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电网运行的安全技术

		点击数：	更新时间： 2024年07月26日
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电网运行的安全技术
第二章
前言
            电气安全技术也就是电网运行的安全技术。
            就防止触电来说，触电事故发生不外乎是偶然触及或接近带电体（即直接电击）或者是触及正常不带电意外带电的导电体（即间接电击）。为了防止直接电击，可采取绝缘、屏护、间距等安全措施；为了防止间接电击，可采取保护接地、保护接零、应用漏电保护等安全措施。这些安全措施都是通用的、基本的安全措施，即不论是什么必威体育官方网站
，不论周围环境如何，也不论是什么电气设备，都应当要考虑这些安全措施，而且必须满足采用这些措施的技术要求。

第一节  绝缘和加强绝缘
      绝缘是用绝缘材料把带电体封闭起来。各种线路和设备都是由带电
部分和绝缘部分组成的。良好的绝缘能保证设备正常运行，还能保证
人体不致接触带电部分。
      电工绝缘材料的电阻率一般在10厘米.欧以上。瓷、玻璃、云母橡
胶、木材、胶木、塑料、布、纸、矿物油等都是常用的绝缘材料。
      双重绝缘是指除基本绝缘外，还有一层独立的附加绝缘，如转子铁
心与转轴间的绝缘层等，用来保证在基本绝缘损坏时，对操作者进行
触电保护。
      加强绝缘是指绝缘材料的机械强度和绝缘性能都加强了的基本绝缘
它具有与双重绝缘相同或相似的触电保护能力。 
      一、绝缘的破坏
      绝缘材料所承受的电压超过某一程度时，就会在某些地方发生放电
而使绝缘性能遭到破坏，这就是击穿现象。固体绝缘的击穿一般不能
恢复绝缘性能，而液体和气体绝缘的击穿在电压撤除后绝缘性能还能
恢复，但性能往往有所降低。
      固体击穿有两种基本形式，即热击穿和电击穿。热击穿是绝缘材料在外加电压作用下，产生了泄漏电流使绝缘材料发热，如果产生的热量来不及散发，材料的温度就要升高，由于绝缘材料具有负的电阻温度系数，使得绝缘电阻随温度的升高而减少，而增大的电流又使材料进一步发热，直至绝缘材料中电流流经某途径发生熔化和烧穿的现象。热击穿是热起主要作用。电击穿是绝缘材料在强电场的作用下，其中的离子获得高速，从而使中性分子产生碰撞电离，以至产生大量电流而致击穿。电击穿主要决定于电场强度的大小。
       绝缘材料除因击穿而破坏外，腐蚀性气体、蒸汽、潮湿、粉尘、机械损伤也都会降低其绝缘性能或导致破坏。在正常工作的情况小，绝缘材料也会逐渐“老化”而降低以至失去绝缘性能。

玻璃绝缘子
瓷绝缘子
二、介质损耗角

绝缘材料的好坏，除可用绝缘电阻值来衡量外，还可用介质“损耗角“度量。
      绝缘材料又称介质，理想的介质中传导电流为零，“通过“理想介质的电流唯有电容性电流，它超前电压90角；而在实际的介质中却存在微小的传导电流，这个电流使与电容电流并联的，因而介质中的实际电流包含着两种电流：一种是超前电压90角的电容电流，另一种是与电压同相的传导电流（亦称泄漏电流）。这种并联总电流超前于电压的角度就小于90角。它与90角之差值称为“损耗角”。当泄漏电流越大、介质中电流超前电压的角度越小，其损耗角越大。所以绝缘材料的“损耗角”（一般用符号“&amp;amp;”来表示它）也可表征绝缘性能的优劣。但通常都是用绝缘电阻值来衡量。
    绝缘的好坏，主要由绝缘材料所具有电阻大小来反映，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，绝缘电阻可分为体积电阻和表面电阻，前者是电流通过绝缘厚度的电阻值，后者是电流通过绝缘表面的电阻值。而绝缘的全电阻就是这两者之并联值，通常所讲的绝缘电阻主要是这个全电阻。与此相对应的是绝缘材料的电阻率，电阻率也有体积电阻率和表面电阻率之分。
    绝缘电阻通常用摇表（兆欧表）测定。
    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，移动的较固定的要求高等。下面是几种主要线路和设备应当达到的绝缘电阻值。 
   配电线路
   新装和大修后的低压电力和照明线路，要求绝缘电阻值不低于0.5兆欧。运行中的线路可降低至每伏工作电压1000欧。在潮湿的环境，要求可降低为每伏工作电压500欧。
三、绝缘指标和测定
（一）指标和测定
  新装盒大修后的高压架空电力线路，要求每个绝缘子的绝缘电阻不
于300兆欧。
  配电盘的二次线路，绝缘电阻不应低于1兆欧，潮湿的环境可降低为
0.5兆欧。
   绝缘物发生电击穿的电压叫做击穿电压。击穿时的电场强度叫做材
料的耐压强度。
   泄漏电流是线路或设备在外加电压作用下流经绝缘部分的电流。摇表实质上就是测量泄漏电流，只不过是以电阻值的形式指示出来。摇表的额定电压是摇表空转时的电压。
（二）耐压强度
（三）泄漏电流
第二节  屏护和间距
     屏护是采用遮拦、护罩、护盖、箱匣等把带电体同外界隔绝开来，以防止人身触电的措施。
     除防止触电的作用之外，有的屏护装置还起防止电弧伤人、防止弧光短路或便利检修工作的作用。
     开关电器的可动部分一般不能包以绝缘，而需要屏护。不论高压设备是否有绝缘，均应采取屏护或其他防止接近的措施。
     变配电设备，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，均需设遮拦或栅栏作为屏护，所采用网眼遮拦高度不应低于1.7米，下部边缘离地不应超过0.1米，网眼不应大于40*40平方毫米。对于低压设备，网眼遮拦与裸导体距离不应小于0.15米；10千伏设备不应小于0.35米；20~35千伏设备不应小于0.6米。户内栅栏高度不应低于1.2米，户外不应低于1.5米。对于高压设备，栅栏与裸导体距离不应低于1.5米，对于低于设备，栅栏与裸导体距离不应小于0.8米。户外变电装置围墙高度一般不应低于2.5米。 
一、屏护
          屏护装置不直接与带电体接触。屏护装置所用材料应当有足够的机械强度和良好的耐火性能。金属材料制成的屏护装置，必须接地或接零。
    屏护装置应与以下安全措施配合使用：
    ①  屏护装置应有足够的尺寸，与带电体之间应保持必要的距离。
    ②  被屏护的带电部分应有明显标志，标明规定的符号或涂上规定的颜色。
   ③  遮拦、栅栏等屏护装置上，应根据被屏护对象挂上“高压，生命危险”、“站住，生命危险“、“切勿攀登，生命危险”等警告牌。必要时应上锁。
   ④  配合采用信号装置和联锁装置。前者一般是用灯光或仪表指示有电；后者是采用专门装置，当人体越过屏护装置可能接近带电体时，被屏护装置能自动断电。 
      间距就是保证人体与带电体之间的安全距离。为了避免车辆或其他器具碰撞或过分接近带电体造成的事故，以及为了防止火灾、防止过电压放电和各种短路事故，在带电体与地面之间，带电体与其它设施和设备之间，带电体与带电体之间均需保护一定的安全距离。安全距离的大小取决于电压的高低、设备的类型、安装的方式等因素。 
二、间距
            架空线路是指档距超过25米，利用杆、塔敷没的高、低压线路。它主要由导线、杆、塔、横担、绝缘子和金具等组成。
           架空线路所用导线可以是裸线，也可以是绝缘线，如果露天架设，导线绝缘经风吹日晒也极易损坏。
           架空线路断线接地时，为防止跨步电压伤人，在接地点周围8-10米范围内，不能随意进入。
            架空导线在电杆上的排列，一般有水平、垂直和三角形方式，如低压、380/220伏三相四线制的导线，采用水平排列，且零线在靠电杆位置，保证检修人员上杆操作安全。 
1.架空线路
(一)线路安全距离
          10千伏接户线对地距离不应小于4.0米；低压接户线对地距离不应小于2..5米。低压接户线跨越通车街道时，对地距离不应小于6米；跨越通车困难的街道或人行道时，不得小于3.5米。 
低压接户线和进户线
           接户线系指从用户进线处第一个支持物到配电网的一段导线；进户线系指从接户线引入室内的一段导线。
2.接户线和进户线
低压接户线与建筑物有关部分的距离，不应小于下表中所列数值： 
与接户线下方窗方的垂直距离 	30厘米
与接户线上方阳台或窗户的垂直距离 	80厘米
与窗户或阳台的水平距离 	75厘米
与墙壁、构架的距离 	5厘米
    低压接户线的档距不宜超过25米；档距超过25米时宜设接户杆。
    低压进户线进线管口对地面距离不应低于2.7米；高压一般不应小于4.5米；进户线进线管口与接户线端头之间的距离一般不应超过0.5米。 
低压接户线间的线间距离不应小于下表所列数值 ：
架设方式	档距（米）	线间距离（厘米）
自电杆上引下	25及以下	15
自电杆上引下	215以上	20
外墙敷设	6及以下	10
外墙敷设	6以上	15
     户内低压裸导线与地面、生产设备和建筑物之间的最小距离不应小于下列数值： 
3.户内线路
距地面 	3.5米
距汽车通道的地面 	6米
距起重机铺板 	2.2米
距需要经常维护的管道 	1米
距要经常维护的生产设备 	1.5米
固定点间距2米以内时距建筑物 	0.05米
固定点间距2~3米时距建筑物 	0.10米
固定点间距4~6米时距建筑物 	0.15米
固定点间距6米以上时距建筑物 	0.20米
     裸导线采用网状遮拦保护时，离地面最小高度可以减低为  2.5米 
     电缆线路主要由电缆、电缆终端头以及电缆中间接头组成。而电缆由导电线芯绝缘层和保护层组成。
      电缆线路可以暗设也可以明设。 暗设的有沿电缆隧道或电缆沟敷设的，也有直接埋在地下的。直接埋地电缆与一些工程设施的最小距离不应小于下表的要求：
4.电缆线路 
敷设条件	平行敷设	交叉敷设
与电杆或建筑物地下基础之间	0.6m	-
控制电缆与控制电缆之间	0.1m	0.5m
10KV以下的电力电缆之间（或与控制电缆之间）	0.25m	0.5m
10~35KV的电力电缆之间（或与其他电缆之间）	0.5m	0.5m
不同部门的电缆（包括通讯电缆之间与热力管道之间）	2.0m	0.5m
与可燃气体及易燃、客人液体管道之间	1.0m	0.5m
与水管、压缩空气管道之间	0.5m	0.5m
与道路之间	1.5m	1.0m
与普通铁路路轨之间	3.0m	1.0m
与直流电气化铁路路轨之间	10m	-
      ① 电缆相互交叉时，高压电缆应在低压电缆下方，如果其中一条电缆在交叉点前后1米范围内穿管保护或用隔板隔开时，最小距离可减少为0.25米。
       ② 电缆与热力管道接近或交叉时，如有隔热措施，平行和交叉的最小距离可分别减为0.5和0.25米；
       ③ 电缆与热力管道交叉时的隔热措施，应采用电缆穿石棉水泥管保护时，保护管应超出热力管（沟）两端2米；当采用隔热层保护时，隔热层应超过热力管（沟）两边和电缆两边1米；
       ④ 电缆和铁路或道路交叉时应穿管保护，保护管应伸出轨道或路面2米以外；
       ⑤ 电缆与建筑物基础的距离，应能保证电缆埋设在建筑物散水以外；电缆引入建筑物时应穿管保护，保护管亦应超出建筑物散水以外。 
在应用上表时，应注意以下几点： 
      直接埋在地下的电缆与一般接地装置的接地体之间应相离0.25~0.5米。
      直接埋在地下的电缆埋设深度一般不应小于0.7米，并应在冻土层以下。
      用电设备的安装应考虑到防震、防尘、防潮、防水、防触电等安全距离的要求。以下为常见用电设备的安全距离：
       1.常用开关设备安装高度为1.3~1.5米。为了便于操作，开关手柄与建筑物之间应保持150毫米的距离。板把开关离地面高度可取1.4米。拉线开关离地面高度可取3米。明装插座离地面高度1.3~1.5米，暗装的可取0.2~0.3米。
       2.室内吊灯灯具高度应大于2.5米；受条件限制时可减为2.2米（如果还要降低，可采取适当的安全措施），当灯具在桌面上方或人碰不到的地方时，高度可减为1.5米。
       3.户外照明灯具高度不应小于3米；墙上灯具高度允许减为2.5米。
（二）用电设备安全距离
庭院灯
      为了防止人体接近带电体，必须保证足够的检修间距。
      在低压操作中，人体或其所携带工具等于带电体之间的最小距离不应小于0.1米，在高压无遮拦操作中，人体或其所携带工具与带电体之间的最小距离不应小于下列数值：
（三）检修安全距离
10KV及以下	0.7米
20~35KV	1.0米
   当不足上述距离时，应装设临时遮拦，并应符合有关间距的需求。
   用绝缘杆操作时，上述距离可减为：
10KV及以下	0.3米
20~35KV	0.5米
      在线路上工作时，人体或其所携带工具等于临近带电线路之间的      最小距离不应小于下列数值：
10KV及以下	1.0米
35KV	2.5米
       如不足上述数值，临近的线路应当停电。
       用水冲洗时，小型喷嘴与带电体之间的最小距离不应小于下列数值：
10KV及以下	0.4米
35KV	0.6米
第三节  电网的安全性分析
            由电能的生产、输送、转换、分配和应用的所有设备和装置的总组合体称为电力系统，其中由各种电压等级所组成的输配电线路、包括各级变电站、配电所所组成的部分称为电力网，简称电网。
             电网可分为：直流电网、单相电网和三相电网。
           单相和三相电网又可分为接地或不接地两种电网。中性点接地的三相交流电网是低压供电的主要方式。
       一、基本名词解释
             低压电网的标准额定线电压按国家规定分为三种：①127V（只用于矿井和其他保安条件要求较高的场所），②220V，③380V（又称220V/380V电网），应用最为广泛，深圳特区低压供电就是这种等级，全国各大中城市、大型工矿企业也多是这种电网。
       三相发电机和三相变压器初、次级三绕组成的联结点，该点对三绕组任一端的电压绝对值相等，故称为中点，亦称中性点。
2.零点
通过接地线、接地体与大地直接连接的中点称为零点。
3.中线
由中点引出并与三相线分别形成单相供电回路的引线成为中线。
1. 中点
4.零线
       由零点引出的、作为单相供电公用回路的线称为零线。
       注意：经过漏电保护开关以后的零线不可再行接地。
       零线的作用：①.作为通过单相回路电流和三相不平衡电流之用，应该经过漏电保护开关，称为工作零线；②.专作通过单相短路电流和漏电电流之用，称为保护零线。
        所谓接地，就是把电源或用电设备的某一部分、通常是其金属外壳用接地装置同大地作电的紧密连接，接地装置由埋入地下的金属接地体和接地线组成。
1.定义
2.接地的分类
   按不同用途，接地可分为正常接地和故障接地两类。
   正常接地又有工作接地和安全接地之分。安全接地主要包括防
止触电的保护接地、防雷接地、防静电接地及屏蔽接地等。
   故障接地是指带电体与大地之间发生意外的连接，如电气设备
的碰壳短路，电力线路的接地短路等。
 二、接地
3.跨步电压
        跨步电压是指人站立在流过电流的地面上，加于人的两脚之间的电压如 图1的U1和U2。人的跨步一般按0.8米考虑。
图2   跨步电压触电示意图
图1   跨步电压示意图
复习：由跨步电压造成的触电成为跨步电压触电。
如图2中所示，人站在距离电线落地点8～10米以内 ，就可能发生跨步电压触电事故
3.保护接零
        保护接零是中点接地的三相四线和五线制低压配电电网中为防止间接电击和电网的安全运行所采取的最主要的安全措施。
        所谓保护接零或接零保护就是将电气设备在正常情况下不带电的金属部分与电网的零干线紧密地联接起来。如下图所示。
保护接零原理图
①保护接零原理和应用
       如左图所示，某设备发生V相电源线碰壳。这时，由于有了保护接零线，则形成V相电源的直接短路。短路电流Id的值很大，常可达数百安培，足以使电路上的保护装置迅速动作，如使熔断器FU烧断或使自动开关跳闸（图中未标出）从而及时切断电源、消除了触电危险，也使故障暴露、方便维修。
       所以在接地的低压电网中，除少数触电危险性较小的环境，如具有不导电性地面和墙壁的办公室、实验室和民居等以外，所有生产、生活用电器设备都应采取保护接零措施以保证安全。
②在中点接地低压电网中，采用保护接地不能保证安全
        如下图所示，电源电压为220V，工作接地电阻设为Ro=4?,即使保护接地电阻Rb也达到4?的较高标准，这时的碰壳短路电流
        这个短路电流值是不足以促使5KW及以上设备的熔断器动作的。于是故障长期存在，触电危险也长期存在。
         一旦有人触及该漏电设备外壳，则人体所承受的触电电压Ur=外壳电压=IdRb=27.5*4=110V，这个数值的触电电压是相当危险的。

U   Ud
 Uo
D
接地电网中采用保护接地的危险性原理图
      这就是说，在接地电网中，如果用电设备采取保护接地，虽然能够多少降低设备漏电时触电的危险性，但一般不能消除这种危险性。因此，在接地电网中，除装设有漏电时能自动切断电源的自动装置以及采取了其他防止触电措施的少数情况外，不能采用保护接地，而只能采用保护接零作为安全措施。

③在接地的低压电网中，严禁个别设备只接地、不接零
        由同一台变压器供电的采用保护接零的系统中，所有用电设备的金属外壳都必须同零线连接起来，构成一个零线网。如果有个别设备离开零线网，采取保护接地措施，则情况是相当严重的。
        如下图所示，图中，设备D接地而未接零。当设备D漏电时，电流通过Rb和Ro构成回路。电流不会太大，线路可能不会断开，故障长时间存在。该设备对地电压和零线对地电压分别为：
      Ud和Uo都可能是危险电压。即该设备及其他所有按规定接零的设备的外壳都可能带有危险电压。因此，在D设备未装设漏电时能自动切断电源的自动装置或在未采取相应措施的情况下，不允许其单独采取接地保护。
个别设备不接零的危险
第四节  绝缘监测和漏电保护
        绝缘监视或绝缘监测就是监视某台变压器二次侧整个输配电线路对地的绝缘状况。在不接地电网中，当线路对地绝缘良好时，单相触电无危险（因为电流不成回路），这是不接地电网在安全运行上的最大优点。
一、绝缘监测
低压电网的绝缘监视
        低压电网的绝缘监视，是用三只规格相同的电压表来实现的，其接线图如右图所示。电网对地绝缘正常时，三相平衡，三只电压表读数均为相电压；当一相接地时，该相电压表读数急剧降低，另两相则显著升高。即使系统没有接地，而是一相或二相对地绝缘显著恶化时，三只电压表也会给出不同的分数，引起工作人员注意。如果用三只灯泡监视效果更为明显。
（一）低压不接地电网绝缘监视的方法和原理
    高压电网可以用类似的方法进行绝缘监视，其接线如下图所示：
    监视仪表（器）通过电压互感器同高压连接。互感器有两组低压线圈，一组接成星形，共绝缘监视的电压表用；一组接成开口三角形，开口处接信号继电器。正常时，三相平衡，三只电压表读数相同；三角形开口处电压为零，信号继电器不动作。当一相接地或一、两相绝缘明显恶化时，三只电压表出现不同读数；同时，三角形开口处出现电压，信号继电器动作，发出信号。
（二）高压电网绝缘监视的方法和原理
高压电网的绝缘监视
        漏电保护装置是近代电网中防止直接和间接电击的主要安全措施和设备，种类繁多、应用广泛。它们主要的功能是：
 1、防止设备漏电引起的触电事故；
 2、防止单相触电事故；
 3、防止因漏电而引起的火灾和爆炸事故；
 4、有的还能防止电动机缺相运行事故。
二、漏电保护装置
        漏电保护装置广泛应用于低压电网，也可用于高压电网，作检查漏电情况之用。
        通常漏电保护装置还要自动开关组装在一起，成为漏电自动开关，（不可成为自动漏电开关），成为具备短路、过载、欠压、失压和漏电等多种保护功能的新型开关。
漏电自动开关
三相漏电保护器
       如下图所示，设备漏电时，出现异常现象：
       1.三相电流的平衡遭到破坏，出现零序电流，即： 
（一）漏电保护装置的基本原理
        漏电保护装置就是通过检测机构取得这两种异常讯号，经过中间机构的转换盒传递，然后使执行机构动作，并通过开关设备断开电源。有时，异常讯号很微弱，中间还需要增设放大环节。
        漏电保护装置种类很多，按照反映讯号的种类，可分为电流型漏电保护装置和电压型漏
设备漏电图
       2.某些正常时不带电的金属部分出现对地电压，即： 
电保护装置和电压型漏电保护装置。电流型漏电保护装置又可分为零序电流型和泄漏电流型两种。
       为了进一步提高线路运行的安全水平，应用漏电保护后还应同时应用接零保护。
       在三相四线制中，在设备对地绝缘的情况下（如安装在枕木上的电动机）发生碰壳短路时，总漏电保护已不起作用，一旦保护接零又因为线路太长或接零线太细而不能促使有关熔断器及时烧断时，设备将被烧毁。如下图所示：
（二）漏电保护与接零保护的公用
漏电保护与接零保护公用时的错误接法
       这时，除了每台设备都安装三级漏点保护开关将设备直接与大地连接以确保碰壳电器在漏电时都能有漏电保护外更为完善的解决方案是实行三相五线制。其特点是：将零线一分为二，一根成为工作零线，它与相线一同穿过互感器铁芯，只通过单相回路电流和三相不平衡电流。工作零线末端或中端均不可再行重复接地。另一条称为保护零线。它不穿过互感器，只作为短路电流和漏电电流的主要回路。与所有设备的接零保护线直接联接。它的末端必须重新接地。如下图所示：
漏电保护与接零保护公用时的正确接法
       由上述可知，三相五线制是最完善的配电用电制度。因为采用五线制后就可以全面实施电保护和接零保护的共用。一旦设备碰壳短路，即使设备对地绝缘、短路电流既可以促使保护电气迅速动作切断电源，也可以促使漏电保护开关跳闸以切断电源。两种保护措施从而“并行不悖”而且“相得益彰”。
    发达国家早已经实行三相五线制，香港在96年3月通过法令禁止使用二孔插座和插销、也已经全面实施了三相五线制。深圳市的许多高层建筑和大型工厂也都应用了五线制。

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