电工基础及安全知识.ppt

2020 4 1 电工基础及安全知识 2020 4 1 电工基础 第一章基础知识第二章电工安全基本知识第三章常用仪表与测量第四章常用控制电器 2020 4 1 第1章基础知识 1 1电工基础知识1 2电力的产生 2020 4 1 1 1电工基础知识 1 1 1直流电路概述基本概念 电流 指大量电荷的定向移动 即电荷有规则的定向运动 电位 在电场中 电场力将单位正电荷从电场中的某点移到参考点 参考点的电位规定为零 所做的功 电压 在电场中 用电压来衡量电场力对电荷做功的大小 电场中a b两点间的电压Uab 其大小就等于电场内将单位正电荷由点a移到点b时 电场力所作的功 2020 4 1 电动势 电源把正电荷由负极经电源内部移到正极时 电源力所能做的功和被移动的电量之比叫电源电动势 它的大小等于单位正电荷由负极移到正极电源力和的功 它的方向由电源负极经电源内部到正极 电阻 指电流在导体内流动时所受到的阻力 直流电阻 指导线通过直流电流所呈现的阻值 电磁感应 即变动的磁场能够在导体中引起电动势的现象 有功功率 即交流电路中瞬时功率在一个周期内的平均值 2020 4 1 1 1 2电路和电路图1 电路电路就是电流的通路 它是为了某种需要由某些电工设备或元件按一定方式组合起来的 实际电路 电路图 2020 4 1 1 1 3电路的状态 通路 电路构成闭合回路 有电流通过 开路 电路断开 电路中无电流通过 开路也叫断路 短路 短路是电源未经负载而直接由导体构成闭合回路 2020 4 1 1 1 4电流1 概念电荷有规则的定向移动称作电流 在t秒内通过导体横截面的电量为Q库仑 则电流I可表示为I Q t 2 电流的单位换算关系 3 电流大小的测量 电流的大小使用电流表 安培表 进行测量 2020 4 1 电流测量时应注意 2020 4 1 4 电流的方向 习惯上规定正电荷移动的方向为电流的方向 当某段电路中电流的方向难以判断时 可先任意假定电流的参考方向 也称正方向 然后列方程求解 当解得的电流为正值时 说明电流的实际方向与参考方向一致 反之 解得的电流为负值时 说明电流的实际方向与参考方向相反 2020 4 1 电力系统概述 电力系统 由发电 送电 变电 配电和用电组成的 整体 电力网 电力系统中 由升压和降压变电所和各种不同电压等级的送电线路连接在一起的部分称电力网 输送 变换和分配电能的网络 分为输电网和配电网两大部分 电力网的电压等级 低压 1kV以下 中压 1kV 10kV 高压 10kV 330kV 超高压 330kV 1000kV 特高压 1000kV 电能的质量指标 频率 电压 2020 4 1 1 2电力的产生 发电厂 其它形式的能源 如水能 热能 风能 核能等 电能发电机组发出的电压一般为6 10KV 电力的传输 发电厂 变压器升压 高压输电线路 变配电站输电就是将电能输送到用电地区或直接输送到大型用电户 输电网是由35KV及以上的输电线路与其相连接的变电所组成 它是电力系统的主要网络 输电是联系发电厂和用户的中间环节 输电过程中 一般将发电机组发出的6 10KV电压经升压变压器变为35 500KV高压 通过输电线可远距离将电能传送到各用户 再利用降压变压器将35KV高压变为6 10KV高压 2020 4 1 3 配电 配电是由10KV级以下的配电线路和配电 降压 变压器所组成 它的作用是将电能降为380 220V低压再分配到各个用户的用电设备 电力网的电压等级 高压 1KV及以上的电压称为高压 有1 3 6 10 35 110 330 550KV等 低压 1KV及以下的电压称为低压 有220 380V 安全电压 36V以下的电压称为低压 我国规定的安全电压等级有 12V 24V 36V等 2020 4 1 图1 2电力的产生及传输分配 2020 4 1 1 1 3电力的传输 提问 1 为什么要升压供电 因为 电流 传输距离 热能消耗 电能损失 所以 在传输容量一定的条件下 输电电压 输电电流 电能消耗 我国常用的输电电压等级 有35kV 110kV 220kV 330kV 500kV等多种电力的传输线路 架空线路 电缆线路 2020 4 1 1 1 4电力的分配 输电线路 配电线路 分配给用户常用的配电电压 高压 10kV或6kV低压 380 220V 2020 4 1 1 1 5用户和用电负荷的分类 电力用户 对供电可靠性的要求并不一样 即使一个企业中各个部门或车间 对供电持续性的要求也有所差别 根据对供电持续性的要求 可把用户分为三级 一类负荷 如停止供电 将会危害生命 损坏设备 产生废品 使生产过程混乱 造成重大的政治经济影响 给国民经济带来重大损失 或者使市政生活发生重大混乱 二类负荷 如停止供电 将造成大量减产 城市大量居民的正常活动受到影响 造成较大的政治经济影响 2020 4 1 1 1 5用户和用电负荷的分类 三类负荷 不属于一 二类电力负荷对供电没有什么特别要求 如非连续生产的车间及辅助车间和小城镇用电等 对于一级负荷 至少要由两个独立电源供电 其中每一电源的容量 都应在另一电源发生故障时仍能完全保证一级负荷的用电 对于三级负荷 不需要备用电源 对于二级负荷是否需要备用电源 要进行技术经济比较后才能确定 2020 4 1 常用的低压供配电系统 提问 2 什么是零线 火线 地线 线电压 相电压 三相四线制 直流电 方向不随时间变化交流电 电压大小和方向随着时间而变化 分单相 三相 2020 4 1 常用的低压供配电系统 1三相四线制现代电力系统中的供电方式几乎全是采用三相正弦交流电 低压供配电系统中普遍采用三相四线制 2020 4 1 W1 uW L3 L2 L1 N uV uU 黄 绿 淡蓝 红 三相四线制电源 U1 U V W V1 N eU eV eW 相电压uU eUuV eVuW eW 线电压uUV uU uVuVW uV uWuWU uW uU 相线 线 中性线 零线 图1 5三相交流发电机绕组的星形接法与三相四线制供配电系统 2020 4 1 三相四线制系统 相电压 相线与中性线之间的电压线电压 相线与相线即两根火线之间的电压三相三线制系统 线电压 2020 4 1 2 三相三线制现代电力系统中的输电线路几乎全是采用三相三线制 三相三线制就是无中线N 图1 5无中线的三相三线制 2020 4 1 火线 分别从发电机绕组三个始端引出的线 红 绿 黄零线 中性点接地时的中性线 黑线地线 接地装置引出的线 对人身设备起保护作用 黄绿双色线 2020 4 1 第2章电工安全基本知识 2 1人为什么会触电 人体本身就是一个导体 有一定的电阻 2 2触电有哪几种 单相触电两相触电跨步电压触电 2020 4 1 第2章电工安全基本知识 安全电压 36V和12V两种 一般情况下可采用36V的安全电压 在非常潮湿的场所或容易大面积触电的场所 如坑道内 锅炉内作业 应采用12V的安全电压 人体允许电流 30mA 2020 4 1 1 电气事故的原因 1 违章操作 1 违反 停电检修安全工作制度 因误合闸造成维修人员触电 2 违反 带电检修安全操作规程 使操作人员触及电器的带电部分 3 带电移动电器设备 4 用水冲洗或用湿布擦拭电气设备 6 对有高压电容的线路检修时未进行放电处理导致触电 5 违章救护他人触电 造成救护者一起触电 2020 4 1 2 施工不规范 1 误将电源保护接地与零线相接 且插座火线 零线位置接反使机壳带电 2 插头接线不合理 造成电源线外露 导致触电 3 照明电路的中线接触不良或安装保险 造成中线断开 导致家电损坏 5 随意加大保险丝的规格 失去短路保护作用 导致电器损坏 4 照明线路敷射不合规范造成搭接物带电 6 施工中未对电气设备进行接地保护处理 2020 4 1 3 产品质量不合格 1 电气设备缺少保护设施造成电器在正常情况下损坏和触电 2 带电作业时 使用不合理的工具或绝缘设施造成维修人员触电 3 产品使用劣质材料 使绝缘等级 抗老化能力很低 容易造成触电 4 生产工艺粗制滥造 5 电热器具使用塑料电源线 4 偶然条件 电力线突然断裂使行人触电 狂风吹断树枝将电线砸断 雨水进入家用电器使机壳漏电等偶然事件均会造成触电事故 2020 4 1 13 3 2电流对人体的作用 人体触电时 电流对人体会造成两种伤害 电击和电伤 电击是指电流通过人体 影响呼吸系统 心脏和神经系统 造成人体内部组织的破坏乃至死亡 电伤是指在电弧作用下或熔断丝熔断时 对人体外部的伤害 如烧伤 金属溅伤等 调查表明 绝大部分的触电事故都是由电击造成的 电击伤害的程度取决于通过人体电流的大小 持续时间 电流的频率以及电流通过人体的途径等 2020 4 1 1 人体电阻 人体电阻因人而异 通常为104 105 当角质外层破坏时 则降到800 1000 2 电流强度对人的伤害 人体允许的安全工频电流 30mA工频危险电流 50mA 电流频率在40Hz 60Hz对人体的伤害最大 实践证明 直流电对血液有分解作用 而高频电流不仅没有危害还可以用于医疗保健等 3 电流频率对人体的伤害 4 电流持续时间与路径对人体的伤害 电流通过人体的时间愈长 则伤害愈大 2020 4 1 5 电压对人体的伤害 电流的路径通过心脏会导致神经失常 心跳停止 血液循环中断 危险性最大 其中电流的流经从右手到左脚的路径是最危险的 触电电压越高 通过人体的电流越大就越危险 因此 把36V以下的电压定为安全电压 工厂进行设备检修使用的行灯及机床照明都采用安全电压 2020 4 1 第2章电工安全基本知识 2 间接触电及其护 间接触电主要有跨步电压触电和接触电压触电 虽然危险程度不如直接触电的情况 但也应尽量避免 防护的方法是将设备正常时不带电的外露可导电部分接地 并装设接地保护等 1 直接触电及其护 直接触电又可分为单相触电 相电压 和两相触电 线电压 两相触电非常危险 单相触电在电源中性点接地的情况下也是很危险的 其防护方法主要是对带电导体加绝缘 变电所的带电设备加隔离栅栏或防护罩等设施 2020 4 1 电气设备的保护接地和保护接零是为了防止人体接触绝缘损坏的电气设备所引起的触电事故而采取的有效措施 1 保护接地电气设备的金属外壳或构架与土壤之间作良好的电气连接称为接地 可分为工作接地和保护接地两种 工作接地是为了保证电器设备在正常及事故情况下可靠工作而进行的接地 如三相四线制电源中性点的接地 保护接地是为了防止电器设备正常运行时 不带电的金属外壳或框架因漏电使人体接触时发生触电事故而进行的接地 适用于中性点不接地的低压电网 2 保护接零在中性点接地的电网中 由于单相对地电流较大 保护接地就不能完全避免人体触电的危险 而要采用保护接零 将电气设备的金属外壳或构架与电网的零线相连接的保护方式叫保护接零 1 2 2接地与接零 2020 4 1 接地和接零 为了人身安全和电力系统工作的需要 要求电气设备采取接地措施 按接地目的的不同 主要分为工作接地 保护接地和保护接零 1 工作接地 即将中性点接地 目的 1 降低触电电压 2 迅速切断故障在中性点接地的系统中 一相接地后的电流较大 保护装置迅速动作 断开故障点 3 降低电气设备对地的绝缘水平 2020 4 1 保护接地 当电气设备内部绝缘损坏发生一相碰壳时 由于外壳带电 当人触及外壳 接地电流Ie将经过人体入地后 再经其它两相对地绝缘电阻R 及分布电容C 回到电源 当R 值较低 C 较大时 Ib将达到或超过危险值 对地绝缘电阻 分布电容 电气设备外壳未装保护接地时 2020 4 1 电气设备外壳有保护接地时 通过人体的电流 Rb与Ro并联 且Rb Ro 通过人体的电流可减小到安全值以内 利用接地装置的分流作用来减少通过人体的电流 保护接地 将电气设备的金属外壳 正常情况下是不带电的 接地 用于中性点不接地的低压系统 2020 4 1 保护接零 用于380V 220V三相四线制系统 将电气设备的外壳可靠地接到零线上 当电气设备绝缘损坏造成一相碰壳 该相电源短路 其短路电流使保护设备动作 将故障设备从电源切除 防止人身触电 把电源碰壳 变成单相短路 使保护设备能迅速可靠地动作 切断电源 2020 4 1 保护接地和保护接零同时使用时 当A相绝缘损坏碰壳时 接地电流 式中 R0 保护接地电阻4 R 0 工作接地电阻4 注 中性点接地系统 1 不允许采用保护接地 只能采用保护接零 2 不准保护接地和保护接零同时使用 此电流不足以使大容量的保护装置动作 而使设备外壳长期带电 其对地电压为110V 单相触电 两相触电 跨步电压触电 2020 4 1 13 3 3触电方式 1 接触正常带电体 1 电源中性点接地的单相触电 通过人体电流 式中 UP 电源相电压 220V Ro 接地电阻 4 Rb 人体电阻1000 这时人体处于相电压下 危险较大 2020 4 1 2 电源中性点不接地系统的单相触电 对地绝缘电阻 人体接触某一相时 通过人体的电流取决于人体电阻Rb与输电线对地绝缘电阻R 的大小 若输电线绝缘良好 绝缘电阻R 较大 对人体的危害性就减小 但导线与地面间的绝缘可能不良 R 较小 甚至有一相接地 这时人体中就有电流通过 2020 4 1 3 双相触电 触电后果更为严重 通过人体的电流 2 接触正常不带电的金属体 当电气设备内部绝缘损坏而与外壳接触 将使其外壳带电 当人触及带电设备的外壳时 相当于单相触电 大多数触电事故属于这一种 这时人体处于线电压下 Ib 2020 4 1 3 跨步电压触电 电位分布 接地点 跨步电压 在高压输电线断线落地时 有强大的电流流入大地 在接地点周围产生电压降 如图所示 当人体接近接地点时 两脚之间承受跨步电压而触电 跨步电压的大小与人和接地点距离 两脚之间的跨距 接地电流大小等因素有关 双脚跨步 一般在20m之外 跨步电压就降为零 如果误入接地点附近 应双脚并拢或单脚跳出危险区 2020 4 1 2 3触电程度跟哪些因素有关 与通过人体电流强度 持续时间 电压频率 通过人体的途径以及人体状况都有关系 2020 4 1 2 4怎样预防触电 要有必要的安全知识安装保护设备创造不导电环境 绝缘 屏护 间距 2020 4 1 2 5发生了触电怎么办 迅速切断电源触电程度轻重的判断立即采取相应的急救措施 口对口 或口对鼻 人工呼吸法 胸外心脏挤压法 图2 5 1触电者就地脱离电源的方法 图2 5 2对触电者的检查 a 检查瞳孔 b 检查呼吸 c 检查心跳 图2 5 3口对口人工呼吸法 a 触电者平卧姿势 b 急救者吹气方法 c 触电者呼气姿态 垫高 图2 5 4胸外心脏挤压法 a 急救者跪跨位置 b 急救者压胸的手掌位置 c 挤压方法示意 d 突然放松示意 图2 5 5对心跳和呼吸均停止者的急救 a 单人操作法 b 双人操作法 2020 4 1 第3章常用仪表与测量 电工仪表的分类按测量方法可分为比较式和直读式两类 按被测量的种类可分为电流表 电压表 功率表 频率表 相位表等 按电流的种类可分为直流 交流和交直流两用仪表 按工作原理可分为磁电式 电磁式 电动式仪表等 按显示方法可分为指针式 模拟式 和数字式 指针式仪表用指针和刻度盘指示被测量的数值 数字式仪表先将被测量的模拟量转化为数字量 然后用数字显示被测量的数值 按准确度可分为0 1 0 2 0 5 1 0 1 5 2 5和5 0共7个等级 2020 4 1 常用电工仪表的符号和意义 2020 4 1 常用电工仪表的符号和意义 2020 4 1 第3章常用仪表与测量 万用表的使用用途 不仅能测量电压 电流 电阻 还能测量其它电路参数如电容量等 分类 指针式 数字式 2020 4 1 1 3 2电阻的测量 一 万用表 1 磁电式万用表 图3 1MF 30型万用表的面板图 2020 4 1 1 直流电流的测量 转换开关置于直流电流档 被测电流从 两端接入 便构成直流电流测量电路 图中RAl RA2 RA3是分流器电阻 与表头构成闭合电路 通过改变转换开关的档位来改变分流器电阻 从而达到改变电流量程的目的 2 直流电压的测量 转换开关置于直流电压档 被测电压接在 两端 便构成直流电压的测量电路 图中RVl RV2 RV3是倍压器电阻 与表头构成闭合电路 通过改变转换开关的档位来改变倍压器电阻 从而达到改变电压量程的目的 3 交流电压的测量 转换开关置于交流电压档 被测交流电压接在 两端 便构成交流电压测量电路 测量交流时必须加整流器 二极管D1和Dl组成半波整流电路 表盘刻度反映的是交流电压的有效值 RVl RV2 RV3 是倍压器电阻 电压量程的改变与测量直流电压时相同 4 电阻的测量 转换开关置于电阻档 被测电阻接在 两端 便构成电阻测量电路 电阻自身不带电源 因此接入电池E 电阻的刻度与电流 电压的刻度方向相反 且标度尺的分度是不均匀的 2020 4 1 500型万用表有两个 功能 量程 转换旋钮 每个旋钮上方有一个尖形标志 利用两个旋钮不同位置的组合 可以实现交 直流电流 电压 电阻及音频电平的测量 如测量直流电流 先转动左边的旋钮 使 A 档对准尖形标志 再将右边旋钮转至所需直流电流量程即可进行测量 使用前注意先调节调零旋钮 使指针准确指示在标尺的零位置 2020 4 1 2 数字式万用表 数字式万用表由功能变换器 转换开关和直流数字电压表3部分组成 其原理框图如图所示 直流数字电压表是数字式万用表的核心部分 各种电量或参数的测量 都是首先经过相应的变换器 将其转化为直流数字电压表可以接受的直流电压 然后送入直流数字电压表 经模 数转换器变换为数字量 再经计数器计数并以十进制数字将被测量显示出来 2020 4 1 2020 4 1 图3 2运用万用表测量电源插座及电池的电压 a 测量电源插座电压 ACV b 测量电池电压 DCV 2020 4 1 万用表 可以测量电阻 交直电流 交直电压等 2020 4 1 用万用表测电压 用万用表测电阻 图3 3测量灯泡的直流电流 ACA 图3 4测量灯泡与插头导线的电阻 a 转动调零电位器 使指针指零 b 读取最上面的电阻刻度 再乘以10倍 图3 5电压电流挡刻度线与欧姆挡刻度线 a 电压电流挡刻度线 b 欧姆挡刻度线 图3 6兆欧表 2020 4 1 2020 4 1 1 3 3兆欧表 兆欧表俗称摇表 是测量绝缘体电阻的专用仪表 主要由磁电式流比计与手摇直流发电机组成 2020 4 1 兆欧表的接线端钮有3个 分别标有 G 屏 L 线 E 地 被测的电阻接在L和E之间 G端的作用是为了消除表壳表面L E两端间的漏电和被测绝缘物表面漏电的影响 在进行一般测量时 把被测绝缘物接在L E之间即可 但测量表面不干净或潮湿的对象时 为了准确地测出绝缘材料内部的绝缘电阻 就必须使用G端 图示为测量电缆绝缘电阻的接线图 图3 7DT890型数字万用表的面板图 1 显示器2 开关3 电容插口4 电容调零器5 插孔6 选择开关7 hFE插口 2020 4 1 图3 8钳形电流表的使用 2020 4 1 第4章常用控制电器 1 刀闸开关 控制对象 380V 5 5kW以下小电机 考虑到电机较大的起动电流 刀闸的额定电流值应如下选择 3 5 倍异步电机额定电流 2020 4 1 2 组合开关 又称转换开关 是一种转动式的闸刀开关 作用 用作电源引入开关 控制对象 380V 5 5kW以下小电机 电路符号 2020 4 1 3 按钮 b 结构 按钮常用于接通和断开控制电路 按钮开关的外形和符号 a 外形图 2020 4 1 2020 4 1 4 熔断器 符号 熔断器额定电流IF的选择 1 电灯 电炉等电阻性负载 IF IL 3 频繁起动的电机 2 单台电机 用于低压线路中的短路保护 2020 4 1 用于频繁地接通和断开大电流电路的开关电器 a 外形 b 结构 5 交流接触器 2020 4 1 动作过程 线圈通电 交流接触器 2020 4 1 交流接触器 构成 主要由电磁铁和触点两部分组成 触点又可分为主触点和辅助触点 符号 2020 4 1 简单的接触器控制 A B C M3 刀闸起隔离作用 自锁 停止按钮 起动按钮 特点 小电流控制大电流 2020 4 1 继电器只能通过小电流 所以继电器一般用于控制电路中 6 继电器 继电器和接触器的结构和工作原理大致相同 主要区别在于 接触器的主触点可以通过大电流 继电器类型 2020 4 1 1 中间继电器 通常用于传递信号和同时控制多个电路 符号 外形 2020 4 1 2 热继电器 用于电动机的过载保护 a 外形 b 结构 2020 4 1 发热元件接入电机主电路 若长时间过载 双金属片被加热 因双金属片的下层膨胀系数大 使其向上弯曲 杠杆被弹簧拉回 常闭触点断开 发热元件 杠杆 热继电器 工作原理 双金属片 常闭触头 动画 结构 符号 串联在主电路中 串联在控制电路中 2020 4 1 三相异步电动机的正 反转 方法 任意调换电源的两根进线 电动机反转 电动机正转 电动机反转 2020 4 1 2020 4 1 电器自动控制原理图的绘制原则 1 控制线路由主电路和控制电路组成 2 属同一电器元件的不同部分 可按其功能和所接电路的不同分别画在不同的电路中 但必须标注相同的文字符号 3 所有电器的图形符号均按通电前的状态绘制 4 与电路无关的部件 如铁心 支架 弹簧等 在控制电路中不画出 分析和设计控制电路时应注意以下几点 使控制电路简单 电器元件少 且工作又要准确可靠 2 尽可能避免多个电器元件依次动作接通另一个电器的控制电路 3 必须保证每个线圈的额定电压 不能将两个线圈串联 2020 4 1 电机起动 停车 点动 连续运行 多地点控制 顺序控制等 常见的控制电路 电机正反转控制 行程控制 时间控制 2020 4 1 一 点动控制 动作过程 按钮松开 按下按钮 SB 控制电路 主电路 电动机直接起动的控制线路 2020 4 1 二 电动机连续运行 自锁 自锁的作用 按下按钮 SB2 线圈 KM 通电 电机起动 同时 辅助触头 KM 闭合 即使按钮松开 线圈保持通电状态电机连续运转 2020 4 1 三 异步机的直接起动 过载保护 热继电器触头 短路保护 过载保护 电动机工作时 若因负载过重而使电流增大 但又比短路电流小 此时熔断器起不了保护作用 将其常闭触点串接在控制电路中 原因 将任意两相热元件串接在电动机任意两相中 操作 2020 4 1 以下控制电路能否实现即能点动 又能连续运行 思考 不能点动 2020 4 1 方法一 用复合按钮 四 点动 连续运行 SB3 点动SB2 连续运行 2020 4 1 方法 起动按钮并联 停止按钮串联 乙地 甲地 五 两地控制一台电动机 例如 甲 乙两地同时控制一台电机 2020 4 1 按SB1 再按SB2 控制顺序要求 M1起动后M2才能起动 M2既不能单独起动 也不能单独停车 六 电机的顺序控制 动画 2020 4 1 这样接 主触头 KM1 的负荷过重 2020 4 1 例1 两条皮带运输机分别由两台鼠笼异步电动机拖动 由一套起停按钮控制它们的起停 为避免物体堆积在运输机上 要求电动机按下述顺序起动和停止 起动时 M1起动后M2才能起动 停车时 M2停车后M1才能停车 应如何实现控制 起动 停止 2020 4 1 七 电动机的正反转控制 缺点 该电路必须先停车才能由正转到反转或由反转到正转 操作过程 SBF和SBR不能同时按下 否则会造成短路 2020 4 1 加互锁的正反转控制 正转时 SBR不起作用 反转时 SBF不起作用 从而避免两个接触器同时工作造成主回路短路 互锁作用 2020 4 1 双重互锁的正反转控制 电器互锁 缺点 正转过程中要求反转 必须先按停止按钮 然后才能按反转按钮 解决措施 在控制电路中加入机械连锁 2020 4 1 下图所示的鼠笼式电动机正反转控制线路中有几处错误 请改正 2020 4 1 202