电源及安全用电知识

自动化实践初步第五章电路及用电安全自动化专业实践初步第5章电源及用电安全内容要点：电力系统简介工业企业配电单相交流电路三相交流电路直流稳压电源安全用电基本常识用电安全保护措施目的与要求：了解电力系统及工业企业配电了解单向交流电路和三相交流电路的基本知识了解直流电源的基本知识了解安全用电的基本常识、用电安全的保护措施及用电故障分析自动化专业实践初步5.1电力系统简介电力系统是生产、输送、分配、消费电能的一个整体。它是由各种不同类型的发电厂、输配电网及电力用户组成。它们分别完成电能的生产、输送、分配及使用。我国交流电网额定电压分为低压：220、380、660V。高压：3、6、10、35、63、110、220、330、500、750kV。自动化专业实践初步5.1电力系统简介电力网是电力系统中的一部分，其包括变电所和输电线路的全部电器设备，它的作用是将电能从发电厂输送并分配到用户处。电力网包含：输电网和配电网。输电网是电力系统中电压最高、重要性最强的电网，它的作用是将电能从发电厂输送到各个地区的配电网或直接送给大型工业企业用户。配电网是由配电线路和配电变电所组成。它的作用是将电力分配到各类用户。自动化专业实践初步5.1电力系统简介自动化专业实践初步5.2工业企业配电系统工业企业设有中央变电所和车间变电所（小规模的企业往往只有一个变电所）。从车间变电所或配电箱(配电屏)到用电设备的线路属于低压配电线路。低压配电线路的联接方式主要是放射式和树干式两种。变电所配电箱a)放射式b)树干式之一c)树干式之二自动化专业实践初步5.2工业企业配电系统当负载点比较分散而各个负载点又具有相当大的集中负载时，采用放射式较为合适。当负载集中，同时各个负载点位于变电所或配电箱的同一侧，其间距离较短，或负载比较均匀地分布在一条线上时，采用树干式较为合适。放射式供电可靠，但敷设投资较高，树干式供电可靠性较低，但是树干式灵活性较大。另外，放射式与树干式比较，前者导线细，但总线路长，而后者则相反。自动化专业实践初步5.2工业企业配电系统某校实验楼树形供电线路自动化专业实践初步5.2工业企业配电系统自动化专业实践初步5.2工业企业配电系统例5-1请根据图5-5所示的供电线路画出其示意图。降压变压器配电柜教学区#2配电柜教学区#1配电柜教学区#33层配电箱2层配电箱1层配电箱房间配电箱房间配电箱1#主配电柜自动化专业实践初步5.3单相交流电直流电压是一直不变的，但交流电压和电流的大小、方向随时间而变化。自动化专业实践初步5.3单相交流电所谓正弦交流电路，是指含有正弦电源(激励)而且电路各部分所产生的电压和电流(响应)均按正弦规律变化的电路。在生产上和日常生活中所用的交流电一般都是指正弦交流电。正弦波交流的产生原理自动化专业实践初步1fT2TmImIi2T2Ttt频率与周期自动化专业实践初步5.3单相交流电相位sin()miIt1212()()tt1,iit0it021,uiit03i2i1ia)初相位不同的正弦波形b)初相位不相等的正弦波形c)正弦量的同相与反相mI1ii2mUmI1mI2mI3mIA相位差：自动化专业实践初步相位和相位差动画演示自动化专业实践初步5.3单相交流电在任一瞬间的值称为瞬时值，用小写字母来表示，如，及分别表示电流、电压及电动势的瞬时值；瞬时值中最大的值称为幅值或最大值，用带下标的大写字母来表示，如，，分别表示电流、电压及电动势的幅值；有效值用大写字母表示，如，，。指将周期电流或电压在一个周期内产生的平均效应换算为等效的直流量。iuemImUmEIUE201TIidtT0.7072mmIII当为正弦量时i瞬时值和有效值自动化专业实践初步5.3单相交流电功率与功率因数1、瞬时功率是指交流电路中任一瞬间的功率。()sinutUtsin()miIt()()()sinsin()11coscos(2)22coscos(2)mmmmmmptutitUIttUIUItUIUIt可见，瞬时功率是由两项组成，一项是与时间无关的常数项，另一项是以二倍频率随时间变化的周期性函数。自动化专业实践初步5.3单相交流电SUI4、无功功率：是衡量储能元件（电感、电容）与外部电路交换的功率。sinQUI2、有功功率：又叫平均功率，是功率在一个周期内的平均值。它是指在交流电路中电阻部分所消耗的功率。称为功率因数，其意义为有功功率所占的比例。3、视在功率：电压和电流的乘积，单位是（VA）。01()TPptdtT01[coscos(2)]cosTPUIUItdtUITcos自动化专业实践初步5.3单相交流电电阻元件的交流电路uitOuui2tOPpiRa)电路图c)功率波形b)电压和电流的正弦波形a)b)c)自动化专业实践初步5.3单相交流电设则平均功率sinmiItsinsinmmuRiRItUt2sin(1cos2)2(1cos2)mmRmmUIppuiUIttUIt瞬时功率220011(1cos2)TTUPpdtUItdtUIRITTR自动化专业实践初步5.4三相交流电三相交流电源1U2U2u1u1V2V2v1v1W2W1w2w图5-9三相变压器1u、低压绕组从始端、、引出的三根导线、和称为相线或端线，俗称“火线”。从三个末端连在一起的连接点引出的导线为中性点或零点，用表示。1u1v1w1L2L3LN自动化专业实践初步5.4三相交流电三相交流电的产生演示自动化专业实践初步5.4三相交流电1u1v1w1u2u31u12u3u23u1L2L3LNN1U1V1W1U高压绕组低压绕组三相变压器连接0/YY每相始端与末段间的电压，亦即相线与中性线间的电压，称为相电压。任意两始端间的电压，亦即两相线间的电压，称为线电压。自动化专业实践初步5.4三相交流电060ut1u2u3u123sinsin(120)sin(240)sin(240)mmmmuUtuUtuUtUt三相正弦波形图相序是：111UVW相电压：自动化专业实践初步可见：线电压的频率和相电压相同；线电压分别超前对应相电压，线电压的幅值、有效值是相电压幅值、有效值的倍。线电压：121223233131sin()sin(120)3sin(30)3sin(30120)3sin(30240)3sin(30120)mmmmmmuuuUtUtUtuuuUtuuuUtUt303自动化专业实践初步5.4三相交流电1L2L3LN三相交流电路负载的接入通常在低压系统中绝大多数采用的是三相四线制供电，其相电压为220V，线电压为380V。负载如何连接，应视其额定电压而定。自动化专业实践初步设备插座的关于火线、零线及接地线的接线方法如图5-13所示。LNPE1L2L3LN自动化专业实践初步5.4.3电能质量电能质量(PowerQuality)，即电力系统中电能的质量。从严格意思上讲，衡量电能质量的主要指标有电压、频率和波形。从普遍意义上讲是指优质供电，包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量。电能质量：自动化专业实践初步5.4.3电能质量评价电能质量的主要技术指标：(1)电网频率：我国电力系统的标称频率为50Hz。(2)电压偏差(3)三相电压不平衡(4)公用电网谐波(5)波动和闪变在现代电力系统中，电压暂降和短时中断已成为最重要的电能质量问题。自动化专业实践初步5.5直流稳压电源直流稳压电源的分类直流电源按习惯可分为化学电源、线性稳定电源和开关型稳定电源，它们又分别具有各种不同类型。b)蓄电池a)干电池c)镍镉电池c)锂电池d)镍氢电池图5-14化学电池自动化专业实践初步5.5.1直流稳压电源分类线性电源原理交流输入变压器交流电整流电路滤波稳压输出线性电源是指调整管工作在线性状态下的直流稳压电源。其优点是稳定性和可靠性高，可做成输出连续可调的产品；缺点是体积大、较笨重、效率相对较低。自动化专业实践初步5.5.1直流稳压电源分类开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。其优点是体积小，重量轻，稳定可靠；缺点是相对于线性电源来说纹波较大。AC220V流电路输入整直流电变换器交流电滤波直流输出稳压自动化专业实践初步5.5.2直流稳压电源的技术指标直流电源的技术指标额定功率额定电压额定电流效率功率因素额定输入电流负载效应源效应纹波输出电阻自动化专业实践初步5.5.3简易直流稳压电源的工作原理直流稳压电源的工作原理直流稳压电源由变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成。整流电路滤波电路稳压电路自动化专业实践初步5.5.3简易直流稳压电源的工作原理整流：整流是把交流电变换成直流电的过程，其基本原理是利用了二极管的单向导电特性。iuDLRDi~220Viu0outt0uoUouiu~220VuDiLRouiu0ou0oUtt自动化专业实践初步5.5.3简易直流稳压电源的工作原理滤波经桥式整流输出电压脉动依然很大，需经滤波得到较平滑的直流电压。采用电容C滤波的桥式整流电流如图5-21所示。(0.9~1.4)oiUU自动化专业实践初步5.5.3简易直流稳压电源的工作原理稳压要想得到稳定平直的电压，还需要加上稳压这一环节。~220VuLM317oUR1R2C1D1D2D3D41C2自动化专业实践初步5.5.4DF1731SB5A直流稳压电源的使用DF1731SB5A型双路直流稳压电源自动化专业实践初步5.6安全用电基本常识触电的危害：人体在一般的情况下，可承受20mA以下的交变电流和50mA以下的直流电流。如果触电的持续时间过长，即使是电流小到8mA左右，也可使人死亡。如果触电电流很大，即使时间很短，也可导致人死亡。为保证生命安全，行业规定交流安全电压的上限为42V，直流电压的安全上限为72V。自动化专业实践初步5.6安全用电基本常识安全用电标示举例：禁止启动禁止通行禁止烟火当心触电当心电离辐射注意安全必须戴安全帽必须戴防护手套必须戴防护眼镜自动化专业实践初步5.7用电安全保护措施直接接触防护绝缘、屏护和间距都是各种电气设备通用的安全措施。图5-25绝缘示意图自动化专业实践初步3.7用电安全保护措施间接接触防护保护接地和保护接零是防止间接接触电击的基本技术。配电系统接地型式有IT系统、TT系统和TN系统（包括TN-C、TN-S、TN-C-S系统）共5种系统。自动化专业实践初步5.7用电安全保护措施IT系统：即保护接地系统。所谓接地，就是将设备的某一部位经接地装置与大地紧密连接起来。1L2L3LEREIZNPR自动化专业实践初步5.7用电安全保护措施1L2L3LNERNRTT系统：接地的配电网中发生单相电击时，人体承受的电压接近相电压。自动化专业实践初步5.7用电安全保护措施TN系统：即保护接零系统。保护接零有利于明确区分不接地配电网中的保护接地，还有利于区分中性线和零线，有利于区分工作零线和保护零线。1L2L3LNRPEN自动化专业实践初步5.7用电安全保护措施雷电与避雷技术避雷技术：防止直接雷击防止感应雷击防止架空线路雷电侵入波等。避雷针保护范围平面上保护范围图5-29防止直接雷击自动化专业实践初步本章小结电力系统由各种不用类型的发电厂、输配电网及电力用户组成。单相正弦交流电由幅值、频率和初始相位三要素确定。其幅值是有效值的倍。三相交流电线电压有效值为380V，相电压有效值为220V，线电压超前相电压。接入负载时，应尽可能使其平衡。直流稳压电源按习惯可分为化学电源、线性稳压电源和开关型稳压电源。为确保安全用电，介绍了用电的基本