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1.1 电气图的分类与特点 |
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电气图的定义：用电气图形符号、带注释的图框或简化的外形来表示电气系统或设备组成部分之间相互关系及其连接关系的一种图绘制形式，就是说要表明两个或两个以上变量之间的关系，用以说明电气系统、成套用电装置或用电设备中各组成部分的相互关系或连接关系，再则就是用以提供工作参数的表格、文字等，也属于电气图之列。
对于用电设备来说，电气图主要是指主电路图和控制电路图；对于供配电设备来说，主要是指一次回路和二次回路的电路图。
根据各电气图所表示的电气设备、工程内容及表达形式的不同，通常电气图可以分为电气总平面图、电气系统图、电气平面图、电气原理图、电气接线图、大样图、电缆清册、图例、设备材料表和设计说明等。
电气总平面图是在建筑总的平面图上表示出电源及电力负荷的分布图样，主要表示各建筑物的名称、用途、电力负荷的总装机容量、电气线路的走向及变（配）电装置的位置、容量和电源进户线的方向。通过电气总平面图可以了解该项目的工程概况，掌握电气负荷的分布及电源装置。
一般大型工程有总平面图，中小工程的平面图则由动力平面图和照明平面图替代。
（1）要点。系统图（方框图）是用单线表示电能或信号按回路分配的图样，主要表示各个回路的名称、用途、容量及主要电气设备、开关元件和导线电缆的规格型号等。通过电气系统图可以知道该系统有多少回路和主要用电设备的容量、控制方式等。
（2）图例。如图1-1所示为某一变电站的供电系统图。
（3）图例说明。图1-1所示的变电站的供电系统图表示这个变电站可把10kV的电压通过变压器变换为0.38kV的电压，经过断路器QF和母线通过QF 1 、QF 2 、QF 3 、QF 4 分别供给了4条用电支路。
（4）相关说明。系统图（方框图）常用来表示整个工程或其中的某一项供电方式和电能的输送关系，也可以表示某用电装置或用电设备主要组成部分的关系。
电气原理图又称电气原理接线图，是单独用来表示电气设备及元件控制方式及控制线路的图样。主要表示电气设备及元件的启动、保护、信号、联锁、自动控制及信号测量等。此种电气原理图按工作顺序用图形符号从上而下、从左到右排列，详细表示电路、设备或成套用电装置的全部组成和连接关系，而不考虑实际位置的简图。
电气原理图可分为电力系统图、生产机械电气控制电路图和电子电路图。
1）电力系统图
（1）要点。电力系统图又分为发电厂变电电路图、厂矿变（配）电电路图、电力及照明配电电路图。每种电路图又可分为主接线图和二次接线图。
主接线图是把电气设备和电气元件（隔离开关、断路器、互感器、避雷器、电力电容器、变压器、母线等）按一定的顺序连接起来，称为汇集和分配电能的电路图。
（2）图例。如图1-2所示为一单台变压器的高压变电站主电路图，电源经过断路器QF 1 送到变压器T，变压器再经过断路器QF 2 送到母线汇流排，再向各电力支路分配电力。
图1-1 变电站供电系统图
图1-2 单台变压器的高压变电站主电路图
（3）图例说明。通常把对一次设备进行控制、提示、检测和保护的附属设备称为二次设备；将表示二次设备的图形符号按一定的顺序绘制成的电气图，称为二次接线图或二次电路图。
如图1-3所示为3～6kV高压断路器电磁操作机构的断路器控制回路。由图可见断路器的合闸控制过程、分闸控制过程、断路跳闸控制过程，以及这三个状态下指示灯的指示情况。
2）电气设备控制电路图（生产机械电气控制电路图）
（1）要点。对电动机及其他用电装置的供电方式进行控制的电气图称为生产机械电气控制电路图，一般分为主电路和辅助电路。主电路是从电源到电动机或其他用电装置主要工作电流通过的电路。辅助电路包括控制电路、照明电路、信号电路和保护电路。
（2）图例。如图1-4所示为接触器直接启动电路。
图1-3 电磁操作机构的断路器控制回路
图1-4 接触器直接启动电路
（3）图例说明。接触器直接启动电路在这个电路中当合上隔离开关QF后，按下启动按钮SB 2 时，接触器KM的线圈得电，它的动合主触点闭合，使电动机得电运转；另一个辅助触点闭合，进行自锁。当按下停止按钮SB 1 或热继电器FR动作时，接触器KM线圈失电，动合主触点断开，电动机停止运转，可见图1-4表示了电动机的操作控制原理。
3）电子电路图
反映电子电气元件组成的设备或装置工作原理的电气图称为电子电路图，又可分为电力电子电路图和电子电气电路图（将在第7章里详细介绍）。
（1）要点。电气接线图是与电气原理图配套使用的图样，用来表示设备元件外部接线及设备元件之间的接线。通过电气接线图可以知道系统控制的接线及控制电缆、控制线的走向与布置等。
（2）图例。如图1-5所示为接触器直接启动线路的接线图。
（3）图例说明。接触器直接启动线路的接线图清楚地表示了各元件之间的实际位置和连接关系。电源（L 1 、L 2 、L 3 ）经隔离开关QS由U 11 、V 11 、W 11 接至熔断器FU 1 ，再由U 21 、V 21 、W 21 接至交流接触器KM的主触点，再经过U 31 、V 31 、W 31 接至继电器的发热元件，接到端子排的U 1 、V 1 、W 1 ，最后用导线（电缆）接入电动机的U、V、W端子。
图1-5 接触器直接启动线路的接线图
（4）当一个用电装置比较复杂时，接线图又可以分为单元接线图与单元接线表。
① 要点。单元接线图是表示成套用电装置或设备中一个结构单元内各元件之间连接关系的一种接线图。通常按用电装置或设备背面的布置而绘制出其中的连接关系，所以又称为屏背面接线图。
② 图例。如图1-6所示为简单的单元接线图。
图1-6 简单的单元接线图
③ 图例说明。图1-6所示的简单的单元接线图中（a）用连续线来表示，（b）用中断线来表示。该图共有6个项目，即A、B、C、D、R、X。图中清楚地表明了各项目之间的连接关系。
④ 例表说明：为了能表示出接线图中的线缆号、线缆型号及规格、项目代号、两端连接端子号和其他说明等内容，在单元接线图中往往给出了单元接线表。对于某些项目较少且接线简单的单元也可只给出单元接线表即可。
按图1-5制作的单元接线表见表1-1。
表1-1 单元接线表
注 接线表应该包括以下几项：
① 线号，即导线的标号，也可用文字、字母表示；
② 线缆型号及规格，即表示连接导线所属的电缆、线束号，如为单根导线，不分束，则不表示；
③ 连接点Ⅰ、Ⅱ，即连接线两端与设备、组件的连接点，包括项目代号、接线端子号及其有关其他连接的说明（列入“参考”）；
④ 参考，与连接点有关的说明。
（5）互连接线图和互连接线表
① 要点。互连接线图是表示成套用电装置或设备的不同单元之间连接关系的一种接线图，一般包括线缆与单元内端子的接线板的连接，但单元内部的连接情况通常不包括在内。为了说明单元内部的连接情况，通常给出相关单元接线图的图号，以方便对照阅读。
② 图例。如图1-7（a）所示为用连续线表示的互连接线图。
③ 图例说明。用连续线表示的互连接线图表示了4个单元之间的连接关系，这4个单元的项目代号（只表示了位置代号）分别为+A、+B、+C、+D，其中+A、+B、+C 3个单元用点画线方框表示，其中内部各有一个端子板，其代号为X，而项目D只表明了去向。
（6）图例说明图中各单元的互连关系如下。
+A、+B之间用207号线缆连接，型号为KVV，3芯截面积为2.5mm 2 。每根芯线的两端均标有相同的芯线号，如Ⅰ号芯线的一端接+A—X︰1，另一端接+B—X︰2。
+B、+C之间用208号线缆连接，线缆型号及规格为LVV—2×6 mm。
+A、+D之间用209号线缆连接，线缆型号及规格为LVV—2×4 mm。
① 图例。如图1-7（b）所示与图1-7（a）是同一用电装置的互连接线图。
② 图例说明。图中有的采用单线表示法，如+A、+B之间的207号线缆；有的用中断线表示法，如+B、+C之间的208号线缆和+A、+D之间的209号线缆。中断处用远端标记表明去向，如208号线缆，在+B端标记为+C，在+C端标记为+B。
图1-7 互连接线图表示法
③ 例表说明。表1-2为与图1-7相对应的互连接线表，表示+A、+B、+C、+D单元之间207号、208号、209号三根线缆两端的连接（连接点Ⅰ、Ⅱ）关系。
表1-2 互连接线表
续表
（7）端子接线图和端子接线表
① 要点。端子接线图是表示成套用电装置或设备的端子及接在端子上外部接线（有的也包括内部接线）的一种接线图。一般情况下不表示端子板与内部其他部件的连接关系，但可以给出相关元件的图号，以便查阅。
② 图例。如图1-8所示为两个端子接线图的示例图。其中左边是结构单元+A6的端子接线图，右边是结构单元+B5的接线端子图。
图1-8 端子接线示例图
③ 图例说明。
（a）图1-8中，+A6（位置代号）单元端子排的代号为X1，共有12个端子，依次标号为1～11和PE，其中5、6为备用。+A6单元端子接线图画在15号图上。
+B5单元的端子接线图画在14号图上，其端子排的代号为X2，共7个端子，依次标号为1～6和PE，其中1、6号端子为备用。
+B6单元端子排号为X3，其中端子代号为1～6和PE，图1-8中未详细画出端子接线图。
将单元+A6、+B5、+B6分别用137、138号两根线缆组相互连接起来。137号线束将+A6、+B5、+B6连接起来，其中5、6号导线备用；138号线束将+A6与+B6连接起来，共有7根线，分别标为1～6和PE，它们都采用独立标记法。这样就可以按端子接线图将+A6与+B6、+A6与+B5的结构单元连接起来，如+A6的X1端子的2号与+B5的端子X2的2号用导线连接，标注1号线。
（b）图例说明：图1-8（b）与图1-8（a）是同一个端子接线图，只不过图1-8（b）采用的是相对标记法，如137号电缆束的两端分别标记+B5和+A6；137号电缆的1号芯线两端分别标记X2︰2、X2︰1。
（c）例表说明：表1-3为与图1-8相对应的端子接线表。表中较详细地表示出了每一根导线接于端子的标记、导线的型号规格及导线两端口端子板相接的本端子标记，表中采用了本端标记法，即导线终端的标记与其所连接的标记相同的标记方法。
表1-3 端子接线表
（8）电线电缆配置图与电线电缆配置表
① 要点。电线电缆配置图表示电线电缆两端的位置，必要时还包括电线电缆的功能、特性和路径等。一般只表示出电缆的种类，也可以表示出电缆的路径、敷设方式等，它是计划敷设电缆工程的基本依据。
② 图例。如图1-9所示为电缆配置图例。
图1-9 电缆配置图例
③ 图例说明。在图1-9（a）中，各单元用实线框表示，且只表示出各单元之间所配置的电缆，并未示出电缆和单元连接线的详细情况。
这种电缆配置图还可以采用更简单的单线法绘制，如图1-9（b）所示。
④ 例表说明。表1-4为与图1-9相对应的电缆配置表。
表1-4 电缆配置表
（9）屏面布置图
① 要点。屏面布置图就是采用框型符号来表示屏面设备布置的一种位置简图。屏面布置图是设备制造厂家用来加工制作电器、电柜的依据，也可供安装接线、查找、维护管理过程中核对屏内设备的名称、位置、用途及拆装、维修等用。它与单元接线图相对应，因此可以作为阅读和使用单元接线图的重要参照。
② 图例。如图1-10所示为较典型控制屏面布置图。
③ 图例说明。典型的二次屏面布置图是按项目的相对位置布置了各个项目，各项目采用框型符号，但信号灯、按钮、连接片等采用一般符号，项目的大小没有完全按实际尺寸绘出，但项目的中心间距则标注了严格的尺寸。
（1）要点。电气平面图包括供电线路平面图、变（配）电站平面图、电力平面图、照明平面图、弱电系统平面图、防雷与接地平面图等。电气平面图一般是在建筑平面图的基础上绘制出来的。
图1-10 典型控制屏面布置图
（2）图例。如图1-11所示为某车间动力电气平面图，它表示了各用电设备的具体平面位置和供电线路。
图1-11 某车间动力电气平面图
（1）要点。设备布置图由平面图、主面图、断面图、剖面图等组成，用来表示各种设备和装置的布置形式、安装方式及相互之间的尺寸关系，通常这种图是按三视图原理绘制的。
（2）图例。如图1-12所示为某自动线的工艺布置及设备上电气装置位置图，它表示接线箱、操作台和电控柜的具体位置。
（1）要点。设备材料表用表格的形式来表示系统中设备材料的规格、型号、数量等内容。它可以置于图中的某一位置，也可以单列一项（以元件材料的数量而定）。为了书写方便，通常是从下而上排序的。
图1-12 自动线的工艺布置及设备上电气装置位置图
（2）例表说明。表1-5 为某项目的部分设备材料表。
表1-5 某项目的部分设备材料表
（1）要点。大样图一般用来表示某一具体设备的结构或某一元件的结构及具体的安装方法，通过大样图可以了解该项工程的复杂程度。一般非标准的控制柜、箱、检测元件和架空线路的安装方法都要采用大样图，大样图通常采用标准图集。
（2）图例及说明。如图1-13所示为塑料线槽接线盒的安装方法。这种安装给出了4种塑料接线盒的安装方法，通过这张图可以了解到塑料盒采用塑料胀管的固定方式；由于其他三种安装方法与其完全相同，因此剖视图就省略了。
该大样图中还给出了这几种接线盒的名称与尺寸，供安装时应用。
图1-13 塑料线槽接线盒的安装方法
（1）要点。电缆清册是用表格的形式表示该系统中的电缆规格、型号、数量、敷设方法、头尾接地等内容。除了较简单的工程不用电缆清册以外，一般电缆比较多的工程都使用。
（2）电缆清册示例。如图1-14所示为典型的电缆清册格式。
图1-14 典型的电缆清册格式
（1）图例说明。图例是用表格的形式列出该系统中使用的图形符号或文字符号，目的是使查阅者容易读懂图样。
（2）图例。如图1-15所示为典型图例格式。
图1-15 典型图例格式
电气图表示系统或电气装置中的电气关系，与其他工程图有着本质的区别，所以具有以下特点。
其作用是阐述电路的工作原理，描述产品的构成与功能，是提供安装、连接和使用信息的重要手段。
（1）一个电路通常由电源、开关设备、用电设备和连接线四部分组成。如果将电源设备、开关设备和用电设备看成元件，则电路就是由元件和连接线组成的，或是说各种元件按照一定的次序用连接线连接起来就构成了一个电路。
（2）元件和连接线的表示方法。
① 元件用于电路图中时有集中表示法、分开表示法和半集中表示法。
② 元件用于布局图中时有位置布局表示法和功能布局表示法。
③ 连接线用于电路图中时，有单线表示法和多线表示法。
④ 连接线用于接线图及其他电气图中时，有连续线表示法和中断线表示法。
图形符号、文字符号（或项目代号）是电气图的主要组成部分。一个电气系统由一种电气装置同各种元件组成，在主要以简图形式表达的电气图中，无论是表示构成、表示功能还是表示电气接线等，通常都是用简图的图形符号表示的。
对系统元件和连接线的描述方法不同就构成了电气图的多样性，如元件可采用集中表示法、半集中表示法、分散表示法，连线可以采用多线表示、单线表示和混合表示。同时，对于一个电气系统中各种电气设备和电气装置之间，从不同角度、不同侧面去考虑存在不同的关系。它们的关系有能量流——能量的流向和传递；信息流——信号的流向和传递；逻辑流——相互间的逻辑关系；功能流——相互间的功能关系。
（1）图例。如图1-16所示为接触器直接启动电路（这个电路在前面内容中介绍过），该电路中主电路就存在着不同的关系。
（2）图例说明。
① 能量流——能量的流向和传递关系 能量是通过QS、FU、KM、FR送到电动机M的，它们之间存在的能量传递关系如图1-17所示。
② 逻辑流——相互间的逻辑关系 在逻辑关系上，只有当QS、FU、KM、FR都正常时，M才能得到能量，所以它们之间存在着“与“的关系。
M=QS·FU·KM·FR，即只有QS合上为“1”、FU正常为“1”、KM合上为“1”、FR没有烧断为“1”时，M才能为“1”，表示可以得到电能。
图1-16 接触器直接启动电路
图1-17 能量传递关系
如图1-18所示为这一逻辑关系图。
③ 信息流——信号的流向和传递关系 从电路保护的角度表示，FU是进行短路保护的。当电路电流突然增大到发生短路时，FU烧断，使电动机M失电。它们存在的信息传递关系为：“电流”输入FU，FU输出电流“烧断”或“不烧断”，取决于电流的大小。如图1-19所示为FU的信息传递图。
图1-18 逻辑关系
图1-19 FU的信息传递图
④ 功能流——相互间的功能关系 如图1-16所示，根据在电路中这些元件的相互关系，通电后对电路的性能和功能所产生的影响。