电气设备教案Word下载.docx

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傍当年旧作韵。

依然烟雨巧迷濛，

百里十乡两岸峰。

忆有零丁惶恐叹，

望中八境万安逢；

往来艖舸轻松荡，

戏水鱼鹰上下疯。

更有脐橙满眼晃，

透身橙红笑秋风。

8我们中国目前的电费标准的问题：

在中国我们目前的用电费用按如下标准，居民生活用电0.5元左右

非居民生活用电0.8元左右，商业用电0.9元左右，非大工业商业用电0.7元左右，大工业用电0.45左右，

但是一般在风水期或者用电的低谷期用电时，资费标准也较低！

9装机容量的定义：

装机容量指的是一个发电厂或一个区域电网具有的汽（水）轮发电机组总容量，一般以“千瓦”或“兆瓦（即千千瓦）”为单位，说的是它的发电能力，是功率单位。

有这发电能力并不代表全年8760小时全运行了，一般火电厂一年运行约5000-6500小时，水电厂运行在3500-5000小时。

供电量指的是电网实际提供给用户的电能量的多少，一般是以千瓦时为单位的，是能量单位“度”（等于3600千焦耳）。

电网一般按月统计和按年统计发电量。

因此，10万千瓦的电厂年发电量约50000万度（5.0亿度）左右。

10.变电站可以分为：

枢纽变电站，中间变电站，地区变电站，企业变电站和终端变电站。

11.电力系统概述

　　电力用户所消耗的电能是电力系统中的发电厂供给的。

发电厂多数是建造在燃料、水丰富的地方，而电能用户是分散的，往往又远离发电厂。

这样，就必须采取输电线路和变电所等中间环节，将发电厂发出的电能输送给用户。

由于电能目前尚不能大量储存，其生产、输送、分配和消费的全过程是在同一时间完成的，而且发电量是随着用电量的变化而变化，生产和消费是严格平衡的。

所以，必须将发电厂、电力网和电能用户有机地连结成一个整体，即“电力系统”。

12.发电厂

　　发电厂是生产电能的工厂，它是把非电形式的能量转换成电能。

发电厂的种类很多，根据所利用能源的不同，有火力发电厂、水力发电厂、原子能发电厂、地热发电厂、潮夕发电厂以及风力发电厂、太阳能发电厂等。

在现代的电力系统中，各国都以火力发电和水力发电为主。

近些年来，各国正在大力发展原子能发电。

上图为三峡水电站的俯视图。

第二讲：

1变电所

　　变电所是变换电压和交换电能的场所，由电力变压器和配电装置组成。

　　按照变压的性质和作用不同，又可分为升压变电所和降压变电所两种。

对于仅装有受装置而没有电力变压器的称为配电所。

2电力网是输送、交换和分配电能的装备，由变电所和各种不同电压等级的电力线路所组成。

电力网是联系发电厂和用户的中间环节。

它的任务是将发电厂生产的电能输送、变换和分配到电能用户。

　　从发电厂发出的电能，除了供给附近用户直接用电之外，一般都是经过升压变电所将发电机发出的低压电能升高为高压电能，采用高电压进行电力传输。

输电线路的电压愈高，则输送距离愈远，输送的功率愈大。

因为输送功率为一定时，提高输电电压就可相应地减少输电线路中的电流，因此可以减少线路上电能损失和电压损失，可减小导线的截面而节约有色金属。

　　电力网按其功能常分为输电网和配电网两大类。

由35kV及以上的输电线路和与其相连接的变电所组成的电力网称为输电网，它是电力系统的主要网络。

它的作用是将电能输送到各个地区或直接输送给大型用户。

由10kV及以下的配电线路和配电变压器所组成的电力网称为配电网。

它的作用是将电能分配给各类不同的用户。

3电力系统的电压

　　一切电力设备都是在一定的电压和频率下工作的。

电压和频率是衡量电能质量的两个最基本的参数。

我国交流电力设备的额定频率为50Hz，频率偏差、般不得超过±

o．5Hz，对于容量在300MW或以上的电力系统，频率偏差不得超过io．2Hz。

电气设备的额定电压是保证设备正常运行，并获得最佳经济效果的电压。

如果设备的端电压偏离其额定电压，则设备的工作性能和使用寿命都将受到影响。

4.负荷计算

工业建筑和民用建筑的供电设计中，所谓“负荷”是指电气设备和线路中通过的功率或电流（因当电压为一定时，电流与功率成正比），而才；

是指它们的阻抗。

例如，发电机、变压器的负荷是指它们输出的电功率（或电流），线路的负荷是指通过导线的容量（或电流）。

如果负荷达到了电气设备铭牌上规定的数值（额定容量）就叫做满负荷，也叫满载。

　　在进行供电设计时，首先遇到的问题就是用户要用多少电，这就是“负荷计算”问题。

无论是工业建筑还是高层商业与民用建筑，各种用电设备在运行时，其负荷都是时大时小地变化（但不应超过其额定容量），而且各用电设备的最大负荷一般不会在同一时间出现，因此整个建筑（或整个企业）的最大负荷总是比其所有用电没备额定容量的总和要小。

在进行供电系统的设计时，如果按建筑内所有用电设备额定容量的总和作为计算负荷来选择导线截面、开关设备和变压器等，则会造成投资的浪费。

反之，如果负荷计算过小，并以此小的计算负荷作为选择导线及其它电器设备的依据，则导线、变压器及开关设备等将会不堪重负而被过早损坏。

因此，负荷计算的目的就在于正确地选掸电气设备和电工材料，例如进线开关容量、进户线截面的大小、建筑物的电力变压器容量等，同时也为合理地进行无功补偿提供依据。

5.什么是一次设备什么是二次设备

一次设备是指发、输、配电的主系统上所使用的设备备。

如发电机、变压器、断路器、隔离开关、母线、电力电缆和输电线路等。

二次设备是指对一次设备的工作进行控制、保护、监察和测量的设备。

如测量仪表、继电器、操作开关、按钮、自动控制设备、计算机、信号设备、控制电缆以及提供这些设备能源的一些供电装置（如蓄电池、硅整流器等）。

6.我们一点要好好的掌握我们课本的表1-2，这些常用设备的图形和文字符号。

7.电气接线——指的是在发电厂变电站中，根据各种电气设备的作用和要求，按照一点的方式用导体连接起来的电路。

8.配电装置——母线和开关设备等布置在不同的地方与它们相配套的辅助设备及其必要的建筑物的整体即为配电装置。

9.三相电路：

三相交流电源指能够提供3个频率相同而相位不同的电压或电流的电源，最常用的是三相交流发电机。

三相发电机的各相电压的相位互差120°

。

它们之间各相电压超前或滞后的次序称为相序。

三相电动机在正序电压供电时正转，改为负序电压供电时则反转。

因此，使用三相电源时必须注意其相序。

一些需要正反转的生产设备可通过改变供电相序来控制三相电动机的正反转。

三相电源连接方式常用的有星形连接（即Y形）和三角形连接（即△形）。

从电源的3个始端引出的三条线称为端线（俗称火线）。

任意两根端线之间的电压称为线电压。

星形连接时线电压为相电压的倍；

3个线电压间的相位差仍为120°

，它们比3个相电压各超前30°

星形连接有一个公共点，称为中性点。

三角形连接时线电压与相电压相等，且3个电源形成一个回路，只有三相电源对称且连接正确时，电源内部才没有环流。

三相负载按三相阻抗是否相等分为对称三相负载和不对称三相负载。

三相电动机、三相电炉等属前者；

一些由单相电工设备接成的三相负载（如生活用电及照明用电负载），通常是取一条端线和由中性点引出的中线（俗称地线）供给一相用户，取另一端线和中线给另一相用户。

这类接法三条端线上负载不可能完全相等，属不对称三相负载。

三相负载的连接方式也有星形与三角形之分。

三相电路的瞬时功率（见交流电路中的功率）等于各相瞬时功率之和。

即

P＝PA＋PB＋PC

10.在我们国家的额定电压是220v，额定功率是50hz

但是各个国家的额定电压和功率不同：

中国（China）220V/50Hz

布亚新几内亚（PapuaNewGuinea）240V/50Hz

巴林（Bahrain）100V/60Hz;

230V/50Hz

日本（Japan）220V/60Hz

尼加拉瓜（Nicaragua）127V/50Hz;

220V/60Hz

危地马拉（Guatemala）115V/60Hz

沙特阿拉伯（SaudiArabia）127V/50Hz;

沙特阿拉伯：

阿布达比（AbuDhabi）240V/50Hz

文莱（Brunei）240V/50Hz

孟加拉国共和国（Bangladesh）230V/50Hz

所罗门（SolomonIslands）240V/50Hz

阿曼（Oman）240V/50Hz

阿富汗（Afghanistan）220V/50Hz

南韩（SouthKorea）110V/60Hz

柬埔寨（Cambodia）120V/50Hz;

208V/50Hz

科威特（Kuwait）240V/50Hz

埃及（Egypt）220V/50Hz

马来西亚（Malaysia）240V/50Hz

斐济群岛（FijiIslands）240V/50Hz

斯里兰卡（SriLanka）230V/50Hz

菲律宾（Philippines）110V/60Hz

越南（Vietnam）120V/50Hz

巴西（Brazil）110-220V/60Hz

贝里斯（Belize）110V/60Hz

委内瑞拉（Venezuela）120V/60Hz

波多黎各（PuertoRico）120V/60Hz

法属圭亚那（FrenchGuiana）220V/50Hz

阿根廷（Argentina）220V/50Hz

玻利维亚（Bolivia）110V/50Hz

美国（America）120V/60Hz

第三讲：

电力系统的中性点的运行方式

1.电力系统的中性点指的是：

变压器的中性点，它是以星形状连接方式连接的。

运行方式共三种：

中性点不接地运行方式

中性点经消弧线圈接地运行方式

中性点直接接地运行方式

前两种接地系统统称为小接地电流系统，后一种接地系统又称为大接地电流系统。

2.分析中性点运行方式的目的：

影响运行的可靠性、设备的绝缘、通信的干扰、继电保护等，认为①三相系统对称（即电源中性点的电位为零）

对地分散电容用集中电容表示,相间电容不予考虑

假设三相系统完全对称，则负荷电流、、对称。

当导线经过完全换位后，Cu=Cv=Cw=C，则对地附加电容电流对称

而有→即中性点与地电位一致

当发生单相接地故障时，

电压发生变化（故障相）

对地电容电流发生变化：

规定相线上的电流下方向为由电源→电网

实用计算，对架空线路对电缆：

结论：

①绝缘水平按线电压设计

③因存在接地容性电流，故在接地点有电弧。

3.中性点经消弧线圈接地系统

问题的提出：

中性点不接地电力网发生时，仍可继续运行2h，但若接地电流值过大，会产生持续性电弧，危胁设备，甚至产生三相或二相短路。

工作原理

当W相发生单相接地故障时，中性点电位N上升为相电压

因为消弧线图为可调电感线圈

所以电感电流流过接地点，其总接电流调线圈匝数，使

由于与方向相反

因此起到抵消的作用。

4.补偿方式及选用

全补偿（不采用）缺点：

由XL=Xc，网络容易因不对称形成串联谐振过电压

欠补偿为容性电流（少采用）缺点：

易发展成为全补偿方式

过补偿IL>

Ic→I接地为感性电流（采用）

注意：

电感电流数值不能过大

5.电弧的概念：

电弧是高温高导电率的游离气体，它不仅对触头有很大的破坏作用，而且使断开电路的时间延长。

因此，在了解开关电器的结构和工作情况之前，首先来看看其是如何产生和熄灭的。

电弧的形成是触头间中性质子（分子和原子）被游离的过程。

开关触头分离时，触头间距离很小，电场强度E很高（E=U/d）。

当电场强度超过3×

10---6---V/m时，阴极表面的电子就会被电场力拉出而形成触头空间的自由电子。

这种游离方式称为：

强电场发射。

6.消弧线圈

结构特点：

①为了保持补偿电流与电压之间的线性关系，采用滞气隙铁芯

②气隙沿整个铁芯均匀设置，以减少漏磁

③为了绝缘及散热，铁芯和线圈都浸在油中

④为适应系统中电容电流变化特点，消弧线圈中设有分接头（5～9个）

7.给学生仔细分析课题一的，中性点不接地的三相系统，单相接地故障

中性点不接地的三相系统适用范围：

（1）电压小于500V的装置（380/220V照明装置除外）；

（2）3~10KV电力网，当单相接地电流小于30A时；

（3）35~60KV电力网，当单相接地电流小于10A时。

如不满上述条件，可采用经消弧线圈接地或中性点直接接地。

8.给学生仔细分析课题二的，中性点经消弧线圈接地的三相系统。

第四讲.中性点直接接地和经阻抗接地的三相系统

课题三，中性点直接接地的三相系统，

中性点直接接地后使系统零序电抗大大降低，导致单相短路电流超过三相短路电流，造成断路器遮断容量选择困难。

采用中性点经小电抗接地后将单相短路电流限制到三相短路电流水平，较好地解决了这个问题。

降压型自耦变压器的中压侧电抗常为零或接近于零，大量使用500　kV自耦变压器是导致220　kV侧单相短路电流大于三相短路电流的重要原因。

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规模巨大的发电厂多台升压变压器中性点直接死接地，使本站或附近变电站的零序电抗急剧下降而导致单相短路电流增大，以致大于或接近于三相短路电流。

对于降低500　kV单相短路电流，中性点经小电抗接地有一定效果，但不太明显。

但是对限制220kV侧单相短路电流极为有效的措施。

当500kV变电站220kV侧单相短路电流过大而需要加以限制时，采用中性点经小电抗接地是一项极为有效的措施，其阻值可在高、中压Uk%值的1/10～1/3之间选择。

此时，在一般情况下，其中性点绝缘水平大约相当于由原来死接地的35kV级提高到63kV级，能满足要求。

课题四，中性点经低阻抗接地的三相系统，

110kV～500kV系统应该采用有效接地方式，即系统在各种条件下应该使零序与正序电抗之比（X0/X1）为正值并且不大于3，而其零序电阻与正序电抗之比（R0/X1）为正值并且不大于1。

110kV及220kV系统中变压器中性点直接或经低阻抗接地，部分变压器中性点也可不接地。

3kV～10kV不直接连接发电机的系统和35kV、66kV系统，当单相接地故障电容电流不超过下列数值时，应采用不接地方式；

当超过下列数值又需在接地故障条件下运行时，应采用消弧线圈接地方式：

a）3kV～10kV钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统和所有35kV、66kV系统，10A。

b）3kV～10kV非钢筋混凝土或非金属杆塔的架空线路构成的系统，当电压为：

1）3kV和6kV时，30A；

2）10kV时，20A。

c）3kV～10kV电缆线路构成的系统，30A。

6kV～35kV主要由电缆线路构成的送、配电系统，单相接地故障电容电流较大时，可采用低电阻接地方式，但应考虑供电可靠性要求、故障时瞬态电压、瞬态电流对电气设备的影响、对通信的影响和继电保护技术要求以及本地的运行经验等。

6kV和10kV配电系统以及发电厂厂用电系统，单相接地故障电容电流较小时，为防止谐振、间歇性电弧接地过电压等对设备的损害，可采用高电阻接地方式。

消弧线圈的应用

a）消弧线圈接地系统，在正常运行情况下，中性点的长时间电压位移不应超过系统标称相电压的15%。

b）消弧线圈接地系统故障点的残余电流不宜超过10A，必要时可将系统分区运行。

消弧线圈宜采用过补偿运行方式。

3短路的定义和种类，见课本！

4.Y-三角形变换,见课本，我们一定要记住那2个变换的公式。

第五讲，电力系统短路电流的计算方法

1.有名值法和标幺值法的定义见课本对比见下表：

短路电流计算的标幺值法和有名值法各有什么优缺点？

各自分别适用于什么情况？

答：

有名值法是指我们在计算阻抗时，用阻抗的实际值进行的计算。

而标幺值是指以某一量值大小为基准的一个相对值。

在工程上常用来计算短路电流。

它有以下优点：

（1）易于从量值上比较各种元件的特性参数。

（2）便于从量值的角度判断电气设备和系统参数的好坏。

（3）在有多个电压等级的电网中，能极大地方便短路电流的计算。

2.详细的讲述例题3-1

3.标幺值法的定义和公式

4.熟悉用标幺值法求发电机，双绕组变压器，电抗器和架空线路与电缆线路的标幺值

5.计算电路图，其中分子为元件编号，分母为电抗的标幺值。

6.详细讲解例题3-2

第六讲.无限大容量电源供电电路内短路

1.无限大容量系统的概念：

无限大系统，就是指相比之下这个系统的电源容量很大，回路中发生短路时电源的内阻抗可以忽略不计，当接到这个系统的小容量电路中的电流发生任何变动甚至短路时，这个系统母线上的电压仍基本保持不变。

2.短路电流的变换规律：

无限大容量电源供电电路内短路时，电流变化规律图：

1、短路电流的暂态过程

当电力系统发生三相短路时，由于短路回路存在着电感，电流不能突变，因此有一个暂态过程。

短路电流随时间而变化，最后达到稳定值。

如下图所示：

由图可见，短路全电流id由对称的周期分量iz和不对称的非周期分量if两部分合成，即id＝iz＋if。

周期分量iz先开始衰减，然后逐渐增加到稳态值i∞。

非周期分量if按指数规律衰减，其衰减时间常数Tf为0.05~0.2S。

3、计算各短路电流的目的

（1）短路冲击电流ich：

用来效验电气设备和母线的动稳定。

（2）短路全电流最大有效值Ich（第一周期短路全电流有效值）：

（3）超瞬变短路电流有效值I``：

用来作继电保护的整定计算和效验断路器的断流量。

（4）短路后0.2S的短路电流周期分量有效值I0.2：

用来效验断路器的断流量。

（5）稳态短路电流有效值I∞：

用来效验电气设备和载流部分的热稳定。

（6）超瞬变短路容量S``（次暂态短路容量）：

用来效验断路器的遮断容量。

（7）短路后0.2S的短路容量S0.2：

4、各短路电流之间的关系，三相短路冲击电流为

ich＝kch√2×

I``

5.短路电流的电动力效应与热效应

第七讲.开关电器

1.开关电器中电弧的产生和熄灭。

电弧概念——电弧是高温高导电率的游离气体，它不仅对触头有很大的破坏作用，而且使断开电路的时间延长。

电弧的形成是触头间中性质子（分子和原子）被游离的过程。

2.电弧熄灭的条件——交流电弧过零后弧隙间介质强度的恢复和电压的恢复是两个对立的过程.因为介质强度恢复过程主要是弧隙内部带电粒子不断减少的过程,而电压恢复过程恰相反,它使弧隙中的气体产生新的游离而使带电粒子不断增加.那末可以简单地确定交流电弧熄灭条件为:

交流电弧电流过零后,如果弧隙介质强度恢复的速度超过了弧隙电压恢复的速度,则电弧熄灭.

3.吹弧——分为横吹和竖吹两种。

4.采用多断口法——采用多断口灭弧 

在高压断路器中，常制成每相有两个或更多个串联断口，可将电弧分割成多个小电弧段。

其作用是：

在相等的触头行程下，多断口比单断口的电弧拉长速度快，从而弧隙电阻迅速增加，增大了介质强度的恢复速度；

同时，加在每个断口的电压减小，使弧隙的电压恢复速度降低，因而灭弧性能良好。

5.近阴极效应的应用——交流电弧过零熄灭后,由于外部条件的变化,弧隙内消游离作用加强,使得原来的导电状态要向绝缘介质状态转变,这就是介质强度恢复过程.这个过程的快慢与许多因素有关,例如温度.散热情况,空间位置等.在靠近两极的区域,由于金属材料的传热性好,所以此区域的温度要比弧柱区的温度低,故此处的介质强度恢复要比弧柱区快.电流过零后,两电极改变极性,原来的阴极改变为新的阳极,而原来的阳极改变为新的阴极.电场方向的改变,弧隙中剩余电子和离子的运动方向也应随之改变.但是由于电子的质量远比正离子质量小得多,因而电子的运动方向改变要远比正离子灵敏得多,形成电子很快向新阳极运动,而正离子在此瞬间几乎停止在原地,来不及向新阴极运动.新的阴极此时还不能形成强电场发射电子与热发射.因此,在新的阴极附近就存在一层没有电子而只有正离子的空间,相当于形成了一薄层绝缘介质,如图13—7（b）所示.从电路的角度来看,必需加一定的电压才能将此绝缘薄层击穿,电弧才会重燃,弧隙重新导电.这个击穿电压值称为弧隙的起始介质强度.这种在交流电流过零后弧隙形成一定的介质恢复强度的现象,称为交流电弧的近阴极效应.

6.高压断路器的分类：

a。

油断路器b.压缩空气断路器c.真空断路器d.六氟化硫断路器

7.少油断路器

少油断路器以变压器油作为灭弧介质及动、静触头之间的绝缘。

而用空气、陶瓷或有机绝缘材料作为相与相之间或相与地之间的绝缘。

因此，少油断路器油量少、体积小、耗用钢材，价格便宜。

目前在我国10~220KV电力系统中得到广泛应用。

其灭弧原理是少油断路器在油中开断电流时，触头间将产生电弧。

高温电弧使油急速蒸发和分解。

于是电弧便在油蒸汽和油分解的气体气泡中燃烧。

油分解的气体中氢气约占70%~80%，而且