《電子與電工技術(shù)》課件第1章

1.1發(fā)電、輸電和配電概述1.2電力線路1.3導(dǎo)線的安全條件與選擇1.4安全用電與觸電急救小結(jié)習(xí)題第1章企業(yè)供電與安全用電1.1.1電力的生產(chǎn)和輸送

電力用戶所需的電力是由發(fā)電廠生產(chǎn)的。發(fā)電廠又稱發(fā)電站，是將自然界蘊(yùn)藏的各種天然能源(一次能源)轉(zhuǎn)換為電能(二次能源)的工廠。按照所利用的能源種類，發(fā)電廠可分為水力、火力、原子能、風(fēng)力、太陽(yáng)能發(fā)電廠等。現(xiàn)在世界各國(guó)建造最多的主要是水力發(fā)電廠和火力發(fā)電廠。近二十年來(lái)，核電站的發(fā)展也很快。1.1發(fā)電、輸電和配電概述各種發(fā)電廠中的發(fā)電機(jī)幾乎都是三相交流發(fā)電機(jī)。我國(guó)生產(chǎn)的交流發(fā)電機(jī)的電壓等級(jí)有400／230V和3.15kV、6.3kV、10.5kV、13.8kV、15.75kV、18kV等多種。

發(fā)電廠大多建在能源豐富的地區(qū)，距離用電地區(qū)往往很遠(yuǎn)。所以，發(fā)電廠生產(chǎn)的電能一般用升壓變壓器升高電壓后輸送到用電戶附近，又經(jīng)降壓變壓器降低電壓再供給用電戶，如圖1-1所示。圖1-1發(fā)電廠到用戶的過(guò)程

1.1.2電力系統(tǒng)、電力網(wǎng)及動(dòng)力系統(tǒng)的概念

電力系統(tǒng)是指通過(guò)各級(jí)電壓的電力線路，將發(fā)電廠、變配電所和電力用戶連接起來(lái)的一個(gè)發(fā)電、輸電、變電、配電和用電的整體。

為了提高各發(fā)電廠的設(shè)備利用率，合理調(diào)配各發(fā)電廠的負(fù)載，以提高供電的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，常常將同一地區(qū)的各種發(fā)電廠聯(lián)合起來(lái)而組成一個(gè)強(qiáng)大的電力系統(tǒng)。圖1-2是一個(gè)電力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。圖1-2電力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

1.1.3電力分配

電力分配是指從電能輸送線末端的變電所將電能分配給各工業(yè)企業(yè)和城市。工業(yè)企業(yè)設(shè)有中央變電所和車間變電所(小規(guī)模的企業(yè)往往只有一個(gè)變電所)。中央變電所接受送來(lái)的電力，然后分配到各車間，再由車間變電房或配電箱(配電板)將電力分配給各用電設(shè)備。放射式配電線路如圖1-3所示。其特點(diǎn)是當(dāng)某配電線路發(fā)生故障時(shí)，不影響其他配電線路的運(yùn)行，因此供電可靠性較高。但該線路消耗的有色金屬較多，采用的開(kāi)關(guān)電器較多。放射式配電線路一般適用于設(shè)備容量大或供電可靠性要求高的場(chǎng)合。

圖1-3放射式配電線路

圖1-4所示為環(huán)形配電線路。例如，在企業(yè)內(nèi)的一些車間變電所低壓側(cè)，通過(guò)低壓聯(lián)絡(luò)線相互連接為環(huán)形接線。該接線可靠性較高，任一段線路發(fā)生故障或進(jìn)行檢修時(shí)，都不會(huì)造成供電中斷，或只短暫停電，一旦切換電源的操作完成，即可恢復(fù)供電；同時(shí)，電能損耗和電壓損耗較低。但是，其保護(hù)裝置及整定配合比較復(fù)雜，如果配合不當(dāng)，容易發(fā)生

誤動(dòng)作，反而會(huì)擴(kuò)大停電范圍。圖1-4環(huán)形配電線路

圖1-5所示為樹(shù)干式配電線路。與放射式配電線路相比，樹(shù)干式配電線路采用的開(kāi)關(guān)電器較少，消耗的有色金屬

也較少，一旦干線損壞或需要修理時(shí)，就會(huì)影響連在同一干線上的負(fù)載，故其供電可靠性較低。其在機(jī)械加工車間、工具車間和機(jī)修車間中應(yīng)用較普遍，且多采用封閉式母線，

靈活性大，也較安全，適用于容量小而分布較均勻的用電設(shè)備配電。

實(shí)際的低壓配電系統(tǒng)往往是幾種接線方式的綜合應(yīng)用。圖1-5樹(shù)干式配電線路

1.2.1架空線路

架空線路是指擋距超過(guò)25米，利用電桿塔敷設(shè)的高、低壓電力線路。架空線路由導(dǎo)線、電桿、絕緣子和線路金具等元件組成，為了防雷，有的架空線路上設(shè)有避雷針，如圖1-6所示。1.2電力線路圖1-6部分架空線路的結(jié)構(gòu)

鋁絞線(代號(hào)LJ)一般由7股和19股鋁線絞制而成。其電阻率較銅稍高，重量輕，對(duì)風(fēng)雨有較強(qiáng)的抵抗力，但抗化學(xué)腐蝕作用較差，機(jī)械強(qiáng)度低。由于成本低，施工方便，

鋁絞線多用于10kV及以下線路上，如工廠的10kV進(jìn)線和廠區(qū)的220／380V架空線。

有時(shí)為了提高鋁絞線的機(jī)械強(qiáng)度，常在絞線中心加入鋼芯，構(gòu)成鋼芯鋁絞線(代號(hào)LGJ)，如圖1-7所示。圖1-7鋼芯鋁絞線截面

絞線代號(hào)中各字母說(shuō)明如下：拉線的作用是平衡電桿各方面的作用力，并抵抗風(fēng)壓以防止電桿傾倒。

拉線的結(jié)構(gòu)如圖1-9所示。

線路絕緣子和金具絕緣子用來(lái)將導(dǎo)線固定在電桿上，如圖1-10所示，并使導(dǎo)線與電桿絕緣。絕緣子要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和電氣絕緣強(qiáng)度。其按電壓高低分為高壓和低壓絕緣子。圖1-8高壓電桿上安裝的瓷橫擔(dān)

圖1-9拉線的結(jié)構(gòu)

圖1-10高壓線路絕緣子

1.2.2車間線路

車間線路包括室內(nèi)和室外配電線路。室內(nèi)配電線路大多采用絕緣導(dǎo)線；室外配電線路指的是沿車間外墻或屋檐敷設(shè)的低壓配電線路，都采用絕緣電線。

絕緣電線按其芯線材質(zhì)分，有銅芯或鋁芯兩種。按其絕緣材料分，有橡皮絕緣的和塑料絕緣的。塑料絕緣導(dǎo)線的絕緣性能好，耐油和抗酸堿腐蝕，價(jià)格較低，且可節(jié)約大量橡膠和棉紗，因此在室內(nèi)明敷和穿管暗敷中應(yīng)優(yōu)先采用塑料絕緣導(dǎo)線。但塑料絕緣導(dǎo)線在高溫時(shí)絕緣易軟化老化，低溫時(shí)絕緣又易變硬發(fā)脆，因此在高溫場(chǎng)所及室外不宜選用，而應(yīng)選用橡皮絕緣導(dǎo)線。1.2.3電纜線路

電纜線路是指由電力電纜敷設(shè)的線路。電纜線路的主要元件是電力電纜和電線頭。

1.電力電纜的結(jié)構(gòu)

圖1-11分別是油浸紙絕緣電力電纜和交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜的結(jié)構(gòu)圖。圖1-11電力電纜的結(jié)構(gòu)

電力電纜一般用于工廠供電系統(tǒng)的引入線、輸電主干線等要求較高的場(chǎng)所。電力電纜具有優(yōu)良的電氣絕緣性能，優(yōu)良的熱性能，較好的機(jī)械強(qiáng)度和防腐性能，與其他導(dǎo)線相

比，其經(jīng)久耐用，安全可靠，敷設(shè)方便，維護(hù)量小。但其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本較高。常用電纜品種及主要用途見(jiàn)表1-1。表1-1常用電纜品種及主要用途

2.電纜頭的結(jié)構(gòu)

電纜頭包括電纜中間接頭和電纜終端頭。電纜頭按使用的絕緣材料或填充材料分有環(huán)氧樹(shù)脂澆注的、纏包式的和熱縮材料的電纜頭等。

由于熱縮材料的電纜頭具有施工簡(jiǎn)便、價(jià)格低廉和性能良好等優(yōu)點(diǎn)，因而近年來(lái)在電纜工程中得到廣泛應(yīng)用，如

圖1-12所示。圖1-12交聯(lián)電纜熱縮終端頭

1.3.1導(dǎo)線截面的選擇

導(dǎo)線截面必須滿足的條件涉及發(fā)熱、電壓損耗、機(jī)械強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)電流密度等方面。

1.滿足發(fā)熱條件的要求

導(dǎo)線在通過(guò)正常最大負(fù)荷電流(如計(jì)算電流)時(shí)，發(fā)熱不應(yīng)超過(guò)線芯所允許的溫度，否則將會(huì)因過(guò)熱引起導(dǎo)線絕緣層損壞或加速老化。導(dǎo)體在正常和短路時(shí)的最高允許溫度及熱穩(wěn)定系數(shù)如表1-2所示。1.3導(dǎo)線的安全條件與選擇表1-2導(dǎo)體在正常和短路時(shí)的最高允許溫度及熱穩(wěn)定系數(shù)

2.滿足電壓損耗的要求

導(dǎo)線在通過(guò)正常最大負(fù)荷電流(即計(jì)算電流)時(shí)，在線路上產(chǎn)生的電壓損耗不應(yīng)超過(guò)最大允許值，以保證供電質(zhì)量。對(duì)于低壓動(dòng)力線，電壓損失不能大于±5％；對(duì)于照

明線路，電壓損失不能大于±3％。

對(duì)于集中負(fù)荷的三相線路，每相線路的電壓損失ΔU為式中：P、Q分別為線路上各負(fù)載的有功、無(wú)功功率；R、X分別為線路的電阻、電抗；UN為線路的額定電壓。

若三相線路的導(dǎo)線截面、材料、敷設(shè)方式均相同且cosφ≈1稱為無(wú)感線路)，則

其與UN之比的百分值以ΔU%表示)為式中：M=PL為負(fù)荷力矩，L為線路長(zhǎng)度；C=γ/100為對(duì)這種線路的計(jì)算系數(shù)，γ為導(dǎo)線的電導(dǎo)率；A為導(dǎo)線截面。

3.滿足機(jī)械強(qiáng)度的要求

為了防止斷線，保證安全可靠運(yùn)行，導(dǎo)線應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。通常，導(dǎo)線不應(yīng)小于規(guī)定的最小截面，見(jiàn)表1-3。表1-3機(jī)械強(qiáng)度應(yīng)允許的導(dǎo)線最小截面

4.滿足經(jīng)濟(jì)電流密度的要求

35kV及以上線路與35kV以下但電流很大的線路，其導(dǎo)線和電纜截面宜按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇，以使線路的年費(fèi)用支出最小。按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇的截面稱為經(jīng)濟(jì)截面。

10kV及以下的線路通常不按經(jīng)濟(jì)電流密度。我國(guó)導(dǎo)線和電纜的經(jīng)濟(jì)電流密度規(guī)定如表1-4所示。表1-4導(dǎo)線和電纜的經(jīng)濟(jì)電流密度1.3.2導(dǎo)線的選擇

1.導(dǎo)線截面的選擇

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB50054的有關(guān)規(guī)定，導(dǎo)線截面的選擇主要應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：

(1)線路電壓損失應(yīng)滿足用電設(shè)備正常工作及起動(dòng)時(shí)端電壓的要求；

(2)按敷設(shè)方式及環(huán)境條件確定的導(dǎo)體載流量，不應(yīng)小于計(jì)算電流；

(3)導(dǎo)體應(yīng)滿足動(dòng)穩(wěn)定與熱穩(wěn)定的要求；

(4)導(dǎo)體最小截面應(yīng)滿足機(jī)械強(qiáng)度的要求。

工程中，固定敷設(shè)的導(dǎo)線最小芯線截面應(yīng)符合表1-5所示的規(guī)定。表1-5固定敷設(shè)的導(dǎo)線最小芯線截面在三相四線制配電系統(tǒng)中，中性線(N線)的允許載流量不應(yīng)小于線路中最大不平衡負(fù)荷電流，且應(yīng)計(jì)入諧波電流的影響。

當(dāng)保護(hù)線(PE線)所用材質(zhì)與相線相同時(shí)，PE線最小截面應(yīng)符合表1-6所示的規(guī)定。表1-6PE線最小截面選擇導(dǎo)線時(shí)還必須考慮(導(dǎo)線的)最高允許工作溫度，導(dǎo)線通電的工作制(如長(zhǎng)期固定負(fù)荷運(yùn)行、變負(fù)荷運(yùn)行和間斷運(yùn)行等)及環(huán)境溫度等。

在照明電路中，導(dǎo)線截面的選擇主要從線路的最大允許電壓損失和導(dǎo)線機(jī)械強(qiáng)度兩方面來(lái)考慮。根據(jù)GB50259的規(guī)定，其最小芯線截面如表1-7所示。表1-7照明燈導(dǎo)線的最小芯線截面

2.導(dǎo)線顏色的選擇

在GB2681中，對(duì)導(dǎo)線顏色的選擇也有相應(yīng)規(guī)定，具體見(jiàn)表1-8。表1-8成套裝置中導(dǎo)線顏色的規(guī)定在GB7947中規(guī)定：

(1)綠／黃雙色的使用。

綠／黃雙色只用來(lái)標(biāo)記保護(hù)導(dǎo)體，不能用于其他目的

(2)淡藍(lán)色的使用。

淡藍(lán)色只用于中性線或中間線。

電路中有用顏色來(lái)識(shí)別的中性線或中間線時(shí)，所用的顏色必須為淡藍(lán)色。

在這里要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，設(shè)備的內(nèi)部布線一般推薦黑色線，因此不能把黑色線作為接地線。

在直流電路中導(dǎo)線極性的顏色也有相應(yīng)規(guī)定，具體見(jiàn)表1-9。表1-9直流電路中導(dǎo)線極性的顏色規(guī)定1.4.1電流對(duì)人體的傷害

電流通過(guò)人體時(shí)，對(duì)人體傷害的嚴(yán)重程度與通過(guò)人體電流的大小、頻率、流經(jīng)途徑及人體狀況等多種因素有關(guān)，而且各種因素之間有著十分密切的關(guān)系。

1.危害程度與電流大小的關(guān)系

2.傷害程度與通電時(shí)間的關(guān)系

3.傷害程度與電流途徑的關(guān)系

4.傷害程度與電流種類的關(guān)系

5.傷害程度與人體狀況的關(guān)系1.4安全用電與觸電急救1.4.2觸電的常見(jiàn)原因

在生產(chǎn)過(guò)程和日常生活中，人遭受電擊的場(chǎng)合、方式是多種多樣的。

各種觸電現(xiàn)象按其原因分為直接觸電和間接觸電。直接觸電是指人體直接接觸或過(guò)分接近帶電體而觸電；間接觸電是指人體觸及正常時(shí)不帶電而發(fā)生故障時(shí)才帶電的金屬導(dǎo)體。1.觸電形式

(1)單相觸電。

(2)兩相觸電。

(3)跨步電壓。

2.觸電原因

(1)線路架設(shè)不合規(guī)格。

(2)電氣操作制度不嚴(yán)格、不健全。

(3)用電設(shè)備不合要求。

(4)用電不謹(jǐn)慎。1.4.3防止觸電及預(yù)防保護(hù)措施

為了防止觸電事故的發(fā)生，必須采取有效的保護(hù)措施

1.使用安全電壓

在一般建筑物中可使用36V或24V電壓；在特別危險(xiǎn)的生產(chǎn)場(chǎng)地，如潮濕、有腐蝕性氣體或有導(dǎo)電塵埃以及能導(dǎo)電的地面和狹窄的工作場(chǎng)所等，則要使用12V或6V的安全電壓。安全電壓的等級(jí)及選用舉例見(jiàn)表1-10。表1-10安全電壓的等級(jí)及選用舉例

2.絕緣保護(hù)

絕緣保護(hù)是用絕緣體把可能形成的觸電回路隔開(kāi)，以防止觸電事故的發(fā)生。常見(jiàn)的絕緣保護(hù)方法有外殼絕緣、場(chǎng)地絕緣和用變壓器隔離等。

(1)外殼絕緣。

(2)場(chǎng)地絕緣。

(3)變壓器隔離。

3.接零或接地

為了人身安全和電力系統(tǒng)工作的需要，要求電氣設(shè)備采取接地措施，以有效地防止由設(shè)備外殼帶電引起的觸電事故。按接地目的的不同，其主要可分為工作接地、保護(hù)接地和保護(hù)接零三種，如圖1-13所示。圖中的接地體是埋入地中并且直接與大地接觸的金屬導(dǎo)體。圖1-13工作接地、保護(hù)接地和保護(hù)接零

(1)工作接地。

(2)保護(hù)接地。

保護(hù)接地的作用可用圖1-14來(lái)說(shuō)明。在電機(jī)外殼沒(méi)接地(見(jiàn)圖1-14(a))的情況下，當(dāng)電機(jī)發(fā)生一相磁殼故障時(shí)，其外殼將帶有相電壓，如人體觸及外殼，全部接地電容電流將

通過(guò)人體，非常危險(xiǎn)。如果對(duì)電機(jī)外殼進(jìn)行保護(hù)接地(見(jiàn)圖1-14(b)，則由于人體電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于保護(hù)接地電阻，因此人體觸及外殼也無(wú)多大危險(xiǎn)。因?yàn)榻拥仉娙蓦娏髦饕杀Ｗo(hù)接地裝置分擔(dān)了，流經(jīng)人體的電流就很小了。圖1-14保護(hù)接地

(3)保護(hù)接零。

圖1-15所示的是電動(dòng)機(jī)的保護(hù)接零。當(dāng)電動(dòng)機(jī)某一相繞組的絕緣損壞而與外殼相接時(shí)，就形成單相短路，迅速將這一相中的熔絲熔斷，因而外殼便不再帶電。即使在熔絲熔斷

前人體觸及外殼時(shí)，也由于人體電阻遠(yuǎn)大于線路電阻，因而通過(guò)人體的電流也是極為微小的。圖1-15保護(hù)接零

為什么在中性點(diǎn)接地的系統(tǒng)中不采用保護(hù)接地呢?因?yàn)楫?dāng)電氣設(shè)備的絕緣損壞時(shí)，接地電流為式中：Up為系統(tǒng)的相電壓；R0和

分別為保護(hù)接地和工作接地的接地電阻。如果系統(tǒng)電壓為380／220V，R0==4Ω，則接地電流為為了保證保護(hù)裝置能可靠地動(dòng)作，接地電流不應(yīng)小于繼電保護(hù)裝置動(dòng)作電流的1.5倍或熔絲額定電流的3倍。因此，27.5A的接地電流只能保證斷開(kāi)動(dòng)作電流不超過(guò)的繼電保護(hù)裝置或額定電流不超過(guò)的熔絲。如果電氣設(shè)備容量較大，就得不到保護(hù)，接地電流長(zhǎng)期存在，外殼也將長(zhǎng)期帶電，其對(duì)地電壓為1.4.4觸電急救

觸電是有可能發(fā)生的，但真的發(fā)生以后我們應(yīng)該做什么？我們主要做以下幾點(diǎn)：

1.迅速使觸電者脫離帶電體

人體觸電后，通常會(huì)由于痙攣或失去知覺(jué)而不能擺脫帶電體。這時(shí)，使觸電者迅速脫離電源是救活觸電者的首要因素。根據(jù)實(shí)際情況可采用下列方法使觸電者脫離電源(參見(jiàn)圖1-16)。圖1-16觸電者脫離電源的方法

在施行人工呼吸救護(hù)時(shí)，應(yīng)注意如下問(wèn)題：

(1)施行人工呼吸前，應(yīng)迅速將觸電者身上妨礙呼吸的衣服、上衣、褲帶等解開(kāi)。

(2)清除觸電者口內(nèi)的粘液、假牙以及妨礙呼吸的東西

(3)根據(jù)觸電者身體特點(diǎn)采用適當(dāng)?shù)募本确椒?，如俯臥壓背人工呼吸法多用于青壯年，但對(duì)孕婦、老人、兒童則不宜采用此方法，而宜使用仰臥牽臂法。

(4)觸電者不能直接躺在潮濕或混凝土地面急救，注意保持病人體溫。

(5)人工呼吸不間斷地連續(xù)進(jìn)行，換人時(shí)節(jié)奏要一致，被救人有微弱的自主呼吸時(shí)要繼續(xù)進(jìn)行，直到呼吸正常為止。(6)搶救觸電者往往需要較長(zhǎng)時(shí)間，在實(shí)施各種急救方法的過(guò)程中，必須連續(xù)進(jìn)行，不得間斷。

3.急救方法

1)口對(duì)口人工呼吸法

按上述步驟，連續(xù)不斷地進(jìn)行。對(duì)成年人每分鐘大約吹氣12次（約5s/次，吹氣約2s；呼氣約3s，見(jiàn)圖1-17、圖1-18)。給兒童吹氣時(shí)，每分鐘吹18~20次，不必捏緊鼻孔，任

其自然漏氣，并注意不要使兒童胸部過(guò)分膨脹，防止吹破肺泡。如果觸電者的嘴不易掰開(kāi)，可改為捏緊他的嘴用口對(duì)鼻孔吹氣。圖1-17口對(duì)口人工呼吸法吹氣

圖1-18口對(duì)口人工呼吸法換氣

2)胸外心臟擠壓急救法

施行各種人工呼吸法是在觸電者呼吸停止，但心臟仍在跳動(dòng)時(shí)經(jīng)常采用的方法。如果觸電者尚有呼吸，而心臟跳動(dòng)停止，則應(yīng)進(jìn)行胸外心臟擠壓法。

(1)觸電者仰臥，保持呼吸道暢通，背部著地處應(yīng)平整穩(wěn)固，以保證擠壓效果。

(2)救護(hù)人跪在觸電者腰部一側(cè)，或者騎跪在其身上，兩手相疊，手掌根部放在心窩上方，胸骨下三分之一處（見(jiàn)圖1-19)，接觸胸部只限于手掌根部，手指應(yīng)向上，與胸、肋骨之間保持一定距離，不可全掌用力。圖1-19胸外心臟擠壓急救法的正確壓區(qū)

(3)選好正確壓點(diǎn)后，救護(hù)人伸直肘關(guān)節(jié)，適當(dāng)用力，帶有沖擊性地?cái)D壓觸電者的胸骨，壓出心臟里的血液。對(duì)成年人壓陷為3~4cm，每分鐘擠壓60次為宜；對(duì)兒童只用一手，用力要小些，壓下深度要淺些，每分鐘擠壓次數(shù)大約為90~100次。

(4)擠壓后，掌根要迅速放松，讓觸電者胸廓自動(dòng)復(fù)原，血液充滿心臟。放松時(shí)掌根不必完全離開(kāi)胸膛（見(jiàn)圖1-20、圖1-21)。圖1-20胸外心臟擠壓法擠壓

圖1-21胸外心臟擠壓法放松

3)觸電者呼吸與心跳均停止的急救

(1)急救方法。

(2)注意事項(xiàng)。

施行人工呼吸和胸外心臟擠壓搶救時(shí)要堅(jiān)持不斷，切不可輕率中止，運(yùn)送途中也不能中止搶救，并應(yīng)注意觸電者皮膚和瞳孔的變化，皮膚由紫變紅、瞳孔由大變小，說(shuō)明搶救收到了效果。只有觸電者身上出現(xiàn)尸斑，身體僵冷，經(jīng)醫(yī)生作出無(wú)法救活的診斷后，才能停止搶救。

(1)電力的生產(chǎn)、輸送和分配的方式，以及電力系統(tǒng)和電網(wǎng)的組成。

(2)架空線路、電纜線路和車間線路