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电工基础培训 中煤三十处 同忻项目部 目录 电路的基本概要 1 电工安全基本知识 2 电气元件的识别 3 供配电系统 简单的控制电路实例 5 4 2 第一章 电路的基本概要 电 电是一种自然现象 是一种能量 如闪电 静电 交流电 直流电 电是由于电荷的存在或移动而产生的现象 微观解释 通常说的电是个宏观概念 能量守恒解释电的产生 电荷 通常的导体 金属 的基本单元是原子 原子由电子和原子核构成 核又由质子和中子构成 电子带负电 质子带正电 是正 负电荷的基本单元我们常将 带电粒子 自然界中的电荷只有两种 即正电荷和负电荷 由丝绸摩擦的玻璃棒所带的电荷叫做正电荷 由毛皮摩擦的橡胶棒所带的电荷叫负电荷 电荷的最基本的性质是 同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引电场 电场是电荷及变化磁场周围空间里存在的一种特殊物质 电场这种物质与通常的实物不同 它不是由分子原子所组成 但它是客观存在的 电场具有通常物质 1 1名词解释 所具有的力和能量等客观属性 电场的力的性质表现为 电场对放入其中的电荷有作用力 这种力称为电场力 电场的能的性质表现为 当电荷在电场中移动时 电场力对电荷作功 这说明电场具有能量 电磁感应 电磁感应现象 导体在磁场中做切割磁感线运动 导体中就会产生电动势 感应电动势的大小只与磁感应强度B 导体长度L 切割速度v及v和B方向间夹角 的正弦值成正比 即E BLvsin 电流 1 定义 带电粒子的定向运动形成电流 单位时间内通过导体横截面的电量定义为电流强度 一般规定正电荷移动的方向为电流的方向 只有闭合回路才有电流 没有电位差形成不了电荷的移动 2 电流单位 安培 A 1A 10 mA 10 6 A电压 1 定义 电场力把单位正电荷从电场中A点移到B点所做的功 称其为A点到B点间的电压 用uAB表示 或任意两点间的电位差称为电压 概念与水位高低所造成的 水压 相似 2 电压单位 伏特 V 1V 10 mV 10 6 V 1kV 10 V 电功率 1 定义 单位时间内消耗电能即电场力在单位时间内所做的功 和力学上的功率区别 P W tP UI P W t FS t FV 2 功率单位 瓦特 W 电功率分有功功率 无功功率 视在功率有功功率P 1 732UIcos 单位为W瓦无功功率Q 1 732UIsin 单位为var乏视在功率S 1 732UI伏安 VA 或千伏安 KVA U为线电压 I为线电流 为电压与电流的相位差在正弦交流电路中 有功功率一般小于视在功率 也就是说视在功率上打一个折扣才能等于平均功率 这个折扣就是Cos 称为功率因数 电源绕组的星形接法 中性点 将电源三相绕组的末端连接在一起 成为一个公共点 即为中性点 相线 从每相绕组的首端引出的导线叫做相线 相电压 每组绕组首末两端之间的电压 叫做相电压 线电压 两相线之间的电压叫做线电压 线电压是相电压的根号三倍 电源绕组的三角形接法 在交流电路中 功率因数是有功功率和视在功率的比值 即cos P S功率因数的大小与电路的负荷性质有关 如白炽灯泡 电阻炉等电阻负荷的功率因数为1 一般具有电感或电容性负载的电路功率因数都小于1 功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数 功率因数低 说明电路用于交变磁场转换的无功功率大 从而降低了设备的利用率 增加了线路供电损失 所以 供电部门对用电单位的功率因数有一定的标准要求 许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的 如配电变压器 电动机等 它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递 为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率 因此 所谓的 无功 并不是 无用 的电功率 只不过它的功率并不转化为机械能 热能而已 在电网中 由电源供给负载的电功率有两种 一种是有功功率 也称平均功率 另一种是无功功率 有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率 也就是将电能转换为其他形式能量 机械能 光能 热能 的电功率 比如 55kW的电机就是把55kW的电力转换为机械能及热能 各种照明设备将电能转换为光能 无功功率比较抽象 它是用于电路内电场与磁场 并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率 凡是有电磁线圈的电气设备 要建立磁场 就要消耗无功功率 比如40W的日光灯 除需40W有功功率 镇流器也需消耗一部分有功功率 来发光外 还需80var左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用 由于它对外不做功 才被称之为 无功 直流电简称DC 由英国人法拉第 1791 1867 在发现电磁感应现象基础上经过一系列改良再由爱迪生建立应用的 是指方向和时间不作周期性变化的电流 但电流大小可能不固定 而产生波形 又称恒定电流 交流电简称为AC 发明者是奥地利人尼古拉 特斯拉 1856 1943 交流电也称 交变电流 简称 交流 一般指大小和方向随时间作周期性变化的电压或电流 它的最基本的形式是正弦电流 我国交流电供电的标准频率规定为50赫兹 日本等国家为60赫兹 正弦交流电的三要素是最大值 角频率和初相角 有效值可用来确切反映交流电的作功能力 电路 由金属导线和电气以及电子部件组成的导电回路 称其为电路 直流电通过的电路称为 直流电路 交流电通过的电路称为 交流电路 电路要素 一是电源 它的作用是将其他形式的能转化为电能 二是负载 又称为用电器 即将电能转化为其他形式能的装置 也就是消耗电能的装置 三是控制或保护装置 它的作用是接通或断开电路 或保护电路不被损坏等 四是连接导线 1 2电路 电路的状态电路通常有三种状态 即 通路 开路和短路 1 通路 又称闭路 电路构成闭合回路 有电流通过 负载正常工作 2 开路 又称断路 电路中一处或多处呈断开状态 不能形成闭合回路 电路中没有电流 负载不能工作 3 短路 又称捷路 由于意外或接线错误 使电源两端的导线直接相连 电源输出的电流不经过负载 只经过连接导线直接流回电源 称为短路 短路时 电路中的电阻很小 致使电流很大 容易损坏电源和导线 甚至引起火灾 短路是应当尽力避免的 电路分析 分析解算某种电路通常依靠以下几种基本定理 定律 欧姆定律 基尔霍夫定理 叠加定理 戴维南定理与诺顿定理 欧姆定律 导体中的电流跟导体两端的电压成正比 跟导体的电阻阻值成反比 这就是欧姆定律基本公式是 I U R Q t电流 电荷量 时间U 电压伏特 V 1kV 10 3V 10 6mVR 电阻欧姆 1M 10 3KW 10 6 I 电流安培 A 1A 10 3mA 10 6 A电阻的电阻值大小一般与温度 材料 长度 横截面积有关决定式 纯金属的电阻随温度的升高电阻增大温度升高1 电阻值要增大千分之几电灯泡的灯丝用钨丝制造钨的电阻随温度升高而增大 温度升高1 电阻约增大千分之五 灯丝发光时温度约2000 所以 电阻值约增大10倍 灯丝发光时的电阻比不发光时大得多 刚接通电路时灯丝电阻小电流很大 用电设备容易在这瞬间损坏 串联电路电流处处相等 I总 I1 I2 I3 In串联电路总电压等于各处电压之和 U总 U1 U2 U3 Un串联电阻的等效电阻等于各电阻之和 R总 R1 R2 R3 Rn串联电路总功率等于各功率之和 P总 P1 P2 P3 Pn串联电路中 只要有某一处断开 整个电路就成为断路 串联电路中 除电流处处相等以外 其余各物理量之间均成正比 电流做的功指在通电相同时间内的大小 R1 R2 U1 U2 P1 P2 W1 W2 Q1 Q2 组合中的元件具有相同的电压 流入组合端点的电流等于流过几个元件的电流之和 并联电路中 电阻大小的计算公式为1 R 1 R1 1 R2 1 R3 R1 R2 R3 表示各支路电阻大小 在并联电路中 除各支路两端电压相等以外 电阻和其它物理量之间均成反比 在相同时间内 R1 R2 I2 I1 P2 P1 W2 W1 Q2 Q1 功率P W t UI I I R U U R单位为W电能 即电功A UIt Pt单位的国际焦耳 J 常用单位为度 kw h 度 千瓦 小时 计算时也转换成J1度 1kw h 1000w 3600s 3 6 10 6J某户有两只日光灯均为40W 有60W和15W白炽灯各一只 电视机1台 65W 录音机1台 功率25W 若这些设备每天工作5h 电费为0 805元 kWh 该用户一个月多少电费 P总 2 40 60 15 65 25 245 W 消耗电能A Pt 0 245 30 5 36 75 kWh D 36 75 0 805 29 6 元 电能表 电表原理图 火线 L 零线 N 输入 输出 负载 插座 第二章 电工安全基本知识 2 1安全电压与安全电流 一般情况下 人体允许电流可按30mA考虑 在容易发生严重二次事故的场合 应按不引起强烈反应的10mA考虑 根据人体允许电流30mA 人体电阻1700 的条件确定安全电压的上限为50V 我国规定的工频安全电压额定值的等级为42 36 24 12 6伏 一般环境条件下允许持续接触的 安全低电压 是36V 这并不是绝对的 直流安全电压稍高些 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保护措施 设备漏电保护动作 跳闸 时间一般是二级设备漏电动作时间不大于0 1秒 一级柜是不大于0 2秒 矿井内等工作场合 狭窄 行动不便及周围有大面积接地导体的环境 采用的24或12V安全电压 即是防止因触电而造成的人身伤害 2 2绝缘安全用具绝缘安全用具是保证电工作业人员安全操作带电体及人体与带电体安全距离不够所采取的绝缘防护工具 绝缘安全用具按使用功能可分为 1 绝缘操作用具主要用来进行带电操作 测量和其它需要直接接触电气设备的特定工作 常用的绝缘操作用具 一般有绝缘棒 绝缘夹钳等 操作用具均由绝缘材料制成 正确使用绝缘操作用具 应注意以下两点 必须具备合格的绝缘性能和机械强度 只能在和其绝缘性能相适应的电气设备上使用 2 绝缘防护用具绝缘防护用具则对可能发生的有关电气伤害起到防护作用 主要用于对泄漏电流 接触电压 跨步电压和其他接近电气设备存在的危险等进行防护 常用的绝缘防护用具有绝缘手套 绝缘靴 绝缘隔板 绝缘垫等 当绝缘防护用具的绝缘强度足以承受设备的运行电压时 才可以用来直接接触运行的电气设备 一般不直接触及带电设备 使用绝缘防护用具时 必须做到使用合格的绝缘用具 并掌握正确的使用方法 绝缘棒 绝缘夹钳 验电笔 绝缘靴 绝缘手套和绝缘袖套 2 3电气设备的接地 接地是为保证电工设备正常工作和人身安全而采取的一种用电安全措施 通过金属导线与接地装置连接来实现 接地装置将电工设备和其他生产设备上可能产生的漏电流 静电荷以及雷电电流等引入地下 从而避免人身触电和可能发生的火灾 爆炸等事故 常用的有保护接地 保护接零 工作接地 为使电路或设备达到运行的要求的接地 如变压器中性点接地 防雷接地 屏蔽接地 防静电接地等 保护接地的接地电阻值 一般不应大于4 井下接地电阻值 应大于2 矿井下电气设备分局部接地 保护接地 和辅助接地 馈电 综保等测漏用 接地装置的散流现象 距接地体 20米以外电流不再产生电压 保护接地 保护接地是将电气设备正常情况下不带电的金属外壳通过接地装置与大地可靠连接 一旦漏电电流会有效的流入大地 保护接地注意事项 1 电机类 变压器 照明灯具等金属外壳和底座 2 电器设备的传动机构 3 室内外配电装置的金属构架及靠近带电体部分的金属围栏和金属门以及配电屏 箱 柜和控制屏 箱 柜的金属框架 4 互感器的二次线圈 5 交 直流电力电缆的接线盒 终端盒的金属外壳和电缆的金属外皮 6 装有避雷线的电力线路的杆和塔 保护接零 在中性点直接接地系统中 把电气设备金属外壳等与电网中的零线作可靠的电气连接 以保护人身安全的一种用电安全措施 称保护接零 保护接零是借助接零线路使设备漏电形成单相短路 促使线路上的保护装置动作 以及切断故障设备的电源 此外 在保护接零电网中 保护零线和重复接地还可限制设备漏电时的对地电压 未作保护接零 作保护接零后 重复接地 保护接零时的注意事项 1 电源侧中性点必须进行工作接地 其接地电阻值不应大于4 2零线应在规定地点做重复接地 其接地电阻值不应大于10 3零线上不得装设熔断器及开关 4 零线截面积的选择应符合规程要求 主干零线的截面不小于相线截面的1 2 5 在同一低压配电系统中 保护接零和保护接地不能混用 6 不应将三眼插座上接电源工作零线的孔与保护接零线的孔连接在一起使用 7 采用保护接零时 除系统中性点外 还必须在中性线上采用一处或多处接地 即重复接地 2 4安全色与安全标志 安全色是表达安全信息含义的颜色 表示禁止 警告 指令 提示等 安全色 红色 蓝色 黄色 绿色 表示禁止 停止 表示指令 必须遵守的规定 表示警告 注意 表示指示 安全状态 通行 1 安全色 在工作地点 施工设备和一经合闸即可送电到工作地点或施工设备的开关和刀闸的操作把手上 均应悬挂该标示牌 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该标示牌 2 5电气火灾产生的原因 1 设备或线路发生短路故障电气设备由于绝缘损坏 电路年久失修 疏忽大意 操作失误及设备安装不合格等将造成短路故障 其短路电流可达正常电流的几十倍甚至上百倍 产生的热量 正比于电流的平方 是温度上升超过自身和周围可燃物的燃点引起燃烧 从而导致火灾 2 过载引起电气设备过热选用线路或设备不合理 线路的负载电流量超过了导线额定的安全载流量 电气设备长期超载 超过额定负载能力 引起线路或设备过热而导致火灾 3 接触不良引起过热如接头连接不牢或不紧密 动触点压力过小等使接触电阻过大 在接触部位发生过热而引起火灾 4 通风散热不良大功率设备缺少通风散热设施或通风散热设施损坏造成过热而引发火灾 5 电器使用不当如电炉 电熨斗 电烙铁等未按要求使用 或用后忘记断开电源 引起过热而导致火灾 6 电火花和电弧有些电气设备正常运行时就能产生电火花 电弧 如大容量开关 接触器触点的分 合操作 都会产生电弧和电火花 电火花温度可达数千度 遇可燃物便可点燃 遇可燃气体便会发生爆炸 2 6电气火灾的防护 1 正确选用保护装置 防止电气火灾发生 对正常运行条件下可能产生电热效应的设备采用隔热 散热 强迫冷却等结构 并注重耐热 防火材料的使用 按规定要求设置包括短路 过载 漏电保护设备的自动断电保护 对电气设备和线路正确设置接地 接零保护 为防雷电安装避雷器及接地装置 根据使用环境和条件正确设计选择电气设备 恶劣的自然环境和有导电尘埃的地方应选择有抗绝缘老化功能的产品 或增加相应的措施 对易燃易爆场所则必须使用防爆电气产品 2 正确安装电气设备 防止电气火灾发生 合理选择安装位置对于爆炸危险场所 应该考虑把电气设备安装在爆炸危险场所以外或爆炸危险性较小的部位 开关 插座 熔断器 电热器具 电焊设备和电动机等应根据需要 尽量避开易燃物或易燃建筑构件 起重机滑触线下方 不应堆放易燃品 露天变 配电装置 不应设置在易于沉积可燃性粉尘或纤维的地方等 保持必要的防火距离对于在正常工作时能够产生电弧或电火花的电气设备 应使用灭弧材料将其全部隔围起来 或将其与可能被引燃的物料 用耐弧材料隔开或与可能引起火灾的物料之间保持足够的距离 以便安全灭弧 3 保持电气设备的正常运行 防止电气火灾发生 正确使用电气设备 是保证电气设备正常运行的前提 因此应按设备使用说明书的规定操作电气设备 严格执行操作规程 保持电气设备的电压 电流 温升等不超过允许值 保持各导电部分连接可靠 接地良好 保持电气设备的绝缘良好 保持电气设备的清洁 保持良好通风 2 7触电危害及方式 人体是导电体 一旦有电流通过时 将会受到不同程度的伤害 由于触电的种类 方式及条件的不同 受伤害的后果也不一样 1 触电的种类 触电种类 电击 电伤 电流通过人体时所造成的内伤 电击可以使肌肉抽搐 内部组织损伤 造成发热发麻 神经麻痹等 严重时将引起昏迷 窒息 甚至心脏停止跳动而死亡 指电流的热效应 化学效应 机械效应以及电流本身作用下造成的人体外伤 电伤可以造成电烧伤 皮肤金属化 电烙印 机械性损伤 电光眼等伤害 2 常见的触电形式 单相触电两相触电跨步电压触电接触电压触电感应电压触电剩余电荷触电 1 单相触电 人体直接碰触带电设备其中的一相时 电流通过人体入地的触电现象 对于高压带电体 在人体虽然未直接接触 但小于安全距离时 高电压对人体放电 造成单相接地引起触电 也属于单相触电 a 中性点直接接地 b 中性点不直接接地 这种触电事故约占总触电事故的75 以上 是危险的 通常是由于碰触 搭接 断线 碰壳等情况造成的触电事故 变压器中性点禁止接地 2 两相触电 人体同时接触带电设备或线路中的两相导体 或在高压系统中 人体同时接近不同相的两相带电导体 而发生电弧放电 电流从一相通过人体流入另一相导体 构成一个闭合回路的触电 两相触电 两相触电的事故较少发生 约占总触电事故的5 但这种事故由于电压较高 电流损害人的心脏 因此危险性很大 3 跨步电压触电 电气设备发生接地故障时 接地电流通过接地体向大地流散 在地面上形成电位分布时 人在接地点周围行走 两脚之间产生电位差 从而引起的触电 发生这种触电事故的次数虽然不很多 但因此类触电而电死牲畜的事故常有发生 人们遇到这种危险场合 应立刻合拢双脚跳出接地点20m之外 这就可以保障人身安全 触电时先是脚发麻 后跌倒 当受到较高的跨步电压时 双脚会抽筋 并立即倒在地下 跌倒后 由于头脚之间距离大 故作用于人身体上的电压增高 电流相应增大 而且有可能使电流经过人体的路径改变为经过人体的重要器官 如从头到手和脚 经验证明 人倒地后 即使电压只持续2s 人身就会有致命危险 2 8电流对人体的伤害程度 电流对人体的伤害程度下列因素有关 通过人体电流的大小 通过人体电流的持续时间 通过人体电流的种类 通过人体电流的频率 电流通过人体的路径 人体本身电阻的大小 不同的电流对人体的影响 1 9安全用电的措施 技术措施 停电工作中的安全措施 带电工作中的安全措施 对电气设备还应采取一些安全措施 第三章 电气元器件简介 3 1 接触器 接触器广义上是指利用线圈流过电流产生磁场 使触头 主 辅 闭合 以达到控制负载的电器 通常接触器安装于主回路中 以小电流控制大电流目的 交流接触器利用主接点来开闭电路用辅助接点来导通控制回路 接触器的工作原理是 当接触器线圈通电后 线圈电流会产生磁场 产生的磁场使静铁心产生电磁吸力吸引动铁心 并带动交流接触器点动作 常闭触点 主 辅 断开 常开触点 主 辅 闭合 两者是联动的 当线圈断电时 电磁吸力消失 衔铁在释放弹簧的作用下释放 使触点复原 常开触点断开 常闭触点闭合 接触器 3 2 继电器 一般的电路常分成主电路和控制电路两部分 继电器主要用于控制电路 接触器主要用于主电路 通过继电器可实现用一路控制信号控制另一路或几路信号的功能 完成启动 停止 联动等控制 主要控制对象是接触器 接触器的触头比较大 承载能力强 通过它来实现弱电到强电的控制 控制对象是电器 继电器的触点都是接在控制回路中 没有主辅之分 时间继电器 KT中间继电器 KM或ZJ电流继电器 KA电压继电器 KV 3 3 按钮开关按钮开关是一种结构简单 应用十分广泛的主令电器 在电气自动控制电路中 用于手动发出控制信号以控制接触器 继电器 电磁起动器等按钮开关可以完成启动 停止 正反转 变速以及互锁等基本控制 通常每一个按钮开关有两对触点 每对触点由一个常开触点和一个常闭触点组成 当按下按钮 两对触点同时动作 常闭触点断开 常开触点闭合 双重联锁的正反转控制线路 星三角降压启动 电缆的选择与电流整定 电缆的选择 MY3 16 1 10380 660MYP MY 0 66 1 1