电工技师资格培训教材

电工技师资格培训教材前言本教材依据《电工技师国家职业标准》（2019版）编写，旨在为电工技师资格考核提供系统的理论与实操指导。教材内容涵盖电路分析、电力系统、设备安装、故障诊断、安全规范等核心模块，注重专业严谨性与实用操作性，适用于企业培训、职业院校进阶教学及考生自主备考。第一章电路分析与应用基础电路分析是电工技师的核心理论基础，需掌握直流、交流及非线性电路的分析方法，为后续电力系统与设备操作提供理论支撑。1.1直流电路分析1.1.1基本定律与定理基尔霍夫定律：电流定律（KCL）：任一节点的流入电流之和等于流出电流之和（$\sumI_{in}=\sumI_{out}$）。电压定律（KVL）：任一闭合回路的电压代数和为零（$\sumU=0$）。叠加定理：多个电源作用时，某支路电流/电压等于各电源单独作用时的叠加（仅适用于线性电路）。戴维南定理：线性有源二端网络可等效为一个电压源（$U_{oc}$）与内阻（$R_{eq}$）串联的电路；诺顿定理则等效为电流源（$I_{sc}$）与内阻并联。1.1.2复杂电路计算支路电流法：以支路电流为未知数，列写KCL与KVL方程求解（适用于支路数较少的电路）。节点电压法：以节点电压为未知数，列写KCL方程求解（适用于节点数较少的电路）。实用案例：某工厂直流供电回路中，两台发电机并联供电（$E_1=24V,R_1=0.5\Omega$；$E_2=22V,R_2=0.3\Omega$），负载电阻$R_L=10\Omega$。用戴维南定理计算负载电流$I_L$。解：1.断开负载$R_L$，求开路电压$U_{oc}$：$U_{oc}=\frac{E_1R_2+E_2R_1}{R_1+R_2}=\frac{24\times0.3+22\times0.5}{0.5+0.3}=22.75V$。2.求等效内阻$R_{eq}$：$R_{eq}=\frac{R_1R_2}{R_1+R_2}=\frac{0.5\times0.3}{0.5+0.3}=0.1875\Omega$。3.计算负载电流：$I_L=\frac{U_{oc}}{R_{eq}+R_L}=\frac{22.75}{0.1875+10}\approx2.24A$。1.2交流电路分析1.2.1正弦交流电基础三要素：幅值（最大值）、频率（$f$，单位Hz）、初相（$\phi$，单位rad或度）。表示方法：三角函数式（$u=U_m\sin(\omegat+\phi)$）、相量式（$\dot{U}=U\angle\phi$，$U=U_m/\sqrt{2}$为有效值）。1.2.2三相交流电路连接方式：星形（Y）：线电压$U_L=\sqrt{3}U_P$，线电流$I_L=I_P$（$U_P$为相电压，$I_P$为相电流）。三角形（$\Delta$）：线电压$U_L=U_P$，线电流$I_L=\sqrt{3}I_P$。功率计算：有功功率$P=\sqrt{3}U_LI_L\cos\phi$（$\cos\phi$为功率因数）；无功功率$Q=\sqrt{3}U_LI_L\sin\phi$；视在功率$S=\sqrt{3}U_LI_L=\sqrt{P^2+Q^2}$。实用技巧：工厂负载多为感性（如电机），需通过并联电容器提高功率因数（$\cos\phi$从0.7提高到0.9），计算公式为：$Q_C=P(\tan\phi_1-\tan\phi_2)$，其中$\phi_1$为原功率因数角，$\phi_2$为目标功率因数角。第二章电力系统与配电技术2.1电力系统结构组成：发电（火电厂、水电厂、风电厂）→输电（高压线路，110kV及以上）→配电（中低压线路，35kV及以下）→用电（工业、民用负载）。电压等级：我国常用电压等级为220V/380V（低压）、10kV/35kV（中压）、110kV/220kV（高压）、500kV/750kV（超高压）。2.2配电系统设计2.2.1配电接线方式放射式：可靠性高（某支路故障不影响其他支路），适用于重要负载（如医院、工厂关键设备）。树干式：经济性好（线路耗材少），适用于一般负载（如居民楼、普通车间）。环式：可靠性与经济性兼顾，适用于城市配电网络。2.2.2负荷计算方法：需要系数法：$P_{js}=K_x\sumP_e$（$K_x$为需要系数，$\sumP_e$为设备总额定功率）。二项式法：$P_{js}=b\sumP_e+cP_{max}$（$b$为平均负荷系数，$c$为峰值负荷系数，$P_{max}$为最大设备功率）。案例：某车间有5台电机（$P_e=10kW$，$K_x=0.8$，$\cos\phi=0.7$），计算计算负荷$P_{js}$、$Q_{js}$、$S_{js}$。解：$P_{js}=K_x\sumP_e=0.8\times5\times10=40kW$；$Q_{js}=P_{js}\tan\phi=40\times1.02=40.8kVar$（$\tan\phi=\sqrt{1/\cos^2\phi-1}=\sqrt{1/0.7^2-1}\approx1.02$）；$S_{js}=P_{js}/\cos\phi=40/0.7\approx57.1kVA$。2.3无功补偿与谐波治理无功补偿：通过并联电容器组或静止无功发生器（SVG），减少输电线路损耗（$\DeltaP\proptoQ^2$），提高电压质量。谐波治理：非线性负载（如变频器、整流器）产生谐波（5次、7次等），需安装有源滤波器（APF）或无源滤波器（LC回路），抑制谐波污染。第三章电气设备安装与调试3.1变压器安装与调试3.1.1安装流程1.基础验收：检查基础尺寸、水平度（误差≤2mm/m）。2.器身检查：吊罩后检查绕组、铁芯有无变形，绝缘层有无损坏（仅适用于10kV及以上变压器）。3.附件安装：安装散热器、油枕、瓦斯继电器（方向正确，箭头指向油枕）。4.注油与密封：注入合格变压器油（耐压≥35kV），密封试验（压力0.03MPa，保持24h无泄漏）。3.1.2调试项目绝缘电阻测试：用2500V兆欧表测量高压侧对低压侧、对地的绝缘电阻（≥1000MΩ·kV，如10kV变压器≥____MΩ）。变比测试：用变比电桥测量高、低压绕组的变比（误差≤±0.5%）。耐压试验：用耐压试验机进行工频耐压试验（10kV变压器高压侧耐压35kV，持续1min）。注意事项：变压器安装后需静置24h，待油中气泡排出后再通电。3.2高压开关柜安装与调试3.2.1安装要求柜体水平度：误差≤1mm/m，垂直度≤1.5mm/m。母线连接：母线对接处需搪锡，螺栓扭矩符合规范（M12螺栓扭矩≥44N·m）。五防联锁：确保“防止误分合断路器、防止带负荷拉合隔离开关、防止带电挂接地线、防止带接地线合闸、防止误入带电间隔”功能有效。3.2.2调试项目断路器特性测试：测量分合闸时间（≤0.1s）、分合闸速度（10kV断路器≥0.5m/s）。保护定值校验：用继保测试仪校验过电流、速断保护定值（误差≤±5%）。3.3电机控制回路安装星三角启动回路：适用于7.5kW以上电机，降低启动电流（启动电流为直接启动的1/3）。安装步骤：1.敷设电缆：主回路用YJV-3×16+1×10电缆（15kW电机），控制回路用BV-1.5mm²导线。2.接线：主回路连接断路器、接触器（KM1、KM2、KM3）、热继电器（FR）；控制回路连接时间继电器（KT）、按钮（SB1停止、SB2启动）。3.调试：检查接线正确性，测试启动时间（KT设定为10s，确保星型启动后切换到三角运行）。第四章电气故障诊断与维修4.1故障诊断基本方法感官法：通过看（火花、烧痕）、听（异响）、摸（温度）判断故障。仪器法：用万用表（测电压、电阻）、示波器（测波形）、红外热像仪（测温度分布）定位故障。4.2常见故障案例4.2.1电机过热故障原因：负载过大、绕组短路、轴承损坏、通风不良。诊断：1.用电流表测电机电流（超过额定电流10%以上为过载）。2.用万用表测绕组电阻（相间电阻差异超过5%为短路）。3.用振动测试仪测轴承振动（超过4.5mm/s为损坏）。4.2.2断路器跳闸故障原因：短路（电流突变，超过额定电流10倍以上）、过载（电流持续超过额定电流）、漏电（剩余电流超过30mA）。诊断：1.检查线路有无短路点（用万用表测线路绝缘电阻，≤0.5MΩ为短路）。2.测负载电流（超过断路器额定电流为过载）。3.用漏电测试仪测剩余电流（超过30mA为漏电）。实用技巧：电机绕组短路故障可通过“压降法”判断：将低压直流电（如12V）通入绕组，测量各相电压，电压低的一相为短路相。第五章电气安全技术5.1触电防护触电类型：电击：电流通过人体造成内部器官损伤（致命电流≥50mA）。电伤：电流造成的外部损伤（如电弧烧伤、电烙印）。防护措施：绝缘：用绝缘材料（如橡胶、塑料）隔离带电体（绝缘电阻≥1MΩ）。屏护：用围栏、护罩隔离带电体（屏护距离≥0.1m）。间距：带电体与地面、建筑物的最小距离（10kV线路与地面间距≥6m）。5.2接地与接零系统TN-S系统：中性线（N）与保护线（PE）分开，安全性高，适用于工业与民用建筑。TT系统：中性点接地，设备外壳接地（接地电阻≤4Ω），适用于农村电网。IT系统：中性点不接地，适用于煤矿、医院等特殊场所（供电可靠性高）。注意事项：同一系统中不能同时采用TN-S与TT系统，避免杂散电流引发故障。5.3安全操作流程停电：断开电源开关，挂“禁止合闸，有人工作”警示牌。验电：用验电器验电（先验已知带电体，再验未知带电体）。挂接地线：先接接地端，再接带电端（拆除时相反）。挂牌上锁：用锁具锁定电源开关，防止误操作。第六章法规与标准6.1主要法规《中华人民共和国电力法》：规定电力生产、供应、使用的基本制度。《中华人民共和国安全生产法》：要求企业落实安全生产主体责任，保障从业人员安全。《电力安全工作规程》（GB____）：明确电气操作、检修的安全要求。6.2主要标准《供配电系统设计规范》（GB____）：规定供配电系统的设计原则（如电压等级选择、负荷计算）。《电气装置安装工程电缆线路施工及验收标准》（GB____）：规定电缆敷设、接线的施工要求（如电缆弯曲半径≥10倍电缆外径）。《建筑电气工程施工质量验收标准》（GB____）：规定建筑电气安装工程的质量验收要求（如插座接线“左零右火上接地”）。第七章典型工程案例7.1工厂配电系统改造项目项目背景：某工厂原有10kV配电系统过载（变压器负载率≥90%），需扩容改造。改造步骤：1.负荷计算：用需要系数法计算新增负载（2台200kW电机），总计算负荷$S_{js}=800kVA$。2.变压器选型：更换为1000kVA变压器（负载率80%，经济运行）。3.线路改造：将原有YJV-3×50电缆更换为YJV-3×120电缆（满足载流量要求）。4.无功补偿：新增100kVar电容器组，将功率因数从0.75提高到0.9。效果：降低变压器损耗（年节约电费约2万元），提高供电可靠性（停电次数减少50%）。7.2高层建筑电气安装项目项目难点：高层住宅（30层）的配电系统设计（垂直干线敷设、应急照明）。解决方案：垂直干线：采用母线槽（载流量大、安装方便），每层设置分配电箱。应急照明：采用EPS电源（备用时间≥90min），确保火灾时照明正常。接地系统：采用TN-S系统，卫生间等潮湿场所设置局部等电位联结（LEB）。验收要点：检查母线槽连接可靠性（螺栓扭矩≥60N·m）、应急照明切换时间（≤5s）、接地电阻（≤1Ω）。第八章电工技师考核指南8.1考核内容理论考试（占40%）：题型：选择题（40题，40分）、简答题（3题，30分）、计算题（2题，30分）。内容：电路分析、电力系统、安全法规、设备原理。实操考试（占60%）：项目：变压器安装调试（20分）、电机故障诊断（20分）、高压开关柜操作（20分）。要求：操作规范、安全意识强、结果准确。8.2备考技巧理论备考：1.重点复习《电工技师国家职业标准》中的核心知识点（如电路定理、电力系统结构、安全规范）。2.做历年真题（熟悉题型、掌握答题技巧），关注计算类题目（如负荷计算、无功补偿）。实操备考：1.加强实操练习（如变压器接线、电机绕组测试），熟悉工具使用（万用表、兆欧表、继保测试仪）。2.模拟考试场景（如高压开关柜操作，严格遵守五防联锁），提高操作熟练度。8.3注意事项考试时需携带身份证、准考证、操作工具（万用表、螺丝刀、验电器）。理论考试：遵守考场纪律，答题时字迹清晰、逻辑严密。实操考试：1.操作前检查工具是否齐全（如验电器是否正常）。2.严格遵守安全规程（如停电、验电、挂接地线），避免误操作。3.操作后整理工具，清理现场（保持考场整洁）。附录常用公式与数据欧姆定律：$I=