電力系統簡介

電力系統簡介1.概述由于電能也不能大量儲存，電能的生產、傳輸、分配和使用就必須在同一時間內完成。這就需要將發(fā)電廠發(fā)出的電能通過輸電線路、配電線路和變電所配送，將發(fā)電廠和用電設備連接在一起有機地聯成一個“整體”。我們將這個由發(fā)電、送電、變電、配電和用電五個環(huán)節(jié)組成的“整體”稱為電力系統

圖1電力系統示意圖火力發(fā)電廠110kV220kV330kV500kV一次降壓變電站35kV二次電壓變電站10kV10kV工廠變壓器臺220V住宅380V/220V

發(fā)電廠是實現把其他形式的能源轉化成電能的場所。現在我國的發(fā)電廠主要有火力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠、核能發(fā)電廠等。2.發(fā)電廠

此外，還有利用地熱資源、再生資源（太陽光能，太陽熱，風力，潮汐，波浪，海流等）其他形式的能源進行發(fā)電。根據電廠容量大小及其供電范圍發(fā)電廠可分為區(qū)域性發(fā)電廠，地方性發(fā)電廠和自備電廠等

各種發(fā)電廠的發(fā)電機發(fā)出的電是對稱的三相正弦交流電(有效值相等、相位差分別相差120°、三相電壓為eu、

ev、

ew，

如下圖所示)，其電壓等級主要有10.5kV,13.8kV,15.75kV,18kV等，頻率則為50HZ。

發(fā)電機輸電線3.電力網電力系統中連接發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)稱為電力網，它由各種電壓等級的輸配電線路和變電所組成。電力網按其功能可分為輸電網和配電網。

輸電網是電力系統的主網，它是由35kV及以上的輸電線和變電所組成

配電網是由10kV及其以下的配電線路和配電變壓器組成

電力網的電壓等級高壓：1kV及以上的電壓稱為高壓。1,3,6,10,35,110,330,500kV等。低壓：1kV以下的電壓稱為低壓，有220，380V。安全電壓：50V以下，有42V、36V、24V、12V、6V。(1)輸電線路

電力輸送設備是由輸電線路、變電站和配電線路等組成。輸送電能通常采用三相三線制交流輸電方式。

采用高壓、超高壓遠距離輸電是各國普遍采用的途徑。目前我國常用的輸電電壓等級有35kV，110kV，220kV，330kV，500kV等多種。輸電過程中,一般將發(fā)電機組發(fā)出的6~10kV電壓經升壓變壓器變?yōu)?5~500kV高壓，再利用降壓變壓起將35kV高壓變?yōu)?~10kV高壓。通過輸電線可遠距離將電能傳送到各用戶.(2)變電所變電所有升壓變電所與降壓變電所之分。

根據供電的范圍不同，變電所可分為一次（樞紐）變電所和二次變電所。一次變電所是從110kV以上的輸電網受電，將電壓降到35kV—110kV，供給一個大的區(qū)域用電。二次變電所，大多數從35—110V輸電網絡受電，將電壓降到6—10kV，向較小范圍供電。

(3)配電線路

配電的作用是將電能分配到各類用戶。常用的配電電壓有10kV或6kV高壓和380/220V低壓。由10kV或6kV高壓供電的用戶稱為高壓用戶。由380/220V低壓供電的用戶稱為低壓用戶低壓配電線路是指經配電變壓器，將高壓10kV降低到380/220V等級的線路。4.用戶第一類負荷:指中斷供電將造成人身傷亡者、重大的政治影響、重大的經濟損失或公共場所秩序嚴重混亂的負荷。對第一類負荷應有兩個或以上獨立電源供電

第二類負荷:指中斷供電將造較大的經濟損失（如大量產品報廢）或造成公共場所秩序混亂的負荷（如大型體育場館、劇場等）。對第二類負荷盡可能要有兩個獨立的電源供電

第三類負荷:不屬于一、二類電力負荷者是三類負荷。三類負荷對供電沒有什么特別要求，可以非連續(xù)性地供電，如小市鎮(zhèn)公共用電、機修車間等，通常用一個電源供電

在三相交流電力系統中，作為供電電源的發(fā)電機和變壓器的三相繞組的接法通常采用星形聯接方式。當從中性點引出中性線時，就形成了三相四線制系統。常見的低壓供電系統相線與相線既兩根火線之間的電壓稱為線電壓。相線與中性線之間的電壓為相電壓。UVWOU相U線相線（火線）相線（火線）相線（火線）中性線三相三線制系統

當發(fā)電機（或變壓器）的繞組接成星形接法，但不引出中性線時，就形成了三相三線制系統。UVWOU線相線（火線）相線（火線）相線（火線）

這種接法只能提供一種電壓，即線電壓。

負載如何與電源連接，必須根據其額定電壓而定。如果負載的額定電壓不等于電源電壓，則必須用變壓器。

對于家庭用電和動力用電相混合的地區(qū)，一般采用采用相電壓為220V，線電壓為380V接線的三相四線制配電。

三相五線制系統

由于運行和安全的需要,我國的380/220V低壓供配電系統廣泛采用電源中性點直接接地的運行方式（這種接地方式稱為工作接地），同時還引出中性線(N)和保護線（PE），形成三相五線制系統，國際上稱為TN-S系統

低壓配電線路低壓配電線路是指經配電變壓器，將高壓10kV降低到380/220V等級的線路。從車間變電所（配電室）到用電設備的線路就屬于低壓配電線路。對于深圳市，配電變壓器高壓電源統一為10kV。

一套典型的低壓配電系統設備主要包括計量柜、進線柜、聯絡柜、電容補償柜、出線柜等。

配電變壓器將10kV電壓降壓為380/220V，經過計量柜送至進線柜，再由出線柜分別送到各用戶。當配電變壓器停電或發(fā)生故障時，通過聯絡柜可將另外一路備用電源投入使用

一個典型的低壓配電系統接線圖

放射式配電線路可靠性好，但投資費用高。樹干式配電線路敷設費用低廉，靈活性大，所以它得到廣泛的應用。

變電所配電室放射式配電線路變電所配電室樹干式配電線路低壓配電線路的聯接方式主要是放射式和樹干式兩種。第一章電工基礎知識第一節(jié)電的基本概念一、電名稱的來歷與實質電這個名稱來源于古希臘語“琥珀”一詞。ELECTRICAM

ELECTRICITY

－電

電與磁(一)電名稱的來歷

(二)電究竟是什么電是物質運動的一種形式。

電是一種能量，也常稱作電能。電是二次能源。一、電名稱的來歷與實質原子結構示意圖二、電的類型及其傳導(一)電的類型靜電

是由于受摩擦力等外力作用，使兩種相關物體發(fā)生了自由電子的得失(呈現了帶不同電荷的狀態(tài))而產生的。這樣的電，由于它不能在帶電物體內“流動”，故稱靜電。

動電

是使電能夠按照人們的意愿、在規(guī)定的通路內“流動”的一種電。二、電的類型及其傳導硫酸伏打電池電流的方向正電荷運動的方向為電流的正方向動電的類型直流電凡電流方向不隨時間改變的電稱為直流電。

恒穩(wěn)直流電脈動直流電

交流電

電流的方向隨時間發(fā)生周期性交替變化的則稱為交流電。

單相交流電三相交流電二、電的類型及其傳導

tTut

ttU,i(二)電的傳導

電流大量自由電子的有規(guī)則地定向移動才形成了電流，同時實現了電(能)的傳送。電的傳送速度

300000公里/秒（km/s）二、電的類型及其傳導三、人類對電的探索與認識

四、電力的應用和電能優(yōu)越性

(一)電力應用技術的初期發(fā)展

(二)電能的優(yōu)越性

(1)易于生產。

(2)便于傳輸。

(3)使用方便。

(4)利用率高。

(5)沒有污染。五、電荷、電壓與電流

(一)電荷與電位

電荷是帶電的物質基本微粒。電子是它的最小單元，一個電子所帶的電荷為1.9×10-10C。電荷是客觀存在的一種物質，既不能創(chuàng)造，也不會消滅。在它周圍還同時客觀地存在著一個能顯示出電性能(電作用)的空間范圍，這個空間范圍稱為電場。

電位

是從能量的角度來描述電場的另一個物理量，單位是V(伏)。某一點的電位，在數值上等于單位正電荷(也稱點電荷)在該點所具有的電位能。某一點的電位，是指該點相對于電位參考零點(即零電位點)而言的電位差。因此電位是相對的。

五、電荷、電壓與電流五、電荷、電壓與電流

(二)電壓與電動勢

電壓電場中或電路里任意兩點之間的電位差叫電壓。其方向由高電位到低電位即電位降低的方向，單位為V(伏)。電動勢與電壓是兩個不可混淆的概念。外力將單位正電荷從電源負極經電源內電路定向地移到電源正極所做的功，稱為電動勢。電動勢的單位與電壓一樣，也是V(伏)。

(三)電流及其產生的條件

電流強度是指單位時間內通過導體某一橫截面的電荷，也常簡稱為電流。單位為A(安)。習慣上把正電荷運動的方向規(guī)定為電流強度的方向。

五、電荷、電壓與電流

產生電流的條件有兩個：一是電路中必須存在不為零的電動勢，即電路兩端要存在一定的電壓；

二是電路必須成為閉合回路。五、電荷、電壓與電流

六、電阻、半導體和電工基礎

(一)電阻及電阻率

電阻物體對電流通過時所呈現的阻力叫電阻。單位是Ω(歐)。任何材料的電阻值都是與其長度l(m)及材質的電阻率成正比，而與材料的(均勻)截面積成反比。具體可表達為電導電阻的倒數為電導，可以將它理解為導體對電流通過時的引導能力，單位是S(西[門子])。電阻率是指長度為1m、均勻截面積為1mm2。物體所具有的電阻值。也稱為電阻系數，用

ρ表示，單位為Ω·mm2/m(或Ω·m及Ω·cm)。如常用金屬材料的ρ值分別為：銅O.0175，鋁0.029（Ω·mm2/m）等。

六、電阻、半導體和電工基礎

導體凡電阻率在10-6～10-8Ω

·cm范圍內，因含有大量能夠在電場力作用下自由移動的帶電粒子(自由電子或正、負離子)，故而能很好地傳導電流的物體，常稱作導體或良導體。如各種金屬、碳棒、石墨及電解液等。絕緣體若電阻率在108～1020Ω·cm范圍內，導電性能很差或極差，可認為在一般溫度下幾乎不導電的物體，叫作絕緣體或電介質。如空氣、膠木、橡膠、干木頭及純凈的水等。

六、電阻、半導體和電工基礎

六、電阻、半導體和電工基礎(二)半導體的特性和用途

半導體電性能介于導體與絕緣體之間，且外界條件變化時其導電性能也會隨之發(fā)生較顯著變化的物體，稱為半導體。其電阻率常在10-3～108Ω

·cm范圍內。

屬于半導體的材料有鍺、硅、硒以及大多數金屬氧化物等，它們通常呈晶體狀結構。分為N型半導體和P型半導體兩大類。

(三)電工基礎研究什么

電路

由元件、導線及控制元件組成元件

兩種電源元件，即電流源與電壓源及三種耗能或儲能元件，即電阻、電感與電容。

參變量（參數）電流電壓與電動勢

電工基礎主要就是研究由電源、儲能與耗能元件所組成的各種不同電路及電流、電壓與電動勢這三種參變量之間相互關系的一門學科。

六、電阻、半導體和電工基礎第二節(jié)直流電路

一、電路及其斷開與短接(一)電路及其組成電路電流所經過的路徑稱為電路。閉合回路

電路一般包括四個主要部分，即電源、負載、控制設備與連接導線一、電路及其斷開與短接電池燈泡開關EIRU+_負載電源控制設備直流電路交流電路內電路外電路線性電路非線性電路一、電路及其斷開與短接(二)斷路或短路的危害斷路在閉合電路中的某一部分發(fā)生了斷開現象，從而使電流不能導通的狀態(tài)稱斷路狀態(tài)，簡稱斷路。短路由電源通向用電設備(也稱用電負載或負荷，常簡稱負載)的導線，若不經過負載(或負載近似為零)而相互直接連通短接的狀態(tài)稱短路狀態(tài)，簡稱短路。

一、電路及其斷開與短接二、電路的串并聯電路的串聯與并聯電路的串聯(1)電源串聯

E=E1+E2+…I=I1=I2+…+－ER(2)電阻串聯

RR1R3R2U1U2U3UU＋－＋－II串聯電路的特點

I=I1=I2=I3U=U1+U2+U3R=R1+R2+R3電路的并聯

(1)電源并聯

E=E1=E2=…I=I1+I2+…＋－REII1I2I3(2)電阻并聯

并聯電路的特點U=U1=U2=U3I=I1+I2+I3－IRU＋－R3R1R2I3I2I1U+I兩個電阻并聯時三、歐姆定律1、部分電路的歐姆定律2、全電路歐姆定律RIIr0IEU＋－物理電量的正方向四、電功率與焦耳定律

(一)電功與電功率

電功當直流電通過負載(或交流電通過電阻負載)時，電能便轉換成其他形式的能量，此時稱電流做了功。電流所做的功叫電功。單位為瓦·秒（W·s）、焦爾（J）、千瓦時（kW·h）電功率單位時間內所做的功叫功率，電流在單位時間里所做的功，稱電功率。單位為瓦（W）、千瓦（kW）

四、電功率與焦耳定律

(二)焦耳定律

電的熱效應

焦耳定律

電流通過導體時所產生的熱量大小，與該導體的電阻、通電時間以及電流強度的平方三者成正比。Q＝I2Rt(J)

四、電功率與焦耳定律

第三節(jié)電與磁的關系

一、磁力線特性和電磁感應

(一)磁場和磁力線的特性

磁性磁極磁場磁力線

一、磁力線特性和電磁感應地球磁場

一、磁力線特性和電磁感應條形磁鐵的磁力線分布

(二)電與磁的同一性及電磁感應

一、磁力線特性和電磁感應二、磁感應強度及磁滯與渦流

磁感應強度通過與磁場方向相垂直的單位面積內的磁力線數目，叫做磁通量密度或磁感應強度，用B

表示，單位為特斯拉(1T=10000Gs)。磁滯磁滯損耗渦流渦流損耗二、磁感應強度及磁滯與渦流

(a)(b)鐵芯中的渦流

(a)整塊鐵芯中的渦流；(b)用硅鋼片造成的鐵芯中的渦流

鐵芯中的渦流三、右旋定則、左手定則

和右手定則

(一)判定磁場方向的右旋定則

安培定則（右手螺旋法則）

直導體所生磁場方向

三、右旋定則、左手定則

和右手定則

螺線管所生磁場方向

(二)判定受力方向的左手定則

左手定則(也稱電動機定則)

三、右旋定則、左手定則和右手定則

左手定則判定電流受力方向

(三)判定感生電勢方向的右手定則

右手定則(也稱發(fā)電機定則)

三、右旋定則、左手定則

和右手定則

右手定則判定感應電動勢方向

四、愣次定律

楞次定律當通過線圈的磁通量發(fā)生變化時，線圈內感生電流(由感應電動勢產生)所產生的磁場，總是力圖對抗引起感應的原有磁場的變化。感生電流的方向用右手定則判定。四、愣次定律五、自感、互感及線圈同名端

(一)自感和互感

自感電動勢

自感現象

自感系數簡稱自感或電感，常用

L

表示，單位為亨利(簡寫亨)，用H代表。

互感電動勢互感現象互感系數簡稱互感，互感常用M表示，單位也為H。

(二)線圈的同名端

五、自感、互感及線圈同名端

六、集膚效應及其產生的原因

集膚效應(或趨膚效應，有時也稱趨表效應)

第四節(jié)交流電路

一、交流電三要素及波形圖

(一)交流電的三要素

交流電路含交流電源的電路稱交流電路，其特征是電路內的電動勢、電壓與電流是隨時都在交變的。大小和方向均隨時間作周期性變化的電流叫交流電，常用AC表示(方向不隨時間變化的電流稱直流電，常用DC表示)。一般交流發(fā)電機所發(fā)出的都為正弦交流電，它隨時間按正弦規(guī)律作周期性交變。

一、交流電三要素及波形圖最大值(或有效值)、頻率(或周期)、以及初相位(角)這三個物理量，便稱作交流電的三要素。

(二)交流電的量值與變化快慢

i

=Imsin（ωt＋）(1)最大值

Im(2)有效值

Im

(3)平均值

Im周期

T

秒（s）頻率

f

赫茲（Hz）電角頻率

ω

弧度/秒(rad/s)

ω＝2π/T＝2πf工頻，是指工業(yè)用交流電的頻率。目前世界上一般有50Hz與60Hz兩種，我國統一規(guī)定采用50Hz。日常所說的工頻交流，就是指頻率為50Hz的交流電。

一、交流電三要素及波形圖360°＝2π弧度Tut*電網頻率：

中國

50Hz

美國

、日本

60Hz小常識*有線通訊頻率：300-5000Hz

*無線通訊頻率：

30kHz-3×104MHz一、交流電三要素及波形圖正弦交流電波形二、相的概念及相位與相位差

(一)相位、初相及相位差

U=Umsin（ωt＋）U為交流電壓瞬時值，Um為最大值，其后部分為正弦函數值。在不同的時間t就有不同的ωt＋

，繼而也便有不同的U值。故ωt＋納稱該交變電壓的相位。當t=0(即時間為零)時，相位(角)為

，稱為初相位，也稱初相角，簡稱初相。

相位差亦稱相角差或者相差。它是兩個同頻率交流量(可以是電動勢、電壓、電流)之間的相位差值，也就是它們初相的差值。二、相的概念及相位與相位差

二、相的概念及相位與相位差

電流落后于電壓角(相位差)

三、感抗和容抗

(一)感抗

交流電通過電感線圈時所受到的阻礙力量，即是所謂感抗，用XL表示，單位為歐姆（Ω）。

XL＝ωL＝2πfL電感(線圈)為儲能元件。電感是線圈自身所具有的一種固有特性。線圈中的電流變化時，便會產生(自)感應電動勢。電感的單位有亨(H)、毫亨(mH)、微亨(pH)。

(二)容抗

交流電可以通過電容，但通過時會受到一定的阻礙力量。這種阻力即稱容抗，用Xc表示，單位也是歐(Ω)。Xc＝1/ωC＝1/2πfC

電容用C表示，單位為法拉(F)。實用中常用微法(μF)或皮法(pF)，1F＝106μF＝1012pF。

三、感抗和容抗

四、阻抗及阻抗三角形

負載在交流電路中所呈現的阻礙作用，除了電阻（R）外，還有電感（L）和電容（C）對交流電起阻礙作用，稱作阻抗(常用Z表示)。電抗X＝XL＋(-XC)＝XL-XC

(Ω