电磁感应Word下载.docx

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第一节V形天窗接触网检修作业消除感应电方法

第二节电力线路检修作业时消除感应电的方法

第三节电力机车车顶作业时消除感应电的方法

第四节接地线的作用及设置规定

第四章典型感应电伤人案例分析及预防

第一节人身触电事故概述

第二节典型感应电事故案例分析与预防

附录………………………………………………………

主要参考文献…………………………………………

第一节概述

一、电能在人类社会活动中的应用

电能是自然界中蕴藏的一种可用不可见的高效资源。

自从被科学家发现它的利用价值以来，飞速的推动了社会生产力的进步、科学技术的发展，大大提高了人类的生活质量。

当今社会，各行各业都在广泛的使用电能，人们的生活也离不开电能。

没有电，社会生产活动就要停滞不前，人们的正常生活秩序也会发生混乱。

电能在给人们的生产生活带来诸多方便的同时，如果在使用中违反正确的操作方法，不按规定的安全操作规程操作，就会发生用电设施不能正常工作、损坏甚至危害操作人员的人身安全。

感应电是一种比较特殊的电能，在社会生产和生活的一些领域有着广泛的利用，但在一些领域中，必须预防和消除它的存在，如果不及时消除，就会对设备及人身安全造成危害，必须引起高度重视。

在电力行业（包括铁路牵引供电系统）的检修作业中，停电检修设施中产生的感应电对作业人员来说，是一种严重威胁作业安全的隐患。

如果作业中操作不当或违反安全工作规程中规定的安全措施、或不按规定的要求设置安全措施，就会发生设备损坏乃至人身伤害事故。

感应电到底是什么东西？

有什么危害？

如何预防感应电的危害呢？

下面，我们一同走进感应电的世界，了解感应电的产生原理，掌握感应电产生的规律，以达到预防感应电损坏设备、威胁或伤害作业人员安全的目的。

二、感应电的分类及产生原理

通常，在物体上直接施加电压或电位后，物体上就会带电。

如果没有给物体直接施加电压或电位，仅在其周围有带电的物体，但该物体上也能带电的现象，我们称之为物体被感应，产生了感应电。

物体上产生的感应电按其产生原理不同，一般分为静电感应和电磁感应两类。

第二节静电感应的产生

一、静电感应的产生原理

物质是由分子组成的，分子是由原子组成的，原子是由原子核和其外围电子组成的。

如图1所示，两种物质紧密接触后再分离时，一种物质把电子传给另一种物质而带正电，另一种物质得到电子而带负电，这种现象就叫做静电感应。

一般认为，两种接触的物质相距小于25×

10-8cm时，即会发生电子转移，产生静电。

两种物质摩擦时，增加两种物质达到25×

10-8cm以下距离的接触面积，并且不断的接触与分离，也可产生较多的静电。

两种物质接触后再分离或相互摩擦能够产生静电。

处于强电场中的两种物质，在电场力的作用下，正电荷

将按电场方向移动，负电荷将逆电场方向移动，当电荷的移动达到平衡状态后，如图2所示，正、负电荷在两种物质的表面上就会大量累积形成静电，即产生静电感应。

如图3所示，与流电相比，静电是相对静止的电荷。

这种电荷在两种物质紧密接触的瞬间，正负电荷要产生相互吸引。

这种电荷相互吸引，就形成了静电电荷的流动，即产生静电感应电流。

静电感应电流的出现，会使两种物质间产生的静电电荷消失，静电就会消除。

与此相似，在强电场中产生的静电荷，如果能在两种电荷间形成一条相互接触的通路，则静电电荷也会流动，即产生静电感应电流。

同样，静电感应电流的出现，将使产生的静电电荷消失，静电就会减弱或消除。

静电感应现象是一种常见的带电现象，如雷电、电容器残留电荷、摩擦带电、复印资料时纸张带电等都属于静电感应带电。

静电感应利用的好，能够为我们的生产生活带来好处，如电喷漆、静电除尘、静电植绒、静电复印等。

但在一些工作场所，必须采取措施，加以预防，如油品装运场所、易燃易爆场所、强电场环境下的检修作业场所等。

二、处于强电场下电线路中的静电感应

当带电线路（或带电接触网线）有交变电压时,其周围空间有电场存在,这时空间各点具有一定的电位,使位于这个电场中的中性导体出现带电现象。

如图4所示，一段对地绝缘的电线路（即Z为∞）位于该电场中，在电场的作用下，导体中的自由电子就要作有规则的移动，引起电荷的重新分布，使该导体呈现带电状态，即产生静电感应。

此时，带电线路与停电线路之间存在容性耦合电流ILA，停电线路与大地间存在容性耦合分布性电流IA。

停电线路上的静电感应电压为：

假设受静电影响的停电线路通过某一阻抗Z（例如人体）接地（如图4中阻抗Z），则静电容性耦合电流ILA将按电容CA的容抗和阻抗Z并联来分配，流经电容CA（或阻抗Z）的电流，由下列因素决定：

当停电线路对地绝缘时，电流IA决定于电压UJ、电容CLA及CA的电抗值；

当接地阻抗Z比电容CA的容抗小得多时，电流IA则决定于电压U、电容CA的电抗值及阻抗Z值。

这时，停电线路上的剩余电压近似等于电流IA与阻抗Z值的乘积。

通过对上述公式的分析推导，可得出下列静电感应电压、电流计算公式分别为:

式中:

U－静电感应电压；

K－感应系数，一般为0.4；

a－带电线路与停电线路间的平行距离；

b－带电线路距地面高度；

c－停电线路距地面高度；

Uj－带电线路对地电压；

－带电线路与停电线路间的平行接近长度；

ω－交流电角频率，一般为314；

r－停电线路导线半径。

因此可知，带电线路对附近停电线路的静电感应影响的具有以下特点：

1．停电线路上产生的静电感应电压的大小，与接近距离a的平方成反比；

2．静电电流的大小与接近段停电线路的长度成正比。

当人体碰触与带电线路接近段间距大于100m、平行长度较短（例如1～2km）的停电线路时，流经人体的静电感应电流值不大，可以不考虑对人体的影响。

对于与带电线路接近段较长（例如在数十公里）和接近距离较小（小于20m）的停电线路时，则停电线路上的静电感应电压将会较高，当人体碰触上述停电线路时，就有可能因流过人体的静电感应电流过大而出现危及人身安全的事故。

但当停电线路有保护接地线时，人为的在正、负静电电荷间形成了一条静电电流通路，保护接地线电阻与停电线路对地电阻Z并联连接于停电线路与大地之间。

由于保护接地线电阻近似为0。

因此，停电线路与大地间的等效总电阻也为0，即静电感应电压约等于0。

此时，不论人体是有意识还是意外接触到停电线路，都不会存在停电线路对人体的静电感应威胁。

第三节电磁感应的产生

磁体材料和载流导体周围存在着一种叫做磁场的特殊物质。

1831年法拉第发现：

处于磁场中的直导体发生运动或通过线圈的磁场发生变化时，在导体或线圈中都会产生电动势；

若导体或线圈是一个闭合回路的一部分，则导体或线圈中将产生电流。

从本质上说，上述两种现象都是由于磁场发生变化而引起的。

我们把变化磁场在导体中引起电动势的现象称为电磁感应，也称“动磁生电”，由电磁感应引起的电动势叫做感应电动势；

由感应电动势引起的电流叫感应电流。

一、电磁感应原理

1．直导体在磁场中运动产生的感生电动势

如图5所示，当导体与磁力线之间有相对切割运动时，这个导体中就会产生出电动势，若导体是一个闭合回路，回路中就有感应电流。

导体停止切割磁力线的运动，产生的电动势就消失了。

研究表明：

直导体中产生的感应电动势的方向、大小具有下列规律：

（1）感应电动势不但与导体在磁场中的运动方向有关，而且还与导体的运动速度有关。

（2）直导体中产生的感应电动势方向可用右手定则来判断：

平伸右手，拇指与其余四指垂直，让掌心正对磁场N极，以拇指指向表示导体的运动方向，则其余四指的指向就是感应电动势的方向。

（3）直导体中感应电动势的大小为：

式中：

e---直导体中产生的感应电动势；

B---穿过直导体的磁场的磁通密度；

---直导体切割磁场的运动速度；

---直导体在磁场中的长度；

α—直导体与磁力线间的夹角。

2．变化的磁场穿过闭合线圈产生的感生电动势

如图6所示，将磁铁插入或拔出线圈时，线圈中磁场的磁通就会变化，线圈两端中就有电动势产生，若回路闭合，回路也会有电流流动；

磁铁不动时，电动势就消失了。

这种磁变生电的现象就是电磁感应现象。

由电磁感应现象所产生的电动势就是感应电动势，由感应电动势所产生的电流就是感应电流。

3．椤次定律和感应电势、电流方向的判断

椤次在研究电磁感应现象的过程中，通过大量实验得出以下两个结论：

第一，导体中产生感应电动势和感应电流的条件是：

导体相对于磁场作切割磁力线运动或线圈中的磁通发生变化时，导体或线圈中就产生感应电动势；

若导体或线圈是闭合电路的一部分，就会产生感应电流。

第二，感应电流产生的磁场总是阻碍原磁通的变化。

也就是说，当线圈中的磁通要增加时，感应电流就要产生一个磁场去阻碍它减少。

由于这个规律是椤次于1834年首次发现的，所以称为椤次定律。

椤次定律为我们提供了一个判断感应电动势和感应电流方向的方法，具体步骤是：

（1）首先判定原磁通的方向及其变化趋势（即增加还是减少）。

（2）根据感应电流的磁场方向永远和原磁通变化趋势相反的原理确定感应电流的磁场方向。

（3）根据感应磁场的方向，用安培定则（右手螺旋定则）就可判断出感应电动势或感应电流的方向。

应当注意，必须把线圈或导体看成一个电源。

在线圈或直导体内部，感应电流从电源的“-”端流到“+”端；

在线圈或直导体的外部，感应电流由电源的“+”端经负载流回“-”端。

因此，在线圈或导体内部感应电流的方向永远和感应电动势的方向相同。

4．法拉第电磁感应定律和感应电动势的大小

椤次定律说明了感应电动势的方向，并没有回答感应电动势的大小。

法拉第在验证椤次定律的过程中发现，检流计指针的偏转和线圈中磁通的变化快慢有关，磁通变化越快，检流计指针的偏转越大；

磁通变化越慢，检流计指针的偏转越小。

所以，线圈中感应电动势的大小与线圈中磁通的变化速度（即变化率）成正比。

这个规律就叫做法拉第电磁感应定律。

如果用Δ

表示在时间间隔Δt内一个单匝线圈中的磁通变化量。

则一具单匝线圈产生的感应电动势为：

对于N匝线圈，其感应电动势为

式中e----在Δt内感应电动势的平均值，V（伏特；

N----线圈的匝数；

ΔΦ----N匝线圈的磁通变化量，Wb（韦伯）；

Δt----磁通变化ΔΦ所需要的时间，s（秒）。

上式是法拉第电磁感应定律的数学表达式。

式中负号表示了感应电动势的方向永远和磁通变化的趋势相反。

在实际应用中，常用椤次定律来判断感应电动势的方向，而用法拉第电磁感应定律来计算感应电动势的大小（取绝对值）。

这两个定律，是电磁感应的基本定律。

5．自感和互感现象

（1）自感现象

如图7所示（a）中，A、B是两个完全相同的灯泡。

灯泡A与一个铁芯线圈串联，灯泡B与一个纯电阻串联。

当合上开关K时，灯泡B正常发光，而灯泡A却是逐渐变亮。

这是因为，当合上开关K时，电流流入线圈时，该电流将产生一个左端为N极右端为S极的磁场，由楞次定律知，这个增大的磁通会在线圈中引起感应电动势，而感应电动势又会产生一个左端为S极右端为N极

的磁通来阻碍原磁通的变化。

根据安培定则可判断出感应电流的方向与原流进线圈电流的方向相反。

因此流进线圈的电流不能很快上升，灯泡A也只能慢慢变亮。

这种一个回路中电流的变化而在其自身回路