電工電子第十四章

第十四章供用電技術(shù)簡介

14.1發(fā)電、輸電與配電14.2常用照明電路

14.3光纖傳輸

14.4安全用電

14.5節(jié)約用電

14.1發(fā)電、輸電與配電圖14-1電力系統(tǒng)組成框圖電能的生產(chǎn)與其它商品生產(chǎn)不同，即必須產(chǎn)、供、用三者同時進(jìn)行并保持相互平衡，因此供電與用電是兩個緊密結(jié)合，不可分割的環(huán)節(jié)。一、電能的產(chǎn)生發(fā)電方式按能源的不同，主要分:為火力發(fā)電、水力發(fā)電和原子能發(fā)電。1．火力發(fā)電火力發(fā)電主要是利用煤、石油或天然氣燃燒后發(fā)生的熱量來加熱水，使水變成高溫高壓蒸汽推動汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，最終帶動三相發(fā)電機(jī)。發(fā)電廠的優(yōu)點是建廠投資少、速度快。缺點是消耗大量的燃料，發(fā)電成本高，環(huán)境污染較嚴(yán)重，目前我國約有70%以上的電力仍靠火力發(fā)電.2．水力發(fā)電水力發(fā)電站是以水流的落差來推動水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)并帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。雖然水電廠的投資較大，建設(shè)時間長，但因節(jié)約能源和環(huán)保故成本較火力發(fā)電低。此外水力發(fā)電還可以和水利樞紐工程結(jié)合，收到綜合利用的效果。3．原子能發(fā)電原子能發(fā)電廠基本與火力發(fā)電廠相同，只是以原子核裂變時釋放出的巨大能量來加熱水代替煤的燃燒。除了上述三種發(fā)電方式外，還可利用風(fēng)力、潮汐、太陽能、地?zé)岬葋戆l(fā)電。二、電能的輸送與分配圖14-2發(fā)電、輸電和配電系統(tǒng)簡圖電力系統(tǒng)中的變壓器一次側(cè)電壓為電網(wǎng)額定電壓，而二次側(cè)電壓應(yīng)比電網(wǎng)高5%~10%。14.2常用照明電路常見的照明電光源可分為兩大類：熱輻射光源和氣體放電光源。熱輻射光源是指某一金屬通過電流時被燃至白熾狀態(tài)而發(fā)光，普通白熾燈和鹵鎢燈就屬于這一類。氣體放電光源是指借助氣體或金屬蒸汽放電過程中激發(fā)熒光材料而發(fā)光，熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈、節(jié)能燈、霓虹燈、紅外線燈和紫外線燈都屬于該類。一、白熾燈1．普通白熾燈的構(gòu)造白熾燈俗稱燈泡。1879年愛迪生發(fā)明了第一只可用的炭絲白熾燈。現(xiàn)代白熾燈的燈絲由鎢金屬制成。白熾燈燈頭有卡口式和螺旋式兩種.a）b）圖14-3a）卡口式b）螺口式白熾燈消耗的電能絕大部分以熱能的形式散失掉，只有7%~8%的電能轉(zhuǎn)變成光能，所以其發(fā)光效率低。為了能使燈絲溫度盡可能高而獲得較大的光效率，通常將鎢絲制成單螺旋或雙螺旋狀。2．鹵鎢燈鹵鎢燈發(fā)光原理與普通白熾相同，都是熱輻射光源，其外形有單端燈腳和雙端燈腳兩種。圖14-4雙端燈腳鹵鎢燈結(jié)構(gòu)圖鹵鎢燈按充入鹵素的不同分為碘鎢燈和溴鎢燈，其性能較普通白熾燈有很大的改進(jìn)。普通白熾燈的鎢絲蒸發(fā)后會積聚在燈泡內(nèi)壁使玻璃殼發(fā)黑，降低了透光性，從而導(dǎo)致發(fā)光效率低。而對于碘鎢燈，當(dāng)燈絲處于白熾發(fā)光狀態(tài)時，碘和燈絲蒸發(fā)出來的鎢生成揮發(fā)性的碘化鎢并擴(kuò)散，使燈絲周圍形成一層碘化鎢蒸汽云，蒸汽云在靠近燈絲的高溫（1450°以上）處又分解成碘和鎢，鎢留在燈絲上，而碘又回到溫度較低的位置，與蒸發(fā)出來的鎢又生成碘化鎢，依次循環(huán)，從而提高發(fā)光效率和燈絲壽命。3．常用白熾燈電路1）一只開關(guān)控制一盞燈為了安全，電燈的開關(guān)，螺口燈頭的頂部電極都應(yīng)裝在火線上。圖14-5白熾燈的接線2）一盞燈的兩地控制在樓梯上下、走廊兩端等需要的兩個地方同時控制一盞燈，且互不影響，可選擇雙聯(lián)開關(guān)。在接線時應(yīng)注意，火線、地線應(yīng)接在雙聯(lián)開關(guān)的動觸頭上。a）b）圖14-6雙聯(lián)開關(guān)的接線a）電源接通b）電源斷開二、氣體放電光源1．日光燈日光燈也稱熒光燈，是一種低壓汞放電燈具。日光燈由鎮(zhèn)流器、啟輝器和燈管組成，為了提高功率因數(shù)，可以加裝電容器。鎮(zhèn)流器是一只帶有鐵心的電感線圈。它的作用有兩個：一是與啟輝器配合產(chǎn)生瞬間高壓使燈管內(nèi)汞蒸汽電離；二是日光燈正常工作后起限制燈管電流的作用。啟輝器是一個充有氖氣的密封玻璃殼，內(nèi)裝有一個靜觸片和U型動觸片。當(dāng)外加電壓較低時，啟輝器處于斷開狀態(tài)；當(dāng)電壓高于150V時，啟輝器內(nèi)產(chǎn)生輝光放電。啟輝器的兩端常并有一只電容器，用以防止啟輝器兩觸片由閉合變?yōu)閿嚅_時產(chǎn)生的電火花。a）b）熒光燈比白熾燈壽命長，發(fā)光效率高，但存在頻閃現(xiàn)象，易使人發(fā)生錯覺。圖14-7熒光燈電路圖a）熒光燈管b）電路圖圖14-8電子鎮(zhèn)流器熒光燈電路a）b）圖14-9節(jié)能燈外形a）SL型b）H型2．高壓汞燈高壓汞燈也稱為高壓水銀燈。圖14-10高壓汞燈高壓汞燈發(fā)光效率高、功率較大，起動時間長，適用于不經(jīng)常開燈的地方，如大中型廠房、船廠、道路、運(yùn)動場等場地照明。3．高壓鈉燈圖14-11高壓鈉燈a）結(jié)構(gòu)圖b）內(nèi)啟動c）外啟動高壓鈉燈透霧性強(qiáng)，適用于道路、港口、廣場等照明。14.3光纖傳輸現(xiàn)在，光纖每千米的損耗已減小到零點幾分貝甚至更少。由于光纖的傳輸損耗低，信息容量大，抗電磁干擾能力強(qiáng)、尺寸小、重量輕，有利于敷設(shè)和運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點，使得光纖在通信、傳感以及其它領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。一、光纖的結(jié)構(gòu)光纖是光導(dǎo)纖維的簡稱，是用石英玻璃拉成的纖維絲。圖14-12光纖的結(jié)構(gòu)其中纖芯、包層是用來傳送光頻電磁波的介質(zhì)，護(hù)套只起保護(hù)作用。光纖的結(jié)構(gòu)包括纖芯、包層和護(hù)套.圖14-13光纜的基本結(jié)構(gòu)a）層絞式b）單位式c）帶狀d）骨架式二、光纖的工作原理光纖是利用光的全反射原理來傳輸光線的。纖芯折射率總要比包層的擴(kuò)散率高。因此，光線在光纖芯與包層界面上產(chǎn)生全反射，形成了光纖中傳播的光。光波在纖維內(nèi)成“之”字形路徑向前傳播，能高效率地傳送光信號圖14-14光在光纖中的傳播三、光纖的應(yīng)用光纖的應(yīng)用很廣泛，特別是在光纖通信和光纖傳感方面。光纖通信所采取的方式是光電型的，而不是全光型。即首先把電信號調(diào)制到光波上，被調(diào)制的光波通過光纖傳輸?shù)浇邮盏?，通過解調(diào)再恢復(fù)成電信號。圖14-15光纖通信系統(tǒng)原理方框圖14.4安全用電一、觸電觸電是指由于人體與帶電體的意外接觸，而使人體承受過高的電壓，以致引起死亡或局部受傷的現(xiàn)象。觸電依傷害程度不同分為“電傷”和“電擊”兩種。a）b）c）圖14-16觸電方式a）單相觸電b）兩相觸電c）跨步觸電觸電方式:在三相四線制供電系統(tǒng)中，中性點通過專用的接地體接地。當(dāng)人體觸及任何一根裸導(dǎo)線或絕緣失效的導(dǎo)線時，人體就會通過電流，其大小為式中UP為相電壓有效值，R0為接地電阻，其值一般為4歐以下，Rm為人體電阻（約為幾百到幾千歐），當(dāng)出汗或受潮時其電阻值會顯著減少。在最不利的情況下人體電阻約為1KΩ，此時UP若為220V，通過人體的交流電流將達(dá)到0.22A。然而，當(dāng)人體通過的交流電流的有效值超過1mA時，人體就會有輕微麻感；當(dāng)其有效值超過10mA時，觸電人就不易自己脫離電源，當(dāng)超過50mA以上時，在1S內(nèi)人會因心臟停止跳動而死亡。我國規(guī)定特別危險環(huán)境中使用的手持電動工具應(yīng)采用42V安全電壓；有電擊危險的環(huán)境中使用的手持照明燈和局部照明燈采用36V或24V安全電壓；金屬容器內(nèi)，特別潮濕處等特別環(huán)境中使用的手持照明燈應(yīng)采用12V安全電壓；水下作業(yè)應(yīng)采用6V安全電壓。二、用電設(shè)備的接地與接零電氣設(shè)備的金屬外殼必須采取保護(hù)接地或保護(hù)接零的措施。1．保護(hù)接地變壓器中性點不直接接地的電網(wǎng)中，一切電氣設(shè)備（如電動機(jī)、變壓器、照明燈具等）的金屬外殼通過很小的電阻與大地可靠連接起來，這種接地方法稱為保護(hù)接地。圖14-17保護(hù)接地原理2．保護(hù)接零在1KV以下變壓器中性點直接接地的電力網(wǎng)中，一切電氣設(shè)備的金屬外殼應(yīng)與電網(wǎng)零干線可靠連接，這種連接方法稱為保護(hù)接零。另外，在同一電力網(wǎng)中，絕不允許一部分電氣設(shè)備保護(hù)接零，另一部分設(shè)備保護(hù)接地。圖14-18保護(hù)接零原理三、家庭安全用電常識1．在任何情況下，均不能用手鑒定接線端裸導(dǎo)線是否有電。2．家用電器的保險絲禁用銅絲代替，禁止用一般膠布或藥用膠布代替電工膠布。3．常用電器的控制開關(guān)應(yīng)接在火線上，這樣開關(guān)斷電后，電器不會有電壓。4．家用電器的外殼應(yīng)良好的接零，因此單相家用電器應(yīng)使用三孔插座和三柱插頭，其外形如圖14-19所示。圖14-19三孔插座與三腳插頭a）b）圖14-20家用電器外殼接零a）不正確b）正確5．當(dāng)發(fā)生電氣火災(zāi)時，首先應(yīng)切斷電源，然后滅火。在切斷電源前嚴(yán)禁用水或一般酸性泡沫滅火器來滅火，只能用二氧化碳、二氟一氯、一溴甲烷（即1211）、二氟二溴式干粉滅火器。在滅火器材不足的情況下，可借助細(xì)砂子，細(xì)土滅火。四、觸電急救1．盡快脫離電源2．現(xiàn)場急救①觸電人神志清醒，但有些心慌、四肢發(fā)麻、全身無力；或觸電人一度昏迷且已清醒過來，應(yīng)使觸電人安靜休息，不要走動，嚴(yán)密觀察，必要時送醫(yī)院診治。②觸電人已失去知覺，但心臟仍在跳動，還有呼吸，應(yīng)使觸電人在空氣清新和地方舒適、安靜地平躺，保持呼吸通暢，并迅速請醫(yī)生現(xiàn)場診治。③如果觸電人失去知覺，呼吸停止，但心臟仍在跳動，應(yīng)立即進(jìn)行人工呼吸，并及時請醫(yī)生到現(xiàn)場。④觸電人呼吸和心臟跳動完全停止，應(yīng)立即進(jìn)行人工呼吸和心胸外擠壓急救等，并迅速請醫(yī)生到現(xiàn)場。人工呼吸和心胸擠壓的操作方法包括俯臥壓背法，仰臥牽臂法，口對口人工吹氣法，胸外心臟擠壓法。下面只介紹簡單易行、效果較好的“口對口吹氣法”和“胸外擠壓心臟法”兩種方法。圖14-21口對口人工呼吸法a）清理口腔阻塞