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1、第八章 温室配电设备及控制系统,第一节 温室配电设备一、配电线路的基本概念二、现代化温室的配电系统,用户所消费的电能是由发电厂生产供给的。发电厂根据所取能源的不同有水电厂、火电厂、原子能电厂（核电站），以及地热、风力、太阳能发电厂等。远距离输电需要用高压来进行。输电距离越远，输出功率越大，要求的输电电压就越高。,电力网:电能从发电厂传输到用户，需经过的升压、传输、降压、分配等中间环节，这些中间环节称为电力网；电力系统:由发电厂、电力网和电能用户组成的系统; 我国国家标准规定的电力网的额定电压有3kV、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV等。,低压配电系统,
2、一般的厂矿企业和民用建筑都必须设置降压变电所，经配电变压器将电压降为380/220V，再引出若干条供电线到各个用户的配电箱上，再由配电箱将电能分配给各用电设备。,一、配电线路的基本概念,配电装置的概念：它是按电气主接线的要求，由开关电器、载流导体和必要的辅助设备所组成的电工建筑物，在正常情况下用来接受和分配电能；发生事故时能迅速切断故障部分，以恢复非故障部分的正常工作。,XXLW-05型动力配电箱,住宅照明用配电箱,一、配电线路的基本概念,（一）线路及其类别根据输电的目的不同：（1）输电线路（2）配电线路（3）低压配电线路,电压等级在35kV及以上的架设在升压变压器（所）与降压变压器（所）之间
3、的电力线路。,电压等级在1kV以上10kV以下的由降压变电所向外分布至配电变电器的线路。,电压等级在1kV以下，通常为380、220V的由配电变压器向外分布直至用户的进线端为止的线路。,（二）低压配电网络结线方式的选择,1.放射式2.树干式3.混合式,特点:从配电变压器低压侧引出若干条支线， 分别向各用电点直接供电。,1.放射式供电线路,优点：供电可靠性高，各个用电设备可单独操作，当某一用电设备或对其供电的线路发生故障时，不妨碍其他设备的正常运行，对调控自动化方便。缺点：每条供电线的输送电能不太大，故供电线的截面不大，但总长度增大；需配置较多的配电箱，增加投资额；当技术生产设备的配置改变时，要
4、求线路重新布置，这对放射式比较困难。,2.树干式供电线路,特点:从配电变压器的低压侧引出若干条干线，沿干线再引出若干条支线供电给用电点,优点：灵活性高；低压开关需用量少，消耗有色金属少，初投资费用低。缺点：当供电干线发生故障时，由其供电的所有用电设备均被断电，故可靠性差。,3.混合式供电线路,当有两路或两路以上的树干式供电线路时，为了减少线路的总长度，可采用混合式。,（三）低压配电电压和电源的选择,1.配电电压选择（1）用电设备和供电电压等级相符（2）负荷安全,从安全角度考虑，用电设备的供电电压选择原则：（1）在无危险的场所，固定安装的单相用电设备，选用对地不大于250V的电压供电；三相用电设
5、备选用线电压为380V以下的电压供电。（2）在较危险和特别危险的场所，当用电设备安装高度距地面小于2.4m时，应采用难以触及用电器的保护装置，或选用低于36V的供电电压。（3）在特殊的环境下，移动式用电设备应采用不超过36V，甚至不超过12V的供电电压。,安全电压：人体不戴任何防护设备，也没有任何防护措施，直接接触带电体，而对人体没有任何伤害的电压。安全电压值取决于人体的电阻值和人体允许通过的电流值。我国的安全电压有:36V，12V,触电及对人体的伤害形式,电击 指电流流过人体时反应在人体内部造成器官的损伤，而在人体外表不一定留下电流痕迹，这种触电现象叫做电击。电伤 指由于电流的热效应、化学效
6、应、机械效应以及在电流作用下熔化或蒸发的金属微粒等侵袭人体皮肤，使局部皮肤受到灼伤、烤伤和皮肤金属化的伤害，严重的也可以致人死亡。,触电的三种形式,单相触电 在低压系统中，人体的一部分直接或通过某种导体间接触及电源的一相，而人 体的另一部分直接或 通过导体间接触及大 地，使电源和人体及 大地之间形成了一个 电流通路。,两相触电 在低压系统中，人体两部分直接或通过导体间接分别触及电源的两相，在电源与人体之间构成 了电流通路。,跨步电压触电 在高压接地点附近地面电位很高，距接地点越远则电位越低。当人的两脚踩在不同电位点时，使人体承受的电压称为跨步电压。,2.供电电源,（1）照明负荷和动力负荷共用一
7、台变压器（2）照明负荷和动力负荷分别由一台变压器供电,（1）照明负荷和动力负荷共用一台变压器,（2）照明负荷和动力负荷分别由一台变压器供电,（四）低压配电线路敷设方式,明线布线暗线布线,在一些特殊的环境条件下，对导线形式及敷设方法提出较为严格的要求：（1）具有爆炸性危险的场所，线路应尽量考虑架设在室外，室内部分应尽量少用接线盒；禁止采用裸线明设；导线绝缘等级应符合线路额定电压，一定不得低于500V。（2）具有火灾危险的场所，导线可以采用铅芯，但必须用焊接法进行连接；线路应远离可燃材料堆积处；接线盒应选用防爆式，以免开关换接时电火花外出而引发火灾，不允许在抹灰泥的墙壁上采用明线敷设。,二、现代化
8、温室的配电系统,（一）现代化温室的配电特点（1）采用大、小瓷瓶架线施工时，应使用橡皮绝缘电线，线间距离应在6cm以上；电线与建筑物间的距离，应在3cm以上。（2）采用穿线管明敷设或暗敷设时，应选用厚壁穿线管，管口接头处注意采取防潮措施。,（3）采用电缆施工时，对线管和电缆，须施行保护接地工程。（4）在没有防潮设备或防潮箱的潮湿处所，不允许安装开关设备和熔断丝。（5）掩蔽工程或线管工程中，其照明灯具或其他电器应避免使用软线，应选用螺口的防潮灯罩或有防潮措施的接线盒。,（6）在可能的情况下，开关设备和插座应装在干燥的环境中，若不得已装在潮湿处时，应采取防潮措施。（7）照明导线采用丁腈聚氯乙烯复合绞
9、型软线；电机应选用密封型。,（二）现代化温室的配电方法,1.温室配电电压（1）交流220V单相制（2）380/220V三相四线制,（1）交流220V单相制,一根火线和一根零线组成，用电设备并联在两根配线线路上。,（2）380/220V三相四线制,功率损耗少，照明负荷和电力负荷有可能实行混合配电。,2.配电方式,（1）小负荷的配电方式（2）较大单相用电负荷的配电方式（3）动力负荷及其他回路的配电方式,（1）小负荷的配电方式,（2）较大单相用电负荷的配电方式,（3）动力负荷及其他回路的配电方式,放射式树干式混合式,（三）温室配电系统的组成,1.配电变压器2.低压配电室3.量电装置,1.配电变压器,
10、直接将高压变为低压以供应用户的设备。初级线电压最高不超过35kV，一般是13.2、10、6.6kV几种，变压器的容量不超过560kVA。,2.低压配电室,电源是从变压器室用裸铜线穿过墙洞送入的。从低压配电室从出的配电线路往往有好几路，容量也比较大。,3.量电装置,电源送到配电室后，首先经过量电装置再到一系列配电装置。量电装置根据负荷的大小配置，电力负荷和照明负荷应分开装设。包括 总熔丝盒、总线、电流互感器及其二次回路，以及电度表、电流表、电压表等。,补充知识：温 室 电 气 布 线 设 计 规 范 中华人民共和国机械行业标准JB/T10296-2001,温室中要选用聚氯乙烯绝缘电缆或橡皮绝缘电
11、缆。不能使用裸导体，电缆连接处应用绝缘胶布包扎严密。,1.相互影响的防止（1）电气装置的布置应使建筑物的电气装置与非电气装置之间不会有相互不利的影响。（2）弱电电线电缆与强电电线电缆要分开布置，不能受到强电电线电缆的电磁干扰。,2.安装要求（1）导体之间及导体与其他电气设备之间的连接应保证做到安全和接触可靠。在容易接触到雾滴的导体连接处，要有可靠的防水措施。（2）电线电缆安装位置不应影响温室内人员的活动和农艺或园艺机械的正常下作。,（3）电线电缆不应在温室内单独走线，以避免其成为攀附类植物的支撑，造成不安全因素。（4）电线电缆在沿温室长度方向布置时，尽量沿天沟或柁梁走线。沿温室宽度方向布置时沿
12、水平支承管件走线。保证与温室环境协调、整洁。（5）温室内 2.6m 高以下的布线应有线路保护套管，以防机械损伤。,（6）电源控制柜不在温室内放置时，电缆或电线可以从空中或地下进入温室。从空中进入温室时，架线高度应以不影响其他作业活动为原则。从地下进入温室时，电缆电线埋深 0.8m以下并超过冻土深度，电线应用 PVC塑料管保护。,第二节 温室控制系统,温室控制系统就是依据温室内外装设的温湿度传感器、光照传感器、CO2传感器、室外气象站等采集或观测的信息，通过控制设备(如控制箱、控制器、计算机等)对驱动执行机构(如风机系统、开窗系统、灌溉施肥系统等)，对温室内的环境气候(如温度、湿度、光照、 CO
13、2等)和灌溉施肥进行调节控制以达到栽培作物的生长发育需要。,一、手动控制系统,手动控制系统简单可靠，一般由继电器、接触器、按钮、限位开关等电气元件组成。,补充知识： 继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。,二、自动控制系统,1.数字式控制仪控制系统2.控制器控制系统3.计算机控制系统,1.数字式控制仪控制系统,往往只对温室的某一环境因子进行控制。控制仪通过传感器对温室内的某一环境因子监测，并对其设定上限值和下限值，然
14、后控制仪自动对驱动设备进行开启或关闭，从而使温室的该环境因子控制在设定的范围内。,如温控仪可通过风机、湿帘降温等手段来调节温室的温度。这种系统由于成本较低，对运行要求不高的温室来说很适用。,2控制器控制系统,采用了综合环境控制，根据作物对各种环境要素的配合关系，当某一要素发生变化时，其他要素自动作出相应改变和调整，能更好地优化环境组合条件。控制器控制系统由单片机系统或可编程控制器与输入输出设备及驱动执行机构组成。,3计算机控制系统,第三节 信息检测和报警系统,一、信息检测系统（一）组成（二）基本特性（三）传感器（四）信号处理技术,（一）信息检测系统的组成,一个完整的信息检测系统通常由传感器、测
15、量电路和显示记录装置等部分组成，它们分别完成信息采集、转换、显示等功能。,传感器是把被测量的物理量、化学量、生物量等转换为另一种与之有确定对应关系并便于测量的量(通常是电学量)的装置。测量电路是将传感器输出的信号转换成易于测量的电压或电流信号。显示记录装置是检测人员与检测系统联系的主要环节，主要作用是使人们了解检测数值的大小或变化的过程。目前常采用模拟显示、数字显示、图像显示和计算机屏幕显示等多种方式。,（二）信息检测系统的基本特性,1.静态特性（1）灵敏度与分辨率（2）线性度（3）迟滞（4）测量范围与量程2.动态特性,（1）灵敏度与分辨率,灵敏度是传感器或检测系统在稳态条件下输出量变化和引起
16、输出量变化的输入量的比值。它是输入输出特性曲线的斜率。提高灵敏度可得到较高的测量精度，但灵敏度越高，测量范围越小，稳定性往往越差。分辨率是指检测仪表能够精确检测出被测量的最小变化的能力。灵敏度愈高，分辨率 愈好。,(2)线性度,线性度是用实测的检测系统输入输出特性曲线与拟合直线之间的最大偏差与满量程输出的百分比来表示。,(3)迟滞,迟滞特性表明检测系统在正向(输入量增大)和反向(输入量减小)行程期间，输入输出特性曲线不一致的程度。,(4)测量范围与量程,测量范围是指正常工作条件下，检测系统或仪表能够测量的被测量值的范围。通常以测量范围的下限值和上限值来表示。量程是测量范围上限值和下限值的代数差
17、。,2动态特性,对于随时间快速变化的被测动态量来说，检测系统除了满足静态特性要求外，还应当对变化中的被测量保持足够的响应，即具合良好的动态特性。,（三）信息采集测量系统中的传感器,1.温度传感器 2.湿度传感器3.CO2浓度传感器4.pH测量仪5.EC的测量6.光照强度传感器7.风速传感器8.风向传感器,1.温度传感器,热电偶型热电阻型热敏电阻型,（1）热电偶型,将两种不同成分的导体组成一个回路，当闭合回路的两个接点分别置于不向的温度场中时，回路中将产生一个电动势。该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关。这种现象称为“热电效应”，两种导体组成的回路称为“热电偶”。热电偶的两个接点，
18、一个称为工作端或热端，另一个称为自由端或冷端。,热电偶温度传感器就是基于热电效应来工作：如果使冷端温度保持不变，热电偶产生的热电动势只随热端(测量端)温度的变化而变化，即一定的热电动势对应一定的温度，测量热电动势可达到测温的目的。热电偶在温度测量中应用极为广泛，它具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于传输等许多优点。,（2）热电阻型,热电阻是利用导体的电阻率随温度变化而变化的物理现象来测量温度。几乎所有金属导体的电阻都具有这种特性，但作为测温的热电阻应具备以下特性： 电阻值与温度变化有良好的线性关系； 电阻温度系数大，便于精确测量； 电阻率高，热容量小，反应速度快；
19、在测温范围内具有稳定的物理性质和化学性质； 材料质量要纯，容易加工复制，价格便宜。,根据以上特性，最常用的材料是铂和铜，而在低温测量中则使用銦、锰及炭等材料制成的热电阻。铂易于提纯，物理化学性质稳定，电阻率较大，能耐较高的温度，铂电阻输出输入特性接近线性，测量精度高。铜电阻具有较大的电阻温度系数，材料容易提纯，电阻值与温度之间接近线性关系，价格便宜，因此在一些测量精度要求不高，测量范围较小(-50150)的情况下，被普遍采用。,(3)热敏电阻型,热敏电阻是一种利用半导体制成的敏感元件，其特点是电阻率随温度而显著变化。热敏电阻优点是：灵敏度高；热惯性小，反应速度快；体积小，结构简单；使用方便，寿
20、命长，易于实现远距离测量等。它的缺点是互换性较差。,2湿度传感器,湿度可用绝对湿度和相对湿度来表示。相对温度可用干湿球法检测。如果空气中的水汽未达到饱和状态则干球温度和湿球温度之间就存在差值，根据干球温度和湿球温度之间的温度差就可得到空气的相对湿度。,直接检测湿度常用湿敏电阻传感器。湿敏电阻是利用湿敏材料吸收空气中的水分而引起本身电阻值发生变化的原理制成。几种具有代表性的湿敏电阻是半导体陶瓷湿敏元件、氯化钾湿敏电阻和有机高分子膜湿敏电阻。,3CO2浓度传感器,检测CO2浓度的传感器有气敏电阻CO2浓度传感器、电化学CO2传感器、红外CO2浓度检测仪和阻抗型压电CO2传感器等。气敏电阻是一种半导
21、体敏感元件，它是利用CO2的吸附而使半导体本身的电导率发生变化的机理来检测CO2浓度。电化学CO2传感器是基于CO2浓度通过电化学反应转变成电信号的传感器。阻抗型压电CO2传感器是基于串联式压电晶体对溶液电导率和介电常数的灵敏响应而制成的CO2传感器。红外CO2浓度检测仪是根据CO2气体在红外区具有特定的吸收波长而制成的。,4. pH测量仪,检测pH值，目前多采用离子敏感元件，包括离子敏感选择性电极(ISE)和离子敏感场效应管(LSFET)。,5. EC的测量,EC检测传感器有DDC系列、DDD系列和871FT系列等型号的产品。,6光照强度传感器,（1）光电管、光电倍增管（2） 光敏电阻（3）
22、光敏晶体管（4）光电池,7风速传感器,风杯式风速传感器射线路子式风速感器热敏电阻式风速传感器等。其中常用的是风杯式风速传感器，风杯的转速和风速具有一一对应的关系，测出风杯的转速从而得到风速。,8. 风向传感器,风向传感器有电位器式风向传感器、射线路子式风向传感器及电晕离子式风向传感器等。电位器式风向传感器结构简单，比较常用。电位器式风向传感器主要由风向标和线性电位器组成，风向标和线性电位器(0360)的转轴固定在一起，风向标随风向的变化而转动，同时使线性电位器转轴转动，输出电阻值也随着发生变化。通过电阻值和风向的对应关系而得到风向。,(四)信号检测系统的信号处理技术,它包括信号的放大、滤波、隔
23、离、标准化输出、线性化处理、温度补偿误差修正、量程切换等。,1信号放大,目前信号放大电路几乎都采用运算放大器，运算放大器具有输入阻抗高、增益大、可靠性高、价格低廉，使用方便等优点，所以得到了广泛的应用。运算放大器主要有测量放大器、可编程放大器、隔离放大器等类型。,2信号在传输过程中的变换技术,目前世界上均采用直流信号作为统一信号，并将直流电压05v和直流电流010mA或420mA作为统一的标准信号。为了信号远距离传送，经常将电压信号转换成010mA或420mA的电流信号，以减少干扰的影响和长线电压传输信号损失。通常传感器输出的信号多为电压信号，需采用电压电流信号变换器（V/I变换器）。,二、报警系统,温室一般对温度进行监测和报警。,
