武大电气工程基础读书笔记.doc

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《电气工程基础（上）》读书笔记

第一章概论

一、电力工业在国民经济中的地位

一次能源：

由自然界提供的能源，如：

煤炭、石油、天然气、水能、核能、风能等。

二次能源：

由一次能源转换而成的能源，如：

电能等。

电力工业：

把一次能源转换成供人们直接使用的电能产业。

电力工业在国民经济中的地位：

国民经济每增长1%，电力工业要相应增长1.3%~1.5%才能为国民经济其他各个部门的快速发展提供足够动力。

二，电力网、电力系统和动力系统的划分

相关概念：

电力网：

由各类降压变电所、输电线路和升压变电所组成的电能传输和分配的网络。

电力系统：

由发电机、电力网和负荷所组成的统一整体。

动力系统：

由带动发电机转动的动力部分、发电机、升压变电所、输电线路、降压变电所和负荷等环节构成的整体。

三，发电厂

发电厂：

将一次能源转换为电能的工厂。

按所用能源将发电厂划分如下几类：

⑴火力发电厂

⑵水力发电厂

⑶核电厂

⑷风力发电厂

⑸地热发电厂

⑹潮汐发电厂

⑺太阳能发电厂

四，电力网

电力网作用：

输送、控制和分配电能。

⑴电力网电压等级

我国国家标准规定的额定电压等级：

3、6、10、20、35、63、110、220、330、500、750和1000kV，均指三相交流系统的线电压。

高压输电的原因：

当输送的功率一定时，线路的电压越高，线路中通过的电流就越小，所用的导线截面积就可以减小，用于导线的投资就减少，而且线路中的功率损耗、电能损耗和电压损耗就会相应降低。

⑵电气设备的额定电压

①用电设备的额定电压

用电设备的额定电压和电网的额定电压要一致。

为使电气设备有良好的运行性能，国家标准规定各级电网电压在用户出的电压偏差不能超过±5%.

②发电机的额定电压

由于发电机总是在线路的首端，所以它的额定电压应比电网额定电压高5%，用于补偿电网的电压损失。

③变压器的额定电压

a、变压器一次绕组的额定电压等于电网的额定电压，但是，当变压器一次绕组直接与发电机的出线端相连时，其一次绕组的额定电压应与发电机的额定电压相同。

b、变压器二次绕组的额定电压应比同级电网的额定电压高10%，但是，当变压器的二次侧输电距离较短，或变压器阻抗较小时，则变压器二次绕组的额定电压可比同级电网的额定电压高5%。

⑶电力网的类型

五，电力系统

⑴电力系统的优点

①合理利用资源，提高系统运行的经济效益

②可以减少总负荷的峰值，充分利用系统的装机容量，减小备用容量

③可以大大提高供电的可靠性和电能质量

④可以采用高效率的大容量发电机

⑵电力系统运行的特点

①电能的生产和使用是同时完成的，所以电能难以储藏是电能生产的最大特点

②正常输电过程和故障过程都非常迅速

③具有较强的地区性特点

④与国民经济各部门关系密切

⑶对电力系统运行的基本要求

基本要求可以简单概括为：

安全、可靠、优质、经济。

①保证供电的安全可靠

电力用户分为三类（一类用户、二类用户和三类用户），当系统发生事故，出现供电不足情况时，应首先切除三类用户的用电负荷，以保证一类、二类用户的用电。

②保证电能的良好质量

频率、电压和波形是电能质量的三个基本指标。

系统的频率主要取决于系统的有功功率的平衡，节点电压主要取决于系统中无功功率的平衡，波形质量问题是由谐波污染引起。

我国规定的电力系统的额定频率为50Hz，大容量系统允许频率偏差±0.2Hz，中小容量系统允许频率偏差±0.5Hz。

35kV及以上线路的额定电压允许偏差±5%；10kV线路额定电压允许偏差±7%，电压波形为正弦形，其波形总畸变率不大于4%，380V/220V线路额定电压允许偏差±7%，电压波形总畸变率不大于5%。

③保证电力系统运行的稳定性

④保证运行人员和电气设备工作的安全

⑤保证电力系统运行的经济性

第二章电力系统的负荷

电力系统的用户：

电力系统中的用电设备，如电动机、电炉、家用电器等。

综合负荷：

电力系统用户用电设备所消耗的电功率的总和，简称负荷。

供电负荷：

综合负荷加上电力网的功率损耗。

发电负荷：

供电负荷与发电厂的厂用电之和。

一，负荷的表示方法

⑴负荷功率

复数功率：

（单相）

（三相）

P为有功功率，Q为无功功率，复数功率的模为视在功率。

⑵负荷曲线

基本概念：

负荷曲线：

描述在某一段时间内用电负荷大小随时间变化规律的曲线。

①日负荷曲线

曲线的最大值和最小值分别代表日最大负荷和日最小负荷。

日有功负荷曲线所围成的面积为电力系统的日用电量。

日平均负荷：

负荷率：

最小负荷系数：

日负荷曲线的作用：

安排日发电计划、确定各发电厂发电任务、系统的运行方式和计算用户日用电量等。

②年负荷曲线

年负荷曲线：

年最大负荷曲线和年持续负荷曲线。

年负荷曲线作用：

用于制定发电设备的检修计划和新建或扩建电厂容量提供依据。

最大负荷利用时间：

二，负荷特性与模型

负荷特性：

电力系统综合负荷取用功率随系统运行参数（主要是电压和频率）变化而变化，反映此变化规律的曲线或数学表达式成为负荷特性。

分为静态特性和动态特性。

静态特性：

反映电压和频率缓慢变化时负荷功率的变化特性。

动态特性：

反映电压和频率急剧变化时负荷功率的变化特性。

研究负荷特性的方法有：

实测法和辨识法。

⑴负荷静态特性

①多项式负荷静态特性

②幂函数式负荷静态特性

③恒定阻抗式负荷静态特性

⑵负荷动态特性

动态特性通常分为：

机械暂态过程、机电暂态过程和电磁暂态过程。

三，电力系统中的谐波

⑴主要谐波参数

①含有谐波的电压和电流的有效值

②谐波分析中的特征量

谐波含量

谐波总畸变率

谐波含有率

③含有谐波时的有功功率和功率因数

有功功率

功率因数

⑵谐波源

①含电弧和铁磁非线性设备的谐波源

②整流和换流电子器件所形成的谐波源

⑶谐波的危害

①使旋转电机附加损耗增加、出力降低、绝缘老化

②谐波电流流入变压器将因集肤效应和邻近效应，在变压器绕组中引起附加铜耗

③谢波电压作用在对频率敏感的电容元件上，会出现严重过电流、导致发热、介质老化和损坏

④高次谐波电流流过电抗器，会形成过高电压降，使电抗器匝间绝缘受损

⑤高次谐波电流流过输电线，线电阻会因集肤效应而增加，加大线路损耗

⑥谐波电压和电流会对电工仪表的测量正确造成影响

⑦供电线路中的谐波产生的电磁场会影响到通信线路

第三章电力系统主设备元件

一，电力变压器的等值电路及参数计算

⑴双绕组变压器

参数：

短路电阻、短路电抗、励磁电导和励磁电纳

①短路电阻

②短路电抗

③励磁电导

④励磁电纳

公式中的各量的单位：

短路损耗、空载损耗为kW，额定电压为kV，额定容量为kVA。

⑵三绕组变压器

导纳支路的参数计算公式与双绕组变压器相同，短路参数注意按容量变比进行计算。

三绕组布置方式：

①升压布置：

中压绕组、低压绕组、高压绕组

②降压布置：

低压绕组、中压绕组、高压绕组

⑶自耦变压器

计算方法公式与双绕组变压器相似，注意短路参数要按容量变比进行换算。

⑷变压器的π型等值电路

二，输电线路

⑴架空线路

架空线路由导线、避雷线、杆塔、绝缘子串和金具组成。

①导线与避雷线

导线的作用：

传导电流、输送电能。

导线应具备的条件：

具有良好的导电性能、柔软且有韧性、具有足够的机械强度和抗腐蚀性能。

导线的常用材料：

铜、铝。

分裂导线的作用：

防止电晕（增大导线面积），减小线路感抗。

避雷线用于将雷电流引入大地，对线路进行直击雷的保护。

避雷线常采用钢绞线或铜线（超高压大接地电流系统）。

②杆塔

杆塔分类

按用途分：

直线杆塔、耐张杆塔、终端杆塔、转角杆塔、跨越杆塔和换位杆塔。

按材料分：

木杆、钢筋混凝土杆和铁塔。

③绝缘子

④金具

金具：

架空线路中使用的所有金属部件的总称。

⑵电缆线路

电缆：

将导电芯线用绝缘层及保护层包裹后，敷设于地下、水中、沟槽等处的电力线路。

优点：

占地面积小，受外力破坏的概率低、供电可靠、对人身较安全、使城市美观。

①电缆结构：

包括导体、绝缘层和保护层

②电缆分类：

按芯数分：

单芯、三芯、四芯等；按内保护层结构分：

三相统包型、屏蔽型和分相铅包型。

③电缆附件：

电缆的连接头和终端盒。

⑶三相对称运行时电力线路的参数计算

①电阻：

反映线路通过电流是产生的有功功率损耗

②电抗（电感）：

反映载流线路周围产生的磁场效应

其中、、m为每相导线分裂根数。

③电导：

反映电晕现象产生的有功功率损失

为实测三相电晕损耗总功率。

④电纳（电容）：

反映载流线路周围产生的电场效应

⑷电力线路的等值电路

①一字型等值电路

使用条件：

线路长度不超过100km的架空线路及不长的电缆线路，工作电压不高。

忽略线路电纳和电导。

②π形和T形等值电路

使用条件：

线路长度在100~300km之间的架空线路或长度不超过100km的电缆线路。

三，高压开关电器

隔离开关：

只起隔离电压的作用不需要开断电流的开关电器。

负荷开关：

用于开断和关合负载电流的开关电器。

断路器：

既能开断负载电流又能开断短路电流的开关电器。

电弧是一种等离子体。

⑴开关电弧的产生和熄灭

①电弧产生：

消游离方式：

扩散方式和复合方式

②电弧熄灭

交流电弧的特点：

电流每半个周期经过零值一次，在电流经过零值时，电弧会自动熄灭。

电弧熄灭后，虽然电源已不再向电弧间隙输入热能，但弧隙中仍存在游离粒子，不能立即恢复到完全绝缘的状态。

断口介质强度的恢复：

断口耐压能力随时间增长的过程。

断口电压恢复：

断口电压随时间变化的过程。

提高开关熄弧能力的主要方法：

加速断口介质强度的恢复速度并提高其数值。

提高开关熄弧能力的措施：

采用绝缘性能高的介质；提高触头的分断速度或断口数目；采用各种结构的灭弧装置来加强电弧的冷却。

⑵高压断路器

①组成部分：

开断部分，包括导电和出头系统及灭弧室；操动和传动部分；绝缘部分。

其核心是开断部分中的灭弧室。

②种类（按灭弧介质分）：

油断路器、压缩空气断路器、六氟化硫断路器、真空断路器、固体产气断路器。

③油断路器

灭弧原理：

（以自能式纵吹灭弧为例）

灭弧室分自能式和外能式。

吹弧方式分纵吹和横吹。

④六氟化硫断路器

优点：

六氟化硫气体有优良的绝缘性能和灭弧性能，断路器检修周期长，无火灾危险。

⑤真空断路器

真空电弧为金属蒸汽电弧。

真空断路器优点：

真空绝缘性能好，触头开距可以较小，能延长断路器的机械寿命；真空灭弧能力强，开断时触头表面烧损轻微；结构简单，维修工作量小，无火灾危险，无环境污染。

⑶高压负荷开关

⑷高压熔断器

熔断器判断短路电流大小的能力取决于熔件的热特性：

时间—电流特性和最小熔化电流。

⑸高压隔离开关

隔离开关作用：

使电力系统中运行的各种高压电器设备与电源间形成可靠的绝缘间隔，以便对退出运行的设备进行试验和检修。

四，高压互感器

互感器的任务：

把高电压和大电流按比例地变换成低电压和小电流；把电力系统处于高电位的部分与处于低电位的测量仪表和继电保护部分分开，保证运行人员和设备的安全。

互感器分类：

电压互感器和电流互感器。

测量准确度是表征互感器性能的重要指标。

绝缘方式是决定高压互感器结构形式的主要因素。

⑴电压互感器

①电压互感器工作方式：

一次绕组跨接所测电压，负载侧并接在二次绕组上的仪表和几点器的电压线圈。

（因此其一次绕组的匝数远大于二次绕组）

②为提高测量精度，变比通常要大于其匝比。

③误差

一、二次侧电压关系：

误差来源：

励磁电流在一次绕组上的压降，负载电流在一次绕组和二次绕组上的压降

⑵电流互感器

①电流互感器