1． 導(dǎo)體、絕緣體與半導(dǎo)體
依物質(zhì)中的電子是否容易在原子間移動的程度（即導(dǎo)電性），將物質(zhì)分為導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體。
（1） 導(dǎo)體：導(dǎo)電性良好的物體，比如銀、銅、鋁、鐵等。
（2） 絕緣體：不容易傳導(dǎo)電荷的物體，比如玻璃、塑料等物質(zhì)。
（3） 半導(dǎo)體：導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間的并且在一定條件下其內(nèi)部載流子濃度增加，比如鍺、矽、砷、硅等。
2． 電流、電壓
（1） 電流定義為單位時(shí)間（t）通過導(dǎo)體截面積的電荷量，即I=Q/ t， Q：電荷（C），
I：電流（A），t：時(shí)間（s） 。
（2） 電壓定義為一庫侖電荷，從元件一端移動到另一端，所作的功，即U=W/ Q，
U：電壓（V），W：電功（J），Q：電荷（C） 。
3． 電阻
阻礙電流通過的阻力稱為電阻。即R：歐姆（Ω）。
4． 歐姆定律
歐姆定律：電路中電流大小與該電路的電壓成正比，而與總電阻成反比。
即I=U/R，I：電流（A），U：電壓（V），R電阻（Ω）。
5． 直流電
幅值和方向不隨時(shí)間變化的電壓（或電流）。
6． 交流電
（1） 交流電即電壓或電流的幅值和方向隨時(shí)間而變化。
（2） 周期性變化的交流電依其波形可分兩大類：
正弦波：其波形隨時(shí)間作正弦曲線變化。
非正弦波：非正弦波變化的波形，均屬非正弦波，如三角波、方波、鋸齒波等。
（3） 頻率與周期
頻率：每一秒鐘幅值和方向變化的循環(huán)數(shù)，即f：赫茲（Hz）。
周期：幅值和方向完成一個(gè)循環(huán)所需的時(shí)間，即T：秒（s）。
頻率與周期互為倒數(shù)：T=1/f。
（4） 有效值與平均值
有效值：即rms值，也稱均方根值，我們通常所說的交流電電壓即為交流電的有效
值，其與相同數(shù)值的直流電壓加于同一負(fù)載上所產(chǎn)生的熱量是相等的。
Rms值= 0.707Vm，Vm為交流電的峰值。
平均值：即ac值，是指一個(gè)周期波形所含的總面積除以周期數(shù)的數(shù)值。
平均值=總面積/周期數(shù)，總面積可由數(shù)學(xué)積分方法算得。
7． 積膚效應(yīng)
交變電流通過導(dǎo)體時(shí)，電流密度值在靠近導(dǎo)體表面處比導(dǎo)體中心處大的現(xiàn)象。
8． 視在功率，有功功率，功率因數(shù)
視在功率：在電路中負(fù)載兩端電壓與其流過的電流有效值的乘積，即S=UI，
S：瓦特（W），U：負(fù)載兩端電壓，I：負(fù)載中流過的電流。
有功功率：電路中負(fù)載實(shí)際消耗的凈功率，即P=Scosφ，P：瓦特（W），φ：負(fù)載兩端電壓U與其流過的電流I的相位差。
功率因數(shù)：即有功功率與視在功率之比，即cosφ=P/S 。
9． 變壓器
（1） 變壓器：是依靠電磁感應(yīng)將電能由某一種電壓變換成同頻率的另一種電壓，還可用來改變電流，變換阻抗，改變相位。
（2） 理想變壓器
如果符合下列條件則稱之為“理想變壓器”。
a.繞組線圈之導(dǎo)線電阻為零，不消耗功率。
b.兩繞組完全耦合，無漏磁情況。
c.無導(dǎo)磁芯體（鐵芯）損失。
d.磁路中磁通正比于激磁電流。
e.繞組的分布電容可忽略。
（3） 初次級電壓、電流與初次級繞組之關(guān)系：U1/U2=N1/N2或I1/I2=N2/N1。
U1、U2與I1、I2分別表示初、次級電壓與電流。
N1、N2分別表示初、次級繞組數(shù)。
當(dāng)N1＞N2時(shí)，U1＞U2為降壓變壓器。
當(dāng)N1＜N2時(shí)，U1＜U2為升壓變壓器。
變壓器的效率η，即次級的輸出功率P2與初級的輸入功率P1之比值。即：η=P2/P1。
（4） 自耦變壓器
自耦變壓器（Auto-transformer）是變壓器的特別類型，其初級和次級共用同一繞組。自耦變壓器初次級電壓、電流與初次繞組之關(guān)系與一般變壓器相同。
二：UPS不間斷電源基本電工原理
1． 配線問題
（1） 配線方式
a.各機(jī)器之間的配線一般分為三種方式：地面溝槽式，電纜吊架或管道方式進(jìn)行，溝槽尺寸依據(jù)所設(shè)電纜之?dāng)?shù)量多少來定，一般寬約400-600mm，深約250-300mm并且溝槽最好設(shè)于UPS底部。
b.在進(jìn)行UPS配線時(shí)，一般要求先將設(shè)備環(huán)境供電設(shè)置好；若從電力變壓器上取電力引入到設(shè)備環(huán)境，低壓電力線應(yīng)與高壓電力線相距3m以上距離走線。
（2） 電纜線徑的選擇
在設(shè)備之間配線時(shí)，對所選之電纜須依設(shè)備之容量及設(shè)備之間的距離來正確的選擇電纜的容許電流，電壓降及容許短路電流。
a. 電纜的容許電流
主電路電纜，通常可使用CV電纜（架橋聚乙烯電纜）并依據(jù)電路之額定電流與電纜的容許電流等選定。因鋪設(shè)多條電纜可導(dǎo)致電流的容許電流率降低。
b. 電壓降
尤其UPS系統(tǒng)的輸出電纜，因其向負(fù)載穩(wěn)定供電，其電壓降一般要限制在2%左右，在選用電纜線徑時(shí)，亦須先確定此電壓降的數(shù)值，其求法如下公式：
△V=（Rcosφ+X×sinφ）×L×I
△式中,△V：每單線之壓降，單位：V。
R：每1m電纜的電阻，單位：Ω。
X：每1m電纜的電抗，單位：Ω。
cosφ：功率因數(shù)。
sinφ：無效功率sinφ= 1-cos2φ 。
L：電纜長，單位：m 。
I：電纜流過電流，單位：A 。
CV：電纜常數(shù)（R，X）表（600V）。
c. 短路時(shí)的容許電流
電纜末端一但發(fā)生短路時(shí)，電纜溫度會急劇上升，甚至可引發(fā)火災(zāi)。通常采用無熔絲開關(guān)來執(zhí)行短路發(fā)生時(shí)，在電纜最高容許溫度范圍之內(nèi)徹底切斷路。
CV電纜之正常連續(xù)最高容許溫度為90℃，短路時(shí)最高容許溫度為230℃。
短路電路與線徑及持續(xù)時(shí)間關(guān)系為：
I=134×A/T
I：電流A 。
A：導(dǎo)體截面積mm2 。
T：持續(xù)時(shí)間S 。
從上式可依據(jù)短路電流與斷路器的操作時(shí)間來確定線徑的大小。在配線過程中選擇電纜電流時(shí)，建議為額定電流的1.5-2倍。
2． 過流保護(hù)
（1） 當(dāng)由于負(fù)載嚴(yán)重超載或系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生事故導(dǎo)致線路出現(xiàn)過電流時(shí)，如能及時(shí)切斷UPS之輸出或電力供電線路，可以使系統(tǒng)設(shè)備得到保護(hù)，以及不會影響到該電力供應(yīng)線上其它用戶之系統(tǒng)對電力的正常需要，并且，所配電纜也同樣受到保護(hù)，避免火災(zāi)發(fā)生。
（2） 一般采用斷路器來作切斷元件，常見的有無熔絲開關(guān)（MCCB），快速熔斷絲，半導(dǎo)體開關(guān)等，由于UPS之INV逆變系統(tǒng)過電流時(shí)，僅以保護(hù)內(nèi)部的半導(dǎo)體為目的，故其動作時(shí)間十分短暫，快速動作時(shí)間僅0.1ms。因此過電流發(fā)生時(shí)，應(yīng)在10ms極短時(shí)間內(nèi)切斷負(fù)載。
無熔絲開關(guān)（MCCB）：一般僅用作低壓電路過電流保護(hù)設(shè)備用，分為電磁式（CT式），雙金屬型無熔絲開關(guān)兩種。電磁式無容絲開關(guān)是利用過電流之電磁力將活動節(jié)點(diǎn)釋放之機(jī)械式斷路器。雙金屬型無熔絲開關(guān)是利用雙金屬發(fā)熱產(chǎn)生的動力將活動節(jié)點(diǎn)釋放之機(jī)械式斷路器。電磁式比雙金屬型斷路速度和準(zhǔn)確度高，且后者誤差達(dá)±20%。條件容許時(shí)，斷路器都選用電磁式，而主斷路器更須選用電磁式無熔絲開關(guān)。在配線時(shí)，電磁式無熔絲開關(guān)安培數(shù)要小于所接電纜的安培數(shù)。
（3） 快速熔斷絲：熔斷速度較一般熔絲和MCCB快，適合INV逆變輸出作斷路器用，能在短時(shí)間范圍熔斷，熔絲是利用消弧劑矽砂將純銀元件板予以密封制成。
a. 在低于10ms時(shí)，熔絲是以I2t值來判定，在I2t容許值以下熔絲不熔，當(dāng)達(dá)10ms全部斷路I2t值時(shí)，即為熔絲斷路完畢前的I2t值。
b. 當(dāng)熔絲用于短路保護(hù)時(shí)，短路電流超過故障電流10倍以上即可不必考慮I2t值與電流間的關(guān)系。
c. 熔絲屬于串聯(lián)連接電路，若須保持高階熔絲與低熔絲之協(xié)調(diào)時(shí)，尚須具備以下條件：高階容許I2t值≥低階的全部斷路I2t值。
三：UPS不間斷電源蓄電池的設(shè)置
目前在UPS系統(tǒng)配置蓄電池多為免維護(hù)型鉛酸蓄電池，在未使用而又長時(shí)期不予充電時(shí)，便自行緩慢放電，其電荷量將不斷減小，若緊急備用時(shí)，UPS不能正常由電池供電。因此，為防止電池放電，須經(jīng)常保持電池處于浮動充電狀態(tài)，并且至少2個(gè)月對電池充放電一次，以利延長電池壽命。
1．對于單個(gè)HS式鉛酸蓄電池，其浮動充電電壓為2.18V，均衡充電電壓為2.3V，如12V/7AH HS式鉛酸蓄電池，其浮動充電電壓為13.08V，均衡充電電壓13.80V。
2．在放電時(shí)，一般將其截止電壓設(shè)定于約1.63V，如對12V/7AH電池其截止電壓約9.8V，這樣可防止電池由于過放電而損壞。
3． 蓄電池在使用時(shí)通常用串聯(lián)連接來獲得高電壓；采用并聯(lián)連接獲得大電流和高容量。
4． 蓄電池在配置過程中，當(dāng)所需電池電壓相同而須增大容量時(shí)，有兩種方法：
a. 更換電壓相同而容量（AH）大的電池。
b. 兩組電池并聯(lián)，并聯(lián)聯(lián)接時(shí)應(yīng)注意，兩組電池容量（AH）必須相同，并且經(jīng)充電后，兩組電池之端電壓電壓差＜±0.05V 。
（一） 接地
1． 接地一般有四種方式：保護(hù)接地、工作接地、重復(fù)接地、保護(hù)接零。
(1) 保護(hù)接地：將電氣設(shè)備不帶電的金屬外殼及與之相連的金屬構(gòu)架用導(dǎo)線和接地體等進(jìn)行可靠的連接。
(2) 工作接地：將變壓器或發(fā)電機(jī)的中點(diǎn)進(jìn)行接地。
(3) 重復(fù)接地：將中心線上的一點(diǎn)或多點(diǎn)與大地再次作金屬連接。
(4) 保護(hù)接零：在中心點(diǎn)接地的三相四線制系統(tǒng)中，將電氣設(shè)備的金屬外殼框架與中心線進(jìn)行可靠的連接。
注意：（1）家用電器不適合采用保護(hù)接零。
（2）同一系統(tǒng)中不宜同時(shí)采用“保護(hù)接地”和“保護(hù)接零”。
2． 接地電阻的要求：
（1） 對于1KV以下，容量100KVA以下的低壓設(shè)備接地電阻的要求。
a. 中心點(diǎn)直接接地系統(tǒng)工作接地電阻在4~10Ω以下。
b.中心點(diǎn)不接地系統(tǒng)接地電阻應(yīng)在4Ω以下。
（2） 靜電放電裝置接地電阻在100Ω以下即可。
（3） 防雷接地裝置應(yīng)與電氣設(shè)備距離在3m以內(nèi)，并且接地電阻應(yīng)小于1Ω。
附表：電力設(shè)備、防雷裝置及靜電放電裝置的接地電阻規(guī)定值。
|
種類 |
使用條件 |
|
接地電阻(Ω) |
說明 |
|
1KV以上 高壓設(shè)備 |
大接地短路 電流系統(tǒng) (I≥500A)
|
一般情況 |
R≤2000/I |
高土壤電阻率 地區(qū)接地電阻 允許≤5Ω I為計(jì)算的接地 短路電流(A) |
|
|
I＞400A |
R≤0.5 |
||
|
|
小接地短路 電流系統(tǒng) |
高低壓設(shè)備共 用的接地裝置 |
R≤120/I 一般≤10 |
高土壤電阻率 地區(qū)接地電阻 應(yīng)≤30Ω 發(fā)電廠變電所 應(yīng)≤15Ω |
|
|
|
高壓設(shè)備單獨(dú) 用的接地裝置 |
R≤150/I 一般≤10 |
|
|
1KV以下 低壓設(shè)備 |
中性點(diǎn)直接 接地系統(tǒng) |
發(fā)電機(jī)或變壓器 的工作接地 |
R≤4 |
|
|
|
|
零線上的重復(fù) 接地裝置發(fā)電 機(jī)或變壓器容 量＜100KVA |
R≤10 |
|
|
|
中性點(diǎn)不接地 系統(tǒng)
|
一般情況 |
R≤4 |
高土壤電阻率 地區(qū)接地電阻 應(yīng)≤30Ω |
|
|
發(fā)電機(jī)或變壓 器容量 ＜100KVA時(shí) |
R≤10 |
||
|
利用大地作導(dǎo)線 電力設(shè)備 |
永久性接地 |
R≤50/I |
低壓電網(wǎng)禁止使用 大地作導(dǎo)線 I為接地裝置流入 大地的電流(A) |
|
|
臨時(shí)性工作接地
|
R≤100/I |
|||
|
防雷裝置 |
接地裝置與電器設(shè)備 距離＜3m |
R≤I |
采用共同接地方式 |
|
|
靜電放電裝置 |
接地裝置 |
R≤100 |
|
|
3．接地裝置的一般要求
（1）應(yīng)盡量利用一切金屬管道及金屬構(gòu)件作為自然接地體，易燃、易爆管道除外。
（2）不同電壓的電氣設(shè)備可共用同一接地體，但接地電阻都應(yīng)符合要求。
（3）中性點(diǎn)接地1KV以下架空線在進(jìn)戶線入口應(yīng)重復(fù)接地。
（4）避雷器有放電間隙，應(yīng)與被保護(hù)設(shè)備的外殼共同接地。
4．接地裝置的安裝
（1）接地裝置分為接地體和接地線兩部分。
a.接地體多為人工接地，即用不同形狀和大小的鋼材埋入地下布成的。多用φ38~50mm，壁厚3.5mm，長2.5m的鋼材或50*50*5mm，長2.5m的角鋼作接地體。
b. 安裝：接地體重直打入深0.8~1m，寬0.5m的溝中心，接地體離建筑物的基礎(chǔ)距離在2m以內(nèi)，接地體應(yīng)露出地面600mm左右，與地下其它管路的距離應(yīng)在5m以上，與電纜及管道交叉時(shí)距離應(yīng)大于100mm；平行時(shí)距離應(yīng)大于300~350mm。
c.接地線：可用絕緣鋼芯、鋁芯、導(dǎo)線扁鋼、圓鋼等。
（二） 防雷
1．雷電的危害主要有以下兩種：
a.直接雷電引起的危害：當(dāng)線路或設(shè)備接受到雷擊時(shí)產(chǎn)生的過電壓數(shù)值高達(dá)幾百萬伏，危害極大。
b. 感應(yīng)雷電危害：當(dāng)建筑物或架空線路上空有雷云時(shí)，感應(yīng)出與雷云電荷極性相反的電荷，會使建筑物或架空線路，對地面產(chǎn)生過高的感應(yīng)電壓，造成室內(nèi)金屬物體放電，從而引起火災(zāi)、爆炸、危及人身安全或供電系統(tǒng)被破壞。
2．防雷措施
a.架空線路在電桿頂裝設(shè)避雷線，避雷線與接裝置聯(lián)在一起，或者對線路絕緣水平較低的部位增設(shè)避雷器或保護(hù)間隙加以保護(hù)，也可通過提高線路本身絕緣水平來防止雷聲，還有廣泛采用自動重合閘來輔助防雷。
b. 直擊雷擊建筑物的部位與其屋頂坡度有關(guān)，屋頂?shù)谋芾揍槪芾讕Щ蚓W(wǎng)的接地電阻一般要求小于10Ω，每座建筑物至少有兩根接地的引下線，引下線間距為30~40m，引下線支撐卡的間的距離在1.5~2m。
c.對于高電位的雷擊侵入，多在進(jìn)戶線墻壁安置保護(hù)間隙，或者將瓷瓶的鐵腳接地，接地電阻小于20Ω。允許與防護(hù)雷擊的接地裝置聯(lián)在一起。
3．接閃器
接閃器是專門用來接雷擊的金屬體，如避雷針、避雷線、避雷帶和避雷網(wǎng)，它們都用引下線與接地體相連。
a.常見的避雷針是用鍍鋅圓鋼焊接制成，長度在1.5m以上時(shí)圓鋼直徑不小于20mm，壁厚不能小于2.75mm；長度在3m以上時(shí)，需用幾節(jié)不同直徑的鋼管組合起來。
b.避雷針與接地極之間的引下線，如用鍍鋅圓鋼，直徑不小于8mm；如采用扁鋼厚度不小于4mm，截面不小于48平方毫米，并且在近地面2m段需加保護(hù)套。
c.避雷針引下線及接地極之間必需用焊接，焊接點(diǎn)涂瀝青防腐漆。
d.在安裝時(shí)，避雷針接地線的入地點(diǎn)到主電力變壓器接地線的入地點(diǎn)，沿接地線接地體的距離不小于15m，以防避雷針放電時(shí)反擊擊穿變壓器的低壓側(cè)線圈，接入地點(diǎn)應(yīng)距人行道3m以外。
e.照明線、電話線應(yīng)遠(yuǎn)離避雷針走線。
f.避雷線一般用截面不小于35平方毫米的鍍鋅鋼繞線架設(shè)在架空線路之上，以保護(hù)線路免受直接雷擊。
1．觸電是指電流通過人體時(shí)造成對人體的傷害現(xiàn)象。輕度觸電會造成人體局部的損傷，重者則可以至殘甚至死亡。
2．觸電對人體的傷害程度與流過人體的電流強(qiáng)度、頻率、持續(xù)時(shí)間以及電流流過人體的部位和觸電者生理素質(zhì)、人體電阻、觸電方式等因素有關(guān)。通常低頻電流比高頻電流更嚴(yán)重；而電流流經(jīng)心臟與神經(jīng)系統(tǒng)則最危險(xiǎn)。
3．常見的幾種觸電方式
（1）單線觸電：即人體碰到一根火線時(shí)電流從火線經(jīng)人體再經(jīng)大地流回到電力系統(tǒng)之中點(diǎn)。這時(shí)人體承受的電壓是相電壓，其危險(xiǎn)程度取決于人體與地面間的接觸電阻。當(dāng)相電壓在1000V以下時(shí)，人體碰到任何一相后電流通過人體經(jīng)另外兩根相線對地絕緣電阻和分布電容而形成回路，如果相線對地絕緣電阻較高，一般不會發(fā)生問題。如在6-10KV，由于電壓高，所以觸電電流大，幾乎是致命的，加上電弧灼傷，情況更嚴(yán)重。
（2）雙線觸電：電流從一根導(dǎo)線經(jīng)過人體至另一根導(dǎo)線，在電流回路中只有人體電阻，其電壓為線電壓或相電壓。在這種情況下，觸電者即使穿上絕緣靴或站在絕緣臺上也起不了保護(hù)作用，所以雙線觸電是最危險(xiǎn)的。
（3）發(fā)生觸電的原因大致如下：
a.違章作業(yè)。
b. 電氣線路和設(shè)備存在缺陷、絕緣體損壞。
c.電氣設(shè)備的接地（零）線折斷，銹蝕損壞。
d. 偶然的意外事故，如電線斷落接觸人體等。
因此只有嚴(yán)格遵守安裝規(guī)程、電氣裝置檢修規(guī)程、電氣設(shè)備運(yùn)行規(guī)程、安全操作技術(shù)規(guī)程及其它一系列安全生產(chǎn)、文明生產(chǎn)制度才能杜絕觸電事故的發(fā)生。
4．觸電的預(yù)防措施
知道觸電的原理后，采取和遵守安全預(yù)防措施，觸電是可以避免的。
六：UPS 不間斷電源系統(tǒng)電力容量的計(jì)算
1．UPS系統(tǒng)負(fù)載容量的計(jì)算，與一般的電力設(shè)備相同，其計(jì)算公式如下：
三相電路 P= 3 ×E×I 1
單相電路 P= E×I 2
E（V）：線間電壓
I（A）：線路電流
P（VA）：負(fù)載容量
（1）負(fù)載表
在計(jì)算UPS容量時(shí)，可從負(fù)載表中的負(fù)載種類、電壓、電流、利用公式（1）、（2）求出個(gè)別負(fù)載容量，再進(jìn)行累加所得和，即為額定負(fù)載總和。
（2）瞬間啟動電流值
UPS電源系統(tǒng)會因受負(fù)載瞬間啟動電流的影響，而進(jìn)入過載保護(hù)狀態(tài)，此時(shí)若無市電，UPS電源會切離輸出，導(dǎo)致負(fù)載停電，故于UPS電源容量設(shè)定上應(yīng)將瞬間啟動電流列入考慮（瞬間啟動電流會因負(fù)載不同而有所差異）。
Pb+Ps
Pr＞ 3
1.2~1.5
Ps(VA)：UPS系統(tǒng)容量
Pb(VB)：已運(yùn)轉(zhuǎn)中的容量
Pr(VI)：瞬間啟動容量
（3）狀態(tài)電壓變壓動值
為避免瞬間投入重載導(dǎo)致狀態(tài)變動過大而影響負(fù)載供電，故一般負(fù)載急劇動值設(shè)定為50%
Ps
Pr≥ 4
0.5
（4）高諧波電流值
電腦系統(tǒng)因都是容性負(fù)載（因其電源為高頻交換式電源供應(yīng)器），其負(fù)載電源非正弦波，故在UPS容量考慮上應(yīng)注意是否有剩余。
一般經(jīng)驗(yàn)值 A.三相負(fù)載 Pr≥1.2~1.4Ps 5
B.單相負(fù)載 Pr≥1.3~2.0Ps 6
未來預(yù)備增加容量依客戶未來負(fù)載的增加容量進(jìn)行考量，依（1）~（6）式進(jìn)行計(jì)算取其較高者，再加上未來預(yù)備增加容量即為系統(tǒng)規(guī)劃容量。
負(fù)載一定時(shí)，容量的計(jì)算公式：
W*T
C=
Bf*Pf*Vb
C（AH）：電池容量
Vb（V）： 截止電壓（Low Dc開機(jī)電壓）
Pf：機(jī)器效益（0.9）
W(W)：負(fù)載容量
Bf：電池放電率（0.6）
T（H）：放電時(shí)間
例如：
客戶購買一臺恒國電力HGU-10KVA/DD延時(shí)1小時(shí)使用，該如何選擇電池容量（滿載8000W工作）。
已知Vb=190V，W=8000W，T=1H，根據(jù)
W*T 8000*1
C= = =77AH
Bf*Pf*Vb 0.6*0.9*190
考慮到電池放電率、選取的電池容量大于計(jì)算容量，故選取電池為：12V/80AH*18PCS
（2）電池的充電時(shí)間一般應(yīng)在12小時(shí)以上才能全部充飽。