第一章电力产生和输送

第一节电力的产生第二节电力的输送和分配第三节变压器的用途和原理本章小结第1章电力的产生和输送第一节电力的产生1．电能的特点自然界的能源可分为一次能源和二次能源两类。电能的特点：（1）便于转换。（2）便于输送。（3）便于控制和测量。（4）生产、输送和使用比较经济、高效、清洁、污染少。一次能源是指自然界中现成存在的可直接利用的能源；二次能源是指由一次能源加工转换而成的能源。2．电力的生产电能与其他能量的相互转换关系。第一节电力的产生目前电力的生产主要是以下三种方式：（1）火力发电（2）水力发电通过燃料燃烧加热水，产生高温高压的蒸汽，再用蒸汽来推动汽轮机旋转并带动三相交流同步发电机发电。利用水的落差和流量去推动水轮机旋转并带动发电机发电。第一节电力的产生（3）原子能发电还有风力发电、太阳能发电、地热发电和潮汐发电等。原子能发电是利用原子核裂变时释放出来的巨大能量来加热水，产生高温高压的蒸汽推动汽轮机从而带动发电机发电。第一节电力的产生一电能的生产•1水力发电厂•定义：水电站，利用水的位能来生产电的。利用水的位能冲转水轮机，转化为机械能，水轮机又带动发电机转，做切割磁感线运动，从而产生电能•特点：建设周期长，投资大，生产简单，无污染，运行费用低•用途：发电，防洪，航运，灌溉发电机机构示意图2火力发电站•将化石能转化为机械能再转化为电能•过程中依靠燃烧化石能源燃烧产生的热能转化为电能。•缺点，燃烧一次性能源，会产生污染利用率不高3原子能发电站一、电力系统二、工业与民用供电系统第二节电力的输送和分配三、供电质量为了供电的安全连续可靠和经济，将各类发电厂的发电机、变电所、输电线、配电设备和用电设备联系起来组成一个整体，这个整体就称为电力系统，如图所示。一、电力系统第二节电力的输送和分配由于发电厂往往建立在离用电中心很远的地方，因此，必须进行远距离输电。从输电角度来讲，电压越高，则输送的距离越远，传输的容量就越大，电能的消耗也越小。但从用电角度来讲，为了人身安全和降低用电设备的制造成本，则电压低些为好。为此，大中型发电厂发出的电都要经过升压，然后由输电线送到用电区，再进行降压并分配给用户。即采用高压输电，低压配电的方式。第二节电力的输送和分配对于低压供电的用户，则不用变压，只需设置仅有变电和配电设备的配电所就行了，系统如图。第二节电力的输送和分配1．小型工业与民用建筑设施的供电小型工业与民用建筑设施的供电，一般只需设立一个简单的降压变电所，供电系统如图所示。二、工业与民用供电系统第二节电力的输送和分配2．中型工业与民用建筑设施的供电中型工业与民用建筑设施的供电，一般电源进线维610kV，经高压配电所，再由610kV配电线路将电能送到各建筑物的变电所，降为380V/220V低压，供给用电设备，如图。第二节电力的输送和分配3．大型工业与民用建筑设施的供电大型工业与民用建筑设施的供电，电源进线一般为35kV或以上，第一次降压为610kV，然后用配电线路送到各用电点的变电所，再降为380V/220V电压，也有35kV直接降为低压的，如图所示。第二节电力的输送和分配供电质量包括供电的可靠性、电压质量、频率质量及电压波形质量等方面。1．供电的可靠性供电的可靠性用事故停电到恢复供电所需时间的长短来反映。电力负荷通常分为三类：（1）一类负荷是指当停电时将产生大量废品，减产或造成公共场所秩序严重混乱的部门，一般采用两个独立的电源系统供电。三、供电质量第二节电力的输送和分配（2）二类负荷是指停电时可能引起人身伤亡、造成重大政治影响、设置损坏、产生事故或混乱的场所，一般由两路电源线进行供电。（3）三类负荷是指不属于上述第一、二类负荷的用户，其供电方式一般为单路。第二节电力的输送和分配2．电压质量国家规定：35kV及以上供电电压允许偏差为±10%，10kV及以下的供电电压允许偏差为±7%，220V单相供电允许偏差为+5%-10%。我国交流电力设备的额定频率为50Hz，频率偏差一般不超过±0.5Hz。若电力系统容量达3000MW以上时，频率偏差不得超过±0.2Hz。3．频率质量第二节电力的输送和分配4．电压波形质量由于大型晶闸管整流装置及一些新零件的使用，导致供电系统中电流、电压波形发生变化，使其他用电设备损耗增大、寿命缩短，过大的畸变还会影响一些电气设备正常工作。第二节电力的输送和分配一、变压器的用途第三节变压器的用途和原理二、变压器的基本结构三、变压器的基本原理四、变压器的空载运行和变压比五、变压器的负载运行和变流比六、变压器的外特性七、变压器的效率变压器按照用途主要分为以下几类：一、变压器的用途1．电力变压器变压器最主要的用途是作为输、配电用的电力变压器。第三节变压器的用途和原理发电厂发出的电能被输送到用户要通过很长的输电线，在输送功率和负载功率因数一定时，输电线路上的电压U越高，则电流I就越小，这就减小输电线的截面积，节约线材，而且减小输电线路的功率损耗。促使输电线路的电压由高压向超高压和特高压不断升级。第三节变压器的用途和原理2．特种变压器是指在特殊场合使用和特别用途的变压器，例如电焊机变压器、电炉变压器、控制变压器、整流变压器、自耦变压器等。第三节变压器的用途和原理3．仪用变压器用于仪表测量技术中，如电流互感器、电压互感器等。4．其他变压器如高压变压器、脉冲变压器等。第三节变压器的用途和原理变压器是由铁心和绕组两部分组成。1．铁心铁心构成电磁感应所需要的磁路。为了减少涡流损耗，铁心通常用磁导率高而又互相绝缘的硅钢片相叠合而成。二、变压器的基本结构第三节变压器的用途和原理2．绕组变压器的绕组用绝缘良好的漆包线、纱包线或丝包线绕成。变压器工作时与负载相互连接的绕组称为二次绕组（或副边绕组），与电源连接的绕组称为一次绕组（或原边绕组）。一次和二次绕组的匝数一般分别记为N1和N2。第三节变压器的用途和原理变压器一次和二次的电压的有效值分别记为U1和U2，电流有效值分别记为I1和I2。第三节变压器的用途和原理1．电磁感应图示电路，接上正弦波电压，则线圈中将产生正弦波电流，同时在铁心中有正弦交变磁通穿过绕组，所以二次绕组中产生感应电动势、感应电流，灯泡发出暗光。说明：交流电流产生交变磁场，交变磁场感应出交变电压。三、变压器的基本原理第三节变压器的用途和原理2．理想变压器如果认为变压器采用的铁心是强磁性体，并且无损耗，那么变压器可以看成是理想变压器。强磁性体：就是流经一次绕组所产生的磁通全部跟二次绕组链合。对于理想变压器，以下关系成立(电压与绕组匝数成正比)（电流与绕组匝数成反比）2121nnUU1221nnII第三节变压器的用途和原理绕组中每匝中感应的电压相等，因为每匝都与同一交变磁场耦合。变压器二次绕组的匝数越多，则二次电压就越大。同理，变压器一次侧每匝电压是相同的。如果变压器的一次、二次与同一磁场相耦合，则一次、二次每匝上的电压将相等。即二次对一次的电压比与二次对一次的匝数比相等。即1212::nnUU四、变压器的空载运行和变压比第三节变压器的用途和原理理想变压器在带负载的情况下运行，其内部不消耗功率，输入变压器的功率全部消耗在负载上，即：五、变压器的负载运行和变流比2211IUIU变压器一次、二次电流比恒等于变压器一次、二次匝数比的倒数。第三节变压器的用途和原理KnnUUII1121221变压器运行时，改变负载就会影响二次输出电压与电流的大小。在变压器负载阻抗Z2改变时，二次电压与二次电流之间的关系称为变压器的外特性。二次的额定电压U20：在变压器一次接入额定电压、二次侧开路时的开路电压。U2N=U20变压器的二次接入负载后，有电流输出，二次绕组产生压降，输出电压变为U2，变压器二次输出电压U2随输出电流I2改变的关系称为变压器的外特性。不同用途的变压器具有不同的外特性。六、变压器的外特性第三节变压器的用途和原理变压器的外特性：一般电力变压器（如工厂动力用变压器，居民照明用变压器），电压变化率小于5%～10%。%100%222N-NUUUU通常是在一次电压U1，负载功率因数cos2为定的条件下测试出来。变压器次级输出电压U2随输出电流I2的增加而减小，从空载时的电压U2N到电流达到额定值I2N时，次级电压降为U2，变化的程度用电压变化率表示：第三节变压器的用途和原理变压器工作时，要有功率损耗，造成变压器的输出功率Pi小于输入功率Po。变压器的损耗包括：铜损和铁损。1．铜损是因变压器绕组的铜线有一定量的电阻而产生的，电流通过一次、二次绕组要产生热量而损失电能。2．铁损是铁心发热而产生的。变压器的效率是其输出有功功率Po与其输入有功功率Pi的比值，一般用字母表示。=Po/Pi七、变压器的效率第三节变压器的用途和原理1．电能具有便于转换、便于输送、便于控制和测量等几个方面的特点。本章小结2．目前电力生产的主要方式是火力发电、水力发电和原子能发电三种。3．电力系统由发电厂、变电所、电力网和电能用户组成。发电厂发出的电压经升压变压器升压后，由高压输电网输送到用电区域；再经一次、二次降压变压器降压，然后送到用电户，再分配给低压用电设备使用。我国的一般工业和民用电为50HZ、220V或380V交流电。4．供电质量包括供电的可靠性、电压质量、频率质量及电压波形质量等四个方面。5．电力负荷通常分为三类，分类等级越高，对供电系统的可靠性、稳定性的要求就越高。6．变压器按照用途主要分为电力变压器、仪用互感器、特种变压器和其他用途的变压器等几类。7．铁心和绕组（线圈）是变压器最基本的组成部分。铁心构成变压器的磁路;绕组分为一次绕组和二次绕组。本章小结