第8章工厂供电与电工测量

1、 第第8章章 工厂供电与电工测量工厂供电与电工测量 8.1 电力传输概念电力传输概念 8.2 工厂供配电系统筒介工厂供配电系统筒介 8.3 安全用电常识安全用电常识 8.4 节约用电常识节约用电常识 8.5 电工测量仪器的基本知识电工测量仪器的基本知识 8.6 电工测量技术电工测量技术 本章小结本章小结 8.1 电力传输概念电力传输概念 一切大规模现代化工农业生产、交通运输和人民生活都需要电能。工厂用电主要来自于电力系统中的发电厂。发电厂是将煤炭、水力、石油、天然气及原子能等自然能（一次能源）转换为电能（二次能源）的工厂。发电厂按其所利用的能源不同，可分为水力发电厂、火力发电厂、核能发电厂以及

2、风力发电厂、地热发电厂、太阳能发电厂等类型。 早年发电厂建在用户附近，规模小而且是孤立运行。随着生产的发展和用电量的增加，电厂容量不断增大，为了减少大量一次能源的远距离输送，要求发电厂尽可能建在动力资源所在地如矿区和河流落差大的山区。但发电厂往往距离城市和工业中心很远，这就需要将电能经过线路输送到城市或工业企业。为了减少输电时的电能损耗，输送电能时要升压，采用高压输电线路将电能进行输送，同时为了满足用户对电压的要求，输送到用户的电压还需要经进行降压，而且还要合理地将电能分配到用户或生产车间的各个用电设备，这就是电力传输。电力传输如图8.1所示。 图8.1电力传输示意图 为了提高供电的可靠性和经

3、济性，将各发电厂中的发电机、升压降压变压器、输电线路以及各种用电设备通过电力网连接在一起，用以实现完整的发电、输电、变电、配电和用电，这就是电力系统。电力系统如图8.2所示。 图8.2 电力系统示意图 发电机生产的电能受发电机制造的限制，电压不太高，不能远距离输送。因此，通常使发电机的电压经过升压达220500kV，再通过超高压远距离输电网送往远离发电厂的城市或工业集中地区，通过那里的区域降压变电所将电压降到35110kV，然后再用35110kV的高压输电线路将电能送至工厂降压变电所降至610kV配电或终端变电所。从发电厂到用户的送电过程如图8.3所示。 图8.3 从发电厂到用户的送电过程示意

4、图 电力系统主要包括电能的生产、变压、输配等几个环节。1. 发电厂发电厂 发电厂是生产电能的工厂。它把其他形式的能源，如煤炭、石油、天然气、水能、原子核能、风能、太阳能、地热、潮汐能等，通过发电设备转换为电能。我国以火力发电为主，其次是水力发电和原子能发电。2. 变配电所变配电所 变电所起着变换电能电压、接受电能与分配电能的作用，是联系发电厂和用户的中间环节。如果变电所只用以接受电能和分配电能，则称为配电所。 变电所有升压和降压之分。升压变电所多建在发电厂内，把电能电压升高后，再进行长距离输送。降压变电所多设在用电区域，将高压电能适当降低电压后，对某地区或用户供电。降压变电所又可分为地区降压变

5、电所、终端变电所、工厂降压变电所及车间变电所。3. 输送电网输送电网 电力系统中各级电压的电力线路及与其连接的变电所总称为电力网，简称电网。电力网是电力系统的一部分，是输电线路和配电线路的统称，是输送电能和分配电能的通道。电力网是把发电厂、变电所和电能用户联系起来的纽带。 电力网分类电力网分类: (1) 电力网按电压的高低可分为低压网、中压网、高压网和超高压网等。 (2) 电力线路按功能的不同，可分为输电线路、配电线路及用电线路等三类。 (3) 电力线路按照线路结构或所用器材不同，可分为架空线、电缆线路及地埋线路等三种。 室内外配电线路又有明敷和暗敷两种敷设方式。 电能的输送方式有交流和直流两

6、种。 8.2 工厂供配电系统简介工厂供配电系统简介 工厂供配电系统是指从电源线路进厂起到高低压用电设备进线端止的整个电路系统，包括厂内的变配电所和所有高低压配电线路。8.2.1 供电系统供电系统 一般中型工厂的电源进线电压为610kV。电能先经高压配电所集中，再由高压配电线路将电能分送到各车间变电所，或由高压配电线路直接供给高压用电设备。车间变电所内装设有电力变压器，将610kV的高压降为一般低压用电设备所需的电压（380/220V），然后由低压配电线路分送给各用电设备使用。 图8.4是一个比较典型的中型工厂供电系统的系统图。本图未绘出各种开关电器（除母线和低压联络线上装设的开关外），而且只用

7、一根线来表示三相线路，即绘成单线图的形式。 图8.4中型工厂供电系统的系统图 电源进线电源进线高压配电所（HDS）610kVCM1号车间变电所（STS1）2号车间变电所（STS2）3号车间变电所（STS3）220/380VC联络线联络线用电设备用电设备用电设备 从图8.4可看出，该厂的高压配电所有两条610kV的电源进线，分别接在高压配电所的两段母线上。这两段母线间装设有一个分段隔离开关。在任一电源进线发生故障或进行检修而被切除后，可以利用分段隔离开关来恢复对整个配电所的供电。这个高压配电所有四条高压配电线，供电给三个车间变电所，其中1号车间变电所和3号车间变电所都只装有一台配电变压器，而2号

8、车间变电所装有两台，并分别由两段母线供电。 对于大型工厂及某些电源进线电压为35kV及以上的中型工厂，一般先经总降压变电所，将35kV及以上的电源电压降为610kV的配电电压，然后通过高压配电线将电能送到各个车间变电所。 8.2.2 工厂配电线路工厂配电线路 工厂内高压配电线路主要作为工厂内输送、分配电能之用，通过它把电能送到各个生产厂房和车间。为减少投资，便于维护与检修，工厂高压配电线路以前多采用架空线路。但架空敷设的各种管线在有些地方纵横交错，并受潮湿气体及腐蚀性气体的影响，可靠性大大下降。另外由于电缆制造技术的迅速发展，电缆质量不断提高且成本不断下降，同时为了美化厂区环境，工厂内高压配电

9、线路已逐渐向电缆化方向发展。 工厂内低压配电线路主要用以向低压用电设备供电。在户外敷设的低压配电线路目前多采用架空线路，且尽可能与高压线路同杆架设，以节省建设费用。在厂房或车间内部则应根据具体情况确定，或采用明线配电线路，或采用电缆配电线路。在厂房或车间内，由动力配电箱到电动机的配电线路一律采用绝缘导线穿管敷设或采用电缆线路。 车间内电气照明线路和动力线路通常是分开的，一般由一台配电用变压器分别进行照明和动力供电，如采用380/220V三相四线制线路供电，动力设备由380V三相线供电，而照明负荷由220V相线和零线供电，但各相所供应的照明负荷应尽量平衡。如果动力设备冲击负荷使电压波动较大时，则

10、应使照明负荷由单独的变压器供电。事故照明必须由可靠的独立电源供电。工厂内配电线路距离不长，但用电设备多，支路多，设备的功率不大，电压也较低，但电流较大。 8.2.3 工厂供配电电压工厂供配电电压 (1) 对于一般没有高压用电设备的小型工厂，设备容量在100kW以下，输送距离在600m以内，采用380/220V电压供电。 (2) 对于中、小型工厂，设备容量在1002 000kW，输送距离在420km以内的，采用610kV电压供电。 (3) 对于大型工厂，设备容量在2 00050 000kW，输送距离在20150km以内的，采用35110kV电压供电。 (4) 工厂的高压配电电压一般选用610kV

11、。工厂的低压配电电压，除因安全所规定的特殊电压外，一般采用380/220V。 8.3 安全用电常识安全用电常识8.3.1 电流对人体的作用电流对人体的作用 人体因触及带电体可能造成局部受伤甚至危及生命安全。按人体受伤害程度的不同，人体触电可分两种情况：一种是雷击和高压触电，较大的安培数量级的电流通过人体所产生的热效应、化学效应和机械效应，将使人的肌体遭受严重的电灼伤、组织炭化坏死及其它难以恢复的永久性伤害。另一种是低压触电，在数十至数百毫安电流作用下，使人的肌体产生病理生理性反应，轻的有针刺痛感或出现痉挛、血压升高、心律不齐以致昏迷等暂时性的功能失常，重的可引起呼吸停止、心跳骤停、心室纤维颤动

12、等危及生命的伤害。 电流通过人体内部，对人体伤害的严重程度与通过人体电流的大小、电流通过人体的持续时间、电流通过人体的路径、电流的频率及人体的状况（健康状况、人体电阻、出汗与否、心理状态、情绪）等多种因素有关。 通过人体电流大小对人体的伤害起决定性作用，电流通过人体持续时间越长危险性越大。从一手到另一手，从手到脚，以及从左手到胸部是最危险的电流路径。此外5060Hz的工频电流对人体的危害最为严重。我国规定人体触电后最大的摆脱电流（即安全电流）为30mA，但触电时间不超过1秒。如果通过人体电流达到50mA时，对人就有致命危险。 导致触电死亡的主要因素是电流而不是电压，但在制定保护措施时还应考虑安

13、全电压。根据电压、电阻、电流的关系，如果确定了人体的安全电流和人体电阻，便能求出安全电压的大小。人体的电阻因人而异，且取决于电流流经人体的通路，触电接触面、皮肤干湿程度及身体素质。通常人体电阻为17002000。由于安全电流为30mA，而人体电阻取1700，因此人体允许持续接触的安全电压为 Usaf=30mA*1700=50V 但是，对于容易触电的场所应采用36V或更低的安全电压。在潮湿，有导电灰尘，有腐蚀性气体的情况下，则应选用24V、12V，甚至是6V的供电电压。 8.3.2 几种触电方式几种触电方式1单相触电单相触电 单相触电这是常见的触电方式。人体的某一部分接触带电体的同时，另一部分又

14、与大 地或中性线相接，电流从带电体流经人体到大地（或中性线）形成回路，如图8.5所示。（a）中性点直接接地的单相触电 （b）中性点不直接接地的单相触电 图8.5 单相触电 2两相触电两相触电 人体的不同部分同时接触两相电源时造成的触电，如图8.6所示。对于这种情况，无论电网中性点是否接地，人体所承受的线电压将比单相触电时高，危险更大。 图8.6 两相触电 3跨步电压触电跨步电压触电 雷电流入地或电力线（特别是高压线）断散到地时，电流通过导线接地点流入大地散发到四周的土壤中，以导线触地点为中心，构成电位分布区域，越接近中心，地面电位也越高。电位分布区域一般在15m20m的半径范围内，当人畜跨进这

15、个区域，两脚之间出现的电位差称为跨步电压。在这种电压作用下，电流从接触高电位的脚流进，从接触低电位的脚流出，从而形成触电，如图8.7所示。此时人应该将双脚并在一起或用单脚跳出危险区。 图8.7 跨步电压触电 4接触电压触电接触电压触电 电气设备由于绝缘损坏或其他原因造成接地故障时，如人体直接接触带电部分，将会产生接触电压的直接触电。5感应电压触电感应电压触电 感应电压触电是指当人触及带有感应电压的设备和线路时所造成的触电事故。一些带电的线路由于大气变化（如雷电活动），会产生感应电荷，停电后一些可能感应电压的设备和线路如果未及时接地，这些设备和线路对地均存在感应电压。6剩余电荷触电剩余电荷触电

16、剩余电荷触电是指当人体触及带有剩余电荷的设备时，对人体放电造成的触电事故。带有剩余电荷的设备通常含有储能元件，如并联电容器、电力电缆、电力变压器及大容量电动机等，在退出运行和对其进行类似摇表测量等检修后，会带上剩余电荷，因此要及时对其放电。 8.3.3 接地与接零接地与接零 电力的生产和使用中如果不注意安全，就会造成人身伤亡事故和财产的巨大损失，同时可能波及电力系统。人身触电事故的发生，源于人体直接接触带电部分或应故障导致带电的金属外壳。因此，通常采用的保护措施有工作接地、保护接地和保护接零三种。1. 工作接地工作接地 电力系统由于运行和安全的需要，常将中性点接地，这种接地方式称为工作接地，如

17、图8.8 所示。工作接地有下列目的： (1) 降低触电电压降低触电电压 在中性点不接地的系统中，当一相接地而人体触及另外,两相之一时，触电电压将为相电压的倍，即为线电压。而在中性点接地的系统中，则在上述情况下，触电电压就降低到等于或接近相电压。如图8.5所示。 (2) 迅速切断故障设备迅速切断故障设备在中性点不接地的系统中，当一相接地时，接地电流很小（因为导线和地面间存在电容和绝缘电阻，也可构成电流的通路），不足以使保护装置动作而切断电源，接地故障不易被发现，将长时间持续下去，对人身不安全。而在中性点接地的系统中，一相接地后的接地电流较大（接近单相短 路），保护装置迅速动作，断开故障点。 图8

18、.8 工作接地 (3) 降低电气设备对地的绝缘水平降低电气设备对地的绝缘水平 在中性点不接地的系统中，一相接地时将使另外两相的对地电压升高到线电压。而在中性点接地的系统中，则接近于相电压，故可降低电气设备和输电线的绝缘水平，节省投资。但是，中性点不接地也有好处： 第一、一相接地故障往往是瞬时的，因为这一相中的熔丝熔断，能自动消除故障。因此，在中性点不接地的系统中，就不会跳闸而发生停电事故；第二、一相接地故障可以允许短时存在，这样，以使寻找故障和修复。 2. 保护接零保护接零 保护接零就是将电气设备的金属外壳接到零线（或称中性线）上，宜用于中性点接地的低压系统中。图8.9所示的是电动机的保护接零

19、。当电动机某一相绕组的绝缘损坏而与外壳相接时，就形成单相短路，迅速将这一相中的熔丝熔断，因而外壳便不再带电。即使在熔丝熔断前人体触及外壳时，也由于人体电阻远大于线路电阻，通过人体的电流也是极为微小的。 当采用保护接零时，电源中性线不允许断开，否则保护失效，带来更严重的事故。因此，除电源中性线上不允许安装开关、熔断器外，在实际应用中，用户端往往将电源中性线重复接地，以防止中性线断开。重复接地电阻一般小于10。 图8.9 保护接零 3. 保护接地保护接地 保护接地就是将电气设备的金属外壳（正常情况下是不带电的）接地，宜用于中性点不接地的低压系统中。通常用埋入地下的钢管、角铁或铜条作为接地体，根据安

20、全规程规定，对1000V以下的电力系统其保护接地电阻不得超过4。在电源中性点不接地的低压供电系统中，电气设备均需采用保护接地，保护接地的作用如图8.10 所示。图8.10(a)没有采取保护接地措施；图8.10(b)采用保护接地措施，可见，保护接地作用非常明显。 (a) (b) 图8.10 保护接地的作用 必须强调：必须强调： 绝不容许把家用电器的电源进线的零线和外壳连接，而必须单独接一零线到设备的外壳上；在接零导线中，不允许安装熔断器和开关设备；同一低压系统中，不能有的采取保护接地，有的又采取保护接零，否则，当采取保护接地的设备发生单相接地故障时，采取保护接零的设备外露可导电部分将带上危险的电

21、压；此外，在中性点不接地系统中，不允许采取保护接零。 由于低压系统的电源中性点大多进行工作接地，所以一般用电设备的金属外壳均采用接零来保证用电的安全。 8.3.4 触电急救常识触电急救常识 发现有人触电，切不可惊慌失措，首先应使用下列方法使触电者脱发现有人触电，切不可惊慌失措，首先应使用下列方法使触电者脱离电源：离电源： (1)若触电地点附近有电源开关或插头，可立即断开开关或拔掉电源插头，切断电源。 (2)若电源开关远离触电地点，可用有绝缘柄的电工钳或干燥木柄的斧头切断电线，断开电源；或干木板等绝缘物插入触电者身下，以隔断电流。 (3)当电线搭落在触电者身上或被压在身下时，可用干燥的衣服、手套

22、、绳索、木板、木棒等绝缘物作为工具，拉开触电者或挑开电线，使触电者脱离电源。 在触电者脱离电源以后，救护人应该根据触电者的不同情况采用以在触电者脱离电源以后，救护人应该根据触电者的不同情况采用以下几种方法：下几种方法： (1)如果触电者还没有失去知觉，必须保证触电者的安静，等候医生前来。 (2)如果触电者已失去知觉，但呼吸没有停止，应当使他在平坦的地方舒适安静地平卧、解开上衣和腰带，周围不让人围着。同时要快去请医生，或抬送医院。 (3)如果触电者的呼吸停止，脉搏心脏也停止跳动，必须马上施行口对口人工呼吸法及胸外心脏挤压法进行救治。 8.4 节约用电常识节约用电常识8.4.1 节约用电的意义节约

23、用电的意义 目前，我国的电力生产得到了飞速发展，电力供求矛盾有所缓解。但随着国民经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，电力供求矛盾仍是一个比较突出的问题。所以仍需采取开发与节约并重的方针。 我们知道：1度电1kWh。一台10 kW的电动机用了01 h，一台1 kW的电炉用了1 h，一只100W的电灯泡用了10 h，所消耗的电能都是1度；火电厂发1度电大约需要06 kg原煤(发电量按5 000 Kcalkg计算)，要经过煤炭粉碎、燃烧、锅炉产生蒸汽、汽轮机转动、发电机发电等一系列复杂的过程，才能发出这度电。如果把采掘煤炭等过程都考虑在内，那么，发一度电就更不容易了；1度电可以采煤100kg，生

24、产化肥16kg，水泥14kg，磨面粉一袋，织布10m，浇地半亩，可供一个25W的电灯使用40h。 综上所述，节电就是节能，节能被世人称为第五种能源，可以视同发电，能使有限的能源发挥更大的效益，所以节约用电具有十分重要的意义。 8.4.2 节约用电的主要途径节约用电的主要途径 对工厂来说，节约用电需要从工厂供用电系统的科学管理和技术改造两方面采取措施。目前节约用电的措施主要是：改革电网体制，电力供应由国家统一分配、统一调度；严格执行计划用电制度；采用新技术，改造耗电大的落后设备和工艺；采用经济手段推动调整负荷和节约用电。为提高电能的利用，当前一般采取下列节电措施：为提高电能的利用，当前一般采取下

25、列节电措施：1. 加强电能管理，建立管理机构和制度加强电能管理，建立管理机构和制度 工厂不仅要建立一个功能完善的能源（包括电能）管理机构，而且要建立一套科学的能源管理制度。2. 实行计划供电，合理使用电能实行计划供电，合理使用电能 必须把电能的供应、分配和使用纳入一定的计划。在可以直接利用一次能源的地方，应尽量不用由一次能源转换而来的电能，例如煤炭等一次能源转换为电能的效率只有30%左右，因此在能够直接用煤的场所，就不应该用电。要求机电设备配套合理，改变用大电动机拖动小功率设备（即“大马拉小车”）的现象。尽量减少设备的电能消耗，使有限的电力发挥更大的效益。3. 实行负荷调整，降低负荷高峰，提高

26、供电能力实行负荷调整，降低负荷高峰，提高供电能力 合理地、有计划地安排和组织各类用户的用电时间，以降低负荷高峰，填补负荷低谷，充分发挥发、变电设备的潜力，提高电力系统的供电能力。 4合理使用电气设备合理使用电气设备 （1）合理选用电动机 正确选用电动机的容量，避免“大马拉小车”的现象。因为电动机在空载或轻载状态下运行时，功率因数和效率都很低，损耗大，消费了电能。一般选择电动机的额定功率比实际负载大1015为宜。限制电动机的空载运行。采用高效节能型电动机。 （2）合理选用变压器 选用低损耗变压器(节能型变压器)，合理选择容量，在效率高的负载下运行，其节电效益是很可观的。5提高用电功率因数提高用电

27、功率因数 提高功率因数的关键在于如何减少电源的无功功率。通常采用如下两种办法：一是提高用电设备的自然功率因数；二是采用人工补偿法，如在用户端并联适当的电容器或同步补偿器等。 6革新挖潜，改造设备革新挖潜，改造设备 改造现有耗能大的供用电设备，逐步更新、淘汰现有低效率的电气设备。对耗能大的设备进行改造或以高效率的设备替换低效率的设备，其节电效果也是十分显著的。例如某机床厂原采用一台1000kVA的热轧硅钢片铁芯的电力变压器，空载损耗为6.5kW，后改用冷轧硅钢片铁芯的变压器，空载损耗为2.5kW，一年就节电35，040kW.h。又如新的Y系列电动机与老型号中效率较高的JO2系列电动机相比，效率提

28、高了0.413%。如果按年产量17000000kW计算，年工作时间考虑为4000h，则一年就可节电17000000*4000*0.413%=280000000kW.h,即2.8亿度。又如：改革水泵的叶轮、导叶和进出口水门，可以把水泵效率从60提高到80以上：改进老式风机的风轮和叶片线形，可以把风机效率从70提高到90，都能节约电30一50，各行各业节约用电都是大有潜力可挖的。7降低线路损耗降低线路损耗 线路损耗是指电流流经输电线在输电线上产生的损耗，又简称线损。降低线损的措施很多，一般可以从以下二个方面着手：（1）尽量减小输电线的电阻，选用最佳粗细的导线，才能得到最大的经济效率。（2）减小线路

29、电流，线路损耗与线路中通过的电流的平方成正比，所以减小线路电流对降低线损的效果很显著。减小线路电流的方法主要有两种：一种方法是减小线路输送的无功功率(无功电流)；另一种方法是提高电网的运行电压，这种方法必须在设备条件许可的情况下才可以采用。 8节约照明用电节约照明用电（1）采用高效率的电光源 尽可能采用发光效率高的气体放电光源，如日光灯和新型节能灯，在生活设施中一般禁用100W以上的白炽灯照明；（2）选择合理的照明方式，提高照明效率；（3）充分利用天然光； （4）采用合理的照明控制线路 便于开关的室内照明线路可随用随开，对道路等公用照明，可采用手动、光电控制或声电控制等自控装置调控开关时间；（

30、5）科学地设计照明系统。9推广节电新技术推广节电新技术 对节电的新工艺，新设备和新材料应及时应用，大力推广等等。如在目前国家重点实施的“绿色照明工程”中，电子节能灯是主要推广项目，其工作频率高达2050KHz，高频镇流器的内耗一般在1W左右，而电感镇流器却高达8W左右，仅镇流器一项即可节电20，再配上稀土三基色高效荧光灯，取代普通的白炽灯可节电6080。又如，在电热设备中，推广远红外加热新技术；采用硅酸铝耐热保温材料等新技术，节电效能可达30%以上。又如运用电子技术实现自动控制；采用硅整流装置等均可使电耗大幅度下降。这些都是当前重要的节电措施。 8.5 电工测量仪器的基本知识电工测量仪器的基本

31、知识8.5.1 电工仪表的分类和符号电工仪表的分类和符号 电工仪表的种类繁多，分类方法也各有所异。 按测量方法可分为比较式仪表和直读式仪表两类。比较式仪表需将被测量与标准量进行比较后才能得出被测量的数量，常用的比较式仪表有电桥、电位差计等。直读式仪表将被测量的数量由仪表指针在刻度盘上直接指示出来，常用的电流表、电压表等均属直读式仪表。直读式仪表测量过程简单，操作容易，但准确度不可能太高；比较式仪表的结构较复杂，造价较昂贵，测量过程也不如直读法简单，但测量的结果较直读式仪表准确。 按被测量的种类不同可分为电流表、电压表、功率表、频率表、相位表等，其分类和符号见表8.1。 表8.1 按被测量种类不

32、同的仪表分类 被测量的种类被测量的种类仪表名称仪表名称符号符号电流电流表电流表A毫安表毫安表电压电压表电压表V千伏表千伏表功率功率表功率表W千瓦表千瓦表电能电度表电度表相位差相位表相位表频率频率表频率表f电阻欧姆表欧姆表兆欧表兆欧表 按工作原理的不同可分为磁电式、电磁式、电动式仪表等，其常用仪表的分类和仪表符号见表8.2。 按仪表工作电流种类（性质）的不同可分为直流仪表、交流仪表和交、直流两用仪表，如表8.2中的电磁式仪表就是交、直流两用仪表。 按仪表准确度等级分类，又可分为0.1，0.2，0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,5.0共7个等级。准确度是电工测量仪表的主要特性之一。仪表的准确

33、度是根据仪表的相对误差来分级的。准确度较高（0.1， 0.2， 0.5）的仪表常用来进行精密测量或校正其他仪表。 表8.2 按工作原理不同的仪表分类 型型 式式被测量的种类被测量的种类符符 号号电流的种类与频电流的种类与频率率磁电式电流、电压、电阻直 流整流式电流、电压工频和较高频率的交流电磁式电流、电压直流和工频交流电动式电流、电压、电功率、功率因数、电能量直流及工频与较高频率的交流8.5.2 电工仪表的结构和工作原理电工仪表的结构和工作原理1. 电工仪表的结构电工仪表的结构 电工仪表通常由测量机构和测量电路两部分组成，测量机构又分为固定部分和可动部分。固定部分由磁铁、线圈、轴承和表盘等组成

34、。可动部分包含可动线圈、转轴、指针、旋转弹簧（游丝）、阻尼器等如图8.1所示。 图8.1 电工仪表可动部分示意图 轴承游丝可动线圈阻尼器转轴指针2. 磁电式仪表磁电式仪表 磁电式仪表是指利用仪表可动线圈中的被测电流产生的磁场和固定的永久磁铁产生的恒定磁场之间的相互作用来工作的仪表。 图8.2为磁电式仪表机构示意图。仪表的固定部分包括蹄形磁铁，固定于磁铁上的极掌和圆柱形铁心等，圆柱形铁心置于极掌中间，铁心与极掌之间的空气隙可以产生辐射均匀的磁场。可动部分包括铝框、活动线圈、线圈两端联接的转轴、游丝及指针等。 图8.2 磁电式仪表机构示意图 1永久磁铁, 2极掌 , 3圆柱形铁心, 4可动线圈 ,

35、 5游丝 , 6指针 , 7校正器 , 8转轴3. 电磁式仪表电磁式仪表 电磁式仪表的测量机构分为吸引型、排斥型两大类，常用排斥型仪表的结构如图8.3所示。 图8.3 排斥型电磁式仪表机构示意图 4. 电动式仪表电动式仪表 电动式仪表是指可动线圈中的电流与固定线圈中的电流相互作用而工作的仪表， 其结构如图12.4所示。仪表的固定部分是固定线圈。可动部分包括可动线圈、指针、游丝及阻尼器等。固定线圈中通入直流电流I1时产生磁场，磁感应强度B1正比于I1。如果可动线圈通入直流电流I2，则可动线圈在此磁场中就要受到电磁力的作用而带动指针偏转，电磁力F的大小与磁感应强度B1和电流I2成正比。直到转动力矩

36、与游丝的反抗力矩相平衡时，才停止偏转。仪表指针的偏转角度与两线圈电流的乘积成正比，即：=KI1I2。 图8.4 电动式仪表机构示意图 8.5.3 电工仪表的选用常识电工仪表的选用常识1. 仪表类型的选择仪表类型的选择 仪表类型的选择应根据被测量的电流(电压)的种类来考虑。被测量是直流时，选用磁电式仪表。若被测量是交流时，可选用磁电式仪表或电动式仪表，所测得的值是它的有效值。总之，测量直流时，选用直流仪表；测量交流时，选用交流仪表。 选用仪表时，不但要考虑被测量的电流(电压)的种类，还要考虑被测量的频率。测量工频电流(电压)，可选用磁电式仪表或电动式仪表，而电动式仪表使用范围可扩展到中频。2.

37、仪表准确度的选择仪表准确度的选择 人们通常认为仪表的准确度越高，其测量精度越高，其实不完全这样，仪表的准确度必须与合理的量程配合使用，才能获得令人满意的测量精度。 仪表的准确度越高，其造价也越高，所以，我们应本着既符合测量精度的要求，又符合节约的原则来选择仪表准确度。 通常，0.1、0.2级仪表作标准仪表和精密测量来用，0.5、1.0级仪表作实验测量来用，1.5级以下作一般工程测量来用。另外，与仪表配套使用的扩量程装置如分流器、分压器等，对仪表准确度的要求高12级，这是因为扩量程装置存在误差。 3. 仪表量程的选择仪表量程的选择 在选用仪表量程时，应使被测量值愈接近满标值愈好。一般，应使被测量

38、值超过仪表满标值的一半以上，以便减少测量误差。4. 仪表内阻的选择仪表内阻的选择 选择仪表时，还应根据被测对象的内阻来选择仪表的内阻，否则，将会产生较大的测量误差。电压表和功率表的电压线圈是并接在应测量电路中的，要求其内阻越大越好；电流表和功率表的电统线圈是串接在应测量电路中的，要求其内阻越小越好。一般，电压表的内阻Ru与负载电阻R的关系为 。电流表的内阻RA与负载电阻R的关系为 。 总之，选择仪表时，要把仪表的类型、准确度、量程和内阻等因素综合起来考虑，这样，我们才能比较精确的测量结果。总之，选择仪表时，要把仪表的类型、准确度、量程和内阻等因素综合起来考虑，这样，我们才能比较精确的测量结果。

39、 RRu100100RRA 8.6 电工测量技术电工测量技术 电工测量是指在直流或低频时用电工仪表或数字仪表对电学量（电压、 电流、 电功率、 电阻、电感、电容等）、磁学量（磁场强度、 磁通、 磁动势等）进行测量，其中，各种电学量的测量是电工测量的主要任务。下面介绍一些常用电量的测量技术。 8.6.1 电流的测量电流的测量 进行电流测量时，通常选用电流表。测量某一支路的电流时，只有被测电流流过电流表，电流表才能指示其结果，因此电流表应串联在被测量电路中，如图8.5所示。考虑到电流表有一定的电阻，串入之后不应该影响电路的测量结果，所以电流表的内阻必须远小于电路的负载电阻。 磁电式电流表的测量机构

40、只能通过几十微安到几十毫安的电流， 要测量较大的电流时， 应该在测量机构上并联一个低值电阻以进行分流，如图8.6所示。 图8.5 电流的测量电路 图8.6 具有分流器的电流表测量电路 AR0IRLAR0IRLI0RA8.6.2 电压的测量电压的测量 测量某一段电路的电压时，应将电压表并联在被测电压的两端，电压表的端电压才等于被测电压，如图8.7所示。电压表并入电路必然会分掉原来支路的电流，影响电路的测量结果，为了尽量减小测量误差，不影响电路的正常工作状态，电压表的内阻应远大于被测支路的电阻。但电压表的测量机构本身电阻不大，所以在电压表的测量机构中都串联一个阻值很大的电阻。 直流电压的测量一般使

41、用磁电式电压表。 要扩大仪表的量程， 应该在测量机构中串联分压电阻，此分压电阻称为倍压器，如图8.8所示。 图8.7 电压的测量电路 图8.8 具有倍压器的电压测量电路 8.6.3 电功率的测量电功率的测量 前面讲过，电动式仪表的偏转角不仅与两线圈电流的有效值有关，而且与它们的相位差的余弦有关，所以通常用电动式仪表来测量电功率。 测量功率时，电动式仪表可动线圈的电流从旋转弹簧流入，因为线圈的导线较细，所通过的电流较小，所以用可动线圈作为电压线圈(即可动线圈)串联倍压器后，与测量电路并联以测量负载电压。 固定线圈的电流可直接流入线圈，因为线圈的导线较粗，可以通过较大电流，所以可作为电流线圈(即固

42、定线圈)与被测电路串联以测量电流，功率表的结构示意如图8.9(a)所示；功率表的图形符号如图8.9(b)所示。 图8.9 功率表的结构及图形符号 1. 直流电功率的测量直流电功率的测量 直流电功率可以用电压表和电流表间接测量求得，也可以用功率表来直接测量。直接测量时的接线如图8.10所示。应该注意，电压线圈与电流线圈的进线端一般标记为“*”，应把两个进线端接到电源的同一端，使得两个线圈的电流参考方向相同。 图8.10 功率表的接线图 2. 单相交流电功率的测量单相交流电功率的测量 在测量交流电时，电动式仪表的偏转角不仅与电压电流有效值的乘积有关，而且与它们的相位差的余弦有关。电动式功率表的电压

43、线圈上的电压与其所通过的电流有一定的相差，但电动式仪表的电压线圈串有很大的分压电阻，其感抗与电阻相比可忽略，认为电压线圈上的电压与其电流基本同相,则单相交流电的功率 (8.19)可见，由功率表测得的单相交流电的功率是平均功率，它与功率表的偏转角成正比。同理，只要测出了仪表的偏转表格，即可算出被测功率。 实验室用的单相功率表一般都有两个相同的电流线圈，可以通过两个线圈的不同连接方法（串联或并联）来获得不同的量程，电压线圈量程的改变是通过改变倍压器来实现的。 RLU+I2I1=IRV*CKUIPpcos3. 三相交流电功率的测量三相交流电功率的测量 三相交流电的功率有以下三种测量方法。 （1） 一

44、瓦计法一瓦计法 对于三相对称电路， 由于各相负载所消耗的功率相等， 所以可以采用一瓦计法测量出一相的功率， 然后乘以3， 则为三相的功率， 即 P=3P1 （8.20）（2） 两瓦计法两瓦计法 对于三相三线制电路，不论负载是星形还是三角形，都可以采用两瓦计法来测量功率， 如图8.11所示。两个功率表的读数之和即为三相总功率， 即 P=P1+P2 （8.21） 图8.11 两瓦计法测三相功率 L1L2i1i2i3L3三相负载W*u13Wu23*（3） 三瓦计法 对于三相四线制电路，通常采用三瓦计法测量功率， 如图8.12所示。 三个功率表的代数和即为三相总功率， 即 P=P1+P2+P3 （8.

45、22） 图8.12 三瓦计法测三相功率 万用表的使用万用表的使用1 概述概述 万用表是一种可进行多种电量测量的多量程便携式复用电气仪表，具有从一般精度到高精度，从一般结构到袖珍式结构等多种类型。万用表的种类很多，根据测量结果的显示方式不同，可分为指针式（模拟式）和数字式两大类，其结构特点都是用一块表头（指针式）或一块液晶显示器（数字式）来指示读数，用转换器件、转换开关来实现各种不同测量目的的转换。 通常万用表可用来测量电流（交直流）、电压（交直流）和电阻，所以也有人称之为三用表。它还可以测量电容、电感、电平及半导体三极管的直流电流放大倍数等。用途极其多样，因此人们有时还称之为繁用表。在国家标准

46、中则被称为复用表。 万用表在结构上由三个部份组成：（1）指示部分（表头）；（2）测量电路；（3）转换装置。 万用表的指示部分是一只灵敏的磁电式直流电流表（通常是微安表、个别的为毫安表），俗称表头。它是关键部件，万用表的很多重要性能（如灵敏度、准确度等级、阻尼、升降变差及指针回零位等）都取决于它的性能。 万用表的重要性能之一是灵敏度，它代表万用表进行电压测量时，指针偏转至满度值时取自被测电路的电流值。凡是表头中通过的电流愈小，而指针偏转愈大的，其表头就愈灵敏，故灵敏度愈高，则取用被测电路的电流愈小，对被测电路正常工作状态的影响就愈小。一般以其每伏的内阻表示。例如，当采用050微安的表头用100伏

47、进行直流电压测量，表头指针偏转满度值时通过表头的电流为50微安，则该万用表的内阻 灵敏度=电表内阻电压量程= 表头的内阻就是其内部线圈的直流电阻。一般01毫安的表头，内阻大多在25125欧之间，其中以27欧的一种最普遍；050微安的表头，内阻有低至500欧以下的，也有高至2100欧的，而以2000欧的一种最普遍。普通的万用表采用01毫安的表头，灵敏度较高的万用表采用050微安的表头。 MAVRi250/100VVM/20000100/22 万用表的使用方法万用表的使用方法 以MF500型万用表为例，说明万万用表的使用方法。 1. 使用之前，应仔细阅读说明书和万用表面板上技术符号，了解所用万用表

48、的各种正常使用条件和技术指标。 2. 测试前，首先把万用表放置水平状态，并视其表针是否处于零点（指电压、电流刻度的零点），若不在零点，则应调整表头下方的“机械零位调节器”，使指针向零。 3. 根据所测物理量，正确选择万用表的功能档量程档，如测直流电压时，就应该右旋钮置“V”档，左边旋钮置合适的直流电压量程档上。 4. 测直流电压、直流电流时，应注意被测量的极性应与万用表的极性一致。 5. 测电压时，万用表表笔应并联在被测电路两端；测电流时，表笑应串联在被测电路中。 6. 若不知所测物理量的大小，首先应把量程置于较大的量程上，而后逐渐调到合适的量程，即测量结果使指针偏转超过刻度尺的一半。 7.

49、使用欧姆表前必须进行调零，即将两表笔短接，调节欧姆档的“调零”电位器，使指针指在欧姆表刻度尺的“0”位置上。若调节电们器，指针不能指示到“0”位置上，说明电池电压不足，需要更换新的电池。 8. 不允许带电测量电阻值。测量连接在电路中的电阻时，应先将电路的电源断开，如果电阻两端还与其他元件相边，应断开一端后再测量。如果电路中有电容器，应先将电容器放电后再测。 9. 严禁使用万用表的“电流”档、“欧姆”档测量交、直流电压。3 万用表使用的注意事项万用表使用的注意事项 正确地使用万用表是进行各种测量的前提条件。本节详细阐述使用万用表的注意事项。 为了保护万用表及人身的安全，使用中须注意下列事项： 1

50、. 使用万用表之前，应当熟悉各转换开关、旋转（或按健）、专用插口、测量插孔（或接线柱）以及仪表附件（高压探头等）的作用，了解每条刻度线所对应的被测电量。测量前首先明确要测什么和怎样测法，然后拨至相应的测量项目和量程档。假如预先无法估计被测量的大小，应先拨至最高量程档，再逐渐降低量程到合适位置。 每一次拿起表笔准备测量时，务必再核对一下测量种类及量程选择开关是否拨对位置。应当养成这种习惯！因为对于粗心大意的操作作者来说，这可能是避免损坏万用表的最后机会了。 2.万用表一般应水平放置，否则会引起倾斜误差。若发现指针不指在机械零点处，需用螺丝刀调节表头下面的调整螺钉，使指针回零，以消除零点误差。读数

51、时视线应正对着指针，以免产生视差，若表盘上装有反射镜，则眼睛看到的指针应与镜中的影子重合。 3.应在干燥、无震动、无强磁场、环境温度适宜的条件下使用和存放万用表。 在工业现场测量电网电压时，为减少感应电压的影响，可选用MF14型等低灵敏度的万用表。由于电网的内阻很低，采用低灵敏度万用表也能得到准确的测量结果。 4.测量完毕，应将量程选择开关拨至最高电压档，防止下次开始使用时不慎烧表。有的万用表（如500型）设有空档。也有的万用表（如MF64）型设置了“OFF”档，使用完毕应将功能选择开关拨于此档，使表头短路，起到防震保护作用。带运算放大器的万用表，其“OFF”档是电源关断的位置。使用DY1A、

52、MF101等万用表时，每次用完后一定要关闭电源开关，以免空耗电池。 5.测电压时，应将万用表并联在被测电路的两端，测直流电压时要注意正、负极性。如果不知道被测电压的极性，也应先拨到高压档进行试测，防止因表头严重过载而将指针打弯。在指针反向偏转时最容易打弯。 6.假如误用直流电压档去测交流电压，指针就不动或稍微抖动。如果误用交流电压档去测直流电压，读数可能偏高一倍，也可能为零，这同万用表的具体接法有关。 7.电压档的基本误差均以满量程的百分数来表示，因此测量值愈接近于满刻值，误差就愈小。一般讲，所选取的量程应能使指针偏转以上。 8.当被测交流电流电压上叠加有直流电压时，交、直流电压之和不得超过量

53、程选择开关的耐用值。必要时应在输入端串接的隔直电容。亦可直接从dB插孔输入，该插孔内部已串接了隔直电容。 9. 严禁在测较高电压（如220V）或较大电流（如0.5A以上）时拨动量程选择开关，以免产生电弧，烧坏开关的触点。 10. 当被测电压高于100V时必须注意安全，应当养成单手操作的习惯。预先把一支表笔固定在被测电路的公共地端，再拿另一支表笔去碰触测试点，保持精神集中，以免只顾看表，手不小心触电。有些万用表设有2500V专用插孔，测高压时还应注意把插头插牢，避免因接触不良造成高压打火，或因插头脱落引起意外事故。 测量显像管上的高压时，必须使用FJ37、FJ50等型号的高压探头（高压测试棒）。这两种高压探头可测电视机和电子设备中25kV以下的高压，但不适于测量大功率输、配电设备上的高压。高压探头一般有四个引出端，其中的红、黑两插头分别接万用表的正、负输入插孔，黑色鳄鱼夹固定