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第二节

电压的分类

一、怎样区分低压与高压

高压与低压的区别:以电气设备对地的电压值为依据。当对地电压高于250V的为高压,对地电压小于250V的为低压。

目前我国常用的电压等级有:220V、380V、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV。将额定1kV以上电压称为“高电压”,额定电压在1kV以下电压称为“低电压”。

二、直流电压与交流电压的不同

(1)直流电,简称DC,直流电压和交流电压的区别是直流电压是方向和大小保持恒定不变的电压,直流电是指方向不随时间发生改变的电流,但电流大小可能不固定,从而会产生波形,见图2-3。直流电又称恒定电流,所通过的电路称直流电路。

图2-3 直流电与交流电的波形比较

在比较简单的直流电路中,电源电动势、电阻、电流以及任意两点电压之间的关系可根据欧姆定律及电动势的定义得出。复杂的直流网络可根据基尔霍夫定律求解。它包括节点电流定律和回路电压定律两部分,前者指出,对于任一节点(3个或3个以上支路的交点),流入和流出节点的各电流的代数和为零,这是恒定条件的要求;后者指出,对于任一闭合回路,各部分电压降的代数和为零,这是静电场环路定理的结果。

直流电的优点:不用整流滤波设备就可以直接使用。缺点:①直流电电压无法通过变压器进行升压或降压,只能通过专门的电子电路进行升压或降压变换;②发电量相同条件下,直流发电设备比交流发电设备复杂。

(2)交流电,简称为AC,交流电也称“交变电流”或“交流”。一般指大小和方向随时间作周期性变化的电压或电流。它的最基本的形式是正弦电流。我国交流电供电的标准频率规定为50Hz,日本等国家为60Hz。交流电随时间变化的形式可以是多种多样的。不同变化形式的交流电其应用范围和产生的效果也是不同的。以正弦交流电应用最为广泛。

电流随时间的变化规律,由图2-3可看出:交流电需用频率、峰值和位相三个物理量来描述。交流电所要解决电路中的电流、电压关系以及功率(或能量)的分配问题。由于交流电具有随时间变化的特点,因此产生了一系列区别于直流电路的特性。在交流电路中使用的元件不仅有电阻,而且有电感元件和电容元件,应用的元件多,现象和规律就比直流电路复杂很多。

交流电的最大优点是:①电力远距离输送方便,可以将低压通过升压变压器后,升压到十几万伏后输送到很远的地方,然后再通过降压变压器把高压降为低压供给民用(220V)或工厂(三相380V)用。②发电量相同条件下,交流电的发电设备比直流发电设备要简单。交流电的缺点是:大多数用电器都是使用直流电,这需要将交流电经过整流滤波后才能使用。

三、什么是安全电压

安全电压指人体较长时间接触而不致发生触电危险的电压。电压按照国家标准GB3805—2008《特低电压(EW)限值》规定了为防止触电事故而采用的,由特定电源供电的电压系列。我国对工频安全电压根据使用环境规定了以下五个等级,即42V、36V、24V、12V以及6V。

四、什么是额定电压

额定电压是电器长时间工作时所适用的最佳电压。通俗地讲,额定电压就是电器正常工作(如电脑正常工作、灯泡正常发光、电动机正常运转等)时两端的电压值。

额定电压高了容易烧坏元器件,低了用电器不正常工作(灯泡发光不正常,电动机不正常运转)。额定电压合适时,电器中的元器件都工作在最佳状态,只有工作在最佳状态时,电器的性能才比较稳定,这样电器的寿命才得以延长。

五、什么是接触电压

接触电压,是指人站在发生接地短路故障设备旁边,距设备水平距离0.8m,这时人手触及设备外壳(距地面1.8m的高处),手与脚两点之间呈现的电位差,叫做接触电压。

当电气装置绝缘损坏碰壳短路时(见图2-4),流过接地极的短路电流为 I d 。如接地极的接地电阻为 R d ,则在接地极处产生的对地电压 U d = I d × R d ,通常称 U d 为故障电压。一般情况下接地线的阻抗可不计,则电气装置M上所呈现的电位即为 U d 。当人在电流扩散区内时,人所处的地电位为相电压 U φ。此时如果人接触电气装置M,由接触所产生的故障电压 U g = U d - U φ 。人站立在地上,而一只脚的鞋、袜和地面电阻为 R p ,当人接触M时两只脚为并联,其综合电阻为 R p /2。在 U g 的作用下, R p /2与人体电阻 R b 串联,则流经人体的电流 I b = U g /( R b + R p /2),人体所承受的电压 U g = I b × R b = U g × R b /( R b + R p /2)。这种当电气装置绝缘损坏时,触及电气装置的手和触及地面的双脚之间所出现的接触电压 U g 与M和接地极间的距离有关。当M越靠近接地极, U φ越大,则 U g 越小,相应地 U g 也越小。当人在电流扩散区范围以外,则 U φ=0,此时 U f = U d U g = U d × R b /( R b + R p /2), U g 为最大值。由于在电流扩散区内人所站立的位置与 U φ有关。

图2-4 接触电压

六、什么是对地电压

所谓对地电压,是电气设备发生接地故障时,接地设备的外壳、接地线、接地体等与零电位点之间的电位差,称为电气设备接地时的对地电压,对地电压就是以大地为参考点,带电体大地之间的电位差。

七、什么是跨步电压

当电气设备漏电或电力线路一相接地短路时,就有单相对地短路电流从接地体向大地四周流散,在地面上呈现出不同的电位分布,如图2-5所示。当人在接地短路点附近行走时,前脚与后脚之间(人的跨步一般以0.8m考虑)的电位差,称为跨步电压。跨步电压按下式计算:

U k = φ 2 - φ 1

式中 U k ——跨步电压,V;

φ 2 ——人前脚处电位,V;

φ 1 ——人后脚处电位,V。

图2-5 跨步电压的形成

由图2-5中可知,人离接地体越近,跨步电压越大,人离接地体越远,跨步电压越小。

如果人或牲畜站在距离电线落地点8~10m以内,就可能发生触电事故,这种触电叫做跨步电压触电。人受到跨步电压时,电流虽然是沿着人的下身,从脚经腿、胯部又到脚与大地形成通路,没有经过人体的重要器官,好像比较安全。但是实际并非如此!因为人受到较高的跨步电压作用时,双脚会抽筋,使身体倒在地上。这不仅使作用于身体上的电流增加,而且使电流经过人体的路径改变,完全可能流经人体重要器官,如从头到手或脚。经验证明,人倒地后电流在体内持续作用2s,这种触电就会致命。

八、什么是耐压

耐压是检验电器、电气设备、电气装置、电气线路和电工安全用具等承受过电压能力(不发生绝缘缺陷)的主要指标。

耐压分工频耐压和直流耐压两种。工频耐压电压为被试设备额定电压的一倍多至数倍,不低于1000V。其加压时间:对于以瓷和液体为主要绝缘的设备为1min;对于以有机固体为主要绝缘的设备为5min;对于电压互感器为3min;对于油浸电力电缆为10min。直流耐压可用不同试验电压时泄漏电流的数值绘制泄漏电流—电压特性曲线。电气设备经耐压试验能够发现绝缘的局部缺陷、受潮及老化。

九、什么是击穿电压

击穿电压是表明某种材料绝缘性能的重要参数,是在该绝缘材料上加上高电压之后失去绝缘性能时的电压值。材料越厚击穿电压越高,但一般不成正比。击穿电压与多种因素有关:如环境的干燥潮湿程度、材料的厚度、是否加工处理过等。击穿电压通常也用击穿强度或电气强度表述。两者的关系为:击穿强度(或电气强度)=击穿电压/材料厚度,单位为kV/mm,击穿强度也称为介电强度。

十、什么是静电感应

当带电体靠近导体时,导体中的自由电子受到静电力的作用而定向移动,如果带电体带的是正电,那么自由电子向近带电体的一端移动,靠近带电体的一端显示出带负电,远离带电体的一端显示出带正电。如果带电体带的是负电,那么自由电子向远离带电体的一端移动,靠近带电体的一端显示出带正电,远离带电体的一端显示出带负电。也就是说在静电感应中,导体上靠近带电体的一端显示和带电体相异的电荷,导体上远离带电体的一端显示和带电体相同的电荷。

十一、什么是感应电压

感应电压是指带电线缆旁若是存在平行的不带电导体,由于电磁场的交变原理,可能会在不带电导体中也出现电压略低的电压,这种电压不会使灯泡亮起,但可以电击损坏弱电设备。 o+8Op0jY9ZOC9LorBqzfS71H+N5WN+RuAgfKn8vdEJTtEGIV8wcKn6p3pY2DBww7

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