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1、工廠供電與安全用電 8.1 發電、輸電概述 8.2 工廠供電 8.3安全用電,第 8 章工廠供電與安全用電,8.1發電、輸電概述一、電能的產生 電能是由發電廠生產的。發電廠一般建在燃料、水力豐富的地方，而和電能用戶的距離一般又很遠。為了降低輸電線路的電能損耗和提高傳輸效率，由發電廠發出的電能，要經過升壓變壓器升壓后，再經輸電線路傳輸，這就是所謂的高壓輸電。電能經高壓輸電線路送到距用戶較近的降壓變電所，經降壓后分配給用戶應用。這樣，就完成一個發電、變電輸電、配電和用電的全過程。我們把連接發電廠和用戶之間的環節稱為電力網。整體稱為電力系統，如圖 8-1 所示。,圖 8-1電力系統示意圖,二、電力系2、統的組成 1.發電廠 發電廠是生產電能的工廠，它把非電形式的能量轉換成電能，它是電力系統的核心。根據所利用能源的不同，發電廠分為水力發電廠、火力發電廠、核能發電廠、風力發電廠、地熱發電廠、太陽能發電廠等類型。,水力發電廠，簡稱水電站，它是利用水流的位能來生產電能的。當控制水流的閘門打開時，強大的水流沖擊水輪機，使水輪機轉動，水輪機帶動發電機旋轉發電。其能量轉換過程是：水流位能機械能電能。火力發電廠，簡稱火電廠，它是利用燃料的化學能來生產電能的。通常的燃料是煤。在火電廠，煤被粉碎成煤粉，煤粉在鍋爐的爐膛內充分燃燒，將鍋爐內的水加熱成高溫高壓的蒸汽，蒸汽推動汽輪機轉動，汽輪機帶動發電機旋轉發電。其3、能量的轉換過程是：煤的化學能熱能機械能電能。,核能發電廠，通常稱核電站，它是利用原子核的裂變能來生產電能的。其生產過程與火電廠基本相同，只是以核反應堆代替了燃煤鍋爐，以少量的核燃料代替大量的煤炭。其能量轉換過程是：核裂變能熱能機械能電能。由于核能是巨大的能源，而且核電站的建設具有重要的經濟和科研價值，所以世界上很多國家都很重視核電建設，核電在整個發電量中的比重正逐年增長。風力發電廠，就是利用風力的動能來生產電能的，它建在有豐富風力資源的地方。地熱發電廠，就是利用地球內部蘊藏的大量地熱來生產電能的，它建在有足夠地熱資源的地方。太陽能發電廠,就是利用太陽光的熱能來生產電能的。太陽能發電廠建在常年日4、照時間長的地方。,2.電力網 電力網是聯接發電廠和電能用戶的中間環節，由變電所和各種不同電壓等級的電力線路組成。如圖 6-2 所示，它的任務是將發電廠生產的電能輸送、變換和分配到電能用戶。其中，電力線路是輸送電能的通道，是電力系統中實施電能遠距離傳輸的環節，是將發電廠、變電所和電力用戶聯系起來的紐帶；變電所是接受電能、變換電壓和分配電能的場所，一般可分為升壓變電所和降壓變電所兩大類。升壓變電所是將低電壓變換為高電壓，一般建在發電廠；降壓變電所是將高電壓變換為一個合理、規范的低電壓，一般建在靠近負荷中心的地點。,圖 8-2電網示意圖,電力網按電壓高低和供電范圍大小分為區域電網和地方電網。區域電網5、的范圍大，電壓一般在220 kV以上。地方電網的范圍小，最高電壓不超過110 kV。電力網按其結構方式可分為開式電網和閉式電網。用戶從單方向得到電能的電網稱為開式電網；用戶從兩個及兩個以上方向得到電能的電網稱為閉式電網。3.電力用戶 電力用戶是指電力系統中的用電負荷，電能的生產和傳輸最終是為了供用戶使用。不同的用戶，對供電可靠性的要求不一樣。根據用戶對供電可靠性的要求及中斷供電造成的危害或影響的程度，我們把用電負荷分為三級：,（1）一級負荷。一級負荷為中斷供電將造成人身傷亡并在政治、經濟上造成重大損失的用電負荷。（2）二級負荷。二級負荷為中斷供電將造成主要設備損壞，大量產品被廢，連續生產過程被6、打亂，需較長時間才能恢復從而在政治、經濟上造成較大損失的負荷。（3）三級負荷。不屬于一級和二級負荷的一般負荷，即為三級負荷。在上述三類負荷中，一級負荷一般應采用兩個獨立電源供電，其中，一個系統為備用電源。,對特別重要的一級負荷，除采用兩個獨力電源外，還應增設應急電源。對于二極負荷，一般由兩個回路供電,兩個回路的電源線應盡量引自不同的變壓器或兩段母線。對于三級負荷無特殊要求，采用單電源供電即可。4.電力系統的運行特點 電力系統的運行具有如下特點：(1)電能的生產、輸送、分配和消費是同時進行的。(2)系統中發電機、變壓器、電力線路和用電設備等的投入和撤除都是在一瞬間完成的，所以，系統的暫態過程非常7、短暫。,6.2工廠供電概述,一、工廠供電的意義和要求 工廠是電力用戶，它接受從電力系統送來的電能。工廠供電就是指工廠把接受的電能進行降壓，然后再進行供應和分配。工廠供電是企業內部的供電系統。工廠供電工作要很好地為工業生產服務，切實保證工廠生產和生活用電的需要，并做好節能工作，這就需要有合理的工廠供電系統。合理的供電系統需達到以下基本要求：,（1）安全：在電能的供應分配和使用中，不應發生人身和設備事故;（2）可靠：應滿足電能用戶對供電的可靠性要求;（3）優質：應滿足電能用戶對電壓和頻率的質量要求;（4）經濟：供電系統投資要少，運行費用要低，并盡可能地節約電能和材料。此外，在供電工作中，應合理地處8、理局部和全部、當前和長遠的關系，既要照顧局部和當前利益，又要顧全大局，以適應發展要求。,二、工廠供電系統組成 工廠供電系統由高壓及低壓兩種配電線路、變電所（包括配電所）和用電設備組成。一般大、中型工廠均設有總降壓變電所，把35110 kV電壓降為610 kV電壓，向車間變電所或高壓電動機和其他高壓用電設備供電，總降壓變電所通常設有一兩臺降壓變壓器。在一個生產車間內，根據生產規模、用電設備的布局和用電量的大小等情況，可設立一個或幾個車間變電所（包括配電所），也可以幾個相鄰且用電量不大的車間共用一個車間變電所。車間變電所一般設置一兩臺變壓器（最多不超過三臺），其單臺容量一般為,1000 kVA或19、000 kVA以下（最大不超過1800 kVA），將610 kV電壓降為220 V/380 V電壓，對低壓用電設備供電。一般大、中型工廠的供電系統如圖 8-3 所示。小型工廠，所需容量一般為 1000 kVA或稍多，因此，只需設一個降壓變電所，由電力網以610 kV電壓供電，其供電系統如圖 8-4 所示。變電所中的主要電氣設備是降壓變壓器和受電、配電設備及裝置。用來接受和分配電能的電氣裝置稱為配電裝置，其中包括開關設備、母線、保護電器、測量儀表及其他電氣設備等。對于 10 kV及10 kV以下系統，為了安裝和維護方便，總是將受電、配電設備及裝置做成成套的開關柜。,圖 8-3大、中型工廠供電系統10、圖,圖 8-小型工廠供電系統圖(a)裝有一臺變壓器；(b)裝有兩臺變壓器,工業企業高壓配電線路主要作為廠區內輸送、分配電能之用。高壓配電線路應盡可能采用架空線路，因為架空線路建設投資少且便于檢修維護。但在廠區內，由于對建筑物距離的要求和管線交叉、腐蝕性氣體等因素的限制，不便于架設架空線路時，可以敷設地下電纜線路。工業企業低壓配電線路主要作為向低壓用電設備輸送、分配電能之用。戶外低壓配電線路一般采用架空線路，因為架空線路與電纜相比有較多優點，如成本低、投資少、安裝容易、維護和維修方便、易于發現和排除故障。,電纜線路與架空線路相比，雖具有成本高，投資大、維修不便等缺點，但是它具有運行可靠、不易受外11、界影響、不需架設電桿、不占地面空間、不礙觀瞻等優點，特別是在有腐蝕性氣體和易燃、易爆場所，不宜采用架空線路時，則只有敷設電纜線路，隨著經濟發展，在現代化工廠中，電纜線路得到了越來越廣泛的應用。在車間內部則應根據具體情況，或用明敷配電線路或用暗敷配電線路。在工廠內，照明線路與電力線路一般是分開的，可采用220 V/380 V三相四線制，盡量由一臺變壓器供電。,8.3 安全用電,一、觸電 當人體觸及帶電體承受過高的電壓而導致死亡或局部受傷的現象稱為觸電。觸電依傷害程度不同可分為電擊和電傷兩種。,電擊是指電流通過人體，影響呼吸系統、心臟和神經系統，造成人體內部組織的破壞乃至死亡。,電傷是指在電弧作用12、下或熔斷絲熔斷時，對人體外部的傷害，如燒傷、金屬濺傷等。,調查表明，絕大部分的觸電事故都是由電擊造成的。電擊傷害的程度取決于通過人體電流的大小、持續時間、電流的頻率以及電流通過人體的途徑等。,1.人體電阻,人體電阻因人而異，通常為 104 105，當角質外層破壞時，則降到8001000。,2.電流強度對人的傷害,人體允許的安全工頻電流:30mA工頻危險電流:50mA,電流頻率在40Hz 60Hz對人體的傷害最大。實踐證明，直流電對血液有分解作用，而高頻電流不僅沒有危害還可以用于醫療保健等。,3.電流頻率對人體的傷害,4.電流持續時間與路徑對人體的傷害,電流通過人體的時間愈長，則傷害愈大。,電流13、的路徑通過心臟會導致神經失常、心跳停止、血液循環中斷，危險性最大。其中電流的流經從右手到左腳的路徑是最危險的。,安全電流:人體觸電后最大的擺脫電流。我國規定安全電流為30 mAs，即觸電時間在 1 s內，通過人體的最大允許電流為 30 mA。,5.電壓對人體的傷害,觸電電壓越高，通過人體的電流越大就越危險。,因此，把 36 V以下的電壓定為安全電壓。工廠進行設備檢修使用的手燈及機床照明都采用安全電壓。,二、觸電方式,1.接觸帶電體,(1)電源中性點接地的單相觸電,通過人體電流:,式中:UP:電源相電壓(220V)Ro:接地電阻 4 Rb:人體電阻 1000,這時人體處于相電壓下，危險較大。,(14、2)電源中性點不接地系統的單相觸電,對地絕緣電阻,人體接觸某一相時，通過人體的電流取決于人體電阻Rb與輸電線對地絕緣電阻R 的大小。若輸電線絕緣良好，絕緣電阻R 較大，對人體的危害性就減小。,但導線與地面間的絕緣可能不良（R 較小），甚至有一相接地，這時人體中就有電流通過。,(3)雙相觸電,觸電后果更為嚴重,通過人體的電流：,2.接觸正常不帶電的金屬體,當電氣設備內部絕緣損壞而與外殼接觸，將使其外殼帶電。當人觸及帶電設備的外殼時，相當于單相觸電。大多數觸電事故屬于這一種。,這時人體處于線電壓下，,Ib,3.跨步電壓觸電,電位分布,接地點,跨步電壓,在高壓輸電線斷線落地時，有強大的電流流入大地，15、在接地點周圍產生電壓降。如圖所示。,當人體接近接地點時，兩腳之間承受跨步電壓而觸電。跨步電壓的大小與人和接地點距離，兩腳之間的跨距，接地電流大小等因素有關。,雙腳跨步,一般在20m之外，跨步電壓就降為零。如果誤入接地點附近，應雙腳并攏或單腳跳出危險區。,圖 8 7 跨步電壓觸電示意圖,4.接觸電壓觸電 導線接地后，不但會產生跨步電壓觸電，還會產生另一種形式的觸電，即接觸電壓觸電，如圖 8-8 所示。由于接地裝置布置不合理，接地設備發生碰殼時造成電位分布不均勻而形成一個電位分布區域。在此區域內，人體與帶電設備外殼相接觸時，便會發生接觸電壓觸電。接觸電壓等于相電壓減去人體站立地面點的電壓。人體站立16、離接地點越近，則接觸電壓越小,反之就越大。當站立點距離接地點20 m以外時，地面電壓趨近于零，接觸電壓為最大，約為電氣設備的對地電壓，即220 V。觸電事故雖然總是突然發生的，但觸電者一般不會立即死亡，往往是“假死”，現場人員應該當機立斷，迅速使觸電者脫離電源，立即運用正確的救護方法加以搶救。,圖 8-8 接觸電壓觸電示意圖,三、安全用電的意義 但在使用電能的過程中，如果不注意用電安全，可能造成人身觸電傷亡事故或電氣設備的損壞，甚至影響到電力系統的安全運行，造成大面積的停電事故，使國家財產遭受損失，給生產和生活造成很大的影響。因此，我們在使用電能時，必須注意安全用電，以保證人身、設備、電力系統17、三方面的安全，防止發生事故。四、安全用電措施 安全用電是指在保證人身及設備安全的條件下，應采取的科學措施和手段。通常從以下兩方面著手。,1.建立健全各種操作規程和安全管理制度(1)安全用電，節約用電，自覺遵守供電部門制定的有關安全用電規定，做到安全、經濟、不出事故。(2)禁止私拉電網，禁用“一線一地”接照明燈。(3)屋內配線，禁止使用裸導線或絕緣破損、老化的導線，對絕緣破損部分，要及時用絕緣膠皮纏好。發生電氣故障和漏電起火事故時，要立即拉斷電源開關。在未切斷電源以前，不要用水或酸、堿泡沫滅火器滅火。(4)電線斷線落地時，不要靠近，對于610 kV的高壓線路，應離開落地點10 m遠。更不能用手去18、撿電線，應派人看守，并趕快找電工停電修理,(4)電線斷線落地時，不要靠近，對于610 kV的高壓線路，應離開落地點10 m遠。更不能用手去撿電線，應派人看守，并趕快找電工停電修理。(5)電氣設備的金屬外殼要接地；在未判明電氣設備是否有電之前，應視為有電；移動和搶修電氣設備時，均應停電進行；燈頭、插座或其他家用電器破損后，應及時找電工更換，不能“帶病”運行。(6)用電要申請，安裝、修理找電工。停電要有可靠聯系方法和警告標志。2.技術防護措施 為了防止人身觸電事故，通常采用的技術防護措施有電氣設備的接地和接零、安裝低壓觸電保護器兩種方式。,五、接地和接零,為了人身安全和電力系統工作的需要，要求電氣19、設備采取接地措施。按接地目的的不同，主要分為工作接地、保護接地和保護接零。,1.工作接地,即將中性點接地。,目的：,(1)降低觸電電壓,(2)迅速切斷故障 在中性點接地的系統中，一相接地后的電流較大，保護裝置迅速動作，斷開故障點。,(3)降低電氣設備對地的絕緣水平,2.保護接地,當電氣設備內部絕緣損壞發生一相碰殼時：由于外殼帶電,當人觸及外殼,接地電流 Ie 將經過人體入地后,再經其它兩相對地絕緣電阻R 及分布電容C 回到電源。當R 值較低、C 較大時，Ib 將達到或超過危險值。,對地絕緣電阻,分布電容,電氣設備外殼未裝保護接地時:,電氣設備外殼有保護接地時,通過人體的電流：,Rb與Ro并聯，20、且 Rb Ro 通過人體的電流可減小到安全值以內。,利用接地裝置的分流作用來減少通過人體的電流。,保護接地：將電氣設備的金屬外殼(正常情況下是不帶電的)接地。用于中性點不接地的低壓系統,3.保護接零（用于 380V/220V 三相四線制系統）,將電氣設備的外殼可靠地接到零線上。,當電氣設備絕緣損壞造成一相碰殼，該相電源短路，其短路電流使保護設備動作，將故障設備從電源切除，防止人身觸電。,把電源碰殼，變成單相短路，使保護設備能迅速可靠地動作，切斷電源。,保護接地和保護接零同時使用時,當A相絕緣損壞碰殼時，接地電流,式中：R0：保護接地電阻4 R0：工作接地電阻4,注：中性點接地系統(1)不允許采21、用保護接地，只能采用保護接零；(2)不準保護接地和保護接零同時使用。,此電流不足以使大容量的保護裝置動作，而使設備外殼長期帶電，其對地電壓為110V。,4.重復接地 在電源中性線做了工作接地的系統中，為確保保護接零的可靠，還需相隔一定距離將中性線或接地線重新接地，稱為重復接地。從圖 8-11（a）可以看出，一旦中性線斷線，設備外露部分帶電，人體觸及同樣會有觸電的可能。而在重復接地的系統中，如圖 8-11（b）所示，即使出現中性線斷線，但外露部分因重復接地而使其對地電壓大大下降，對人體的危害也大大下降。不過應盡量避免中性線或接地線出現斷線的現象。,圖 8-11重復接地作用,5.漏電保護 漏電保護22、為近年來推廣采用的一種新的防止觸電的保護裝置。在電氣設備中發生漏電或接地故障而人體尚末觸及時，漏電保護裝置已切斷電源；或者在人體已觸及帶電體時，漏電保護器能在非常短的時間內切斷電源，減輕對人體的危害。漏電保護器的種類很多，這里介紹目前應用較多的晶體管放大式漏電保護器。,晶體管漏電保護器的組成及工作原理如圖 8-12所示，由零序電流互感器、輸入電路、放大電路、執行電路、整流電源等構成。當人體觸電或線路漏電時，零序電流互感器原邊中有零序電流流過，在其副邊產生感應電動勢，加在輸入電路上，放大管V1得到輸入電壓后，進入動態放大工作區，V1管的集電極電流在R6上產壓降，使執行管V2的基極電流下降，V2管輸入端正偏，V2管導通，繼電器KA流過電流啟動，其常閉觸頭斷開，接觸器KM線圈失電，切斷電源。,圖 8 12 晶體管放大式漏電保護器原理圖,