电气常识手册.doc

目 录第1章 电能的生产21.1 什么是电31.2 电位差31.3 发电的基本原理41.4 直流电与交流电51.4.1 直流电51.4.2 交流电51.5 单相交流电路61.5.1 正弦交流电的周期与频率61.5.2 正弦交流电的表示方法61.6 三相交流电路61.6.1 三相交流电源6第2章 发电厂72.1 火力发电厂72.2 水力发电厂82.3 核电厂82.4 其他发电方式82.5 发电机工作原理9第3章 电力系统的组成93.1 变电所类型93.2 变压器103.3 供配电及保护系统103.3.1 TT供电系统方式113.3.2 IT 方式供电系统123.3.3 TN 方式供电系统12第4章 电能的使用154.1 电能的质量指标154.1.1 电压154.1.2 频率154.2 电力系统的负荷154.3 建筑照明设备164.3.1 白炽灯164.3.2 日光灯184.3.3 节能灯194.3.4 常用家电的阻抗特性204.4 安全用电204.4.1 人体触电204.4.2 家庭发生触电事故的原因214.4.3 触电预防23第5章 常用低压控制和保护电器设备235.1 闸刀开关245.2 熔断器245.3 低压断路器245.3.1 低压断路器机内附件245.3.2 低压断路器机外附件255.3.3 工作原理255.4 交流接触器255.4.1 接触器的用途与分类255.4.2 电磁式交流接触器265.4.3 交流真空接触器275.5 漏电保护器285.5.1 问题的提出295.5.2 漏电引起火灾的原因295.5.3 造成漏电的因素295.5.4 漏电火灾的防范措施29第6章 电路的基础知识306.1 电路的作用及组成306.2 电路的基本物理量306.2.1 电流306.2.2 电压306.2.3 电动势306.2.4 电功率316.2.5 电阻316.3 电路的工作状态31第7章 配电线路317.1 架空线路327.1.1 电杆327.1.2 拉线327.1.3 室外变压器台组装327.1.4 架空线327.1.5 架空引入线327.1.6 架空线路的火灾危险性327.1.7 架空线路的防火措施337.2 电缆线路337.2.1 电缆的构造和型号337.2.2 电缆的火灾危险性337.2.3 电缆的防火措施347.3 导线的选择347.3.1 导线截面的选择357.3.2 室内照明电路中常用的几种导线367.3.3 导体、半导体及绝缘体377.4 导线的连接377.4.1 单股铜芯导线的直接连接377.4.2 单股铜芯导线的T字分支连接37第1章 电能的生产1.1 什么是电在地球上每一件物质都有其独有的构造，组成物体的最小的单元就是原子。原子的中心是原子核，原子核由不帶电的中子和带正电的质子构成，同时有很多帶負电的电子围绕着自己的轨迹运行。（见图一）图一：原子的组成 如图二所示，电子环绕着原子核高速旋转。就像环绕地球旋转的月亮一样。一旦原子与原子排列起来形成分子，电子就会像在花丛中飞舞的蜜蜂一样运动起来。图二：电子绕原子核高速旋转在电子中，有些只在原子或分子周围旋转，有些则可以自由飞舞。最外层轨迹的电子称为价电子；受原子核約束而無法离开本身轨迹的电子称为束缚电子；已经离开原子核束缚而可自由移動的电子称为自由电子。 原子失去电子或获得电子的現象称为游离現象。产生游离的原子称为离子：其中正离子是失去电子而带正电的离子；负离子是获得电子而带负电荷的原子。自由电子通常会朝各个方向运动，一旦它能朝确定的方向流动，便构成了电。1.2 电位差通常來說，我們日常生活所接触到的事物都显电中性，即不帶任何电荷，但假如它受外力影响，自由电子的数量会随着外力的大小而增加或減少。 两个物体负有不同电荷，称为电位差。用一条细金属线连接负有不同电荷的物体，這时将有电流由高电位的物件流向低电位的物件，直至两个物体的电位达到一致即电位平衡。图三：电位差通常在日常生活中能夠用手接触到的物件都可说电位平衡，或小许电位差而我们根本感觉不到。最重要的是我们自己都会带有电荷，如果我们与物件都是沒有电位差或称电位平衡的時候，即說沒有电流流過我们与物件之间。比如冬天穿衣服时，会发出噼里啪啦的声音吓人一跳，这是因为我们的身体与衣服磨擦，发生电子的转移，从而产生“静电”。 它也属于电的一种，不过，这只是在物体局部上发生的极短时间的现象。当两个不同的物体相互接触时就会使得一个物体失去一些电荷如电子转移到另一个物体使其带正电，而另一个体得到一些剩余电子的物体而带负电。若在分离的过程中电荷难以中和，电荷就会积累使物体带上静电。因我們身体的电位与其他物件电位不同，形成电位差。假如电位差超过某一电荷，使我们能感觉到时，就是触电了。雷电的产生是由于空中的尘埃、冰晶等物质在云层中翻滚运动的的时候，经过一些复杂过程，使这些物质分别带上了正电荷与负电荷。当带有不同电荷的雷云互相接近,或者带电雷云与大地接近使地面感应出异性电荷，它们之间就产生了强大的电位差（电压），有的高达几万伏。这时，高速移动的电子把空气电离化，使这条路径能够导电，在放电过程中施放出巨大的能量，即是我们看到的闪电现象。人工控制雷电，是指通过人工引雷、消雷等方法，使云中电荷转移或提前释放，控制雷电的产生，以确保空中和地面军事活动的安全。人工控制雷电主要方法有：一是利用带电云团播撒冻结核，改变云体的动力学和微物理学过程，以影响雷电放电；二是采用播撒金属箔以增强云中电导率，使云中电场维持在雷电所需临界强度以下抑制雷电；三是人为触发雷电放电，使云体一小部分区域在限定的时间内放电。我们通常使用的电，不是静电，而是运动的电。也就是说，如果不是按固定的方向、以接近稳定的强度流动的电，都无法使用。1.3 发电的基本原理1831年，一名叫做“法拉第”的英国学者发现了发电的原理。如图四所示将金属线一圈圈环绕起来形成的东西，叫做“线圈”。人们发现，将磁铁穿过线圈时，其磁力可以使金属线中的自由电子按固定的方向开始流动。一旦加快磁铁的运动速度，就能产生出很强的电流，电由此变强。现在，大型发电机几乎都采用在磁铁中转动线圈来发电的方式。1.4 直流电与交流电1.4.1 直流电电流在导线中流动，如果其方向不发生变化，就称为直流电流。如果直流电流的方向不发生变化，但电流的大小随时间发生变化，则称为脉动直流电，脉动直流电可以通过晶体二极管进行半波或全波整流产生，其波形如图所示。电流的方向和电流的大小都不发生变化，称为恒定的直流电流。通常所说的直流电是指恒定直流电。干电池、蓄电池是恒定直流电。1.4.2 交流电大小和方向都随时间按一定规律变化的电流称为交流电。交流电按数学中正弦函数的规律发生大小和方向的变化，称为正弦交流电，单相正弦交流电的波形如下图所示：1.5 单相交流电路电能的产生、输送、分配和使用绝大部分都采用交流电。交流电最重要的特征是电流、电压的大小和方向随着时间作周期性的变化。实用电网中使用的是电流和电压间隔按正弦规律变化的交流电。1.5.1 正弦交流电的周期与频率周期和频率都是表征交流电变化快慢的特性的。交流电变化一周所用的时间称为周期，用T表示，单位用s（秒）表示。交流电在一秒钟内所变化的周期数称为频率，用f表示，单位Hz（赫兹）。周期与频率的关系：T=1/f我国交流电的工业频率为50Hz，变化时间为0.02s。1.5.2 正弦交流电的表示方法交流电在一个周期中所出现的最大瞬时值称为最大值或幅值，用Um表示。正弦交流电是不断变化的，在实用中采用有效值表示。有效值的定义为：正弦交流电通过一个电阻，在一个周期内所发出的热量，与一个直流电通过同一个电阻、在相同时间内所发出的热量相等时，这个直流电的数值就是正弦交流电的有效值。有效值和最大值的关系为：U=Um/2 1.6 三相交流电路电能的产生，输送和分配大多采用三相交流电。三相负载如三相交流电动机性能优良，是建筑工业广泛使用的动力设备。1.6.1 三相交流电源三相电源就是三相交流发电机，也可以把三相电路变压器视为电源。 三相电源的星形连接星形连接就是把三相绕组的尾端相连，三个首端引出三根相线，从尾端连接点引出一根线，称为中性线或零线，用N表示。中性线通常接地，故又叫地线。如上图所示，这种有中性线的三相四线制比较常见，能提供两种电压，一种是相线（火线）与中性线（地线）之间的电压，称为相电压，为220V，即为家庭用电及厂矿企业的照明用电；另一种是相线（火线）与相线（火线）之间的电压，称为线电压，为380V。 线电压与相电压的关系三根相线与中性线N之间的电压称为相电压UN，而三根相线与相线之间的电压称为线电压：U3UN第2章 发电厂2.1 火力发电厂指用煤（包括用油和天然气）为燃料的发电厂。火力发电厂中的原动机大多为汽轮机，也有个别地方采用柴油机和燃气轮机。火力发电厂又可分为：（1）凝汽式火电厂锅炉产生蒸汽，送到汽轮机，带动发电机发出电能。已做过动的蒸汽排入凝汽器中冷却成水，又重新送回锅炉。在凝汽器中，大量热量被循环水带走，所以凝汽式火电厂的效率较低，只有3040。凝汽式火电厂通常简称为火电厂。（2）热电厂热电厂与凝汽式火电厂不同之处在于：汽轮机中一部分做过功的蒸汽，从中间段抽出供给热用户，或经过热交换器将水加热后，再把热水供给用户。这样，便可以减少被循环水带走的热量损失，现代热电厂的现率高达6070。2.2 水力发电厂水力发电厂利用江河水流在高处与低处之间存在的位能差进行发电。通常简称水电厂或水电站。电能的产生过程：从河流较高处或水库内引水，利用水的压力或流速冲动水轮机旋转，将势能转变成机械能，然后水轮机再带动发电机旋转，将机械能转变为电能。根据水力枢纽布置的不同，水电厂又可分为堤坝式、引水式等。2.3 核电厂同样是热力发电厂，只不过燃料比较特殊：利用重核裂变将核能转变为热能，再按火电厂的发电方式，将热能转换为电能，它的原子核反应堆相当于锅炉。2.4 其他发电方式利用其它一次能源发电的，还有风力发电、潮汐、地热发电和太阳能发电等。此外还有直接将热能转换成电能的磁流体发电等。2.5 发电机工作原理下面简单介绍一下交流发电机的简单原理（如图所示）：图：交流发电机发电原理简图一条金属线在磁场间移动，金属线被磁力线切割而产生电流流动，移動越快，所产生的电流流动越多，励磁会另金属线內的自由电子增加及脱离核心的約束。所以这样就可以发电了。有一句話，相信大家都熟悉的，就是磁生电，电生磁。這就是发电机可以发电的原理。第3章 电力系统的组成电力系统由发电机，变电所（变压器），输电线路以及用电设备连接而成。电力系统起着电能的生产，输送，分配和消费的作用。电力系统加上发电厂的动力部分就成为动力系统。电力网是指电力系统中除发电机和用电设备以外的部分，即电力网是由变电所和不同电压等级的输电线路所组成，其作用是输送和分配电能。远距离输电应采用高压输电，优点是：流过的电流小，可以减少线路截面积，节约有色金属；同时可以减少线路的功率损失和电压损失。3.1 变电所类型变电所是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。分类主要有几下几种：枢纽变电所位于电力系统的枢纽点，连接电力系统高压和中压的几个部分，汇集多个电源，电压为330500kV的变电所。全所停电后，将引起系统解列，甚至出现瘫痪。中间变电所高压侧以交换潮流为主，起系统交换功率的作用，或使长距离输电线路分段，一般汇集23个电源，电压为220330kV，同时又降压给当地用电，这样的变电所主要起中间环节的作用，所以叫中间变电所。全所停电后，将引起区域的电网解列。地区变电所高压侧电压一般为110220kV，向地区用户供电为主的变电所，这是一个地区或城市的主要变电所。全所停电后，仅使该地区中断供电。终端变电所在输电线路的终端，接近负荷点，高压侧电压多为110kV，经降压后直接向用户供电的变电所，即为终端变。全所停电后，只是用户受到损失。3.2 变压器变压器是一种交流电能的变换装置，利用原、副线圈匝数不同，把一种数值的交流电压、电流变换成另一种数值的交流电压和电流，以满足电能的传输、分配和使用。变压器的原理是基于电磁感应定律，因此磁场是变压器的工作媒介。为了提高磁路的导磁性能，采用了闭合铁心；为了增加原、副线圈之间的电磁耦合，将原、副线圈套在同一个铁心柱上。变压器按用途分类，主要有电力变压器和特殊变压器等，电力变压器主要用于输配电系统，包括升压变压器、降压变压器、配电变压器、联络变压器和厂用变压器等。特殊变压器包括调压器、电炉变压器、整流变压器、仪用互感器等。3.3 供配电及保护系统在建筑工程中，通常所说的三相三线制、三相四线制和三相五线制等，这些名词术语内涵不十分严密。国际电工委员会有统一的规定，称为TT系统、TN系统和IT系统等，其中TN系统又分TN-C、TN-S和TN-C-S系统。3.3.1 TT供电系统方式TT 方式是指将电气设备的金属外壳直接接地的保护系统，称为保护接地系统，也称 TT 系统。第一个符号 T 表示电力系统中性点直接接地；第二个符号 T 表示负载设备外露不与带电体相接的金属导电部分与大地直接联接，而与系统如何接地无关。在 TT 系统中负载的所有接地均称为保护接地，如图所示。 这种供电系统的特点如下：1 ）当电气设备的金属外壳带电（相线碰壳或设备绝缘损坏而漏电）时，由于有接地保护，可以大大减少触电的危险性。但是，低压断路器（自动开关）不一定能跳闸，造成漏电设备的外壳对地电压高于安全电压，属于危险电压。 2 ）当漏电电流比较小时，即使有熔断器也不一定能熔断，所以还需要漏电保护器作保护，困此 TT 系统难以推广。 3 ） TT 系统接地装置耗用钢材多，而且难以回收、费工时、费料。 现在有的建筑单位是采用 TT 系统，施工单位借用其电源作临时用电时，应用一条专用保护线，以减少需接地装置钢材用量，如图 1-2 所示。图中点画线框内是施工用电总配电箱，把新增加的专用保护线 PE 线和工作零线 N 分开，其特点是：共用接地线与工作零线没有电的联系；正常运行时，工作零线可以有电流，而专用保护线没有电流； TT 系统适用于接地保护占很分散的地方。 3.3.2 IT 方式供电系统I 表示电源侧没有工作接地，或经过高阻抗接地。每二个字母 T 表示负载侧电气设备进行接地保护，如图 1-7 所示。 IT 方式供电系统在供电距离不是很长时，供电的可靠性高、安全性好。一般用于不允许停电的场所，或者是要求严格地连续供电的地方，例如电力炼钢、大医院的手术室、地下矿井等处。地下矿井内供电条件比较差，电缆易受潮。运用 IT 方式供电系统，即使电源中性点不接地，一旦设备漏电，单相对地漏电流仍小，不会破坏电源电压的平衡，所以比电源中性点接地的系统还安全。但是，如果用在供电距离很长时，供电线路对大地的分布电容就不能忽视了。从图 1-8 可见，在负载发生短路故障或漏电使设备外壳带电时，漏电电流经大地形成架路，保护设备不一定动作，这是危险的。只有在供电距离不太长时才比较安全。这种供电方式在工地上很少见。3.3.3 TN 方式供电系统这种供电系统是将电气设备的金属外壳与工作零线相接的保护系统，称作接零保护系统，用 TN 表示。它的特点如下。 1 ）一旦设备出现外壳带电，接零保护系统能将漏电电流上升为短路电流，这个电流很大，是 TT 系统的 5.3 倍，实际上就是单相对地短路故障，熔断器的熔丝会熔断，低压断路器的脱扣器会立即动作而跳闸，使故障设备断电，比较安全。 2 ）TN 系统节省材料、工时，在我国和其他许多国家广泛得到应用，可见比 TT 系统优点多。 TN 方式供电系统中，根据其保护零线是否与工作零线分开而划分为 TN-C 和 TN-S 等两种。 3.3.3.1 TN-C 方式供电系统它是用工作零线兼作接零保护线，可以称作保护中性线，可用 NPE 表示，如图 1-3 所示。这种供电系统的特点如下。 1 ）由于三相负载不平衡，工作零线上有不平衡电流，对地有电压，所以与保护线所联接的电气设备金属外壳有一定的电压。 2 ）如果工作零线断线，则保护接零的漏电设备外壳带电。 3 ）如果电源的相线碰地，则设备的外壳电位升高，使中性线上的危险电位蔓延。 4 ）TN-C 系统干线上使用漏电保护器时，工作零线后面的所有重复接地必须拆除，否则漏电开关合不上；而且，工作零线在任何情况下都不得断线。所以，实用中工作零线只能让漏电保护器的上侧有重复接地。 5 ）TN-C 方式供电系统只适用于三相负载基本平衡情况。 3.3.3.2 TN-S 方式供电系统它是把工作零线 N 和专用保护线 PE 严格分开的供电系统，称作 TN-S 供电系统，如图 1-4 所示，TN-S 供电系统的特点如下。 1 ）系统正常运行时，专用保护线上不有电流，只是工作零线上有不平衡电流。 PE 线对地没有电压，所以电气设备金属外壳接零保护是接在专用的保护线 PE 上，安全可靠。 2 ）工作零线只用作单相照明负载回路。 3 ）专用保护线 PE 不许断线，也不许进入漏电开关。 4 ）干线上使用漏电保护器，工作零线不得有重复接地，而 PE 线有重复接地，但是不经过漏电保护器，所以 TN-S 系统供电干线上也可以安装漏电保护器。 5 ） TN-S 方式供电系统安全可靠，适用于工业与民用建筑等低压供电系统。在建筑工程工工前的“三通一平”（电通、水通、路通和地平必须采用 TN-S 方式供电系统。 3.3.3.3 TN-C-S 方式供电系统在建筑施工临时供电中，如果前部分是 TN-C 方式供电，而施工规范规定施工现场必须采用 TN-S 方式供电系统，则可以在系统后部分现场总配电箱分出 PE 线，如图 1-5 、 1-6 所示。这种系统称为 TN-C-S 供电系统。图 1-5TN-C-S 方式供电系统 图1-6 工地总配电箱分出 PE 线 TN-C-S 系统的特点如下：1 ）工作零线 N 与专用保护线 PE 相联通，如图 1-5ND 这段线路不平衡电流比较大时，电气设备的接零保护受到零线电位的影响。 D 点至后面 PE 线上没有电流，即该段导线上没有电压降，因此， TN-C-S 系统可以降低电动机外壳对地的电压，然而又不能完全消除这个电压，这个电压的大小取决于 ND 线的负载不平衡的情况及 ND 这段线路的长度。负载越不平衡， ND 线又很长时，设备外壳对地电压偏移就越大。所以要求负载不平衡电流不能太大，而且在 PE 线上应作重复接地，如额头 1-6 所示。 2 ） PE 线在任何情况下都不能进入漏电保护器，因为线路末端的漏电保护器动作会使前级漏电保护器跳闸造成大范围停电。 3 ）对 PE 线除了在总箱处必须和 N 线相接以外，其他各分箱处均不得把 N 线和 PE 线相联， PE 线上不许安装开关和熔断器，也不得用大顾兼作 PE 线。 通过上述分析， TN-C-S 供电系统是在 TN-C 系统上临时变通的作法。当三相电力变压器工作接地情况良好、三相负载比较平衡时， TN-C-S 系统在施工用电实践中效果还是可行的。但是，在三相负载不平衡、建筑施工工地有专用的电力变压器时，必须采用 TN-S 方式供电系统。 第4章 电能的使用4.1 电能的质量指标4.1.1 电压电压质量对各类用电设备的安全经济运行有直接的影响。例如对照明负荷来说，白炽灯对电压的变化是十分敏感的。当电压降低时，白炽灯的发光效率和光通量都急剧下降；当电压上升时，白炽灯的寿命将大为缩短。对电视，广播，电传真和雷达等电子设备来说，它们对电压质量的要求更高。电子设备中的各种半导体原件，集成电路，磁心装置等的特性，对电压都及其敏感，电压过高或过低都将使特性严重改变而影响正常运行。例如，对收音机与电视机来说，电压过高会使它们损坏，电压过低将影响它们的灵敏度与收听效果。我国目前所规定的低压照明用户容许电压变化范围为5-10。4.1.2 频率频率的偏差同样将影响电力用户的正常工作。对电动机来说，频率的降低将使电动机的转速下降，从而使生产率降低，并影响电动机的寿命；反之，频率增高将使电动机的转速上升，增加功率消耗，使经济性降低。特别是某些对转速要求较严格的工业部门，频率的偏差将大大影响产品质量，甚至产生废品。此外，频率的变化还影响到电子钟的正确使用以及计算机、自控装置等电子设备的准确工作等等。4.2 电力系统的负荷连接在电力系统中的一切用电设备消耗功率的总和称为电力系统的负荷。它们包括电动机，整流设备，电热电炉和照明设备等。系统中各用户的用电规律有其自身的特点，千变万化。一年四季，一天24小时内用户的用电情况都在随时变化。例如，三班制的工厂，全天24小时内用电变化不大，常日班的工厂则在824时的用电量增大，照明用户则在1923时用电量较大。4.3 建筑照明设备谈到人工照明，首先要先了解一下照明的基本概念：光通量：人的眼睛所能感觉到的辐射能量，每一波段的辐射能量与该波段相对视见北之乘积的总和，单位为1mm(流明)。照度：指照射到一个表面的光通量密度，单位为1x(勒克斯)。11x=11m/平方米。一盏40w的白炽灯的光通量约为340lm；一盏40w荧光灯的光通量约为1700-1900lm。目前家用灯泡主要他为白炽灯、节能灯和日光灯等。白炽灯是利用钨或其他金属丝导电发热原理发光的，光线呈黄色(太阳色)；节能灯是利用气体放电的原理发光，它学名叫自镇流荧光灯，光线除白色(冷光)的外，现在还有黄色(暖光)的。一般来说，在同一瓦数之下，一盏节能灯比白炽灯节能约80%，平均寿命延长8倍，热辐射仅20%。非严格的情况下，一盏5w的节能灯约相当于25w的白炽灯的光照，7w的节能灯约相当于40w的白炽灯的光照，9w的节能灯约相当于60w的白炽灯的光照。但目前市场上一些产品价格偏高，质量又不怎么样，如果选择不当，往往出现“节能不节钱”的问题。另一个需要注意的是，一般的节能都是不能调光的，所以只能用普通的开关。切莫使用时钟式的调光开关对节能灯实施控制。但据报道，国外已经研出可以调光的节能灯，但现在国内市场上还没有发现。日光灯主要作为普通装修的室内照明和高级装修的漫射灯源。4.3.1 白炽灯白炽灯的优越性在于它具有连续光谱，接近于自然光，显色性好，无频闪，不伤害眼睛，交流、直流电源都可以燃点。在电压很低的地区荧光灯无法启动，而白炽灯仍可以使用。白炽灯的组成：白炽灯由灯头和灯泡两部分组成。灯头即白炽灯的灯座，因其固定白炽灯灯泡的方式不同，分为卡口灯座和螺口灯座两种。按其安装方式不同，又分为吊灯头及平灯头两种。家用白炽灯的灯头使用电压为250V以下，灯口的绝缘材料以胶木为主，在潮湿的房间应用瓷制的防水灯头。灯泡分为卡口和螺口两种，除灯口因安装的灯头方式不同而构造不同外，灯泡的内部结构完全相同。普通的白炽灯灯泡由以下部分构成: 灯丝：采用不易蒸发，而且耐高温的钨丝制成。 玻璃壳：根据需要可做成透明、磨砂、乳白色等。并将内部抽成真空后，充进惰性气体氩气或氮等，以免灯丝气化。 钼丝金属支架：用来支撑灯丝。 导线：将线路和灯丝相连接。 灯口金属座：通过它将灯泡固定在灯头上。 焊锡触点：通过它使灯泡与灯头的电路接通。卡口灯泡有两个焊锡触点，分别通过灯头与电源火线和零线相连；螺口灯泡只有一个焊锡触点，它必须与电源火线相连。当灯泡拧入灯头时，它与灯头中心的簧片相接触，而电源电路中的零线与螺口灯头的螺旋套相连，通过灯泡灯口上的螺纹与灯泡内的灯丝连通。白炽灯的工作原理：当电路接通后，灯丝中有电流通过，灯丝发热到白炽状态而发光的一种电光源。白炽灯的灯丝一般用很细很细的钨丝。工作时灯丝的温度可达24003000，因为钨的电阻率很大，而且熔点高达3410，故不会熔化。由于输入灯丝的电能，很大一部分转化为热能，只有一小部分转化为光能，其中还包括一部分不可见光。所以，白炽灯的发光效率只有23。白炽灯的特性：白炽灯不耐振，灯丝蒸发除的钨分子落在玻璃泡上产生黑化现象，平均寿命一般只有1000h。白炽灯对电压的变化很敏感，如电压升高5，它的使用寿命将降低一半；电压降低5，它的光通率下降18。白炽灯常用于建筑室内照明及施工临时照明，它的额定电压除平常使用的220V以外，还有36V安全电压，可用于地下室施工照明或手持临时照明光源。 普通照明灯泡：家庭最广泛的普通照明使用。 反射泡：产生光束照明特定区域，满足特定工作需要和特殊效果，常用在聚光灯上。 指示泡：形状小巧，用于小型灯具，如冰箱、微波炉等家电、仪器仪表、夜灯、图画照明、户外装饰等。 灯丝管：柔白涂层，光线更柔和，线形外形，适用于柜台照明和图画照明，长寿命 - 额定平均寿命1500小时。主要有两种长度，适用不同类型灯具，适用于家庭，酒店旅馆，博物馆和展览会。4.3.2 日光灯日光灯又称荧光灯，它是一种气体发电灯。因为它工作时温度低、热损失小、发光效率高、使用寿命长、光色柔和，所以很多家庭都是用日光灯作为主体照明。日光灯是由镇流器、灯管、启辉器和灯座等组成。日光灯的各部分元器件：镇流器：又称限流器，由一个用硅钢片叠成的铁芯及在铁心上缠绕的线圈组成。其作用有两点：一是在开启日光灯时，利用电路接通的瞬间因自感而产生的高压启辉；二是在日光灯开始正常工作时，限制其工作电流的增加。启辉器：是封装在铝制外壳中的氖泡和一只纸介电容器构成的。氖泡是一个充有氖气的玻璃泡，里面有一对动、静触片与启辉器的插脚相连。其中的动片为一倒U型的双金属片。正常情况下，动、静触片是分离的。当双金属片受热后体积膨胀而伸展时，由于两种不同金属的膨胀程度不同，使双金属片的倒U型开口张大，与静片接触，将电路接通。当温度下降时双金属片恢复原状，电路断开。所以启辉器相当于一个受温度控制的自动开关。其中的纸介电容，主要用来避免日光灯启辉时，对附近的电子设备，如收音机、电视机等产生干扰。灯管:灯管是一根抽去空气并充有少量氩气及适量水银的玻璃管。管的内壁涂上一层薄而均匀的荧光粉，灯管的两端各有一组灯丝。灯丝上涂有容易发射电子的氧化钡。灯管的作用是将电能转化成光能，使日光灯发光。灯管内充入氩气，可使日光灯启辉放电的电压降低，这样有利于在低温、低压下启辉，并能起到缓冲作用，防止水银离子在电场作用下高速轰击灯丝，而使灯丝损坏。日光灯工作原理：日光灯的整体电路如图所示。其工作原理是：当开关接通的时候，电源电压立即通过镇流器和灯管灯丝加到启辉器的两极。220伏的电压立即使启辉器的惰性气体电离，产生辉光放电。辉光放电的热量使双金属片受热膨胀，动触片与静触片接触。电流通过镇流器、启辉器触极和两端灯丝构成通路。灯丝很快被电流加热，发射出大量电子。这时，由于启辉器两极闭合，两极间电压为零，辉光放电消失，管内温度降低；双金属片自动复位，两极断开。在两极断开的瞬间，电路电流突然切断，镇流器产生很大的自感电动势，与电源电压叠加后作用于灯管两端。灯丝受热时发射出来的大量电子，在灯管两端高电压作用下，以极大的速度由低电势端向高电势端运动。在加速运动的过程中，碰撞管内氩气分子，使之迅速电离。氩气电离生热，热量使水银产生蒸气，随之水银蒸气也被电离，并发出强烈的紫外线。在紫外线的激发下，管壁内的荧光粉发出近乎白色的可见光。日光灯正常发光后。由于交流电不断通过镇流器的线圈，线圈中产生自感电动势，自感电动势阻碍线圈中的电流变化，这时镇流器起降压限流的作用，使电流稳定在灯管的额定电流范围内，灯管两端电压也稳定在额定工作电压范围内。由于灯管与镇流器串联，灯管正常发光后，其两端电压低于110伏。启辉器与灯管并联，它两端电压也在110伏以下，低于启辉器内氖泡启辉电压（启辉电压约为130伏），所以并联在两端的启辉器也就不再起作用了。4.3.3 节能灯节能灯又叫紧凑型荧光灯（国外简称CFL灯）。它是1978年由国外厂家首先发明的，由于它具有光效高（是普通灯泡的5倍），节能效果明显，寿命长（是普通灯泡的8倍），体积小，使用方便等优点，受到广泛重视和欢迎。现如今我们所讲的节能产品主要都是针对白炽灯来讲。普通的白炽灯光效大约在每瓦10流明左右，寿命大约在1000小时左右，它的工作原理是：当灯接入电路中，电流流过灯丝，电流的热效应，使白炽灯发出连续的可见光和红外线，此现象在灯丝温度升到700K即可觉察，由于工作时的灯丝温度很高，大部分的能量以红外辐射的形式浪费掉了，由于灯丝温度很高，蒸发也很快，所以寿命也大缩短了，大约在1000小时左右。节能灯主要是通过镇流器给灯管灯丝加热，大约在1160K温度时，灯丝就开始发射电子（因为在灯丝上涂了一些电子粉），电子碰撞氩原子产生非弹性碰撞，氩原子碰撞后获得了能量又撞击汞原子，汞原子在吸收能量后跃迁产生电离，发出253.7nm 的紫外线，紫外线激发荧光粉发光，由于荧光灯工作时灯丝的温度在1160K左右，比白炽灯工作的温度2000K-3000K低很多，所以它的寿命也大提高，达到5000小时以上，由于它不存在白炽灯那样的电流热效应，荧光粉的能量转换效率也很高，达到每瓦50流明以上。节能灯节能主要是通过节能灯管的节能和电子镇流器低功耗的体现，电子镇流器不但要保障节能灯管在它的特性下提供启动电流和启动高压，而且在正常工作时要提高灯管的高频稳定的交流电流。4.3.4 常用家电的阻抗特性纯电阻性质负载负载在电阻构成，如白炽灯、电炉子等可以近似视为纯电阻性质的负载。其主要特点是电压与电流同相位。电压与电流的大小关系如下：U=IR纯电感性质负载负载由线圈L构成。主要特点电流相位滞后电压90度电位角。纯电容负载负载参数只有电容C。主要特点是电流总是导前电压90度角。阻抗特性常见家电感性日光灯、电动机、电冰箱、冰柜、电风扇、变压器、空调容性电视机、电脑主机、显示器、投影机、所有以开关电源变换的供电设备阻性白炽灯、电烙铁、吹风机及一切以电热丝为加热的用电器4.4 安全用电现代社会是一个电的世界，电和各种家用电器进入了每一个家庭，给家庭带来了方便、轻松、享受和快乐，提高了人民的生活水平，同时也提出了家庭安全用电的问题。4.4.1 人体触电人体触电时，通入人体的电流越大相电流持续的时间越长就越危险。其危险程度大致可以划分为三个阶段：感知摆脱室颤。感知阶段。由于通入电流很小，人体能有感觉（一般大于0.5mA），此时对人不构成危害；摆脱阶段。指手握电极触电时，人能摆脱的最大电流值（一般大于10mA），此电流虽有一定危险，但可以自己摆脱，所以基本也构不成致命的危险。当电流增大到一定程度，触电者将因肌肉收缩，发生痉挛导致抓紧带电体，不能自己摆脱。室颤阶段。随电流加大和触电时间延长（一般大于50mA和ls），将导致发生心室颤动，如果不立即断开电源，将会导致死亡。由此可以看出，心室颤动是人体触电致死的最主要原因。所以，对人的保护，常用不引起心室颤动，作为确定电击保护特性的依据。常见的几种触电形式如下表所示：4.4.2 家庭发生触电事故的原因1） 家用电器质量不合格或开关、插座等电气设备损坏造成触电，一般有以下几种情况： 家用电器绝缘性能差，不符合规定； 家用电器内部接线松脱碰壳； 开关、插座、灯座或熔断器等电气设备损坏； 导线绝缘破损。2） 家用电器或开关、插座等电气设备安装不当造成触电事故，有以下几个方面： 家用电器没有保护接地（接零）或保护接地（接零）不良，当相线（火线）碰壳，而没有采取其他保护措施时，人体触及外壳而触电。 插座保护接地（接零）线接错，使家用电器外壳带电而触电。 插座安装不规范，小孩拆玩或用铁丝插入而引起触电。 开关接在中性线（零线）上，当开关断开，灯座或电气设备上仍有电，人误认为电已关断，检修时会触电。 螺口灯座的相线错接在连接螺壳的接线柱上，而没有接在与中心铜片相连的接线柱上，通电时，人手触及螺口灯泡的金属螺壳而触电。3） 家用电器、导线或电气设备漏电造成的触电事故： 家用电器产品质量差，绝缘达不到要求或内部接线装配不牢固，导致相线碰壳漏电而触电。 导线绝缘机械损伤或被老鼠咬破造成触电。 绝缘破损或长期过载使绝缘加速老化，造成触电事故。4.4.3 触电预防1） 安装线路及照明灯具时做好触电预防： 使用合格导线及电气元件。 采用保护接地和保护接零：凡是需要人直接操作的电吹风、洗衣机。洗碗机和冰箱等家用电气的金属外壳，均应可靠保护接地或保护接零。但必须注意的是在同一个电源的电网内要采用同一种保护方式。不能有的设备采用保护接零，而有的采用保护接地，以免当采用保护接地的某电器外壳漏电时，将使所有保护接零的设备都带上危险的对地电压，加大了触电的危险性。 使用漏电保护器。漏电保护器的相关问题，可参看漏电保护器安全使用问答 插座和插头的相线、工作零线和保护接零线（保护接地线）不能接错。2） 用电过程中做好触电预防： 使用电器用具时，要选择适当的电压、电流，正确安装好线路、开关、插座和保险器。 保护电器的绝缘体，防止绝缘体潮湿；不要用铁钉、图钉固定电线；不要在电线上挂东西及在电线下面生火；不要乱换保险丝。 对损坏的电器设备要及时修理。装修时要切断电源，必要时要专人看守开关。 不要用手接触露出的螺丝、铜皮等带电体。使用试电笔时，应先在有电的地方测试，检查试电笔是否完好，手不可接触笔尖金属体。 严防儿童玩弄电器用具，更不可接触开关和插座。第5章 常用低压控制和保护电器设备开关电器主要的分类如下：1）仅用于正常情况下，接通或断开电路的电器：如低压闸刀、接触器、高压负荷开关等；2）仅用于断开短路电流或过负荷电流的开关电器：如高低压熔断器；3）既用在正常情况下接通、断开电路，又用在短路或过负荷下断开电路的电器：如高低压空气开关断路器；4）仅用于检修设备时，形成明显断口：如隔离开关。低压电器是用于交、直流电压为1200V及以下的电路内，起通断、保护、控制或调节作用的电器。低压电器是供用电企业中的重要设备，在供用电中处于极为重要的地位，是保证配电网安全、可靠、经济运行和人身安全及人们生产和生活用电的关键设备。低压电器的运行、维护、检修水平将直接影响供用电的可靠性和用电设备的安全运行及人身安全，与社会的大生产和人民生活密切相关。5.1 闸刀开关刀开关是最简单的手动控制设备，功能是不频繁的接通电路。根据闸刀的构造，可分为胶盖闸和铁壳闸两种。如果按照极数分有单极、双极、三极等三种，每种又有单投和双投之分。5.2 熔断器熔断器是当电路电流超过规定值一段时间后，以它本身所产生的热量使熔体熔化而分断电路的电器。通常家庭的配电盘上都有熔断器，熔断器中又安装着熔丝即保险丝，熔丝是用铅锡、铅锑合金材料料制做的。它具有熔点低，电阻大，发热多，断得快的特点。当通过电线和用电器具的电流超过允许的安全数值时，电流的热效应会使熔丝发热，一旦达到熔丝的熔断电流（即达到熔丝的熔点），它便立即熔断，从而起到切断电流的作用。由此可见，保险丝在电源线路发生漏电、短路或超负荷等故障时，具有保护电源线路和用电器具不至起火或烧坏的重要作用。不同负荷量的电源线路，必须使用相应规格的保险丝。如果随意用过粗的保险丝或用铜、铁丝来代替，非但不能起保险作用，相反会带来火灾危险。5.3 低压断路器低压断路器应用广泛的一种控制设备，它也称自动断路器，简称低压断路器或空开。它除了具有全负荷分断能力外，还具有短路保护、过载保护和失欠压保护等功能。它还具有很好的灭弧能力。常用作配电箱中的总开关或分路开关。5.3.1 低压断路器机内附件低压断路器机内附件是安装在断路器内部的附属装饰，包括分励脱扣器、欠电压脱扣器、辅助开关和报警开关等四种。5.3.2 低压断路器机外附件低压断路器机外附件是安装在断路器外部的附属装置，包括辅助手柄、外部操作手柄、电操机构、手柄闭锁装置、插入式安装台和辅助接点装置等。5.3.3 工作原理开关的脱扣机构是一套连杆装置。当主触点通过操作机构闭合后，就被锁钩锁在合闸的位置。如果电路中发生故障，则有关的脱扣器将产生作用使脱扣机构中的锁钩脱开，于是主触点在释放弹簧的作用下迅速分断。按照保护作用的不同，脱扣器可以分为过电流脱扣器及失压脱扣器等类型。在正常情况下，过电流脱扣器的衔铁是释放着的；一旦发生严重过载或短路故障时，与主电路串联的线圈就将产生较强的电磁吸力把街铁往下吸引而顶开锁钩，使主触点断开。欠压脱扣器的工作恰恰相反，在电压正常时，电磁吸力吸住衔铁，主触点才得以闭合。一旦电压严重下降或断电时，衔铁就被释放而使主触点断开。当电源电压恢复正常时，必须重新合闸后才能工作，实现了失压保护。5.4 交流接触器5.4.1 接触器的用途与分类接触器也称为电磁开关，它是利用电磁铁的吸力来控制触头动作的。接触器是一种应用广泛的开关电器。接触器主要用于频繁接通或分断交、直流主电路和大容量的控制电路，可远距离操作，配合继电器可以实现定时操作，联锁控制及各种定量控制和失压及欠压保护，广泛应用于自动控制电路，其主要控制对象是电动机，也可用于控制其它电力负载，如电热器、照明、电焊机、电容器组等。接触器按被控电流的种类可分为交流接触器和直流接触器。这里主要介绍常用的交流接触器。交流接触器又可分为电磁式和真空式两种。交流接触器的主要特点： 用按钮控制电磁线圈，电流很小，控制安全可靠。 电磁力动作迅速，可以频繁操作。 具有失压或欠压保护作用。5.4.2 电磁式交流接触器5.4.2.1 结构接触器主要由电磁系统、触点系统、灭弧系统及其它部分组成。(1) 电磁系统：电磁系统包括电磁线圈和铁心，是接触器的重要组成部分，依靠它带动触点的闭合与断开。(2) 触点系统：触点是接触器的执行部分，包括主触点和辅助触点。主触点的作用是接通和分断主回路，控制较大的电流，而辅助触点是在控制回路中，以满足各种控制方式的要求。(3) 灭弧系统：灭弧装置用来保证触点断开电路时，产生的电弧可靠的熄灭，减少电弧对触点的损伤。为了迅速熄灭断开时的电弧，通常接触器都装有灭弧装置，一般采用半封式纵缝陶土灭弧罩，并配有强磁吹弧回路。(4) 其它部分：有绝缘外壳、弹簧、短路环、传动机构等。5.4.2.2 工作原理当接触器电磁线圈不通电时，弹簧的反作用力和衔铁芯的自重使主触点保持断开位置。当电磁线圈通过控制回路接通控制电压(一般为额定电压)时，电磁力克服弹簧的反作用力将衔铁吸向静铁心，带动主触点闭合，接通电路，辅助接点随之动作。5.4.2.3 交流接触器的选用原则主回路触点的额定电流应大于或等于被控设备的额定电流，控制电动机的接触器还应考虑电动机的起动电流。为了防止频繁操作的接触器主触点烧蚀，频繁动作的接触器额定电流可降低使用。接触器的电磁线圈额定电压有36、110、220、380等，电磁线圈允许在额定电压的80%105%范围内使用。5.4.2.4 交流接触器的运行维护运行中检查项目：(1) 通过的负荷电流是否在接触器额定值之内；(2) 接触器的分合信号指示是否与电路状态相符；(3) 运行声音是否正常，有无因接触不良而发出放电声；(4) 电磁线圈有无过热现象，电磁铁的短路环有无异常。(5) 灭弧罩有无松动和损伤情况；(6) 辅助触点有无烧损情况；(7) 传动部分有无损伤；(8) 周围运行环境有无不利运行的因素，如振动过大、通风不良、尘埃过多等。维护：在电气设备进行维护工作时，应一并对接触器进行维护工作。外部维护.清扫外部灰尘；.检查各紧固件是否松动，特别是导体连接部分，防止接触松动而发热； 触点系统维护.检查动、静触点位置是否对正，三相是否同时闭合，如有问题应调节触点弹簧；.检查触点磨损程度，磨损深度不得超过1，触点有烧损，开焊脱落时，须及时更换；轻微烧损时，一般不影响使用。清理触点时不允许使用砂纸，应使用整形锉；.测量相间绝缘电阻，阻值不低于10；.检查辅助触点动作是否灵活，触点行程应符合规定值，检查触点有无松动脱落，发现问题时，应及时修理或更换。铁芯部分维护.清扫灰尘，特别是运动部件及铁芯吸合接触面间；.检查铁芯的紧固情况，铁芯松散会引起运行噪音加大；.铁芯短路环有脱落或断裂要及时修复。电磁线圈维护.测量线圈绝缘电阻；.线圈绝缘物有无变色、老化现象，线圈表面温度不应超过65；.检查线圈引线连接，如有开焊、烧损应及时修复。灭弧罩部分维护.检查灭弧罩是否破损；.灭弧罩位置有无松脱和位置变化；.清除灭弧罩缝隙内的金属颗粒及杂物。5.4.3 交流真空接触器5.4.3.1 工作原理真空接触器以真空为灭弧介质，其主触头密封在特制的真空灭弧管内。当操作线圈通电时，衔铁吸合，在触点弹簧和真空管自闭力的作用下触点闭合；当操作线圈断电时，反力弹簧克服真空管自闭力使衔铁释放，触点断开。接触器分断电流时，触头间隙中会形成由金属蒸汽和其它带电粒子组成的真空电弧。因真空介质具有很高的绝缘强度，且介质恢复速度很快，真空电弧在第一次过零时就能熄灭，燃弧时间一般小于10。5.4.3.2 真空接触器的特点 分断能力强：分断电流可达额定电流的1020倍； 寿命长：电寿命达数十万次，机械寿命可达百万