电力系统与电气设备概论考试资料.doc

电力系统与电气设备概论第一章1、 电是什么时候被发现的？第一台电动机，第一台计算机是什么时候被发明的？答；（1）远在2500多年前，古希腊人就发现用毛皮磨擦过的琥珀能吸引一些像绒毛、麦杆等一些轻小的东西，他们把这种现象称作“电”。 公元1600年，英国医生吉尔伯特（15441603）做了多年的实验，发现了“电力”，“电吸引”等许多现象，并最先使用了“电力”、“电吸引”等专用术语，因此许多人称他是电学研究之父。（2）1821年英国科学家法拉第首先证明可以把电力转变为旋转运动。1834 德国 雅可比 发明直流发动机 1888 南斯拉夫裔美国 特斯拉 发明了交流电动机1946年2月14日，世界上第一台电脑ENIAC在美国宾夕法尼亚大学诞生。2、 电磁学的基本定律有哪些？答；基尔霍夫电流、电压定律；磁场连续性定律，安培环路定理，磁路欧姆定律；电磁感应定律，3、 电有哪些特点？答；电视看不见摸不着的；流动的；和其他形式的能源可以方便的转换；目前不能大量储存；传播速度是按光速传播的；有直流和交流两种形式。1、 发电机在某一时刻发出的电能，经过输电线路立刻送给了用电设备，二用电设备立刻又转换为其他形式的能量，发电、供电、用电的全过程是在一瞬间完成的。2、 发电量随用电量的变化而变化，生产量和消费量是严格平衡的。3、 电能用户如何用电，用多少电，电网继电气设备的工作状态等都会影响系统的运行。4、 电力系统的暂态过程非常迅速，以10-310-6s计。5、 对电能质量（电压和频率）要求非常严格。6、 一旦中断供电可能给国民经济和人民生活造成重大损失。7、 电能目前还不能大量存储。4、 电有哪些用途？答；从物质上说，电子是电的物质基础。电子是原子的基本构成之一，是你的身体及由原子、分子组成的世界的基本材料之一。通常所说的电，是电场在导体中的传输，理解得最多的是电的能量形态，也就是电能。有生物电，你体内的神经活动，少不了生物电的存在。有家用电源，视不同的国家和地域，有不同的规格，通常是110V/220V-1P-50/60Hz。动力电源，驱动大型机电设备，生产设备，及交通设备等等将电能转换成其他形式的能。第二章1、电能产品的特点？答；电视看不见摸不着的；流动的；和其他形式的能源可以方便的转换；目前不能大量储存；传播速度是按光速传播的；有直流和交流两种形式。2、我国220V用户容许电压变化范围是多少？答；1）由35kV及以上电压供电的用户：5；2）由10kV及以下电压供电的高压用户和低压电力用户：7；3）低压照明用户：-10+5。3、交流电能质量指标有哪些？答；电能的质量指标主要是频率、电压和波形三项。（1）频率：对大型电力系统，频率的允许范围为50Hz0.2Hz，对中小电力系统，频率的允许范围是50Hz0.5Hz。（2）我国规定用户处的电压容许变化范围是：1）由35kV及以上电压供电的用户：5；2）由10kV及以下电压供电的高压用户和低压电力用户：7；3）低压照明用户：-10+5。（3）波形：电力系统供电电压或电流的标准波形是正弦波。4、什么事额定电压？答；额定电压指某一受电器（电动机、电灯等）、发电机和变压器等在正常运行时具有最大经济效益的电压。我国电网和用电设备的额定电压等级有220V、380V、3kV、6 kV、10 kV、35 kV、60 kV、110 kV、154 kV、220 kV、330 kV、500 kV、750 kV、1000 kV5、我国市电动力电压为380V 居民用电为220V家庭用电是220伏; 而工业用电是380伏,是三相电压; 一般工业用直流电的电压为550V。 工业实验用直流直流电的电压电的电压最高可达75万伏。 核物理实验室用直流电的电压可达75万伏以上6、 为什么长距离输电要将升高？答；根据PUI可知，当电功率一定时，电压升高，可以减小电流强度.因此，实际输送电能时是采用高压输电的方法来减小输电线中的电流强度，从而减少输电过程中电能的损耗。因此，高电压等级线路传输电能较低电压等级线路损耗小、传输距离长。 在输送一定功率及输送距离一定的前提下，电压越高，电流越小。这样可以带来如下的好处：（ 1 ）线路中流过的电流小，可以减小线路截面积，节约有色金属；（ 2 ）线路中流过的电流小，可减小线路中的功率损失和电压损失。7、 我国用户分几个级别？答；一级用户；不允许停电，否则会造成重大事故或意外。一般是重大企业、医院等地，具有多个电源，至少有两回供电电路，停电时要快速切换到其他电源； 二级负荷；停电会造成一定经济损失，社会秩序发生混乱，造成轻微的人员伤亡，有备用电源。 三级负荷；随意。第三章1、什么是中性点不接地系统？有何优缺点？中性点接地系统及其优缺点？答；中性点不接地系统：中性点对地绝缘的系统 优点：这种系统发生单相接地时，三相用电设备能正常工作，允许暂时继续运行两小时之内，因此可靠性高， 缺点：这种系统发生单相接地时，其它两条完好相对地电压升到线电压，是正常时的 倍，因此绝缘要求高，增加绝缘费用。存在保护选择性问题。中性点直接接地系统：中性点金属性接地的系统 优点：发生单相接地时，其它两完好相对地电压不升高，因此可降低绝缘费用；不存在保护选择性的问题。缺点：发生单相接地短路时，短路电流大，要迅速切除故障部分，从而使供电可靠性差。2、什么是相电压、线电压？两者关系？答；对于交流电来说，相电压就是任一相线(火线)与零线之间的电压，也就是220V。三相交流电有三个相电压：三者电压、频率相同、相互之间的相位相差120。 任意两根相线之间的电压，称为线电压，380V。三相交流电有三个相电压，所以也就有三个线电压：三个线电压的电压、频率相同，相互间的相位相差120。 线电压(3)相电压对于三相四线制的电网，三根相线中任意两根间的电压称线电压，任意一根的相线与零线间的电压称相电压，三相电压的相位相差120度，线电压是两个相的相电压的矢量和，线电压与相电压的大小关系是：线电压=根号3倍的相电压。对于市电，相电压220V，线电压是220V的根号3倍，即380V三相 对称负载接成星型时：（1）线电压等于相电压的3倍，线电压超前相电压30。（2）相电流等于线电流。三相负载接成三角形时：（1）线电压等于相电压。（2）线电流等于相电流的3倍，相位滞后对应相电流303、构成电力系统有何优缺点？答；第四章1、什么是短路？短路特征是什么？短路原因？有哪些种类？（1）电力系统短路指电力系统中相与相之间或相与地之间（中性点直接接地系统）通过电弧或其它较小阻抗而形成的一种非正常连接。（2）发生短路的原因1）电气设备载流部分绝缘损坏。如大气过电压，操作过电压，绝缘老化，机械性损伤，设计、安装、运行维护不良；2）意外事件引起的短路。如输电线路断线、倒杆、雷击等；3）人为事故。如带负荷拉开或合上隔离开关、带地线合闸、将挂地线设备投入运行等；4）异物跨接导体。如鸟兽跨接、树枝跨接等。分类；三相系统中发生的短路有 4 种基本类型：三相短路，两相短路，单相对地短路和两相对地短路。其中，除三相短路时，三相回路依旧对称，因而又称对称短路外，其余三类均属不对称短路。在中性点接地的电力网络中，以一相对地的短路故障最多，约占全部故障的90。在中性点非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路。电源短路、用电器短路 暂态短路电流、冲击短路电流、短路全电流最大有效值及稳态短路电流短路的特征：电压表读数急剧下降,电流表读数急剧上升如果没有速断保护,短路处容易产生火花,线路发热很快,容易引起火灾.有速断保护,开关马上自动断开.各个类型及其特征：1。两相短路接地，故障两相电压相等，非故障相电流为零。2。两相短路，非故障相电流为零，故障两相电压相等，电流互为相反数（即电流和为零）3。单相短路接地，三相电压和为零，三相电流相等4。三相短路，三相电压和为零，电流和为零2、为什么要研究短路？短路有和危害？答；（3）电力系统短路后的后果1）短路点电弧可能烧坏设备，甚至引起火灾；2）短路电流产生大量的热量，引起温度升高，甚至会损坏绝缘；3）短路电流在导体中产生的电动力，可能使导体发生变形，甚至损坏；4）系统电压大幅下降影响用户的供电，严重时甚至破坏电力系统的稳定；5）短路电流产生的电磁感应会干扰通讯线路，甚至危及设备和人身安全为什么研究：次暂态短路电流，是校验断路器开断能力的依据；冲击短路电流，是校验电气设备动稳定能力的依据；短路全电流最大有效值，故障切断时间小于0.1s时，检验断路器的开断能力；稳态短路电流，是短路后计算残压的依据。3、 短路计算的目的是什么？答；短路电流的目的，是为了在电气装置的设计和运行中，用来选择电气设备、选择限制短路电流的方式、设计继电保护装置和分析电网故障等。在选择线缆、断路器等设备的时候需要用到。一方面要保证设备（如电缆）在短路状况下不至于发生不可逆损坏，另一方面需要在短路状况发生时保护好下一级设备，比如配断路器或熔断器。两种目的：选择电器元器件及设备提供依据为保护整定提供依据4、 短路计算的基本假设？答；：认为在短路发生过程中，所有发电机转速和电势相位均相同，即所有发电机无摇摆现象。不考虑磁系统的饱和。短路回路各元件的感抗认定为一常数，并可用叠加原理。变压器的励磁电流略去不计。所有元件的电容略去不计，仅在超高压远距离输电时才考虑。认为三相系统是对称的。元件的电阻略去不计。但只有当短路回路中的总电阻大于总电抗的三分之一时，才考虑它。第五章1、高压断路器的作用是什么？其常见类型有哪些？答；高压断路器在电力系统中起两方面的作用：控制作用根据电网的运行需要，由高压断路器把一部分电力设备或线路投入或退出运行。保护作用当电力设备或线路发生故障时，在继电保护和自动装置的配合下，高压断路器迅速断开，切除故障，保护电力系统无故障部分正常运行。断路器按不同方式可分为以下种类：（1）按灭弧方式分：油断电路、空气断路器、六氟化硫断路器、真空断路器和磁吹断路器等。（2）按操作方式分：手动式操作断路器、电磁式操作断路器、弹簧储能式操作断路器、液压式操作断路器和气动式操作断路器等。2、隔离开关的作用是什么？答；（1）隔离电源，有明显断点；（2）改变运行方式；（3）接通和切断小电流电路3、电压互感器与电流互感器各有何作用？运行时有何特点？为什么工作时，电流互感器二次侧不能开路，而电压互感器不能短路？答；（1）电流互感器（CT）是电力系统中很重要的电力元件，作用是将一次高压侧的大电流通过交变磁通转变为二次电流供给保护、测量、录波、计度等使用电流互感器把大电流按一定比例变为小电流，提供各种仪表使用和继电保护用的电流，并将二次系统与高压隔离。它不仅保证了人身和设备的安全，也使仪表和继电器的制造简单化、标准化，提高了经济效益。电流互感器在二次侧必须有一点接地，目的是防止两侧绕组的绝缘击穿后一次高电压引入二次回路造成设备与人身伤害。同时，电流互感器也只能有一点接地，如果有两点接地，电网之间可能存在的潜电流会引起保护等设备的不正确动作。，由于潜电流IX的存在，所以流入保护装置的电流IYI，当取消多点接地后IX0，则IYI。 在一般的电流回路中都是选择在该电流回路所在的端子箱接地。但是，如果差动回路的各个比较电流都在各自的端子箱接地，有可能由于地网的分流从而影响保护的工作。所以对于差动保护，规定所有电流回路都在差动保护屏一点接地。5、 电缆和母线作为载流导体各有何特点？各在什么场合下才能表现出其优点?答；一,母线1,作用汇集,分配和传送电能2,特点裸导体装置,通过的功率大,要承受很大的动热稳定1、母线（bus line）指用高导电率的铜、铝质材料制成的，用以传输电能，具有汇集和分配电力的产品。1电站或变电站输送电能用的总导线。通过它，把发电机、变压器或整流器输出的电能输送给各个用户或其他变电所。户内、户外二,电力电缆特点:铺设在地下,结构紧凑,占用空间小,走向和布置灵 活,不影响环境,现场施工简便结构:电缆芯线:铝芯或铜芯,圆形或扇形截面绝缘层:各芯线绝缘相间绝缘芯线对比地绝缘密封护套:铅色,铅包保护层:钢带,钢丝叠加,沥青防腐层高层建筑室内电流在90-200A以上用母线.室外用电缆.l二次侧开路危害；电流互感器二次开路后有二种现象：(1)二次线圈产生很高的电动势，威胁人身设备安全。(2)造成铁芯强烈过热，烧损电流互感器。因为电流互感器二次闭合时，一次磁化力I1W1大部分被I2W2所补偿，故二次线圈电压很小。如果二次开路I2=0，则IlWl都用来做激磁用，使二次线圈产生数千伏电动势，造成人身触电事故和仪表保护装置、电流互感器二次线圈的绝缘损坏。另一方面一次绕组磁化力使铁芯磁通密度增大，造成铁芯过热最终烧坏互感器，所以不允许电流互感器二次开路。（2）电压互感器是一种把高电压变为低电压并在相位上与原来保持一定关系的仪器，它的用途是把高压按一定的比例缩小，使低压线圈能够准确的反映高压量值的变化，以解决高压测量的困难，供仪器仪表及保护装置用，此外电压互感器的二次电压均为100V，这样可使仪表及继电器标准化。电压互感器二次侧如果短路将造成电压互感器电流急剧增大过负荷而损坏，并且绝缘击穿使高压串至二次侧，影响人身安全和设备安全。处理时，应先将二次负荷尽快切除和隔离。第六章1、主接线图基本要求有哪些？答；对电气主接线的要求有：1具有供电的可靠性。2具有运行上的安全性和灵活性。3简单、操作方便。4具有建设及运行的经济性。5应考虑将来扩建的可能性。第七章1、雷电危害有哪些？答；雷电的危害体现在雷电的热效应、机械效应、过电压效应以及电磁效应。2.1 雷电的热效应雷电流在被击中物体内导致可观的焦耳热，使被击中物体内温度发生非常猛烈的上升，结果导致被击中物体燃烧或熔化。2.2 雷电的机械效应载有电流的一段孤立导体会受到沿半径方向向内的自压缩力。在导体表面磁场强度达到很大时，将会出现强烈的的机械扭曲。2.3 雷电的过电压效应地闪发生之前，空中出现雷云。由于静电感应，正对雷云下方的地面（建筑物或其它物体）会感应出异号的正电荷。如果雷云下方有大面积的金属建筑物，且对地绝缘，则在静电感应所引起的高电压作用下，金属体对其下方的某些接地物体将会造成火花放电，导致设备和人员的损坏和伤亡，还可能会引发火灾。2.4 雷电的电磁效应由于雷电流在50100微秒的时间内，从变化到几万安，再由几万安变化到，在其周围空间会产生瞬变的强电磁场。处于空间变化的强电磁场中的物体，由于电磁感应，在其内部就会产生很高的感应电动势。2、什么是伏秒特性？答；伏秒特性是将放电间隙击穿电压值与放电时间联系起来以表征间隙击穿特性的一种方法。 通过实验绘制间隙伏秒特性的方法是：保持间隙距离和冲击电压波形不变，逐渐升高电压使间隙发生击穿，记录击穿电压波形，读取击穿电压值U与击穿时间t。 间隙的伏秒特性曲线的形状与间隙中的电场分布有关。在均匀场和稍不均匀电场中，击穿时的平均场强较高，放电发展较快，放电时延较短，伏秒特性曲线平坦；在极不均匀电场中，平均击穿场强较低，放电时延较长，放电分散性大，伏秒特性曲线较为陡峭。 实际上，放电时间具有分散性，即在每级电压下可测得不同的放电时间，所以伏秒特性是具有上、下包线为界得带状区域。工程上为方便起见，通常用平均伏秒特性或50%伏秒特性曲线表征间隙的冲击击穿特性，在绝缘配合中伏秒特性具有重要的意义。3、为什么所有防雷装置要接地？4、画出单质壁垒真的保护范围？1“折线法”避雷保护计算“折线法”在电力系统又称“规程法”，即单支避雷针的保护范围是一个以避雷针为轴的折线圆锥体。L/ 620997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合标准就规定了单支避雷针的保护范围，见图。1.1避雷针在地面上保护半径的计算计算避雷针在地面上的保护半径可用公式式中：Rp保护半径;h避雷针的高度;P高度影响因数。其中，P的取值是：当h30 m，P=1;当30 m的h的纯数值;当h20 m时，只能取h=120 m。1.2被保护物高度hp水平面上保护半径的计算a)当hp0.5h时，被保护物高度hp水平面上的保护半径式中：Rp避雷针在hp水平面上的保护半径;hp被保护物的高度;ha避雷针的有效高度。b)当hphR时的计算在避雷针上取高度hp的一点代替单支避雷针针尖并作为圆心，亦可见图2。5、避雷针设置原则。(1)独立避雷针与被保护物之间应有不小于5m距离以免雷击避雷针时出现反击。独立避雷针宜设独立的接地装置，与接地网间地中距离不小于3m。(2)35kV及以下高压配电装置构架及房顶上不宜装设避雷针。装在构架上的避雷针应与接地网相连，并装设集中接地装置。 (3)变压器的门型构架上不应安装避雷针。(4)避雷针及接地装置距道路及出口距离应大于3m，否则应铺碎石或沥青面58cra厚，以保人身不受跨步电压危险。(5)严禁将架空照明线、电话线、广播线、天线等装在避雷针或构架上。(6)如在独立避雷针或构架上装设照明灯，其电源线必须使用铅皮电缆或穿人钢管，并直接埋人地中长度10m以上。第八章1、二次接线图有哪几种？答；二次接线图是将所有的二次设备（元件）用国家统一规定的图形和文字符号来表明其相互连接的电气接线图。电气接线图一般常见的有：原理图表示动作原理的接线图；安装图根据安装施工要求，将二次设备的具体位置和布线方式表示出来的图形；展开图按供电给二次回路的每一个独立电源来划分单元绘制的图形。1控制回路. 控制回路是由控制开关和控制对象(断路器,隔离开关)的传递机构及执行(或操作机构)组成的 ,其作用是对一次开关设备进行跳,合闸操作,控制回路按自动化程度可分为手动和自动控制两种.按控制距离可分为就地和距离控制两种. 按控制方式可分为分散和集中控制两种. 分散控制均为 一对一 控制,集中控制有 一对一和一对N的选线控制.按操作电源性质可分为直流和交流两种.按操作电源电压和电流大小可分为强电和弱电控制两种. 2调节回路.调节回路是指调节型自动装置,它是由测量机构.传送机构.调节器和执行机构组成的,其作用是根据一次设备运行参数的变化.实时在线调节设备的工作状态.以满足运行要求. 3继电保护和自动装置回路. 继电保护和自动装置回路.是由测量比较部分.逻辑判断部分,和执行部分组成的.其作用是自动判别一次设备的运行状态.在系统发生故障或异常运行时.自动跳开断路器.切除故障或发出故障信号,故障或异常运行状态消失后,快速投入断路器.恢复系统正常运行. 4测量回路. 测量回路是由各种测量仪表及其相关回路组成的.其作用是指示或记录一次设备的运行参数,以便运行人员掌握一次设备运行情况,它是分析电能质量.计算经济指标,了解系统主设备运行工况的主要依据, 5信号回路.信号回路是由信号发送机构.传送机构.和信号器具组成的.其