武大电气工程基础读书笔记(DOC)

1《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%.2②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~kkm~k~km~k~kmk地方电力网（配电网）：电压等级在35110V，输电距离在50以内的中压电力网区域电力网：电压等级在110220V，输电距离在50300的电力网电力网超高压电力电网：电压等级在330750V，输电距离在3001000特高压电力网：电压等级在1000V枢纽变电所变电所中间变电所终端变电所五，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%。3③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有功负荷：把电能转换成其他能量，并在用电设备中真实消耗的功率负荷无功负荷：只完成电磁能量转换，不做功的功率⑴负荷功率复数功率：（单相）=cos+sin=jPPPPPPPPPPPPPSUIUIUIUIUIPQ（三相）33cos+3sin=jSUIUIUIPQ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maxP和日最小负荷minP。日有功负荷曲线所围成的面积为电力系统的日用电量dA。2424dkk00=dt=tAPP日平均负荷：2424davkk0011==dt=t242424APPP负荷率：avmmaxk=PP最小负荷系数：minmax=PP4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：8760max0maxmax1==dtATPPP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2nn=12nn=1UUII②谐波分析中的特征量谐波含量2nn=22nn=2HHUUII谐波总畸变率11100%100%HUHIUTHDUITHDI谐波含有率5nn1nn1100%100%UHRUUIHRII③含有谐波时的有功功率和功率因数有功功率nnPP功率因数22cos=PPQAAA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23210NSNTPURS②短路电抗2%10NSNTUUXS③励磁电导30210TNPGSU6④励磁电纳502%10NTNISBSU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架空线路：费用低、施工期短、维护方便，但占地宽，常用在农村和野外电力线路电缆线路：费用高，但美观，常用在城市内部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kkkk针式绝缘子：主要用于35V及以下线路中悬式绝缘子：主要用于35V及以上线路中绝缘子棒式绝缘子：比瓷绝缘子造价低、损耗小、质量轻、耐振防污性能好瓷横担绝缘子：常用于110V及以下线路中，220V线路部分使用④金具金具：架空线路中使用的所有金属部件的总称。7线夹：用于将导线、避雷线固定在绝缘子上连接金具：用于将绝缘子组成绝缘子串用于绝缘子串、线夹、杆塔和横担的相互连接金具接续金具：用于连接导线或避雷线的两个终端分为液压接续金具和钳压接续金具防震金具：包括护线条、阻尼线和防震锤等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lr=/kmS②电抗（电感）：反映载流线路周围产生的磁场效应0.01570.1445lg/geleqDxkmrm其中3geabbccaDDDD、2mmeqlkkrrd、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32g10/glPSkmUgP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67.58b10/lglgeSkmDr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。8三，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：强电场发射热电子发射热游离形成稳定的电弧弧柱消游离方式：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）封闭泡阶段气吹阶段回油阶段灭弧室分自能式和外能式。吹弧方式分纵吹和横吹。优点：结构简单、价格便宜油断路器