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1、第 8 章 工厂供电与安全用电 8.1 发电、输电概述 8.2 工厂供电 8.3安全用电,第 8 章工厂供电与安全用电,8.1发电、输电概述一、电能的产生 电能是由发电厂生产的。发电厂一般建在燃料、水力丰富的地方，而和电能用户的距离一般又很远。为了降低输电线路的电能损耗和提高传输效率，由发电厂发出的电能，要经过升压变压器升压后，再经输电线路传输，这就是所谓的高压输电。电能经高压输电线路送到距用户较近的降压变电所，经降压后分配给用户应用。这样，就完成一个发电、变电输电、配电和用电的全过程。我们把连接发电厂和用户之间的环节称为电力网。整体称为电力系统，如图 8-1 所示。,图 8-1电力系统示意图
2、,二、电力系统的组成 1.发电厂 发电厂是生产电能的工厂，它把非电形式的能量转换成电能，它是电力系统的核心。根据所利用能源的不同，发电厂分为水力发电厂、火力发电厂、核能发电厂、风力发电厂、地热发电厂、太阳能发电厂等类型。,水力发电厂，简称水电站，它是利用水流的位能来生产电能的。当控制水流的闸门打开时，强大的水流冲击水轮机，使水轮机转动，水轮机带动发电机旋转发电。其能量转换过程是：水流位能机械能电能。火力发电厂，简称火电厂，它是利用燃料的化学能来生产电能的。通常的燃料是煤。在火电厂，煤被粉碎成煤粉，煤粉在锅炉的炉膛内充分燃烧，将锅炉内的水加热成高温高压的蒸汽，蒸汽推动汽轮机转动，汽轮机带动发电机
3、旋转发电。其能量的转换过程是：煤的化学能热能机械能电能。,核能发电厂，通常称核电站，它是利用原子核的裂变能来生产电能的。其生产过程与火电厂基本相同，只是以核反应堆代替了燃煤锅炉，以少量的核燃料代替大量的煤炭。其能量转换过程是：核裂变能热能机械能电能。由于核能是巨大的能源，而且核电站的建设具有重要的经济和科研价值，所以世界上很多国家都很重视核电建设，核电在整个发电量中的比重正逐年增长。风力发电厂，就是利用风力的动能来生产电能的，它建在有丰富风力资源的地方。地热发电厂，就是利用地球内部蕴藏的大量地热来生产电能的，它建在有足够地热资源的地方。太阳能发电厂,就是利用太阳光的热能来生产电能的。太阳能发电
4、厂建在常年日照时间长的地方。,2.电力网 电力网是联接发电厂和电能用户的中间环节，由变电所和各种不同电压等级的电力线路组成。如图 6-2 所示，它的任务是将发电厂生产的电能输送、变换和分配到电能用户。其中，电力线路是输送电能的通道，是电力系统中实施电能远距离传输的环节，是将发电厂、变电所和电力用户联系起来的纽带；变电所是接受电能、变换电压和分配电能的场所，一般可分为升压变电所和降压变电所两大类。升压变电所是将低电压变换为高电压，一般建在发电厂；降压变电所是将高电压变换为一个合理、规范的低电压，一般建在靠近负荷中心的地点。,图 8-2电网示意图,电力网按电压高低和供电范围大小分为区域电网和地方电
5、网。区域电网的范围大，电压一般在220 kV以上。地方电网的范围小，最高电压不超过110 kV。电力网按其结构方式可分为开式电网和闭式电网。用户从单方向得到电能的电网称为开式电网；用户从两个及两个以上方向得到电能的电网称为闭式电网。3.电力用户 电力用户是指电力系统中的用电负荷，电能的生产和传输最终是为了供用户使用。不同的用户，对供电可靠性的要求不一样。根据用户对供电可靠性的要求及中断供电造成的危害或影响的程度，我们把用电负荷分为三级：,（1）一级负荷。一级负荷为中断供电将造成人身伤亡并在政治、经济上造成重大损失的用电负荷。（2）二级负荷。二级负荷为中断供电将造成主要设备损坏，大量产品被废，连
6、续生产过程被打乱，需较长时间才能恢复从而在政治、经济上造成较大损失的负荷。（3）三级负荷。不属于一级和二级负荷的一般负荷，即为三级负荷。在上述三类负荷中，一级负荷一般应采用两个独立电源供电，其中，一个系统为备用电源。,对特别重要的一级负荷，除采用两个独力电源外，还应增设应急电源。对于二极负荷，一般由两个回路供电,两个回路的电源线应尽量引自不同的变压器或两段母线。对于三级负荷无特殊要求，采用单电源供电即可。4.电力系统的运行特点 电力系统的运行具有如下特点：(1)电能的生产、输送、分配和消费是同时进行的。(2)系统中发电机、变压器、电力线路和用电设备等的投入和撤除都是在一瞬间完成的，所以，系统的
7、暂态过程非常短暂。,6.2工厂供电概述,一、工厂供电的意义和要求 工厂是电力用户，它接受从电力系统送来的电能。工厂供电就是指工厂把接受的电能进行降压，然后再进行供应和分配。工厂供电是企业内部的供电系统。工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，这就需要有合理的工厂供电系统。合理的供电系统需达到以下基本要求：,（1）安全：在电能的供应分配和使用中，不应发生人身和设备事故;（2）可靠：应满足电能用户对供电的可靠性要求;（3）优质：应满足电能用户对电压和频率的质量要求;（4）经济：供电系统投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和材料。此外，在供电工作中
8、，应合理地处理局部和全部、当前和长远的关系，既要照顾局部和当前利益，又要顾全大局，以适应发展要求。,二、工厂供电系统组成 工厂供电系统由高压及低压两种配电线路、变电所（包括配电所）和用电设备组成。一般大、中型工厂均设有总降压变电所，把35110 kV电压降为610 kV电压，向车间变电所或高压电动机和其他高压用电设备供电，总降压变电所通常设有一两台降压变压器。在一个生产车间内，根据生产规模、用电设备的布局和用电量的大小等情况，可设立一个或几个车间变电所（包括配电所），也可以几个相邻且用电量不大的车间共用一个车间变电所。车间变电所一般设置一两台变压器（最多不超过三台），其单台容量一般为,1000
9、 kVA或1000 kVA以下（最大不超过1800 kVA），将610 kV电压降为220 V/380 V电压，对低压用电设备供电。一般大、中型工厂的供电系统如图 8-3 所示。小型工厂，所需容量一般为 1000 kVA或稍多，因此，只需设一个降压变电所，由电力网以610 kV电压供电，其供电系统如图 8-4 所示。变电所中的主要电气设备是降压变压器和受电、配电设备及装置。用来接受和分配电能的电气装置称为配电装置，其中包括开关设备、母线、保护电器、测量仪表及其他电气设备等。对于 10 kV及10 kV以下系统，为了安装和维护方便，总是将受电、配电设备及装置做成成套的开关柜。,图 8-3大、中型
10、工厂供电系统图,图 8-小型工厂供电系统图(a)装有一台变压器；(b)装有两台变压器,工业企业高压配电线路主要作为厂区内输送、分配电能之用。高压配电线路应尽可能采用架空线路，因为架空线路建设投资少且便于检修维护。但在厂区内，由于对建筑物距离的要求和管线交叉、腐蚀性气体等因素的限制，不便于架设架空线路时，可以敷设地下电缆线路。工业企业低压配电线路主要作为向低压用电设备输送、分配电能之用。户外低压配电线路一般采用架空线路，因为架空线路与电缆相比有较多优点，如成本低、投资少、安装容易、维护和维修方便、易于发现和排除故障。,电缆线路与架空线路相比，虽具有成本高，投资大、维修不便等缺点，但是它具有运行可
11、靠、不易受外界影响、不需架设电杆、不占地面空间、不碍观瞻等优点，特别是在有腐蚀性气体和易燃、易爆场所，不宜采用架空线路时，则只有敷设电缆线路，随着经济发展，在现代化工厂中，电缆线路得到了越来越广泛的应用。在车间内部则应根据具体情况，或用明敷配电线路或用暗敷配电线路。在工厂内，照明线路与电力线路一般是分开的，可采用220 V/380 V三相四线制，尽量由一台变压器供电。,8.3 安全用电,一、触电 当人体触及带电体承受过高的电压而导致死亡或局部受伤的现象称为触电。触电依伤害程度不同可分为电击和电伤两种。,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。,电伤是
12、指在电弧作用下或熔断丝熔断时，对人体外部的伤害，如烧伤、金属溅伤等。,调查表明，绝大部分的触电事故都是由电击造成的。电击伤害的程度取决于通过人体电流的大小、持续时间、电流的频率以及电流通过人体的途径等。,1.人体电阻,人体电阻因人而异，通常为 104 105，当角质外层破坏时，则降到8001000。,2.电流强度对人的伤害,人体允许的安全工频电流:30mA工频危险电流:50mA,电流频率在40Hz 60Hz对人体的伤害最大。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。,3.电流频率对人体的伤害,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
13、愈大。,电流的路径通过心脏会导致神经失常、心跳停止、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。,安全电流:人体触电后最大的摆脱电流。我国规定安全电流为30 mAs，即触电时间在 1 s内，通过人体的最大允许电流为 30 mA。,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。,因此，把 36 V以下的电压定为安全电压。工厂进行设备检修使用的手灯及机床照明都采用安全电压。,二、触电方式,1.接触带电体,(1)电源中性点接地的单相触电,通过人体电流:,式中:UP:电源相电压(220V)Ro:接地电阻 4 Rb:人体电阻 1000,这时人体处于相电压下，危
14、险较大。,(2)电源中性点不接地系统的单相触电,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体电阻Rb与输电线对地绝缘电阻R 的大小。若输电线绝缘良好，绝缘电阻R 较大，对人体的危害性就减小。,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。,(3)双相触电,触电后果更为严重,通过人体的电流：,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，将使其外壳带电。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。,这时人体处于线电压下，,Ib,3.跨步电压触电,电位分布,接地点,跨步电压,在高压输电线断线落地时，有强大的电
15、流流入大地，在接地点周围产生电压降。如图所示。,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，两脚之间的跨距，接地电流大小等因素有关。,双脚跨步,一般在20m之外，跨步电压就降为零。如果误入接地点附近，应双脚并拢或单脚跳出危险区。,图 8 7 跨步电压触电示意图,4.接触电压触电 导线接地后，不但会产生跨步电压触电，还会产生另一种形式的触电，即接触电压触电，如图 8-8 所示。由于接地装置布置不合理，接地设备发生碰壳时造成电位分布不均匀而形成一个电位分布区域。在此区域内，人体与带电设备外壳相接触时，便会发生接触电压触电。接触电压等于相电压减去人体站立地面点的电
16、压。人体站立离接地点越近，则接触电压越小,反之就越大。当站立点距离接地点20 m以外时，地面电压趋近于零，接触电压为最大，约为电气设备的对地电压，即220 V。触电事故虽然总是突然发生的，但触电者一般不会立即死亡，往往是“假死”，现场人员应该当机立断，迅速使触电者脱离电源，立即运用正确的救护方法加以抢救。,图 8-8 接触电压触电示意图,三、安全用电的意义 但在使用电能的过程中，如果不注意用电安全，可能造成人身触电伤亡事故或电气设备的损坏，甚至影响到电力系统的安全运行，造成大面积的停电事故，使国家财产遭受损失，给生产和生活造成很大的影响。因此，我们在使用电能时，必须注意安全用电，以保证人身、设
17、备、电力系统三方面的安全，防止发生事故。四、安全用电措施 安全用电是指在保证人身及设备安全的条件下，应采取的科学措施和手段。通常从以下两方面着手。,1.建立健全各种操作规程和安全管理制度(1)安全用电，节约用电，自觉遵守供电部门制定的有关安全用电规定，做到安全、经济、不出事故。(2)禁止私拉电网，禁用“一线一地”接照明灯。(3)屋内配线，禁止使用裸导线或绝缘破损、老化的导线，对绝缘破损部分，要及时用绝缘胶皮缠好。发生电气故障和漏电起火事故时，要立即拉断电源开关。在未切断电源以前，不要用水或酸、碱泡沫灭火器灭火。(4)电线断线落地时，不要靠近，对于610 kV的高压线路，应离开落地点10 m远。
18、更不能用手去捡电线，应派人看守，并赶快找电工停电修理。,(4)电线断线落地时，不要靠近，对于610 kV的高压线路，应离开落地点10 m远。更不能用手去捡电线，应派人看守，并赶快找电工停电修理。(5)电气设备的金属外壳要接地；在未判明电气设备是否有电之前，应视为有电；移动和抢修电气设备时，均应停电进行；灯头、插座或其他家用电器破损后，应及时找电工更换，不能“带病”运行。(6)用电要申请，安装、修理找电工。停电要有可靠联系方法和警告标志。2.技术防护措施 为了防止人身触电事故，通常采用的技术防护措施有电气设备的接地和接零、安装低压触电保护器两种方式。,五、接地和接零,为了人身安全和电力系统工作的
19、需要，要求电气设备采取接地措施。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。,1.工作接地,即将中性点接地。,目的：,(1)降低触电电压,(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，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,2.保护接地,当电气设备内部绝缘损坏发生一相碰壳时：由于外壳带电,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 回到电源。当R 值较低、C 较大时，Ib 将达到或超过危险值。,对地绝缘电阻,分布电容,电气设备外壳未装保护接地时:,电气设备外壳有保护接地时,通过人体的电流：,R
20、b与Ro并联，且 Rb Ro 通过人体的电流可减小到安全值以内。,利用接地装置的分流作用来减少通过人体的电流。,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。用于中性点不接地的低压系统,3.保护接零（用于 380V/220V 三相四线制系统）,将电气设备的外壳可靠地接到零线上。,当电气设备绝缘损坏造成一相碰壳，该相电源短路，其短路电流使保护设备动作，将故障设备从电源切除，防止人身触电。,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。,保护接地和保护接零同时使用时,当A相绝缘损坏碰壳时，接地电流,式中：R0：保护接地电阻4 R0：工作接地电阻4,注：中性点接地系统
21、(1)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。,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。,4.重复接地 在电源中性线做了工作接地的系统中，为确保保护接零的可靠，还需相隔一定距离将中性线或接地线重新接地，称为重复接地。从图 8-11（a）可以看出，一旦中性线断线，设备外露部分带电，人体触及同样会有触电的可能。而在重复接地的系统中，如图 8-11（b）所示，即使出现中性线断线，但外露部分因重复接地而使其对地电压大大下降，对人体的危害也大大下降。不过应尽量避免中性线或接地线出现断线的现象。,图 8-11重复接地作用,5.漏电
22、保护 漏电保护为近年来推广采用的一种新的防止触电的保护装置。在电气设备中发生漏电或接地故障而人体尚末触及时，漏电保护装置已切断电源；或者在人体已触及带电体时，漏电保护器能在非常短的时间内切断电源，减轻对人体的危害。漏电保护器的种类很多，这里介绍目前应用较多的晶体管放大式漏电保护器。,晶体管漏电保护器的组成及工作原理如图 8-12所示，由零序电流互感器、输入电路、放大电路、执行电路、整流电源等构成。当人体触电或线路漏电时，零序电流互感器原边中有零序电流流过，在其副边产生感应电动势，加在输入电路上，放大管V1得到输入电压后，进入动态放大工作区，V1管的集电极电流在R6上产压降，使执行管V2的基极电流下降，V2管输入端正偏，V2管导通，继电器KA流过电流启动，其常闭触头断开，接触器KM线圈失电，切断电源。,图 8 12 晶体管放大式漏电保护器原理图,
