安全电压
初中物理课本中:“大量实验表明,不高于36V的电压对人体来说一般是安全的。”这个电压绝对安全吗?
人体触电后有无危险受许多因素的影响,主要取决于通过人体电流的大小,而通过人体的电流除与加在人体上的电压有关外,还与人体的电阻有关,人体的电阻又受环境、温度、湿度的影响,并且影响很大。因此人体的安全电流和人体的电阻在不同情况下的差别是很大的。因此,安全电压在理论上不可能有一个确定的值。
我国考虑到人体所处的环境不同,触电的危险性不同,又对四种不同接触状态下的安全电压做了如下规定:第一种情况,人体大部分浸在水中。例如游泳、浴池等场所发生触电后可能导致溺水死。因此,人体可能摆脱的自主电流为5mA。由于人体浸在水中,人体电阻只有500Ω,此时的安全电压应为2.5V。第二种情况,人体显著淋湿的状态,人体一部分经常接触到电气装置金属外壳和构造物的状态,通常指在隧洞或潮湿场所,人体皮肤显著受潮。此时人体电阻仅为500Ω左右,若以安全电流30mA取代,则安全接触电压为15V。第三种情况,上述两种接触外的情况,对人体有接触电压后,危险性高的状态。通常指住宅、工厂、学校等场所。在这种环境中人体皮肤干燥,属正常状态。安全电流最大取值30mA,人体电阻取1700Ω,持续允许接触电压为50V。第四种情况,接触电压后无危险或危险低的情况。对此,不规定安全电压值。由此可见,不高于36V的电压也不是绝对的安全,是有条件的安全。
(1)人体触电后是否有危险,起决定作用的因素是
(2)当家庭电路工作正常时,从进户线流入的电流
(3)下列哪个选项不是影响人体电阻大小的因素?
A.环境 B.温度 C.湿度 D.气压
(4)某人在水中的电阻为800Ω,若此人浸在水中作业,则安全电压为
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远程输电发电厂发出的电要传输到很远的地方供人们使用。在输电线上,由于电流的热效应,必然有一部分电能转化成内能而损失掉,导线越长,损失越多。目前远距离送电主要采取高压送电的方式来实施。在保证输送功率不变的情况下,采用提高电压的方法减少线路上的损失。高压送电过程:发电机、升压变压器、高压输电线、降压变压器、居民用电。
变压器原理简化为:原线圈匝数,副线圈匝数,若输入电压,输出电压(如图乙),它们之间的关系式为:。
请结合短文和所学知识回答下列问题:
(1)从发电厂发出电到进入家庭,变压器使电压的大小经过了两次改变,最终直接进入家庭的电压为
(2)下列单位不能够表示远程输电损耗电能大小的是
A. B. C. D.
(3)在输电阶段,输电线上常用如图丙装置将四根导线并联起来,相当于增大了导线的横截面积,从而减小了导线的
(4)如图甲属于
(5)目前我国正在进行1500kV的特高压输电技术实验。若甲、乙两地原来用500kV的超高压输电,建成后改用1500kV的特高压输电,当输电功率相同时,线路上的功率损耗为原来的
(6)由发电厂向用户输电,输送的功率P一定,关于输电电压U与输电电流的I的关系图像正确的是
A. B. C. D.
特高压输电
输电是用变压器将发电厂发出的电升压后,再经控制设备接入输电线路,到达用电方的输送电能的方式。按结构形式分,输电线路分为架空输电线路和地下线路。因为输电线上的功率损耗正比于电流的平方,所以在远距离输电时,输送功率一定的情况下,就要利用变压器升高电压以减小电流,使输电导线减小发热,减少电能在输电线路上的损失。举例说明:根据,发电机的功率不变,若提高输电线路中的电压U,那么线路中电流I一定会减小,输电线损失的电能也会相应减小,因此,提高电压可以很有效的降低线路中的功率损失。
特高压技术作为一种高压输电技术,是中国的创新成果,早已在世界范围内遥遥领先。它标志着我国具有交流1000千伏及以上和直流正负800千伏及以上的输电能力。
通常电压按照等级划分可分为低压、高压、超高压、特高压,不同电压各有各的用途。低压电力系统就像一条小溪流,它的电压范围在220V及以下。中压电力系统就像一条大河流,它的电压范围在1kV到35KV之间,主要用于电力输配电、城市供电和轨道交通等领域。高压电力系统就像一条大海洋,它的电压范围在35千伏到230千伏之间,主要用于输电和大型工业设施的电力供应。超高压电力系统就像一条深海,它的电压范围在1000千伏及以上,主要用于长距离输电。
特高压输电相比较传统输电方式的主要优点包括:经济性高,特高压输电能够大幅降低输电线路的电阻和电损耗,减少电力损失即提高输电效率;环保性强,特高压输电线路通常搭设在高空中,减少了地面资源的占用,还能减少燃煤等传统发电方式对环境造成的污染;输电能力强,特高压输电线路能够在大规模、远距离和高效率的情况下传输电力,特别适合于中国西部和北部地区与中东部和东南部地区之间的能源资源与负荷中心之间的电力输送。
特高压输电是一种极高电压的输电方式,最困难的是如何做好绝缘。科研工作者进行了各种尝试,最终决定用“纸”解决这个问题。这个“纸”可不是一般的纸,而是根据特高压设计的绝缘纸。本来陶瓷材料是有这个能力的,但单台1000千伏特高压变压器的重量可以达到400吨左右,若采用陶瓷做绝缘材料,变压器则会重达7000吨,这样的庞然大物后续运输都成问题。最终绝缘纸以自重轻、易加工、性能稳定的优势脱颖而出,占据变压器绝缘材料的绝对C位。
(1)电厂向某地供电,在保证输电功率一定的前提下能有效地降低输电线路功率损失的方法是
A.减小输电线的横截面积 B.减小输电线的长度
C.提高输电电压 D.缩短供电的时间
(2)在输电的时候,如果输电电压提高为原来的100倍,则电能损失则为原来
A. 10 B. 10000 C. 0.01 D. 0.0001
(3)我国家庭电路所使用的电,属于电力系统中的
A. 低压 B. 高压 C. 超高压 D. 特高压
(4)在输电过程中,输电导线中有电流。我们知道,电荷定向移动时形成电流,物理上常用单位时间内流过导体横截面积的电量来定义电流。假如,某段导线的横截面积是S,单位体积内含n个自由电荷,每个电荷的电量是e,自由电荷定向移动的速度的是v,请根据以上信息写出导线中的电流表达式
模拟微重力环境的装置——中性浮力水槽
为了在地面模拟航天员在太空受到的失重环境,我国建设了特殊的“潜水池”——中性浮力水槽(图甲)。在训练时,航天员需下沉至水下9米左右的深度,为获得与太空中相似的失重环境与失重感,需要在下水前通过增减配重的方法使自身的重力与浮力基本相等。为了充分模拟出舱任务,在水槽中需要穿着水下训练服(图乙),它也是密闭设备,结构与舱外航天服基本一致,整体柔软,内部充有气体,重达130kg。为了协助身着厚重水下训练服的航天员安全下水,水槽边配备有可伸缩的长臂吊车。
为了进行训练,水下训练服与地面设备之间配备了一条脐带,可用于输送新鲜空气、提供用于调节体温的冷却水等,脐带中还有电缆,用于岸上指挥员与水下航天员之间的语音交互。因为水具有导电性,为了航天员的安全,相关设备的功率比较小。
完成训练后,潮湿的训练服在储存前需要干燥处理,防止霉变及锈蚀。请回答以下问题:(已知)
(1)为了水中航天员的人身安全,与水下训练服连接的设备电压不超过
(2)长臂吊车将航天员匀速向下送入水槽的过程中,航天员的动能
(3)航天员在训练时,受到水的压强约为
(4)某航天员质量为70kg,身着训练服在水槽中进行模拟训练时(训练服与配重的总体积约为),其所受浮力大小为
(5)航天员如果移到稍高的位置继续练习时,应给训练服
(6)潮湿的训练服进行干燥处理时,发生的物态变化是
【推荐1】热敏电阻温度计
热敏电阻是用半导体材料制成的电阻,其阻值随温度的变化而变化,如图甲所示为某型号热敏电阻的实物图,阻值随温度升高而变小的称为负温度系数热敏电阻;阻值随温度升高而变大的称为正温度系数热敏电阻。利用热敏电阻的特性做成的温度计叫做热敏电阻温度计。
如图乙所示为热敏电阻R1的阻值随温度t变化的图象(为方便计算,已将图线作了近似处理)。图丙是用R1做测温探头的某热敏电阻温度计的电路图,其中电源电压可在0.60V~1.20V之间调节,R2为定值电阻,阻值为100Ω。
该电路工作原理是:当保持通过R1的电流不变时,R1两端的电压随电阻均匀变化(即随温度均匀变化),故只需将电压表V1表盘的刻度改成相应的温度刻度,就可以直接从V1表盘上读出温度值。
测量温度时,将R1放入待测温度处,闭合开关,调节电源电压,使V2表的示数保持0.20V不变(即电路中的电流保持2mA不变),再从V1表盘上读出待测温度t。
阅读短文,回答下列问题:
(1)热敏电阻R1是
(2)测量温度时,保持R2两端电压为0.20V,R1两端的电压随温度升高而
(3)当电源电压为1.20V时,热敏电阻R1的阻值为
(4)某次测温时,V1表盘上显示的温度是10℃,此时电源电压为
(2)如图丁所示是混合动力客车能量回收系统工作时的能量转化示意图,其中:①是
(3)图乙是跨学科实践小组的同学们在弄清汽车油量表工作原理后,设计的简易的测定油箱内油量的装置。其中:电源电压恒为12V,油量表(量程为0~0.6A的电流表),R0是保护电阻,R是阻值0-100Ω滑动变阻器,a、b、c、d是四个检测点。滑动变阻器的滑片跟滑杆连接,滑杆可以绕固定轴O转动,可看作是
图1是商场里的智能自动扶梯,有人乘时运行较快,无人乘时运行较慢。利用电磁继电器可以设计这样的“自动电路”,其中控制电路由电压恒为的电源,红外传感器Rx(只能接收人体辐射的红外线,Rx阻值与人到传感器距离的关系如下表所示),滑动变阻器,电磁继电器(线圈电阻不计,线圈中电流时衔铁被吸下,线圈中电流时衔铁被弹回)等组成;工作电路由额定电压为的电动机、定值电阻和应急开关S(可以使电梯在必要时停止运行)等组成。工作时,当有人走到电梯口(即红外传感器Rx处)附近,电梯由较慢变为较快运行。
距离 | 3 | 2.5 | 2 | 1.8 | 1.5 | 1.2 | 1 | 0.8 | 0.6 | 0.4 | 0.2 |
电阻 | 15 | 14.5 | 14 | 12 | 10 | 8 | 6 | 4 | 3 | 2.5 | 2.3 |
(2)当有人走到距电梯口距离时,电梯由较慢变为较快运行,滑动变阻器的阻值应调到
(3)下表是节能自动扶梯与普通电梯的有关参数。与普通电梯比,节能自动扶梯一年(按360天计)节约电能
电梯类别 | 负载情况 | 平均功率 | 平均每天运行时间 |
节能自动扶梯 | 负载(有人) | 10 | 5 |
空载(无人) | 5 | 7 | |
普通电梯 | 负载或空载 | 10 | 12 |
A.提高控制电路电压 B.增大接入的阻值
C.减小接入的阻值 D.选用启动电流为的继电器
(线圈中电流时衔铁被吸下,线圈中电流时衔铁被弹回)
漏 电 保 护 器
漏电保护器,主要是用来对用电设备发生漏电故障或对有致命危险的人身触电时的保护.漏电保护器在发生以下事故时起到保护作用:
①设备发生碰壳故障.
②私拉乱接的电线绝缘皮破损.
③人体直接触及相线电压.
④在特别潮湿的地方(如游泳池、淋浴房、厨房、卫生间等),因人体表皮电阻减小,触电死亡的危险大大增加,安装漏电保护器后便能有效地减少触电伤亡事故.
⑥当一些电子设备绝缘材料损坏时,其外露的金属附件(如电视机、收录机的拉杆天线等)可能带危险电压,这种危险电压是不能用接地的方法消除的,只有靠安装漏电保护器才能保证在人身触电的瞬间迅速切断电路,保证人身安全.
如图是安装了漏电保护器的家庭电路.家庭电路中火线与零线间、火线与大地之间有220V电压.通常情况下,通过人体的电流超过20mA 时,人会感到剧痛,呼吸困难,甚至会有生命危险.当人体直接或间接接触火线时,有触电危险.此时,火线、人体、大地将构成回路,所产生的电流将不通过零线,此时通过右图线路中A、B两点的电流不等.当漏电保护器检测到通过图中A、B两处的电流不相等(即发生漏电)时,会迅速切断电路,从而起到保护作用.
低压配电系统中设漏电保护器是防止人身触电事故的有效措施之一,也是防止因漏电引起电气火灾和电气设备损坏事故的技术措施.但安装漏电保护器后并不等于绝对安全,运行中仍应以预防为主,并应采取其他防止触电和电气设备损坏事故的技术措施.
请根据上述材料,回答下列问题:
(1)在特别潮湿的地方,因人体表皮电阻
(2)假如有人在如图所示的电路C点处不慎触电时,漏电保护器
(3)假如某人不慎触电时,且没有发生生命危险,则他的身体电阻至少为
安全电压
电击对人体的危害程度,主要取决于通过人体电流的大小和通电时间长短。电流强度越大,致命危险越大;持续时间越长,死亡的可能性越大。能引起人感觉到的最小电流值称为感知电流,交流为1mA,直流为5mA。人触电后能自己摆脱的最大电流称为摆脱电流,交流为10mA,直流为50mA;在较短的时间内危及生命的电流称为致命电流,如100mA的电流通过人体1s,可足以使人致命。在有防止触电保护装置的情况下,人体允许通过的电流一般可按30mA考虑。
根据欧姆定律可以得知流经人体电流的大小与外加电压和人体电阻有关。人体电阻除人的自身电阻外,还应附加上人体以外的衣服、鞋、裤等电阻。虽然人体电阻一般可达5000Ω,但是影响人体电阻的因素很多,除皮肤厚薄外,皮肤潮湿、多汗、有损伤、带有导电性粉尘等都会降低人体电阻。接触面积加大、接触压力增加也会降低人体电阻。接触电压增高,会击穿表皮角质层,并增加人体的机体电解,也会降低人体电阻。此外,人体电阻还随电源频率的增高而降低,所以通常流经人体电流的大小是无法事先计算出来的。因此,确定安全条件往往不采用安全电流,而是采用安全电压来进行估算。
一般情况下,人体的电阻可按1000~1500Ω考虑,最低可按800Ω计。又经实验与分析得知,人体允许通过的极限电流约为50mA,故此可依据欧姆定律计算出人体所允许的最大电压约为40V。
一般环境条件下允许持续接触的安全特低电压是36V。在行业中规定安全电压为不高于36V,持续接触安全电压为24V。当电气设备采用的电压超过安全电压时,必须按规定采取防止直接接触带电体的保护措施。
请根据上述材料,回答下列问题:
(1)为什么流经人体电流的大小无法事先计算出来?(答出一条即可)
(2)估算安全电压时,电阻应取人体电阻的
(3)家中电饭锅的额定电压是220V,为防止人体触电,该设备中采取的保护措施是
【推荐3】阅读《安全电压》,回答问题。
安全电压是指人体较长时间接触而不致发生触电危险的电压,即人体较长时间接触,对人体各部位组织器官(如皮肤、心脏、呼吸器官和神经系统)不会造成任何损害的电压,也就是说安全电压不危及人身安全。安全电压也叫安全特低电压.应特别强调:任何情况下,都不要把安全电压理解为绝对没有危险的电压。
人体触电的危险程度同很多因素有关,而这些因素是互相关联的,只要某种因素突出到相当程度,都会使触电者达到危险的因素。人体触电后的危险程度决定于通过人体的电流、电流持续时间、电流流经人体的途径、人体的电阻、电源频率、人体的健康状况、有无疾病、性别、年龄等因素,以上各种因素中,通过人体的电流的大小起决定作用,而通用过人体的电流除与加在人体上的电压有关外,还与人体电阻有关,人体的电阻又受环境、温度和湿度的影响,并且影响很大。
人体触电后有无危险受许多因素的影响,主要取决于通过人体电流的大小,而人体的安全电流和人体的电阻在不同情况下的差别是很大的。因此,安全电压在理论上不可能有一个确定的值。另外,在制定安全电压时,还要从安全与经济的角度考虑,如果规定得过低,对人身安全有好处,但会增加投资甚至造成不必要的浪费。反之,如果规定得过高,虽能满足经济的要求,但对人体安全造成威胁。因此应在保证安全的前提下,提高经济效益是各国确定安全电压的原则。
我国考虑到人体所处的环境不同,触电的危险性本同,对几种不同接触状态下的安全电压做了如下规定:
第一种情况,人体大部分浸在水中。指在游泳池或在设有电路的危险水槽内发生人体触电的状态。这些场所会发生二次灾害。例如游泳、浴池等场所发生触电后可能导致溺水死。因此,人体可能摆脱的自主电流。由于人体浸在水中,人体电阻约有,此时的安全电压应为。
第二种情况,人体显著淋湿的状态,人体一部分经常接触到电气装置金属外壳和构造物的状态。通常指在隧洞或潮湿场所,人体皮肤显著受潮。此时,人体电阻约,若接触电压通过人体电流达到允许极限值;若以安全电流取代,则安全接触电压为。
第三种情况,除上述两种接触以外的情况,在特别危险环境中手持电动工具时,在这种环境中人体皮肤干燥,属正常状态。安全电流取,人体电阻取,持续允许接触电压为。
由此可见,不高于的电压也不是绝对的安全,是有条件的安全。
(1)人体触电后是否有危险,主要的决定因素是
(2)影响人体电阻大小的因素有环境、温度和
(3)某人在水中的电阻为,其在水中能够摆脱的自主电流为,若此人浸在水中作业,则安全电压为