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机械及电气安全技术

2013-03-13   作者:唐成   热度:   收藏   发表评论 0

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  (1)工作电火花及电弧。指电气设备正常工作或正常操作过程中所产生的电火花。如刀开关、断路器、接触器接通或断开线路时产生的电火花。

  (2)事故电火花及电弧。包括线路或设备发生故障时出现的火花。如绝缘损坏、导线断线或连接松动导致短路或接地时产生的火花;电路发生故障,熔丝熔断时产生的火花;沿绝缘表面发生的闪络等。

  事故火花海包括外部原因产生的火花,如雷电直接放电机二次放电火花、静电火花、电磁感应火花等。

  (二)电气装置及电气线路发生燃爆

  1.油浸式变压器发生燃爆

  变压器油箱内充有大量的用于散热、绝缘防止内部元件和材料老化以及内部发生故障时熄灭电弧作用的绝缘油。变压器油的闪点在130~140℃之间。变压器发生故障时,在高温或电弧作用下,变压器内部故障点附近的绝缘油和固态有机物发生分解,产生易燃气体。如故障持续时间过长,易燃气体愈来愈多,使变压器内部压力急剧上升,若安全保护装置未能有效动作时,会导致油箱炸裂,发生喷油燃烧。燃烧会随着油流的蔓延而扩展,形成更大范围的火灾危害,造成停电、影响生产等重大经济损失、甚至造成人员的伤亡等重大事故。

  除油浸式变压器外,多油断路器等充油设备也可能发生爆炸。

  2.电动机着火

  异步电动机的火灾危险性是由于其内部和外部的诸如制造工艺和操作运行等种种原因造成。其主要原因有:电压电压波动、频率过低;电机运行中发生过载、堵转、扫膛;电机绝缘破坏,发生相间、扎间短路;绕组断线或接触不良以及选型和启动方式不当等。

  三相异步电动机如果发生某相断线,则形成缺相运行。此时,电动机绕组中的电流会明显上升,但又达不到保护电动机的熔断器的熔断电流值。因此,大电流长时间作用引起定子绕组过热,导致电动机烧毁。

  3.电缆火灾爆炸

  当导线电缆发生短路、过载、局部过热、电火花或电弧等故障状态时,所产生的热量将远远超过正常状态。火灾案例表明,有点绝缘材料是直接被电火花或电弧引燃;有的绝缘材料是在高温作用下,发生自燃;有的绝缘材料是在高温作用下加速了热老化进程,导致热击穿短路,产生的电弧将其引燃。

  电缆火灾常见起因如下:

  (1)电缆绝缘损坏。运输过程或敷设过程中造成了电缆绝缘的机械损伤、运行中的过载、接触不良、短路故障等都会使绝缘损坏,导致绝缘击穿而发生电弧。

  (2)电缆头故障使绝缘物自燃。施工不规范,质量差,电缆头不清洁等降低了线间绝缘。

  (3)电缆头存在隐患。电缆接头的中间接头因压接不禁、焊接不良和接头材料选择不当,导致运行中接头氧化、发热、流胶;绝缘剂质量不合格,灌注时盒内存有空气,电缆盒密封不好,进水或受潮等都会引起绝缘击穿,形成短路导致发生爆炸。

  电缆火灾常见起因如下:

  (4)堆积在电缆上的粉尘起火。积尘不清扫,可燃性粉尘在外界高温或电缆过载时,在电缆表面的高温作用下,发生自燃起火。

  (5)可燃气体从电缆沟窜入变、配电室。电缆沟与变、配电室的连通处未采取严密封堵措施,可燃气体通过电缆沟窜入变、配电室,引起火灾爆炸事故。

  (6)电缆起火形成蔓延。电缆受外界引火源作用一旦起火,火焰沿电缆延燃,使危害扩大。电缆着火的同时,会产生有毒气体,对在场人员造成威胁。

  三、雷电危害

  (一)雷电的种类、危害形式和事故后果。

  1.雷电的种类

  (1)直击雷。雷云与大地目标之间的一次或多次放电称为对地闪击。闪击直接击于建筑物、其他物体、大地或外部防雷装置上,产生电效应、热效应和机械力者称为直击雷。直击雷的每次放电过程包括先导放电、主放电、余光三个阶段。

  (2)闪电感应。又称为雷电感应。闪电发生时,在附近导体上产生的静电感应和电磁感应,它可能使金属部件之间产生火花放电。

  1)闪电静电感应。是由于带电积云在架空线路导线或其他高大导体上感应出大量与雷云带电极性相反的电荷,在带电积云冲击波的形式,沿线路导线或导体传播。

  2)闪电电磁感应。是由于雷电放电时,迅速变化的雷电流在其周围空间产生瞬变的强电磁场,使附近导体上感应出很高的电动势。

  (3)球雷。球雷是雷电放电时形成的发红光、橙光、白光或其他颜光的火球。从电学角度考虑,球雷应当是一团处于特殊状态下的带电气体。

  此外,直击雷和闪电感应都能在架空线路、电缆线路或金属管道上产生沿线路或管道的两个方向迅速传播的闪电电涌(雷电波)侵入。

  2.雷电的危害形式

  雷电是大气中的一种放电现象。雷电具有雷电流幅值大、雷电流陡度大、冲击性强、冲击过电压高的特点。

  雷电具有电性质、热性质和机械性质等三个方面的破坏作用。

  (1)电性质的破坏作用。破坏高压输电系统,毁坏发动机、电力变压器等电气设备的绝缘,烧断电线或劈裂电杆,造成大规模停电事故;绝缘损坏可能引起短路,导致火灾或爆炸事故;二次放电的电火花也可能引起火灾或爆炸事故,二次放电也可能造成电击伤害人命;形成接触电压电击和跨步电压导致触电事故、雷击产生的静电场突变和电磁辐射,干扰电视电话通讯,甚至使通讯中断;雷电也能造成飞行事故。

  (2)热性质的破坏作用。直击雷放电的高温电弧能直接引燃附件的可燃物;巨大的雷电流通过导体能够烧毁导体;使金属熔化、飞溅引发火灾或爆炸。球雷侵入可引起火灾。

  (3)机械性质的破坏作用。巨大的雷电流通过被击物,是被击物缝隙中的气体剧烈膨胀,缝隙中的水分也急剧蒸发汽化为大量气体,导致被击物破坏或爆炸。

  3.雷电危害的事故后果

  (1)火灾和爆炸。

  (2)触电。

  (3)设备和设施损坏。

  (4)大规模停电。

  四、静电危害

  (一)静电危害的形式和事故后果

  静电危害是由静电电荷或静电电场能量引起的。是在生产工艺过程中以及操作人员的操作过程中,某些材料的相对运动、接触与分离等原因导致了相对静止的正电荷和负电荷的积累,即产生了静电。由此产生的静电其能量不大,不会直接使人致命,但其电压可能高达数十千伏以上,容易发生放电,产生电火花。

  静电的危害形式和事故后果有以下几个方面:

  1.在有爆炸和火灾危险的场所,静电放电火花会成为可燃物质的点火源,造成爆炸和火灾事故。

  2.人体因受到静电电击的刺激,可能引发二次事故,如坠落、跌伤等。此外,对静电电击的恐惧心理还对工作效率产生不利影响。

  3.某些生产过程中,静电的物理现象会对生产产生妨碍,导致产品质量不良,电子设备损坏。

  (二)静电的特性

  1.静电的产生

  实验证明,只要两种物质紧密接触而后再分离时,就可能产生静电。静电的生产是同接触电位差和接触面上的双电层直接相关的。

  (1)静电的起电方式

  1)接触—分离起电。两种物体接触,其间距小于25*10-8c时,由于不同原子得失电子的能力不同,不同原子外层电子的能级不同,其间即发生电子的转移。因此,界面两侧会出现大小相等、极性相反的两层电荷。这两层电荷称为双电层,其间的电位差称为接触电位差。根据双电层和接触电位差的理论,可以推知两种物质紧密接触再分离时,即可能产生静电。

  2)破断起电。材料破断后能在宏观范围内导致正、负电荷的分离,及产生静电。这种起电称为破断起电。固体粉碎、液体分离过程的起电属于破断起电。

  3)感应起电。假设一导体A为带有负电荷的带电体,另有一导体B与一接地体相连时,在带电体A的感应下,B的端部出现正电荷,B由于接地,其对地电位仍然为零,而当B离开接地体时,B成为了带正电荷的带电体。

  4)电荷迁移。当一个带电体与一个非带电体接触时,电荷将发生迁移而使非带电体带电。

  (2)固体静电

  橡胶、塑料、纤维等行业工艺过程中的静电高达数十千伏,甚至数百千伏,如不采取有效措施,很容易引起火灾。

  (3)人体静电

  人体静电引发的放电是酝酿成静电灾害的重要原因之一。人体静电的产生主要由摩擦、接触-分离和感应所致。人体在日常活动中,衣服、鞋以及所携带的用具与其他材料摩擦或接触-分离时,均可能产生静电。

  (4)粉体静电

  粉体实质是处在微小颗粒状态下的固体,其静电的产生也符合双电层的基本原理。

  (5)液体静电

  液体在流动、过滤、搅拌、喷雾、喷射、飞溅、冲刷、灌注和剧烈晃动等过程中,由于静电荷的产生速度高于静电荷的泄漏速度,从而积聚静电荷,可能产生十分危险的静电。

  (6)蒸气和气体静电

  蒸气或气体在管道内高速流动,以及由阀门、缝隙高速喷出时也会产生危险的静电。类似于液体,蒸气产生静电也是由于接触、分离和分裂等原因产生的。

  2.静电的消散

  中和与泄漏是静电消散的两种方式,前者主要是通过空气发生的;后者主要是通过带电体本身及其相连接的其他物体发生的。

  (1)静电中和。空气中的自然存在的带电粒子极为有限,中和是极为缓慢的,一般不会被觉察到。带电体上的静电通过空气迅速的中和发生在放电时。

  (2)静电泄漏。表面泄漏和内部泄漏是绝缘体上静电泄漏的两种途径。静电表面泄漏过程及其泄漏电流遇到的是表面电阻;静电内部泄漏过程其泄漏电流遇到的是体积电阻。

  3.静电的影响因素

  (1)材质和杂质的影响

  一般情况下,杂质有增加静电的趋势。但如杂质能降低原有材料的电阻率,加入杂质则有利于静电的泄漏。

  液体内含有高分子材料的杂质时,会增加静电的产生。

  液体内含有水分时,在液体流动、搅拌或喷射过程中会产生静电。液体内水珠的沉降过程也会产生静电。如果油罐或油槽底部积水,经搅动后可能由静电引发爆炸事故。

  3.静电的影响因素

  (2)工艺设备和工艺参数的影响

  接触面积越大,生产静电越多,接触压力越大或摩擦越剧烈,会增加电荷的分离,以致产生较多的静电。工艺速度越快,产生的静电越强。

  容易产生和积累静电典型的工艺过程

  1)纸张与辊轴摩擦、传动皮带与皮带轮或辊轴摩擦等;橡胶的碾制、塑料的压制、上光等;塑料的挤出等。

  2)固体物质的粉碎、研磨过程;粉体物料的筛分、过滤、输送、干燥过程;悬浮粉尘的高速运动等。

  3)在混合器中各种高电阻率物质的搅拌。

  4)高电阻率液体在管道中流动且流速超过1/s;液体喷出管口;液体注入容器发生冲击、冲刷和飞溅等。

  5)液化气体、压缩气体或高压蒸气在管道中流动和由管口喷出,如从气瓶放出压缩气体、喷漆等。

  五、射频电磁场危害

  射频是指无线电波的频率或者相应的电磁振荡频率,泛指100kHz以上的频率。射频伤害是由电磁场的能量造成的。主要有:

  (一)在射频电磁场作用下,人体因吸收辐射能量会受到不同程度的伤害。过量的辐射可引起中枢神经系统的功能障碍,出现神经衰弱症候群等临床症状;可造成植物神经紊乱,出现心率或血压异常,如心动过缓、血压下降或心动过速和高血压等;可引起眼睛损伤,造成晶体浑浊,严重时导致白内障;可使睾丸发生功能失常,造成暂时或永久不育症,并可能使后代产生疾患;可造成皮肤表层灼伤或深度灼伤等。

  (二)在高强度的射频电流作用下,可能产生感应放电,会造成电引爆器件发生意外引爆。感应放电对具有爆炸、火灾危险的场所来说是一个不容忽视的危险因素。此外,当受电磁场作用感应出的感应电压较高时,会给人以明显的电击。

  第二节触电防护技术

  一、直接接触电击防护措施

  绝缘、屏护和间距是直接接触电击的基本防护措施。其主要作用是防止人体触及或过分接近带电体造成触电事故以及防止短路、故障接地等电气事故。

  (一)绝缘

  绝缘是指利用绝缘材料对带电体进行封闭和隔离。良好的绝缘也是保障电气系统正常运行的基本条件。

  1.绝缘材料的电气性能

  绝缘材料又称为电介质,其导电能力很小,但并非绝对不导电。工程上应用的绝缘材料电阻率一般都不低于107Ω.。绝缘材料的主要作用是用于对带电的或不同电位的导体进行隔离,使电流按照确定的线路流动。

  绝缘材料的品种很多,一般分为:

  (1)气体绝缘材料。常用的有空气和六氟化硫等。

  (2)液体绝缘材料。常用的有从石油原油中提炼出来的绝缘矿物油,十二烷基苯、聚丁二烯、硅油和三氯联苯等合成油以及蓖麻油。

  (3)固体绝缘材料。常用的有树脂绝缘漆、胶和熔敷粉末;纸、纸板等绝缘纤维制品;漆布、漆管和绑扎带等绝缘浸渍纤维制品;绝缘云母制品;电工用薄膜、复合制品和粘带、电工用层压制品、电工用塑料盒橡胶;玻璃、陶瓷等。

  每种绝缘材料都有其极限耐热温度,当超过这一极限温度时,其老化将加剧,电气设备的寿命就缩短。

  2.绝缘检测和绝缘试验

  (1)绝缘电阻试验

绝缘电阻是衡量绝缘性能优劣的最基本的指标。在绝缘结构的制造和使用中,经常需要测定其绝缘电阻。通过测定,可以在一定程度上判定某些电气设备的绝缘损坏,判断某些电气设备如电机、变