mipb_102_c1 电工自动化仪器仪表知识

MIPB_102_C1电工自动化仪器仪表知识课程目标Z了解电工电路的基本概念及常识。Z掌握测量仪表的使用及注意事项。Z掌握电工安全操作规程。参考资料Z通信电源的科学管理与集中监控Z电工基础读者对象Z系统维护人员Z工程外包人员目录第1章电工基本概念111电流1111电流的基本概念1112电流的分类112电压2121电压的基本概念2122电压测量213电阻2131电阻的基本概念2132电阻定律2133电阻的测量214欧姆定律3141欧姆定律的概概念3142导体的伏安特性3第2章电路基础常识521电路中常用的基本符号522电源523负载524电路625电动势626串联电路6261串联电路的定义6262串联电路的特征627并联电路7271并联电路的定义7272并联电路的特征728静电和交直流电7281静电的定义7282静电的初步知识7283直流电的定义8284交流电的定义9I29三相三线制电路和三相四线制电路9291三相三线电路的概念9292三相四线电路的定义9293三相四线制供电系统中，中性线（零线）的作用10294中性线（零线）不允许断路的原因10295三相电源和负载的星型连接10296相、线电压和相、线电流的定义以及它们之间的关系11297交流电相色12210常见配电设备介绍132101电压互感器PT（POTENTIALTRANSFORMER）132102电流互感器CTCURRENTTRANSFORMER152103二次回路概念16第3章测量仪表的使用2131概述2132万用表21321万用表的定义21322数字万用表的使用2133钳形表26331钳形表的定义26332钳形表的结构及原理26333钳形表的使用方法27343注意事项27第4章空气开关和接触器2941低压断路器与隔离开关29411低压断路器与隔离开关的定义29412低压断路器与隔离开关分类29413工作原理及主要参数31414低压断路器与隔离开关的选用指导3442接触器35421接触器定义35422接触器工作原理、结构及主要参数36423接触器的分类38第5章防雷与过压保护43II51雷电的基本知识43511雷电的产生43512雷电的主要特点4452雷电的分类45521直击雷45522感应雷46523地电位反击4753雷电防护的方法47531雷击防治的原则47532防雷的基本方法49533直击雷51534感应雷5254雷击试验与测试54541设备的测试54542系统电源的试验5655接地电阻的要求及测试56551接地阻值的要求56552接地电阻的测试5656通信设备的接地58561接地的概念58562接地电阻58563通信设备的接地总则58564通信建筑物的防雷接地60565通信设备的防雷接地62566通信及监控工程接地概念和技术6357通信电源的防雷68571雷击能量的划分68572交流电源的防雷69573直流电源的防雷69574通信接口的防雷70第6章电工安全知识71III图目录图141斜率与导体电阻的关系3图211常用电路符号5图281感应起电示意图8图291三相三线电路9图292三相四线电路9图293中性点接地10图294中性点引出一根导线11图295相电压11图296线电压12图297线电流12图321万用表外观图21图322万用表面板图23图323万用表的使用测交直流电压24图324万用表的使用测交直流电流24图325万用表的使用测电阻25图331钳形表外观图26图332钳形表面板图27图341钳形表使用28图411断路器及隔离开关对比图30图412磁扣脱器31图413隔离开关32图414“跳闸”保护曲线33图421直流接触器35图422交流接触器35图423接触器符号36图424接触器原理图36图425接触器构成图37I图426通用交流接触器实物图39图427互锁交流接触器图39图428直流操行交流接触器40图429通用直流接触器40图4210磁保持直流接触器41图511闪电示意图43图512雷电的形成44图513雷暴形成时的雷达扫描图像44图514雷击能量的频谱分布45图521地电位反击示意图47图531雷击防护系统示意图48图532防雷方法49图541雷击试验波形的定义54图542雷击试验波形的定义参数55图551接地电阻测试中辅助地桩示意图57图561联合接地方式示意图59图562地网示意图62图563半球接地体的地中散流及地面电位分布示意图65图564跨步电压和接触电压的计算65图571三级防雷示意图69II表目录表411断路器与隔离开关分类29表412主要参数表32表413使用类别表33表421常见交流接触器表38表541传输线路与波形表55表561接地电阻值61表562一些国家交换设备允许的接地电阻值（）671第1章电工基本概念知识点Z电工的基本概念。11电流111电流的基本概念电荷的定向移动叫做电流。电路中电流常用I表示。形成电流的条件电荷的定向移动形成电流，导体中产生电流的条件是导体两端存在电压；电流的方向规定正电荷的定向移动方向为电流的方向；电流强度的定义通过导体横截面的电量Q与通过这些电量所用的时间T的比值，叫做电流强度，简称电流。用I表示电流，电流强度的定义式为IQT；电流强度的微观表达式INSVE，其中N表示单位体积内自由电荷的数目、S表示导体的横截面积、V表示自由电荷定向移动的平均速率、E表示自由电荷的带电量。电流的单位是安（A），也常用毫安（MA或者微安UA做单位。1A1000MA，1MA1000UA。112电流的分类电流分直流电流和交流电流两种。电流的大小和方向不随时间变化的叫做直流。电流的大小和方向随时间变化的叫做交流。1第1章电工基本概念12电压121电压的基本概念河水之所以能够流动，是因为有水位差；电荷之所以能够流动，是因为有电位差。电位差也就是电压。电压是使电路中形成电流的原因；电压U的大小跟移动电荷时电流做功的大小有关，即WQ在电路中，电压常用U表示。电压的单位是伏（V），也常用毫伏（MV）或者微伏（UV）做单位。1V1000MV，1MV1000UV。电源是能提供持续电流的装置。电源工作时，是把其他形式的能转化为电能，使电源两极分别聚集了许多正负电荷，在电源两端产生电压；在电源内部把来到正极的负电荷移到负极，来到负极的正电荷移到正极，使电源正负极始终保持一定的电压。122电压测量电压可以用电压表测量。测量的时候，把电压表并联在电路上，要选择电压表指针接近满偏转的量程。如果电路上的电压大小估计不出来，要先用大的量程，粗略测量后再用合适的量程。这样可以防止由于电压过大而损坏电压表。13电阻131电阻的基本概念电路中对电流通过有阻碍作用并且造成能量消耗的部分叫做电阻。电阻的定义式RUI。电阻常用R表示。电阻的单位是欧（），也常用千欧（K）或者兆欧（M）做单位。1K1000，1M1000000。132电阻定律导体的电阻R跟它的长度L成正比，跟它的横截面积成反比，这就是电阻定律。电阻定律的表达式为RLS133电阻的测量导体的电阻由导体的材料、横截面积和长度决定。电阻可以用万用表欧姆挡测量。测量的时候，要选择电表指针接近偏转一半的欧姆档。2第1章电工基本概念如果电阻在电路中，要把电阻的一头引脚断开后再测量。14欧姆定律141欧姆定律的概概念导体中的电流I和导体两端的电压U成正比，和导体的电阻R成反比，即IU/R。这个规律叫做欧姆定律。如果知道电压、电流、电阻三个量中的两个，就可以根据欧姆定律求出第三个量，IU/R，RUI，UIR。142导体的伏安特性导体的伏安特性导体中电流跟电压的关系还可以用图线来表示，用横轴表示电压U，纵轴表示电流I，画出的UI图线叫做导体的伏安特性曲线。在金属导体中，电流跟电压成正比，伏安特性曲线是通过坐标原点的直线（如图82所示）。图中直线的斜率等于导体电阻的倒数，写成公式为斜率KI1UR直线的斜率越小表示导体电阻越大。图中两条直线中直线2代表的电阻大。如图141所示图141斜率与导体电阻的关系3第2章电路基础常识知识点Z电路的基础常识。21电路中常用的基本符号22电源23负载电路中常用的基本符号如图211所示图211常用电路符号把其他形式的能转换成电能的装置叫做电源。发电机能把机械能转换成电能，干电池能把化学能转换成电能。发电机、干电池等叫做电源。通过变压器和整流器，把交流电变成直流电的装置叫做整流电源。能提供信号的电子设备叫做信号源。晶体三极管能把前面送来的信号加以放大，又把放大了的信号传送到后面的电路中去。晶体三极管对后面的电路来说，也可以看作是信号源。整流电源、信号源有时也叫做电源。把电能转换成其他形式的能的装置叫做负载。电动机能把电能转换成机械能，电阻能把电能转换成热能，电灯泡能把电能转换成热能和光能，扬声器能把电能转换成声能。电动机、电阻、电灯泡、扬声器等都叫做负载。晶体三极管对于前面的信号源来说，也可以看作是负载。5第2章电路基础常识24电路电流流过的路叫做电路。最简单的电路由电源、负载和导线、开关等元件组成。电路处处连通叫做通路。只有通路，电路中才有电流通过。电路某一处断开叫做断路或者开路。电路某一部分的两端直接接通，使这部分的电压变成零，叫做短路。25电动势电动势是反映电源把其他形式的能转换成电能的本领的物理量。电动势使电源两端产生电压。在电路中，电动势常用表示。电动势的单位和电压的单位相同，也是伏。26串联电路261串联电路的定义把若干个电阻或电学元件一个接一个连接起来，这种连接方式叫做串联。262串联电路的特征（1）串联电路中各处的电流相同I1I2LIN（2）串联电路两端的电压等于各电阻两端的电压之和UU1U2LLUN（3）串联电路的总电阻等于各电阻之和RR1R2LLRN（4）串联电路中电压的分配与电阻成正比。UU1U2LLNR1R2RN（5）串联电路中功率的分配与电阻成正比PP1P2LLNR1R2RN。6第2章电路基础常识27并联电路271并联电路的定义把若干个电阻或电学元件并列地连接起来，这种连接方式叫做并联。272并联电路的特征（1）并联电路各支路两端的电压相同U1U2LLUN。（2）并联电路干路中的电流等于各支路的电流之和II1I2LLIN。（3）并联电路总电阻的倒数等于各电阻倒数之和1111LLRR1R2RN。（4）并联电路各支路电流的分配与电阻成反比I1R1I2R2LLINRN。（5）并联电路各支路功率的分配与电阻成反比P1R1P2R2LLPNRN。（6）N个相同的电阻R并联，总电阻R总RN；（7）并联电路总电阻小于任一支路电阻；某一支路电阻变大（其他支路电阻不变），总电阻必变大，反之变小；并联支路增大，总电阻减小，反之增大。28静电和交直流电281静电的定义当电荷积聚在某一带电体上而静止不动时，这种电荷称为静电。282静电的初步知识（1）自然界只存在正、负两种电荷。规定用丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷叫正电荷，用毛皮摩擦过的橡胶棒带的电荷叫负电荷。7第2章电路基础常识电荷间的相互作用是同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。（2）使物体带电的方法有摩擦起电、接触带电、感应起电。摩擦起电两个物体相互摩擦时，一个物体失去部分电子带正电，另一物体得到部分电子带负电。通过摩擦起电使电子发生转移，使两个物体同时带上等量异种的电荷。接触带电带电物体与不带电物体相互接触，电子将从带负电的物体转移到不带电的物体，使两物体都带负电；或电子从不带电物体转移到带正电的物体，使两物体都正电。感应起电如图281所示，把带电体A移近导体B，在导体B的两端同时出现等量异种电荷。在靠近A的一端，出现了和A上相异的电荷；在远离A的一端出现了和A上相同的电荷。这种现象叫静电感应现象。在A移开之前，将B分开，使B1和B2不相这种带电方法叫感互接触，则B1和B2分别带上等量异种的电荷。应带电。图281感应起电示意图在上述各种带电方法，都是把正负电荷分开，而不是创造电荷。电荷既不能创造，也不能被消灭，他们只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分，这就是电荷受恒定律。（3）若两物体带有等两异种电荷，接触后两物体都不带电，这种现象叫中和现象。中和现象是使等量异种电荷的作用相互抵消，而不是电荷被消灭，同样遵守电荷受恒定律。283直流电的定义直流电是指方向和大小都不变的电流。日常生活生产中使用的手电筒和拖拉机、汽车、晶体管收录机上的电池中的电都是直流电。用符号“”表示或用字母DC表示。8第2章电路基础常识284交流电的定义交流电是指方向和大小动在不断变动的电流。日常生活、生产中用的电灯、电动机等用的电都是交流电。用符号“”表示，或用字母AC表示。29三相三线制电路和三相四线制电路291三相三线电路的概念将交流负载与发电机用三根火线连接起来。就是三相三线制电路，无中线（零线），三相三线电路示意图如图291所示。负载图291三相三线电路292三相四线电路的定义用三根火线和一根中线把电源和负载起来，就是三相四线制电路。三相四线电路示意图如图292所示。图292三相四线电路9第2章电路基础常识293三相四线制供电系统中，中性线（零线）的作用中性线是三相电路的公共回线。中性线能保证三相负载成为三个互不影响的独立回路；无论各相负载是否平衡，各相负载均可承受对称的相电压不论哪一相负载发生故障，都可保证其它两相正常工作。294中性线（零线）不允许断路的原因中性线（零线）如果断开，就相当于中性点与负载中性点之间的阻抗为无限大，这时中性点位移最大，此时用电瓦数多的相，负载实际承受的电压低于额定相电压（灯泡的灯光发暗）；用电瓦数少的相，负载实际承受的电压高于额定电压（灯泡的灯光过亮，要烧坏）。因此，中性线要安装牢固，不允许在中性线上装开关和保险丝，防止断路。295三相电源和负载的星型连接将三相绕组的末端连接在一起，从首端分别引出导线，这就是星形连接。通常三相绕组的始端用、表示，末端用、表示。绕组始端的引出线称为火线。三个绕组末端连接在一起的公共点“”称为中性点，从中性点引出的一根导线称为零线（也称中线）。如果中性点接地，则零线也称作地线。AZC图293中性点接地10第2章电路基础常识ZN图294中性点引出一根导线296相、线电压和相、线电流的定义以及它们之间的关系每相绕组两端间的电压（即每相绕组首端与中线之间的电压）UA、UB、UC叫做相电压，如图295所示。AXC图295相电压两根火线之间（即两相之间）的电压UAB、UBC、UCA叫做线电压，如图296所示。11第2章电路基础常识AC图296线电压流过电源每相绕组或负载的电流，叫做相电流。火线中的电流IA、IB、IC，叫做线电流，如图297所示。图297线电流在星形连接中，线电压的有效值是相电压有效值的倍，即U线U相。线电流等于相电流。即I线I相。297交流电相色A、B、C三相的相色分别为黄、绿、红。中性线（零线）蓝色保护地线黄绿色12第2章电路基础常识210常见配电设备介绍2101电压互感器PT（POTENTIALTRANSFORMER）21011电压互感器的概念电压互感器实际上是一个带铁心的变压器。它主要由一、二次线圈、铁心和绝缘组成。当在一次绕组上施加一个电压U1时，在铁心中就产生一个磁通，根据电磁感应定律，则在二次绕组中就产生一个二次电压U2。改变一次或二次绕组的匝数，可以产生不同的一次电压与二次电压比，这就可组成不同比的电压互感器。电压互感器将高电压按比例转换成低电压，即100V，电压互感器一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表、继电保护等；主要是电磁式的（电容式电压互感器应用广泛），另有非电磁式的，如电子式、光电式。电压互感器的运行情况相当于2次侧开路的变压器，其负载为阻抗较大的测量仪表。副边电流产生的压降和励磁电流的存在是电压互感器误差之源。电压互感器副边不能接过多的负载；且要求铁心不饱和0608T。注意事项副边绕组连同铁心必须可靠接地。副边绝对不容许短路。21012电压互感器铭牌标志电压互感器型号由以下几部分组成，各部分字母，符号表示内容第一个字母J电压互感器；第二个字母D单相；S三相第三个字母J油浸；E浇注；第四个字母数字电压等级KV。例如JDJ10表示单相油浸电压互感器，额定电压10KV。额定一次电压，作为互感器性能基准的一次电压值。额定二次电压，作为互感器性能基准的二次电压值。额定变比，额定一次电压与额定二次电压之比。准确级，由互感器系统定的等级，其误差在规定使用条件下应在规定的限值之内负荷，二次回路的阻抗，通常以视在功率VA表示。13第2章电路基础常识额定负荷，确定互感器准确级可依据的负荷值。21013电压互感器的作用电压互感器的作用是把高电压按比例关系变换成100V或更低等级的标准二次电压，供保护、计量、仪表装置使用。同时，使用电压互感器可以将高电压与电气工作人员隔离。电压互感器虽然也是按照电磁感应原理工作的设备，但它的电磁结构关系与电流互感器相比正好相反。电压互感器二次回路是高阻抗回路，二次电流的大小由回路的阻抗决定。当二次负载阻抗减小时，二次电流增大，使得一次电流自动增大一个分量来满足一、二次侧之间的电磁平衡关系。可以说，电压互感器是一个被限定结构和使用形式的特殊变压器。21014电压互感器的接线方式电压互感器的接线方式很多，常见的有以下几种（1）用一台单相电压互感器来测量某一相对地电压或相间电压的接线方式（2）用两台单相互感器接成不完全星形，也称VV接线，用来测量各相间电压，但不能测相对地电压，广泛应用在20KV以下中性点不接地或经消弧线圈接地的电网中。（3）用三台单相三绕组电压互感器构成YN，YN，D0或YN，Y，D0的接线形式，广泛应用于3220KV系统中，其二次绕组用于测量相间电压和相对地电压，辅助二次绕组接成开口三角形，供接入交流电网绝缘监视仪表和继电器用。用一台三相五柱式电压互感器代替上述三个单相三绕组电压互感器构成的接线，除铁芯外，其形式与图3基本相同，一般只用于315KV系统。（4）电容式电压互感器接线形式。在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中，为了测量相对地电压，PT一次绕组必须接成星形接地的方式。在360KV电网中，通常采用三只单相三绕组电压互感器或者一只三相五柱式电压互感器的接线形式。必须指出，不能用三相三柱式电压互感器做这种测量。当系统发生单相接地短路时，在互感器的三相中将有零序电流通过，产生大小相等、相位相同的零序磁通。在三相三柱式互感器中，零序磁通只能通过磁阻很大的气隙和铁外壳形成闭合磁路，零序电流很大，使互感器绕组过热甚至损坏设备。而在三相五柱式电压互感器中，零序磁通可通过14第2章电路基础常识两侧的铁芯构成回路，磁阻较小，所以零序电流值不大，对互感器不造成损害。2102电流互感器CTCURRENTTRANSFORMER21021电流互感器的概念在测量交变电流的大电流时,为便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流（我国规定电流互感器的二次额定为5A），另外线路上的电压都比较高如直接测量是非常危险的