电气工程概论重点

电气工程概论重点第一章 绪论电能的基本要求： 1. 安全 2. 可靠 3. 优质 4. 经济能量的形式：机械能，热能，化学能，辐射能，电能和核能能量的转换：形态，空间（输送） ，时间（储存）电力系统的基本概念： 由发电机、电力网内的变压器和电力线路以及用户的各种用电设备，按照一定的规律连接而组成的统一整体，称为电力系统。电力系统的特点： 1. 电能不能大量存储 2. 暂态过程十分短暂3. 地区性特点较强 4. 与国民经济各部门有着极为密切的关系。对电力系统的要求： 1. 为用户提供充足的电力 2. 保证供电的安全可靠 3. 保证良好的电能质量4. 提高电力系统运行经济性大型电力系统的优势： 1 提高供电的可靠性， 2 减少系统装机量， 3 减少系统备用容量，4 采用高效率大容量发电机组， 5 合理利用能源，充分发挥水电在系统中的作用电能质量的主要指标有电压、频率和波形。为什么要规定电力系统额定电压 为了使电力系统和电气设备制造厂的生产标准化、系列化和统一化，电力系统的电压等级应有统一的标准。发电机，变压器和电力线路的额定电压与电力系统的额定电压的关系： 发电机的容量一般比电力系统高5%，升压变压器的一次绕组的额定电压比电力系统高5%，二次高10%，降压器一次与电力系统相同，二次绕组高10%，电力线路和电力系统额定电压相同电力系统电压等级特点：1. 发电机的额定电压较电力系统的额定电压高出5%。2. 电力变压器的一次绕组是接受电能的， 相当于受电设备， 其一次绕组的额定电压应等于电力系统的额定电压，对于直接和发电机连接的升压变压器的一次绕组额定电压应等于发电机的额定电压，使之相互配合。3. 电力变压器的二次绕组是提供电能的， 相当于供电设备， 其二次绕组的额定电压较电力系统额定电压高出10%。但在3、 6、 10kV 电压时，如短路阻抗小于%的配电变压器，则其二次绕组的额定电压比同级电网的额定电压高出5%。第二章电气设备的原理与功能变压器：利用电磁感应原理吧一种电压等级的交流电转换成相同频率的另一电压等级的交流电能。采用高压输电能减少线路损耗变压器分类：油浸式，干式以及水冷式变压器额定值： 1 额定容量， 2 额定电压 3 额定电流 4 阻抗电压 5 短路损耗 6 空载损耗 7 空载电流百分值8 链接组号变压器的过负荷能力： 指在较短的时间累所能输出的功率， 在一定条件下， 可以超出变压器的额定容量发电站和变电站的主要作用： 生产， 输送和分配电能； 根据电力系统要求投切线路； 见识主要设备的工作状态； 队主要设备进行定期的检修和维护； 迅速消除故障， 尽量减小故障的影同步发电机的非正常状态： 过负荷运行，异步运行，不对称运行发电机励磁系统的基本要求： 1 有足够的强励顶值电压， 2 具有足够的励磁电压上升速度3 有足够的调节容量， 4 应运行稳定，工作可靠，相应快速，调节平滑，具有足够的电压调节精度转差率：转差率为转子转速n与同步转速n0之差（n0-n）对同步转速n0的比值，以s表示，则 s= （ n0 -n ） / n0异步电机三种运行状态:1 .电动机状态 当0<n<n0即0<s<1时2 .发电机状态 n> n0,s<03 .电磁制动状态 n<0,s>14 .最大转矩 Tm=k U2/2X20三相异步电动机的启动方式：全压启动，降压启动，绕线型电机的启动断路器的基本技术数据（断路器是开关电器）1 .额定电压Un。 额定电压是指断路器长期工作的标准电压（线电压）。它决定着断路器的绝缘尺寸，也决定断路器的熄弧条件。断路器可以在音的系统额定电压下正常工作。2 .额定电流I n额定电流是指断路器长时间允许通过的最大工作电流。额定电流决定着断路器的导电回路的几何尺寸。3 .额定开断电流I Nbr额定开断电流是指断路器在额定电压下能保证正常开断的最大短路电流。该电流是断路器开断能力的一个重要参数。开断电流和电压有关，在低于额定 电压时，断路器开断电流可以提高，但由于灭弧装置机械强度的限制，开断电流有一极 限值，该极限值称为极限开断电流。4 .短路关合电流I NCl在额定电压下，能可靠关合、开断的最大短路电流称为额定关合电流，它是表征断路器灭弧能力、触头和操动机构性能的重要参数之一。断路器合闸于 有潜伏性故障的线路时，就要经历一个先合后跳的操作循环，此时只有断路器的额定关 合电流大于冲击电流，才能可靠地开断。5 .热稳定电流I也表示断路器承受短路电流热效应的能力。我国规定4s内所能承受的热稳定电流为额定热稳定电流。通常断路器的热稳定电流等于它的额定开断电流。6 .动稳定电流ies动稳定电流亦称为极限通过电流，是指断路器承受短路电流电动力效应的能力。即指断路器处在合闸位置时，允许通过的短路电流最大峰值。动稳定电流 决定于导电部分及支持绝缘子部分的机械强度，并决定于触头的结构形式。7 .全开断（分闸）时间tab全开断时间是指断路器从接到分闸命令瞬间到电弧完全熄灭为止的时间间隔。全开断时间是用来表征断路器开断过程快慢的一种参数。该参数是断 路器固有分闸时间与燃弧时间之和。8 .合闸时间ton合闸时间是指断路器从接到合闸命令瞬间到各相的触点均接触为止的时间间隔。9 .额定断流容量SNbr断流容量综合反映断路器的开断能力，与额定电压和额定开断电流两个因素有关，SNbr = - 3 U n I Nbr互感器互感器的主要作用是：把高电压和大电流按比例地换成低电压（100V或100/ J3 V）和小电流（5人或1对，以便提供测量和继电保护所需的信号，并使测量仪表和继电保护装置标准化、小型化；把高电压（一次）部分与低电压（二次）部分相互隔离，且互感器二次侧 均接地，以保证运行人员和设备的安全。互感器的分类及作用是什么互感器二次侧为何必须接地互感器分为电压互感器，电流互感器和新型互感器，（作用同上）互感器二次侧均接地，以保证运行人员和设备的安全。17 电互JK0第IF城方*电流互感器在运行中，为什么二次绕组不允许开路?当电流互感器二次绕组开路时，I 2 =0 ,则二次侧磁动势 F 2=0,而使一次侧磁动势 Fl全部?用来励磁，即Fo = Fi,从而使铁心中的合成磁动势较正常情况下增大很多倍，并使铁心严重饱和。铁心中磁通的变化 d（Mdt成正比，因此，二次绕组将在磁通过零时，感应产生很 高的尖顶波电动势，其值可达数千甚至上万伏，这对工作人员及仪表、 继电器等都是极其危险的。同时由于磁感应强度剧增，铁心损耗大大增加，铁心会产生严重过热，损坏线圈的边 缘。此外铁心中还会有剩磁，使互感器误差增大。因此，电流互感器在运行中，二次回路是不允许开路的。若需断开某个仪表和继电器，必须先将该仪表或继电器绕组短路后，才能断开仪表和继电器。第三章电气设备的分类与系统一次设备：生产，输送，分配和使用电能的设备二次设备：一次设备和系统的运行状态进行测量，控制，监视和保护的设备电力系统分为：发电系统，输变电系统，配电系统，用电系统2、火电厂的生产流程及特点火电厂的种类虽很多，但从能量转换的观点分析，其生产过程却是基本相同的，概括地说是把燃料（煤）中含有的化学能转变为电能的过程。整个生产过程可分为三个阶段： 燃料的化学能在锅炉中转变为热能，加热锅炉中的水使之变为蒸汽，称为燃烧系统； 锅炉产生的蒸汽进入汽轮机，推动汽轮机旋转，将热能转变为机械能，称为汽水系统； 由汽轮机旋转的机械能带动发电机发电，把机械能变为电能，称为电气系统。分类标准： 按燃料，按原动机，按供出能源，按发电厂总装机容量，按蒸汽压力和温度，按供电范围特点： 1 布局灵活。 2 一次性投建设资少3 耗煤量大 4 动力设备繁多 5 大型发电机组有停机到开机并带满负荷时间久6 各种排放物污染大3 水力发电 ：生产过程，从河流高处火水库内引水，利用水的压力或流速冲动水轮机旋转，将水能转变成机械能，然后由水轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能。特点：能量转 换过程中损耗小，发电效率高 分类： 堤坝式水电厂，引水式发电厂和混合式水电厂 特点： 1 水能是再生能源 2 可综合利用 3 发电成本低，效率高 4 运行灵活 5 可储蓄可调节 6 建设和生产受自然环境影响7 建设投资大，工期长4 抽水蓄能电厂工作原理抽水蓄电厂是以一定水量作为能量载体，通过能量转换向电力系统提供电能。为此，其上、 下游均需有水库以容蓄能量转换所需要的水量。 在抽水蓄能电厂中，必须兼备抽水和发电两类设施。在电力负荷低谷时（或丰水时期） ，利 用电力系统的富余电能（或季节性电能） ，将下游水库中的水抽到上游水库，以位能形式储 存起来；待到电力系统负荷高峰时（或枯水时期） ，再将上游水库中的水放下，驱动水轮发 电机组发电，并送往电力系统，这时，用以发电的水又回到下游水库。显而易见，抽水蓄能电厂既是一个吸收低谷电能的电力用户（抽水工况） ，又是一个提供峰荷电力的发电厂在电力系统中作用： 调峰，填谷，备用，调频，调相，黑启动，蓄能第二节输变电系统输变电系统组成： 变换电压的设备，接通和开断电路的开关电器，防御过电压， 限制故障电 流的电器，无功补偿设备，载流导体，接地装置 功能： 将发电厂生产的电能经过输变电系统配给给配电系统和用户电气主接线形式： 有汇流母线和无汇流母线，有汇流母线的形式有单母线， 单母线分段， 单母线分段带旁路母线，双母线， 双母线分段， 双母线带旁路母线和一台半断路器接线。 无汇 流母线形式有单元接线，桥式接线和角形接线。 双母线带旁路断路器的电器主接线形式检修某一出线时，不中断回路步骤：w2,w1正常供电，接通旁路断路器QF2旁边的母线隔离开关和和旁路母线隔离开关，再闭合 QF2是旁路母线 W那点，若 W3故障则由几点保护装 置断开QF22若W3正常，闭合 QS4断开QF4,再断开QF4两端隔离开关，此时即可不中断 回路供电检修 高压直流输电系统就是将送端系统的高压交流电， 经换流变压器变压， 由换流器将高压交流转换成高压直流， 通过直流输电线路输送到另一端换流站， 再由换流器将高压直流转换成高 压交流，然后经过换流变压器与受端交流电网相连，将电能送至受端系统。 通常将交流转换成直流称为整流， 实现整流功能的装置称为整流器； 将直流转换成交流称为 逆变，实现逆变功能的装置称为逆变器。整流器和逆变器统称为换流器。 配电系统 组成及作用： 配电系统处于电力系统末端， 把发电系统或输变电系统与用户连接起来， 向用 户分配电能和供给电能的重要环节， 组成包括配电变电站， 高低压配电线路和接户线在内的 整个配电网和设备常用的几个重要指标1 .供电可靠率供电可靠率=1用户平均停电时间统计期间总时间)X 100%2 .网损率网损率电力网电能损耗量 总供电量X100%3.电压合格率电压合格率是指电力系统某点电压在统计时间内电压合格的时间占总时间的百分比。电压合格率有日电压合格率、月电压合格率和年电压合格率之分。电压系统负荷按供电的可靠性划分一类负荷（亦称一级负荷）二类负荷（亦称二级负荷）三类负荷（亦称三级负荷）负荷曲线：描述某一段时间内用电负荷的大小随时间变化规律的曲线日负荷曲线 是描述一天24h负荷变化情况的曲线，分为日有功负荷曲线和日无功负荷曲线。日负荷曲线对电力系统的规划设计和运行十分有用，它是安排日发电计划、 确定各发电厂发电任务和系统运行方式以及计算用户日用电量等的重要依据。年负荷曲线 是描述一年内每月（或每日）最大有功负荷随时间变化情况的曲线，分为年最大负荷曲线和年持续负荷曲线。年最大负荷曲线 是描述一年内每月（或每日）最大有功负荷随时间变化情况的曲线。年持续负荷曲线 是按一年内系统负荷数值的大小及其持续小时数依次由大到小排列绘制而成的曲线。这种曲线可用来安排发电计划及进行可靠性估计。如果用户始终保持最大负荷pm,、运行，经过Tmax时间后所消耗的电能恰好等于全年A 1 8760的实际耗电量，则称T为年最大负荷利用小时数，即 T =Pdt| m ax 2| m axpm ax pm ax 0年最大负荷利用小时数的大小，在一定程度上反映了实际负荷在一年内的变化程度。消弧线圈的作用及其使用范围：当发生单相接地故障时，接地故障与消弧线圈构成另一个回路，接地故障相接地电流中增加了一个感性电流，和装设消弧线圈前的容性电流方向相反，相互补偿较少了接地故障点的故障电流，使电弧易于自行熄灭， 从而避免引起各种危害，提高了供电可靠性，范围：3-6kv电力网30A, 10kv电力网20A, 35-60kv电力网10A消弧线圈一般运行在过补偿状态原因：在过补偿方式下，即使电力网运行方式改变，也不会发展成为全补偿方式，致使电力网发生谐振，同事，由于消弧线圈有一定的裕度，今 后电力网发展线路增多，对地电容增加后，原有消弧线圈还可以继续使用。第四章设备工作接地与保护接地第一节概述工作接地为了保证电气设备在正常或发生故障情况下可靠工作而采取的接地。工作接地一般都是通过电气设备的中性点来实现的，所以又称为电力系统中性点接地。保护接地为了保证工作人员接触时的人身安全，将一切正常工作时不带电而在绝缘损坏时可能带电的金属部分接地，称为保护接地。保护接零在中性点直接接地的低压电力网中，把电气设备的外壳与接地中性线（也称零线）直接连接，以实现对人身安全的保护作用，称为保护接零（或简称接零）c防雷接地为了防止雷击和过电压对电气设备及人身造成危害，必须将强大的雷电 流安全导入大地，以此为目的的接地称为防雷接地，也称过电压保护接地。防静电接地 为消除生产过程中产生的静电积累引起触电或爆炸而设置的接地称为防静电接地。第二节 工作接地（中性点接地）我国电力系统的 中性点接地方式主要有四种 ，即中性点不接地（中性点绝缘） 、经消弧线圈接地、 中性点直接接地和经电阻接地。 根据电力系统中发生单相接地故障时接地故障电流的大小， 可将 中性点接地的方式分为两类： 一类是小电流接地系统， 包括中性点不接地和经消弧线圈接地; 另一类为大电流接地系统，包括中性点直接接地和经电阻接地。电力系统中性点经消弧线圈接地时，有三种补偿方式 ，即 全补偿方式、欠补偿方式和过补偿方式。若选择消弧线圈的电感时，使得 I L = IC,则接地电容电流将全部被补偿，接地故障点电流为零， 此即全补偿方式。 采用全补偿方式使接地电流为零似乎很理想， 但实际上此时容抗等级感抗， 系统会发生串联谐振， 产生很大的谐振电流， 并在消弧线圈的阻抗上形成很高的电压降，使中性点的对地电位大为升高，可能会损坏设备的绝缘。若I L VI C ，则接地故障点有未被补偿的电容电流流过，这种补偿方式称为欠补偿方式。采用欠补 偿方式时， 当电力网运行方式改变而切除部分线路时， 整个电力网对地电容抗将减小， 有可能发展为全补偿方式，导致电力网发生谐振， 危及系统安全运行； 此外，欠补偿方式容易引 起铁磁谐振过电压等其他问题，所以很少被采用。若 IL > IC,则接地故障点有剩余的电感电流流过， 这种补偿方式称为过补偿方式。 在过补偿方式下， 即使电力网运行方式改变而切除部分线路时， 也不会发展成为全补偿方式， 致使电力网发送谐振。同时，由于消弧线圈有一点的裕度，今后电力网发展， 线路增多、对地电容增加后， 原有消弧线圈还可以继续使用。因此， 实际上大多采用过补偿方式。保护接地与接零方式混用的危害及中性线重复接地的必要性如果同时采用了接地和接零两种保护方式，若实行保护接地的设备发生故障，则中性线的对地低呀压将会升高到电源相电压的一半或更高。这时，实行保护接零的所有设备上，便会带有统样的高电位， 使设备外壳等金属部分将呈现较高的对地电压， 从而危及操作人员的安全。所以同一低压配电系统内，保护接地与保护接零这两种不同的方式一定不能混用。在中性点直接接地的低压配电系统中，为确保接零保护方式的安全可靠，防止中性线断线所造成的危害， 系统中除了工作接地外， 还必须在整个中性线的其他部位再行接地， 称 之为重复接地。 当中性点直接接地的低压配电系统实行重复接地后， 可保证在万一出现中性线断线的情况下，配电系统的保护方式可以从保护接零的TN方式转化为保护接地的TT方式，从而减轻触点的危险程度。保护接地方式及其作用： 1 IT 接地 ，通过降低接地电阻Re 以及限制设备外壳接地电压Ue的值2 TT接地通过接地电流使回路的过电流装置动作而切断故障电路3TN接地一般情况下使熔断器熔断或自动开关跳闸，从而切断电源保障人生安全。单元接线双母线带旁路母线接线QF2-专用旁路断路器；QS1、QS2-旁路隔离开关；W3-旁路母线第五章电压、功率及电能损耗的计算 工程上常用的几个计算量1 .电压降落指网络元件首、末端电压的相量差（ U 1-U 2）Ui 22 .电压损耗指网络兀件首、 末端电压的数值差 （U一U2）电压损耗=3x100%Un3 .电压偏移指网络中某点的实际电压值与网络额定电压的数值差（ U Un）电压偏移常以百分比值表示，即电压偏移二U一UN X 100%Un4 .输电效率指线路末端输出的有功功率P2与线路首端输入的有功功率P,的比值，常以百分值表示，即输电效率=艮 100%P1中枢点是指那些反映系统电压水平的主要发电厂或枢纽变电站的母线，系统中大部分负荷 由这些节点供电。1 .逆调压 高峰负荷时升高电压（UN ）、低谷负荷时降低电压（UN）的中枢点电压调整方式，称为逆调压。这种方式适用于中枢点供电线路长，负荷变化范围较大的场合。2 .顺调压高峰负荷时允许中枢点电压略低（ U N ）、低谷负荷时允许中枢点电压略高(Un)。3 .常调压在任何负荷下都保持中枢点电压为基本不变的数值，取（） U N第六章短路故障分析与计算短路所谓“短路”就是电力系统中一切不正常的相与相之间或相与地之间发生通路的情况。短路的四种类型三相短路、两相短路、单相接地短路、两相接地短路尸4/古尸4/古有名值（任意单位）不 小=基准值（与有名值同单位）序阻抗：元件三相参数对称时， 元件两端某一序的电压降与通过该元件同一序电流的比值。