电工学简明教程第三版第 7章工业企业供电与安全用电第8章电工测量

第7章工业企业供电与安全用电第7章工业企业供电与安全用电7.1发电、输电和配电概述7.2安全用电7.3节约用电本章主要概述发电、输电、工业企业供配电、安全用电和节约用电等内容，作为本课程的基本常识。第7章工业企业供电与安全用电7.1发电、输电和配电概述发电厂按能源种类可分为：水力、火力、风力、核能、太阳能、沼气发电等。主要是火力发电和水力发电。发电厂中的发电机几乎都是三相同步发电机。其组成定子：机座、铁心和三相绕组转子显极隐极另见电子挂图-图

7.1.1另见电子挂图-图

7.1.2电能从发电厂传输到用户要通过导线系统，这系统称为电力网。发电厂变电所输电线配电设备用电设备(电灯电动机等)称这一整体为电力系统由各种不同的输电线和变电所组成的电力系统部分称为电力网。其作用是把发电厂的电能传输给用户。我国国家标准规定的电力网额定电压有

35

kV、110

kV、220

kV、330

kV、500

kV、750

kV。市区一般输电电压为10kV左右，通常需要设置降压变电所，经配电变压器将电压降为380/220V，再引出若干条供电线到各用电点的配电箱上，配电箱将电能分配给各用电设备。输电线路一例变电所厂用电输电线电缆工厂变电所Y0YYY

Y10.5kV380/220VYY

Y输电线变电所变电所380/220VY0Y220kV35kV10kV

Y

Y

直流输电能耗小，无线电干扰小，输电线路造价较低，但逆变和整流部分较复杂。从三峡到华东地区和华南地区已建有50104V的直流输电线路。除交流输电外，还有直流输电。其结构原理图如图所示。

工业企业配电从车间变电所或配电箱到用电设备线路属于低压配电线路。其连接方式主要是放射式和树干式两种。低压供电系统的有两种接线方式。(1)放射式配电线路变电所配电箱(1)放射式配电线路配电箱变电所

适用场合：负载点比较分散，而每个点的用电量又较大，变电所又居于各负载点的中央。

特点：供电可靠性高，便于操作和维护。但配电导线用量大，投资高。(2)树干式配电线路

适用场合：用电点比较集中，各用电点居于变电所同一侧时。负载比较均匀地分布在一条线上。

特点：

供电可靠性差。但配电导线用量小，投资费用低，接线灵活性大。7.2安全用电

触电事故是指人体由于不慎触及带电体，使人体受到伤害。按人体所受伤害方式的不同，触电事故可分为电击和电伤。电击主要是电流通过人体内部，影响呼吸、心脏和神经系统，造成人体内部组织的破坏，乃至死亡。电伤主要是指在电弧的作用下，或熔丝熔断时，对人体的伤害，如烧伤、金属溅伤等。7.2.1电流对人体的危害电击所引起的伤害程度与下列因素有关：1．人体电阻的大小；皮肤干燥时约10~100k。2．电流通过时间长短；3．电流的大小；小于50mA时安全；4．电流的频率。为防止触电事故而采用的由特定电源供电的电压系列称为安全电压。通用接触电压极限：人体允许长期承受的电压极限值。常规环境下：交流(15

~

100

Hz)电压为50V直流电压为120V。潮湿环境下：交流(15~

100

Hz)电压为25V直流电压为60V。通常认为36V以下为安全电压。选用安全电压是防止触电的安全措施。

注意：安全电压的供电电源除采用独立电源外，其输入与输出电路必须实行电路上的隔离。工作在安全电压下的电路必须与其他电气系统和任何无关的可导电部分实行电气上的隔离。7.2.2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人体处于相电压之下，危险性较大。如果人体与地面的绝缘较好，危险性可大大减小。7.2.2触电方式(1)电源中性点接地的单相触电(2)电源中性点不接地的单相触电

导线与地面之间的绝缘可能不良(对地绝缘电阻为R

)，甚至有一相接地的情况下，人体就有电流通过。在交流情况下，导线与地面间存在的电容也可构成电流通路。

1．接触正常带电体R

7.2.2触电方式(1)电源中性点接地的单相触电(2)电源中性点不接地的单相触电(3)两相触电最危险人体处于线电压之下但不常见1．接触正常带电体2．接触正常不带电的金属体IdR07.2.3接地和接零由于大多数电气设备采用380/220V低压系统供电，为防止触电事故发生，需根据供电系统接地形式不同，分别采用接地或接零的保护措施。在低压配电系统中，电源(变压器)中性点有接地和不接地两种。接地的目的出于电力系

统

运行和安全需要。这种接地称为工作接地。例如三相四线制电源中性点接地。在低压配电系统中，电源(变压器)中性点不接地的情况下，采用保护接地；在中性点接地的情况下，采用保护接零。

R0保护接地

(2)由于采用了保护接地，当出现漏电或一相碰壳时，外壳对地电压接近为零，故人体触及外壳时比较安全。保护接地适用于电源中性点不接地的三相三线制供电系统中。将电气设备的金属外壳接地，一般要求R0

小于4

。7.2.3接地和接零1.保护接地

(1)当出现漏电或一相碰壳时，外壳未接地，此时人体触及外壳时相当于单相触电。7.2.3接地和接零2．保护接零R0保护接零由于外壳与零线连接，当出现漏电或一相碰壳时，就形成单相短路或接近短路，接于该相线上的短路保护装置或过流保护装置便会动作，迅速切断电源消除触电危险。

适用于电源中性点接地的三相四线制供电系统中。将电气设备的金属外壳接到零线(中性线)上。此时通过人体电流很小。工作零线与保护零线N(工作零线)L(相线)PE(保护零线)～220V×(U1)(V1)(W1)NNNLLLEEE为了确保设备外壳对地电压为零，专设保护零线PE。接零正确接零不正确忽视接零单相用电设备也要保护接零7.3节约用电节约用电的措施(1)发挥用电设备的效能；(2)提高线路和用电设备的功率因数。(3)降低线路损失；(4)技术革新；(5)加强用电管理。第8章电工测量第8章电工测量8.1电工测量仪表的分类8.2电工测量仪表的型式8.3电流的测量8.4电压的测量8.5万用表8.6功率的测量8.7兆欧表第8章电工测量本章介绍几种常用的电工测量仪表的基本构造、工作原理和正确的使用方法，以及电压、电流、电阻和功率的测量方法。8.1电工测量仪表的分类通常用的电工测量仪表按照下列几个方面分类：1．按照被测量的种类分类2．按照工作原理分类3．按照电流的种类分类4．按照准确度分类1．按照被测量的种类分类符号被测量的种类仪表名称电流电流表电压表电压电功率电能毫安表千伏表功率表千瓦表电度表AkWVWmAkWhkV1．按照被测量的种类分类符号被测量的种类仪表名称相位表频率表欧姆表相位差频率电阻兆欧表

M

f

2．按照工作原理分类型式符号被测量的种类电流的种类与频率磁电式整流式电磁式电动式电流、电压、电阻电流、电压电流、电压电流、电压、功率、、功率因数、电能量直流工频及较高频率的交流直流及工频交流直流及工频与较高频率的交流3．按照电流的种类分类电工测量仪表可分为直流仪表、交流仪表和交直流两用仪表。4．按照准确度分类准确度是电工测量仪表的主要特性之一。仪表的准确度与其误差有关。一种是基本误差，另一种是附加误差。仪表的准确度是根据仪表的相对额定误差来分级的。相对额定误差是指仪表在正常工作条件下进行测量可能产生的最大基本误差与仪表的最大量程(满标值)之比，用百分数表示，则为目前我国直读式电工测量仪表按准确度分为0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5和5.0七级。例如有一准确度为2.5级的电压表，其最大量程为50V，则可能产生的最大基本误差为

U=

Um=2.5%50V=1.25V4．按照准确度分类若用准确度为2.5级、最大量程为50V的电压表，测量实际为10V的电压时，则相对测量误差为而用它测量实际为40V的电压时，则相对测量误差为因此，在选用仪表的量程时，应使被测量的值接近满标值。一般应使被测量值超过仪表的满标值一半以上。准确度等级较高的仪表常用来进行精密测量或校正准确度等级较低的仪表。电工测量仪表上的几种符号符号意义交流直流交直流三相交流仪表绝缘试验电压2000V仪表直立位置仪表水平位置仪表倾斜60º放置_~_~~~~3~或2kV60

8.2电工测量仪表的型式直读式仪表按照工作原理可分为：磁电式、电磁式和电动式几种。通常，直读式仪表主要由产生转动转矩部分、产生阻转矩的部分和阻尼器等组成。8.2.1磁电式仪表另见动画教学“磁电式仪表”8.2.2电磁式仪表另见动画教学“推斥式电磁式仪表”8.2电工测量仪表的型式8.2.3电动式仪表另见动画教学“电动式仪表”8.3电流的测量通常测量直流电流用磁电式电流表，而测量交流电流主要采用电磁式电流表。电流表应串联在电路中。为了使电路的工作不受接入电流表的影响，电流表的内阻必须很小。采用磁电式电流表测量电流时，为了扩大它的量程，应在测量机构上并联一个称为分流器的低值电阻RA。AI负载II0RA负载R0电流表与分流器图中I0

与I的关系为即式中R0

是测量机构的电阻。

[例1]

有一磁电式表头，当无分流器时，表头的满标值电流为5mA。表头电阻为20

。今欲使其量程为1A，问分流器的电阻应为多大？[解]注意：测量交流大电流时，可用电流互感器扩大电流表的量程。8.4电压的测量测量直流电压常用磁电式电压表，而测量交流电压常用电磁式电压表。电压表应并联在欲测电压的负载、电源或一段电路中。为了使电路的工作不受接入电压表的影响，电压表的内阻必须很大。为了扩大电压表的量程，应在测量机构上串联一个称为倍压器的高值电阻RV。电压表和倍压器V负载+–URV负载R0U0+–+–UV负载+–URV负载R0U0+–+–U电压表和倍压器由图中可得即V负载+–URV负载R0U0+–+–U电压表和倍压器

[例1]

有一电压表，其量程为50V，内阻为2000

。今欲使其量程扩大到300V，问还需串联多大电阻的倍压器？[解]8.5万用表万用表可测量多种电量，虽然准确度不高，但是使用简单，携带方便，特别适用于检查线路和修理电气设备。8.5.1磁电式万用表磁电式万用表由磁电式微安表、若干分流器和倍压器、半导体二极管及转换开关等组成，可用来测量直流电流、直流电压、交流电压和电阻等。测量直流电流原理电路RRA1

A500mA50mA5mA0.5mA50

ARA2RA3RA4RA5+–+–8.5.1磁电式万用表1．直流电流的测量测量直流电流原理电路RRA1

A500mA50mA5mA0.5mA50

ARA2RA3RA4RA5+–+–被测电流从“+”“–”两端进出。RA1~RA5

是分流器电阻，改变转换开关的位置，就可改变电流的量程。8.5.1磁电式万用表2．直流电压的测量测量直流电压原理电路被测电压加在“+”、“–”两端。RV1、RV2

是倍压器电阻，改变转换开关的位置，就可改变电压的量程。量程愈大，倍压器的电阻也愈大。仪表的灵敏度可以表明这一特征。RA

A1V5VRV1RV2RV3+–+–R25V仪表的灵敏度是用仪表总内阻除以电压量程。灵敏度愈高被测电路受仪表的影响愈小。

MF-30万用表在直流电压25V挡上仪表的总内阻为500k

，则这挡的灵敏度为8.5.1磁电式万用表3．交流电压的测量测量交流电压原理电路被测电压加在“+”、“–”两端。在正半周时，设电流从“+”流进，经二极管D1，部分电流经微安表流出。在负半周时，电流直接经D2

从“+”端流出。可见，通过微安表的是半波电流，读数为该电流的平均值。为此，表中加一600

交流调整电位器,100V10VR'V1R'V2+–+–R

AD1D2600

万用表交流电压挡的灵敏度一般较直流电压挡低。MF-30万用表交流电压挡的灵敏度为5k/V。用来改变表盘刻度；R'V1、R'V2，是倍压电阻，用以改变电压量程。4．电阻的测量测量电阻原理电路被测电阻加在“+”、“–”两端。测量前应将“+”、“–”两端短接，看指针是否偏转最大而指在零，否则应转动零欧姆调节电位器进行校正。

注意：使用电阻挡绝对不能在带电线路上测量电阻。用毕将转换开关转到高电压挡。8.5.1磁电式万用表+–+–R×1k

A1.7k

×10×100+–1.5V调零8.5.2数字式万用表1．测量范围以DT-830型数字万用表为例说明它的测量范围和使用方法。

(1)直流电压分五挡：200mV，2V，20V，200V，1000V。输入电阻为10M

。

(2)交流电压分五挡：200mV，2V，20V，200V，750V。输入阻抗为10M

。频率范围40~500Hz。

(3)直流电流分五挡：200µA，2mA，20mA，200mA，10A。

(4)交流电流分五挡：200µA，2mA，20mA，200mA，10A。8.5.2数字式万用表

(5)电阻分六挡：200

，2k

，20k

，200k

，2M

，20M

。此外，还可检查二极管的导电性能，并能测量晶体管的电流放大系数和检查线路通断。2．面板说明

(1)显示器显示四位数字，最高位只能显示1或不显示数字，算半位，故称三位半。最大指示值为1999

或1999。当被测量超过最大指示值时，显示“1”或“–1”。

(3)转换开关根据被测的电量选择相应的功能位；按被测量的大小选择适当的量程。(2)电源开关使用时置于“ON”；使用完毕置于“OFF”。8.5.2数字式万用表

(4)输入插座将黑色测试笔插入“COM”插座；红色测试笔在测量电压和电阻时，插入“V·

”插座，测量小于200mA电流时，插入“mA”插座，测量大于200mA电流时，插入“10A”插座。8.6功率的测量电路中的功率与电压和电流的乘积有关，因此常用电动式仪表来测量功率。在线圈通入交流时，电动式仪表指针偏转的角度8.6.1单相交流和直流功率的测量负载+_**可动线圈固定线圈由于在功率表中，并联线圈电路串有高阻值的倍压器，它的感抗与电阻相比可以忽略不计，故可以认为其中电流i2

与u同相。因此可以写成可见，电动式功率表中指针偏转角

与电路的平均功率P

成正比。使用时，功率表两个线圈的始端(标以“

”或“*”号)均应连在电源的同一端。电动式功率表也可以测量直流功率。8.6.