認識電氣工程

一、電氣

電氣（electrical，electrical power and equipment）是電能的生產(chǎn)、傳輸、分配、使用和電工裝備制造等學(xué)科或工程領(lǐng)域的統稱(chēng)。是以電能、電氣設備和電氣技術(shù)為手段來(lái)創(chuàng )造、維持與改善限定空間和環(huán)境的一門(mén)科學(xué)，涵蓋電能的轉換、利用和研究三方面，包括基礎理論、應用技術(shù)、設施設備等。

二、電氣工程

電氣工程（Electrical Engineering，簡(jiǎn)稱(chēng)EE）是現代科技領(lǐng)域中的核心學(xué)科之一，更是當今高新技術(shù)領(lǐng)域中不可或缺少的關(guān)鍵學(xué)科。正是電子技術(shù)的巨大進(jìn)步才推動(dòng)了以計算機網(wǎng)絡(luò )為基礎的信息時(shí)代的到來(lái)，并將改變人類(lèi)的生活、工作模式。電氣工程的發(fā)展前景同樣很有潛力，使得當今的學(xué)生就業(yè)比率一直很高。

三、控制系統

電氣控制系統一般稱(chēng)為電氣設備二次控制回路，不同的設備有不同的控制回路，而且高壓電氣設備與低壓電氣設備的控制方式也不相同。

 主要功能

為了保證一次設備運行的可靠與安全，需要有許多輔助電氣設備為之服務(wù)，能夠實(shí)現某項控制功能的若干個(gè)電器組件的組合，稱(chēng)為控制回路或二次回路。這些設備要有以下功能：

1、自動(dòng)控制功能：高壓和大電流開(kāi)關(guān)設備的體積是很大的 ，一般都采用操作系統來(lái)控制分、合閘，特別是當設備出了故障時(shí)，需要開(kāi)關(guān)自動(dòng)切斷電路，要有一套自動(dòng)控制的電氣操作設備，對供電設備進(jìn)行自動(dòng)控制；

2、保護功能：電氣設備與線(xiàn)路在運行過(guò)程中會(huì )發(fā)生故障，電流（或電壓）會(huì )超過(guò)設備與線(xiàn)路允許工作的范圍與限度，這就需要一套檢測這些故障信號并對設備和線(xiàn)路進(jìn)行自動(dòng)調整（斷開(kāi)、切換等）的保護設備；

3、監視功能：電是眼睛看不見(jiàn)的，一臺設備是否帶電或斷電，從外表看無(wú)法分辨，這就需要設置各種視聽(tīng)信號，如燈光和音響等，對一次設備進(jìn)行電氣監視；

4、測量功能：燈光和音響信號只能定性地表明設備的工作狀態(tài)（有電或斷電），如果想定量地知道電氣設備的工作情況，還需要有各種儀表測量設備，測量線(xiàn)路的各種參數，如電壓、電流、頻率和功率的大小等。

在設備操作與監視當中，傳統的操作組件、控制電器、儀表和信號等設備大多可被電腦控制系統及電子組件所取代，但在小型設備和就地局部控制的電路中仍有一定的應用范圍。這也都是電路實(shí)現微機自動(dòng)化控制的基礎。

       系統組成

常用的控制線(xiàn)路的基本回路由以下幾部分組成。

1、電源供電回路：供電回路的供電電源有AC380V和220V等多種；

2、保護回路：保護(輔助)回路的工作電源有單相220、36V或直流220、24V等多種，對電氣設備和線(xiàn)路進(jìn)行短路、過(guò)載和失壓等各種保護，由熔斷器、熱繼電器、失壓線(xiàn)圈、整流組件和穩壓組件等保護組件組成；

3、信號回路：能及時(shí)反映或顯示設備和線(xiàn)路正常與非正常工作狀態(tài)信息的回路，如不同顏色的信號燈，不同聲響的音響設備等；

4、自動(dòng)與手動(dòng)回路：電氣設備為了提高工作效率，一般都設有自動(dòng)環(huán)節，但在安裝、調試及緊急事故的處理中，控制線(xiàn)路中還需要設置手動(dòng)環(huán)節，通過(guò)組合開(kāi)關(guān)或轉換開(kāi)關(guān)等實(shí)現自動(dòng)與手動(dòng)方式的轉換；

5、制動(dòng)停車(chē)回路：切斷電路的供電電源，并采取某些制動(dòng)措施，使電動(dòng)機迅速停車(chē)的控制環(huán)節，如能耗制動(dòng)、電源反接制動(dòng)，倒拉反接制動(dòng)和再生發(fā)電制動(dòng)等；

6、自鎖及閉鎖同路：啟動(dòng)按鈕松開(kāi)后，線(xiàn)路保持通電，電氣設備能繼續工作的電氣環(huán)節叫自鎖環(huán)節，如接觸器的動(dòng)合觸點(diǎn)串聯(lián)在線(xiàn)圈電路中。兩臺或兩臺以上的電氣裝置和組件，為了保證設備運行的安全與可靠，只能一臺通電啟動(dòng)，另一臺不能通電啟動(dòng)的保護環(huán)節，叫閉鎖環(huán)節。如兩個(gè)接觸器的動(dòng)斷觸點(diǎn)分別串聯(lián)在對方線(xiàn)圈電路中。

     運行原理

電氣系統微機保護裝置的數字核心一般由CPU、存儲器、定時(shí)器/計數器、Watchdog等組成。數字核心的主流為嵌入式微控制器（MCU），即通常所說(shuō)的單片機;輸入輸出通道包括模擬量輸入通道（模擬量輸入變換回路（將CT、PT所測量的量轉換成更低的適合內部A/D轉換的電壓量，±2.5V、±5V或±10V）、低通濾波器及采樣、A/D轉換）和數字量輸入輸出通道（人機接口和各種告警信號、跳閘信號及電度脈沖等）。

     保護裝置

電氣系統微機保護裝置是用微型計算機構成的繼電保護，是電力系統繼電保護的發(fā)展方向（現已基本實(shí)現，尚需發(fā)展），它具有高可靠性，高選擇性，高靈敏度。微機保護裝置硬件包括微處理器（單片機）為核心，配以輸入、輸出通道，人機接口和通訊接口等。該系統廣泛應用于電力、石化、礦山冶煉、鐵路以及民用建筑等。微機的硬件是通用的，而保護的性能和功能是由軟件決定。

四、電氣圖

常用的電氣圖包括：電氣原理圖、電器元件布置圖、電氣安裝接線(xiàn)圖。各種圖紙的圖紙尺寸一般選用297×210、297×420、297×630、297×840mm、四種幅面，特殊需要可按GB126—74《機械制圖》國家標準選用其他尺寸。

     電氣原理

用圖形符號、文字符號、項目代號等表示電路各個(gè)電氣元件之間的關(guān)系和工作原理的圖稱(chēng)為電氣原理圖。電氣原理圖結構簡(jiǎn)單、層次分明，適用于研究和分析電路工作原理、并可為尋找故障提供幫助，同時(shí)也是編制電氣安裝接線(xiàn)圖的依據，因此在設計部門(mén)和生產(chǎn)現場(chǎng)得到廣泛應用。

電氣原理圖是把一個(gè)電氣元件的各部件以分開(kāi)的形式進(jìn)行繪制，現場(chǎng)也有將同一電器上各個(gè)零部件均集中在一起，按照其實(shí)際位置畫(huà)出的電路結構圖。

結構圖的畫(huà)法比較容易識別電器，便于安裝和檢修。但是，當線(xiàn)路比較復雜和使用的電器比較多時(shí)，線(xiàn)路便不容易看清楚。因為同一電器的各個(gè)部件在機械上雖然聯(lián)在一起，但是電路上并不一定相互關(guān)聯(lián)。

繪制原則：

1、電氣原理圖中的電器元件是按未通電和沒(méi)有受外力作用時(shí)的狀態(tài)繪制。在不同的工作階段，各個(gè)電器的動(dòng)作不同，觸點(diǎn)時(shí)閉時(shí)開(kāi)。而在電氣原理圖中只能表示出一種情況。因此，規定所有電器的觸點(diǎn)均表示在原始情況下的位置，即在沒(méi)有通電或沒(méi)有發(fā)生機械動(dòng)作時(shí)的位置。對接觸器來(lái)說(shuō)，是線(xiàn)圈未通電，觸點(diǎn)未動(dòng)作時(shí)的位置；對按鈕來(lái)說(shuō)，是手指未按下按鈕時(shí)觸點(diǎn)的位置；對熱繼電器來(lái)說(shuō)，是常閉觸點(diǎn)在未發(fā)生過(guò)載動(dòng)作時(shí)的位置等等。

2、觸點(diǎn)的繪制位置。使觸點(diǎn)動(dòng)作的外力方向必須是：當圖形垂直放置時(shí)為從左到右，即垂線(xiàn)左側的觸點(diǎn)為常開(kāi)觸點(diǎn)，垂線(xiàn)右側的觸點(diǎn)為常閉觸點(diǎn)；當圖形水平放置時(shí)為從下到上，即水平線(xiàn)下　　方的觸點(diǎn)為常開(kāi)觸點(diǎn)，水平線(xiàn)上方的觸點(diǎn)為常閉觸點(diǎn)。

3、主電路、控制電路和輔助電路應分開(kāi)繪制。主電路是設備的驅動(dòng)電路，是從電源到電動(dòng)機大電流通過(guò)的路徑；控制電路是由接觸器和繼電器線(xiàn)圈、各種電器的觸點(diǎn)組成的邏輯電路，實(shí)現所要求的控制功能；輔助電路包括信號、照明、保護電路。

4、動(dòng)力電路的電源電路繪成水平線(xiàn)，受電的動(dòng)力裝置（電動(dòng)機）及其保護電器支路應垂直與電源電路。

5、主電路用垂直線(xiàn)繪制在圖的左側，控制電路用垂直線(xiàn)繪制在圖的右側，控制電路中的耗能元件畫(huà)在電路的最下端。

6、圖中自左而右或自上而下表示操作順序，并盡可能減少線(xiàn)條和避免線(xiàn)條交叉。

7、圖中有直接電聯(lián)系的交叉導線(xiàn)的連接點(diǎn)（即導線(xiàn)交叉處）要用黑圓點(diǎn)表示。無(wú)直接電聯(lián)系的交叉導線(xiàn)，交叉處不能畫(huà)黑圓點(diǎn)。

8、在原理圖的上方將圖分成若干圖區，并標明該區電路的用途與作用；在繼電器、接觸器線(xiàn)圈下方列有觸點(diǎn)表，以說(shuō)明線(xiàn)圈和觸點(diǎn)的從屬關(guān)系。

     元件布置

電器元件布置圖主要是表明電氣設備上所有電器元件的的實(shí)際位置，為電氣設備的安裝及維修提供必要的資料。電器元件布置圖可根據電氣設備的復雜程度集中繪制或分別繪制。圖中不需標注尺寸，但是各電器代號應與有關(guān)圖紙和電器清單上所有的元器件代號相同，在圖中往往留有10%以上的備用面積及導線(xiàn)管（槽）的位置，以供改進(jìn)設計時(shí)用。

繪制原則：

1、繪制電器元件布置圖時(shí)，機床的輪廓線(xiàn)用細實(shí)線(xiàn)或點(diǎn)劃線(xiàn)表示，電器元件均用粗實(shí)線(xiàn)繪制出簡(jiǎn)單的外形輪廓。

2、繪制電器元件布置圖時(shí)，電動(dòng)機要和被拖動(dòng)的機械裝置畫(huà)在一起；行程開(kāi)關(guān)應畫(huà)在獲取信息的地方；操作手柄應畫(huà)在便于操作的地方。

3、繪制電器元件布置圖時(shí)，各電器元件之間，上、下、左、右應保持一定的間距，并且應考慮器件的發(fā)熱和散熱因素，應便于布線(xiàn)、接線(xiàn)和檢修。

     安裝接線(xiàn)

電氣安裝接線(xiàn)圖主要用于電氣設備的安裝配線(xiàn)、線(xiàn)路檢查、線(xiàn)路維修和故障處理。在圖中要表示出各電氣設備、電器元件之間的實(shí)際接線(xiàn)情況，并標注出外部接線(xiàn)所需的數據。在電氣安裝接線(xiàn)圖中各電器元件的文字符號、元件連接順序、線(xiàn)路號碼編制都必須與電氣原理圖一致。

繪制原則：

1、繪制電氣安裝接線(xiàn)圖時(shí)，各電器元件均按其在安裝底板中的實(shí)際位置繪出。元件所占圖面按實(shí)際尺寸以統一比例會(huì )址。

2、繪制電氣安裝接線(xiàn)圖時(shí)，一個(gè)元件的所有部件繪在一起，并用點(diǎn)劃線(xiàn)框起來(lái)，有時(shí)將多個(gè)電器元件用點(diǎn)劃線(xiàn)框起來(lái)，表示它們是安裝在同一安裝底板上的。

3、繪制電氣安裝接線(xiàn)圖時(shí)，安裝底板內外的電器元件之間的連線(xiàn)通過(guò)接線(xiàn)端子板進(jìn)行連接，安裝底板上有幾條接至外電路的引線(xiàn)，端子板上就應繪出幾個(gè)線(xiàn)的接點(diǎn)。

4、繪制電氣安裝接線(xiàn)圖時(shí)，走向相同的相鄰導線(xiàn)可以繪成一股線(xiàn)。

     二次電路

(1) 直流回路從正極到負極：列如控制回路、信號回路等。從一個(gè)回路的直流正極開(kāi)始，按照電流的流動(dòng)的方向，看到負極為止。

(2) 交流回路從火線(xiàn)到中性線(xiàn)：列如電流、電壓回路，變壓器的風(fēng)冷回路。從一個(gè)回路的火線(xiàn)（A、B、C相開(kāi)始，按照電流的流動(dòng)方向，看到中性線(xiàn)（N極）為止。

(3) 見(jiàn)接點(diǎn)找線(xiàn)圈，見(jiàn)線(xiàn)圈找接點(diǎn)：見(jiàn)到接點(diǎn)即要找到控制該接點(diǎn)的繼電器或接觸器的線(xiàn)圈位置。線(xiàn)圈所在的回路是接點(diǎn)的控制回路，以分析接點(diǎn)動(dòng)作的條件。見(jiàn)線(xiàn)圈找出它的所有接點(diǎn)，以便找出該繼電器控制的所有接點(diǎn)（對象）。

(4) 利用歐姆定律分析繼電器判斷是否動(dòng)作：判別的依據是，電壓型線(xiàn)圈的兩端加有足夠大的電壓，電流型線(xiàn)圈的通過(guò)兩端加有足夠大的電流。對于電壓型繼電器的線(xiàn)圈回路，當線(xiàn)圈的兩端通過(guò)若干個(gè)繼電器的接點(diǎn)或電流線(xiàn)圈與分別電源的正、負極貫通，則認為繼電器（接觸器）動(dòng)作（勵磁），當回路中有短開(kāi)的接點(diǎn)，或線(xiàn)圈回路串接有比較大的電阻，或者線(xiàn)圈被并接的接點(diǎn)短接時(shí)，則認為繼電器（接觸器）不動(dòng)作（不勵磁）。例如：開(kāi)關(guān)分閘回路，當開(kāi)關(guān)處于合位，分閘線(xiàn)圈的正極端串接有合位繼電器（電阻大），則認為其不動(dòng)作。當保護跳閘接點(diǎn)閉合，將線(xiàn)圈直接接到電源正極時(shí)，則認為分閘線(xiàn)圈動(dòng)作。對于電流型（如跳閘回路的防跳躍繼電器），當線(xiàn)圈的兩端通過(guò)若干個(gè)繼電器的接點(diǎn)或電阻較小的線(xiàn)圈與分別電源的正、負極貫通，則認為繼電器（接觸器）動(dòng)作（勵磁）。當回路中有短開(kāi)的接點(diǎn)，或線(xiàn)卷回路串接有比較大的電阻，或者線(xiàn)卷被并接的接點(diǎn)短接時(shí)，則認為繼電器（接觸器）不動(dòng)作（不勵磁）。

(5) 看完所有支路：當某一回路，從正極往負極看回路時(shí)，如中間有多個(gè)支路連往負極，則每個(gè)支路必須看完。否則分析回路的就會(huì )漏掉部分重要的情況。

(6) 利用相對編號法、回路標號弄清安裝圖與展開(kāi)圖的接線(xiàn)原理圖中設備的對應關(guān)系：核查安裝圖與展開(kāi)圖的對應關(guān)系的主要目的：第一是檢查安裝圖是否與展開(kāi)圖相對應。第二，弄清展開(kāi)圖中各設備在現場(chǎng)的位置。從安裝圖（如保護屏端子排接線(xiàn)圖）查清某個(gè)端子排的端子在展開(kāi)圖中的位置，則先查出該端子上所在的回路標號，再查對展開(kāi)圖中回路標號，相同的回路標號即同個(gè)回路，即可在展開(kāi)圖中迅速找到該回路，在展開(kāi)圖查明它在整個(gè)回路中的作用。如手上只有安裝圖或者發(fā)現安裝圖與展開(kāi)圖的原理接線(xiàn)圖無(wú)法對應時(shí)，則從安裝圖中每個(gè)的設備端子上所標的編號，依據相對編號法，查到該所連接的另外設備的端子，然后再查出該端子所連接另外設備，直到查到直流電源的正負極或交流回路的火線(xiàn)和中性線(xiàn)為止。最后把整個(gè)相關(guān)的回路都查出來(lái)，畫(huà)成圖后可分析連接是否符合動(dòng)作原理。當想弄清展開(kāi)圖上設備的位置時(shí)，則一是利用展開(kāi)圖上的設備表提供的位置，然后去相應的安裝圖上查對。二是先弄清展開(kāi)圖中的端子符號，哪些是屏柜端子排的端子、哪些是（保護或自動(dòng)）裝置的端子，然后直接去可能的屏柜、端子箱中查找。

(7) 識圖特殊問(wèn)題的解決方法。

A、如何用設備的實(shí)際狀態(tài)（現場(chǎng)能看到的設備狀態(tài)）來(lái)描述回路或繼電器的動(dòng)作條件：先以回路的接點(diǎn)分、合狀態(tài)來(lái)描述回路的條件，然后根據接點(diǎn)的分、合狀態(tài)與設備的狀態(tài)的對應關(guān)系，替換描述（如用開(kāi)關(guān)機構箱的“遠/近控切換開(kāi)關(guān)”在“遠方”位置來(lái)代替“遠/近控切換開(kāi)關(guān)”在遠方控制回路中的接點(diǎn)狀態(tài)。必須逐步形成這一能力，否則看圖紙將停留在原始狀態(tài)，只能看到接點(diǎn)的分、合和繼電器的是否勵磁，無(wú)法與運行中設備狀態(tài)的監視和操作結合起來(lái)。

B、如何弄清展開(kāi)圖中的部分采用方框畫(huà)法設備與外部其他部分的連接？先查清方框畫(huà)法設備的端子編號，然后利用能展示該設備內部接線(xiàn)圖的裝置說(shuō)明書(shū)或廠(chǎng)家圖，在這些圖紙中找到往外部連接的端子編號，再與內部回路連接起來(lái)，然后通過(guò)往外的連接的端子再與外部回路聯(lián)系起來(lái)。

五、運行管理

1、合理調整高峰時(shí)段用電負荷

正常情況下應盡量使變壓器的負荷率控制在60%左右，此時(shí)變壓器的損耗較低。因此，在高峰用電時(shí)段，應優(yōu)化設備運行方案，選擇卸除某些相對不重要的機電負荷和照明負荷，使高峰期負荷降低。

2、公共照明和辦公設備運行管理

在不影響辦公的情況下，應盡量調低照度或及時(shí)關(guān)閉燈具，無(wú)特殊需要，裝飾類(lèi)燈具盡量不要長(cháng)時(shí)間開(kāi)啟。對人員流動(dòng)較少的區域，燈具控制開(kāi)關(guān)應采用感應式、聲控式、觸摸延時(shí)關(guān)閉等控制方式，有條件的可對公共照明系統進(jìn)行實(shí)時(shí)監控。長(cháng)時(shí)間不用的計算機等辦公設備應及時(shí)切斷電源，減少待機損失。

3、空調系統運行管理

夏季將空調設定溫度值下調1℃，將增加9%的耗能；冬季將設定溫度上調1℃，將增加12%的耗能。因此適當調整空調設定溫度值，是空調節能的有效措施。同時(shí)，利用設備監控系統來(lái)加強空調系統機組設備的運行管理，并根據系統負荷的變化和氣象環(huán)境，及時(shí)調整空調系統運行方案，降低設備運行總功率，控制空調設備的最佳啟停時(shí)間，可在保證環(huán)境舒適的前提下，縮短空調不必要的運行時(shí)間，以實(shí)現節能運行。

4、電梯的運行管理

在低峰運行時(shí)，應及時(shí)調整程序停運部分電梯，并盡可能減少電梯的空載或低負荷運行。在高峰運行時(shí)，可采取每部電梯按計劃縮減層站或錯層停站措施，延長(cháng)電梯行程，縮短運行周期，運行速度會(huì )有較大提升，從而提高其運行效率。