電氣控制與PLC技術

第1章電氣控制基本知識

低壓電器簡介1.1

電氣安全1.21.1低壓電器簡介

一、概念 低壓電器通常是指工作在交流50Hz（60Hz）、額定電壓小于1

200V和直流額定電壓小于1

500V的電路中，起通斷、保護、控制或調節作用的電器。

1.1.1低壓電器的分類 低壓電器的分類方法很多，按照不同的分類方式有不同的類型。

1．按照用途分類（1）控制電器（2）配電電器

2．按照工作條件分類（1）一般工業電器（2）礦用電器（3）航空電器（4）船用電器（5）化工電器（6）牽引電器

3．按照操作方法分類（1）自動電器（2）手動電器

4．按照工作原理分類（1）電磁式電器（2）非電量控制電器 此外，還有其他的分類方法。

1.1.2低壓電器的常用技術術語、參數及技術性能

1．一般術語 ①動（操）作：電器的活動部件從一個位置轉換到另一個相鄰的位置。例如，把電風扇的調速器的風速擋位從“1擋”旋轉到“2擋”就是一個動作。

②閉合：使電器的動、靜觸頭在規定的位置上建立電接觸的過程。 ③斷開：使電器的動、靜觸頭在規定的位置上解除電接觸的過程。

④接通：由于電器的閉合，而使電路內電流導通的操作。 ⑤分斷：由于電器的斷開，而使電路內電流被截止的操作。

⑥控制：使電器設備的工作狀態適應于變化運動要求。

⑦使用類別：與開關電器或熔斷器完成功能條件有關的、表示使用特點的若干規定要求。對于開關電器而言，是指有關工作條件的組合，通常用額定電流和額定電壓的倍數，相應的功率因素和時間常數，表征電器額定接通和分斷能力的類別。

⑧可逆轉化：通過電器觸頭的轉化改變電動機回路上的電源相序（對于直流電動機則為電源極性），以實現電動機反向運轉的過程。

2．參數 ①額定工作電流：在規定的條件下，保證電器正常工作的電流。 ②約定發熱電流：在規定的條件下實驗，電器在8小時工作制下，各部件的溫升不超過極限數值時所承載的最大電流。

③分斷電流：在分斷過程中，產生電弧的瞬間所流過電器的電流數值。 ④短路電流：由于電路的故障或者連接錯誤造成的短路而引起的過電流。

⑤約定熔斷電流：在約定時間內能使熔斷器的熔斷體熔斷的規定電流數值。 ⑥約定脫扣電流：在約定時間內能使繼電器或脫扣器動作的規定電流數值。

⑦約定不脫扣電流：在約定時間內能使繼電器或脫扣器能承受不動作的規定電流數值。

⑧最小分斷電流：在規定的使用和性能條件下，熔斷體能分斷規定電壓下的預期最低值。

⑨電流整定值：繼電器或者脫扣器所調整到的動作電流值，這個值與動作特性有關，并按照此值確定了繼電器或脫扣器動作的主電路電流值。

⑩額定工作電壓：在規定條件下，保證電器正常工作的工作電壓值。

3．技術性能 ①機械壽命：機械電器在需要修理或者更換機械零件前所承受的無載操作循環次數。 ②電（氣）壽命：在規定的正常工作條件下，機械電器不需要修理或者更換零件前所承受的負載操作循環次數。

1.1.3低壓電器的發展歷程與趨勢

1．低壓電器的發展歷程 我國的低壓電器產品大致可分為如下四代。

第一代產品：20世紀60年代至70年代初。 第二代產品：20世紀70年代末至80年代。 第三代產品：20世紀90年代。 第四代產品：20世紀90年代末至今。

2．低壓電器的發展趨勢（1）智能化（2）電子化（3）產品的模塊化和組合化（4）產品的質量和可靠性明顯提高1.2電氣安全

1.2.1電氣事故

1．電氣事故的分類

①按照事故發生的形式分類，可以分為人身事故、設備事故、電氣火災和爆炸事故等。

②按照發生事故時的電路狀況分類，可以分為短路事故、斷線事故、接地事故、漏電事故等。

③按照事故的嚴重程度分類，可以分為特大事故、重大事故和一般事故。

④按照事故的基本原因分類，可以分為以下幾類。 觸電事故。 雷電和靜電事故。 射頻傷害。 電路故障。

2．觸電事故（1）常見觸電事故的主要原因 常見觸電事故的主要原因有以下幾個。

①電氣線路、設備檢修中措施不落實。 ②電氣線路、設備安裝不符合安全要求。 ③非電工任意處理電氣事務，接線錯誤。 ④現場臨時用電管理不善。

⑤操作漏電的機器設備或使用漏電的電動工具（包括設備、工具無接地和接零保護措施）。 ⑥設備、工具已有的保護線中斷。

⑦移動長、高金屬物體觸碰高壓線，在高位作業（天車、塔、架、梯等）誤碰帶電體或誤送電觸電。

⑧電焊作業者穿背心、短褲，不穿絕緣鞋，汗水浸透手套，焊鉗誤碰自身，濕手操作機器按鈕等。

⑨水泥攪拌機等機械的電機受潮，打夯機等機械的電源線磨損。 ⑩暴風雨、雷擊等自然災害。

（2）防止觸電事故的措施 防止觸電事故，既要有技術措施，又要有組織管理措施，歸納起來有以下幾個方面。

①防止接觸帶電部件 常見的安全措施有絕緣、屏護和安全間距。

絕緣：即用不導電的絕緣材料把帶電體封閉起來，這是防止直接觸電的基本保持措施。

屏護：即采用遮攔、護罩、護蓋、箱閘等把帶電體同外界隔離開來。

間距：為防止身體觸及或接近帶電體，防止車輛等物體碰撞或過分接近帶電體，在帶電體與帶電體、帶電體與地面、帶電體與其他設備以及設施之間，皆應保持一定的安全距離。

②防止電氣設備漏電傷人 保護接地和保護接零，是防止間接觸電的基本技術措施。 保護接地 保護接零

③采用安全電壓 ④使用漏電保護裝置 ⑤合理使用防護用具 ⑥安全用電組織措施

3．用電安全要素

（1）電氣絕緣（2）安全距離（3）安全載流量（4）標志

1.2.2電工安全操作距離

1.2.3接地

1．接地的分類

按照接地的目的可將接地分為如下幾類。

①為了電路或者設備達到運行需要的接地，稱為工作接地。 ②保護接地，也稱安全接地。

③為了消除過電壓危險而設的接地，稱為過電壓保護接地。 ④為了防止靜電危險影響而設的接地，稱為防靜電接地。

2．保護接地的形式（1）TT系統

圖1-1TT系統的字母含義及接線方法

（2）TN系統 ①TN-S系統 ②TN-C-S系統 ③TN-C系統。

圖1-2TN-S系統的接線方法

圖1-3TN-C-S系統的接線方法

圖1-4TN-C系統的接線方法

3．接地極的制作方法和接地電阻（1）接地裝置的選擇 接地體或自然接地體的對地電阻的總和稱為接地的接地電阻。接地電阻的數值等于接地裝置對地電壓與通過接地體流入大地中電流的比值。

埋設在地下的金屬管道（但不包括有可燃或有爆炸物質的管道）、金屬井管，與大地有可靠連接的建筑物的金屬結構，水工構筑物及其類似的構筑物的金屬管、樁等都可以作為接地裝置。但要注意，自來水管作為接地裝置是不安全的，因為接入自來水管道的故障電流可能對自來水管的使用和管道維修人員造成危害。

（2）接地裝置的制作 選擇地勢較低、較為潮濕的地方將金屬棒打入或者埋入地下。往往要使用多個金屬棒并聯構成接地電阻小于4的接地極，金屬棒的一段加工成尖形，以便打入地下，棒長為2.5m，如圖1-5所示。

圖1-5金屬棒做接地裝置

采用金屬板做接地裝置時，埋入深度不少于2.5m，金屬板的面積不小于0.5m2，厚度不小于5mm，以銅板為佳，如圖1-6所示。在填土之前要在銅板附近撒2kg～5kg鹽。

圖1-6金屬板做接地裝置

4．保護接地的要點

①電氣設備都應有專門的保護導線接線端子（保護接線端子），并用“”符號標記，也可用黃綠色標記。不允許用螺絲在外殼、底盤等代替保護接地端子。

②保護接地線用粗而短的黃綠線連接到保護接地端子排上，接地排要接入大地，接地電阻要小于4。

③保護接地不允許形成環路，正確接法如圖1-7所示，錯誤的接法如圖1-8所示。

圖1-7正確的保護接地

圖1-8錯誤的保護接地

④設備的金屬外殼良好接地，是抑制放電干擾的最主要措施。 ⑤設備外殼接地，起到屏蔽作用，減少與其他設備的相互電磁干擾。

5．工作接地（1）工作接地的方式 ①浮地。 ②單點接地。 ③多點接地。

圖1-10單點串聯接地

圖1-11單點并聯接地

（2）工作接地注意事項 ①設備的接地不能布置成環形，一定要有開口，保護接地也遵循這一原則。

②采用光電隔離、隔離變壓器、繼電器等隔離方法，切斷設備或電路間的地線環路，抑制地線環路引起的共阻抗耦合干擾。

③設備內的數字地和模擬地都應該設置獨立的地線，最后匯總到一起，如圖1-12所示。

圖1-12設備的數字地和模擬地的接法

④工作地浮地方式只適用于小規模設備和工作速度較低的電路，而對于規模較大的復雜電路或者設備不應該采用浮地方式。

⑤電柜中的工作地線、保護地線和屏蔽地線一般都接至電柜中的中心接地點，然后連接大地，這種接法可使柜體、設備、屏蔽地和工作地保持在同一電位上（見圖1-9），保護地和屏蔽地最終都連在一起后又與大地連通。

1.2.4電磁防護

1．電磁輻射 隨著電子技術的飛速發展，電子設備的應用更加廣泛，遍及工業、農業、軍事、交通、醫療、教育和文藝等許多領域。

可以說，各行各業都離不開電子設備，尤其是使用頻率較高的通信、雷達、電視、廣播、導航等設備，為了得到較大的覆蓋范圍，需要向空間輻射能量很強的電磁波。

2．電磁輻射的危害（1）對人體的危害（2）對電氣、電子設備和系統的危害（3）對電器元件的危害

3．電磁屏蔽 電磁屏蔽是防止電磁輻射的主要措施。

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