项目教学法在家庭用电线路设计与安装中的应用
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2016）06C-0148-04
一、项目实施背景
家庭用电线路设计与安装应用的知识隶属于电路课程中交流电等知识的应用范畴。电路课程的特点是理论性强、电磁现象复杂、概念抽象、涉及领域广泛。传统的教法大多强调对书本知识的了解和掌握，而忽视了与实际工作的结合，学生在学习电路知识的过程中缺少职业能力的培养，学习兴趣普遍低落，实际教学效果与人才培养目标极不适应，它造成了教师难教、学生难学的难堪局面。为了扭转这种不利局面，近年来，我们课程组对电路课的教学进行了多种探索和研究，探索了将实际工作任务与电路理论知识融合在一起作为教学项目对学生进行施教，从而从根本上解决电路课程难学的问题。
二、项目实施准备
项目化教学的目的是让学生用已经学习和掌握的电工知识去解决未知的实际问题，采用真实的工作环境，进行课程的项目化教学改革和选取项目。
一是进行工作过程调研。为此，2012―2015年课程组先后对一些建筑单位及家庭住宅用户用电情况进行了调研，找到了将电路课程中交流电知识与实际工作相结合的教学项目。
二是项目的确定。通过对建筑单位及家庭住宅用户用电的调研，将家庭用电与电路课程中的交流电知识融合在一起，如将家庭用电作为工作任务转化为可实施的教学载体，即：家庭用电线路设计与安装项目。
三、项目实施过程
（一）制定该项目化教学的能力、知识、素质目标
1.能力目标。能根据实际要求设计出家庭用电电路图，并对电路进行分析；能根据家庭实际用电要求识读及详细分析家庭用电电路图；能对家庭用电电路进行设计；能根据家庭实际用电要求选择电气器件；能计算和测量三相交流电路的电压、电流和功率；能正确安装家庭用电线路。
2.知识目标。熟悉交流电的概念，正确掌握正弦量的相量表示及相量运算；掌握交流电路阻抗、电压、电流及功率的计算；能根据家庭电路图正确选择测试仪器、元器件及线材；正确掌握三相电源、三相负载作星接和三角连接时的相线电压、相线电流关系；熟练掌握三相电路功率的测量和计算；了解三相不对称电路的特点及分析方法；掌握电度表、导线、开关及灯具的选择；掌握电度表、配电箱、照明灯具、插座、漏电开关等电气器件的安装。
3.素质目标。通过知识和能力训练，培养学生的团队合作意识、吃苦耐劳精神、人际协调能力、创新能力和爱岗敬业精神。通过知识和能力训练，培养学生与人交往的语言表达能力、社会生存能力、安全环保意识、经济意识。
（二）确定该项目的工作任务
例如：设计某一家庭两室一厅用电电路并进行安装（可拓展到：三室二厅、四室二厅、办公楼、车间等用电线路的设计与安装），便可把电路中交流电的知识融入到实际工作中，通过交流电知识和家庭用电线路设计与安装项目的训练，培养学生进行电能安全生产的方法，进而掌握交流电压、电流、功率的概念和计算，掌握家庭用电中各种开关电器的选择、布置和安装方法。图1为两室一厅（含餐厅）用电电路图。
（三）家庭用电各元器件的选择
图1中的两室一厅合计五间，分别为客厅（餐厅）、卧室1和卧室2、卫生间、厨房。电源由相线L和零线N及地线E引入，七路配线为：照明及吊扇、插座、客厅（餐厅）空调、卧室空调、热水器和备用。各室内又设置了吊灯、吊扇、空调或热水器等不同的用电器。设家庭用电总功率约11KW，选择的各元件明细表如表1所示。
1.漏电开关选择。按照国家标准《住宅设计规范》规定：“除空调电源插座外，其他电源插座回路应设置漏电保护装置。”其漏电动作电流为30mA，动作时间0.1S。漏电保护开关型号众多，但工作原理基本相同，表1中选用DZ47LE漏电保护开关。
2.普通开关及插座选择。灯开关的种类繁多，按安装方式分为明装式、暗装式、附装式、悬挂式开关；按操作方法分为翘板式、倒板式、拉线式、按钮式、推移式、旋转式、触摸式开关等；按接通方法分为单联、双联、双控、双路等。一般灯开关选择按钮式；插座选择两孔及三孔插座。
3.照明灯具选择。照明灯具有LED灯、荧光灯、白炽灯、汞灯、钠灯和金属卤化物灯等，按其发光原理又分为热辐射光源和气体放电光源两大类。LED新型光源被誉为21世纪的绿色照明产品，它具有寿命长、启动时间短、结构牢固、节能等特点。照明灯具可根据家庭财力进行选择，建议选择LED灯具。
4.空气开关选择。空气开关是一种具有过载与短路双重保护的限流型高分断断路器。它是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的一种电器，它除了能完成接通和分断电路外，还能对电路或电气设备发生的短路、过载及欠压等进行保护。常用的空气开关有1路（简称1P）、2P、3P、4P等，电流有3A、6A、10A、16A、20A、25A、32A、40A、50A、63A、100A等，其中DZ47型主要用于照明，DZ10系列塑料外壳式断路器适用于不频繁操作在电压380V以下，作电路接通和分断之用，该断路器具有过载及短路保护，用于保护电缆和线路等设备。
5.导线及熔丝的选择。家庭用电中的进户线是按每户用电量以及考虑未来家庭用电的发展情况进行选择，既要满足安全要求又要留有一定的裕量。每户用电量为4.0-5.0KW，电表选5（20）A，进户线选BV（铜芯）-3×10.0mm2；每户用电量6.0-8.0kw，电表选15（60）A，进户线选BV-3×16mm2；每户用电量为10.0KW，电表选20（80）A，进户线选择BV-2×25.0+1×16.0 mm2。用户配电箱各支路导线的规格，按照照明电路为BV-2×2.5，普通插座回路为BV-3×2.5进行选择，厨房回路、空调回路选择BV-3×4.0 mm2。铜芯线电流密度一般环境下可取4.0-5.0A/mm2。 家庭住宅常用的铜导线截面为1.5mm2、2.5mm2、4.0mm2、6.0 mm2、10.0mm2、16.0 mm2、25.0 mm2、35.0 mm2、50.0 mm2等。熔丝的选择应根据用电量的大小来选用，即选用的保险丝应是电表容量的1.2-2.0倍。如使用容量为10A电表时，保险丝应>12A且<20A，如选用容量为5A电表时，保险丝应>6A且<10A；选用的保险丝只能用一根，不能以小及多根保险丝并用，更不能以铜丝代替保险丝使用。
6.配线结构。低压配电系统多为400/230V配电系统，低压配线结构应接线灵活，保护可靠。馈电电缆应考虑电压等级、用电负荷、未来发展、留有裕量，以及敷设方式、周围环境等因素，同时还要考虑出线开关与电缆的相互配合。空调用电、照明与插座、厨房和卫生间的电源插座应该分别设置独立回路。除了空调电源插座外，其他电源插座应加装漏电保护器，卫生间应作局部等电位连接。
7.照明电路。家庭客厅开关的选择，一般采用多联开关，也可用单联或调光开关，楼梯间可选用节能延时开关。照明用断路器一般选用DZ12系列塑料外壳式断路器，其体积小巧，结构新颖、性能优良可靠。照明开关必须接在火线上，如果将照明开关装在零线上，虽然断开时电灯也不亮，但灯头的相线仍然是接通的，容易造成触电事故。白炽灯寿命短、光效低，建议用在点燃时间短、开关频繁的场所，如楼梯或洗手间；日光灯及LED灯作为显色指数高、寿命长、节能、高效的光源，可作为首选光源；住宅电气照明应根据辨别颜色的不同要求，合理选择光源的显色性，当使用一种光源不能满足光色要求时，可采用多种混合光源。
8.电源插座。插座回路应按住户面积大小、插座数考虑回路数。如住户面积较大，插座数多，建议设两个普通插座回路。
住户选择插座时应考虑用电安全、使用方便，其数量不宜少于以下数值：客厅电源插座3-5组，空调插座1-2组；主卧室：电源插座4-5组，空调插座1组；次卧室：电源插座3组；餐厅：电源插座1组；厨房：电源插座2-3组；卫生间：电源插座1-2组。
插座的选型。应根据住宅档次、经济实力、售价等因素确定。每组插座可选择1-2个单相二孔插座和一个或多个单相三孔插座。
9.空调回路。空调用电量大，工作时间长，空调正常起动与电源的电压变化关系密切，因此不宜与其它电器合用一路线路。要求空调插座使用一单独回路，且一个空调回路最多只能带两部空调。柜式空调独占一个回路。
10.漏电开关。漏电开关应根据用电线路的相数、额定电压、负载电流、漏电动作电流、预期短路电流、负载类型等选择。一般家用的漏电开关应选用漏电动作电流为30mA及以下快速动作产品。如DZL18-20系列家用漏电开关，它适用于额定电压220V，额定电流20A及以下的单相线路。
购买漏电开关时应有安全认证标志。如长城认证标志（CCEE）或CCC认证标志等。从抗干扰角度来说，应尽量避免使用微处理器等数字集成电路的漏电开关，因为漏电开关工作环境处于强电包围之中，是典型的弱电控制强电的电子设备，很容易受到干扰而造成误动。特别注意不要以为装了漏电开关就绝对安全。
11.电度表选择。
电表参数选择。选购电度表时首先看产品铭牌及各项技术数据。如额定电压、额定电流、转速等参数。例如某电度表电压220V、电流5（20）A，表示该电度表的额定电压为220V、额定电流为5A和最大电流为20A。这样，我们可以通过计算估算出电表允许的最大总功率：如P=UI=220×20=4.4KW。
家庭总用电量计算。选购电度表前，先把家中所有用电电器的功率加起来，比如，电视机30W-120W+电冰箱90W-150W+洗衣机200W-500W+白炽灯100W-400W+电熨斗800W-1200W+空调800W-2000W=2.02KW-4.37KW。在选购电度表时，电表允许的最大总功率应大于家中所有用电器的总功率且留有余量。如上例中家庭选购5（20）A的电度表较合适，因为即使家中所有用电器同时工作，电流的最大值I=P/220=19.8A，没有超过电度表的最大电流值20A，用电安全可靠。
单相电子式电能表。电子式电能表具有准确度高、低功耗、起动电流小、负载范围宽、无机械磨损等优点。目前市场上电子式电能表厂家繁多。电子式电能表与机械表比较，感应表采用电磁感应元件，表内是铁芯、线圈加机械传动装置；而电子表主要采用电阻、电容加集成电路等元件。
照明住户选配电度表计算公式。住户选配电度表应根据用户的IL≥80%IN、但小于电度表允许误差规定的最小负载电流来选择。负载电流估算公式：I=P/220。
12.弱电部分。一般每户配可视防盗对讲机一部，信息插座一个，两对电话线入室；两个以上电视插座；水、电、气表远传计量系统；局域网等设施。
电视。可采用城市有线电视网络、光纤网或同轴电缆，不管采用何种方式，每个单元入口均应设入口孔，若为穿管暗布线，楼层内设接线盒，距地0.3m-1.8m。
电话线。由市话网进入小区的，每层楼梯间内设电话分线箱，由分线箱引出两对线、通过PVC管进入住户客厅及主卧室电话插座，供接电话机和上网。
（四）家庭用电负荷计算
国家规定，一般两居室住宅用电负荷约4.0KW-6.0KW，进户铜导线截面不应小于10mm2。对于电热设备较多的住户按6.0KW-12.0KW/户考虑。
家用电器容量：微波炉为600W-1500W；电饭煲为500W-1000W；电磁炉300W-2000W；电炒锅为800W-2000W；电热水器为800W-2000W；电冰箱为70W-2500W；电暖器为300W-2500W；电烤箱为800W-2000W；消毒柜为600W-800W；电熨斗为500W-2000W；空调器为500W-4000W。每户的用电量均应考虑远期用电，按同时使用电器最大功率总和计算出总用电量。 （五）家庭用电线路的安装
1.电度表的安装。通常先用电笔找出电源的相线和地线，然后按照电路图连接到单相电度表的电压、电流四个接线柱上，如图2所示。进线1是相线，出线2是相线，进线3是零线，出线4是零线。为便于抄表和检修，表的安装高度约为1.8m-2.1m。电表安装后，打开电灯开关，电表转盘应从左向右转动。
2.配电箱的安装。电表通常由供电部门统一安装在室外以便于管理，室内配电装置一般由保护器（熔丝盒）和控制器（总开关）组成，如图3所示。配电箱安装要求布局整齐、美观、整洁、对称。
3.照明灯具安装。安装灯具时，灯泡距地面高度≥2.0m，如低于2.0m需采取防护措施。经常碰撞的场所应采用金属网罩防护，湿度大的场所应有防水滴措施；大功率灯泡不能用普通导线，应采用非燃材料（瓷管、石棉、玻璃丝）制成的护套保护，避免高温破坏绝缘材料，造成短路。同时灯的下方不可堆放可燃物品；并注意通风散热。
对于低压照明电路，应尽可能选择足够大的导线截面，可防止导线发热引起短路。有粉尘、容易引起燃烧等场所，可采用防尘灯具。爆炸场所应安装相应的防爆照明灯具。
4.插座的安装。安装高度可根据人们的生活习惯、个人装修特点来确定。如客厅电源插座，电视机柜柜高0.5m-0.55m时，电源插座距地0.3m不合适，应改为0.6m。微波炉、电饭煲、洗衣机使用单相三孔带开关插座。空调插座用单相三孔带开关（有保护门）产品，卧室空调插座安装高度距地1.8m-2.0m，宜采用单相三孔插座。
一般插座距地高度0.3m以上且设于墙内，安装高度在1.8m以下的插座采用带安全防护型。电源插座之间的距离控制在2.5m左右，卫生间的插座应采用防溅式，安装高度为1.5m-1.6m左右，插座不能设在淋浴器的侧墙上，抽油烟机电源插座距地高度为1.6m-1.8m。排气扇插座距地高度1.6m-2.0m；厨房插座距地高度为1.5m-1.8m。
单相三孔插座的安装：单相用电、移动式用电设备，应使用三芯插头及三孔插座。接线时专用接地插孔与专用保护接地线相连接，采用接零保护时，接零线应从电源端引入，否则会导致触电。
5.漏电开关的安装。按产品使用说明书的要求进行安装接线，且使用在中性线接地的系统中，按规定接线，不能反接。漏电开关接线时，不能将输出端的中性线重复接地，否则将发生误动作，造成触电事故。
单极两线和三极四线（四极）的漏电开关产品上标有N极和L极，接线时相线接在L极，中性线接N极。
漏电开关第一次通电时，按压操作开关上的“试验按钮”，检查能否动作，确认能动作后，方可投入使用。以后应定期每月操作“试验按钮”1次，检查漏电开关的保护功能是否正常。
项目化教学采用“实践――理论――再实践”的教学形式，融理论与项目于一体，在实践中教理论，在运用中学技术，突出了课程的应用性和操作性，充分激发了学生学习的求知欲望，既锻炼了学生的学习能力和实践能力，又培养了职业能力。
项目化教学通过对学生进行知识和能力的训练，培养了学生的团队合作意识、人际关系协调能力、创新能力和爱岗敬业精神；同时，培养了学生熟悉电能安装的操作方法，进而掌握交流电压、电流、功率的计算，掌握电气开关、灯具、插座，电表、配电箱等的选择，掌握电能的测量、灯具、插座、电表的安装等知识，达到举一反三的目的。
项目化教学作为让学生在教师指导下通过完成一个比较完整的“工作项目”而进行学习的教法，将传统教学体系中的知识转化为一个或若干个“教学项目”，围绕项目组织和开展教学，使学生全程参与、体验和论证，实现了专业课教学与实际职业岗位的零距离对接。
