第二章　電氣、儀表基礎知識

第一節　電氣基礎知識

一、基本物理量

（1）電路　電路就是電流通過的路徑。它由電源、負載、連接導線和開關等組成。負載、連接導線和開關稱為外電路。

當開關閉合時，電路中有電流流過，負載就可以工作，叫做接通電路，即合閘。當開關斷開時，電路中沒有電流通過，負載停止工作，叫做斷開電路，即分閘。

（2）電流　導體中的自由電子在電場力的作用下，作有規則的定向運動，就行成了電流。習慣上規定正電荷移動的方向為電流的方向。因此在金屬導體中，電流的方向是和自由電子的實際移動方向相反的。

電流強度：電流的大小用電流強度（簡稱電流）來表示，其數值等于單位時間內通過導體截面的電荷量，通常用符號I表示。電流的單位為安培，簡稱安（A）。

I=Q/T

式中　I——電流強度;

Q——通過導體截面的電荷量;

T——通過電荷量Q所用的時間。

（3）電位、電壓　電路中某點的電位，在數值上等于單位正電荷沿任意路徑從該點移至無限遠處的過程中，電場力所做的功。其單位為伏特，簡稱伏（V）。

電路中任意兩點間的電位差，稱為電壓。

（4）電阻　在電場力的作用下，電流在導體中流動時，所受到的阻力，稱為電阻，用R或r表示。電阻的單位為歐姆，簡稱歐（Ω）。

實驗證明，在一定的溫度下，截面積均勻，材料相同的一段金屬導體電阻的大小，與其長短成正比，與其截面積成反比，并與其材料有關，這種關系稱為電阻定律。

導體的電阻還與溫度有關。一般金屬材料的電阻是隨溫度的升高而增加。

（5）直流電　電流的大小和方向都不隨時間變化的稱為直流電。

（6）交流電　所謂交流電，其電動勢、電壓及電流的大小和方向都隨時間按一定規律作周期性變化。在工業上應用的交流電，一般按正弦規律變化，所以叫做正弦交流電。

（7）電流的熱效應　電流通過導體時，由于自由電子的碰撞，電能就不斷地轉變為熱能，這種電流通過的導體會產生熱的現象，稱為電流的熱效應。

（8）短路　如果電源通向負載的兩根導線不經過負載而相互直接接通，就發生了電源被短路情況。這時電路中的電流可能增大到遠遠超過導線所允許的電流限度。

電力系統中常見的短路有兩相短路和三相短路等。

短路會造成電氣設備的過熱，甚至燒毀電氣設備，引起火災。同時，短路電流還會產生很大的電動力，造成電氣設備損壞。嚴重的短路事故甚至會破壞系統的穩定。所以對運行中的電氣設備應采取一定的保護措施，例如安裝自動開關、熔斷器，當發生短路故障時，這些裝置可將短路點及時切除，以限制短路造成的破壞。

二、生產裝置電氣設備的防爆、防護

1.爆炸危險場所的電氣設備

在火災和爆炸危險的場所應安裝防爆電氣設備。防爆電氣設備和器材均應符合國家或行業的現行技術標準，并具有合格證。設備有銘牌，并標有國家防爆檢驗單位簽發的“防爆合格證書號”。

①防爆電氣設備應安裝在金屬制作的支架上，支架應采用預埋、膨脹螺栓及焊接法固定；有振動的電氣設備的緊固螺栓應有防松裝置。

②防爆電氣設備多余的進線口，其彈性密封墊和金屬墊片應齊全，并應將壓緊螺母擰緊使進線口密封。

③事故排風機的按鈕應單獨安裝便于操作的位置，且應有特殊標志。

④正常運行產生火花或電弧的隔爆型電氣設備，其電器連鎖裝置必須動作可靠，即電源接通時殼蓋不能打開，殼蓋打開后電源不能接通。

⑤防爆充油型開關設備，不得用于直流電路。

⑥與安全火花型電氣設備配套的關聯設備的型號，必須與安全火花型電氣設備銘牌中標明的關聯設備型號相同。

2.爆炸性氣體環境危險區域劃分

①電機防爆選型

注：○—適用；△—慎用；×—不適用。

②燈具防爆選型

0區：連續出現或長期出現爆炸性氣體混合物的環境。

1區：在正常運行時可能出現爆炸性氣體混合物的環境。

2區：在正常運行時不可能出現爆炸性氣體混合物的環境，或即使出現也僅是短時存在的爆炸性氣體混合物的環境。

3.爆炸性粉塵環境危險區域劃分

10區：連續出現或長期出現爆炸性粉塵環境。

11區：有時會將積留下的粉塵揚起而偶然出現爆炸性粉塵混合物的環境。

4.火災危險區域劃分

21區：具有閃點高于環境溫度的可燃液體，在數量和配量上能引起火災危險的環境。

22區：具有懸浮狀、堆積狀的可燃粉塵或可燃纖維，雖不能形成爆炸混合物，但在數量和配量上能引起火災危險的環境。

23區：具有固體狀可燃物質，在數量和配量上能引起火災危險的環境。

電氣設備防護選型如下。

5.防爆電氣設備的防爆型式及防爆原理

①隔爆型：能承受已進入外殼內部的可燃性混合物在內部爆炸而不損壞，并且通過外殼上的任何結合面或結構也不會引燃由一種或多種氣體或蒸汽所形成外部爆炸環境的電氣設備。

②增安型：它是一種對正常運行條件下不會產生電弧、火花電氣設備采取一些附加措施以提高其安全程度，防止其和外部部件可能發生危險溫度、電弧和火花的電氣設備。

③正壓型：它是一種通過保持內部保護氣體的壓力高于周圍爆炸環境壓力的措施來達到安全的電氣設備。

④本質安全型：設備內部的電路在規定的試驗條件下，正常工作或規定的故障狀態下產生的電火花和熱效應均不能點燃規定的爆炸性氣體或蒸汽的電氣設備。

⑤澆注型：將可能產生點燃爆炸性混合物的電弧、火花或高溫的部分澆注，使它不能點燃周圍的爆炸性氣體混合物的電氣設備。

6.防爆電氣設備的應用舉例

①隔爆型：應用于防爆斷路器、開關、燈具、啟動器、按鈕、操作柱、配電箱、電動機等。

②增安型：應用于防爆接線盒、接線箱、過渡箱、撓性管、燈具、電動機等。

③正壓型：應用于防爆分析小屋、大型電動機、配電設備、儀表控制器等。

④本質安全型：應用于防爆分析小屋、大型電動機、配電設備、儀表控制器等。

⑤澆注型：應用于防爆變壓器、電阻器等。

三、電機日常檢查維護

電動機分為交流電動機和直流電動機兩大類。交流電動機又分為異步電動機（感應電動機）和同步電動機。而異步電動機又有單相和三相之分。

單相電動機的功率一般比較小，多用于生活用電器，如吹風機和電風扇等。

三相異步電動機由于其轉子構造不同，又分為兩種，一種是三相鼠籠式異步電動機，也叫短路式轉子電動機；另一種是三相繞線式轉子電動機，也叫滑環式電動機。

1.電動機的銘牌

在異步電動機的銘牌上標明了電動機的規格、性能及使用條件，它對于電動機的正確使用、維護和保養等都是必不可少的。

（1）額定功率　是表示電動機在額定工作狀況下運行時允許輸出的機械功率，單位為W或kW。

（2）額定電壓　是表示電動機在額定工作狀況下運行時輸入的線電壓，單位為伏，如果銘牌上標有兩個電壓數據，表示定子繞組在兩種不同接法時的線電壓，如220/380V。

（3）額定電流　是表示電動機在額定工作狀況下運行的所承受的電流，單位為安。如果銘牌上標有兩個電流數據，表示定子繞組在兩種不同接法時的電流。

（4）額定轉速　表示電動機在額定工作狀況下運行時的轉速。單位為r/min。

（5）溫升　是指電動機各發熱部分的溫度與環境氣溫之差。允許溫升是在規定的環境溫度下（一般為40℃），電機各部分允許超出的最高溫度。電機的溫升是根據電機使用的絕緣材料等級來決定的，絕緣等級不同，允許溫升不同。由于電動機定子繞組最容易發熱，所以銘牌上的溫升是指定子繞組的最高允許溫升。

2.電動機運行中的管理與維護

在電動機的維護工作中，必須時刻細心維護好運行中的電動機，不使電動機受到不應有的損失，電動機投入運行后，應經常監視機組運行情況，注意監視、檢查以下方面。

（1）檢查電動機電源引入線的可見部分有無松動、碰傷和灼傷等現象。

（2）檢查電動機的外殼有無裂紋和破損，各緊固螺絲是否齊全、緊固。

（3）檢查電動機和啟動設備的金屬外殼是否可靠接地，接地線無松動、破損、斷線等。

（4）檢查電動機的電流。電動機正常運行時，其電流不能超過銘牌上規定的額定電流，裝有電流表的電動機，要在電流表上設置警戒紅線，以便監視。當電流超過額定值時，要盡快查明原因。系統電壓過高、過低，電動機單相運行，負載過大，拖動機械故障等，往往是電流增高的主要原因。

（5）檢查電動機的溫升。電動機運行時的溫升不應超過允許溫升，監視溫升是監視電動機的直接可靠的辦法。監視電動機溫升的簡便方法是憑經驗用手摸機殼和軸承端蓋處的溫度。這時要注意，用手摸電動機時，一定要先用手背去貼電動機，萬一電動機外殼有電時，手會立即縮回，能很快地離開電動機。

（6）檢查電動機的聲音、氣味。電動機發出很大的嗡嗡聲，說明電動機電流過大或單相運行；出現摩擦聲，說明有掃膛現象；用螺絲刀一端觸到軸承蓋，木柄端貼到耳朵上，如果聽到均勻的“沙沙”聲，說明軸承運轉正常；如果聽到電動機有“咕嚕咕?！甭暎f明軸承中滾珠已損壞；如果有“咝咝”聲，說明軸承缺油；如果聽到電動機振動聲音很大，首先要檢查電動機地腳螺絲是否松動，如一切正常，說明可能是電動機本身的故障。如果聞到電動機絕緣漆味或焦煳味，說明電動機已嚴重過負荷或內部出現故障。

3.電動機常見故障分析

（1）電動機振動較大　空載振動的可能原因是：①基礎不穩或剛度不夠;②軸彎曲使電動機產生振動;③軸頸磨損使電動機振動;④軸裂紋使電動機產生振動。運行中突然產生振動一般是由于電動機出現斷相造成的，檢查電源是否有斷相、開關是否接通、熔絲有無熔斷或繞組有無斷路。電動機空載運行正常，加負載后振動，這種故障多是傳動裝置不平衡或電動機軸線與被拖動機械軸線不一致造成的，應進行相應的檢查和調整。

（2）電動機有不正常噪聲

①電動機空載時有不正常噪聲、切斷電源后消失：多數原因是并聯支路或部分線圈接錯、線圈匝間短路造成的。

②電動機運行中突然出現不正常噪聲：這類故障一般是由于電動機出現斷相造成的。

③電動機空載時有不正常噪聲，斷電后隨轉速下降而降低：原因可能是軸承磨損嚴重、轉子與定子相碰、轉子鐵心不圓或內孔偏心。

④電動機運行時聲音不正常：原因可能是單相運行、三相電流不平衡、振動或空氣隙不均勻、轉子與定子摩擦、風罩內有雜物等。

4.三相異步電動機運行故障的可能原因及排除方法

（1）電動機運行時突然停止，可能原因有電源電壓低落或中斷（用萬用表檢查電源有無電壓若有電壓，電壓是否符合要求，更換不符合要求的電源）；定子電路或轉子電路有斷開情形（解體檢查修復）；嚴重過載（聯系工藝調整負荷或更換電動機）。

（2）電動機有較大的“嗡嗡”聲，電流也異常大，檢查是否定子繞組中有短接、中斷情況，使其他未壞的繞組過載。

（3）電動機啟動情況良好，在帶額定負載時，運行情況也好，但各相電流不一樣，一相電流比其他兩相電流大，同時電動機的轉速比額定轉速低，檢查是否為△接繞組有一相斷線、接頭焊接不良使用時松脫、機械碰傷使一相拉斷。

（4）電動機嚴重發熱，甚至散發絕緣漆燒焦的氣味。如電動機運轉正常，各部分發熱均勻，而溫升已超過規定值，一般是電動機過載了，應檢查生產機械，工藝生產負荷是否太重，或傳動機構是否正常，也可能電源電壓過低或過高。若電動機各部發熱不均勻，某一部分（如軸承蓋）熱得燙手，軸承伴有異常雜音，一般是軸承滾珠損壞，也可能軸承內有臟物，需要更換或拆洗加油。

正常情況下電動機滾動軸承溫度應在5～60℃之間，60～70℃之間溫度偏高，超過70℃一定要及時處理。檢測溫度可用測溫槍、各類溫度計等。電動機滾動軸承發熱主要有以下原因：①軸承嚴重磨損。②缺油（脂）。③油（脂）過多。④油（脂）品質變差。⑤環境溫度偏高。⑥負荷過大。⑦軸與其他部件存在摩擦。⑧軸承與軸、軸承與軸承室配合過松或過緊。⑨振動過大。

處理發熱故障要根據具體情況具體解決，軸承嚴重磨損的應更換軸承，缺油（脂）的應適當加油（脂），同理油（脂）過多的應適當清除油（脂），油（脂）品質變差的更換油（脂），環境溫度偏高的應適當降低環境溫度或采取局部強制降溫措施，負荷過大的應適當降低負荷，軸與其他部件存在摩擦的應找到摩擦部位并消除摩擦，軸承與軸、軸承與軸承室配合過松或過緊的應按公差配合加工軸或軸承室，振動過大的應找到振動原因并消除振動。

（5）電動機溫度過高或冒煙檢查一下是否負載過大、三相電流不平衡、周圍環境溫度高使電動機溫度上升、電動機通風條件差、定子繞組短路或匝間短路。

5.電動機日常維護

（1）潤滑　電動機軸承潤滑是日常維護中的一個重點，應按照電動機制造廠的出廠說明選用合適的油（脂）定期加注，這是保證電動機長期穩定運轉的重要措施。同時加強對油（脂）、油具的管理防止油（脂）、油具受潮、受熱、污染。

（2）清潔、通風、防潮防腐蝕　清潔、通風、防潮防腐蝕是日常維護中的另一個重點，應保持電動機清潔、通風，有利于散熱通風，同時要注意防潮防腐蝕，保證定子線圈和軸承油（脂）不受腐蝕影響，絕緣良好、轉動正常。主要包括如下。

①電動機周圍保持清潔干燥。

②電動機絕緣良好，6000V電動機絕緣不低于6MΩ，380V電動機絕緣不低于0.5MΩ。

③電動機冷態時24h可以啟動二次，熱態時啟動一次。

④電動機的溫度機身不超過100℃，軸承不超過70℃。

⑤檢查電動機是否有異聲。