电气工程概论第一章

1、第一章第一章 绪论绪论 电气工程概论电气工程概论绪论绪论第一章第一章 绪论绪论 概述概述1 1能量转换原理能量转换原理2 2电力系统电力系统3 3电能的质量指标电能的质量指标 4 45 54 4电压等级与选择电压等级与选择绪论绪论第一节第一节 概述概述v电的发现是个神奇的开始，它是一种看不见、摸电的发现是个神奇的开始，它是一种看不见、摸不着又无形体的能量。不着又无形体的能量。v电能的开发和利用，是人类征服自然过程中所取电能的开发和利用，是人类征服自然过程中所取得的具有划时代意义的光辉成就。得的具有划时代意义的光辉成就。v电能是社会发展的主要能源和动力，广泛用于人电能是社会发展的主要能源和动力，

2、广泛用于人民生活、国民经济各行各业。民生活、国民经济各行各业。v电能与国民经济发展的关系极为密切。电气化就电能与国民经济发展的关系极为密切。电气化就是现代化的象征，没有电气化就没现代化。是现代化的象征，没有电气化就没现代化。v电能为二次能源，是由一次能源经加工转换而成电能为二次能源，是由一次能源经加工转换而成的能源，例如由煤炭、石油、天然气和水能等形的能源，例如由煤炭、石油、天然气和水能等形态的能源经加工转换而成的。态的能源经加工转换而成的。绪论绪论第一节第一节 概述概述v电能与其他形态的能源相比，其主要特点有：电能与其他形态的能源相比，其主要特点有： （1 1）可以大规模生产电能。）可以大规

3、模生产电能。 （2 2）电能运输简单，便于大容量、远距离传）电能运输简单，便于大容量、远距离传输输 和分配。和分配。 （3 3）电能方便转换和易于控制。）电能方便转换和易于控制。 （4 4）电能代替其他能源可以提高能源利用效）电能代替其他能源可以提高能源利用效率，被称之为率，被称之为“节约的能源节约的能源”。 （5 5）电能在使用时没有污染，噪声小。）电能在使用时没有污染，噪声小。绪论绪论第一节第一节 概述概述v由于电能的生产、传输、分配和使用是通过电力由于电能的生产、传输、分配和使用是通过电力系统同时完成的，不能大量储存，因此，系统同时完成的，不能大量储存，因此，! !能量的能量的基本形式为

4、了满足国民经济发展和人民生活对电基本形式为了满足国民经济发展和人民生活对电能的需求，不断地供给充足、优质而又价廉的电能的需求，不断地供给充足、优质而又价廉的电能，做好电能的生产、传输、分配和使用工作，能，做好电能的生产、传输、分配和使用工作，就必须达到以下基本要求：就必须达到以下基本要求： （1 1）安全。）安全。 （2 2）可靠。）可靠。 （3 3）优质。）优质。 （4 4）经济。）经济。返回目录返回目录绪论绪论第二节第二节 能量转换原理能量转换原理能量的基本形式能量的基本形式1 1能量的来源能量的来源2 2能量的转换能量的转换3 3旋转电机中的能量转换旋转电机中的能量转换 4 44 4绪论

5、绪论第二节第二节 能量转换原理能量转换原理v能量的基本形式能量的基本形式v 宇宙间一切运动着的物体（由物质构成的，占有一定空间宇宙间一切运动着的物体（由物质构成的，占有一定空间的个体）都有能量的存在和转换。的个体）都有能量的存在和转换。 “ “自然界一切物质都自然界一切物质都具有能量。能量不可能被创造，也不可能被消灭，而只能具有能量。能量不可能被创造，也不可能被消灭，而只能在一定条件下从一种形式转变为另一种形式，在转换中能在一定条件下从一种形式转变为另一种形式，在转换中能量总是恒定不变。量总是恒定不变。”到目前为止，人类所认识的能量有以到目前为止，人类所认识的能量有以下基本形式：下基本形式：

6、能量能量机械能机械能热能热能化学能化学能辐射能辐射能电能电能核能核能绪论绪论第二节第二节 能量转换原理能量转换原理v 机械能是与物体宏观机械运动或空间状态有关的能量，前者称之为动机械能是与物体宏观机械运动或空间状态有关的能量，前者称之为动能，后者称之为势能。能，后者称之为势能。 v 动能是指物体（或指系统）由于机械运动而具有的做功能力。动能是指物体（或指系统）由于机械运动而具有的做功能力。 v 势能（又称为位能）是指与物体空间状态有关而具有的做功能力。势能（又称为位能）是指与物体空间状态有关而具有的做功能力。重力势能：受重力作用的物体因其位置高度不同而具有的能量。重力势能：受重力作用的物体因其

7、位置高度不同而具有的能量。 弹性势能：物体由于弹性变形而具有的做功本领弹性势能：物体由于弹性变形而具有的做功本领。v 表面能：不同类物质或同类物质不同相的分界面上，由于表面张力表面能：不同类物质或同类物质不同相的分界面上，由于表面张力的存在而具有的作功能力的存在而具有的作功能力。机械能机械能辐射能辐射能核能核能212kFWJ221mvWk绪论绪论第二节第二节 能量转换原理能量转换原理v 热能热能 热能是能量的一种基本形式，所有其他形式的能量都可以热能是能量的一种基本形式，所有其他形式的能量都可以完全转换为热。热能被认为是一种分子运动的能量。构成物质完全转换为热。热能被认为是一种分子运动的能量。

8、构成物质的微观分子运动的动能和势能的总和称之为热能。热能既可以的微观分子运动的动能和势能的总和称之为热能。热能既可以显热形式储存，也可以潜热形式储存。显热形式储存，也可以潜热形式储存。 若系统的熵的变化为若系统的熵的变化为dsds ，则热能，则热能 在电力系统中，当电流流经电阻介质时产生的能量将散逸为在电力系统中，当电流流经电阻介质时产生的能量将散逸为热能。在电机、输电线中的损耗电能可用热能。在电机、输电线中的损耗电能可用 计算。计算。 能量能量机械能机械能热能热能化学能化学能辐射能辐射能电能电能核能核能qWTds20 ( )rsWR i tdt绪论绪论第二节第二节 能量转换原理能量转换原理v

9、 化学能化学能 化学能是物质结构能的一种，即原子核外进行化学变化时化学能是物质结构能的一种，即原子核外进行化学变化时放出的能量。根据化学热力学定义，物质或物系在化学反应过放出的能量。根据化学热力学定义，物质或物系在化学反应过程中以热能形式释放的内能称为化学能。程中以热能形式释放的内能称为化学能。v 人类最普遍利用的化学能：人类最普遍利用的化学能： 燃烧碳燃烧碳: : 燃烧氢燃烧氢: : v 燃料的发热量（发热值或热值）燃料的发热量（发热值或热值）: :单位重量（对固体、液体燃单位重量（对固体、液体燃料）或体积（气体燃料）在完全燃烧，且燃烧产物冷却到燃烧料）或体积（气体燃料）在完全燃烧，且燃烧产

10、物冷却到燃烧前的温度时所放出的热量。单位为前的温度时所放出的热量。单位为kJ/kgkJ/kg或或kJ/mkJ/m3 3。 化学能化学能电能电能核能核能2232780/COCOkJ kg2221120370/2HOH OkJ kg绪论绪论第二节第二节 能量转换原理能量转换原理v 从应用上分从应用上分 高位发热量高位发热量：是指燃料完全燃烧，且燃烧产物中的水蒸气全部是指燃料完全燃烧，且燃烧产物中的水蒸气全部凝结成水时所放出的热量。凝结成水时所放出的热量。 低位发热量低位发热量：是指燃料完全燃烧，而燃烧产物中的水蒸气仍以是指燃料完全燃烧，而燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时所放出的热量。气态存在时所放

11、出的热量。 低位发热量低位发热量 = 高位发热量高位发热量 - - 水的汽化潜热水的汽化潜热 由于燃烧设备，如锅炉中燃料燃烧时，燃料中原有的水分由于燃烧设备，如锅炉中燃料燃烧时，燃料中原有的水分及氢燃烧后生成的水均呈蒸汽状态随烟气排出，因此低位发热及氢燃烧后生成的水均呈蒸汽状态随烟气排出，因此低位发热量接近实际可利用的燃料发热量，所以在热力计算中均以低位量接近实际可利用的燃料发热量，所以在热力计算中均以低位发热量作为计算依据发热量作为计算依据 能量能量机械能热能化学能辐射能电能核能12绪论绪论第二节第二节 能量转换原理能量转换原理v 辐射能辐射能 物体以电磁波的形式发射出的能量称为辐射能。热辐

12、物体以电磁波的形式发射出的能量称为辐射能。热辐射是一种由原子振动而产生的电磁能。射是一种由原子振动而产生的电磁能。 温度为温度为T T 的任何物体所发射出的能量的任何物体所发射出的能量为：为： 地球表面所接受的太阳能就是最重要的热辐射能。地球表面所接受的太阳能就是最重要的热辐射能。 还有裂变物质所发射的电磁波射线，如还有裂变物质所发射的电磁波射线，如 ， ， 等。等。机械能机械能热能热能化学能化学能辐射能辐射能电能电能核能核能4TWr4TWr绪论绪论第二节第二节 能量转换原理能量转换原理v 电能电能v 电能是与电子流动和积累有关的一种能量，通常是由电池中的化学能电能是与电子流动和积累有关的一种

13、能量，通常是由电池中的化学能转换而来的，或是通过发电机将机械能转换得到的；反之，电能也可转换而来的，或是通过发电机将机械能转换得到的；反之，电能也可通过电灯泡转换为光能，或通过电动机转换为机械能，从而显示出电通过电灯泡转换为光能，或通过电动机转换为机械能，从而显示出电做功的本领。如果驱动电子流动的电动势为做功的本领。如果驱动电子流动的电动势为E E，电流强度为，电流强度为I I，则其电，则其电能能v 电能既能以电场能被储存，也能以磁场能被储存。电能既能以电场能被储存，也能以磁场能被储存。v 磁场能的储存磁场能的储存 用用 计算计算 存在两个线圈时，则用存在两个线圈时，则用v 电场能储存于具有电

14、场存在的空间内，例如电容器的极板间、输电线电场能储存于具有电场存在的空间内，例如电容器的极板间、输电线间以及输电线对地之间。电场能可用间以及输电线对地之间。电场能可用 计算。计算。化学能化学能核能核能212mFWLi221 12 21 21122mFWLiL iMii212eFWCuEIWe绪论绪论第二节第二节 能量转换原理能量转换原理v 核能核能 核能是由于物质原子核内结构发生变化而释放出来的巨大能量，核能是由于物质原子核内结构发生变化而释放出来的巨大能量，又称原子核能。遵守阿伯特又称原子核能。遵守阿伯特爱因斯坦（爱因斯坦（Albert EinsteinAlbert Einstein）于）于

15、19221922年提出的能量和物质质量之间的关系，即核能可以从以下两种不同的年提出的能量和物质质量之间的关系，即核能可以从以下两种不同的反应中得到：反应中得到： 核裂变反应核裂变反应： 核聚变反应核聚变反应：两个轻质量的原子核结合，产生更稳定的结构并释放两个轻质量的原子核结合，产生更稳定的结构并释放出能量。出能量。 消耗同样质量的原料，核聚变反应所释放的能量为核裂变反应的消耗同样质量的原料，核聚变反应所释放的能量为核裂变反应的4.224.22倍。即每消耗倍。即每消耗1kg1kg核聚变原料，产生约相当于核聚变原料，产生约相当于11816t11816t标准煤完全标准煤完全燃烧后所释放出的热能。燃烧

16、后所释放出的热能。 能量能量化学能化学能核能核能2351192002.5200UnxynMeV1 12 2绪论绪论第二节第二节 能量转换原理能量转换原理v 能量的来源能量的来源 顾名思义是指能量的来源或泉源，即指人类取得能量的来源。顾名思义是指能量的来源或泉源，即指人类取得能量的来源。 包括：包括： 已经开发可供直接使用的自然资源已经开发可供直接使用的自然资源； 经过加工或转换得到的能量来源经过加工或转换得到的能量来源； 尚未开发的能量资源，称为自然资源尚未开发的能量资源，称为自然资源。 能源能源的的分类分类（对比分类）：（对比分类）： 常规能源与新能源常规能源与新能源 再生能源与非再生能源再

17、生能源与非再生能源 一次能源与二次能源一次能源与二次能源 能量能量热能热能化学能化学能辐射能辐射能核能核能1 12 23 3绪论绪论第二节第二节 能量转换原理能量转换原理常规能源常规能源 为人们所熟悉，为人们所熟悉，当前应用也范围很广当前应用也范围很广泛。如煤炭、石油、泛。如煤炭、石油、天然气、薪柴、水能天然气、薪柴、水能和电力等。和电力等。常规能源常规能源与新能源与新能源新能源新能源 采用最新的科学技术采用最新的科学技术才能开发利用，最近才才能开发利用，最近才被人们重视而研究开发被人们重视而研究开发的能源。如太阳能、地的能源。如太阳能、地热能、潮汐能和生物质热能、潮汐能和生物质能等。（核能通

18、常也被能等。（核能通常也被看作新能源）看作新能源）绪论绪论第二节 能量转换原理再生能源再生能源 自然界中可以不断再生而得到补充的能源。如太阳能、水能、风能、潮汐能和生物质能等。再生能源与非再生能源非再生能源非再生能源 经过几亿年形成的、短期内无法补充的能源。如煤炭、石油、天然气和核燃料等。绪论绪论第二节第二节 能量转换原理能量转换原理 一次能源：一次能源：由自然界中直接取得又不改变其基本由自然界中直接取得又不改变其基本形态的能源。如煤炭、石油、天然气、形态的能源。如煤炭、石油、天然气、水能、风能和地热能等。水能、风能和地热能等。 二次能源：二次能源：由一次能源经过加工转换成另一种由一次能源经过

19、加工转换成另一种形态的能源产品。如电力、蒸汽、形态的能源产品。如电力、蒸汽、煤气、氢及各种石油制品等。煤气、氢及各种石油制品等。绪论绪论第二节第二节 能量转换原理能量转换原理v 从利用能源对环境污染的大小分： 清洁能源：对环境无污染或污染较小的能源。如太阳能、水能、海洋能和氢能等。 非清洁能源：对环境污染较大的能源。如煤炭、石油等。 能量能量机械能机械能热能热能化学能辐射能辐射能电能电能核能1 12 2绪论绪论第二节第二节 能量转换原理能量转换原理1 1如矿物燃料通过如矿物燃料通过燃烧将化学能转燃烧将化学能转变成热能，然后变成热能，然后通过汽轮机将热通过汽轮机将热能转换成机械能，能转换成机械能

20、，再通过发电机将再通过发电机将机械能转换成电机械能转换成电能。能。2 2即能量的输送，大即能量的输送，大多是通过输送载能多是通过输送载能体进行的。如电能体进行的。如电能是通过输电线路来是通过输电线路来实现电能的空间转实现电能的空间转换的换的3 3即能量的储存。即能量的储存。目前最难处理的目前最难处理的是电能的储存。是电能的储存。能量的转换能量的转换形态上的转换形态上的转换有空间上的转换有空间上的转换时间上的转换时间上的转换绪论绪论第二节第二节 能量转换原理能量转换原理v 世界上储存电能的方法主要有：世界上储存电能的方法主要有： 使用改进的铅电池（使用改进的铅电池（500MWh500MWh）；）

21、； 新型电池（新型电池（500MWh500MWh）；）； 飞轮储电：预计一次可储电能飞轮储电：预计一次可储电能1000MWh 1000MWh ； 压缩空气：一次可储存电能压缩空气：一次可储存电能1000MWh 1000MWh ； 抽水蓄能电厂：储存容量最大，系统效率为抽水蓄能电厂：储存容量最大，系统效率为65%65%75%75%v 任何能量转换过程都必须遵守能量守恒定律，即任何能量转换过程都必须遵守能量守恒定律，即 输入能量输入能量 - - 输出能量输出能量 = = 储存能量的变化。储存能量的变化。 任何能量转换过程都需要一定的转换条件，并在一定的设任何能量转换过程都需要一定的转换条件，并在一

22、定的设备或系统中实现。备或系统中实现。化学能化学能核能核能绪论绪论第二节第二节 能量转换原理能量转换原理四、旋转电机中的能量转换四、旋转电机中的能量转换v 1 1、电磁感应定律、电磁感应定律 只要磁链发生了变化，线圈内就会产生感应电动势， 这种现象称为电磁感应。且电流方向与磁通方向符合右手 螺旋法则，数学描述为 v 楞次定律：线圈中的感应电动势倾向于阻止线圈中磁链的变化。 若N匝线圈中通过的磁通均为，即磁链 ，则 能量能量热能化学能辐射能核能dedt N deNdt 绪论绪论第二节第二节 能量转换原理能量转换原理v 引起磁通变化的原因引起磁通变化的原因 ： 1、由时变电流产生，即磁通是时间t的

23、函数； 2、线圈与磁场间有相对运动，即磁通是位移变量x的函数。综上，磁通的全增量为综上，磁通的全增量为 从而从而式中，式中，v=v=dx/dtdx/dt为线圈与磁场间相对运动的速度；为线圈与磁场间相对运动的速度； 为变压器电动势，为变压器电动势， 为运动电动势。为运动电动势。 v 普遍说来，任一线圈中都可能同时存在上述两种电动势，但为了简化分析，同时也利于突出主要特点，下面将两种电动势分别予以讨论。辐射能ddtdxtx TveNNveetx TeNt VeNvx 绪论绪论第二节第二节 能量转换原理能量转换原理 （1 1）变压器电动势v 纯粹由于磁通本身随时间变化而产生的感应电动势，称为变压器电

24、动势。设线圈与磁场相对静止，与线圈交链的磁通随时间变化，并设磁通 按正弦规律变化， 则感应电动势为 有效值为 能量能量当磁通随时间按正弦规律变当磁通随时间按正弦规律变化时，线圈内感应电动化时，线圈内感应电动势的变化规律与磁通变化规势的变化规律与磁通变化规律相同律相同，但电动势在相位上但电动势在相位上滞后磁通滞后磁通 ，如右图，如右图辐射能电能核能msint mmmm24.4422ENEfNfNmmcossin(90 )TeeNNtEtt 90绪论绪论第二节第二节 能量转换原理能量转换原理v （2）运动电动势运动电动势 磁通本身不随时间变化，但由于线圈与磁场间有相对运动而引起线圈磁链的变化，这样

25、产生的电动势称为运动电动势或速度电动势。v 设匝数为设匝数为N 的线圈在恒定磁场中以速度的线圈在恒定磁场中以速度 v 沿沿 方向运动，线圈两边平方向运动，线圈两边平行，但与行，但与 垂直，宽度为垂直，宽度为 b ，有效长度亦为，有效长度亦为 l ，距原点，距原点距离为距离为 x ，则则任意时刻穿过线圈的磁通任意时刻穿过线圈的磁通为为 运动电动势为运动电动势为 磁磁通密度通密度 、线圈运动速度、线圈运动速度 v 和感应电动势和感应电动势 e 之间之间 的方向关系，可用的方向关系，可用右手右手定则来确定。定则来确定。辐射能辐射能电能电能核能核能n( )x bxlBd nBlvBNbxBxBNvlt

26、Nveennnv)()(绪论绪论第二节第二节 能量转换原理能量转换原理2.2.电磁力定律电磁力定律（1 1）电磁力）电磁力v 载流导体位于磁场中时，导体载流导体位于磁场中时，导体上将受到电磁力上将受到电磁力 F=B l i ，这就，这就是电磁力定律，也叫毕奥是电磁力定律，也叫毕奥-萨伐电萨伐电磁力定律。式中，磁场磁力定律。式中，磁场 B、载流、载流导体导体l和电磁力和电磁力 F 的方向关系用左的方向关系用左手定则来确定。手定则来确定。 能量能量热能热能化学能化学能辐射能辐射能电能电能核能核能绪论绪论第二节第二节 能量转换原理能量转换原理（2 2）电磁转矩）电磁转矩v 设电机转子半径为设电机转子

27、半径为 r ，单根导体产生的电磁转矩，单根导体产生的电磁转矩 v 对匝数为对匝数为N的线圈，仿运动电动势分析过程的线圈，仿运动电动势分析过程 ，设线圈两侧边所在，设线圈两侧边所在处的磁场分别为处的磁场分别为 和和 则所产生的电磁转矩则所产生的电磁转矩 若希望获得最大电磁转矩，则若希望获得最大电磁转矩，则 v 电机的最大可能电磁转矩电机的最大可能电磁转矩 ， M为总线圈个数；为总线圈个数；D为转子直径（为转子直径（m）v 电磁转矩还可以用功率的关系求得电磁转矩还可以用功率的关系求得 化学能化学能电能电能核能核能sTFrBlir1B2Ben12()TNlir BB21BB emenj1MjTTMN

28、BliDem/TP绪论绪论第二节第二节 能量转换原理能量转换原理v 3.3.旋转电机中的能量转换旋转电机中的能量转换v 同步发电机是电力系统中的电源，异步及同步电动机是主同步发电机是电力系统中的电源，异步及同步电动机是主要负载。每一导线同时存在电功率和机械功率。不论是发要负载。每一导线同时存在电功率和机械功率。不论是发电机状态或电动机状态，电机的两种瞬时功率和平均功率电机状态或电动机状态，电机的两种瞬时功率和平均功率都相等。任何电机既可作为发电机运行，也可作为电动机都相等。任何电机既可作为发电机运行，也可作为电动机运行，发电机和电动机只是一台电机的两种不同运行方式运行，发电机和电动机只是一台电

29、机的两种不同运行方式，这一性质被称为电机的可逆性原理。，这一性质被称为电机的可逆性原理。v 发电机中也有电磁力，在电动机中也有感应电动势。发电发电机中也有电磁力，在电动机中也有感应电动势。发电机和电动机不应视为两种截然不同的电机，而只是同一电机和电动机不应视为两种截然不同的电机，而只是同一电机的两种不同运行方式。机的两种不同运行方式。化学能化学能核能核能绪论绪论v 4.4.旋转电机中的能量平衡旋转电机中的能量平衡v 电机涉及的能量基本上是四种，即：电能、机械能、磁场能和热能。电机涉及的能量基本上是四种，即：电能、机械能、磁场能和热能。根据能量守恒原理，它们之间存在下列平衡关系根据能量守恒原理，

30、它们之间存在下列平衡关系v 分析电机时，常用功率平衡来反映能量守恒原理，一般电机稳定运行分析电机时，常用功率平衡来反映能量守恒原理，一般电机稳定运行时，其磁场能增量为零，于是得电机的功率平衡式为时，其磁场能增量为零，于是得电机的功率平衡式为 1.电阻损耗电阻损耗(导体电阻上产生的铜耗导体电阻上产生的铜耗)v 电机内损耗主要有三种电机内损耗主要有三种 2.摩擦引起的热能损耗（机械损耗）摩擦引起的热能损耗（机械损耗） 3.电磁场在介质中产生的损耗电磁场在介质中产生的损耗 （铁心磁滞和涡流损耗、介质损耗）（铁心磁滞和涡流损耗、介质损耗）返回目录返回目录第二节 能量转换原理输入的机械能或电能磁场能的增

31、量电机内损耗转化的热能输出的电能或机械能=+12PpP绪论绪论 第三节 电力系统1 1电力系统的形成电力系统的形成2 2电力系统的特点电力系统的特点3 3对电力系统的要求对电力系统的要求 4 44 4 电力系统的基本概念电力系统的基本概念绪论绪论v一一、电力系统的基本概念、电力系统的基本概念v1、由发电厂内的发电机、电力网内的变压器和电力线路以及用户的各种用电设备，按照一定的规律连接而组成的统一整体，称为电力系统。 第三节 电力系统绪论绪论第三节第三节 电力系统电力系统电力系统电力系统系统装机容量系统装机容量系统年发电量系统年发电量最高电压等级最高电压等级额定频率额定频率最大负荷最大负荷年用电

32、量年用电量电力系统可以用一些基本参量来描述电力系统可以用一些基本参量来描述绪论绪论v 2 2、发电厂分类、发电厂分类v 火力发电厂火力发电厂 凝汽式火力发电厂凝汽式火力发电厂( (火电厂火电厂) ) 供热式火力发电厂（热电厂）供热式火力发电厂（热电厂） 堤坝式水力发电厂堤坝式水力发电厂v 水力发电厂水力发电厂 径流式水力发电厂径流式水力发电厂 抽水蓄能式水力发电厂抽水蓄能式水力发电厂v 核动力发电厂核动力发电厂v 风力发电厂风力发电厂v 地热发电厂地热发电厂v 沼气发电厂沼气发电厂v 潮汐发电厂潮汐发电厂v 海浪发电厂海浪发电厂v 磁流体发电厂磁流体发电厂v 阳能发电厂阳能发电厂 第三节第三节

33、 电力系统电力系统绪论绪论v 3 3、电力网电力网v 电力网是由两个及以上变电站和不同电压等级的电力线路电力网是由两个及以上变电站和不同电压等级的电力线路组成的网络。作用是输送、控制和分配电能。组成的网络。作用是输送、控制和分配电能。v 地方电力网：地方电力网：3535110kV110kV，输电距离在，输电距离在50km50km以内以内v 区域电力网：区域电力网：110110220kV220kV，输电距离在，输电距离在5050300km300kmv 超高压电力网：超高压电力网：330330750kV750kV，输电距离在，输电距离在3003001000km1000kmv 特高压电力网：特高压电

34、力网：1000kV1000kV第三节第三节 电力系统电力系统绪论绪论由地方电力网、区域电力网和超高压电力网组成的简单电力系统如图由地方电力网、区域电力网和超高压电力网组成的简单电力系统如图。 第三节第三节 电力系统电力系统绪论绪论v 4 4、变电站变电站v 变电站是联系发电厂和用户用电设备的中间环节，一般安装有变压器及其控制和保护装置，起变换和分配电能的作用v 枢纽变电站：高压侧电压为330kV1000kV，连接电力系统特高压或超高压和高压的几个部分，汇集多个电源；v 中间变电站：将发电厂或枢纽变电站与负荷中心联系起来的变电站；v 终端变电站：处于电力网的末端，一般是降压变电站，也称为末端变电

35、站。第三节 电力系统绪论绪论v 5 5、电力线路、电力线路 用来传输电能，包括输电线路和配电线路用来传输电能，包括输电线路和配电线路。 就结构分: 架空线路架空线路: : 将导线通过杆塔架设在露天。由导线、避雷线（或称架空地线）杆塔、绝缘子和金具等主要部件组成。 电缆线路电缆线路: : 埋在地底下的电缆沟或管道中。12 第三节 电力系统绪论绪论v 6 6、用电设备、用电设备（1 1）电动机：）电动机：包括感应电动机（又称异步电动机）和同步电动机。（2 2）变压器：）变压器：变压器的作用是将电压升高或降低，以满足输配电需要。（3 3）断路器（俗称开关）：）断路器（俗称开关）：断路器可用来接通或断

36、开电路的正常工作电 流、过负荷电流或短路电流，有灭弧装置，是电力系统中最重要的控制和保护电器。（4 4）隔离开关（俗称刀闸）：）隔离开关（俗称刀闸）：隔离开关用来在检修设备时隔离电压，进行电路的切换操作及接通或断开小电流电路。它没有灭弧装置，一般只有电路断开的情况下才能操作。（5 5）互感器：）互感器：包括电压互感器和电流互感器。 (6(6）保护设备：）保护设备：有熔断器、避雷器和限流电抗器。 (7(7）补偿设备：）补偿设备：如并联电容器。补偿设备是用来补偿电力系统的无功功率，以提高系统的功率因数。 (8(8）成套设备：）成套设备：如高压开关柜、低压配电屏、动力和照明配电箱等。第三节 电力系统

37、绪论绪论v二二、电力系统的形成、电力系统的形成v 将各个孤立运行的发电厂通过输电线路和变电站互相连接起来，以达将各个孤立运行的发电厂通过输电线路和变电站互相连接起来，以达到相互支援，提高供电可靠性和相互备用的目的。到相互支援，提高供电可靠性和相互备用的目的。v 将孤立运行的发电厂互相连接成大型电力系统向用户供电的好处：将孤立运行的发电厂互相连接成大型电力系统向用户供电的好处： 1 1、提高供电的可靠性提高供电的可靠性 2 2、减少系统装机容量减少系统装机容量 3 3、减少系统备用容量减少系统备用容量 4 4、采用高效率大容量的发电机组采用高效率大容量的发电机组 5 5、合理利用能源，充分发挥水

38、电在系统中的作用合理利用能源，充分发挥水电在系统中的作用v 除上述好处外，还可以在机组间合理分配负荷，充分发挥煤耗低、效除上述好处外，还可以在机组间合理分配负荷，充分发挥煤耗低、效率高的发电机组的作用，使整个系统在满足用户负荷需求的前提下，率高的发电机组的作用，使整个系统在满足用户负荷需求的前提下，减少网损，实现合理的经济运行。减少网损，实现合理的经济运行。第三节第三节 电力系统电力系统绪论绪论v三三、电力系统的特点、电力系统的特点 电能的生产、输送、分配及使用和其它工业不同，它电能的生产、输送、分配及使用和其它工业不同，它具有下述特点具有下述特点： 1 1、电能不能大量存储电能不能大量存储；

39、 2 2、暂态过程十分短暂暂态过程十分短暂； 3 3、地区性特点较强地区性特点较强； 4 4、与国民经济各部门有着极为密切的关系与国民经济各部门有着极为密切的关系。 第三节第三节 电力系统电力系统绪论绪论v四四、对电力系统的要求、对电力系统的要求v 1 1、为用户提供充足的电力为用户提供充足的电力v 2 2、保证供电的安全可靠保证供电的安全可靠 按照用户对供电可靠的要求，区别对待，以便在事故情况下把给国按照用户对供电可靠的要求，区别对待，以便在事故情况下把给国民经济造成的损失限制到最小。通常可将用户分为三类。民经济造成的损失限制到最小。通常可将用户分为三类。（1 1）一类用户。这类用户停电将造

40、成人身危险，重要设备损坏，产生大）一类用户。这类用户停电将造成人身危险，重要设备损坏，产生大量废品，生产秩序长期不能恢复，给国民经济带来巨大的损失或造成量废品，生产秩序长期不能恢复，给国民经济带来巨大的损失或造成重大的政治影响等。重大的政治影响等。（2 2）二类用户。该类用户中断供电将造成大量减产，主要设备损坏，使）二类用户。该类用户中断供电将造成大量减产，主要设备损坏，使城市公用事业和人民生活受到影响等。城市公用事业和人民生活受到影响等。（3 3）三类用户。不属于一类、二类的其他用户，短时中断供电不会造成）三类用户。不属于一类、二类的其他用户，短时中断供电不会造成严重后果。严重后果。v 3

41、3、保证良好的电能质量保证良好的电能质量 衡量电能质量的三个基本指标是电压、频率和波形，其额定值是电气衡量电能质量的三个基本指标是电压、频率和波形，其额定值是电气设备设计的最佳运行条件。设备设计的最佳运行条件。v 4 4、提高电力系统运行经济性提高电力系统运行经济性 返回目录返回目录 第三节第三节 电力系统电力系统绪论绪论第四节 电能的质量指标电压电压1频率频率2波形波形3绪论绪论v一一、电压、电压v 我国的技术标准规定，电力系统额定电压值为220V、380V、3kV、6kV、10kV、35kV、63kV、110kV、220kV、330kV、500kV、750kV和1000kV。 其中，220

42、V为单相交流值，其余均为三相交流值。v 照明设备常用的有白炽灯和荧光灯，其发光效率、光通量和使用寿命， 均与电压有关。第四节第四节 电能的质量指电能的质量指标标绪论绪论v 目前世界上许多国家根据运行实践规定的电压允许变化范围都为额定电压的5%，少数国家也有高到10%，或低到3%。v 我国目前技术标准所规定的供电电压允许偏差为： （1）35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10。 （2）10kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的7%。 （3）220V单相供电电压允许偏差为额定电压的7、10。 第四节第四节 电能的质量指标电能的质量指标绪论绪论v二二、频率、频率 频率偏差

43、同样会影响电力用户的正常工作。频率偏差同样会影响电力用户的正常工作。 目前世界各国对频率变化的允许偏差的规定不一样，有些目前世界各国对频率变化的允许偏差的规定不一样，有些国家规定为不超过国家规定为不超过 0.5Hz0.5Hz，也有一些国家规定为不超过，也有一些国家规定为不超过 (0.10.2)Hz(0.10.2)Hz。 我国的技术标准规定电力系统额定频率为我国的技术标准规定电力系统额定频率为50Hz50Hz，频率变化，频率变化的允许偏差为的允许偏差为 (0.20.5)Hz (0.20.5)Hz 。 第四节第四节 电能的质量指标电能的质量指标 绪论绪论v三三、波形、波形 电力系统中交流电的波形应

44、为正弦波。为此，首先要求发电机发出符电力系统中交流电的波形应为正弦波。为此，首先要求发电机发出符合标准的正弦波电压。其次，在电能变换、输送和分配过程中不应使合标准的正弦波电压。其次，在电能变换、输送和分配过程中不应使波形发生畸变。此外，还应注意消除电力系统中由于具有非线性特性波形发生畸变。此外，还应注意消除电力系统中由于具有非线性特性的用电设备产生的谐波。的用电设备产生的谐波。v 1 1谐波电压限值谐波电压限值第四节第四节 电能的质量指标电能的质量指标绪论绪论v 2 2谐波电流允许值谐波电流允许值 为了限制电力系统的谐波电压，必须限制各个谐波源用户注入电力系为了限制电力系统的谐波电压，必须限制

45、各个谐波源用户注入电力系统的谐波电流，为此，国家标准规定了注入公共连接点的谐波电流（统的谐波电流，为此，国家标准规定了注入公共连接点的谐波电流（有效值）允许值，如表所示。有效值）允许值，如表所示。 第四节第四节 电能的质量指标电能的质量指标绪论绪论 限制电力系统的谐波，一般在谐波源处采取限制电力系统的谐波，一般在谐波源处采取措施最为有效。由于谐波源主要为电流源，因此措施最为有效。由于谐波源主要为电流源，因此，要根据国家技术标准的规定，限制谐波源注入，要根据国家技术标准的规定，限制谐波源注入电网的谐波电流，把电力系统的谐波电压抑制在电网的谐波电流，把电力系统的谐波电压抑制在允许范围之内，以确保电

46、能质量和电力系统的安允许范围之内，以确保电能质量和电力系统的安全经济运行。全经济运行。v返回目录返回目录 第四节第四节 电能的质量指标电能的质量指标绪论绪论第五节第五节 电压等级与选择电压等级与选择1 1电气设备额定电压电气设备额定电压2 2电力系统电压等级电力系统电压等级3 3电压等级的选择电压等级的选择 4 4 电力系统的额定电压电力系统的额定电压绪论绪论v一一、电力系统额定电压、电力系统额定电压v 输电线路中通过电流的大小是由传输的视在功率和电压决定的，输电输电线路中通过电流的大小是由传输的视在功率和电压决定的，输电线路的功率损耗是由电流和输电线路参数决定的。综合考虑各种因素线路的功率损

47、耗是由电流和输电线路参数决定的。综合考虑各种因素，对应一定传输功率和输送距离的输电线路应有一个合理的电压值，对应一定传输功率和输送距离的输电线路应有一个合理的电压值，该电压值通常称为经济电压。该电压值通常称为经济电压。v 为了使电力系统和电气设备制造厂的生产标准化、系列化和统一化，为了使电力系统和电气设备制造厂的生产标准化、系列化和统一化，电力系统的电压等级应有统一的标准。世界上每个国家都根据本国的电力系统的电压等级应有统一的标准。世界上每个国家都根据本国的技术经济条件，规定自己的电压等级标准。该电压等级标准称为电力技术经济条件，规定自己的电压等级标准。该电压等级标准称为电力系统额定电压，又称作电力网额定电压或线路额定电压。系统额定电压，又称作电力网额定电压或线路额定电压。v 电力系统正常运行时，在任何时间系统中任何一点上所出现的电压最电力系统正常运行时，在任何时间系统中任何一点上所出现的电压最高值（不包括系统的暂态和异常电压，例如系统的操作所引起的瞬时高值（不包括系统的暂态和异常电压，例如系统的操作所引起的瞬时电压