1.2 感应电基本知识

感应电是一种比较特殊的电能，在社会生产和生活的一些领域得到广泛的利用，但在一些领域中，如果不及时消除或采取防护措施，就会对设备及人身安全造成危害，必须引起高度重视。在电力行业中，停电检修设施产生的感应电对作业人员来说，是一种严重的安全隐患，如果作业中操作不当或违反安全规程中规定的安全措施，就会发生设备损坏乃至人身伤害事故。为了降低感应电对设备和作业人员安全的威胁，需首先了解感应电的产生原理，掌握感应电产生的规律。

感应电产生的原理一般分为静电感应和电磁感应两类。

1.2.1 静电感应

1.2.1.1 产生原理

物质是由分子组成的，分子是由原子组成的，原子是由原子核和其外围电子组成的。如图1-3所示，两种物质紧密接触后再分离时，一种物质把电子传给另一种物质而带正电，另一种物质得到电子而带负电，这种现象称为静电感应。一般认为，两种接触的物质相距小于25×10^-8cm时，即会发生电子转移，产生静电。两种物质摩擦时，增加两种物质达到25×10^-8cm以下距离的接触面积，并且不断的接触与分离，也可产生较多的静电。

接触后再分离或相互摩擦能够产生静电，强电场也可以产生静电。如图1-4所示，处于强电场中的两种物质，在电场力的作用下，正电荷将按电场方向移动，负电荷将逆电场方向移动，当电荷的移动达到平衡状态后，正、负电荷在两种物质的表面上就会大量累积形成静电，即产生静电感应。

与流电相比，静电是相对静止的电荷。这种电荷在两种物质紧密接触的瞬间，正、负电荷要产生相互吸引。这种电荷间的相互吸引就形成了静电电荷的流动，即产生静电感应电流。静电感应电流的出现会使两种物质间产生的静电电荷消失，静电就会消除。与此相似，在强电场中产生的静电荷，如果两种电荷间形成接触的通路，静电电荷也要形成流动，即产生静电感应电流。同样，静电感应电流的出现会使静电电荷消失，静电感应就会消除。

静电感应现象是一种常见的带电现象，如雷电、电容器残留电荷、摩擦带电、复印资料时纸张带电等都属于静电感应带电。静电感应利用得好，能够对生产生活带来好处，如电喷漆、静电除尘、静电植绒、静电复印等；在另外一些工作场所，则必须采取预防措施，如油品装运场所、易燃易爆场所、强电场环境下的检修作业场所等。

1.2.1.2 强电场下线路的静电感应

对带电线路，由于对地高电压的存在，会在其周围空间产生强电场。如图1-5所示，一段对地绝缘的带电线路，如果位于该电场中，在电场的作用下，导体中的自由电子就要做有规则的移动，引起电荷的重新分布，使导体呈现带电状态，即产生静电感应。

停电线路上产生静电感应的研究表明：停电线路上产生的静电感应电压和电流的大小，其值与接近段停电线路的长度成正比、与接近距离的平方成反比。

1.2.2 电磁感应

磁体材料和载流导体周围存在磁场。1831年法拉第发现：处于磁场中的直导体发生运动或通过线圈的磁场发生变化时，在导体或线圈中都会产生电动势；若导体或线圈是一个闭合回路的一部分，则导体或线圈中将产生电流。从本质上说，上述两种现象都是由于磁场发生变化而引起的。把变化磁场在导体中引起电动势的现象称为电磁感应，也称“动磁生电”，由电磁感应引起的电动势叫做感应电动势，由感应电动势引起的电流叫感应电流。

1.2.2.1 直导体在磁场中运动产生的感应电动势

如图1-6所示，当导体与磁力线之间有相对切割运动时，这个导体中就会产生感应电动势，若导体是一个闭合回路，回路中就有感应电流。导体停止切割磁力线的运动，产生的感应电动势就消失了。

研究表明：直导体中产生的感应电动势的方向、大小具有以下规律：

（1）感应电动势不但与导体在磁场中的运动方向有关，而且还与导体的运动速度有关。

（2）直导体中产生的感应电动势方向可用右手定则来判断：平伸右手，拇指与其余四指垂直，让掌心正对磁场N极，以拇指指向表示导体的运动方向，则其余四指的指向就是感应电动势的方向。

（3）直导体中感应电动势的大小为

式中 e——直导体中产生的感应电动势，V；

B——穿过直导体的磁场的磁通密度，T；

v——直导体切割磁场的运动速度，m/s；

l——直导体在磁场中的长度，m；

α——直导体与磁力线间的夹角，（°）。

1.2.2.2 变化的磁场穿过闭合线圈产生的感应电动势

如图1-7所示，将磁铁插入或拔出线圈时，线圈中磁场的磁通就会变化，线圈两端中就有感应电动势产生，若回路闭合，回路也会有电流流动；磁铁不动时，感应电动势就消失了。

1.2.2.3 自感现象

图1-8中，A、B是两个完全相同的灯泡。灯泡A与一个铁芯线圈串联，灯泡B与一个纯电阻串联。当合上开关S时，灯泡B正常发光，而灯泡A却是逐渐变亮。这是因为，当合上开关S时，电流流入线圈，该电流将产生一个左端为N极右端为S极的磁场。由楞次定律知，这个增大的磁通会在线圈中引起感应电动势，而感应电动势又会产生一个左端为S极右端为N极的磁通来阻碍原磁通的变化。根据安培定则可判断出感应电流的方向与原先流进线圈的电流方向相反。因此流进线圈的电流不能很快上升，灯泡A也只能慢慢变亮。这种一个回路中电流的变化而在其自身回路中产生感应电动势的现象，称为自感现象，相应的电动势称为自感电动势，形成的电流称为自感电流。

1.2.2.4 互感现象

图1-9中，两个独立的线圈A、B套在一个铁芯上。当线圈A中通入电流后，产生的磁场使得线圈B中产生感应电动势，若线圈B构成闭合回路，还会有感应电流产生。根据楞次定律，线圈A中产生的磁通必定穿过了线圈B。这种由于一个回路中电流的变化而在邻近另一个回路中产生感应电动势的现象，称为互感现象，相应的电动势称为互感电动势，形成的电流称为互感电流。

综上所述，在一定条件下，电能感应出磁，磁也能感应出电。