电工电子第十四章

第十四章供用电技术简介

14.1发电、输电与配电14.2常用照明电路

14.3光纤传输

14.4安全用电

14.5节约用电

14.1发电、输电与配电图14-1电力系统组成框图电能的生产与其它商品生产不同，即必须产、供、用三者同时进行并保持相互平衡，因此供电与用电是两个紧密结合，不可分割的环节。一、电能的产生发电方式按能源的不同，主要分:为火力发电、水力发电和原子能发电。1．火力发电火力发电主要是利用煤、石油或天然气燃烧后发生的热量来加热水，使水变成高温高压蒸汽推动汽轮机旋转，最终带动三相发电机。发电厂的优点是建厂投资少、速度快。缺点是消耗大量的燃料，发电成本高，环境污染较严重，目前我国约有70%以上的电力仍靠火力发电.2．水力发电水力发电站是以水流的落差来推动水轮机旋转并带动发电机发电。虽然水电厂的投资较大，建设时间长，但因节约能源和环保故成本较火力发电低。此外水力发电还可以和水利枢纽工程结合，收到综合利用的效果。3．原子能发电原子能发电厂基本与火力发电厂相同，只是以原子核裂变时释放出的巨大能量来加热水代替煤的燃烧。除了上述三种发电方式外，还可利用风力、潮汐、太阳能、地热等来发电。二、电能的输送与分配图14-2发电、输电和配电系统简图电力系统中的变压器一次侧电压为电网额定电压，而二次侧电压应比电网高5%~10%。14.2常用照明电路常见的照明电光源可分为两大类：热辐射光源和气体放电光源。热辐射光源是指某一金属通过电流时被燃至白炽状态而发光，普通白炽灯和卤钨灯就属于这一类。气体放电光源是指借助气体或金属蒸汽放电过程中激发荧光材料而发光，荧光灯、高压汞灯、高压钠灯、节能灯、霓虹灯、红外线灯和紫外线灯都属于该类。一、白炽灯1．普通白炽灯的构造白炽灯俗称灯泡。1879年爱迪生发明了第一只可用的炭丝白炽灯。现代白炽灯的灯丝由钨金属制成。白炽灯灯头有卡口式和螺旋式两种.a）b）图14-3a）卡口式b）螺口式白炽灯消耗的电能绝大部分以热能的形式散失掉，只有7%~8%的电能转变成光能，所以其发光效率低。为了能使灯丝温度尽可能高而获得较大的光效率，通常将钨丝制成单螺旋或双螺旋状。2．卤钨灯卤钨灯发光原理与普通白炽相同，都是热辐射光源，其外形有单端灯脚和双端灯脚两种。图14-4双端灯脚卤钨灯结构图卤钨灯按充入卤素的不同分为碘钨灯和溴钨灯，其性能较普通白炽灯有很大的改进。普通白炽灯的钨丝蒸发后会积聚在灯泡内壁使玻璃壳发黑，降低了透光性，从而导致发光效率低。而对于碘钨灯，当灯丝处于白炽发光状态时，碘和灯丝蒸发出来的钨生成挥发性的碘化钨并扩散，使灯丝周围形成一层碘化钨蒸汽云，蒸汽云在靠近灯丝的高温（1450°以上）处又分解成碘和钨，钨留在灯丝上，而碘又回到温度较低的位置，与蒸发出来的钨又生成碘化钨，依次循环，从而提高发光效率和灯丝寿命。3．常用白炽灯电路1）一只开关控制一盏灯为了安全，电灯的开关，螺口灯头的顶部电极都应装在火线上。图14-5白炽灯的接线2）一盏灯的两地控制在楼梯上下、走廊两端等需要的两个地方同时控制一盏灯，且互不影响，可选择双联开关。在接线时应注意，火线、地线应接在双联开关的动触头上。a）b）图14-6双联开关的接线a）电源接通b）电源断开二、气体放电光源1．日光灯日光灯也称荧光灯，是一种低压汞放电灯具。日光灯由镇流器、启辉器和灯管组成，为了提高功率因数，可以加装电容器。镇流器是一只带有铁心的电感线圈。它的作用有两个：一是与启辉器配合产生瞬间高压使灯管内汞蒸汽电离；二是日光灯正常工作后起限制灯管电流的作用。启辉器是一个充有氖气的密封玻璃壳，内装有一个静触片和U型动触片。当外加电压较低时，启辉器处于断开状态；当电压高于150V时，启辉器内产生辉光放电。启辉器的两端常并有一只电容器，用以防止启辉器两触片由闭合变为断开时产生的电火花。a）b）荧光灯比白炽灯寿命长，发光效率高，但存在频闪现象，易使人发生错觉。图14-7荧光灯电路图a）荧光灯管b）电路图图14-8电子镇流器荧光灯电路a）b）图14-9节能灯外形a）SL型b）H型2．高压汞灯高压汞灯也称为高压水银灯。图14-10高压汞灯高压汞灯发光效率高、功率较大，起动时间长，适用于不经常开灯的地方，如大中型厂房、船厂、道路、运动场等场地照明。3．高压钠灯图14-11高压钠灯a）结构图b）内启动c）外启动高压钠灯透雾性强，适用于道路、港口、广场等照明。14.3光纤传输现在，光纤每千米的损耗已减小到零点几分贝甚至更少。由于光纤的传输损耗低，信息容量大，抗电磁干扰能力强、尺寸小、重量轻，有利于敷设和运输等优点，使得光纤在通信、传感以及其它领域得到了广泛的应用。一、光纤的结构光纤是光导纤维的简称，是用石英玻璃拉成的纤维丝。图14-12光纤的结构其中纤芯、包层是用来传送光频电磁波的介质，护套只起保护作用。光纤的结构包括纤芯、包层和护套.图14-13光缆的基本结构a）层绞式b）单位式c）带状d）骨架式二、光纤的工作原理光纤是利用光的全反射原理来传输光线的。纤芯折射率总要比包层的扩散率高。因此，光线在光纤芯与包层界面上产生全反射，形成了光纤中传播的光。光波在纤维内成“之”字形路径向前传播，能高效率地传送光信号图14-14光在光纤中的传播三、光纤的应用光纤的应用很广泛，特别是在光纤通信和光纤传感方面。光纤通信所采取的方式是光电型的，而不是全光型。即首先把电信号调制到光波上，被调制的光波通过光纤传输到接收地，通过解调再恢复成电信号。图14-15光纤通信系统原理方框图14.4安全用电一、触电触电是指由于人体与带电体的意外接触，而使人体承受过高的电压，以致引起死亡或局部受伤的现象。触电依伤害程度不同分为“电伤”和“电击”两种。a）b）c）图14-16触电方式a）单相触电b）两相触电c）跨步触电触电方式:在三相四线制供电系统中，中性点通过专用的接地体接地。当人体触及任何一根裸导线或绝缘失效的导线时，人体就会通过电流，其大小为式中UP为相电压有效值，R0为接地电阻，其值一般为4欧以下，Rm为人体电阻（约为几百到几千欧），当出汗或受潮时其电阻值会显著减少。在最不利的情况下人体电阻约为1KΩ，此时UP若为220V，通过人体的交流电流将达到0.22A。然而，当人体通过的交流电流的有效值超过1mA时，人体就会有轻微麻感；当其有效值超过10mA时，触电人就不易自己脱离电源，当超过50mA以上时，在1S内人会因心脏停止跳动而死亡。我国规定特别危险环境中使用的手持电动工具应采用42V安全电压；有电击危险的环境中使用的手持照明灯和局部照明灯采用36V或24V安全电压；金属容器内，特别潮湿处等特别环境中使用的手持照明灯应采用12V安全电压；水下作业应采用6V安全电压。二、用电设备的接地与接零电气设备的金属外壳必须采取保护接地或保护接零的措施。1．保护接地变压器中性点不直接接地的电网中，一切电气设备（如电动机、变压器、照明灯具等）的金属外壳通过很小的电阻与大地可靠连接起来，这种接地方法称为保护接地。图14-17保护接地原理2．保护接零在1KV以下变压器中性点直接接地的电力网中，一切电气设备的金属外壳应与电网零干线可靠连接，这种连接方法称为保护接零。另外，在同一电力网中，绝不允许一部分电气设备保护接零，另一部分设备保护接地。图14-18保护接零原理三、家庭安全用电常识1．在任何情况下，均不能用手鉴定接线端裸导线是否有电。2．家用电器的保险丝禁用铜丝代替，禁止用一般胶布或药用胶布代替电工胶布。3．常用电器的控制开关应接在火线上，这样开关断电后，电器不会有电压。4．家用电器的外壳应良好的接零，因此单相家用电器应使用三孔插座和三柱插头，其外形如图14-19所示。图14-19三孔插座与三脚插头a）b）图14-20家用电器外壳接零a）不正确b）正确5．当发生电气火灾时，首先应切断电源，然后灭火。在切断电源前严禁用水或一般酸性泡沫灭火器来灭火，只能用二氧化碳、二氟一氯、一溴甲烷（即1211）、二氟二溴式干粉灭火器。在灭火器材不足的情况下，可借助细砂子，细土灭火。四、触电急救1．尽快脱离电源2．现场急救①触电人神志清醒，但有些心慌、四肢发麻、全身无力；或触电人一度昏迷且已清醒过来，应使触电人安静休息，不要走动，严密观察，必要时送医院诊治。②触电人已失去知觉，但心脏仍在跳动，还有呼吸，应使触电人在空气清新和地方舒适、安静地平躺，保持呼吸通畅，并迅速请医生现场诊治。③如果触电人失去知觉，呼吸停止，但心脏仍在跳动，应立即进行人工呼吸，并及时请医生到现场。④触电人呼吸和心脏跳动完全停止，应立即进行人工呼吸和心胸外挤压急救等，并迅速请医生到现场。人工呼吸和心胸挤压的操作方法包括俯卧压背法，仰卧牵臂法，口对口人工吹气法，胸外心脏挤压法。下面只介绍简单易行、效果较好的“口对口吹气法”和“胸外挤压心脏法”两种方法。图14-21口对口人工呼吸法a）清理口腔阻塞