电气安全,重庆大学电气工程学院 杨岳,第一章 电气安全基础,第一节 电气安全问题立论 第二节 电气危害 第三节 绝缘技术基础 第四节 接地技术基础 第五节 环境技术基础 第六节 电气产品的安全认证,第一节 电气安全问题立论,一、电气安全问题的背景 1、社会背景 各类“电”系统产生的危害 2、自然背景 自然界雷电、静电等产生的危害 3、技术发展规律背景 理论（如物理学）研究突破趋利应用 形成工程体系 负面作用显现避害对策 4、学科背景 问题本身的基础性、所涉及学科的广泛性与理论深度、工程体系的系统性与综合性,二、电气安全问题的工程现状 1）对比知不足与IEC标准对比，与先进国家单位用电量事故率对比。 2）学习与进步与先进标准接轨。接轨力度：从等效采用，到等同采用。 3）努力的方向更新观念，纠正错误，普及知识，发展技术。,三、本课程研究范围和重点 面向非专业场所，面对非专业人员，研究各类电气危害产生的机理和特性参数计算，并提出有效的技术防护措施。 关键词：两个“非”，“技术措施”,第二节 电气危害,一、电气危 害分类,二、电气危害的主要加害源简介 1、供配电系统 危害对象：系统自身；系统所处环境中的其他事物。 2、雷电、静电等 危害对象：所处环境中的其他事物，包括电气电子系统和建（构）筑屋等。,三、电气危害的特点 1、非直观性。 2、途径广。 3、能量大小悬殊，谱密度多样。 4、作用时间长短不一。 5、关联性。危害间、危害与防护措施间、不同防护措施相互之间。,四、电气危害的规律 1、电气危害总是缘于电能的非期望分配。 理解某种危害产生机理的最基本依据。 2、电气危害的发生一定伴生着电气参量的变化。 变化：量值大小，特征、组合特性等。 判断某种危害是否发生的关键。,第三节 绝缘技术基础,一、绝缘材料 绝缘材料导电能力很小的一类材料的总称，又称电介质。 本质特征：材料中基本没有可自由移动的载流子。 参数界定：电阻率不低于107m。 用途：对带电导体进行封闭、隔离。 物态：气体、液体、固体绝缘。 典型材料：空气、变压器油、塑料,1、绝缘材料的电气参数 （1）绝缘电阻率。 107m。与温度反相关，温度特性与导体相反。 （2）介质损耗因数。 1）介质损耗。交变电压作用下绝缘介质中产生的有功功率损耗，简称介损。 2）介损机理探讨。交变电压作用下介质中主要会产生泄漏和极化两种现象。 泄漏即介质中少量载流子在电压作用下发生的定向运动，产生电流，由此产生的损耗叫做电导损耗或泄漏损耗。,极化又分有损与无损极化。 无损极化：中性分子在外电 场作用下正、负电荷中心分离但 外电场消失后会重新重合，无能 量消耗，又称弹性极化。 有损极化：偶极子在外电场 作用下重新取向，外电场消失后 不复原，有能量消耗，又称非弹 性极化。 介质等效电路。三个支路解 释。,理想介质,实际介质,3）介质损耗角。 介损功率与介质体积、外加 电压等有关，不能表征材料的性 质。介损角只与材料有关。 工程上一般测量介损角正切 值tan，称为介损因数。,理想介质,相量图,实际介质,（3）介电强度。指绝缘不被击穿所能承受的最大电场强度，又称介质强度。 介电强度不仅与绝缘材料本身的性质有关，还与外加电场的形式有关。如直流与交流电压作用下，介质的介电强度可能不同。 介质介电强度受环境条件影响较大，如温度、湿度、压力等。 举例：正常条件下空气介电强度为3kV/mm。,小结：绝缘材料的最常见电气参数为：绝缘电阻率、介质损耗角（或介损因数）和介电强度。 这些参数只与介质材料有关，与介质形状、体积等无关。 介质材料电气参数受温度、湿度等环境条件影响较大。,2、绝缘材料耐热分级 在保证寿命的前提下，根据绝缘材料所能长期承受的最高工作温度，可将它们分为若干等级。,绝缘耐热分级有时又称为绝缘等级，注意不要与绝缘强度参数混淆。 使绝缘寿命减半的额外温升，Y级绝缘为8，B级为10，H级为12。,二、绝缘结构及分类 1、绝缘结构的概念 由一种或若干种绝缘材料构成的绝缘体，称为绝缘结构。 绝缘结构可理解为由绝缘材料所加工成的零件在电气设备上的特定应用方式。 绝缘结构按功能可分为工作绝缘和保护绝缘。,2、按保护功能区分的绝缘形式 （1）基本绝缘。带电部件上对触电起基本保护作用的绝缘结构。（介绍工作绝缘） （2）附加绝缘。为在基本绝缘损坏情况下防止触电而附加在基本绝缘之外的一种独立绝缘结构，又称辅助绝缘。 （3）双重绝缘。由基本和附加绝缘共同构成的绝缘结构。基本绝缘和附加绝缘是可以分开的，各自本身就是一个独立的绝缘结构。 （4）加强绝缘。相当于双重绝缘保护程度的单独绝缘结构，由一种或若干种绝缘材料构成，但不能分拆，是一个整体。,a、b、c、d双重绝缘 e、f加强绝缘,三、绝缘检测 1、绝缘电阻测试 1）测试设备。兆欧表。 2）测试内容。吸收比，绝缘电阻。 吸收比：,屏蔽极应用,偏转角为Rx的一元函数,绝缘电阻R,2、介损角正切值tan测试 1）测试设备。介损电桥，又称西林电桥。 2）测试结果。介损角正切值。,正接线试件不接地,反接线试件接地,第四节 接地技术基础,一、电气地与电气接地 电气“地”：可用作为参考电位且电容无穷大的物体。 用作参考电位 :任何扰动下，电位都保持不变。（这一点实际上不可能完全做到） 电容无穷大：可提供或接受任意多的电荷。 电气“接地”：将电气系统或装置上导体的某一部分与电气“地”进行电气连接的技术措施。,二、接地的分类 功能性接地，保护性接地，电磁兼容接地。 1、功能性接地 为保证系统（设备）正常工作，或为保证系统（设备）正确可靠地实现其功能所作的接地。 过去又称为工作接地。 例如：系统中性点接地，单极直流输电系统大地回流极接地。,2、保护性接地 以人身和（或）设备安全为目的的接地。如： 安全保护接地 防雷接地 防静电接地 阴极保护接地 3、电磁兼容接地 为达到电磁兼容的要求所作的接地。又称高频接地。,三、接地装置原理构成及接地电阻 1、构成：由接地体（金属）、接地线构成 接地体周围的土壤、岩石等虽然不是接地装置的构成部分，但对接地的电气性能影响很大，可视为与接地装置相关的外部因素。 接地体作用：获取基准电位，提供电荷通。 接地线作用：将接地体连接点引至地面以上并与接地系统或设备相连。,2、接地电阻 R 直流接地电阻； Ra工频接地电阻； Rsh冲击接地电阻； UE接地点与无穷远大地参考点间直流电压； IE 流入接地点的直流电流； 冲击系数，一般小于1。,四、地电位与地面（地中）电位分布 地电位：即参考0电位，指距接地点无穷远处的大地电位。相当于等效电路图中接地电阻下端电位。 地面（地中）某一点电位：当接地体有电流通过时，附近地面（地中）某一点以无穷远大地为参考点的实际电位。最高值等于等效电路图中接地电阻上端电位。,地中等位面（剖面图）,地面等位线（俯视图）,关于接地装置的利用方式问题,第五节 环境技术基础,一、环境技术与电气安全的关系 研究电气设备（系统）性能与环境状况之间关系的技术，叫做环境技术。 环境技术主要包括两方面的内容： （1）环境条件。 （2）环境试验。,二、环境条件 我国传统的称谓为“环境条件”。 IEC关于“外部条件”的概念内涵更深刻，而环境条件属于外部条件的一个组成部分。 根本区别：是否包括环境中人及与人相关的因素。 按IEC“外部条件”进行介绍。,三、环境试验 （1）自然暴露试验。最准确，最难实施，很难重复，时效性最差。 （2）现场试验。时效性较好，有一定可重复性，结果可行度取决于试验内容和方法。 （3）人工模拟试验。可随时重复进行，时效性好，结果可信度高度存疑。,第六节 电气产品的安全认证,一、电气产品安全认证的基本概念 1、认证与认证制度 认证（Certification）：由权威机构根据当事人提供的资料和其他信息，对某一事物、行为或活动的本质或特征，经确认属实后给予的证明。 要件：被认证对象、认证机构、认证依据。 认证制度：为实施认证活动而建立的一套规则、程序和管理制度，一般以法律或行政法规的形式固定下来。,2、电气产品安全的范畴 由国家标准GB19517国家电气设备安全技术规范规定，该标准覆盖交流501500V、直流751500V的各类电气设备。 3、产品安全认证与电气安全工程的关系 产品安全认证是电气安全工程的依据性基础。,二、常见认证简介 1、中国3C认证 2、美国UL认证 3、欧盟CE认证,