第一章 电力产生和输送

1、 第一节第一节电力的产生电力的产生第二节第二节电力的输送和分配电力的输送和分配第三节第三节变压器的用途和原理变压器的用途和原理本章小结本章小结第第1章章电力的产生和输送电力的产生和输送 第一节第一节电力的产生电力的产生1电能的特点电能的特点自然界的能源可分为一次能源和二次能源两类自然界的能源可分为一次能源和二次能源两类。电能的特点：电能的特点：（1）便于转换。）便于转换。（2）便于输送。）便于输送。（3）便于控制和测量。）便于控制和测量。（4）生产、输送和使用比较经济、高效、清洁、污染少。）生产、输送和使用比较经济、高效、清洁、污染少。一次能源是指自然界中现成存在的可直接利用的能源；一次能源是

2、指自然界中现成存在的可直接利用的能源；二次能源是指由一次能源加工转换而成的能源。二次能源是指由一次能源加工转换而成的能源。 2电力的生产电力的生产电能与其他能量的相互转换关系。电能与其他能量的相互转换关系。第一节第一节电力的产生电力的产生 目前电力的生产主要是以下三种方式：目前电力的生产主要是以下三种方式：（1）火力发电）火力发电（2）水力发电）水力发电通过燃料燃烧加热水，产生高温高压的蒸汽，再用蒸汽来通过燃料燃烧加热水，产生高温高压的蒸汽，再用蒸汽来推动汽轮机旋转并带动三相交流同步发电机发电。推动汽轮机旋转并带动三相交流同步发电机发电。利用水的落差和流量去推动水轮机旋转并带动发电机发电。利用

3、水的落差和流量去推动水轮机旋转并带动发电机发电。第一节第一节电力的产生电力的产生 （3）原子能发电）原子能发电还有风力发电、太阳能发电、地热发电和潮汐发电等。还有风力发电、太阳能发电、地热发电和潮汐发电等。原子能发电是利用原子核裂变时释放出来的巨大能量来加原子能发电是利用原子核裂变时释放出来的巨大能量来加热水，产生高温高压的蒸汽推动汽轮机从而带动发电机发电。热水，产生高温高压的蒸汽推动汽轮机从而带动发电机发电。第一节第一节电力的产生电力的产生 一一 电能的生产电能的生产 1水力发电厂 定义：水电站，利用水的位能来生产电的。利用水的位能冲转水轮机，转化为机械能，水轮机又带动发电机转，做切割磁感线

4、运动，从而产生电能 特点：建设周期长，投资大，生产简单，无污染，运行费用低 用途：发电，防洪，航运，灌溉 发电机机构示意图发电机机构示意图 2火力发电站火力发电站 将化石能转化为机械能再转化为电能 过程中依靠燃烧化石能源燃烧产生的热能转化为电能。 缺点，燃烧一次性能源，会产生污染 利用率不高 3原子能发电站原子能发电站 一、电力系统一、电力系统二、工业与民用供电系统二、工业与民用供电系统第二节第二节电力的输送和分配电力的输送和分配三、供电质量三、供电质量 为了供电的安全连续可靠为了供电的安全连续可靠和经济，将各类发电厂的发电和经济，将各类发电厂的发电机、变电所、输电线、配电设机、变电所、输电线

5、、配电设备和用电设备联系起来组成一备和用电设备联系起来组成一个整体，这个整体就称为电力个整体，这个整体就称为电力系统，如图所示。系统，如图所示。一、电力系统一、电力系统第二节第二节电力的输送和分配电力的输送和分配 由于发电厂往往建立在离用电中心很远的地方，因此，必由于发电厂往往建立在离用电中心很远的地方，因此，必须进行远距离输电。须进行远距离输电。从输电角度来讲，电压越高，则输送的距离越远，传输的从输电角度来讲，电压越高，则输送的距离越远，传输的容量就越大，电能的消耗也越小。容量就越大，电能的消耗也越小。但从用电角度来讲，为了人身安全和降低用电设备的制造但从用电角度来讲，为了人身安全和降低用电

6、设备的制造成本，则电压低些为好。成本，则电压低些为好。为此，大中型发电厂发出的电都要经过升压，然后由输电为此，大中型发电厂发出的电都要经过升压，然后由输电线送到用电区，再进行降压并分配给用户。线送到用电区，再进行降压并分配给用户。即采用高压输电，即采用高压输电，低压配电的方式。低压配电的方式。第二节第二节电力的输送和分配电力的输送和分配 对于低压供电的用户，则不用变压，只需设置仅有变电和对于低压供电的用户，则不用变压，只需设置仅有变电和配电设备的配电所就行了，系统如图。配电设备的配电所就行了，系统如图。第二节第二节电力的输送和分配电力的输送和分配 1小型工业与民用建筑设施的供电小型工业与民用建

7、筑设施的供电小型工业与民用建筑设施的供电，一般只需设立一个简单小型工业与民用建筑设施的供电，一般只需设立一个简单的降压变电所，供电系统如图所示。的降压变电所，供电系统如图所示。二、工业与民用供电系统二、工业与民用供电系统第二节第二节电力的输送和分配电力的输送和分配 2中型工业与民用建筑设施的供电中型工业与民用建筑设施的供电中 型 工 业 与 民 用 建 筑 设 施 的 供 电 ， 一 般 电 源 进 线 维中 型 工 业 与 民 用 建 筑 设 施 的 供 电 ， 一 般 电 源 进 线 维 6 10 kV，经高压配电所，再由，经高压配电所，再由 6 10 kV 配电线路将电能送到配电线路将电

8、能送到各建筑物的变电所，降为各建筑物的变电所，降为 380 V / 220 V 低压，供给用电设备，如低压，供给用电设备，如图。图。第二节第二节电力的输送和分配电力的输送和分配 3大型工业与民用建筑设施的供电大型工业与民用建筑设施的供电大型工业与民用建筑设施的供电，电源进线一般为大型工业与民用建筑设施的供电，电源进线一般为 35 kV 或以上，第一次降压为或以上，第一次降压为 6 10 kV，然后用配电线路送到各用电，然后用配电线路送到各用电点的变电所，再降为点的变电所，再降为 380 V/220 V电压，也有电压，也有 35 kV 直接降为低直接降为低压的，如图所示。压的，如图所示。第二节第

9、二节电力的输送和分配电力的输送和分配 供电质量包括供电的可靠性、电压质量、频率质量及电压供电质量包括供电的可靠性、电压质量、频率质量及电压波形质量等方面。波形质量等方面。1供电的可靠性供电的可靠性供电的可靠性用事故停电到恢复供电所需时间的长短来反供电的可靠性用事故停电到恢复供电所需时间的长短来反映。电力负荷通常分为三类：映。电力负荷通常分为三类：（1）一类负荷）一类负荷是指当停电时将产生大量废品，减产或造成公共场所秩序是指当停电时将产生大量废品，减产或造成公共场所秩序严重混乱的部门，一般采用两个独立的电源系统供电。严重混乱的部门，一般采用两个独立的电源系统供电。三、供电质量三、供电质量 第二节

10、第二节电力的输送和分配电力的输送和分配 （2）二类负荷）二类负荷是指停电时可能引起人身伤亡、造成重大政治影响、设置是指停电时可能引起人身伤亡、造成重大政治影响、设置损坏、产生事故或混乱的场所，一般由两路电源线进行供电。损坏、产生事故或混乱的场所，一般由两路电源线进行供电。（3）三类负荷）三类负荷是指不属于上述第一、二类负荷的用户，其供电方式一般是指不属于上述第一、二类负荷的用户，其供电方式一般为单路。为单路。第二节第二节电力的输送和分配电力的输送和分配 2电压质量电压质量国家规定：国家规定：35 kV 及以上供电电压允许偏差为及以上供电电压允许偏差为 10 %，10 kV及以下的供电电压允许偏

11、差为及以下的供电电压允许偏差为 7 %，220 V 单相供电允许单相供电允许偏差为偏差为 + 5 % - -10 %。我国交流电力设备的额定频率为我国交流电力设备的额定频率为 50 Hz，频率偏差一般不超，频率偏差一般不超过过 0.5 Hz 。若电力系统容量达。若电力系统容量达 3 000 M3 000 MW 以上时，频率偏差以上时，频率偏差不得超过不得超过 0.2 Hz 。3频率质量频率质量第二节第二节电力的输送和分配电力的输送和分配 4电压波形质量电压波形质量由于大型晶闸管整流装置及一些新零件的使用，导致供电由于大型晶闸管整流装置及一些新零件的使用，导致供电系统中电流、电压波形发生变化，使

12、其他用电设备损耗增大、系统中电流、电压波形发生变化，使其他用电设备损耗增大、寿命缩短，过大的畸变还会影响一些电气设备正常工作。寿命缩短，过大的畸变还会影响一些电气设备正常工作。 第二节第二节电力的输送和分配电力的输送和分配 一、变压器的用途一、变压器的用途 第三节第三节变压器的用途和原理变压器的用途和原理二、变压器的基本结构二、变压器的基本结构 三、变压器的基本原理三、变压器的基本原理 四、变压器的空载运行和变压比四、变压器的空载运行和变压比 五、变压器的负载运行和变流比五、变压器的负载运行和变流比六、变压器的外特性六、变压器的外特性七、变压器的效率七、变压器的效率 变压器按照用途主要分为以下

13、几类：变压器按照用途主要分为以下几类：一、变压器的用途一、变压器的用途 1电力变压器电力变压器变压器最主要的用途是作为输、配电用的电力变压器。变压器最主要的用途是作为输、配电用的电力变压器。第三节第三节变压器的用途和原理变压器的用途和原理 发电厂发出的电能被输送到用户要通过很长的输电线，在发电厂发出的电能被输送到用户要通过很长的输电线，在输送功率和负载功率因数一定时，输电线路上的电压输送功率和负载功率因数一定时，输电线路上的电压 U 越高，越高，则电流则电流 I 就越小，这就减小输电线的截面积，节约线材，而且就越小，这就减小输电线的截面积，节约线材，而且减小输电线路的功率损耗。促使输电线路的电

14、压由高压向超高减小输电线路的功率损耗。促使输电线路的电压由高压向超高压和特高压不断升级。压和特高压不断升级。第三节第三节变压器的用途和原理变压器的用途和原理 2特种变压器特种变压器是指在特殊场合使用和特别用途的变压器，例如电焊机变是指在特殊场合使用和特别用途的变压器，例如电焊机变压器、电炉变压器、控制变压器、整流变压器、自耦变压器等。压器、电炉变压器、控制变压器、整流变压器、自耦变压器等。第三节第三节变压器的用途和原理变压器的用途和原理 3仪用变压器仪用变压器用于仪表测量技术中，如电流互感器、电压互感器等。用于仪表测量技术中，如电流互感器、电压互感器等。4其他变压器其他变压器如高压变压器、脉冲

15、变压器等。如高压变压器、脉冲变压器等。第三节第三节变压器的用途和原理变压器的用途和原理 变压器是由变压器是由铁心铁心和和绕组绕组两部分组成。两部分组成。1铁心铁心铁心构成电磁感应所需要的磁路。为了减少涡流损耗，铁铁心构成电磁感应所需要的磁路。为了减少涡流损耗，铁心通常用磁导率高而又互相绝缘的硅钢片相叠合而成。心通常用磁导率高而又互相绝缘的硅钢片相叠合而成。二、变压器的基本结构二、变压器的基本结构 第三节第三节变压器的用途和原理变压器的用途和原理 2绕组绕组变压器的绕组用绝缘良好的漆包线、纱包线或丝包线绕成。变压器的绕组用绝缘良好的漆包线、纱包线或丝包线绕成。变压器工作时与负载相互连接的绕组称为

16、二次绕组（或副变压器工作时与负载相互连接的绕组称为二次绕组（或副边绕组），与电源连接的绕组称为一次绕组（或原边绕组）。边绕组），与电源连接的绕组称为一次绕组（或原边绕组）。一次和二次绕组的匝数一般分别记为一次和二次绕组的匝数一般分别记为 N1 和和 N2。第三节第三节变压器的用途和原理变压器的用途和原理 变压器一次和二次的电压的有效值分别记为变压器一次和二次的电压的有效值分别记为 U1 和和 U2，电，电流有效值分别记为流有效值分别记为 I1 和和 I2。第三节第三节变压器的用途和原理变压器的用途和原理 1电磁感应电磁感应图示电路，接上正弦波电压，则线圈中将产生正弦波电流，图示电路，接上正弦波

17、电压，则线圈中将产生正弦波电流，同时在铁心中有正弦交变磁通穿过绕组，所以二次绕组中产生同时在铁心中有正弦交变磁通穿过绕组，所以二次绕组中产生感应电动势、感应电流，灯泡发出暗光。感应电动势、感应电流，灯泡发出暗光。说明：交流电流产生交变磁场，交变磁场感应出交变电压。说明：交流电流产生交变磁场，交变磁场感应出交变电压。三、变压器的基本原理三、变压器的基本原理第三节第三节变压器的用途和原理变压器的用途和原理 2理想变压器理想变压器如果认为变压器采用的铁心是强磁性体，并且无损耗，那如果认为变压器采用的铁心是强磁性体，并且无损耗，那么变压器可以看成是理想变压器。么变压器可以看成是理想变压器。强磁性体：就

18、是流经一次绕组所产生的磁通全部跟二次绕强磁性体：就是流经一次绕组所产生的磁通全部跟二次绕组链合。组链合。对于理想变压器，以下关系成立对于理想变压器，以下关系成立 ( ( 电压与绕组匝数成正比电压与绕组匝数成正比 ) )（电流与绕组匝数成反比）电流与绕组匝数成反比）2121nnUU 1221nnII 第三节第三节变压器的用途和原理变压器的用途和原理 绕组中每匝中感应的电压相等，因为每匝都与同一交变磁绕组中每匝中感应的电压相等，因为每匝都与同一交变磁场耦合。变压器二次绕组的匝数越多，则二次电压就越大。场耦合。变压器二次绕组的匝数越多，则二次电压就越大。同理，变压器一次侧每匝电压是相同的。同理，变压

19、器一次侧每匝电压是相同的。如果变压器的一次、二次与同一磁场相耦合，则一次、二如果变压器的一次、二次与同一磁场相耦合，则一次、二次每匝上的电压将相等。即二次对一次的电压比与二次对一次次每匝上的电压将相等。即二次对一次的电压比与二次对一次的匝数比相等。的匝数比相等。即即1212:nnUU 四、变压器的空载运行和变压比四、变压器的空载运行和变压比 第三节第三节变压器的用途和原理变压器的用途和原理 理想变压器在带负载的情况下运行，其内部不消耗功率，理想变压器在带负载的情况下运行，其内部不消耗功率，输入变压器的功率全部消耗在负载上，即：输入变压器的功率全部消耗在负载上，即：五、变压器的负载运行和变流比五

20、、变压器的负载运行和变流比2211IUIU 变压器一次、二次电流比变压器一次、二次电流比恒等于变压器一次、二次匝数恒等于变压器一次、二次匝数比的倒数。比的倒数。 第三节第三节变压器的用途和原理变压器的用途和原理KnnUUII1121221 变压器运行时，改变负载就会影响二次输出电压与电流的变压器运行时，改变负载就会影响二次输出电压与电流的大小。大小。在变压器负载阻抗在变压器负载阻抗 Z2 改变时，二次电压与二次电流之间的改变时，二次电压与二次电流之间的关系称为变压器的外特性。关系称为变压器的外特性。二次的额定电压二次的额定电压U20 ：在变压器一次接入额定电压、二次侧：在变压器一次接入额定电压

21、、二次侧开路时的开路电压开路时的开路电压 。U2N = U20变压器的二次接入负载后，有电流输出，二次绕组产生压变压器的二次接入负载后，有电流输出，二次绕组产生压降，输出电压变为降，输出电压变为 U2，变压器二次输出电压，变压器二次输出电压 U2 随输出电流随输出电流 I2改改变的关系称为变压器的外特性。不同用途的变压器具有不同的变的关系称为变压器的外特性。不同用途的变压器具有不同的外特性。外特性。六、变压器的外特性六、变压器的外特性第三节第三节变压器的用途和原理变压器的用途和原理 变压器的外特性：变压器的外特性：一般电力变压器（如工厂动力用变压器，居民照明用变压一般电力变压器（如工厂动力用变

22、压器，居民照明用变压器），电压变化率小于器），电压变化率小于 5%10%。%100%222N - - NUUUU通常是在一次电压通常是在一次电压 U1，负载功率因数，负载功率因数 cos 2为定的条件下为定的条件下测试出来。变压器次级输出电压测试出来。变压器次级输出电压 U2 随输出电流随输出电流 I2 的增加而减小，的增加而减小，从空载时的电压从空载时的电压 U2N 到电流达到额定值到电流达到额定值 I2N 时，次级电压降为时，次级电压降为 U2 ，变化的程度用电压变化率表示：，变化的程度用电压变化率表示：第三节第三节变压器的用途和原理变压器的用途和原理 变压器工作时，要有功率损耗，造成变压器的输出功率变压器工作时，要有功率损耗，造成变压器的输出功率 Pi 小小于输入功率于输入功率 Po 。变压器的损耗包括：铜损和铁损。变压器的损耗包括：铜损和铁损。1铜损是因变压器绕组的铜线有一定量的电阻而产生的，铜损是因变压器绕组的铜线有一定量的电阻而产生的，电流通过一次、二次绕组要产生热量而损失电能。电流通过一次、二次绕组要产生热量而损失电能。2铁损是铁心发热而产生的。铁损是铁心发热而产生的。变压器的效率是其输出有功功率变压器的效率是其输出有功功率 Po 与其输入有功功率与其输入有功功率 Pi 的的比值，一般用字母比值，一般用字母