40左右,再以每秒3试验电压的速度升高到试验电压,并持续到规定时间,然后在5内把电压降低到试验电压的25以下,再切断电源。在做耐压试验时应注意下列事项:耐压试验应在测量绝缘电阻合格后进行;试验电压按规定选取,不得任意超过规定值;试验电流不应超过试验设备的允许电流;为了人身安全,试验场地应设立防护围栅,以防止工作人员偶然接近带电的高压装置。试验设备应有完善的保护接零(或保护接地),试验前后要注意放电;每次试验之后,应使调压器迅速返回零位,最好能有自动回零装置。21:11第16页/共88页4.泄漏电流泄漏电流泄漏电流是线路或设备在外加高电压作用下经绝缘部分所泄漏的电流。由于
20、外加电压较高,而且电压稳定,所以比较容易发现绝缘硬伤、脆裂等内部缺陷。泄漏电流试验一般只对某些安全要求较高的设备,才有必要按规定进行。如某些高压设备 (阀型避雷器、油浸电力电缆等);某些电工安全用具 (绝缘手套、绝缘靴和绝缘垫等);某些日用电器和电动工具等。5.介质损耗介质损耗在交流电压作用下,绝缘材料中的部分电能将转变成热能,这部分能量就叫做损耗。电介质损耗主要由电导和缓慢松弛极化所引起,它又是导致电介质发生热击穿的根源。 21:11第17页/共88页3.2屏护和间距屏护和间距一、屏护一、屏护所谓屏护,就是使用屏障、遮拦、护罩、箱盒等将带电体与外界隔离。配电线路和电气设备的带电部分如果不便于
21、包以绝缘或者 单靠绝缘不足以保证安全的场合,可采用屏护保护。此外,对于高压电气设备,无论是否有绝缘,均应采取屏护或其他防止接近的措施。开关电器的可动部分一般不能包以绝缘,因而需要加以屏护。其中防护式开关电器本身带有屏护装置,如胶盖闸刀开关的胶盖,铁壳开关的铁壳,磁力启动器的铁盒等。而开启式石板闸刀开关则要另加屏护装置。对于用电设备的电气部分,按设备的具体情况常各有电气箱、控制柜,或装于设备的壁龛内作为屏护装置。屏护装置有永久性的,如配电装置的遮拦和开关的罩盖等;临时性的,如检修中临时装设的栅栏等;固定的,如母线的护网;移动性的,如跟随天车移动的天车滑线屏护装置。21:11第18页/共88页屏护
22、装置有永久性的,如配电装置的遮拦和开关的罩盖等;临时性的,如检修中临时装设的栅栏等;固定的,如母线的护网;移动性的,如跟随天车移动的天车滑线屏护装置。由于屏护装置不直接与带电体接触,因此对制作屏护装置所用材料的导电性能没有严格的规定。但是,各种屏护装置都必须有足够的机械强度和良好的耐火性能。此外,还应满足以下要求。用金属材料制成的屏护装置,为了防止屏护装置意外带电造成触电事故,必须将屏护装置接地或接零。屏护装置一般不宜随便打开、拆卸或挪移,有时其上还应装有联锁装置(只有断开电源才能打开)。屏护装置还应与以下安全措施配合使用:.屏护装置应有足够的尺寸,并应与带电体之间保持必要的距离;21:11第
23、19页/共88页. 网眼屏护装置的网眼应不大于4040。变配电设备应有完善的屏护装置。安装在室外地上的变压器,以及安装在车间或公共场所的变配电装置,均需装设遮栏作为屏护。遮栏高度应不低于1.7,下部边缘离地应不超过0.1。对于低压设备,网眼遮栏与裸导体之间的距离不宜小于0.15;10 设备不宜小于0.35;2035 设备不宜低于0.6。户内栅栏高度应不低于1.2;户外不低于1.5。对于低压设备,栅栏与裸导体之间的距离不宜小于0.8,栏条间距应不超过0.2。户外变电装置的围墙高度一般应不低于2.5。被屏护的带电部分还应有明显的标志,标明规定的符号或涂上规定的颜色,遮拦、栅栏等屏护装置上应根据被屏
24、护对象挂上 “禁止攀登,高压危险!”、“当心触电!”等警告牌。配合屏护采用信号装置和联锁装置。前者一般用灯光或仪表指示有电,后者采用专门装置,当人体越过装置可能接近带电体时,所屏护的装置自动断电。被屏护的带电部分还应有明显的标志,标明规定的符号或涂上规定的颜色,遮拦、栅栏等屏护装置上应根据被屏护对象挂上“禁止攀登,高压危险!”、“当心触电!”等警告牌。21:11第20页/共88页配合屏护采用信号装置和联锁装置。前者一般用灯光或仪表指示有电,后者采用专门装置,当人体越过装置可能接近带电体时,所屏护的装置自动断电。 二、电气安全距离(间距)二、电气安全距离(间距)为防止人体触及或过分接近带电体,或
25、防止车辆和其他物体碰撞带电体,以及避免发生各种短路、火灾和爆炸事故,在人体与带电体之间、带电体与地面之间、带电体与带电体之间、带电体与其他物体和设施之间,都必须保持一定的距离,这种距离称为电气安全距离,简称间距。间距的大小取决于电压的高低、设备的类型及安装的方式等因素。1.线路的安全距离线路的安全距离(1)架空线路架空线路所用的导线可以是裸线,也可以是绝缘线,但即使是绝缘线,露天架设导线的绝缘也极易损坏。因此,架空线路的导线与地面,与各种工程设施、建筑物、树木,以及与其他线路之间,还有同一线路的导线与导线之间,均应保持一定的安全距离。21:11第21页/共88页 架空线路的导线与地面的距离,应
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