第13章-供电与安全用电
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目的：高质量、高可靠性、高效率地供电。 远距离输送电能采用高压输电。
目的：降低输电线路的损耗和电压降落。 电力网的额定电压
GB：3 kV、6 kV 、10 kV 、110 kV 、 220 kV 、330 kV 、500 kV。
LFChun 制作
大连理工大学电气工程系
13.1 电力系统概论
水力发电厂
第13章 供电与安全用电
漏电
Id
电工技术
电工技术
第 13 章 供电与安全用电
13.1 电力系统概论 13.2 安全用电 13.3 静电防护 13.4 雷电防护 13.5 电器防火和防爆 课堂讨论
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LFChun 制作
大连理工大学电气工程系
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第13章 供电与安全用电
13.1 电力系统概论
信
号
控制 器
e
TA
电流互感器
R
SB 试验 按钮
用电设备
LFChun 制作
大连理工大学电气工程系
13.2 安全用电
漏电开关
LFChun 制作
大连理工大学电气工程系
第13章 供电与安全用电
13.3 静电防护
一、静电的形成
1. 什么是静电
在宏观范围内暂时失去平衡的相对静止的正、负电荷。
2. 静电的产生
LFChun 制作
大连理工大学电气工程系
13.2 安全用电
(2) TT 系统 电源中性点工作接地电气设备保护接地系统。
漏电
Id2
Id1
工作
接地 R0
Rd
保护接地
要求：Rd R0 ，使机壳对地故障电压为
Ud =
RdUP Rd＋R0
＜ 50 V（安全电压范围内）
LFChun 制作
大连理工大学电气工程系
一、电力系统的组成
输送、变换
发电厂＋电力网＋用电设备。和分配电能
电力网 = 变电所＋各种不同电压等级的电力线路。
LFChun 制作
大连理工大学电气工程系
13.1 电力系统概论
各类发电厂都是利用三相同步发电机发电的。 每个发电厂都是多台机组并联运行。
目的：避免机组轻载运行、方便检修等。 一个大的区域内的所有发电厂并网运行。
3. 控制危险的环境 主要方法：加强危险环境的通风，减少易燃易
爆物的形成，并降低其浓度。
LFChun 制作
大连理工大学电气工程系
防静电服装
LFChun 制作
大连理工大学电气工程系
电工技术
防静电设备
防静电直角盘
防静电周转箱
LFChun 制作
大连理工大学电气工程系
电工技术
防静电设备
感应式静电消除器
2. 接触不良 3. 高温设备周围放置依然物质
二、防火和防爆的措施
1. 合理选用电器设备 (1) 合理选用电器设备的电压和容量 (2) 在易燃易爆环境选用防爆型电器
摩擦起电、破断（分离）起电、感应起电。
二、静电的应用
静电除尘、静电复印、静电喷漆、 静电选矿、静电植绒 ······
LFChun 制作
大连理工大学电气工程系
13.3 静电防护
三、静电的危害
1. 静电的能量
Ws =
1 2
CU 2
式中 C —— 两种物体间的分布电容（F）；
U —— 带电体的静电电压（V）。
输电距离 输电功率
50 ~150 km
5×104 kW
200 ~ 400 km (20 ~30)×104 kW
≥500 km
100×104 kW
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大连理工大学电气工程系
13.1 电力系统概论
二、输电方式（举例）
10.5 kV
△Y
~ △Y
~
△Y
500 kV
输电线
Y△
35~110 kV 10.5 kV
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大连理工大学电气工程系
13.2 安全用电
电击的生理反应（电流路径：手→人身→手） 手麻木（电流较小） →肘下前臂轻度痉挛 → 肘上臂轻度痉挛 →手僵硬、疼痛（能自己挣脱电源） →手到肩部肌肉全部痉挛。 （不能自己挣脱电源，心室颤动，心脏停跳）
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大连理工大学电气工程系
13.2 安全用电
2. 工作接地
(1) 降低接触电压
L1 L2 L3 N
人体承受 380 V
L1
×
L2 L3
N
人体承受 220 V
(a)
R0 工作接地
(b)
(2) 迅速切断故障源
当发生一相接地故障时，熔断器熔断，切断故障源。
(3) 降低电气设备对地的绝缘水平
如上 (a) 图，故障时另外两相对地电压升高到 380 V；
2. 间接接触触电 间接接触触电是
指人体接触到电
气设备正常情况
下不带电、仅在 事故（漏电）情 况下才带电的部 分所引起的触电
漏电
Id
事故。
间接接触触电
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大连理工大学电气工程系
13.2 安全用电
3. 跨步电压触电
当高压输电线断线落地时，有大电流流入大地，
在接地点周围产生电压降。
跨步电压
13.2 安全用电
三、触电急救与防护措施
1. 触电急救 迅速切断电源。 对触电者就地急救并报警。
2. 防护措施 加强用电管理和安全教育，制定安全操作规程， 对电气设备定期保养和维护。 对高压系统设置围栏，悬挂警示牌。 严禁带电操作。 系统采取必要的接地或接零保护，并安装 漏电保护电器。
LFChun 制作
6~10 kV
LFChun 制作
环状式高压配电系统
大连理工大学电气工程系
第13章 供电与安全用电
13.2
一、触电事故
1. 直接接触触电
安全用电
Id
Id
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单相触电事故
大连理工大学电气工程系
两相触电事故
13.2 安全用电
直接接触触电是指人体直接接触到电气设备
正常带电部分所引起的触电事故。
变电所
单相系统
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大连理工大学电气工程系
13.1 电力系统概论
电能的传输
升
压 110 kV、220 kV 变
10kV 压 330 kV、500kV 器
降 10kV 压 6kV 变 压 380V 器 220V
输电距离、输电功率与输电电压的关系
输电电压 110 kV
220 kV 500 kV
6~10 kV 干线
总降压 变电所
分干线 支线
树干式高压配电系统 380/220 V
车间 变电所
LFChun 制作
大连理工大学电气工程系
树干式低压 配电系统
13.1 电力系统概论
3. 环状式配电系统
6~10 kV
闭合为闭环运行
a
Q1
bc
断开为开环运行 Q4
总降压 变电所
Q3
如果 a 处故障使 Q1 跳闸，则断开 b、c 处 Q2 的隔离开关， 不影响其他线段的供电。
输电线
Y△
工厂变电所
Y△
变电所
Y△
变电所
Y
Yn
380/220 V
380/220 V
LFChun 制作
大连理工大学电气工程系
13.1 电力系统概论
三、配电方式（举例）
配电系统 指从总降压变电所至各车间变电所及高压用电
设备的输电系统。 总降压变电所 作用：将 35 ~ 110 kV电源电压降低至 6 ~10 kV 电压，送至车间内各个低压用电设备。 车间变电所 作用：将 6 ~ 10 kV电源电压降低至 380/220 V 电压，分别送至各车间变电所及高压用电设备。
如上 (b) 图，故障时另外两相对地电压约为 220 V。
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大连理工大学电气工程系
13.2 安全用电
3. 保护接地和保护接零 (1) IT 系统
电源中性点对地绝缘电气设备保护接地系统。
漏电
Id2
Id1
Rd
保护接地
由于人体对地电阻 Rd ，使 Id2 Id1 。 实质是限制了故障设备的对地电压 Ud ，保护了人体!
13.2 安全用电
(3) TN 系统
工作电流
电源中性点工作接地电气设备保护接零系统。
× 三相
五线制
保护接零
Id
重
保护接零使设备复
外壳为零电位接
地
漏电 TN－S 系统
L1 L2 L3 N
PE
工作零线 保护零线
保护零线上
没有保工护作电原流理 一旦漏电，形成单相 单相短路，熔断器迅 速熔断，切断电源。
LFChun 制作
放电大多数是重复性的，一次雷电平均放电 3 ~ 4 次。 每次放电持续时间零点几秒。
LFChun 制作
大连理工大学电气工程系
13.4 雷电防护
二、雷电的危害
雷电的破坏作用主要是雷电流引起的。 1. 雷击在建筑物上发生的热效应作用
雷电流的热效应能使金属熔化飞溅，引起火灾和爆炸。
2. 雷击在建筑物上发生的电动力作用
输电线
小型电能用户
变电站
大型 工厂
配电站
学校 住宅 乡村
变电站
LFChun 制作
商店
小型配电站
大连理工大学电气工程系
13.1 电力系统概论
电能的传输与分配
三相供电系统
三相中的一相 13.8 kV(典型值)
发电厂 升压 变电站
远距离输电 115 ~ 765 kV
降压变电站
配电 13.8 ~ 44 kV
10 kV 电位分布
LFChun 制作
跨步电压
20 m
接地点
0.8 m
跨步电压触电
大连理工大学电气工程系
13.2 安全用电
二、电流对人体的作用
1. 电伤 对人体表皮的伤害称为电伤。
2. 电击 对人体内部器官的伤害称为电击。
电击对人体的伤害程度取决于 通过人体电流的大小，电流持续的时间， 电流通过的途径，电流的频率，人体阻抗。 通过心脏的电流达到 50 mA·s 即致人死地。 人体阻抗 ＞1 kΩ （容性）
其原理是应用尖端
＋＋＋＋＋＋
离子化装置
感应
放电现象制成的。 （针状电极）
消雷装置的组成
如右图所示。
被保护物
引下线
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大连理工大学电气工程系
地电流收集装置
13.4 雷电防护
避雷器
氧化锌避雷器
EPC 视频信号避雷器
EPRJ45 网络信号避雷器
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大连理工大学电气工程系
13.4 雷电防护
大连理工大学电气工程系
13.2 安全用电
五、漏电开关
1. 功能 用于低压供电系统。 防止触电事故。 防止由漏电引起的火灾。 监测或切除一相接地事故。 兼有过载、过电压、欠电压及缺相保护。 漏电开关的参数： 漏电动作电流、漏电动作时间、 漏电开关的极数等等。
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13.2 安全用电
离子棒静电消除器
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第13章 供电与安全用电
13.4 雷电防护
一、雷电现象
1. 雷云起电
水滴中的电荷分布是不均匀的。强烈的涡旋气流使 水滴分裂，形成大片带正、负电荷的雷云。
就防雷观点研究雷云时，将其简化为带负电荷的电极。
2. 雷电的形式
线状雷、片状雷、球雷。
3. 雷电放电的特点
雷电流的电动力破坏物体。
3. 雷电流产生的静电感应作用
危及人身和设备安全。
4. 雷电流产生的电磁感应作用
在导体上产生高压大电流，引起接触不良处局部发热 和间隙火化放电。
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13.4 雷电防护
三、防雷装置
防雷装置= 接闪器＋引下线＋接地装置 1. 接闪器（受雷装置）
常见的有：避雷针、避雷带、避雷网。
2. 引下线
敷设在房顶和墙壁上的导线。将雷电流引入接地装置。
3. 接地装置
是埋入大地的接地导线和接地体的总称。
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13.4 雷电防护
四、消雷装置
消雷装置是较避雷装 置更新的防雷技术。
＋－＋－＋－＋－雷＋－＋云－＋－＋－＋－＋－＋ 雷云被中和
避雷器
EPC高频信号避雷器又称高频信号避雷器 （高频信号过电压保护器）
用于微波、移动基站、卫星接收设备的 天馈线信号过电压保护（天馈线信号避雷器）
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第13章 供电与安全用电
Hale Waihona Puke Baidu
13.5 电器防火和防爆
一、电器设备引起火灾和爆炸的原因
1. 使用不当 如过载、通风冷却条件到不到要求等。
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13.2 安全用电
四、触电防护
1. 安全电压 通用接触电压极限 常规环境：交流 50 V、直流 120 V。 潮湿环境：交流 25 V、直流 60 V。 国标规定的安全电压额定值为： 42 V、36 V、24 V、12 V、6 V。 要求：独立的电源供电。
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2. 静电的危害
当 Ws 大于易燃易爆性混合物的点燃引爆的最小能量 时，就会发生静电火灾爆炸事故。
影响生产。 危及人身安全。
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13.3 静电防护
四、静电的防护
1. 限制静电的产生 主要方法：控制工艺过程。
2. 防止静电的积累 主要方法：给静电提供一条泄放的通路。
2. 漏电开关的工作原理
3~
(1) 正常工作时 I1＋I2＋I3 = 0，e = 0
(2) 漏电时
I1＋I2＋I3≠0，e≠0 控制器将信号 e 放
大，产生脱扣信号。
(3) 漏电试验 闭合 SB 模拟漏电。 选择电阻 R 的阻值， 可检验漏电开关的动 作电流值和工作的可 靠性。
Q 脱
扣
I1 I2 I3
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13.1 电力系统概论
1. 放射式配电系统
6~10 kV
380/220 V
总降压 变电所
车间 变电所
单回路放射式高压配电系统
配电箱
380/220 V
配电箱
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车间 变电所
放射式低压配电系统
大连理工大学电气工程系
13.1 电力系统概论
2. 树干式配电系统
目的：降低输电线路的损耗和电压降落。 电力网的额定电压
GB：3 kV、6 kV 、10 kV 、110 kV 、 220 kV 、330 kV 、500 kV。
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13.1 电力系统概论
水力发电厂
第13章 供电与安全用电
漏电
Id
电工技术
电工技术
第 13 章 供电与安全用电
13.1 电力系统概论 13.2 安全用电 13.3 静电防护 13.4 雷电防护 13.5 电器防火和防爆 课堂讨论
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第13章 供电与安全用电
13.1 电力系统概论
信
号
控制 器
e
TA
电流互感器
R
SB 试验 按钮
用电设备
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13.2 安全用电
漏电开关
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第13章 供电与安全用电
13.3 静电防护
一、静电的形成
1. 什么是静电
在宏观范围内暂时失去平衡的相对静止的正、负电荷。
2. 静电的产生
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大连理工大学电气工程系
13.2 安全用电
(2) TT 系统 电源中性点工作接地电气设备保护接地系统。
漏电
Id2
Id1
工作
接地 R0
Rd
保护接地
要求：Rd R0 ，使机壳对地故障电压为
Ud =
RdUP Rd＋R0
＜ 50 V（安全电压范围内）
LFChun 制作
大连理工大学电气工程系
一、电力系统的组成
输送、变换
发电厂＋电力网＋用电设备。和分配电能
电力网 = 变电所＋各种不同电压等级的电力线路。
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大连理工大学电气工程系
13.1 电力系统概论
各类发电厂都是利用三相同步发电机发电的。 每个发电厂都是多台机组并联运行。
目的：避免机组轻载运行、方便检修等。 一个大的区域内的所有发电厂并网运行。
3. 控制危险的环境 主要方法：加强危险环境的通风，减少易燃易
爆物的形成，并降低其浓度。
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大连理工大学电气工程系
防静电服装
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大连理工大学电气工程系
电工技术
防静电设备
防静电直角盘
防静电周转箱
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大连理工大学电气工程系
电工技术
防静电设备
感应式静电消除器
2. 接触不良 3. 高温设备周围放置依然物质
二、防火和防爆的措施
1. 合理选用电器设备 (1) 合理选用电器设备的电压和容量 (2) 在易燃易爆环境选用防爆型电器
摩擦起电、破断（分离）起电、感应起电。
二、静电的应用
静电除尘、静电复印、静电喷漆、 静电选矿、静电植绒 ······
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13.3 静电防护
三、静电的危害
1. 静电的能量
Ws =
1 2
CU 2
式中 C —— 两种物体间的分布电容（F）；
U —— 带电体的静电电压（V）。
输电距离 输电功率
50 ~150 km
5×104 kW
200 ~ 400 km (20 ~30)×104 kW
≥500 km
100×104 kW
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大连理工大学电气工程系
13.1 电力系统概论
二、输电方式（举例）
10.5 kV
△Y
~ △Y
~
△Y
500 kV
输电线
Y△
35~110 kV 10.5 kV
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13.2 安全用电
电击的生理反应（电流路径：手→人身→手） 手麻木（电流较小） →肘下前臂轻度痉挛 → 肘上臂轻度痉挛 →手僵硬、疼痛（能自己挣脱电源） →手到肩部肌肉全部痉挛。 （不能自己挣脱电源，心室颤动，心脏停跳）
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大连理工大学电气工程系
13.2 安全用电
2. 工作接地
(1) 降低接触电压
L1 L2 L3 N
人体承受 380 V
L1
×
L2 L3
N
人体承受 220 V
(a)
R0 工作接地
(b)
(2) 迅速切断故障源
当发生一相接地故障时，熔断器熔断，切断故障源。
(3) 降低电气设备对地的绝缘水平
如上 (a) 图，故障时另外两相对地电压升高到 380 V；
2. 间接接触触电 间接接触触电是
指人体接触到电
气设备正常情况
下不带电、仅在 事故（漏电）情 况下才带电的部 分所引起的触电
漏电
Id
事故。
间接接触触电
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13.2 安全用电
3. 跨步电压触电
当高压输电线断线落地时，有大电流流入大地，
在接地点周围产生电压降。
跨步电压
13.2 安全用电
三、触电急救与防护措施
1. 触电急救 迅速切断电源。 对触电者就地急救并报警。
2. 防护措施 加强用电管理和安全教育，制定安全操作规程， 对电气设备定期保养和维护。 对高压系统设置围栏，悬挂警示牌。 严禁带电操作。 系统采取必要的接地或接零保护，并安装 漏电保护电器。
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6~10 kV
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环状式高压配电系统
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第13章 供电与安全用电
13.2
一、触电事故
1. 直接接触触电
安全用电
Id
Id
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单相触电事故
大连理工大学电气工程系
两相触电事故
13.2 安全用电
直接接触触电是指人体直接接触到电气设备
正常带电部分所引起的触电事故。
变电所
单相系统
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13.1 电力系统概论
电能的传输
升
压 110 kV、220 kV 变
10kV 压 330 kV、500kV 器
降 10kV 压 6kV 变 压 380V 器 220V
输电距离、输电功率与输电电压的关系
输电电压 110 kV
220 kV 500 kV
6~10 kV 干线
总降压 变电所
分干线 支线
树干式高压配电系统 380/220 V
车间 变电所
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树干式低压 配电系统
13.1 电力系统概论
3. 环状式配电系统
6~10 kV
闭合为闭环运行
a
Q1
bc
断开为开环运行 Q4
总降压 变电所
Q3
如果 a 处故障使 Q1 跳闸，则断开 b、c 处 Q2 的隔离开关， 不影响其他线段的供电。
输电线
Y△
工厂变电所
Y△
变电所
Y△
变电所
Y
Yn
380/220 V
380/220 V
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13.1 电力系统概论
三、配电方式（举例）
配电系统 指从总降压变电所至各车间变电所及高压用电
设备的输电系统。 总降压变电所 作用：将 35 ~ 110 kV电源电压降低至 6 ~10 kV 电压，送至车间内各个低压用电设备。 车间变电所 作用：将 6 ~ 10 kV电源电压降低至 380/220 V 电压，分别送至各车间变电所及高压用电设备。
如上 (b) 图，故障时另外两相对地电压约为 220 V。
LFChun 制作
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13.2 安全用电
3. 保护接地和保护接零 (1) IT 系统
电源中性点对地绝缘电气设备保护接地系统。
漏电
Id2
Id1
Rd
保护接地
由于人体对地电阻 Rd ，使 Id2 Id1 。 实质是限制了故障设备的对地电压 Ud ，保护了人体!
13.2 安全用电
(3) TN 系统
工作电流
电源中性点工作接地电气设备保护接零系统。
× 三相
五线制
保护接零
Id
重
保护接零使设备复
外壳为零电位接
地
漏电 TN－S 系统
L1 L2 L3 N
PE
工作零线 保护零线
保护零线上
没有保工护作电原流理 一旦漏电，形成单相 单相短路，熔断器迅 速熔断，切断电源。
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放电大多数是重复性的，一次雷电平均放电 3 ~ 4 次。 每次放电持续时间零点几秒。
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13.4 雷电防护
二、雷电的危害
雷电的破坏作用主要是雷电流引起的。 1. 雷击在建筑物上发生的热效应作用
雷电流的热效应能使金属熔化飞溅，引起火灾和爆炸。
2. 雷击在建筑物上发生的电动力作用
输电线
小型电能用户
变电站
大型 工厂
配电站
学校 住宅 乡村
变电站
LFChun 制作
商店
小型配电站
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13.1 电力系统概论
电能的传输与分配
三相供电系统
三相中的一相 13.8 kV(典型值)
发电厂 升压 变电站
远距离输电 115 ~ 765 kV
降压变电站
配电 13.8 ~ 44 kV
10 kV 电位分布
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跨步电压
20 m
接地点
0.8 m
跨步电压触电
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13.2 安全用电
二、电流对人体的作用
1. 电伤 对人体表皮的伤害称为电伤。
2. 电击 对人体内部器官的伤害称为电击。
电击对人体的伤害程度取决于 通过人体电流的大小，电流持续的时间， 电流通过的途径，电流的频率，人体阻抗。 通过心脏的电流达到 50 mA·s 即致人死地。 人体阻抗 ＞1 kΩ （容性）
其原理是应用尖端
＋＋＋＋＋＋
离子化装置
感应
放电现象制成的。 （针状电极）
消雷装置的组成
如右图所示。
被保护物
引下线
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地电流收集装置
13.4 雷电防护
避雷器
氧化锌避雷器
EPC 视频信号避雷器
EPRJ45 网络信号避雷器
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13.4 雷电防护
大连理工大学电气工程系
13.2 安全用电
五、漏电开关
1. 功能 用于低压供电系统。 防止触电事故。 防止由漏电引起的火灾。 监测或切除一相接地事故。 兼有过载、过电压、欠电压及缺相保护。 漏电开关的参数： 漏电动作电流、漏电动作时间、 漏电开关的极数等等。
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大连理工大学电气工程系
13.2 安全用电
离子棒静电消除器
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大连理工大学电气工程系
第13章 供电与安全用电
13.4 雷电防护
一、雷电现象
1. 雷云起电
水滴中的电荷分布是不均匀的。强烈的涡旋气流使 水滴分裂，形成大片带正、负电荷的雷云。
就防雷观点研究雷云时，将其简化为带负电荷的电极。
2. 雷电的形式
线状雷、片状雷、球雷。
3. 雷电放电的特点
雷电流的电动力破坏物体。
3. 雷电流产生的静电感应作用
危及人身和设备安全。
4. 雷电流产生的电磁感应作用
在导体上产生高压大电流，引起接触不良处局部发热 和间隙火化放电。
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大连理工大学电气工程系
13.4 雷电防护
三、防雷装置
防雷装置= 接闪器＋引下线＋接地装置 1. 接闪器（受雷装置）
常见的有：避雷针、避雷带、避雷网。
2. 引下线
敷设在房顶和墙壁上的导线。将雷电流引入接地装置。
3. 接地装置
是埋入大地的接地导线和接地体的总称。
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大连理工大学电气工程系
13.4 雷电防护
四、消雷装置
消雷装置是较避雷装 置更新的防雷技术。
＋－＋－＋－＋－雷＋－＋云－＋－＋－＋－＋－＋ 雷云被中和
避雷器
EPC高频信号避雷器又称高频信号避雷器 （高频信号过电压保护器）
用于微波、移动基站、卫星接收设备的 天馈线信号过电压保护（天馈线信号避雷器）
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大连理工大学电气工程系
第13章 供电与安全用电
Hale Waihona Puke Baidu
13.5 电器防火和防爆
一、电器设备引起火灾和爆炸的原因
1. 使用不当 如过载、通风冷却条件到不到要求等。
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13.2 安全用电
四、触电防护
1. 安全电压 通用接触电压极限 常规环境：交流 50 V、直流 120 V。 潮湿环境：交流 25 V、直流 60 V。 国标规定的安全电压额定值为： 42 V、36 V、24 V、12 V、6 V。 要求：独立的电源供电。
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大连理工大学电气工程系
2. 静电的危害
当 Ws 大于易燃易爆性混合物的点燃引爆的最小能量 时，就会发生静电火灾爆炸事故。
影响生产。 危及人身安全。
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大连理工大学电气工程系
13.3 静电防护
四、静电的防护
1. 限制静电的产生 主要方法：控制工艺过程。
2. 防止静电的积累 主要方法：给静电提供一条泄放的通路。
2. 漏电开关的工作原理
3~
(1) 正常工作时 I1＋I2＋I3 = 0，e = 0
(2) 漏电时
I1＋I2＋I3≠0，e≠0 控制器将信号 e 放
大，产生脱扣信号。
(3) 漏电试验 闭合 SB 模拟漏电。 选择电阻 R 的阻值， 可检验漏电开关的动 作电流值和工作的可 靠性。
Q 脱
扣
I1 I2 I3
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大连理工大学电气工程系
13.1 电力系统概论
1. 放射式配电系统
6~10 kV
380/220 V
总降压 变电所
车间 变电所
单回路放射式高压配电系统
配电箱
380/220 V
配电箱
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车间 变电所
放射式低压配电系统
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13.1 电力系统概论
2. 树干式配电系统