电工电路基础

一 电工学基础知识 一 电能的产生 二 电流 电压和电阻及它们之间的关系 电流水在河道上流动 在渠道上流动和在管子里流动 叫做水流 同样 电子沿着金属导线移动 叫电流 这里要说明的是 当我们合上电源开关时 在几十千米或更远的地方马上就会有电流 电子不是从我们合上电源开关的地 方跑到几十千米之外 而是因几十千米导线中 处处都有电子 当合上开关时 这些电子一群接一群朝前推挤 所以几十千米外马上就有电流 电流的大小叫 做电流强度 用字母 表示 单位是安培 符号是 电压水是从高的地方向低的地方流动 这是因高 低两地有水位差 同样 电流也是从高电位的物体流向低图 电力系统部分示意图电位的物体 两物体 的电位之差称为电位差 通常我们把电位差叫做电压 要有水位差 水才能在 水管里流动 同样 要有电位差 电流才能在导线里流动 电压用字母 表示 单位是伏特 符号是 电阻水在水管内流动 会受到管壁 接头或其他障碍物的阻力 同样 电 流在导线内流动 不能畅通无阻 也要受到阻力 电流在导线内流动所受的阻 力 叫做电阻 产生电阻的主要原因是金属的原子对电子的控制不紧 有的电 子离开了它 到处乱跑 形成自由电子 自由电子在运动过程中 有时被其他 原子拉了进去 而别的电子可能又被推出来 这样拉来拉去 电子运动总要受 到阻碍 不是通行无阻的 电阻的大小用字母 表示 单位是欧姆 符号是 导体的电阻与下列四个因素有关 导体的材料 截面积相等 长度相同 但材料不同的导体 它们的电阻 各不相同 例如铁的电阻大于铜的电阻 导体的长度 截面积相等 材料相同的导体 长度越长 电阻也越大 导体的截面积 材料相同 长短相等的导体 截面积越大 电阻越小 导体的温度 同一导体 在不同的温度下 就有不同的电阻 一般的导体 电阻随温度的升高而增加 电流 电压 电阻之间的关系我 们知道 一条河流在山区因河床坡度陡 它的水流急 水流量大 相反 当河 流进入平坦的平原地区 水流很平静 这里讲的坡度越陡 就是 水位差 越 高 也可以说是 水压力 越大 可以促使水流得急 同样 在电路中的电压 越高 电流越大 因此 可以得出一条结论 电流的大小与电压的高低成正比 例的关系 同理 在水管里塞上一根木条后 水流的阻力增加 水流量减少 木条抽掉 水流量就增大 同样 电路中的电阻增大 电流减少 就是说电路 中电流的大小与电阻的大小成反比 根据上述结论 我们就可以得到电学中常 用的一个基本公式 这个基本公式 也就是常说的欧姆定律 了解公式的关系 只要我们知道其中两项就可方便地求出第三项 三 电路的串联和并联 首先我们必须先知道 一个电路主要由电源 负载 导线三部分组成 除此之外 还有断 开和接通电路的开关 要使电路中电流流通 需要具备两个条件 电源能正常供电和电路 必须是一个闭合的通路 电源 具有推动电流流动的原动力 是电路中电能的来源 干电 池 蓄电池 直流发电机等是常用的直流电源 农村常用的交流电源主要有电网供电 区 域小水电站供电等 负载 负载也叫做负荷 是将电能转换成其他形式的能量的受电设备 如照明灯具 电炉 各种家用电器 收音机 录像机 洗衣机 电视机等 各种农副产品 加工机器等 连接导线 导线也叫做电线 是把电源和负载连成一个通路 使电流通过导 线流通 向各种用电设备供电 电路一般有串联和并联两种 电路的串联两个以上 负荷 按第一个负荷的首端接电源 末端接第二个负荷的首端 第二个负荷的末端再接第 三个负荷的首端 依此类推 通俗的说法 就是把两个以上负荷顺次连接起来 然后把 它们接到电源上 叫做电路的串联 如图 所示 串联电路有如下特点 各负荷中的电 流都相等 即为总电流 总电压等于各个负荷上的分电压相加 总电阻等于各个负荷 上的分电阻相加 图 电阻的串联电路 串联电路在实际中也得到应用 如现在农村中照明 都采用 伏电压的电源 我们现在只有 伏和 伏的灯泡 怎么办呢 此时可 将 只 伏灯泡串联起来 也可将 只 伏的灯泡串联起来 这样灯泡可安全发光 但在串联电路中 若有 只灯泡坏了 其余的灯泡也会不亮 必须将坏的 只更换 电路的并联把两个以上负荷的头和尾 分别接在电源的火线和零线上 叫做电路的并 联 如图 所示 并联电路的特点是 各支路两端之间图 个灯泡的并联的电压相 同 总电流等于各支电路分电流相加 总电阻小于任何一个支路的分电阻 并联电 路在农村日常工作中得到广泛应用 从图 中我们可以看出 任何分支电路出现故障 都 不会影响其他分支电路正常工作 四 电功率和电能 水从高水位向低水位的地方流动时 会做功 如我们在水流中安装一个水轮 水轮就会转动 带动水磨和水碾 可磨面和碾米 这就是做功 这里我们可以明白 水量越大 水流速越大 水压越高 水碾和水磨转动就 越快 即所做的功就越大 因此 水流所做的功是 水流所做的功 水流量 水位差 水 压 同样 电流从高电位向低电位的方向流动时 也会做功 如使电流通过电动机 电动 机就会转动 通过皮带或齿轮带动其他机器 打米机 压面机 脱粒机等 而做功 计算 电功的方法 和计算水流做功的方法相同 通过的电流越大 所做的功就越大 电位差越 大 电压越高 所做的功越大 因此 电流所做的功是 电流所做的功 电流 电压 秒钟 单位时间 内电流所做的功 就叫做电功率 电功率的单位是瓦特 简称瓦 符号 是 如 电灯泡常标明的功率 瓦数 有 瓦 瓦 瓦 瓦 瓦等 实际工作中常用千瓦表示 千瓦 瓦电动机的功率就常用千瓦来 表示 电功率的另一种单位是马力 马力与千瓦的关系是 马力 千瓦 瓦 平时所说的用电设备消耗了多少电能 或说用了多少度电 那么 什么叫电能 怎样计算度数呢 简单地说 电流所做的功 叫做电能 如果我们知道电功率后 要计算 电流在一定时间所做的功 用电功率乘上时间 即 功 功率 时间 用符号表示 为 式中 为电能 单位是千瓦时或度 为功率 单位是千瓦 为时间 单位是小时 电能的单位是度 度电等于 千瓦时电 就是说 千瓦功率的用电设备 工作 小时 所消耗的电能是 度 例 光明村有 户人家 若每户用 只 瓦灯 泡照明 平均每天用电 小时 问每户每月用多少度电 全村一个月 天共用多少 度电 解 每户灯泡的功率为 瓦 千瓦每户月用电 时间为 小时 每户一个月的用电度数为 度 全村一个月用电度数为 度 度电的作用不可小看 它可炼钢 千克 织布 米 抽水 吨 因此 应该注意节约用电 五 电和磁的关系 磁的性质几千年前 我们的先辈就发现了磁石能吸铁 并根据磁铁的性质 发明了能指示南北方向的指南钉 随着社会的发展 人们了解磁铁有以下特性 磁铁有吸引铁 钴 镍等铁磁物质的能力 磁铁有两个极 即北极 级 和南极 级 两极的磁性最强 同名磁极互相排斥 异名磁极互相吸引 把铁磁物质 铁 钴 镍或它们的合金 放在磁铁附近 这种物质 也能带上一些磁性 这种现象叫做磁化 磁铁拿走以后 这种物质还会保留一些磁性 这 种现象叫做剩磁 我们在一块玻璃板上均匀地撒一些铁粉 然后在玻璃板下放一块条形磁 铁 然后轻轻震动玻璃板 铁粉就会自由移动 出现图 所示现象 铁粉就从 极到 极排列成许多有规则的 连续的 互不交叉的曲线 指南针的指向和这些曲线的走 向一致 这个实验说明 磁铁对一定范围内的铁粉和指南针有磁力作用 磁力存在的场所 叫做磁场 图 中 所示的虚线 叫做磁力线 这个实验也充分证明磁铁的上述特点 电流的磁场前面已经叙述了磁铁能吸引附近的铁图 条形磁铁的磁场和磁力线 条形磁铁的磁场 条形磁铁的磁力线粉 它的周围存在磁场 同样 电流的周围也存 在磁场 我们可用下面的实验来证明 在一块纸板的中央穿一根导线 并在纸板上均匀地 撒一些铁粉 也放上几个指南针 导线没有通电前 铁粉的分布没有变化 指南针也是指 示南北方向 当导线通电后 铁粉就在导线周围排列成许多圆环 指南针沿着圆周方向指 示 如图 所示 如电流是通过线圈时 在线圈内部和附近也会产生磁场 磁力线 环绕各匝电流 其分布如图 所示 实验证明 电流越大 磁场越强 通过线圈 的电流越大 线圈的匝数越多 磁场越强 根据上述实验 判断直导线和线圈的磁场方向 可用右手螺旋定则 如图 所示 即 对于一根直导线 用右手握住导线 用拇指去 指着电流的方向 其余四指所指的方向就是磁场的方向 对于线圈 用右手握住线圈 用 握线圈的四指去指着电流的方向 拇指所指的方向就是线圈内部的磁场方向图 带 有铁芯的线圈叫做电磁铁 由于铁芯被磁化 所以电磁铁的磁场比空芯线圈的磁场强得多 电磁铁在实际中应用比较广泛 电动机 变压器 电铃 电工仪表 磁力开关 继电器等 电气设备都采用铁芯线圈 图 电流周围的磁场 直导线通电时的磁场 线圈通 电时的磁场 磁场对电流的作用因为电流的周围存在着磁场 把通电的导体放进另一个 磁场里 那么电流磁场和另一磁场之间就会产生相互作用的力 图 用右手螺旋定则判断 磁场的方向 判断直导线磁场的方向 判断线圈磁场的方向 如图 所示 把一根 直导线放在磁场中 并使导线和磁场方向垂直 如果不通电 导线就静止不动 通上直流 电后 导线就朝着一定的方向移动 这就是外界磁场对电流有作用力 这个作用力叫做电 磁力 实验证明 外界磁场越强 导线中的电流越大 导线受的力越大 在磁场中 的导线越长 导线所受的力越大 所以采用铁芯绕组增加导线长度 把导线放得和磁 场方向垂直时 导线所受的力最大 把导线放得和磁场方向一致时 导线所受的力等于 零 如果把电流的方向或把磁场的方向倒过来 导线移动的方向也跟着倒过来 导线受力 的方向可用左手定则决定 如图 所示 在制造电动机和电工仪表时 就是利用磁场对电 流的作用原理 电磁感应电流可产生磁场 反过来在一定条件下图 左手定则磁场也 能产生电流 电路中的电势是在线圈的导线中产生的 产生电势的原因是把磁铁放进线圈 或从线圈中取出 在放进或取出的过程中使线圈中的磁通变化而在导线中产生电势 产生 的电势叫做感应电势 这种现象叫做电磁感应现象 由感应电势在电路中产生的电流叫做 感应电流 导体切割磁力线时 在导体中能够产生感应电势 因此在电路中也能够产生感 应电流 实验证明 导体垂直切割磁力线时 感应电势最大 导体运动方向和磁力线 平行时 感应电势等于零 磁场越强 切割速度越快 在磁场中的导体越长 铁芯线圈 匝数越多 感应电势就越高 发电机就是根据这个原理制造的 感应电势的方向 可用右 手定则判断 如图 所示 图 右手定则 六 交流电路交流电路有单相交流电路和三相 交流电路 三相交流电与单相交流电相比较具有下列优点 能将大量电能输送到远距离 而且经济 三相交流电动机的成本低 性能优良等 所以目前工农业生产中普遍采用三相 交流供电线路 所谓三相交流电路 就是在电路中同时存在着三个最大值相同 频率相同 相位相差 的正弦电势 其中每一个电势组成的部分电路叫做一相 三相交流电是 由三相交流发电机发出来的 图 是三相交流发电机的示意图 是三个线圈 三相 的首端 是三个线圈的尾端 三相交流电路的星形 接线把 发电机三相绕组 许多线圈的组合叫绕组 的尾端接在一起 首端用三根导线引出来给用 户供电 这种接线方法叫做三相电源的星形 接线 从首端引出的三根线叫做相线 亦叫火线 尾端的连接点叫做中性点 从中性点引出来的线叫做中性线 中线 或零线 同样 可以把三相负载的尾端连接在一起 把首端分别接到电源的三根相线上 这种接线 法叫做三相负载的星形接线 使用三根火线又使用中性线的接线方式叫做三相四线制 如 图 所示 三根火线的电流在负载的中性点汇合后 经过中性线流回电源的中性点 如 果三相负载完全一样 如电动机的三相绕组 并且三相电流也是平衡的 当三相电流经过 中线时 三相电流中的正 负电流互相抵消 故中线里的电流等于零 在此种情图 三 相交流电的产生 三相交流发电机示意图 三相交流电的变化规律况下 可以不 装中线 只用三根火线 这种接线方式叫做三相三线制 如图 所示 在三相交流电路 中 两根火线之间的电压叫做线电压 各相绕组的首端和尾端之间的电压叫做相电压 各 相绕组图 三相四线制接线 负载是灯泡 负载是电动机图 三相三线制负 载星形接线中的电流叫做相电流 火线中的电流叫线电流 在电网中 我们所讲的 千 伏 千伏 千伏的输电电压 都是指的线电压 农村常用的照明电压为 伏 常用的动力电压为 伏 农村电网中常采用三相四线制接线方式供电 因为此种 接线方式有以下优点 不管各相负载是多少 各相电压都是 伏 各相的电灯都可 以正常发光 当然 我们在施工布线时 应尽量使各相负载平衡 以减少中线电流和线路 损失 三相线中 无论哪一相出故障时 都不会影响其他两相正常使用 这里要特别 注意 三相四线制供电线路中的中线不能断开 如果中线断开 用电总瓦数较大的相 电 灯实际承受的电压要低于 伏 电压低 电灯亮度达不到标准 很暗 用电总瓦数较 小的相 电灯实际承受的电压要高于 伏 有烧坏灯泡或其他家用电器 收音机 电 视机等 的危险 所以 不能在中线上装熔丝 保险丝 和开关 中线不能太细 并且要 连接良好 三相交流电路的三角形 接线把三相负载的首端和尾端依次相接 然 后把各相的首端分别接到电源的三根火线上 这种接法叫做负载的三角形接线 如有的电 动机铭牌上规定额定电压是 伏 接线方法是 就应该把电动机第一相绕组的尾端 和第二相绕组的首端相接 依次按首尾相接完毕 然后把三个首端分别接到电源的三根火 线上 如图 所示 星形 和三角形 接线中的几个数据关系在星形 接线的电路里 线电压等于 倍相电压 即 线 相电流 和线电流是同一个电流 即 线 在三角形接线中 加到每相负载两端的电压是线 电压 即 图 三相三线制负载三角形接线 相电流和线电流是不相等的 当三相负载平 衡时 线 三相负载到底是接成星形还是三角形 要根据每相负载的额定 电压和电源线电压决定 对于低压电气设备 如果各相负载的额定电压是 伏 电源 的线电压是 伏 这时应该把负载接成星形 如果各相负载的额定电压是 伏 应该把负载接成三角形 七 常用电工仪表 电工仪表 主要指低压配电盘上常用的电流 表 电压表 电度表及电工常使用的钳形电流表 兆欧表 摇表 万用电表等 电 流表该表用在配电盘上测量供电线路电流量的大小 仪表盘上所刻的最大度数叫做仪表的 量程 常用的电流表型号为 型电磁式交流电流表 有两类 直通表 直接 接入电路 规格有 安 安 安 安 安 安 安 安 安 安 安 安 安等 比数表 经电流互感器接入电路 它的量程可达 安 安 安 安 这里要特别注意 用电流表测 量电流时 电流表必须和负载串联 如图 所示 如果把电流表接在负载的两端 和负 载并联 电流表会烧坏 图 电流表的接线 正确接线 错误接线 电压 表用在配电盘上 测量供电线路的电压 常用型号是电磁式型交流电压表 有两类 直通表 直接接入电路 规格有 伏 伏 伏 伏 伏 伏 伏 伏 伏 伏等 比数表 经电压互感器 接入电路 用来监测高电压 在低压交流电路中 一般不用电压互感器 这里要特别注意 用电压表测量电压时 电压表必须并联在被测电路的两端之间 不能把电压表和负载串联 若错误串联后虽然对电压表本身没有危害 但因电压表内阻很大 会影响电路电流 以致 负载不能正常工作 更主要的是串联时 也测量不出需要测量的电压 如图 所示 图 电压表的接线 正确接线 错误接线 电度表电度表是用来测定家庭用电 量和生产用电量的仪表 一般情况下 家庭使用单相电度表 生产上用三相电度表 单相 电度表的外形和接线 虚线左为进线 右为出线 如图 所示 在电度表下部接线盒的 盖板上都画有接线图 安装电度表时 应按图接线 查明没有接错时 才能送电 如果把 电流线圈错接在电源的两端间 就会把电度表烧坏 三相电度表有两种 一种是三相三线 制用的两元件电度表 另一种是三相四线制用的三元件电度表 三相电度表可以直接接入 电路或经电流互感器接入电路 安装时 要按表上标明的接线图接线 不能接错 如图 所示 单相电度表有 型 伏 安 安 安等 和 型 伏或 伏 安 安 安 安 安 安等 三相三线 制电度表有 型 伏或 伏 安 安等 和 型 伏或 伏 安 安 安等 三相四线制电度表有 型和 型等 使用时 可对照实际情况 选择符合的型号 选用时 负载的电流应稍小于电度表的额定电流 否 则容易烧坏电表的电流线圈 电度表的读数有两种 图 电度表不带电流互感器的有直 接读表中所显示的数字 如上月表中度数为 本月读数为 本月用 电度数就是 度 如果电度表带有电流互感器 那么实际 用电量应为两次抄表的差乘以互感器的变流比 如变流比为 两次抄表的差数为 度 实际用电度数为 度 钳形电流表钳形电流表是一种携带 式仪表 常用的型号是 型 此外还有型电流电压表 它由电磁式仪表和电流互 感器两部分构成 如图 所示 钳形电流表的量程 测量电流的范围 有 安 安 图 三相三线制接线 安 安 安五挡 图 三相四线制接线 使用钳形电流表时 按动使铁芯张开的手柄 把被测导线 绝缘线或裸线 穿到铁芯窗内 可从电流表读出被测电流值 兆欧表 摇表 电气设备安装完毕后 在投入运行前 绝缘电阻应该合格 否则可能烧坏设备 甚至伤人 兆欧表就是用来测量绝缘电阻的电工 仪表 常用的有 等型号 兆欧表的额定电压有 伏 伏 伏 伏等几种 测量范围有 兆欧 兆欧 兆欧等几种 兆欧表由手摇高压直流发电机和磁电式仪表构成 表上有两个接线 柱 一个是 线路 接线柱 另一个是 接图 钳形电流表 电线 铁芯 磁 通小线圈 电流表 改变量程旋钮 使铁芯张开的手柄地 接线柱 如图 所示 测量线路或设备对地绝缘电阻时 把 接在线路或设备上 把 接地 如图 所示 摇动直流发电机手柄 如果绝缘电阻一点也不漏电 指针便指在 无穷大 处 说明绝缘电阻合格 线路可通电工作 设备可通电运行 如果指针指在 处 说明绝缘击穿 绝缘电阻不合格 线路木能通电工作 设备不能通电运行 待处 理好后才能通电 测量电动机的绝缘电阻时 应把 接到被测线圈的接线端上 把 接到 电动机外壳上 如图 所示 如果指针指 表示线圈绝缘损坏 导线和外壳已 连通 这叫碰壳 图 型兆欧表外形图图 测量线路对地绝缘电阻和电动机的绝 缘电阻 使用兆欧表时 应注意下列事项 应按设备的电压等级选择 对于低压设备 选用 伏兆欧表 若用额定电压高的兆欧表去测低压绝缘 可能把绝缘击穿 测量 绝缘电阻前 应停电 并进行接地放电 手持绝缘杆 杆上接一地线 把杆上的线头向设 备碰一下 把被测设备和地连接起来 就能把设备中的电放出去 以保障人身和设备的安 全 兆欧表的连线应是绝缘良好的单根线 两根线的颜色不同 不能绞在一起 最好不 使连线和被测设备或地面接触 应把兆欧表放平稳后再使用 接被测物 接地 测 两条线之间的绝缘时 各接一线 每分钟摇动手柄 转左右 在测量前 应先对兆欧表作一次开路试验 连线开路摇动手柄 指针应指 和一次短路试验 连 线直接相连 摇动手柄 指针应指 如果不灵 说明仪表有故障 在测量前应把设 备擦干净 以免漏电 影响测量结果 在测量时 手柄应摇到使指针稳定 如果指针指 到 的位置 应立即停止摇表 以免烧表 如遇天气潮湿或测电缆的绝缘电阻时 应 接上 屏蔽接线端子 也叫保护环 以消除绝缘物表面泄漏电流的影响 如图 所示 图 测量电缆的绝缘电阻 兆欧表手柄没有停止转动以前和设备没有放电以前 切勿用 手触及表的接线柱或设备带电部位 以防触电 测量完毕时 应将被测设备放电 万用表万用表是一种多用仪表 一般可测量交流电压 电阻 直流电压 电流 图 是万用表的盘面图 为了能正确使用 应注意下列事项 图 万用表的盘面图 刻度盘 指针调零钮 电阻调零钮 选择与量程开关 测试笔插孔 测试笔插孔 万用表比较精细 使用时应小心谨慎 要放平稳 使用前要先 看一下指针是否指在零位 如果不指零应转动调零旋钮把指针调到零位 如要测量电阻 应把两个表笔接在一起 旋转 调零旋钮 使指针指 选择与量程开关的位置一 定要和测量目的一致 如要测量电阻 应把开关尖头对准 如果要测量交流电压 应对 准 就这样按被测项目选定位置 红表笔插在红色 或标有 号 的插孔内 黑表 笔插在黑色 或标有 号 的插孔内 测量直流时 红表笔接电路的正极 黑表笔接电 路的负极 选择量程时 应事先估计被测的数值有多少 选一个比它大的量程 若事先 估计不出 可先用大的量程试试 然后再慢慢往小处调整 测量直流时 应事先弄清被 测电路的正 负极 以防接反 如果实在不知道正 负极时 可以把万用表的量程放在最 大 在被测电路上很快试一下 看表针怎样偏转 就可以判断出正 负极 要特别注意 的是 要测量什么项目 就要先把选择与量程开关扭到所要测量项目的档上 切不可弄错 档 否则会很快把表烧坏 表内所装的电池是准备测量电阻时用的 测量电阻后 应赶 快把选择与量程开关转到电压的位置 如果不这样办 常因两表笔碰在一起 造成短路 白白消耗电池的电能 二 配电变压器引言 变压器是把交流电压变高或变低的电气设备 发电厂 火电 水电 发出的电 一般输送的距离很远 因为高电压输送可减少线路损失 使用的导线较细 减少基建投资 架设线路也方便些 所以要把电压变高 而使用电力时 为了降低电气设备的造价和用电安全 又需采用较低的电压 所以要把电压降低 供用户 使用 这就是变压器的作用 如图 所示 目前 我国电网中输电电压有 千伏 千伏 千伏 千伏 千伏和 千伏等 电动机 主要生产动力 和家用电器 照明用的电压为 伏和 伏 安全行灯用的电压为 伏 伏 和 伏 变压器的种类和型号很多 根据我国农村的实际使用情况 本书只介绍 千 伏变为 伏的三相配电变压器 如图 所示 一 变压器的构造 铁芯铁芯是 变压器的磁路部分 它的作用是增大线圈中的磁通 提高感应电势 铁芯是由许多涂有绝 缘漆 图 配电变压器在电力系统中的作用示意图厚为 毫米至 毫米的硅 钢片叠成的 三相变压器的铁芯都做成三柱式 直立部分叫做铁芯柱 在柱上套上变压器 的高 低压线圈 水平部分叫做铁轭 用来构成闭合磁路 线圈线圈是用包有绝缘材 料的铜线或铝线 纱包线 纸包线或漆包线 绕成的 它们构成变压器的电路部分 配电 变压器线圈一般采用多层圆筒式的 高压线圈的匝数比较多 导线比较细 低压线圈的匝 数比较少 导线比较粗 通常把低压线圈套在里面 把高压线圈套在外面 线圈和铁芯之 间 高 低压线圈之间 都用绝缘材料做成的套筒分开 使它们可靠地绝缘 为了便于散 热 高 低压线圈之间留有一定空隙作为油道 使变压器油能够自由流通 油箱油箱 是用钢板焊成的 在油箱外面装有散热片或散热管 千伏安及以下的变压器的油箱 一般不装散热片 油箱里装有足够的变压器油 变压器油有两个作用 绝缘作用 变 压器油的绝缘能力比空气强 线圈浸图 变压器外形图 油枕 加油栓 低压套 管 高压套管 温度计 无载调压开关 油面计 吊环在油里可以使各处绝缘 加强 并避免和空气接触 预防线圈受潮 散热作用 利用热油上升和冷油下降的对流 作用 把铁芯和线圈产生的热量通过箱壁和散热管散发到外面去 变压器油是一种绝缘性 能良好的矿物油 有 号 号和 号三种规格 号 表示这种油在 时开 始凝固 同样 号 号 表示在 和 时凝固 所以 可根据当地的气 候条件选用 变压器废油经过化学处理后 性能恢复 可以使用 油枕油箱的顶上有 油枕 它的体积是油箱的 油枕与油箱之间有管子连通 油腕有两个作用 减少油面和空气的接触 使变压器油少受潮和变质 当油箱中的油面下降时 油枕中 的油可以补充到油箱中去 不使线圈露出油面 油枕的侧面有油标 标出各种温度下的油 面高度标准线 作为装油的标准 油枕上装有呼吸孔 使油枕上部空间和大气相通 变压 器油热胀冷缩时 油枕上部的空气可以通过呼吸孔出入 油面可以上升或下降 防止油箱 变形甚至损坏 套管变压器套管中有导杆 导杆下端用螺栓和线圈首端相连 导杆上 端用螺栓和外电路连接 套管的作用是使线圈引出线和箱盖之间保持适当的绝缘 高压瓷 套管比较高大 低压瓷套管比较矮小 无载调压开关无载调压开关也叫电压分接开关 由于各种原因电源电压会有变化 为了使变压器获得额定电压 所以装上调压开关 正常 情况下 开关放在 的位置 当电源电压经常高于额定电压时 把开关转到 的位置 当电源电压经常低于额定电压时 应把开关转到 的位置 调压开关的调压范围是额定 电压的 要特别提醒注意 调压一定要在变压器停电时进行 二 变压器的工作原理 变压器是根据电磁原理制成的 原线圈接通交流电源后 原边的交流电源便在 铁芯中产生交变磁通 磁通变化时 就会在原 副线圈的导线中产生感应电势 如果副线圈接通负载 电流就从副线圈流出 在线圈的导线中产生的感应电势 和线圈的匝数成正比例 也就是说 用字母表示为 式中 为原线圈的感应电 势 为副线圈的感应电势 为原线圈的匝数 为副线圈的匝数 所以 只 要原 副线圈的匝数改变 就可以在原 副线圈中产生不同的感应电势 变压 器就是根据这个原理达到升压 降压目的的 由于各种原因电源电压会有变化 为了使受电端的电气设备尽量获得额定电压 一般在变压器上装有无载调压开 关 用来调节电压的波动 注意 调压开关一定要在变压器停电时才能进行调 动 三 变压器的选择 变压器出厂时 都有一块铭牌 标明了变压器的常用 技术数据 便于用户正确使用 因此 农村电工一定要熟悉变压器铭牌上标明 的数据 例如 型式中 表示三相 表示油浸自冷式 后 有 表示铝线圈 无 则表示铜线圈 表示容量为 千伏安 表示 高压侧额定电压是 千伏 此外 对额定电压 额定电流 连接组标号等都 有标注 应牢牢记住 变压器容量的选择选择变压器时 应根据乡和村农 副业发展规划 确定适当的容量 选择大了得不到充分利用 效率低 加大线 路损失 此外 容量大了 就会延长低压线路的距离 到了末端 由于线路过 长又可使电压过低 影响使用 目前 农村配电变压器容量的选择多在 千伏安之间 千伏安的比较多 总之 在确定变压器容量之 前 要细致调查研究本乡 村的负荷情况 例如 乡镇企业用电设备总共有多 少千瓦 排灌 脱粒 农副业产品加工有多少千瓦 照明有多少千瓦 每天使 用多少时间 同时使用的负荷有多少千瓦 最大一台直接起动的电动机容量是 多少千瓦等 综合考虑上述这些负荷的容量后 考虑电动机的效率 功率因数 以上 两者的乘积一般为 如果同时用电的最大功率知道后 可用最大的现在功率 千瓦 除以 就可确定变压器的容量 最大一台电动机 的直接启动的容量 不能超过变压器容量的 例如某排灌站有三台水泵 电动机的容量都是 千瓦 均是直接启动 按公式计算配电变压器的容量 是 查产品目录 选用 千伏安的变压器合适 最大一台直接启动的电动机 容量和变压器容量的比为 小于 故直接启 动是符合要求的 四 变压器台 变压器台 简称变台 是用来放置配电变压 器和其他附属设备的 有杆架式 地台式和落地式三种 杆架式变台杆架 式变台有单杆式 双杆式和三杆式三种 单杆式 单杆式变台如图 所示 它的特点是变压器 户外高压跌落式熔断器 令克 和高压避雷器都装 在一根电杆上 其结构简单 组装方便 消耗材料少 占地面积小 适于安装 千伏安的变压器 也比较安全 安装时要注意 变压器台架对地 距离一般不小于 米 变压器的引下线 引上线和母线 一般采用多股 绝缘线 下端对地距离不应小于 米 户外高压跌落式熔断器对地距离不应 小于 米 熔断器相间距离不应小于 米 图 单杆变台注 图中虚线 所表示的高 低压线路横担 底盘 卡盘 是否采用 应根据需要由工程设计决 定表 千伏安单杆变台安装设备材料表 双杆变台 双杆变台 是在离地 米高处用两根槽钢或角钢搭成安放变压器的架子 杆上还 装有两层横担 铁或木均可 以便安装户外高压跌落式熔断器 高压避雷器 和高 低压引线 这种变台比单杆变台坚固 但用料较多 造价比较高 一般 用来安装 千伏安的配电变压器 如图 所示 地台式变台 地台式变台是用砖或石块砌成的 高压路线的终端杆可以兼作低压线路的始端 杆 地台高 米 地台顶部的面积可根据变压器的型号尺寸决定 但 每边应放大 米 长 米 宽 米 这种变压器台 结构简单 基础牢固 造价低廉 农村广泛使用 地台式变台有带配电间和不 带配电间的两种 带配电间的地台不能住人 采用哪一种好可根据当地实际情 况选定 如图 所示 落地式变台落地式变台就是把配电变压器放在地 面的矮台上 设置矮台主要是防止变压器受水浸 矮台高度根据实际条件决定 为防止人 畜接近带电部分 必须在变台周围安装永久性的 牢固的围栏 围 栏高度 米左右 围栏与变压器之间的距离 米 引下线杆应在 围栏内 这种变台占地较多 但拆装变压器时方便 主要用于大容量的配电变 压器 如排灌站 其他地方少用 五 变压器的保护装置 变压器的熔 丝保护变压器高压侧一般采用户外高压跌落式熔断器 图 作为控制和保 护设备 可以拉开跌图 双杆变台 变压器 户外高压跌落式熔断器 高压避雷器 低压熔断器 钢筋混凝土圆电杆 高压引下线 铝 芯橡皮绝缘线 高压针式绝缘子 低压针式绝缘子 高压引下线支架 高压引下线横担 户外高压跌落式熔断器安装横担 避雷器 母线横担 低压引出线横担 单面斜支架 变压器台架 变压 器台架支持抱箍 变压器固定压板 螺栓 螺栓 垫圈 螺母 接地引下线 钢管图 地台式变台 不带配电间 带配电间落式熔断器切断电源 当变压器线圈或引线发生短路故障时 熔丝烧断 熔丝管跌落 切断电源 配电变压器得到保护 户外高压跌落式熔 断器的安装高度 应在保证安全的前提下 便于操作 一般距变台底部高度不 小于 米 每相之间的水平距离不小于 米 配电变压器低压侧也装 有熔丝保护 它的作用是当低压侧发生短路或过载时 熔丝熔断 切除故障部 分 使变压器不致烧坏 低压熔丝额定电流一般选择比变压器低压侧额定电流 稍大一些就可以了 但最大不能超过低压侧额定电流的 表 列出 千伏安配电变压器配用的熔丝容量 供选用时参考 常用的 低压熔断器如图 所示 可根据实际需要选用 常用的低压熔丝规格如表 所示 供选用时参考 变压器的防雷保护在雷雨季节 变压器有可能受到 雷电过电压的侵袭 雷电的过电压比电气设备本身的额定电压高许多倍 容易 把绝缘击穿 甚至引起燃烧 所以必须采用避雷器和保护间隙去保护 当过电 压袭来时 它们先行放电 把雷电流引到地下 避免电气设备受到损害 一般 千伏安以上变压器的高压侧多采用三个 千伏阀型避雷器 图 所 示 千伏安变压器 可以采用两个 千伏阀型避雷器和一个 角型间隙 如图 图 户外高压跌落式熔断器 后抱箍 前抱箍 抱箍衬垫 瓷绝缘子 下接线部分 上接线部分 脱扣罩 上 弹性触片 上动触头 熔丝接线上端 熔丝 消弧管 熔管 夹头 保护管 下弹性触片 熔丝接线 下端 下动触头 支承座装在中间一相 在雷电活动较少的地区 千伏安以下变压 器的高压侧可用三个角型间隙 低压避雷器是保护电动机和变压器低压侧用的 一般每相装一个 表 千伏安配电变压器配用熔丝的容量 安 避雷器的接地线和变压器外壳的接地线应在地面上先连接好 再共同连到接地 体 对中性点直接接地的配电变压器 还应和零线连接后 共同连到接地体 接地体应埋在冻层以下 所采用的材料有圆钢 角钢 扁钢 钢管等 形状有 网状和放射状等 接地电阻不宜大于 欧姆 两台变压器并列运行时的总容量 在 千伏安以下时 接地电阻不宜大于 欧姆 在运行中应定期试验接 地电阻 若不合格时 要采取加盐 换土或补打接地体等措施 图 低压熔 断器 外线用熔断器 型瓷插式熔断器 型熔断器 型 熔断器 型熔断器表 常用低压熔丝的规格图 阀型避雷器 型避 雷器示意图 型低压避雷器 接线螺丝 火花间隙 云母垫圈 瓷套 阀片电阻 接地螺丝图 角型间隙 圆钢 主间隙 辅助间隙 六 配电盘 配电变压器低压侧应 安装配电盘 容量小的安配电箱 配电盘上装设必要的电压表 电流表和电 流互感器 电度表和闸刀开关等 配电盘上常用的闸刀开关有铁壳开关 负荷 开关 型 和型开启式负荷开关 如图 和图 所示 常用的电压表是型 伏方型盘电压表 通常用一个电压转换开关配合一块电压表去测量 变压器低压侧的三个线电压 常用的电流表是型交流电流表 当被测电流超过 安时 就要先用电流互感器把被测电流变小后 再图 铁壳开关 铁壳开关结构 安铁壳开关接线 安铁壳 开关接线 熔断器 夹座 闸刀 速断弹簧 转轴 手柄通入电 流表 常用的电度表 若是测量照明等电流不大的单相电路的用电量 可采用 等型号的单相电度表直接接入电路 若 测三相四线制用电量 可用三块单相电度表直接接入各相电路 有时电流大时 可加电流互感器 三块单相电度表的度数相加就是总的用电量 图 开启式 负荷开关 配电盘安装的要求 仪表和信号灯装在盘面上部 以便观察和避免 碰坏 开关装在中部 以便操作 较重的电器装在下部 使配电盘稳定 其他 设备所放位置力求接线最短 设备间的距离 上下 左右 应符合安全要求 一般为 毫米 主电路的导线应满足安全工作电流的要求 引入线 和引出线都要多留一些以便检修 仪表线用截面积不小于 平方毫米的绝 缘铜线或截面积不小于 平方毫米的绝缘铝线 配线应横平 竖直 整齐 清晰 母线应徐黄 绿 红 黑等颜色的分相标示 配线穿过木制盘孔时 应套上瓷管 穿过铁制盘时 应套上橡皮护圈 以保证绝缘良好 开关在断 开时 闸刀开关的刀片或交流接触器的可动部分不应带电 刀闸和熔断器垂直 安装时 上端接电源 下端接负载 电动机应采用 型开启式负荷开关 电源指示灯应接到总开关的电源侧 配电盘和配电箱都应有两层底 一层 作安装设备和配线用 另一层起保护作用 配电箱应有门 箱门宽度超过 米时 做成对开门 木制盘前后面应加包铁皮 以防被电火烧坏 铁 制盘面 设备的金属外壳 金属构架等应做好保护接地 接地电阻不大于 欧 姆 中性点直接接地系统中的零线应在引入线处进行重复接地 达到可靠的 保护接零 配电盘安装的高度应以便于观察 操作 安全和方便检修为前提 仪表和信号灯离地距离为 米 盘面装在墙上时 盘底离地 米 左右 盘装在立式铁架上时 盘顶离地 米左右 室外配电箱不应让雨水 流入 七 变压器的运行 变压器运行前的检查变压器投入运行前要进行以下检查 检查外壳接地是否良好 检查油面是否正常 有无渗油 漏油 检查套管螺丝是否松动 呼吸孔是否通气 无载调压开关位置是否正确 高 低压熔丝是否合适 绝缘电阻和接地电阻是否合格 变压器的拉闸与合闸为了防止电弧烧伤等安全事故的发生 拉 合闸时应注意以下几 点 要避免带负荷拉闸 拉开关时 要先拉低压分路开关 后拉低压总开关 最后 在变压器空载的情况下拉开高压开关 合闸的顺序与拉闸的顺序相反 为防止因风 力作用造成的相间电弧短路 在拉开户外高压跌落式熔断器 俗称高压令克 时 应先拉 开中相 再拉背风相 最后拉迎风相 合开关时 则应先合迎风相 再合背风相 最后 合中相 拉 合高压开关时 必须使用合格的绝缘拉棒 穿绝缘鞋 站在干燥的木台上 并有人监护 变压器在运行中的巡回检查巡回检查变压器时 应注意以下几点 声音是否正常 正常运行时 变压器发出均匀的 嗡嗡 声 声音比平常沉重 说明 变压器过负荷 声音尖锐时 说明电源电压过高 声音嘈杂时 说明变压器内部结构松动 声音爆裂时 说明线圈或铁芯绝缘有击穿现象 此外 户外高压跌落式熔断器触头接触不 严 调压开关触头的位置没有对正或接触不良及其他外电路故障 也会引起变压器声音的 变化 温度是否超过规定 是否长期过负荷 变压器上层油温不应超过 最 高不应超过 若变压器温度超过此规定 可能是变压器过负荷 散热不良或内部故 障引起 应注意观察 及时处理 油面高度有无变化 正常的油面高度应在油面计 的处 应经常检查是否漏油 若漏油要及时处理 若油面高度低于正常值时 要及时添油 变压器油若使用时间长 老化变质或杂质多 要及时处理或换新油 捡查套管 要 定期检查套管是否清洁 有无裂纹 破损和放电痕迹 引线和导杆的连接螺栓是否变色 高 低压熔丝是否完好 低压熔丝熔断的可能原因是 低压架空线或地埋线短路 变压器过负荷 用电设备绝缘损坏 熔丝的容量选择不当 质量不好或安装不当 高压熔丝熔断的可能原因是 变压器绝缘击穿 低压设备发生故障 但低压熔丝未 断 高压熔丝选择不当 质量不好 安装不当 变压器的接地装置是否完好 变压器外壳的接地线 中性点接地线和防雷装置的接地线必须紧密连在一起 并且完好接 地 变压器的并联运行如果一台变压器的容量不能满足负荷的需要 可以把两台变压 器并联使用 如图 所示 变压器并联运行 主要是为适应季节性高峰用电的特点 在 负荷小的季节 可停用一台 变压器并联运行必须满足下列条件 高压侧和低压侧的额 定电压必须相同 图 变压器并联运行示意图 阻抗电压大体相同 连接组必须相同 三 低压配电线路 一 低压架空线路的基本结构 我们说的低压配电线路 是指线电压是 伏 相电压是 伏 的线路 低压配电线路有架空线路和地埋线两种 根据农 村的实际情况 本书重点介绍低压架空线路 对地埋线只作简要介绍 低压架空线路由电 杆 导线 横担 绝缘子 金具和拉线等构成 如图 所示 电杆电杆按照用途的 不同 可分为直线杆 耐张杆 终端杆 转角杆 分支杆 直线杆 这种杆用在线 路的直线部分 主要承受导线重量和侧面风力 杆顶结构比较简单 如图 所示 这种 电杆一般不装拉图 架空线路的基本构件 导线 绝缘子 横担 金具 拉 线 电杆线 但在台风和多雨地区 每隔两三档在杆的两侧打一对拉线 防止向两侧倒 杆 图 直线杆 图注编号见表 耐张杆 耐张杆也叫承力杆或锚杆 为了限 制倒杆或断线的事故范围 需要把线路的直线部分划成若干个耐张段 在耐张段的两端安 装耐张杆 如图 所示 耐张杆除承受导线重量和侧面风力外 还要承受邻档导线拉力 差所引起的顺线路方向的拉力 通常在耐张杆的前 后方各装一根拉线 用来平衡这种力 终端杆 终端杆是安装在线路起点和终点的耐张杆 需要在导线的对面装拉线 用 来平衡导线的拉力 转角杆 转角杆用在线路改变方向的地方 线路转角的角度小 于 时 仍用一根横担 转角在 时 可用两根横担 转角在 时 除用两根横担外 两侧图 耐张杆 图注编号见表 导线应该用跳线连线 转角 在时 应该用两对横担并用跳线连接两侧的导线 转角在 以内时 应在导线合成拉 力的相反方向装一根拉线 用来平衡拉力 转角大于 时 采用两根拉线来平衡拉力 分支杆 分支杆分丁字分支杆和十字分支杆两种 分支杆需安装拉线 电杆若按材 料分 一般有钢筋混凝土杆和木杆两种 钢筋混凝土杆有方形和圆形两种 方形杆的梢部 一般尺寸为 毫米 毫米或 毫米 毫米 圆形杆的梢径一般是 毫米 杆长有 米 米 米 米等规格 木杆的梢径不宜小于 毫米 材质要好 不太弯曲 没有大的木疖或腐朽现象 并要刮去树皮 木杆裂纹表 各种低压杆型杆顶安装设备材料汇总表注 导线绑线等材料未列入表内 转角杆杆型采用木横担 长柱 针式绝缘子 图 常见的几种横担 四线角铁 横担 四线方木横担 低压瓷横担较大时用铁丝绑扎 木杆地下部和离地面 毫米处应作防腐处理 烧涂沥青 两种杆都可根据实际情况选用 导线导线有 裸导线和绝缘导线两种 架空线路一般采用裸导线 因它的散热条件比绝缘导线好 可输 送较大的电流 导线的材料有铜和铝两种 架空线路一般采用铝绞线 负荷较大和机械强 度要求较高的线路 采用钢芯铝绞线 导线型号的表示法为 表示铝 表示钢 表示绞 表示铝绞线 表示钢芯铝绞线 常用铝绞线和钢芯铝绞线的规格 如表 所示 表 常用铝绞线和钢芯铝绞线的规格 横担常用的横担有角铁横担和木横 担两种 但低压瓷横担的使用越来越多 常见的几种横担如图 所示 农村可根据实际 情况选用 绝缘子常见的几种低压绝缘子如图 所示 图 常见的几种低压绝缘 子 针式绝缘子 蝴蝶式绝缘子 拉线绝缘子 街码 针式绝缘子一般用 在直线杆上 蝴蝶式绝缘子用在耐张杆 转角杆和终端杆上 拉线绝缘子用在拉线上 街 码是线路沿墙敷设时所用的绝缘子 绝缘子表面应无损伤 铁脚和瓷件的连接应牢固 铁 脚和铁支架应防腐 镀锌或涂漆 金具常用金具有圆形抱箍 带凸抱箍 支撑扁铁 穿心螺栓 横担垫铁 横担抱箍 花篮螺丝等 各种金具均是横担 绝缘子拉线等与电杆 连接的紧固件 圆形抱箍可把拉线固定在电杆上 横担垫铁和横担抱箍可以把横担装在电 杆上 支撑扁铁的下端需要固定在带凸的抱箍上 从下支撑横担 可防止横担歪斜 花篮 螺丝可以调节拉线的紧度 木横担安装在木电杆上时 需要用穿心螺栓拧紧 各种金具都 应镀锌或涂漆 防止生锈 常见的低压金具如图 所示 图 常见的低压金具 圆形抱箍 带凸抱箍 支撑扁铁 穿心螺栓 横担垫铁 横担抱箍 花篮螺丝 拉线为了加固电杆 使受力平衡 不倒杆 架空线的耐张杆 转角杆 终端杆都要用拉线 拉线有普通拉线 人字形侧面拉线 水平拉线 自身拉线 详见图 电杆的接腿电杆长度不够时 可采用接腿来解决 常用的接腿有水泥接腿和木 接腿两种 接腿的一般方法如图 所示 二 低压架空线路的简单设计 架空线路的 规划做低压架空线路规划时 应在各级政府和有关部门的领导下 根据乡 村工农业生产 的发展规划 如农业生产规模 作物种类和分布 排灌网和路 林机电的布置 农副业产 品的加工用电 乡镇企业部局和农村居民点的分布等 分析各类型用电指标和特点 提出 供电发展方案 并充分考虑现有电力架空线的调整和改造 具体步骤和内容如下 用电容量的调查 要调查研究负荷的中心和装机容量 包括电灯 一般情况下同时用电的 容量只有装机容量的 同时率 所以 实际用电的瓦数 装机总千瓦数 同时率 在用电容量的调查和规划中 也要考虑今后若干年的发展需要 变压器位 置的选择 变压器应安装在负荷的中心 图 并考虑管理和更换的方便 变压器容量 应根据用电容量进行选择 线路路径的选择 路径的选择不仅影响到线路的建设费 用 而且也会影响线路的运行和维修 选择线路路图 拉线 拉线的种类 普 通拉线的构造甲 普通拉线乙 人字形侧面拉线丙 水平拉线丁 自身拉线 电杆 横木 拉线 房屋 拉桩 坠线 拉线绝缘子 拉线抱箍 上把 腰把 花篮螺丝 底把 或拉线棍 加包混凝土 拉线盘 或 地埋木 图 电杆的接腿 木接腿 水泥接腿 主杆 紧固螺栓 号 铁丝 木接腿缠 圈用卡钉钉紧 水泥接腿缠紧 瓦形垫 木接腿 水泥接腿径 时 应注意以下几点 从供电点到用电点要尽量走近路 走直路 避免曲折迂回 减少 交叉跨越 尽量靠近公路 但不要造成机耕 交通和行人的困难 地势越平坦越好 要尽量避开积水和水淹地区 避开山洪或雨水冲刷地带 避开有爆炸物 易燃物的场所 避开果树林 防护林等地方 要尽量少占农田 图 配电变压器位置图 线路设 计的内容线路设计主要包括 确定路径 确定杆位 确定杆型 选择导线 确定电杆的长 度 绘制设计图纸 编制器材表 做出预算等 确定路径 这里主要是根据规划所 选择的路径进行察看和丈量 认真考虑安全和经济两方面的因素 最后确定路径 测定杆位 在确定的路径上 根据实际情况 首先确定首端杆 终端杆和转角杆的位置并 打好标桩作为挖坑和立杆的标记 这样线路就被划分为几个直线段 然后测出直线段的长 度 均匀分配档距 一一确定直线杆的位置 导线截面的选择 选择导线截面时 一般应考虑以下三点 导线应有足够的机械强度 为了防止断线事故 一般规定架空线 用铝绞线 截面不宜小于 平方