电气设备

电气一次、二次设备概述电气设备•为了满足电力生产和保证电力系统运行的安全稳定性和经济性，发电厂和变电站中安装有各种电器设备，其主要任务是启停机组、调整负荷、切换设备和线路、监视主要设备的运行状态、发生异常故障时及时处理等。根据电气设备的作用不同，可将电气设备分为一次设备和二次设备。•一次设备•通常把生产、变换、输出、分配和使用电能的设备，如发电机、变压器和断路器等称为一次设备。它们包括：•(1)生产和转换电能的设备。•(2)接通或断开电路的开关电器。•(3)限制故障电流和防御过电压的保护电器•(4)载流导体。•(5)接地装置。•二次设备•对一次设备和系统的运行状态进行测量、控制、监视和保护的设备，称为二次设备。它们包括：•(1)仪用互感器。•(2)测量表计。•(3)继电保护及自动装置。•(4)直流电源设备。•(5)操作电器、信号设备及控制电缆。电气一次设备•电气一次设备是指直接用于生产、输送、疏导、分配和消耗电能的电气设备。它包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、自动开关、接触器、刀开关、母线、输电线路、电力电缆、电抗器、电动机、接地、避雷器、滤波器等。发电机电能是现代社会最主要的能源之一。发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备,最早产生于第二次工业革命时期，由德国工程师西门子于1866年制成，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。发电机在工农业生产，国防，科技及日常生活中有广泛的用途。发电机的形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此，其构造的一般原则是：用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。发电机的种类有很多种。从原理上分为同步发电机、异步发电机、单相发电机、三相发电机。从产生方式上分为汽轮发电机、水轮发电机、柴油发电机、汽油发电机等。从能源上分为火力发电机、水力发电机等。结构及工作原理发电机通常由定子、转子、端盖、机座及轴承等部件构成。定子由机座.定子铁芯、线包绕组、以及固定这些部分的其他结构件组成。转子由转子铁芯(有磁扼.磁极绕组)滑环、(又称铜环.集电环).风扇及转轴等部件组成。由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁感线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。发电机的类型由于一次能源形态的不同，可以制成不同的发电机。利用水利资源和水轮机配合，可以制成水轮发电机；由于水库容量和水头落差高低不同，可以制成容量和转速各异的水轮发电机。利用煤、石油等资源，和锅炉，涡轮蒸汽机配合，可以制成汽轮发电机，这种发电机多为高速电机(3000rpm)。此外还有利用风能、原子能、地热、潮汐等能量的各类发电机。此外，由于发电机工作原理不同又分作直流发电机，异步发电机和同步发电机。目前在广泛使用的大型发电机都是同步发电机。发电机术语发电机：能把机械能转变为电能的设备的总称。所产生的电能可以是直流电（DC）也可以是交流电（AC）。接地：是指电路与大地之间或与某些和大地相通的导电物体之间（有意或意外）的连接。怠速控制：一种可直接根据电气负载对发动机的怠速进行控制的系统。点火线圈：为火花塞提供直流电压的器件。永磁发电机：一种带有永久磁铁的交流发电机，用于产生内燃机点火所需要的电流。欧姆：电阻的单位。1伏特电压可以使1安培电流流过1欧姆电阻。相位：交流电的振幅或量值均匀、周期性的变化。三相交流电由三个不同的正弦波电流组成，相互之间的相位差均为120度。电源转换系统：该系统可以把您的发电机安全地接入到您的家庭用电系统中。额定速度：机组的设计工作速度（每分钟转数）。额定电压：一套引擎发电机组的额定电压是其设计的工作电压值。后轴承支架：一种铸件，用作转子轴承外罩。转子轴承支持转子轴。整流器：将交流电转换为直流电的器件。继电器：一种电动开关，通常用在控制电路中。与电流接触器相比，其触点只能通过较小的电流。电阻：对电流的阻力。转子：发电机的转动元件。单相：一个交流负载或电源，通常情况下，如果是一个负载，则只有两个输入端子，如果是一个电源，则只有两个输出端子。定子：电机的静止部分。振动支架：位于发动机或发电机与机架之间的橡胶器件，可以最大限度地减轻振动。伏特：电动势的单位。把单位电动势恒定地作用在电阻为1欧姆的导体上，将产生1安培电流。电压：电位差，单位用伏特表示。稳压器：该设备通过控制激励转子的直流电量，自动地使发电机电压保持在一个正确值上。瓦特：电源功率的单位。对于直流电，它等于伏特乘以安培。对于交流电，它等于电压有效值（伏特）乘以电流有效值（安培）乘以功率因数乘以一个常数（其值取决于相数）。1千瓦－1000瓦特。绕组：发电机的所有线圈。定子绕组由若干个定子线圈及其互联线路组成。转子绕组由转子磁极上的所有绕组及接线组成。变压器变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心（磁芯）。在电器设备和无线电路中，常用作升降电压、匹配阻抗，安全隔离等。变压器的功能主要有：电压变换，电流变换，阻抗变换，隔离，稳压（磁饱和变压器)自耦变压器，高压变压器（干式和油浸式）等，变压器常用的铁芯形状一般有E型和C型铁芯，XED型，ED型CD型。变压器按用途可以分为：配电变压器、电力变压器、全密封变压器、组合式变压器、干式变压器、单相变压器、电炉变压器、整流变压器、电抗器、抗干扰变压器、防雷变压器、箱式变电器试验变压器转角变压器大电流变压器励磁变压器。变压器的最基本型式，包括两组绕有导线之线圈，并且彼此以电感方式称合一起。当一交流电流(具有某一已知频率)流于其中之一组线圈时，于另一组线圈中将感应出具有相同频率之交流电压，而感应的电压大小取决于两线圈耦合及磁交链之程度。一般指连接交流电源的线圈称之为一次线圈；而跨于此线圈的电压称之为一次电压。在二次线圈的感应电压可能大于或小于一次电压，是由一次线圈与二次线圈间的匝数比所决定的。因此，变压器区分为升压与降压变压器两种。与电源相连的线圈，接收交流电能，称为一次绕组与负载相连的线圈，送出交流电能，称为二次绕组一次绕组的二次绕组的电压相量U1电压相量U2电流相量I1电流相量I2电动势相量E1电动势相量E2匝数N1匝数N2匝数比等于电压比。n1/n2=V1/V2其中：n1,n2是初级次级匝数。V1,V2是初级次级电压。改变次级匝数就能改变输出电压。功率跟铁芯面积和导磁率有关。同时交链一次，二次绕组的磁通量的相量为φm,该磁通量称为主磁通。变压器的主要组成部分变压器的主要部件有：(1)器身：包括铁心、绕组、绝缘部件及引线。(2)调压装置：即分接开关，分为无励磁调压和有载调压。(3)油箱及冷却装置。(4)保护装置：包括储油柜、安全气道、吸湿器、气体继电器、净油器和测温装置等。(5)绝缘套管。理想变压器三个基本公式：A.输入功率=输出功率有P1=P2B.原副边每匝电压相等有U1/n1=U2/n2C.原副边安匝平衡有I1*n1=I2*n2多绕组变压器（如有两个副绕组）：1、有P1=P2+P32、有U1/n1=U2/n2=U3/n33、有I1*n1=I2*n2+I3*n3变压器原理变压器利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器。下图是变压器的原理简体图，当一个正弦交流电压U1加在初级线圈两端时，导线中就有交变电流I1并产生交变磁通φ1，它沿着铁芯穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路。在次级线圈中感应出互感电势U2，同时φ1也会在初级线圈上感应出一个自感电势E1，E1的方向与所加电压U1方向相反而幅度相近，从而限制了I1的大小。为了保持磁通φ1的存在就需要有一定的电能消耗，并且变压器本身也有一定的损耗，尽管此时次级没接负载，初级线圈中仍有一定的电流，这个电流我们称为“空载电流”。如果次级接上负载，次级线圈就产生电流I2，并因此而产生磁通φ2，φ2的方向与φ1相反，起了互相抵消的作用，使铁芯中总的磁通量有所减少，从而使初级自感电压E1减少，其结果使I1增大，可见初级电流与次级负载有密切关系。当次级负载电流加大时I1增加，φ1也增加，并且φ1增加部分正好补充了被φ2所抵消的那部分磁通，以保持铁芯里总磁通量不变。如果不考虑变压器的损耗，可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电功率。变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压，但是不能改变允许负载消耗的功率。常用变压器的种类及特点(一)按相数分：(1)单相变压器：用于单相负荷和三相变压器组。(2)三相变压器：用于三相系统的升、降电压。(二)按冷却方式分：(1)干式变压器：依靠空气对流进行冷却，一般用于局部照明、电子线路等小容量变压器。(2)油浸式变压器：依靠油作冷却介质、如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环等。(三)按用途分：(1)电力变压器：用于输配电系统的升、降电压。(2)仪用变压器：如电压互感器、电流互感器、用于测量仪表和继电保护装置。(3)试验变压器：能产生高压，对电气设备进行高压试验。(4)特种变压器：如电炉变压器、整流变压器、调整变压器等。(四)按绕组形式分：(1)双绕组变压器：用于连接电力系统中的两个电压等级。(2)三绕组变压器：一般用于电力系统区域变电站中，连接三个电压等级。(3)自耦变电器：用于连接不同电压的电力系统。也可做为普通的升压或降后变压器用。(五)按铁芯形式分：(1)芯式变压器：用于高压的电力变压器。(2)非晶合金变压器：非晶合金铁芯变压器是用新型导磁材料，空载电流下降约80%，是目前节能效果较理想的配电变压器，特别适用于农村电网和发展中地区等负载率较低的地方。(3)壳式变压器：用于大电流的特殊变压器，如电炉变压器、电焊变压器；或用于电子仪器及电视、收音机等的电源变压器。断路器定义一：能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流，并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件(包括短路条件)下的电流的开关装置。定义二：用以切断或关合高压电路中工作电流或故障电流的电器。断路器按其使用范围分为高压断路器和低压断路器，高低压界线划分比较模糊，一般将3kV以上的称为高压电器。低压断路器又称自动开关，俗称＂空气开关＂也是指低压断路器，它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件，已获得了广泛的应用。断路器分类按操作方式分：有电动操作、储能操作和手动操作。按结构分：有万能式和塑壳式。按使用类别分：有选择型和非选择型。按灭弧介质分：有油浸式、真空式和空气式。按动作速度分：有快速型和普通型。按极数分：有单极、二极、三极和四极等。按安装方式分：有插入式、固定式和抽屉式等。高压断路器(或称高压开关)是发电厂、变电所主要的电力控制设备,具有灭弧特性,当系统正常运行时,它能切断和接通线路以及各种电气设备的空载和负载电流;当系统发生故障时,它和继电保护配合,能迅速切断故障电流,以防止扩大事故范围。因此,高压断路器工作的好坏,直接影响到电力系统的安全运行；高压断路器种类很多，按其灭弧的不同，可分为：油断路器（多油断路器、少油断路器）、六氟化硫断路器（SF6断路器）、真空断路器、压缩空气断路器等。内部附件辅助触头与断路器主电路分、合机构机械上连动的触头，主要用于断路器分、合状态的显示，接在断路器的控制电路中通过断路器的分合，对其相关电器实施控制或联锁。例如向信号灯、继电器等输出信号。报警触头用于断路器事故的报警触头，且此触头只有当断路器脱扣分断后才动作，主要用于断路器的负载出现过载短路或欠电压等故障时而自由脱扣，报警触头从原来的常开位置转换成闭合位置，接通辅助线路中的指示灯或电铃、蜂鸣器等，显示或提醒断路器的故障脱扣状