第二节　交流电路的应用

一、常用电气照明

在工农业生产及日常生活中使用广泛的照明灯具，有白炽灯、节能灯、日光灯、卤钨灯、荧光灯、高压汞灯、高压钠灯、管型氙灯、金属卤化物灯、碘钨灯等。

（1）白炽灯照明电路

白炽灯一般是真空玻璃泡内包含灯丝的结构，因此白炽灯也称为灯泡。白炽灯要通过灯口与电路相接。历史上曾经有螺口式和卡口式两种灯口形式。相对应的灯泡也有螺口式和卡口式两种接口形式。由于卡口式的安全缺陷，国家标准中已经禁止生产和使用卡口式灯具。螺口式灯具如图2-23所示。灯丝是由高熔点钨丝绕制的。当灯丝流过电流时，根据电流热效应，使其发热到白炽程度而发光。

如图2-24所示是白炽灯照明电路。由图可知，只要将白炽灯和开关串接后再并接到电源上，就组成了照明电路。

应当指出，白炽灯安装时要注意下列事项。

①应检查灯泡额定电压与供电电压是否一致。否则，灯泡不能正常工作。

②安装螺口灯泡时，必须将火线经开关接到螺口灯头底座的中心接线端上，以防触电。

③白炽灯与开关串接后再并接到电源上，火线应当进入开关，既能控制灯，又能保证安全。

④白炽灯的安装应远离易燃易爆物质。

（2）节能灯照明电路

节能灯作为一种新型灯具，经过近十年的发展，已经形成了相当的产业规模，据有关部门统计，原来白炽灯应用空间的60%已经被节能灯具占有。之所以形成这种局面，是由于节能灯使用寿命长、耗电低的特性，一只5W的节能灯可以达到25W的白炽灯的照度，其平均使用寿命是白炽灯使用寿命的8倍。

节能灯的接口部分与白炽灯标准相同，可以互换使用。

节能灯的结构和工作原理与白炽灯有很大的不同。白炽灯是一种简单的电加热高温致光原理，而节能灯是借助电子技术，产生高频高压，进而使特种气体启辉发光。结构、原理的不同，导致性能的差异，也导致价格的不同，所以节能灯要贵一些。

节能灯与白炽灯安装注意事项一样，特殊提示一点，尽管节能灯有快速启辉的特点，但节能灯不适合在频繁开关的场合使用，否则，会影响其使用寿命。在有调光要求的场合使用节能灯，会导致调光的不连续。

（3）日光灯照明电路

日光灯照明电路由日光灯管、镇流器、启辉器和灯脚架组成。如图2-25所示是日光灯电路。

日光灯管是一抽成真空后再充入少量氩气的玻璃管，在管子两端各装有一个通电时发射大量电子的灯丝。管内壁涂有荧光粉，管内还放有微量水银。

镇流器是一个铁芯线圈。它有两个作用，一是产生较高的电压来点燃灯管，二是日光灯管点燃后用它来限制灯管电流。

启辉器的结构如图2-26所示，充有氖气的玻璃泡中封装有动触片与静触片，其中动触片是双金属片，受热时伸展与静触片相接触，冷却后恢复原状又与静触片分离。在动、静触片的引出端上并接一个容量较小的纸介质电容器。玻璃泡和电容器被封装在一个圆柱形的铝壳中。

日光灯不工作时，灯管的灯丝、镇流器、启辉器和开关是串联在一起的，如图2-25所示。当合上开关S后，220V交流电压全部加在启辉器的动、静触片间而使之产生辉光（红色）放电。放电所产生的热量使双金属片伸展与静触片相接触，则此刻整个电路构成通路：就在电路被接通的瞬间，灯丝因流过电流而发射大量电子。同时，动静触片接触时，辉光消失。双金属片因失去热源恢复原状与静触片脱离。此时，镇流器（铁芯线圈）因突然断电而产生自感电动势，其方向与电源电压方向相同，自感电动势与电源电动势一起加在灯管两端。灯丝附近的电子在高压下加速运动，使管内的氩气电离而导电；进而使管内水银变为蒸气，水银蒸气也因被电离而导电，辐射出紫外线激励管内壁荧光粉发光。

（4）卤钨灯照明电路

卤钨灯是卤钨循环白灯泡的简称，是一种较新型的热辐射光源。它是在白炽灯的基础上改进而来，与白炽灯相比，具有体积小、光效好、寿命长等特点。

卤钨灯由装有钨丝的石英灯管内充入微量的卤化物（碘化物或溴化物）和电极组成，如图2-27所示。

卤钨灯的发光原理与白炽灯相同，钨丝通电后产生热效应至白炽状态而发光，但它利用卤钨循环的作用，相对白炽灯而言，提高了发光效率、延长了使用寿命，且它的光通量比白炽灯更稳定，光色更好。

（5）荧光灯

荧光灯又称日光灯，是第二代电光源的代表作。它主要由荧光灯管、灯座、镇流器等组成，如图2-28所示。

荧光灯靠汞蒸气放电时发出可见光和紫外线，后者激励灯管内壁的荧光粉而发光，光色接近白色。荧光灯是低气压放电灯，工作在弧光放电区，当外电压变化时工作不稳定，所以必须与镇流器一起使用，将灯管的工作电流限制在额定数值。

荧光灯具有下述优点：光色好，特别是日光灯接近天然光；发光效率高，约比白炽灯高2～3倍，在不频繁启燃工作状态下，其寿命较长，可达3000h以上。

电子镇流器是镇流器的一种，是采用电子技术驱动电光源，使之产生所需照明的电子设备。现在的荧光灯已普遍使用电子镇流器，因为其优点突出，不仅轻便，而且与灯管等元件集成在一起，从而取代了以前传统的镇流器启辉器的功能。电子镇流器的功能很多，比如通过提高电流频率或者改善电流波形（如变成方波），也可以通过电源逆变过程使得荧光灯可以使用直流电源。

为了便于选用日光灯的配套附件，现将日光灯的技术数据列于表2-1中；镇流器的有关数据见表2-2。

（6）高压汞灯

高压汞灯又称高压水银灯，是一种较新型的电光源，分荧光高压汞灯、反射型荧光高压汞灯和自镇流荧光高压汞灯三种，主要由涂有荧光粉的玻璃泡和装有主、辅电极的放电管组成，玻璃泡内装有与放电管内辅助电极串联的附加电阻及电极引线，并将玻璃泡与放电管间抽成真空，充入少量惰性气体，如图2-29所示。

荧光高压汞灯的光效比白炽灯高3倍左右，寿命也长，启动时不需加热灯丝，故不需要启辉器，但显色性差。电源电压变化对荧光高压汞灯的光电参数有较大影响，故电源电压变化不宜大于±5%。

反射型荧光高压汞灯玻壳内壁上部镀有铝反射层，具有定向反射性能，使用时可不用灯具。

自镇流荧光高压汞灯用钨丝作为镇流器，是利用高压汞蒸气放电，白炽体和荧光材料三种发光物质同时发光的复合光源，这类灯的外玻壳内壁都涂有荧光粉，它能将汞蒸气放电时辐射的紫外线转变为可见光，以改善光色，提高光。

高压汞灯主要的优点有发光效率高，寿命长、省电、耐震、且对安装无特殊要求，所以被广泛用于施工现场、广场、车站等大面积场所的照明。

目前，我国生产并常用的高压汞灯和自镇流高压汞灯的技术数据及规格型号见表2-4及表2-5。

高压汞灯有两种：一种是需要镇流器的；一种是不需要镇流器的。所以安装时一定要看清楚。需配镇流器的高压汞灯一定要使镇流器功率与灯泡的功率相匹配。否则，灯泡会损坏或者启动困难。高压汞灯可在任意位置使用，但水平点燃时，会影响光通量的输出，而且容易自灭。高压汞灯工作时，外玻壳温度很高，必须配备散热好的灯具。外玻壳破碎后的高压汞灯应立即换下，因为大量的紫外线会伤害人的眼睛。高压汞灯的线路电压应尽量保持稳定，当电压降低5%时，灯泡可能会自行熄灭。

（7）高压钠灯

高压钠灯也是一种气体放电的光源，其结构见图2-30。高压钠灯的放电管细长，管壁温度达700℃以上，因钠对石英玻璃具有较强的腐蚀作用，所以放电管管体采用多晶氧化铝陶瓷制成，用化学性能稳定而膨胀系数与陶瓷相接近的铌做成端帽，使电极与管体之间具有良好的密封，电极间连接着双金属片，用来产生启动脉冲。灯泡外壳由硬玻璃制成，灯头与高压汞灯一样，制成螺口型。

高压钠灯是利用高压钠蒸气放电的原理进行工作的。由于它的发光管（放电管）既细又长，不能采用类似高压汞灯通过辅助电极启辉发光的办法，而采用荧光灯的启动原理，但是启辉器被组合在灯泡内部（即双金属片），其启动原理如图2-31所示，接通电源后，电流通过双金属片b和加热线圈H，b受热后发生变形使触头打开，镇流器L产生脉冲高压使灯泡点燃。

高压钠灯的光效比高压汞灯高，寿命长达2500～5000h；紫外线辐射少；光线透过雾和水蒸气的能力强。缺点是显色性差，光源的色表和显色指数都比较低，适用于道路、车站、码头、广场等大面积的照明。

灯泡的工作电压为100V左右。因此安装时要配用瓷质螺口灯座和带有反射罩的灯具。

最低悬挂高度NG-400型为7m，NG-250型为6m。

（8）管型氙灯

管形氙灯又称长弧氙灯，放电时能产生很强的白光，接近连续光谱，和太阳光十分相似，故有“小太阳”之称，特别适合于大面积场所照明。

管形氙灯点燃瞬间即能达到80%光输出，光电参数一致性好，工作稳定，受环境温度影响小，电源电压波动时容易自熄。

（9）金属卤化灯

金属卤化灯是在高压汞灯的基础上为改善光色而发展起来的一种新型电光源。它不仅光色好，而且发光效率高。在高压汞灯内添加某些金属卤化物，靠金属卤化物的不断循环，向电弧提供相应的金属蒸气，于是就发出表征该金属特征的光谱线。常用的金属卤化物灯有钠铊铟灯和管形镝灯。

①钠铊铟灯的接线和工作原理：图2-32为400W钠铊铟灯工作原理图。电源接通后，电流流经加热线圈1和双金属片2受热弯曲而断开，产生高压脉冲，使灯管放电点燃；点燃后，放电的热量使双金属片一直保持断开状态，钠灯进入稳定的工作状态。1000W钠铊铟灯工作线路比较复杂，必须加专门的触发器。

②管形镝灯的接线及原理：因在灯管内加了碘化镝，所以启动电压和工作电压就升高了。这种镝灯必须接在380V线路中，而且要增加两个辅助电极（引燃极），见图2-33，使得接通电源后，首先在主电极与辅助电极之间放电，再过渡到主电极之间的放电。

镝钍灯具有全波长光谱，被称为第三代光源。它在刚点燃时，光色不正常，启动时要用触发器，有直流、交流二种。钪钠灯是国内金属卤化物灯的新产品，属节能光源，具有光效高、光色好的特点，且启动快、启动电流小、控制方便，节电效果好，显色性比高压钠灯有很大提高，适用于道路、车间大面积照明。

（10）常用照明器的选用

二、照明装置的送电及故障处理

（1）送电及试灯

照明电路虽然较动力电路容量小，但在送电及试灯时也要注意四点：一是送电时先合总开关，再合分开关，最后合支路开关；二是试灯时先试支路负载，再试分路，最后试总回路；三是使用熔丝做保护的开关，其熔丝应按负载额定电流的1.1倍选择；四是送电前应将总闸、分闸、支路开关全部拉掉。

①将总开关合上，用万用表测量总开关下闸口及各分路开关上闸口的电压，相电压为220V，线电压为380V，同时观察总电能表是否转动，如转动，则电能表接线有误或分路开关没断开或接线有误使负载直接接入系统。如都正常则说明电能表不合格。总电表不动或只有电表本身耗电的微小潜动才正常。

②将第一分路开关合上，观察分表是否转动，且下闸口及支路开关上闸口的电压应正常。

将第一分路的第一支路的第一只（组）灯的开关闭合，应点亮且发光正常，这时该支路的电能表应正转且很慢，其他表应停转；然后将开关断开，灯应熄灭，电能表停转。

将第一支路的第二只（组）灯的开关闭合，应正常同上。用同样的方法将第一支路所有的灯都一一试过，应正常。试灯过程中如有短路跳闸或熔丝熔断、不亮、发光不正常等可及时在该灯回路上查找，以将故障范围缩小，便于处理。

将第一支路所有灯的开关闭合，应正常，电能表正转很快，如支路熔丝熔断或断路器跳闸则说明熔丝选择有误或断路器调整有误。如一切都正常后，这时用万用表测试所有插座的电压应与设计相符即220V或380V；用试电笔测试左零右火是否正确；如果有单相电动机设备，应闭合其开关使其运转，用钳形表测试电流应正常（如果电流较小，可将负荷线在钳口上多绕几圈，测得的电流除以圈数即为被测值），调速开关转换时调速正常。当第一支路所有的负载都投入运行时，应测量其回路的总电流。全负载运行一般不超过2h，然后将所有的开关拉掉。第一分路试灯时，其他分路的电能表应都不转动，或灯不能点燃，否则，有混线现象，应立即查出并纠正。

③用上述方法顺次把第二分路、第三分路及其所有分路试完，应正常。

④将总开关、各分路开关、支路开关及电具的所有开关都按顺序一一合上，应正常，测试总开关的三相电流应近似平衡，观察电能表运转情况，用蜡片或点温计测试开关的主触头有无发热现象。然后把所有开关按合闸相反的顺序一一断开，把所有的接线端子再紧一次，通过紧固端子，也可发现一些异常，如有打火、焦煳、虚接等现象，应查明原因修复，最后再将所有的开关按顺序合上，试运行8h，应正常。试运行时应安排人员值班，无人房间应上锁。

（2）照明装置故障处理要点

①若灯全部不亮，应检查总开关及进线端，当总开关跳闸或总熔丝熔断则为线路或设备短路或负载太大所致。如熔丝盒内黑乎乎一片或锡珠飞溅则为短路造成。如只有熔丝中间段熔断，并有锡液流滴痕迹则为过载造成。当总开关未跳闸或总熔丝未熔断则为进线断路或控制箱内开关或某相接触不良或松动烧坏所致。

②若只有部分灯不亮，则为支路上或支路开关有上述故障的存在，应从支路进线及支路开关起开始检查。

③若某一灯不亮，则为该分路上或开关上有上述故障，或灯具接线错误、接触不良、灯泡损坏、开关损坏，特别是荧光灯必须检查其所有的接点（包括启辉器、镇流器）是否接触良好。

④若灯具不能正常发亮，一般为电压太低、接触不良、线路陈旧漏电及绝缘不够；或灯泡灯管损坏等。

⑤检查上述故障时，最好先用万用表测量一下进线端有无电压、电压是否正常。没有万用表时最好用一好灯泡（试灯）试亮，如用试电笔最好用数字式试电笔，它能显示电压值，用氖泡试电笔有时很难分辨电压的大小而导致失误。再者要准确区分火线、控制火线和零线，不要随意拆卸或打开接头，以免弄乱而影响下步处理。

⑥检查故障时要一个回路一个回路逐步检查，不得急于求成，要耐心细致。夜间处理故障时应使用临时照明，或者先用临时照明替等白天再做处理。

⑦处理故障时常带电操作，必须注意安全，除穿绝缘鞋外最好站在干燥木板或凳子上。当原因确定后，应拉闸再做进一步处理。

⑧处理暗装线路时最好有原施工图或竣工图，以便掌握管线的走向和布置。暗装线路在没有确定故障原因时，任何人不得抽取管中的导线。

（3）照明线路故障的处理

照明线路试灯中，常由于元件材料的质量问题或安装不妥、设计有误、环境条件等因素，发生短路、不亮、发光不正常等事故，这些事故应及时处理，以保证试灯顺利进行。

①断路或开路的检查。断路或开路包括相线或中性线断开两种。

断路或开路的原因可能是线路断线、线路接头虚接或松动，线路与开关的接线为虚接、松动或假接（如绝缘未剥尽）、开关触头接触不良或未接通等。断路的检查通常采用分段检查的方法，先把分路开关拉闸，合上总开关。

a.检查总开关上闸口是否有电，可用试电笔测试上闸口接线端子，如发光很亮，则说明正常，然后用万用表测试与零线的电压应为220V；如发光较暗，则说明进线有虚接、松动现象，可将接线端子拧紧，并检查接点的压接部位的绝缘层是否剥掉，有否锈蚀现象；处理后如仍较暗，则说明进线有误，可到上一级开关的下闸口检查，如正常，则说明故障点在线路上；可检查该段线路的接头是否良好，否则，线路有断线点，可将线路电源开关拉掉，验证无电且放电后，一端与地线封死，另一端用万用表测试，确认是否断线。

如果试电笔氖泡不发光，则说明进线断路，可到上一级开关的下闸口检查，如正常，则说明故障点在线路上。如到上一级开关下闸口检查，和在总闸上闸口检查结果相同，则说明故障在上一级开关或线路上。

b.检查总开关的下闸口，如不正常，则说明总开关有误，如接触不良、假合、熔丝熔断等。如正常，可在配电盘上、箱内检查各分路开关的下闸口是否正常，如不正常，可在盘上、箱内检查线路或开关，因盘上线路较短很容易发现故障点。如正常则说明故障在由盘或开关箱进出的回路上。

c.上述的电压测量是在假定零线不断的情况下进行的，如果氖泡发光很亮，但与零线间进行电压测量则为0，很可能是零线断线，为了进一步证实，可在相线与地线间测量电压，有时从接地极直接引线来测量。

d.盘上或箱内检查正常后，再在进出的支路上检查，最好是将各个支路上的开关都关掉，特别是拉线开关，必须将盒盖打开才能确认是否已断开。先将距开关箱最近的一个开关闭合，看其控制的灯是否点亮。如亮则说明这只灯到总开关箱这段线正常，再往下测试距这个灯最近的一个开关回路，直至最后一个回路；如不亮则说明开关箱到这只最近的开关回路或上一个正常测试点到这只开关或灯头有断路现象。可将开关的盒盖打开先用测电笔测试一下静触头是否有电，如很亮，则用万用表测试其对地电压，应为220V；如对零线电压为零，则说明这段回路中零线断线；如对零线电压正常，则说明开关虚接、开关接触不良、灯头虚接和灯头的导线断线等，一一检查，直至找出原因。

e.线路正常后，可测量插座的电压应正常；如电压为零，可先用试电笔测其是否发光正常，如正常，则为零线断线，再用与地线电压来证实；如无光则为火线断线。无论哪种都应将盒盖打开，检查接线是否良好以及插座进线始端的接头是否良好，是很重要的。

f.在支路上检查时，如不将所有开关都断升，或只将部分断开，而另一部分闭合，这时如用试电笔测试，火线、零线都有电很亮，则说明零线断线；如发光较暗，则说明火线虚接；如不亮则说明火线断线。但究竟哪段导线故障，还得按上述d中的方法一一检查。

②短路故障的检查。短路故障现象是：合闸后熔丝立即熔断或断路器合闸后立即跳闸。短路故障的原因，可能是线路中相线与零线直接相碰、电具绝缘不好、相线与地相碰、接线错误、电具端子相连等。短路的检查，通常也是采用分段检查的方法，先将系统中所有的开关拉掉。

a.合上总开关，如熔丝立即熔断或断路器合上后立即跳闸，则说明总开关下闸口到分路开关上闸口这段导线有短路现象或从这段导线接出的回路有短路现象，或者总开关下闸口绝缘不良而直接短路或总开关质量不合格。如正常，可将分路开关一一合上，如合上某一开关，熔丝立即熔断或断路器合不上，则说明该分路开关到各个支路开关前有短路现象；如正常，则说明故障在各个支路的线路里。

b.把第一分路中第一支路距闸箱最近的一只灯的开关合上，如果分路开关跳闸或熔丝熔断，则说明故障就在这段线路里。可先检查螺口灯口内的中心舌片与螺口是否接触，有无短路电弧的“黑迹”；检查灯泡灯丝是否短路，可更换灯泡或用万用表测量灯丝的电阻；然后将管口处的导线拆开，用绝缘电阻表测量管内导线的绝缘。如无故障点，再检查一零一火接在开关点上以及插座上是否接线有误；检查接线盒内“跪头”绝缘是否包扎良好，是否碰壳或零线火线碰触以及管、盒内潮湿有水等。短路点一般都有短路电弧的“黑迹”；如仍无故障点，则是元件本身的绝缘不良或因为污迹造成短路等。

如分路开关不跳闸或熔丝不熔断，则说明故障不在这段线路里，应往下一只灯的回路检查，直至最后一只。

c.如果第一支路无故障，将第一分路的开关拉闸，再合上第二分路开关，按上述方法检查其他分路，直至所有分路检查完毕，找出故障点。

断路与短路的检查是一项耐心的工作，不得操之过急，严禁乱拆乱卸及不按程序检查。晚上检查故障，必须拉上临时照明，并注意安全。检查故障应按房号分组一一检查，每组一般不超过三人。

（4）照明灯具故障处理方法

①白炽灯故障的处理。白炽灯常见故障及处理方法见表2-6。

②荧光灯故障的处理。荧光灯、卤灯、带有镇流器的钠灯和汞灯，故障较复杂，有的可参照前面的方法处理。但其受到温度、环境的影响，也会导致故障，其中任何一连接点的松动或接触不良（包括成套灯具的内部连接点），如灯脚、启辉器等都会导致不正常发光，这一点是很重要的。

荧光灯故障的处理见表2-7和表2-8。