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  低压电工安全培训 主讲:谭学波 电话: 维修电工执业要求 ? 我国相关法律、法规及行业规范要求电工 必须持证上岗。这里的持证应包含“三证 ”,即:安全生产监督管理局核发的特种 作业操作证书、劳动和社会保障局核发的 职业资格证。 2 1.特种作业操作证 (1)所有从事电工等特种作业的操作人员必 须持证上岗,违者将规追究法律责任。 (2)学员经指定卫生医疗机构体检合格后, 方可参加电工作业初训。电工作业初训的主要 内容包括电工基础知识、人体触电、触电预防 、触电急救、高(低)压变配电设备、电气安 全管理(包括组织措施和技术措施)等六个方 面。初训后由省、市安全生产监督管理部门组 织考核,合格才发证。电工作业操作证每两年 3 须复审。 ? ? ? 2.电工职业资格证 国家职业资格证书制度要求按照国家制定 的职业标准,通过政府认定的考核鉴定机 构,对从业者的技能水平或职业资格进行 客观、公正、科学规范的评价和鉴定,并 对合格者授予相应的国家职业资格证书。 维修电工国家职业资格证共分为5个级别 ,即:初级(五级)、中级(四级)、高 级(三级)、技师(二级)和高级技师( 4 一级)。 第一章 电工与电子基础 ? 一、导体、绝缘体和半导体(超导体)知识 ? 二、电阻、电容、电感相关知识及应用 三、电路分析方法 四、二极管、可控硅整流原理 ? ? 5 第一节 导体、绝缘体和半导体、超导体知识 导体、半导体、绝缘体器件是构 成各种电气设备、电工电子器件的 基础,在电力生产上,更是普遍存 在,作为一名电力生产人员,应熟 悉掌握导体、半导体、绝缘体的定 义和性质以及应用。 6 一、导体 定义:具有良好导电性能的材料就称 为导体。大家知道,金属、石墨和电解 液具有良好的导电性能,他们都是导体 。 7 二、绝缘体 定义:不导电的物质,称为绝缘 体。如包在电线外面的橡胶、塑料 。常用的绝缘体材料还有陶瓷、云 母、胶木、硅胶、绝缘纸和绝缘油 (变压器油)等,空气也是良好的 绝缘物质。 ? 导体和绝缘体的区别决定于物体内部是否 存在大量自由电子,导体和绝缘体的界限 也不是绝对的,在一定条件下可以相互转 化。 8 三、半导体 有一些物质,如硅、锗、硒等,其 原子的最外层电子既不象金属那样容 易挣脱原子核的束缚而成为自由电子 ,也不象绝缘体那样受到原子核的紧 紧束缚,这类物质的导电性能介于导 体和绝缘体之间,并且随着外界条件 及掺入微量杂质而显著改变,这类物 质称为半导体。 9 1.半导体有以下独特性能: ? 通过掺入杂质可明显地改变半导体的 电导率。 温度可明显地改变半导体的电导率。即热敏效 应 光照不仅可改变半导体的电导率,还可以产生 电动势,这就是半导体的光电效应。 与金属和绝缘体相比,半导体材料的发现是最晚的 ,直到20世纪30年代,当材料的提纯技术改进以后 ,半导体的存在才真正被学术界认可。半导体技术 的发现应用,使电子技术取得飞速发展, 10 ? ? 2.本征半导体与杂质半导体、PN结 (1)本征半导体:天然的硅和锗提纯后形成单晶体 就是一个半导体,称为本征半导体。 本征半导体中的载流子浓度很小,导电能力较弱,且 受温度影响很大,不稳定,用途有限。 (2)杂质半导体、PN结:如果在本征半导体中掺 入微量杂质(掺杂),其导电性能将发生显著变 化,如在纯硅中掺入少许的砷或磷(最外层有五 个电子),就形成N型半导体;掺入少许的硼( 最外层有三个电子),就形成P型半导体。 P型和N型半导体并不能直接用来制造半导体器件。通 常是在半导体的局部分别掺入浓度较大的三价或五价杂质 ,使其变为P型或N型半导体,在P型和N型半导体的交界面 就会形成PN结,而PN结就是构成各种半导体器件的基础, 最简单的一个PN结就是二极管。 11 四、超导体 ? 定义:某些金属在摄氏零下273度的绝对温 度下,电阻会突然消失,这种金属电阻完 全消失的特殊现象,称超导电性,具有超 导电性的金属称超导体。 超导现象是1911年荷兰物理学家昂尼斯在研究 导体的电阻随温度变化的实验中,首次发现水银 在4.2K的低温时,电阻突然消失,即R=0;1933年 ,又发现处于超导状态的物质,外部磁场不能深 入超导体内,有抗磁性,即B=0,以上是超导体的 两大特性。 12 第二节 电阻、电容、电感相关知识及应用 电阻、电容、电感是构成各种电路的基 本元件。这一部分主要是了解一下它们性 质、用途,以及实际应用举例。 13 一、电阻 1.定义:衡量物体导电性能的物理量称为电阻。 在一定的温度下,其电阻与长度成正比,与截面积成反 比。这就是导体的电阻定律。 2.电阻的常用单位:欧姆(Ω )、KΩ 、MΩ ? 1Ω的含义:当导体两端电压为1V,通过的电流为 1A,这段导体的电阻为1Ω。 ? 换算:1 MΩ=103 KΩ=106Ω ? 阻值标示:一般用色环法和数字法。 14 3.电阻的性质 ? ? ? ? ? 电阻是一个耗能元件,即消耗电能变为热能。 电阻是线性元件,它符合欧姆定律:Ι=U/R。 电阻在电路中主要用于限流、分流、降压、分压。 主要参数:阻值及误差、额定电压、额定功率等。 电阻的串并联及计算: 串联:R∑=R1+ R2+ R3+… 分压作用 并联: 1 1 1 1 ? ? ? ?? R ? R1 R2 R3 分流作用 ? U ?? 常用计算公式: R P ? ? .R 2 R? U2 P 串联各电阻的电压与电阻成正比。也就是说,大电阻分到高电压, 小电阻分到小电压。 两个电阻并联时,总电流为两分支电流之和。电流的分配与电阻大 15 小成反比。 4.电阻的测量:一般用万用表、兆欧表、平衡电桥等 电阻测量一般不能带电测量。在测量半导体(二极管、三 极管)、电容等有极性的器件时,因有正向、反向之分,所以 万用表在电阻档时:“黑”表笔为正极,“红”表笔为负极。 兆欧表一般用于测量阻值较大的绝缘电阻。阻值较小电阻的精 确测量也有很多种方法,平衡电桥测量是较常用的一种(高试 常用),有直流电桥和交流电桥。 5.电阻的分类及应用: ? 按阻值特性:固定电阻、可调电阻 ? 按制造材料:碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻 、水泥电阻、陶瓷电阻、半导体电阻等。 ? 按安装方式:插件电阻、贴片电阻。 16 5.特种电阻(敏感电阻)常识: ? 热敏电阻:是一种对温度极为敏感的电阻器,分 为正温度系数(阻值随温度升高而增大)和负温 度系数(阻值随温度升高而降低)电阻器。应用 举例: 如电视机消磁电路、电饭锅电路 17 ? ? 光敏电阻:阻值随着光线的强弱而发生变化的电 阻器,称为光敏电阻器。分为可见光光敏电阻、 红外光光敏电阻、紫外光光敏电阻。选用时先确 定电路的光谱特性。实际应用如光控路灯,根据 光线的强度自动控制路灯的开关。 压敏电阻:是对电压变化很敏感的非线性电阻器 ,具有非线性伏安特性并有抑制瞬态过电压作用 的固态电压敏感元件。当电阻器上的电压在标称 值内时,电阻器上的阻值呈无穷大状态,当电压略 高于标称电压时,其阻值很快下降,使电阻器处于 导通状态,当电压减小到标称电压以下时,其阻值 又开始增加(可以自恢复)。实际应用如电话机 过压保护、避雷器阀片等。 18 ? ? 湿敏电阻:是对湿度变化非常敏感的电阻器,能在 各种湿度环境中使用,它是将湿度转换成电信号 的换能器件。主要用作湿度传感器,如婴儿的尿 湿报警器等。 熔断器、分流器:也可以看作是一种电阻器件, 熔断器是一种阻值很小,功率较小的电阻,当通 过的电流超过一定值时,其发热熔断起到保护作 用;分流器实际上就是一个阻值很小的电阻,串 在回路中,当有直流电流通过时,产生压降且随 电流大小变化,供直流电流表显示,或接到变送 器(如励磁回路),实际上相当于取样、测量的 作用。 19 二、电容 1.电容器结构原理: 在电子电路中,电容器是必不可少的电子器件 ;在电力生产中,电力电容器也是广泛应用。简 单地说,电容器就是一种储存电荷的容器,他不 消耗能量。电容器通常简称为电容,用字母“C” 表示。其基本结构是由两片靠得较近的金属片, 中间隔以绝缘物质而组成,两金属片为电容得极 板,中间的绝缘物质为介质, 电容器的电容等于电容器的带电荷 q 量,平板电容器的电容与极板面积成正 C ? u 比,与极间距离成反比。 20 一般规定把电容器外加1V直流电压时所储存的 电荷量称为该电容器的电容量。电容的基本单位为 法拉(F),还有微法(μF)、纳法(nF)、皮法 (pF),因法拉单位较大,实际不常用,实际常用 的是微法、皮法。其换算关系: 6 1法拉(F)= 10 微法(μF) 1微法(μF)= 10 3 纳法(nF)= 10 6 皮法(pF ) 2.电容器的基本性质、作用: 基本性质:简单地说就是隔直流通交流,即对直 流呈现电阻无穷大,相当于开路;对交流呈现的 电阻力受交流电频率影响,即相同一电容器对不 同频率的交流电呈 1 1 现不同的容抗: Xc= ? ωC 2 π fC21 电容器在电路中主要作用有:整流电路平滑滤波、 电源电路的退耦滤波、交流信号旁路、交流信号耦 合(隔直)、与电阻电感构成振荡、谐振回路、延 时电路等等。电子电路中需要用到各种各样的电容 器,它们在电路中分别起着不同的作用。电力电容 器的主要应用有:无功补偿、电容式电压互感器、 阻波器、载波耦合电容器、油开关触头保护电容器 等等。 小容量的电容,通常在高频电路中使用;大容量的电容 往往是作滤波和存储电荷用。电解电容为有极性电容,分 正、负极,一般电源电路的低频滤波均采用电解电容,其 正向漏电流较小,而反向漏电流较大,所以在电路中要注 意极性不能接反,否则会因漏电流大引起爆炸损坏。 22 电容的充放电:把电容器的两个电极分别接在电源 的正、负极上,过一会儿把电源断开,两个引脚间 仍然会有残留电压,这是因为电容器储存了电荷, 电容器极板间建立起电压,积蓄起电能,这个过程 称为电容器的充电。而电容器储存的电荷向电路释 放的过程,称为电容器的放电。 ? ? ? 电容器的充电和放电就形成电容电流,电 容电流与电容和端电压的变化率成正比。 只有加在电容两端的电压发生变化时,电 容才有电流通过。 电容器储藏的电场能量与端电压的平方成 正比: du i?C dt 1 2 W ? Cu 2 23 充电过程分析: 开关合闸瞬间,过渡过程, 呈指数规律。 uC ? U s (1 ? e ? t RC ) t duC U s ? RC iC ? C ? e dt R 24 放电过程分析:其中 称为电路充放电时间常数, 它是反映充放电快慢的一个参数。 t RC ? ? RC uC ? U o e ? duC U o ? RC iC ? C ?? e dt R t 以上是电容在直流电路瞬态过渡充放电过程的简单分析 25 ,从波形图可以看出,其充电电流超前电压。 正弦交流电路中,电压电流的波形、相量关系: 由其波形和相量图 1 可以看出: ? ? j U XC 即电流超前电压90°, 这就是我们通常所说 的容性负载电流超前 电压90°的原因。 π /2 ? ? u 、i u O ωt i 电容的串并联性质: 并联:总电容为各电容之和。 串联:总电容的倒数为各电容倒数之和。 C ? C1 ? C2 ? ? 1 1 1 ? ? ?? C C1 C2 电容器串联时,各电容电压与电容量成反比,每个电容分配 26 到的电压计算式在形式上与并联电阻的分流计算公式相似。 3.电容的参数:主要有标称容量、额定电压、绝 缘电阻(漏电阻)、温度范围等 4.电容器的测量、极性判别:对于通常的电容器,一般 用万用表电阻档测量。 ★每次测试前,需将电容器放电(两极短接一下放电),然 后将红、黑表笔分别接电容器的两极,由表针的偏摆来判 断电容器质量。好的电容器,表针迅速向右摆起(摆的角 度与容量大小有关),然后慢慢向左退回原位(靠近∞, 所指示的阻值就是漏电阻)。 ★如果表针摆起后不再回转,说明电容器已击穿。如果表针 摆起后逐渐退回到某一位置停住,则说明电容器已漏电。 如果表针摆不起来,说明电容器电解质已干涸失去容量。 ★对于极性电容(电解电容),一般反向漏电比正向大,其 测出的正向漏电阻大于反向漏电组。(可依此判别极性) ★其实,万用表测量的过程就是反映电容充放电的过程。27 5.电容器应用举例: ? ? ? ? ? ? ? 分布电容、杂散电容影响: 旁路、消干扰: 储能作用: 耦合电容、阻波器: 无功补偿电容器: 少油断路器断口均压电容: 电容式电压互感器: 28 29 30 三、电感 1.电感的结构原理:用导线绕制成线圈就构成一个电感器, 它是一种能够储存磁场能量的元件。 电感的单位是亨利(H),常用单位为毫亨(mH)、微亨 (μ H)和纳亨(nH),其换算关系为: 电感量的大小表示产生感应电动势的能力。 1H ? 10 mH ? 10 μ H= 10 nH 3 6 9 2.电感的性质、作用: 形象说法:电感器就是“通直流,阻 交流”。也就是说,只有电感上的电流变化时,电感两端 才有电压,而且其电动势的方向是阻止电流变化的方向, 大小与电感量和电流变化率成正比。在直流电路中,电感 上即使有电流通过,但u=0,相当于短路。其电压与电 流的关系: di u ? L dt 31 ? ? 同一电感对不同频率的交流电呈现不同的阻抗, 即感抗:XL=ωL=2πfL。电感L越大,电源频率 f越高,感抗就越大。对直流,f=0,相当于短路 。 电感线圈是一个储能元件,它以磁的形式储存电 能,储存的电能大小可用下式表示: 可见,线圈电感量越大,流过电 W ? 1 Li 2 L 流越大,储存的电能也就越多。 2 其储能和释放过程:当电流的绝对值增加时, 电感元件吸收能量并全部转换成磁场能量;当电 流的绝对值减小时,电感元件释放磁场能量。 可见,电感元件与电容元件一样,并不是把吸 收的能量消耗掉,而是以磁场或电场的形式储存 ,用以交换,释放与吸收的能量一样。 32 ? 对于正弦交流电路,其电压、电流波形图和相量图如下: u 、i u π /2 O ωt i 由以上波形图和相量图可以看出,电感在正弦交流电 路中电流滞后电压90°,即: ? ? 我们通常所说的,感性负载电 流滞后电压90°就是这个道理。 L U ? jX I 33 3.电感的参数、测量: 测量:用电感测量仪测量其电感量;用万用表测量其通断, 理想的电感电阻很小,近乎为零。若测量电阻为∞,则说明 电感器已经开路损坏。 参数:主要有电感量、额定电流等。 4.电感的应用举例: 电抗器:实质上是一个无导磁材料的空心线圈。在电力系 统中起增大短路阻抗,限制短路电流作用。常串于出线断 路器处,起到维持母线电压水平的作用,使母线电压波动 较小,保证非故障线路上的用户电气设备运行的稳定性。 消弧线圈:在中性点不接地系统发生单相接地时,减少通 过接地点的电容电流,有效防止铁磁谐振过电压的产生。 消弧线圈补偿方式有三种:全补偿、欠补偿、过 补偿 34 第三节 电路分析方法 一、电路的基本概念: 为了某种需要、功能而由电源、导线、开 关和负载等元件按一定方式组合起来的电流的 通路称为电路。 ? 电路的主要功能:一是进行能量的转换、传输 和分配;二是实现信号的传递、存储和处理。 ? 电路分析的主要任务就在于解得电路物理量, 其中最基本的电路物理量就是电流、电压和功 率。 35 二、电路的基本物理量: 1.电流:导体中电荷的定向移动形成电流。定义为单位时 间内通过导体截面的电荷量,即 dq i ? 2.电压、电位和电动势: dt 电位:电路中某点的电位定义为单位正电荷由该点移至参 考点电场力所做的功。要有一个参考零电位点 。 电压:电路中a、b点两点间的电压定义为单位正电荷由a 点移至b点电场力所做的功。或者说,两点之间的电位差 即为电压: ab a b 电压的实际方向规定由电位高处指向电位低处。 电源电动势:是衡量外力即非静电力做功能力的物理量。 外力克服电场力把单位正电荷从电源的负极搬运到正极所 做的功,称为电源的电动势。 电动势的实际方向与电压实际方向相反,规定为由电 36 源负极指向正极。 u ? u ?u 3.电功率和电能:电场力在单位时间内所做的功称为电功率 ,简称功率。它表示电能转化为其他形式的能量,被电路吸 收(消耗)的速率。单位为:瓦(W),常用的有KW(千瓦 )、MW(兆瓦)、mW(毫瓦)。 dW p? ? ui或P ? UI(直流时) dt 在一定时间内,电路(负载)吸收(消耗)的电功率 (电量)称为电能,即电量(电度)。 W ? P ( t ? t ) 0 电能的单位是焦(耳)(J),它 等于功率1W的用电设备在1s内消耗的电能,量值较小。在 实用上采用kWh(千瓦小时)作为电能的单位,它等于功率 1kW的用电设备在1h(3600s)内消耗的电能,简称为1度 电。换算关系: 1kWh ? 10 W ? 3600s ? 3.6 ? 10 J ? 3.6MJ 3 6 37 二、电路的基本物理量: 电路的分析计算有两大基本定律:一是欧姆定律;一是 基尔霍夫定律。欧姆定律反映的是电路中元件上的电流和电 压的约束关系,而基尔霍夫定律反映的是电路中各支路电流 之间的约束关系或各回路电压之间的约束的关系。 1.欧姆定律: 欧姆定律只适用于纯线性电阻电路。欧姆定律有两种: 即部分电路欧姆定律(也称作外电路欧姆定律)和全电路 欧姆定律。 外电路欧姆定律:表述为在同一电路中,流过电阻的电 流跟其两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比。 U U I ? ; U ? RI ; R ? R I 串联电阻分压公式: U 1 R1 ? R2 并联电阻分流公式: U 2 I1 R2 ? I2 R1 38 全电路欧姆定律:全电路是指电源以外的电路(外电路 )和电源(内电路)之总和。电源产生电动势,它有内电阻。 流过电路的电流,与电源的电动势成正比,与外电路的电阻与 内电路的电阻之和成反比。这就是全电路欧姆定律。 I ? ? R?r 或?=IR ? Ir 在实际电路中,由 于内阻的存在要消耗 一定的功率,产生一 定的电压降(Ir)。 因此,外电路端电压 U=ε-Ir。当外电路开 路时,I=0,U=ε; 当外电路有负载时, 端电压随着负载(I) 的增大而降低。 39 2.基尔霍夫定律: 基尔霍夫定律包括电流定律和电压定律。不论元件是线 性的还是非线性的,电流、电压是直流的还是交流的,基尔 霍夫定律总成立。 ? 基尔霍夫电流定律:对电路中任一结点,在任一时刻,流 出结点的电流之和一定等于流入结点电流之和,即流出或 流入该结点的所有支路电流的代数和为零。 KCL也可以推广到电路中任 一假设的封闭面,即在任一时刻, 通过该封闭面的所有支路电流的 代数和等于零。 I1 ? I 2 ? I 3 ? 0 I 2 ? I 5 ? I 1 ? I 3 ? I 4 ?i ? 0 40 ? 基尔霍夫电压定律:对任一电路中的任一回路,在任一时刻 ,沿着该回路的的所有支路电压的代数和恒等于零,简称为 KCL。 KCL确定了连接 在同一回路中各支路 电压之间的关系。体 现的是电荷在电场中 从一点移到另一点时, 它所具有能量的改变 量只与这两点的位置 有关,而与移动路径 无关的性质。 在分析电路列回路KCL方程时,应先规定回路绕行方向,各 支路电压参考方向与回路绕行方向一致时(从“+”极性向“41 ”极性)取正号,反之取负号。 第四节 二极管、可控硅整流原理 电力电子器件是电力电子变流技术的核心, 通常包括非可控器件(如整流二极管)和可 控器件(如晶闸管,也叫可控硅)两大类。 电力电子变流技术和控制技术的发展,使变 流技术主要能实现以下几个功能:整流器、 逆变器、暂波器、交流调压器、周波变流器 等,以上的几个功能都可以通过晶闸管来实 现。 下面,我们主要介绍整流电路原理。 42 一、二极管及其整流原理 1.二极管结构原理:一个PN结加上相应的电极引 线并用管壳封装起来,就构成了半导体二极管, 简称二极管。 二极管按其结构不同可分为点接触型和面接 触型。点接触型二极管PN结面积很小,因而结电 容小,通流能力小,主要应用于小电流的整流和 高频时的检波、混频及脉冲数字电路中的开关元 件等;面接触型二极管PN结面积大,因而能通过 较大的电流,但其结电容也小,只适用于较低频 率下的整流电路中,一般的电源整流电路均采用 面接触型。 43 2.二极管的伏安特性 40 二极管由PN结组成, 30 死区 因此,具有PN结的单向 正向特性 20 导电特性,它属于非线 正向特性(右半部分): 0 0.4 0.8 U /V 当正向电压大于死区电 反向特性 压后,正向电流随着正向 电压增大迅速上升。 反向特性 (左半部分): 当二极管外加反向电压时,PN结处于截止状态,反向电流 很小;如果所加反向电压继续增大,大于击穿电压时,反向 电流急剧增加,而电压几乎保持不变(稳压二极管就是利用 这一反向击穿区特性工作的,控制反向电流数值,使其不致 过热而烧坏)。 普通二极管被击穿后,由于反向电流很大,一般都会造成 “热击穿”,使二极管永久性损坏,不再具有单向导电性。 44 I /mA 二极管的测量一般用万用表的电阻档(R×1K)测量,其 正向电阻(黑表笔接阳极,红表笔接阴极)较小(几百~ 1KΩ左右),反向电阻很大(一般为接近∞),而根据正反 向测量结果,也可以判断出其极性。 ? 二极管在电工电子电路中应用很广,常用于整流、稳压、检 波、限幅、元件保护以及在数字电路中用作开关元件等等。 他们在 如整流二极管、发光二极管、稳压二极管、光电二极管(可 以与光敏三极管做成 光耦器件,用于信号 的电路隔离传输,如 微机保护等输入输出 口常采用光耦传输, 起电路隔离,避免因 某一输入输出口问题 影响整个系统)等。 45 3.二极管整流原理 二极管整流电路实际就是利用其单向导电特性, 有半波整流、全波整流和桥式整流三种形式,常用 桥式整流。 ? 半波整流: 46 当输入电压处于交流电压正半周时,二极管导通,输出电 压Vo=Vi(忽略管压降) ;当输入电压处于交流电压的负半周时 ,二极管截止,输出电压Vo=0。 半波整流电路的交流利用率只有50%,且输出电压脉动很大 ,对于使用直流电源的电动机等功率型的电气设备,半波整流 输出的脉动电压就足够了。对于电子电路,这种电压则不能直 接作为半导体器件的电源,还必须经过平滑(滤波)处理。 电压正半周时, 交流电源在通 过二极管向负 载提供电源的 同时对电容充 电,在交流电 压负半周时, 电容通过负载 电阻放电。 47 ? 全波整流: 当输入电压处于交流电压正半周时,D1导通,Vo=Vi( 忽略管压降);当输入电压处于负半周时,D2导通,Vo=Vi 。其输出波形是一个方向不变的脉动电压,但脉动频率是半 波整流的一倍。 48 同样,全波整流输出的直流脉动电压不能满足电子电路对直 流电源的要求,必须经过平滑(滤波)处理。也是在全波整流的 输出端接一个电容。电容在脉动电压的两个峰值之间向负载放电 ,使输出电压得到相应的平滑。 全波整流电路的交流利用率为100%,正负半周均利用,其输 出电压脉动较 半波整流小, 比较平滑。全 波整流电路必 须采用具有中 心抽头的变压 器,而且每个 线圈只有一半 时间通过电流, 所以变压器的 利用率不高。 49 ? 桥式整流: 当输入电压处于交流电压正半周时,二极管D1、负载电阻 RL、D3构成一个回路(图中虚线所示),输出电压Vo=Vi( 忽略管压降);当输入电压处于交流电压负半周时,二极管 D2、负载电阻RL、D4构成一个回路,输出电压Vo=Vi。 50 可见,桥式整流电路的输出波形脉动情况、脉动频 率。交流利用率与全波整流一样。不同的是桥式整流 电路无需采用具有中心抽头的变压器,整流二极管承 受的反向电压也不高。 二、可控硅及其整流原理 二极管整流电路通常称为不可控整流电路,当 输入的交流电压不变时,其输出的直流电压也是固 定的,不能任意控制和改变。在实际工作中,有时 希望整流器的输出直流电压能够根据需要进行调节 ,在这种情况下,需要采用可控整流电路,而晶闸 管正是可以实现这一要求的可控整流元件。 51 1.晶闸管结构原理 内部由四层半导体(PNPN)构成,形成三个PN 结(J1、J2、J3),最下层的P1引出为阳极(A), 最上层的N2引出为阴极(K),中间的P2引出为控制 极(G)。 52 工作原理:如果只在晶闸管的阳极和阴极之间加正向电压 而控制极不加电压,则PN结J2为反向偏置,晶闸管不导通, 称为阻断;如果A、K之间加反向电压而控制极不加电压,J1 、J3反偏,晶闸管还是阻断。也就是说,在G极没有加控制 电压情况下,晶闸管始终处于阻断状态。 当在阳极和阴极之间加正向电压的同时,在控制极与阴 极之间也加一个正向电压,则晶闸管将由阻断变为导通,而 且其压降很小(1V左右),相当于开关处于闭合状态。晶闸 管导通后,可以通过几十甚至上千安的电流,只要A、K之间 一直加有正向电压,它就一直维持导通状态,控制极一般就 不再起控制作用。所以,控制极也叫触发极,加在其上的电 压一般为触发脉冲电压。 晶闸管的导通原理可以由其等效电路来分析:根据晶闸 管的结构,可以把它看成由一个NPN型三极管和一个PNP型三 极管组合而成。 53 54 ? 晶闸管导通后,控制极就失去控制作用。那么, 如何使晶闸管由导通变为阻断状态呢?只能通过 降低电源电压,或增大负载电阻,或改变电源电 压极性(加反向电压)等方法,使阳极电流IA减 少,到某一特定数值以下(即小于维持电流), 才能使晶闸管重新阻断。 若不加控制极正向电压,而提高阳极电压,则当 达到某一限度时,由于正向漏电流的增大,也会 导致晶闸管导通。 当A、K加反向电压时,两个三极管集电极电压极 性接反,都不能放大,只有较小的反向漏电流, 晶闸管处于阻断状态。 55 ? ? ? ? ? ? 2.晶闸管的主要参数 (1)电压定额: 断态重复峰值电压( U DRM ): 反向重复峰值电压( U RRM ): 通态(峰值)电压( U TM ): (2)电流定额: 通态平均电流 I T ( AV ) : 维持电流 I H: 擎住电流 I L : (3)门极定额:门极触发电流 I GT 、门极触发电压 U GT (4)额定结温 T jw :器件在正常工作时所允许的最高结温, 在此温度下,晶闸管有关的额定值和特性都能得到保证。 56 3.单相可控整流电路 (1)单相半波可控整流电路: ? 电阻性负载的情况: 57 其整流输出电压是极性不变的脉动直流电压,它 的波形只在电源电压的正半周内出现。 VT承受的电压,在导通时忽略管压降为零,其余 不导通时承受全部电源电压。 从VT开始承受正向电压起到加上触发脉冲这一电 角度称为控制角α ,VT导通的电角度称为导通角θ ,θ =π -α ,输出平均电压: 1 ? cosα U d ? 0.45U 2 2 它是α 的函数,也就是说改变α 就可以控制改变 ud 。α 愈小, 愈大。当 u d α =0时,晶闸管全导通, 相当于二极管整流,输出最大;当α =π 时, =0。 u d 58 ? 电感性负载的情况: 59 当在电源电压正半周的t1时刻触发晶闸管, 在负载侧就立即出现直流电压,感性负载通过电 id 流i ,当 u 2在增加的过程中,L的自感电动势极 d 性为上正下负,它力图阻止电流增加;当 u 2 过 零变负时,电流处于逐步减小的过程中,在L两 端产生一个上负下正的电动势,力图阻止电流减 小,此时感应电动势比值大,使晶闸管仍然承受 正向电压,继续维持导通(此时可以理解为L释 放出先前储藏的能量,使晶闸管保持导通维持负 载电流)。这个过程一直维持到L中的电流降为 零,即L中的磁场能量释放完毕,晶闸管关断(即 t2时刻),并且立即承受电源负半周的反向电压 。可见,由于电感的存在,延迟了晶闸管的关断 时刻,使输出波形上出现负值,导致输出直流电 压的平均值下降。 60 di 根据 e ? L dt ,当R为一定值时,L越大,感应电动势就大 ,进入负半周后维持晶闸管导通的时间就越长,输出电压波 形负值部分越大,输出电压越低。当ω LR时,输出波形中 正负波形面积接近, U d ? ,输出电流平均值就很小。 0 ? 为解决大电感负载时的上述矛盾,可在整流电路的负载两 端并联一个整流二极管,称为续流二极管VD。 当电源电压过零变负后,电感L的感应电动势可经续流 二极管使负载电流继续流通,也就是说电感储藏的能量通 过续流二极管与负载形成回路释放。此时,输出不再出现 负电压,在续流期间,晶闸管承受电源反向电压而关断。 从波形可以看出,加了续流二极管后,输出电压的波 形与电阻性负载时一样,但输出电流波形就大不相同,流 过负载的电流不但连续而且基本上维持不变,电感愈大, 电流波形愈接近一条水平线,此电流由晶闸管VT和二极管 VD分担,晶闸管导通期,从晶闸管流过,晶闸管关断期, 从续流二极管流过。 61 62 (1)单相桥式全控整流电路:把单相桥式整流电路中的 四个二极管换成晶闸管,就组成了单相桥式全控整流电 ? ? 路。 电阻性负载的情况: VT1和VT4组成一对桥臂,VT2和VT3组成 另一对桥臂。当电源正半周,在t1时刻给VT1和VT4以触发脉 冲,VT1和VT4导通,负载流过电流;而此时VT2和VT3均承受 反向电压而截止;当电源电压过零时,VT1和VT4也随之关断 。当电源变为负半周时,VT2和VT3承受电源正向电压,在控 制角为α处触发晶闸管VT2和VT3,则VT2、VT3导通,负载流 过电流;此时VT1和VT4承受反向电压;当电压再次过零时, VT2和VT3随之关断;以后又是VT1和VT4导通,如此循环下去 。可以看出,两组触发脉冲在相位上应相差180°。 桥式可控整流属于全波整流,负载在电源正负半周均有电流 流过,一个周期内整流输出电压脉动两次,输出电压的平均 值为: 1 ? cosα U d ? 0.9U 2 2 63 64 它的输出电压是半波整流的两倍。当α =0时,相当于二 极管桥式整流,输出电压最大,当α =180°时,输出电压为 零,故可控移相范围为180°。 由于晶闸管VT1、VT4和VT2、VT3在电路中是轮流导通的, 所以流过每个晶闸管的平均电流只有负载上平均电流的一半。 ? 电感性负载的情况:当电源为正半周,在t1时刻(即控制 角为α)给晶闸管VT1和VT4加上触发脉冲,两管导通,Ud =U2。由于电感中的电流不能突变,起平波作用,所以通 过负载的电流接近于直线。当电源电压过零变负时,因电 感上产生上负下正的电动势使VT1和VT4仍承受正向电压而 继续导通,波形中出现负值部分。此时VT2和VT3虽承受电 源负半周的正向电压,由于未加触发脉冲而不能导通。当 在ωt=π+α时刻,VT2、VT3加上触发脉冲导通,VT1和 VT4立即承受反向电压而关断,负载电流由VT1、VT4转移到 VT2、VT3上,这个过程叫换相。到第二个周期又重复上述 过程,循环下去。 65 66 ? ? 由波形可知,当α=0时,U d ? 0.9U 2最大; α=90°时, U ? 0 (正负半周面积相等 d ),其移相范围为90°。晶闸管承受的最大 正反向电压都是 。当负载回路的电 2U 2 感量不够大时,电感储藏的能量不足以维 持电流导通到(π+α)时,负载的电流将 不连续。 单相桥式全控整流电路特点:与半波可控 整流比较,一个周期内整流电压脉动二次 ,脉动程度比半波小;变压器二次绕组中 ,两个半周期的电流方向相反且波形对称 ,因此不存在直流磁化问题;变压器绕组 的利用率也比半波提高了一倍。 67 第二章 电 工 测 量 一、电工常用携带式仪表的应用 电工常用携带式仪表主要有万用表、钳形 电流表及兆欧表。 ? 68 69 ? ? ? ? ? 二、直流电阻的测量 电压、电流表法 万用表法和欧姆表法 直流单臂电桥(惠斯顿电桥)测量法 直流双臂电桥(凯尔文电桥)测量法 70 ? 三、接地电阻的测量 四、电能的测量 测量电能的仪表称为电度表,常用的是 感应式电度表,用于测量交流负载所消 耗的电能。 ? ? 71 第三章 触电危害与急救 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 触电事故: 1、电击:单线电击、两线电击、跨步电压电击 电伤:电弧烧伤、电流灼伤、皮肤金属化、电烙印、 电光眼 2、雷电事故 3、静电事故 4、电磁辐射事故 5、电路故障及事故 6、电路故障:断路、短路、接地、漏电、突然停电、 误合闸 电路故障得不到控制就可能发展为电路事故 72 第一节 电流对人体的危害 一、电流作用机理 电流通过人体时破坏人体内部细胞组 织的正常工作,主要表现为生物学效应。 电流作用还包括热效应、化学效应、机械 效应 电流是造成人体触电的本质原因。 73 二、影响电流对人体作用因素 1. 电流的大小 人体电阻主要由表皮电阻和体内电阻构成, 体内电阻一般较为稳定,约在500Ω 左右, 表皮电阻则与表皮湿度、粗糙程度、触电 面积等有关,一般人体电阻在1kΩ ~2kΩ 之间 2. 持续时间(时间越长对人体伤害最严重) 3. 电流频率(50Hz~60Hz时电流对人体伤害 最严重) 4. 电流途径(通过人心脏的电流对人体伤害 最严重) 5. 人体健康状况 74 按通过人体的电流大小而使人体呈现 不同的状态,可将电流划分为三级: ? 感知电流(成年男性1.1mA;女性 0.7mA) 是指在一定的概率下通过人体引起人有任何感觉的最小电流 ? 摆脱电流(成年男性16mA;女性 10.5mA) 在一定概率下人触电后能自行摆脱带电体的最大电流 ? 致命电流-触电电流(30mA以上有生命危险) 75 第二节 触电事故种类、方式与规律 一、电流对人体伤害的类型 1、电击 电击是电流对人体内部组织造成的伤害, 是内伤。如人的呼吸和心跳停止。 2、电伤 电伤是电流的热效应、化学效应、机械 效应对人体造成的外伤。 76 二、人体触电的方式 按人体触及带电体的方式和电流通过 人体的途径,触电主要有三种情况: ? ? ? 单相触电(人体不同部位同时接触 一根相线和零线) 两相触电(人体不同部位同时接触两 根相线 三、人体触电的规律 1、触电事故季节性明显,6~9月事故最多; 2、低压触电事故多; 3、携带式设备和移动式设备触电事故多; 4、电气连接部位触电事故多; 5、错误操作和违章作业造成的触电事故多; 6、不同行业、不同年龄、不同地域触电事故 各不相同 78 第三节 触电急救 当人体触电首先是尽快脱离电源 一、触电者脱离电源的方法 1、脱离低压电源的方法 拉闸断电、切断电源线、用绝缘物品脱离电源 2、脱离高压电源的方法 拉闸停电、短路法 3、脱离跨步电压的方法 穿绝缘靴或单脚着地跳到触电者身边,紧靠触 电者头或脚把他拖成躺在等电位地面上,即可 就地静养或进行抢救 79 脱离电源时的注意事项 1、救护者一定要判明情况,做好自身防护。 2、在触电人脱离电源的同时,要防止二次摔伤事 故。 3、如果是夜间抢救,要及时解决临时照明,以避 免延误抢救时机。 80 二、触电急救 发现有人触电时,首先要尽快的使触电人脱离电 源,然后根据触电人的具体情况,采取相应的急 救措施: 触电者神志清醒时,首先将触电者转运到最近的通 风干燥的平地,仰面平躺,观察的触电者情况,并 作好急救准备; 触电者神志不清醒时,首先将触电者转运到最近的 通风干燥的平地,仰面平躺,一边进行触电急救, 一边进行对外呼救。 81 急救——心肺复苏法 1、畅通气道 2、口对口(鼻)人工呼吸 3、胸外按压(人工循环) 胸外按压与口对口(鼻)人工呼吸同时进行 时,其节奏为:单人抢救时,每按压15次后吹气 2次,反复进行;双人抢救时,每按压5次后由另 一人吹气一次,反复进行 82 第四章 防触电技术 ? ? 为了达到安全用电的目的,必须采用可靠的技术措施 ,防止触电事故发生。绝缘、安全间距、漏电保护、 安全电压、遮栏及阻挡物等都是防止直接触电的防护 措施。保护接地、保护接零是间接触电防护措施中最 基本的措施。所谓间接触电防护措施是指防止人体各 个部位触及正常情况下不带电,而在故障情况下才变 为带电的电器金属部分的技术措施。 专业电工人员在全部停电或部分停电的电气设备上工 作时,在技术措施上,必须完成停电、验电、装设接 地线、悬挂标示牌和装设遮栏后,才能开始工作。 83 ? ? ? ? 一、绝缘 1.绝缘的作用 绝缘是用绝缘材料把带电体隔离起来,实现带 电体之间、带电体与其他物体之间的电气隔离 ,使设备能长期安全、正常地工作,同时可以 防止人体触及带电部分,避免发生触电事故, 所以绝缘在电气安全中有着十分重要的作用。 良好的绝缘是设备和线路正常运行的必要条件 ,也是防止触电事故的重要措施。 绝缘具有很强隔电能力,被广泛地应用在许多 电器、电气设备、装置及电气工程上,如胶木 、塑料、橡胶、云母及矿物油等都是常用的绝 缘材料。 84 ? ? ? ? ? 2.绝缘破坏 绝缘材料经过一段时间的使用会发生绝缘破坏。绝缘 材料除因在强电场作用下被击穿而破坏外,自然老化 、电化学击穿、机械损伤、潮湿、腐蚀、热老化等也 会降低其绝缘性能或导致绝缘破坏。 绝缘体承受的电压超过一定数值时,电流穿过绝缘体 而发生放电现象称为电击穿。 气体绝缘在击穿电压消失后,绝缘性能还能恢复;液 体绝缘多次击穿后,将严重降低绝缘性能;而固体绝 缘击穿后,就不能再恢复绝缘性能。 在长时间存在电压的情况下,由于绝缘材料的自然老 化、电化学作用、热效应作用,使其绝缘性能逐渐降 低,有时电压并不是很高也会造成电击穿。所以绝缘 需定期检测,保证电气绝缘的安全可靠。 85 ? ? ? ? 3.绝缘安全用具 在一些情况下,手持电动工具的操作者必须戴绝缘手套、穿绝缘 鞋(靴),或站在绝缘垫(台)上工作,采用这些绝缘安全用具使人与 地面,或使人与工具的金属外壳,其中包括与相连的金属导体, 隔离开来。这是目前简便可行的安全措施。 为了防止机械伤害,使用手电钻时不允许戴线手套。绝缘安全用 具应按有关规定进行定期耐压试验和外观检查,凡是不合格的安 全用具严禁使用,绝缘用具应由专人负责保管和检查。 常用的绝缘安全用具有绝缘手套、绝缘靴、绝缘鞋、绝缘垫和绝 缘台等。绝缘安全用具可分为基本安全用具和辅助安全用具。基 本安全用具的绝缘强度能长时间承受电气设备的工作电压,使用 时,可直接接触电气设备的有电部分。辅助安全用具的绝缘强度 不足以承受电气设备的工作电压,只能加强基本安全用具的保安 作用,必须与基本安全用具一起使用。在低压带电设备上工作时 ,绝缘手套、绝缘鞋(靴)、绝缘垫可作为基本安全用具使用,在 高压情况下,只能用作辅助安全用具。 86 第五章 保护接地与保护接零 ? 在工厂里,使用的电气设备很多。为了防止触 电,通常可采用绝缘、隔离等技术措施以保障 用电安全。但工人在生产过程中经常接触的是 电气设备不带电的外壳或与其连接的金属体。 这样当设备万一发生漏电故障时,平时不带电 的外壳就带电,并与大地之间存在电压,就会 使操作人员触电。这种意外的触电是非常危险 的。为了解决这个不安全的问题,采取的主要 的安全措施,就是对电气设备的外壳进行保护 接地或保护接零。 87 ? 保护接地是指将电气设备平时不带电的 金属外壳用专门设置的接地装置实行良 好的金属性连接。保护接地的作用是当 设备金属外壳意外带电时,将其对地电 压限制在规定的安全范围内,消除或减 小触电的危险。保护接地最常用于低压 不接地配电网中的电气设备。 88 一、保 护 接 地 变压器中性点(或一相)不直接接地的电 网内,一切电气设备正常情况下不带电的金属 外壳以及和它连接的金属部分与大地作可靠电 气联接。 89 保护接地应用范围: ——适用于中性点不接地电网 1、电机、变压器、照明灯具、携带式移动式用电 器具的金属外壳和底座 2、配电屏、箱、柜、盘,控制屏、箱、柜、盘的 金属构架 3、穿电线的金属管,电缆的金属外皮,电缆终端 盒、接线、互感器的铁心及二次线、装有避雷器的电线杆、塔。高频设备的屏护 90 检修接地 临时线接地 带电体与地意外接地 三相四线制中性点接地 保护接地 防雷接地 临时接地 事故接地 接 地 固定接地 工作接地 安全接地 防静电接地 屏蔽接地 91 二、保 护 接 零 保护接零就是在1kV以下变压器中性点直接 接地的系统中一切电气设备正常情况下不带电的 金属部分与电网零干线可靠连接。 保护接零应用范围: 中性点直接接地的供电系统中,凡因绝缘损 坏而可能呈现危险对地电压的金属部分均应采用 保护接零作为安全措施。 保护零线的线路上,不准装设开关或熔断器 。在三相四线制供电系统中,零干线兼做工作零 线时,其截面不能按工作电流选择。 92 ? 当某相带电部分碰触电气设备的金属外 壳时,通过设备外壳形成该相线对零线 的单相短路回路,该短路电流较大,足 以保证在最短的时间内使熔丝熔断、保 护装置或自动开关跳闸,从而切断电流 ,保障了人身安全。保护接零的应用范 围,主要是用于三相四线制中性点直接 接地供电系统中的电气设备。在工厂里 也就是用于380/220伏的低压设备上。 93 第六章 电气安全操作技术 第一节 电气安全工作基本要求 1、遵守规章制度和安全操作规程 2、配备专业人员并进行安全教育 3、进行安全检查 4、建立档案资料 94 第二节 电气安全的措施 组织管理措施 安全技术措施 95 一、 保证安全的组织管理措施 1、工作票制度 一个工作负责人只能发一张工作票 2、工作许可制度 工作票签发人不得兼任该项工作的负责人 工作负责人可填写工作票 工作许可人不得签发工作票 3、工作监护制度 4、工作间断、转移和终结制度 96 二、 保证电气作业安全的技术措施 1.停电 工作地点必须停电的设备如下: ?待检修的设备 ?与工作人员进行工作中正常活动范围的距离小 于规定距离的设备 ?在44kV以下的无安全遮拦的设备上进行工作时, 距离小于规定的设备 ?带电部分在工作人员后面或两侧无可靠安全措 施的设备 97 2.验电 ?必须用电压等级合适且合格的验电器 ?高压验电必须戴绝缘手套 3.装设接地线.悬挂标示牌 ?如果线路上有人工作,应在线路开关和刀闸操作 把手上悬挂“禁止合闸,线路有人工作!”的标示 牌 ?在室内高压设备上工作,应在工作地点两旁间隔 和对面间隔的遮拦上及禁止通行的过道上悬挂“止 步,高压危险!”的标示牌。 ?在室外高压设备上工作,应在工作地点四周用绳 子做好围栏,围栏上悬挂适当数量的“止步,高压 危险”的标示牌。 98 第三节 安全标识 安全色是表达安全信息含义的颜色 国家规定的有红、黄、蓝、绿四种颜色 红色——禁止、停止 黄色——警告、注意 蓝色——指令、必须遵守 绿色——指示、通行、安全状态 99 第四节 防止直接接触带电体的防护技术 绝缘、屏护、间距是防止直接接触 带电体的防护技术 100 一、绝 缘 绝缘就是用绝缘物把带电体隔离起来 绝缘材料:玻璃、云母、木材、塑料、橡胶等 绝缘破坏:当绝缘材料受到某些因素时不再绝缘 绝缘电阻:绝缘电阻是最基本的绝缘性能指标 101 加强绝缘 ? 加强绝缘有三种: ? ? ? 1.双重绝缘(工作绝缘,保护绝缘) 2.加强绝缘:不小于5M欧 3.另加总体绝缘:不小于2M欧 特别说明:加强绝缘设备,不必再接地 102 ? 二、屏 护(即遮拦和阻挡) ?防止触电事故 ?防止电弧飞溅 ?防止电弧短路 ?永久性屏护装置 作 用: 分 类: ?临时性屏护装置 ?移动性屏护装置 103 三、间 距 安全距离的大小取决于: 电压的高低、设备类型、安装方式 1、线、设备间距 赔垫装置的布置应考虑设备搬运、检修、操 作和试验方便 3、检修间距 在维护检修中人体及所带工具与带电体必须 保持足够的安全距离 104 导线与建筑物的最小距离(m) 线路电压(kV) 垂直距离 1以下 2.5 10 3.0 35 4.0 水平距离 1.0 1.5 3.0 导线与树木的最小距离(m) 线路电压(kV) 垂直距离 水平距离 1以下 1.0 1.0 10 1.5 2.0 35 3.0 105 检修间距 低压工作中,人体或其所带的工具与带电体之 间的距离不应小于0.1m。 在高压无遮拦操作中,人体或其所带工具与带 电体之间的最小距离(m) 一般情况下 用绝缘杆操作时 在线路上工作时 人与临近带电线的距离 使用火焰时,火焰与线 1.5 2.5 3.0 106 第五节 通用触电的防护技术 一、安全电压 是指把可能加在人体上的电压限制在某一 范围之内,使得在这种电压下,通过人体的电流 不超过允许的范围。这一电压称为安全电压。 但是安全电压并不是绝对没有危险的电压。 安全电压额定值:42V、36V、24V、12V、6V 空载上限值: 50V、43V、29V、15V、8V 107 安全电压对供电电源的要求 1、供电系统单独自成回路,不得与其他电 气回路(包括零线、使用变压器做电源时,其输入电路和输 出电路要严格实行电气上的隔离,二次回路 不允许接地。为防止高压串入低压,变压器 的铁心(或隔离层)应牢固接地或接零。不 允许用自耦变压器作安全电压电源 108 安全电压的选用 ? 42V用于危险环境中的手持电动工具 ? ? ? 36V和24V用于有触电危险的环境中使 12V用于金属容器内等特别危险环境中 6V用于水下作业场所 109 用的行灯和局部照明灯 使用的行灯 二、漏电保护器 电气线路或电气设备 发生单相接地短路故障时 会产生剩余电流,利用这 种剩余电流来切断故障线 路或设备电源的保护电器 称为漏电保护器 这些是空气开关 110 用途 漏电保护器主要用于1000V以下的低压系统,防止由于 间接接触和由于直接接触引起的单相触电。 漏电保护器也用于防止由漏电引起的火灾,以及用于 监测或切除各种一相接地故障。 有的漏电保护器还带有过载保护、过电压和欠电压保 护、缺相保护等保护功能。 111 ? 电流型漏电保护器: 我国标准规定电流型漏电保护器的额定动作电流可分 为 6 、 10 、 15 、 30 、 50 、 75 、 100 、 200 、 300 、 500 、 1000、3000、5000、10000、20000mA等15个等级(15 、 50 、 75 、 200mA 不推荐优先采用)。其中, 30 及 30mA以下的属高灵敏度,主要用于防止各种人身触电 事故;30mA以上、1000及1000mA以下的属中灵敏度, 用于防止触电事故和漏电火灾; 1000mA以上的属低灵 敏度,用于防止漏电火灾和监视一相接地事故。 为了避免误动作,保护器的额定不动电流不得低于额 定动作电流的1/2。 我国有关标准还规定用于防火的漏电报警器的额定动 作电流宜设计为25、50、100、200、400和800mA。 112 ? ? 电压型漏电保护器: 电压型漏电保护器的动作电压原则上不应超过 安全电压。 113 漏电保护器的技术参数 ? 1.漏电保护器的主要技术参数——动作参数 电压型漏电保护器的动作参数是动作电压和动 作时间; 电流型漏电保护器的动作参数是动作电流和动 作时间。 ? ? 114 动作时间 漏电保护器的动作时间指最大分断时间。 快速型漏电保护器动作时间与动作电流的乘积 不应超过 30mA· S 。如: 30mA 及以下漏电保护 器的动作时间应小于1S。 115 漏电保护器的选用 (1)正确选择漏电保护器的漏电动作电流。在浴室、游泳池、隧道等触电危 险性很 大的场所,应选用高灵敏度、快速型漏电保护装置(动作电流不宜超过10mA)。 (2)用于防止漏电火灾的漏电报警器宜采用中灵敏度漏电保护装置。其动作电流可在 25~1000mA内选择。 (3)连接室外架空线路的电气设备应装用冲击电压不动作型漏电保护器。 (4)对于电动机,保护器应能躲过电动机的起动漏电电流(100kW的电动机可达15mA )而不动作。保护器应有较好的平衡特性,以避免在数倍于额定电流的堵转电流 的冲击下误动作。对于不允许停转的电动机应采用漏电报警方式,而不应采用漏 电切断方式。 (5)对于照明线路,宜根据泄漏电流的大小和分布,采用分级保护的方式。支线上选 用高灵敏度保护器,干线上选用中灵敏度保护器。 (6)在建筑工地、金属构架上等触电危险性大的场合,Ⅰ类携带式设备或多动式设备应 配用高灵敏度漏电保护装置。 116 (7)电热设备的绝缘电阻随着温度变化在很大的范围内波动。例如,聚乙烯绝缘 材料60℃时的绝缘电阻仅为20℃时的数十分之一。因此,应按热态漏电状况 选择保护器的动作电流。 (8)对于电焊机,应考虑保护器的正常工作不受电焊的短时冲击电流、电流急剧 的变化、电源电压的波动的影响。对于高频焊机,保护器还应有良好的抗电 磁干扰性能。 (9)对于有非线性元件而产生高次谐波以及对有整流元件的设备,应采用零序电 流互感器二次侧接有滤波电容的保护器,而且互感器铁心应选用剩磁低的软 磁材料制成。 (10) 漏电保护器的极数应按线路特征选择。单相线路选用二极保护器,仅带三 相负载的三相线路或三相设备可选用三极保护器,动力与照明合用的三相四 线线路和三相照明线路必须选用四极保护器。 (11) 漏电开关的额定电压、额定电流、分断能力等性能指标应与线路条件相适 应。漏电保护装置的类型应与供电线路、供电方式、系统接地类型和用电设 备特征相适应。 117 第六节 电气安全日常管理 一、管理措施要到位 1、在电气工程的设计、施工、安装、运行、维 护和配置安全防护装置时,要严格遵守国家规定、 标准和法规,并符合现场的特定安全要求。 2、建立健全的安全规章制度,包括安全操作规 程、运行管理规程、维护检修制度、事故分析制度 和安全用具使用保管制度等。 118 3· 定期对电气操作人员进行安全技术培训和考核, 宣传国家、地方、行业的最新安全技术要求和规定。不 断提高安全生产意识和安全操作技能,杜绝违章指挥和 违章操作。 凡从事电气作业人员,必须持有电气作业人员操作 证方准上岗,无证人员不准独立操作。严禁非电工从事 电气作业。 4、建全管理体系。企业动力部门(设备部门)或安 技部门应有专职或兼职技术人员负责电气安全级技术管 理、电气资料管理和定期的电气安全检查。用电部门要 经常开展隐患自检,对查出的问题要制定整改计划。 119 二、提供可靠的技术措施 1、正确选用和安装电气设备的导线、开关、保护 装置。 2、电气设备正常不带电的金属外壳、框架,应采 取保护接地(接零)措施。 3、电气设备和线路要保持合格的绝缘、屏护、间 距要求。 4、合理配置和使用各种安全用具、仪表和防护用 品。对特殊专用安全用具要定期进行安全试验,取有 合格证。 120 5.积极推广和优先使用带有漏电保护器的开 关。 6.在采用接地保护的供电系统,要实行三相 五线、手持电动工具,应有专人管理.经常检查 安全可靠性。应尽量选用Ⅱ类,Ⅲ类。 8.电气设备和线路周围,应留有一定操作和 检修场地。易燃易爆物品应远离电气设备。 9.室外电气设备应有防雨措施。 10.电气标志(警示牌、标志桩、信号灯)设 置完好。 121 第七章 电气火灾、雷电及静电 安全 122 第一节 防火防爆安全要求 一、电气火灾的原因 1、电气火灾直接原因 ?电气设备过热——短路、过载、接触不良、 ?电火花、电弧 铁芯发热、散热不良 123 2、电气火灾的间接原因:工作火花与事故火花 工作火花是指电气设备正常工作时或正 常操作过程中产生的火花。如:开关或接触 器开合时产生的火花、插销插拔时产生的火 花。 事故火花是指线路或设备发生故障时出 现的火花。如:发生短路时产生的火花、静 电火花、保险丝熔断时的火花等 124 二、电气火灾的扑灭 ? 电气火灾的突出特点: ? ? ? 1.着火后电气设备可能仍然带电。 2.因着火后使电气设备绝缘损坏,或带电 体断落而形成接地或短路事故,在一定 范围内大地带电,存在着危险。 3.充油电气设备,喷油,容易形成爆炸。 125 电气火灾用灭火器: ? ? ? 1.二氧化碳灭火器 2.干粉灭火器 3.1211灭火器 126 三、电气防火安全要求 ?电气设备的额定功率要大于负载的功率 ?电线的截面积允许电流要大于负载电流 ?电气设备的绝缘要符合安全要求 ?电气设备的安装要符合一定的安全距离 ?不可卸的接头及活动触头要接触良好 ?加强电气设备的维护工作 ?灯具完整、无损伤,附件齐全 ?不同极性的带电部件之间有合理的电气间隙 ?开关、插座、接线盒及其面板等绝缘材料要 有阻燃性 ?电线、电缆绝缘层厚度要符合有关规定 127 四、防爆安全要求 ?消除或减少爆炸性混合物 ?隔离 ?消除引燃源 ?接地措施完好 128 第二节 防雷防静电安全要求 一、防雷安全要求 直击雷、感应雷、雷电入侵波 雷电的危害 ?电作用的破坏 ?热作用的破坏 ?机械作用的破坏 129 防雷措施 ?建筑物的防雷:措施避雷针、避雷带、避雷网 ?架空线路防雷措施:设避雷线;提高线路自身 的绝缘水平;用三角形顶线做保护线;安装自重 合熔断器 ?变配电站的防雷措施:设避雷针;高压侧装设 阀型避雷器或保护间隙;当低压侧中性点不接地 时,也应装设阀型避雷器或保护间隙 130 二、防静电安全要求 静电的危害 ?爆炸和火灾——容易产生静电火花 ?电击——带静电的人体电压可达上万伏 ?妨碍生产,影响产品质量(纺织业) 防静电的措施 接地、泄漏法、静电中和、工艺控制 131 第八章 电力电容器 第一节:电容器的分类 1、按额定电压分为高压(1.05、 3.15、6.3、10.5KV及以上)和低 压(0.23、0.4、0.52KV)、按相 数分为单相和三相、按用途分为 并联电容器、均压电容器、耦合 电容器、脉冲电容器。 132 2、并联电容器: 1)用途:改善电网的功率因数 2)基本结构: 电容器元件:由电介质和被它隔 开的电极所构成的部件。 电容器芯子:由若干电容器元件 串并联组成。(串联为了提高电 压,并联为了提高电容量) 133 3、耦合电容器: 1)用途:通讯、测量、控制、保护。 2)基本结构: 电容芯子:数目不同的电容元件串联。 高电压端子:用来连接到母线的端子。 低电压端子:用来连接到载波耦合装置 上或接地的端子。 外瓷套、浸渍挤等。 134 4、并联电容器的连接方式: 低压电容器采用三角接线(三相), 高压电容器采用星接(单相),大型 变电站采用双星、每相结成桥式电路 。 串电抗器的目的:限制合闸涌流、限 制高次谐波电流。电抗器电抗不大于 容抗6%,使电流不超过1.3倍额定电 流。 135 5、应装放电装置:高压用 电压互感器,低压用自放电 电阻或白炽灯。要求高压在 5分钟、低压在1分钟内将电 容器电压降到65V以下。 136 6、配备完善的保护装置: 1)Q≥300kvar:采用断路器,过 流保护起动电流≯2IN,每台装设 管形熔断器。 2)100kvar< Q<300kvar:采用 负荷开关。 3)Q≤ 100kvar:采用跌落式熔断 器。 137 第二节电容器的运行维护 1、温度的监视:无厂家规定时,电 容器的温度一般应为-40~+40℃,在 电容器外壳粘贴示温蜡片。 运行中电容器温度异常升高的原因: A)运行电压过高(介损大);B) 谐波的影响(容抗小电流大);C) 合闸涌流(频繁投切);D)散热条 件恶化。 138 2、电压的监视:应在额定电压 下运行,亦允许在1.05倍额定 电压运行,在1.1倍额定电压运 行不超过4小时。 3、电流的监视:应在额定电流 下运行,亦允许在1.3倍额定电 流下运行,电容器组三相电流 的差别不应超过±5%。 139 4、电容器日常巡视检查的主要项目: A)监视运行电压、电流、温度。 B)外壳有无膨胀、渗漏油,附属设备是否完好。 C)内部有无异音。 D)熔丝是否熔断;放电装置是否良好,防电指示灯是 否熄灭。 E)各处接点有无发热及小火花放电。 F)套管是否清洁完整,有无裂纹、闪络现象。 G)引线连接处有无松动、脱落或断线,母线各处有无 烧伤、过热现象。 H)室内通风、外壳接地线是否良好。 I)电容器组继电保护运行情况。 140 5、当电容器组发生下列情况之一者 ,应立即退出运行: 1)电容器爆炸 2)喷油或起火 3)瓷套管发生严重放电闪烙 4)接点严重过热 5)电容器内部或放电设备有严重异 常声音 6)外壳有异形膨胀 141 6、操作电容器时的注意事项: 1)正常情况下,全站停电操作,应先拉开电 容器短路器,后拉各出线断路器;恢复送电时 ,顺序相反。 2)事故情况下,全站停电后,必须将电容器 的断路器拉开。 3)并联电容器组断路器跳闸后,不准强送; 熔丝熔断后,未查明原因前,不准更换熔丝送 电。 4)并联电容器组,禁止带电荷合闸;再次合 闸时,必须在分闸3min后进行 5)装有并联电阻的断路器不准使用手动操作 142 机构进行合闸。 第九章 低压配电装置 第一节 低压电器的基本知识 第二节 开关电器 第三节 接触器 第四节 继电器 第五节 熔断器 第六节 主令电器 143 第一节 低压电器的基本知识 一、低压电器的分类 ? ? ? ? 按电器的动作性质分 :手动电器和自动电器 按电器的性能和用途分:控制电器和保护电器 按有无触点分:有触点电器和无触点电器 按工作原理分:电磁式电器和非电量控制电器。 144 二、电磁式电器 1.电磁机构——将电磁能转换为机械能并带动触头动作。 ? 组成 铁芯 衔铁 直动式 转动式 交流:硅钢片叠加 直流:整块铸铁或铸钢 线圈 电压线圈:并联在电路中,匝数多、导线细。 电流线圈:串联在电路中,匝数少、导线粗。 交流线圈:短而粗,有骨架。 直流线圈:细而长,无骨架。 ? 原理:线圈通入电流,产生磁场,经铁芯、衔铁和气 隙形成回路,产生电磁力,将衔铁吸向铁芯。 145 二、电磁式电器 2.短路环——减小衔铁吸合时产生的振动和噪音。 短路环 衔铁 铁芯 线.触头系统——通过触头的开合控制电路通、断。 ? 类型 桥式触头 指形触头 ? 材料:一般采用铜材料制成;对于小容量电器常用银 质材料制成 点接触 面接触 147 二、电磁式电器 灭弧栅片 3.灭弧系统 ? 电弧:开关电器切断电流电路时,触头间 电压大于10V, 即电弧。 ? 触头 电弧的危害 , 电流超过80mA时,触头间 会产生蓝色的光切断故障的时间; ? 高温引起电弧附近电气绝缘材料烧 坏; ? 形成飞弧造成电源短路事故。 灭弧措施:吹弧、拉弧、长弧割短弧、多 断口灭弧、 利用介质灭弧、改善触头表面 材料 。 电弧 ? 148 第二节 开关电器 一、刀开关 ? ? 作用:隔离电源,不频繁通断电路 分类: ? 按刀的级数分:单极、双极和三极 ? 按灭弧装置分:带灭弧装置和不带灭弧装置 ? 按刀的转换方向分为:单掷和双掷 ? 按接线方式分为:板前接线和板后接线 ? 按操作方式分为:手柄操作和远距离联杆操作 ? 按有无熔断器分:带熔断器和不带熔断器 149 一、刀开关 负荷开关 (2)封闭式负荷开关(铁壳开关)? ? 作用:手动通断电路及短路保护。 150 二、组合开关(转换开关) ? 结构:静触头一端固定在胶木盒内,另一端伸 出盒外,与电源或负载相连。动触片套 在绝缘方杆上,绝缘方轴每次作90°正 或反方向的转动,带动静触头通。? ? ? 特点:结构紧凑,安装面积小,操作方便。 用途:电源的引入开关;通断小电流电路; 控制5KW以下电动机。 151 (a)外形 (b) 符号 (c) 结构 152 153 三、低压断路器 ? 功能:不频繁通断电路,并能在电路过载、短路及失 压时自动分断电路。 特点:操作安全,分断能力较高。 分类:框架式(万能式)和塑壳式(装置式) 结构:触头系统、灭弧装置、脱扣机构、传动机构。 ? ? ? 154 1.天弧罩 2.开关本体 3.抽屉座 4.合闸按钮 5.分闸按钮 6.智能脱扣器 7.摇匀柄插入位置 8. 连接/试验/分离指示 万能式低压断路器结构图 155 1 2 3 4 5 6 7 1.主触头 2.自由脱扣器 3.过电流脱扣器 4.分励脱扣器 1-主触头 2-自由脱扣器 3-过电流脱扣器 4-分励脱扣器 5-热脱扣器 6-失压脱扣器 5.热脱扣器 6.失压脱扣器 7.按钮 7-按钮 塑壳式低压断路器原理图 156 1 2 线路短路 或严重过 载保护 4 3 5 6 7 1.主触头 2.自由脱扣器 3.过电流脱扣器 4.分励脱扣器 1-主触头 2-自由脱扣器 3-过电流脱扣器 4-分励脱扣器 5-热脱扣器 6-失压脱扣器 5.热脱扣器 6.失压脱扣器 7.按钮 7-按钮 塑壳式低压断路器原理图 157 1 2 远距离跳 闸,对电 路不起保 护作用 4 3 5 6 7 1.主触头 2.自由脱扣器 3.过电流脱扣器 4.分励脱扣器 1-主触头 2-自由脱扣器 3-过电流脱扣器 4-分励脱扣器 5-热脱扣器 6-失压脱扣器 5.热脱扣器 6.失压脱扣器 7.按钮 7-按钮 塑壳式低压断路器原理图 158 1 2 3 4 线.分励脱扣器 1-主触头 2-自由脱扣器 3-过电流脱扣器 4-分励脱扣器 5-热脱扣器 6-失压脱扣器 5.热脱扣器 6.失压脱扣器 7.按钮 7-按钮 塑壳式低压断路器原理图 159 1 2 3 4 电动机的 失压保护 5 6 7 1.主触头 2.自由脱扣器 3.过电流脱扣器 4.分励脱扣器 1-主触头 2-自由脱扣器 3-过电流脱扣器 4-分励脱扣器 5-热脱扣器 6-失压脱扣器 5.热脱扣器 6.失压脱扣器 7.按钮 7-按钮 塑壳式低压断路器原理图 160 161 第三节 接触器 一、交流接触器 1.结构 ?触头系统:主触头、辅助触头 常开触头(动合触头) 常闭触头(动断触头) ?电磁系统:动、静铁芯,吸引线圈和反作用弹簧 ?灭弧系统:灭弧罩及灭弧栅片灭弧 162 主触头 灭弧装置 动铁心 常闭辅助触头 吸引线圈 常开辅助触头 静铁心 交流接触器结构图 163 2.工作原理 线圈加额定电 压,衔铁吸合,常 闭触头断开,常开 触头闭合;线圈电 压消失,触头恢复 常态。为防止铁心 振动,需加短路 环。 164 二、直流接触器 用途:远距离通断直流电路或控制直流电动机的频繁起停。 结构:电磁机构、触头系统和灭弧装置。 工作原理:与交流接触器基本相同。 165 三、接触器的符号 KM KM KM KM 线圈 主触点 常开辅助触点 常闭辅助触点 166 四、接触器的主要技术指标 额定电压 交流接触器: 127、220、380、500V 直流接触器: 110、220、440V 额定电流 交流接触器:5、10、20、40、60、100、150、250、400、600A 直流接触器:40、80、100、150、250、400、600A 吸引线圈额定电压 交流接触器:36、110(127)、220、380V 直流接触器:24、48、220、440V 167 四、接触器的使用选择原则 ? ? 根据电路中负载电流的种类选择接触器的类型; 接触器的额定电压应大于或等于负载回路的额定 电压; ? 吸引线圈的额定电压应与所接控制电路的额定电 压等级一致; ? 额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流。 168 第四节 继电器 ? 作用:控制、放大、联锁、保护和调节 ? 分类: ? 按用途分 :控制和保护继电器 ? 按动作原理分:电磁式、感应式、电动式、电子式、 机械式 ? 按输入量分:电流、电压、时间、速度、压力 ? 按动作时间分:瞬时、延时继电器 ? 特点:额定电流不大于5A 169 一、电流继电器 特点:线圈串接于电路中,导线粗、匝数少、阻抗小。 分类:过电流继电器、欠电流继电器 过流电流继电器 欠流电流继电器 170 I KA KA KA 过电流继电器 I KA KA KA 1.底座 2.反力弹簧 3、4.调节螺钉 5.非磁性垫片 6.衔铁 7.铁芯 8.极靴 9.电磁线.触点系统 欠电流继电器 电磁式继电器结构图 171 主要技术指标: ? 动作电流Iq :使电流继电器开始动作所需的电流值; ? 返回电流If :电流继电器动作后返回原状态时的电流值; ? 返回系数Kf :返回值与动作值之比,Kf=If /Iq 。 172 二、电压继电器 特点:线圈并联在电路中,匝数多,导线细 分类:过电压继电器和欠电压继电器 结构原理:与电流继电器类似 U KA KA KA U KA KA KA 欠电压继电器 过电压继电器 173 三、中间继电器 中间继电器实质上是一种电压 继电器,结构和工作原理与接触器 相同。但它的触点数量较多,在电 路中主要是扩展触点的数量。另外 其触头的额定电流较大。 174 四、热继电器 作用:电动机的过载保护 去推动杠杆使触头动作 型式:双金属片式 热敏电阻式 利用电阻值随温度变化 而变化的特性制成 利用双金属片受热弯曲 易熔合金式 利用过载电流发热使易熔 合金熔化而使继电器动作 结构:由发热元件、双金属 片和触头及动作机构 等部分组成 。 175 a) 外形 2 - 主电路接线- 常闭触头 5 - 动作机构 6 - 热元件 31 - 常闭触头接线柱 公共动触头接线 - 常开触头接线柱 双金属片式热继电器 176 1.1接线 - 补偿双金属片 9 - 动触头 6 - 常闭触头 7 - 常开触头 8 - 复位调节螺钉 110 - 复位按钮 11 - 偏心轮 12 - 支撑件 13 - 弹簧 双金属片式热继电器原理示意图 177 使用与选择 使用:作为电动机的过载保护,注意与熔断器的配合。 选择:IeR?≥Ied IeR:热继电器热元件的额定电流; Ied:电动机的额定电流。 178 四、时间继电器 作用:按整定时间长短通断电路 分类: 按构成原理分:电磁式 电动式 空气阻尼式 晶体管式 数字式 按延时方式分:通电延时型 断电延时型 空气阻尼时间继电器 179 符号 (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (a) 线圈一般符号 (b) 通电延时线圈 (c) 断电延时线圈 (d) 通电延时闭 合动合(常开)触点 (e) 通电延时断开动断(常闭)触点 (f)断电延时断 开动合(常开)触点 (g)断电延时闭合动断(常闭)触点(h)瞬动触点 180 五、速度继电器 作用:根据速度的大小通断电路 结构:定子、转子和触头 原理:与异步电动机类似 参数:动作转速:120rpm 复位转速:100rpm 181 转子---圆柱形永久磁 符号 铁,与电动机同轴连 接。 定子 ---由硅钢片迭成 笼型空心圆环套在转子 上,装有鼠笼型短路绕 组。 182 六、其它继电器 光电继电器 温度继电器 压力继电器 183 第五节 ? ? ? ? 熔断器 作用:短路和严重过载保护 应用:串接于被保护电路的首端 优点:结构简单,维护方便,价格便宜,体小量轻? 分类:瓷插式RC 螺旋式RL 有填料式RT 无填料密封式RM 快速熔断器RS 自恢复熔断器 184 瓷插式熔断器 185 螺旋式熔断器 186 有填料式熔断器 187 无填料密封式熔断器 188 快速熔断器 189 自恢复熔断器 190 第六节 ? ? 主令电器 作用:发送控制命令或信号的电器 分类:控制按钮 万能转换开关 主令控制器 行程开关 接近开关 191 控制按钮 192 万能转换开关 193 主令控制器 194 行程开关 195 接近开关 196 第十章 电气线路 ? 电气线路安全基本要求、常见故障检查 和巡视检查是电气线路满足供电可靠性 的重要保。