電力系統(tǒng)簡(jiǎn)介

電力系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.概述由于電能也不能大量?jī)?chǔ)存，電能的生產(chǎn)、傳輸、分配和使用就必須在同一時(shí)間內(nèi)完成。這就需要將發(fā)電廠發(fā)出的電能通過輸電線路、配電線路和變電所配送，將發(fā)電廠和用電設(shè)備連接在一起有機(jī)地聯(lián)成一個(gè)“整體”。我們將這個(gè)由發(fā)電、送電、變電、配電和用電五個(gè)環(huán)節(jié)組成的“整體”稱為電力系統(tǒng)

圖1電力系統(tǒng)示意圖火力發(fā)電廠110kV220kV330kV500kV一次降壓變電站35kV二次電壓變電站10kV10kV工廠變壓器臺(tái)220V住宅380V/220V

發(fā)電廠是實(shí)現(xiàn)把其他形式的能源轉(zhuǎn)化成電能的場(chǎng)所。現(xiàn)在我國的發(fā)電廠主要有火力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠、核能發(fā)電廠等。2.發(fā)電廠

此外，還有利用地?zé)豳Y源、再生資源（太陽光能，太陽熱，風(fēng)力，潮汐，波浪，海流等）其他形式的能源進(jìn)行發(fā)電。根據(jù)電廠容量大小及其供電范圍發(fā)電廠可分為區(qū)域性發(fā)電廠，地方性發(fā)電廠和自備電廠等

各種發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)發(fā)出的電是對(duì)稱的三相正弦交流電(有效值相等、相位差分別相差120°、三相電壓為eu、

ev、

ew，

如下圖所示)，其電壓等級(jí)主要有10.5kV,13.8kV,15.75kV,18kV等，頻率則為50HZ。

發(fā)電機(jī)輸電線3.電力網(wǎng)電力系統(tǒng)中連接發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)稱為電力網(wǎng)，它由各種電壓等級(jí)的輸配電線路和變電所組成。電力網(wǎng)按其功能可分為輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)。

輸電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的主網(wǎng)，它是由35kV及以上的輸電線和變電所組成

配電網(wǎng)是由10kV及其以下的配電線路和配電變壓器組成

電力網(wǎng)的電壓等級(jí)高壓：1kV及以上的電壓稱為高壓。1,3,6,10,35,110,330,500kV等。低壓：1kV以下的電壓稱為低壓，有220，380V。安全電壓：50V以下，有42V、36V、24V、12V、6V。(1)輸電線路

電力輸送設(shè)備是由輸電線路、變電站和配電線路等組成。輸送電能通常采用三相三線制交流輸電方式。

采用高壓、超高壓遠(yuǎn)距離輸電是各國普遍采用的途徑。目前我國常用的輸電電壓等級(jí)有35kV，110kV，220kV，330kV，500kV等多種。輸電過程中,一般將發(fā)電機(jī)組發(fā)出的6~10kV電壓經(jīng)升壓變壓器變?yōu)?5~500kV高壓，再利用降壓變壓起將35kV高壓變?yōu)?~10kV高壓。通過輸電線可遠(yuǎn)距離將電能傳送到各用戶.(2)變電所變電所有升壓變電所與降壓變電所之分。

根據(jù)供電的范圍不同，變電所可分為一次（樞紐）變電所和二次變電所。一次變電所是從110kV以上的輸電網(wǎng)受電，將電壓降到35kV—110kV，供給一個(gè)大的區(qū)域用電。二次變電所，大多數(shù)從35—110V輸電網(wǎng)絡(luò)受電，將電壓降到6—10kV，向較小范圍供電。

(3)配電線路

配電的作用是將電能分配到各類用戶。常用的配電電壓有10kV或6kV高壓和380/220V低壓。由10kV或6kV高壓供電的用戶稱為高壓用戶。由380/220V低壓供電的用戶稱為低壓用戶低壓配電線路是指經(jīng)配電變壓器，將高壓10kV降低到380/220V等級(jí)的線路。4.用戶第一類負(fù)荷:指中斷供電將造成人身傷亡者、重大的政治影響、重大的經(jīng)濟(jì)損失或公共場(chǎng)所秩序嚴(yán)重混亂的負(fù)荷。對(duì)第一類負(fù)荷應(yīng)有兩個(gè)或以上獨(dú)立電源供電

第二類負(fù)荷:指中斷供電將造較大的經(jīng)濟(jì)損失（如大量產(chǎn)品報(bào)廢）或造成公共場(chǎng)所秩序混亂的負(fù)荷（如大型體育場(chǎng)館、劇場(chǎng)等）。對(duì)第二類負(fù)荷盡可能要有兩個(gè)獨(dú)立的電源供電

第三類負(fù)荷:不屬于一、二類電力負(fù)荷者是三類負(fù)荷。三類負(fù)荷對(duì)供電沒有什么特別要求，可以非連續(xù)性地供電，如小市鎮(zhèn)公共用電、機(jī)修車間等，通常用一個(gè)電源供電

在三相交流電力系統(tǒng)中，作為供電電源的發(fā)電機(jī)和變壓器的三相繞組的接法通常采用星形聯(lián)接方式。當(dāng)從中性點(diǎn)引出中性線時(shí)，就形成了三相四線制系統(tǒng)。常見的低壓供電系統(tǒng)相線與相線既兩根火線之間的電壓稱為線電壓。相線與中性線之間的電壓為相電壓。UVWOU相U線相線（火線）相線（火線）相線（火線）中性線三相三線制系統(tǒng)

當(dāng)發(fā)電機(jī)（或變壓器）的繞組接成星形接法，但不引出中性線時(shí)，就形成了三相三線制系統(tǒng)。UVWOU線相線（火線）相線（火線）相線（火線）

這種接法只能提供一種電壓，即線電壓。

負(fù)載如何與電源連接，必須根據(jù)其額定電壓而定。如果負(fù)載的額定電壓不等于電源電壓，則必須用變壓器。

對(duì)于家庭用電和動(dòng)力用電相混合的地區(qū)，一般采用采用相電壓為220V，線電壓為380V接線的三相四線制配電。

三相五線制系統(tǒng)

由于運(yùn)行和安全的需要,我國的380/220V低壓供配電系統(tǒng)廣泛采用電源中性點(diǎn)直接接地的運(yùn)行方式（這種接地方式稱為工作接地），同時(shí)還引出中性線(N)和保護(hù)線（PE），形成三相五線制系統(tǒng)，國際上稱為TN-S系統(tǒng)

低壓配電線路低壓配電線路是指經(jīng)配電變壓器，將高壓10kV降低到380/220V等級(jí)的線路。從車間變電所（配電室）到用電設(shè)備的線路就屬于低壓配電線路。對(duì)于深圳市，配電變壓器高壓電源統(tǒng)一為10kV。

一套典型的低壓配電系統(tǒng)設(shè)備主要包括計(jì)量柜、進(jìn)線柜、聯(lián)絡(luò)柜、電容補(bǔ)償柜、出線柜等。

配電變壓器將10kV電壓降壓為380/220V，經(jīng)過計(jì)量柜送至進(jìn)線柜，再由出線柜分別送到各用戶。當(dāng)配電變壓器停電或發(fā)生故障時(shí)，通過聯(lián)絡(luò)柜可將另外一路備用電源投入使用

一個(gè)典型的低壓配電系統(tǒng)接線圖

放射式配電線路可靠性好，但投資費(fèi)用高。樹干式配電線路敷設(shè)費(fèi)用低廉，靈活性大，所以它得到廣泛的應(yīng)用。

變電所配電室放射式配電線路變電所配電室樹干式配電線路低壓配電線路的聯(lián)接方式主要是放射式和樹干式兩種。第一章電工基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)電的基本概念一、電名稱的來歷與實(shí)質(zhì)電這個(gè)名稱來源于古希臘語“琥珀”一詞。ELECTRICAM

ELECTRICITY

－電

電與磁(一)電名稱的來歷

(二)電究竟是什么電是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種形式。

電是一種能量，也常稱作電能。電是二次能源。一、電名稱的來歷與實(shí)質(zhì)原子結(jié)構(gòu)示意圖二、電的類型及其傳導(dǎo)(一)電的類型靜電

是由于受摩擦力等外力作用，使兩種相關(guān)物體發(fā)生了自由電子的得失(呈現(xiàn)了帶不同電荷的狀態(tài))而產(chǎn)生的。這樣的電，由于它不能在帶電物體內(nèi)“流動(dòng)”，故稱靜電。

動(dòng)電

是使電能夠按照人們的意愿、在規(guī)定的通路內(nèi)“流動(dòng)”的一種電。二、電的類型及其傳導(dǎo)硫酸伏打電池電流的方向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯恼较騽?dòng)電的類型直流電凡電流方向不隨時(shí)間改變的電稱為直流電。

恒穩(wěn)直流電脈動(dòng)直流電

交流電

電流的方向隨時(shí)間發(fā)生周期性交替變化的則稱為交流電。

單相交流電三相交流電二、電的類型及其傳導(dǎo)

tTut

ttU,i(二)電的傳導(dǎo)

電流大量自由電子的有規(guī)則地定向移動(dòng)才形成了電流，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了電(能)的傳送。電的傳送速度

300000公里/秒（km/s）二、電的類型及其傳導(dǎo)三、人類對(duì)電的探索與認(rèn)識(shí)

四、電力的應(yīng)用和電能優(yōu)越性

(一)電力應(yīng)用技術(shù)的初期發(fā)展

(二)電能的優(yōu)越性

(1)易于生產(chǎn)。

(2)便于傳輸。

(3)使用方便。

(4)利用率高。

(5)沒有污染。五、電荷、電壓與電流

(一)電荷與電位

電荷是帶電的物質(zhì)基本微粒。電子是它的最小單元，一個(gè)電子所帶的電荷為1.9×10-10C。電荷是客觀存在的一種物質(zhì)，既不能創(chuàng)造，也不會(huì)消滅。在它周圍還同時(shí)客觀地存在著一個(gè)能顯示出電性能(電作用)的空間范圍，這個(gè)空間范圍稱為電場(chǎng)。

電位

是從能量的角度來描述電場(chǎng)的另一個(gè)物理量，單位是V(伏)。某一點(diǎn)的電位，在數(shù)值上等于單位正電荷(也稱點(diǎn)電荷)在該點(diǎn)所具有的電位能。某一點(diǎn)的電位，是指該點(diǎn)相對(duì)于電位參考零點(diǎn)(即零電位點(diǎn))而言的電位差。因此電位是相對(duì)的。

五、電荷、電壓與電流五、電荷、電壓與電流

(二)電壓與電動(dòng)勢(shì)

電壓電場(chǎng)中或電路里任意兩點(diǎn)之間的電位差叫電壓。其方向由高電位到低電位即電位降低的方向，單位為V(伏)。電動(dòng)勢(shì)與電壓是兩個(gè)不可混淆的概念。外力將單位正電荷從電源負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)電路定向地移到電源正極所做的功，稱為電動(dòng)勢(shì)。電動(dòng)勢(shì)的單位與電壓一樣，也是V(伏)。

(三)電流及其產(chǎn)生的條件

電流強(qiáng)度是指單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體某一橫截面的電荷，也常簡(jiǎn)稱為電流。單位為A(安)。習(xí)慣上把正電荷運(yùn)動(dòng)的方向規(guī)定為電流強(qiáng)度的方向。

五、電荷、電壓與電流

產(chǎn)生電流的條件有兩個(gè)：一是電路中必須存在不為零的電動(dòng)勢(shì)，即電路兩端要存在一定的電壓；

二是電路必須成為閉合回路。五、電荷、電壓與電流

六、電阻、半導(dǎo)體和電工基礎(chǔ)

(一)電阻及電阻率

電阻物體對(duì)電流通過時(shí)所呈現(xiàn)的阻力叫電阻。單位是Ω(歐)。任何材料的電阻值都是與其長(zhǎng)度l(m)及材質(zhì)的電阻率成正比，而與材料的(均勻)截面積成反比。具體可表達(dá)為電導(dǎo)電阻的倒數(shù)為電導(dǎo)，可以將它理解為導(dǎo)體對(duì)電流通過時(shí)的引導(dǎo)能力，單位是S(西[門子])。電阻率是指長(zhǎng)度為1m、均勻截面積為1mm2。物體所具有的電阻值。也稱為電阻系數(shù)，用

ρ表示，單位為Ω·mm2/m(或Ω·m及Ω·cm)。如常用金屬材料的ρ值分別為：銅O.0175，鋁0.029（Ω·mm2/m）等。

六、電阻、半導(dǎo)體和電工基礎(chǔ)

導(dǎo)體凡電阻率在10-6～10-8Ω

·cm范圍內(nèi)，因含有大量能夠在電場(chǎng)力作用下自由移動(dòng)的帶電粒子(自由電子或正、負(fù)離子)，故而能很好地傳導(dǎo)電流的物體，常稱作導(dǎo)體或良導(dǎo)體。如各種金屬、碳棒、石墨及電解液等。絕緣體若電阻率在108～1020Ω·cm范圍內(nèi)，導(dǎo)電性能很差或極差，可認(rèn)為在一般溫度下幾乎不導(dǎo)電的物體，叫作絕緣體或電介質(zhì)。如空氣、膠木、橡膠、干木頭及純凈的水等。

六、電阻、半導(dǎo)體和電工基礎(chǔ)

六、電阻、半導(dǎo)體和電工基礎(chǔ)(二)半導(dǎo)體的特性和用途

半導(dǎo)體電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間，且外界條件變化時(shí)其導(dǎo)電性能也會(huì)隨之發(fā)生較顯著變化的物體，稱為半導(dǎo)體。其電阻率常在10-3～108Ω

·cm范圍內(nèi)。

屬于半導(dǎo)體的材料有鍺、硅、硒以及大多數(shù)金屬氧化物等，它們通常呈晶體狀結(jié)構(gòu)。分為N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體兩大類。

(三)電工基礎(chǔ)研究什么

電路

由元件、導(dǎo)線及控制元件組成元件

兩種電源元件，即電流源與電壓源及三種耗能或儲(chǔ)能元件，即電阻、電感與電容。

參變量（參數(shù)）電流電壓與電動(dòng)勢(shì)

電工基礎(chǔ)主要就是研究由電源、儲(chǔ)能與耗能元件所組成的各種不同電路及電流、電壓與電動(dòng)勢(shì)這三種參變量之間相互關(guān)系的一門學(xué)科。

六、電阻、半導(dǎo)體和電工基礎(chǔ)第二節(jié)直流電路

一、電路及其斷開與短接(一)電路及其組成電路電流所經(jīng)過的路徑稱為電路。閉合回路

電路一般包括四個(gè)主要部分，即電源、負(fù)載、控制設(shè)備與連接導(dǎo)線一、電路及其斷開與短接電池?zé)襞蓍_關(guān)EIRU+_負(fù)載電源控制設(shè)備直流電路交流電路內(nèi)電路外電路線性電路非線性電路一、電路及其斷開與短接(二)斷路或短路的危害斷路在閉合電路中的某一部分發(fā)生了斷開現(xiàn)象，從而使電流不能導(dǎo)通的狀態(tài)稱斷路狀態(tài)，簡(jiǎn)稱斷路。短路由電源通向用電設(shè)備(也稱用電負(fù)載或負(fù)荷，常簡(jiǎn)稱負(fù)載)的導(dǎo)線，若不經(jīng)過負(fù)載(或負(fù)載近似為零)而相互直接連通短接的狀態(tài)稱短路狀態(tài)，簡(jiǎn)稱短路。

一、電路及其斷開與短接二、電路的串并聯(lián)電路的串聯(lián)與并聯(lián)電路的串聯(lián)(1)電源串聯(lián)

E=E1+E2+…I=I1=I2+…+－ER(2)電阻串聯(lián)

RR1R3R2U1U2U3UU＋－＋－II串聯(lián)電路的特點(diǎn)

I=I1=I2=I3U=U1+U2+U3R=R1+R2+R3電路的并聯(lián)

(1)電源并聯(lián)

E=E1=E2=…I=I1+I2+…＋－REII1I2I3(2)電阻并聯(lián)

并聯(lián)電路的特點(diǎn)U=U1=U2=U3I=I1+I2+I3－IRU＋－R3R1R2I3I2I1U+I兩個(gè)電阻并聯(lián)時(shí)三、歐姆定律1、部分電路的歐姆定律2、全電路歐姆定律RIIr0IEU＋－物理電量的正方向四、電功率與焦耳定律

(一)電功與電功率

電功當(dāng)直流電通過負(fù)載(或交流電通過電阻負(fù)載)時(shí)，電能便轉(zhuǎn)換成其他形式的能量，此時(shí)稱電流做了功。電流所做的功叫電功。單位為瓦·秒（W·s）、焦?fàn)枺↗）、千瓦時(shí)（kW·h）電功率單位時(shí)間內(nèi)所做的功叫功率，電流在單位時(shí)間里所做的功，稱電功率。單位為瓦（W）、千瓦（kW）

四、電功率與焦耳定律

(二)焦耳定律

電的熱效應(yīng)

焦耳定律

電流通過導(dǎo)體時(shí)所產(chǎn)生的熱量大小，與該導(dǎo)體的電阻、通電時(shí)間以及電流強(qiáng)度的平方三者成正比。Q＝I2Rt(J)

四、電功率與焦耳定律

第三節(jié)電與磁的關(guān)系

一、磁力線特性和電磁感應(yīng)

(一)磁場(chǎng)和磁力線的特性

磁性磁極磁場(chǎng)磁力線

一、磁力線特性和電磁感應(yīng)地球磁場(chǎng)

一、磁力線特性和電磁感應(yīng)條形磁鐵的磁力線分布

(二)電與磁的同一性及電磁感應(yīng)

一、磁力線特性和電磁感應(yīng)二、磁感應(yīng)強(qiáng)度及磁滯與渦流

磁感應(yīng)強(qiáng)度通過與磁場(chǎng)方向相垂直的單位面積內(nèi)的磁力線數(shù)目，叫做磁通量密度或磁感應(yīng)強(qiáng)度，用B

表示，單位為特斯拉(1T=10000Gs)。磁滯磁滯損耗渦流渦流損耗二、磁感應(yīng)強(qiáng)度及磁滯與渦流

(a)(b)鐵芯中的渦流

(a)整塊鐵芯中的渦流；(b)用硅鋼片造成的鐵芯中的渦流

鐵芯中的渦流三、右旋定則、左手定則

和右手定則

(一)判定磁場(chǎng)方向的右旋定則

安培定則（右手螺旋法則）

直導(dǎo)體所生磁場(chǎng)方向

三、右旋定則、左手定則

和右手定則

螺線管所生磁場(chǎng)方向

(二)判定受力方向的左手定則

左手定則(也稱電動(dòng)機(jī)定則)

三、右旋定則、左手定則和右手定則

左手定則判定電流受力方向

(三)判定感生電勢(shì)方向的右手定則

右手定則(也稱發(fā)電機(jī)定則)

三、右旋定則、左手定則

和右手定則

右手定則判定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向

四、愣次定律

楞次定律當(dāng)通過線圈的磁通量發(fā)生變化時(shí)，線圈內(nèi)感生電流(由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，總是力圖對(duì)抗引起感應(yīng)的原有磁場(chǎng)的變化。感生電流的方向用右手定則判定。四、愣次定律五、自感、互感及線圈同名端

(一)自感和互感

自感電動(dòng)勢(shì)

自感現(xiàn)象

自感系數(shù)簡(jiǎn)稱自感或電感，常用

L

表示，單位為亨利(簡(jiǎn)寫亨)，用H代表。

互感電動(dòng)勢(shì)互感現(xiàn)象互感系數(shù)簡(jiǎn)稱互感，互感常用M表示，單位也為H。

(二)線圈的同名端

五、自感、互感及線圈同名端

六、集膚效應(yīng)及其產(chǎn)生的原因

集膚效應(yīng)(或趨膚效應(yīng)，有時(shí)也稱趨表效應(yīng))

第四節(jié)交流電路

一、交流電三要素及波形圖

(一)交流電的三要素

交流電路含交流電源的電路稱交流電路，其特征是電路內(nèi)的電動(dòng)勢(shì)、電壓與電流是隨時(shí)都在交變的。大小和方向均隨時(shí)間作周期性變化的電流叫交流電，常用AC表示(方向不隨時(shí)間變化的電流稱直流電，常用DC表示)。一般交流發(fā)電機(jī)所發(fā)出的都為正弦交流電，它隨時(shí)間按正弦規(guī)律作周期性交變。

一、交流電三要素及波形圖最大值(或有效值)、頻率(或周期)、以及初相位(角)這三個(gè)物理量，便稱作交流電的三要素。

(二)交流電的量值與變化快慢

i

=Imsin（ωt＋）(1)最大值

Im(2)有效值

Im

(3)平均值

Im周期

T

秒（s）頻率

f

赫茲（Hz）電角頻率

ω

弧度/秒(rad/s)

ω＝2π/T＝2πf工頻，是指工業(yè)用交流電的頻率。目前世界上一般有50Hz與60Hz兩種，我國統(tǒng)一規(guī)定采用50Hz。日常所說的工頻交流，就是指頻率為50Hz的交流電。

一、交流電三要素及波形圖360°＝2π弧度Tut*電網(wǎng)頻率：

中國

50Hz

美國

、日本

60Hz小常識(shí)*有線通訊頻率：300-5000Hz

*無線通訊頻率：

30kHz-3×104MHz一、交流電三要素及波形圖正弦交流電波形二、相的概念及相位與相位差

(一)相位、初相及相位差

U=Umsin（ωt＋）U為交流電壓瞬時(shí)值，Um為最大值，其后部分為正弦函數(shù)值。在不同的時(shí)間t就有不同的ωt＋

，繼而也便有不同的U值。故ωt＋納稱該交變電壓的相位。當(dāng)t=0(即時(shí)間為零)時(shí)，相位(角)為

，稱為初相位，也稱初相角，簡(jiǎn)稱初相。

相位差亦稱相角差或者相差。它是兩個(gè)同頻率交流量(可以是電動(dòng)勢(shì)、電壓、電流)之間的相位差值，也就是它們初相的差值。二、相的概念及相位與相位差

二、相的概念及相位與相位差

電流落后于電壓角(相位差)

三、感抗和容抗

(一)感抗

交流電通過電感線圈時(shí)所受到的阻礙力量，即是所謂感抗，用XL表示，單位為歐姆（Ω）。

XL＝ωL＝2πfL電感(線圈)為儲(chǔ)能元件。電感是線圈自身所具有的一種固有特性。線圈中的電流變化時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生(自)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。電感的單位有亨(H)、毫亨(mH)、微亨(pH)。

(二)容抗

交流電可以通過電容，但通過時(shí)會(huì)受到一定的阻礙力量。這種阻力即稱容抗，用Xc表示，單位也是歐(Ω)。Xc＝1/ωC＝1/2πfC

電容用C表示，單位為法拉(F)。實(shí)用中常用微法(μF)或皮法(pF)，1F＝106μF＝1012pF。

三、感抗和容抗

四、阻抗及阻抗三角形

負(fù)載在交流電路中所呈現(xiàn)的阻礙作用，除了電阻（R）外，還有電感（L）和電容（C）對(duì)交流電起阻礙作用，稱作阻抗(常用Z表示)。電抗X＝XL＋(-XC)＝XL-XC

(Ω