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电气技术第一章电力系统基本知识一、电力系统的构成 一个完整的电力系统由分布各地的各种类型的发电厂、升压和降压变电所、输电线路及电力用户组成，它们分别完成电能的生产、电压变换、电能的输配及使用。 二、电力网、电力系统和动力系统的划分 电力网：由输电设备、变电设备和配电设备组成的网络。 电力系统：在电力网的基础上加上发电设备。 动力系统：在电力系统的基础上，把发电厂的动力部分（例如火力发电厂的锅炉、汽轮机和水力发电厂的水库、水轮机以及核动力发电厂的反应堆等）包含在内的系统。 三、电力系统的额定电压电网电压是有等级的，电网的额定电压等级是根据国民经济发展的需要、技术经济的合理性以及电气设备的制造水平等因素，经全面分析论证，由国家统一制定和颁布的。 我们国家电力系统的电压等级有220/380V、3 kV、6 kV、10 kV、20 kV、35 kV、66 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV。随着标准化的要求越来越高，3 kV、6 kV、20 kV、66 kV也很少使用。供电系统以10 kV、35 kV、为主。输配电系统以110 kV以上为主。发电机过去有6 kV与10 kV两种，现在以10 kV为主，低压用户均是220/380V。用电设备的额定电压和电网的额定电压一致。实际上，由于电网中有电压损失，致使各点实际电压偏离额定值，为了保证用电设备的良好运行，显然，用电设备应具有比电网电压允许偏差更宽的正常工作电压范围。发电机的额定电压一般比同级电网额定电压要高出5%，用于补偿电网上的电压损失。 四、供电质量 决定用户供电质量的指标为电压、频率和可靠性。 1电压 理想的供电电压应该是幅值恒为额定值的三相对称正弦电压。由于供电系统存在阻抗、用电负荷的变化和用电负荷的性质等因素，实际供电电压无论是在幅值上、波形上还是三相对称性上都与理想电压之间存在着偏差。 （1）电压偏差：电压偏差是指电网实际电压与额定电压之差，实际电压偏高或偏低对用电设备的良好运行都有影响。 国家标准规定电压偏差允许值为： a、35千伏及以上电压供电的，电压正负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10%； b、10千伏及以下三相供电的，电压允许偏差为额定电压的7%。 c、220伏单相供电的，电压允许偏差为额定电压的+7%、-10%。 计算公式 电压偏差()(实际电压一额定电压)额定电压，最后乘以100 （2）高次谐波：高次谐波的产生，是非线性电气设备接到电网中投入运行，使电网电压、电流波形发生不同程度畸变，偏离了正弦波。 高次谐波除电力系统自身背景谐波外，主要是用户方面的大功率变流设备、电弧炉等非线性用电设备所引起。高次谐波的存在降导致供电系统能耗增大、电气设备绝缘老化加快，并且干扰自动化装置和通信设施的正常工作。 （3）三相不对称：三相电压不对称指三个相电压的幅值和相位关系上存在偏差。三相不对称主要由系统运行参数不对称、三相用电负荷不对称等因素引起。供电系统的不对称运行，对用电设备及供配电系统都有危害，低压系统的不对称运行还会导致中性点偏移，从而危及人身和设备安全。 2供电频率允许偏差 电网中发电机发出的正弦交流电每秒中交变的次数称为频率，我国规定的标准频率50HZ. 我国国标规定，电力系统正常频率偏差允许值为0.1Hz。 3供电可靠率 供电可靠率是指供电企业某一统计期内对用户停电的时间和次数，直接反映供电企业的持续供电能力。 供电可靠率反映了电力工业对国民经济电能需求的满足程度，已经成为衡量一个国家经济发达程度的标准之一；供电可靠性可以用如下一系列年指标加以衡量：供电可靠率、用户平均停电时间、用户平均停电次数、用户平均故障停电次数等。 国家规定的城市供电可靠率是9996/100。即用户年平均停电时间不超过3.5小时； 我国供电可靠率目前一般城市地区达到了3个9（即99.9%）以上，用户年平均停电时间不超过9小时；重要城市中心地区达到了4个9（即99.99%）以上，用户年平均停电时间不超过53分钟。 五、 用电负荷：用户的用电设备在某一时刻实际取用的功率的总和。 电力负荷分类的方法比较多，最有意义的是按电力系统中负荷发生的时间对负荷分类和根据突然中断供电所造成的损失程度分类。 1、按时间对负荷分类 （1）、高峰负荷：是指电网或用户在一天时间内所发生的最大负荷值。一般选一天24小时中最高的一个小时的平均负荷为最高负荷，通常还有1个月的日高峰负荷、一年的月高峰负荷等。 （2）、最低负荷：是指电网或用户在一天24小时内发生的用电量最低的负荷。 通常还有1个月的日最低负荷、一年的月最低负荷等。 (3)、平均负荷：是指电网或用户在某一段确定时间阶段内的平均小时用电量。 2、按中断供电造成的损失程度分类 （1）、一级负荷：突然停电将造成人身伤亡或引起对周围环境的严重污染，造成经济上的巨大损失，如重要的大型设备损坏，重要产品或重要原料生产的产品大量报废，连续生产过程被打乱，需要很长时间才能恢复生产；以及突然停电会造成社会秩序严重混乱或在政治上造成重大不良影响，如重要交通和通信枢纽、国际社交场所等的用电负荷。 （2）、二级负荷：突然停电将在经济上造成较大损失，如生产的主要设备损坏，产品大量报废或减产，连续生产过程需较长时间才能恢复；以及突然停电会造成社会秩序混乱或在政治上造成较大影响，如交通和通信枢纽、城市主要水源，广播电视、商贸中心等的用电负荷。 （3）、三级负荷：不属于一级和二级负荷者。 六、电源 电源主要由发电机产生，目前世界上的发电方式主要有火力发电、水力发电和核电。其它小容量的有风能、地热能、太阳能、潮汐等。 1、火电：利用煤、石油和天然气等化石燃料所含能量发电的方式统称为火力发电。 按发电方式，火力发电分为燃煤汽轮机发电、燃油汽轮机发电、燃气蒸汽联合循环发电和内燃机发电等。 火力发电厂简称火电厂，是利用煤、石油、天然气或其他燃料的化学能生产电能的工厂。火电厂主要组成为: (1)、锅炉及附属设备，确保燃料的化学能转化为热能。 (2)、汽轮机及附属设备，确保热能变为机械能。 (3)、发电机及励磁机，确保机械能变为电能。 (4)、主变压器，把电能提升为高压电输送给输电线路。 火力发电的优势是：早期建设成本低，发电量稳定，一年四季均匀生产，所以在世界各国的电力生产中都占主要地位，一般在70%左右。 火力发电的缺点是：所用的煤、油、气等是不可再生资源，虽然储量多，始终会枯竭，污染严重。 一方面是煤炭资源丰富，二一方面是其它资源转换为油、气、化学能等成本高,我们国家火电是以煤电为主，油、气、化学能等火电是限制性的计划性发展。 2、水电：水力发电是利用循环的水资源进行,主要利用阶梯交接、河流落差大的优势,以产生强大的水能动力,用于发电,属于生态环保发电类型。 水电最大的优势是：环保、发电成本低、调峰能力强（可以根据负荷随时调整发电量）。 水力发电的缺点是前期建设成本高、时间长，年发电量不均匀，所以一般水电发电量只能占总量的30%左右及以下。 水力发电厂根据水力枢纽布置不同,主要可分为堤坝式、引水式、混合式等。主要由挡水建筑物(大坝)、泄洪建筑物(溢洪道或闸)、引水建筑物(引水渠或隧洞，包括调压井)及电站厂房(包括尾水渠、升压站)四大部分组成。 3、核电：核电站只需消耗很少的核燃料，就可以产生大量的电能，每千瓦时电能的成本比火电站要低20%以上。核电站还可以大大减少燃料的运输量。例如，一座100万千瓦的火电站每年耗煤三四百万吨，而相同功率的核电站每年仅需铀燃料三四十吨，运输量相差1万倍。核电的另一个优势是干净、无污染，几乎是零排放。用核电取代火电，是世界发展的大趋势。核电的缺点是早期建设成本高，技术要求高，平时故障少，一旦发生大故障（如核泄漏），将是毁灭性的大灾难。4、风电的优势是环保，缺点是占地面积大，发电不稳定，不能建大中型发电厂，所以风力发电发展非常迟缓，到现在全国装机容量不到50万千瓦，最大发电机组仅750千瓦。第二章电的基本知识一、电是怎么来的 它是一种能量。它不是凭空产生的，而是由其他能量，比如水能、热能、机械能、原子能等转换来的。 二、什么叫电流水在水管里流动叫水流，电在电线里流动叫电流。也就是电能沿着传电的物体朝着一定方向有规律的流动，是看不见，摸不着的。电流速度每秒30万公里。 三、什么是电压电压也叫电位差，它和水位差的意思是一样的。水面的高低差别叫水位差或水压，水位差越大，水流越急，越远，越快。电位的高低差，叫电位或电压，电压越高，电流传送就越远。 四、什么是导体电流可以通过的物体，也就是能传电的东西，都叫做导体。各种金属是导体。有些液体象日常用的水能传电，含有水分的物体也能传电，人的身体也能传电，大地也能传电，各种动物、植物都能传电，所有这些都是导体。 五、什么叫绝缘体凡是不容易传电的物体，都叫绝缘体。比如塑料、橡胶、陶瓷、玻璃、胶木、干燥的空气和木头、干燥的棉布等，都不传电，所有这些都是绝缘体。 六、人的身体为什么会触电如果人站在地上，身体碰到带电的东西，人的身体能传电，地也能传电，电流就通过人的身体传到地上，人就触电了。 七、触电为什么能电死人触电时间越长，后果越严重；电压越高越危险；电流越大对人的伤害越大。触电严重，会刺激人的中枢神经系统和心脏，可以使人的呼吸受到抑制或者血液循环中断，人就死了。 八、要是发生了电气火灾该怎么办当闻到有烧胶皮或者烧塑料的昧，更赶快检查电线，发现电线有烧焦的地方，立即拉开闸盒。万一发生电气火灾，要先停电救火，未切断电源前，救火时不能用水浇，因为水是传电的，要用盖土或者压沙子的办法来灭火。拉开开关后，用什么办法救火都可以，也不会因救火而发生触电事故。 九、日常生活中如何注意用电安全日常生活中，首先不要私拉乱接，私拉乱接是违反用电制度的，在安装上不符合要求的，是容易出事故的；另外，在日常生活中换灯泡、擦灯泡的时候，先将电流关上，不要用湿手、湿布擦灯泡，要站在木凳或桌子上，不要站在地上去擦，防止开关万一失灵漏电；螺丝口灯泡的金属部分跟地线通着，电灯开着的时候灯头有电，不安全，露在外边的螺丝部分，人的手碰着就触电了，要特别注意。第三章工厂安全用电常识工厂里用电设备很多，每个工人接触电气设备的机会也多。必须掌握如下用电安全常识: 一、工厂、车间内的电气设备，不要随便乱动。自己使用的设备、工具，如果电气部分出了故障，不得私自修理，也不得带故障运行，应立即请电工检修。 二、自己经常接触和使用的配电箱、配电板、闸刀开关、按钮开关、插座、插销以及导线等，必须保持完好、安全，不得破损或将带电部分裸露出来。 三、在操作闸刀开关、磁力开关时，必须将盖盖好，防止万一短路时产生电弧或保险丝熔断飞溅伤人。 四、使用的电气设备，其外壳按有关安全规程，必须进行防护性接地或接零。对于接地或接零的设施要经常进行检查。需要移动某些非固定安装的电气设备必须先切断电源再移动。同时导线要收拾好，不得在地面上拖来拖去，以免磨损。 五、工作台上，机床上使用的局部照明灯，其电压不得超过36V。 六、使用的行灯要有良好的绝缘手柄和金属护罩。灯泡的金属灯口不得外露。引线要采用有护套的双芯软线，并装有 “T”型插头，防止插人高电压的插座上。行灯的电压在一般场所，不得超过36V，在特别危险的场所，如锅炉、金属容器内，潮湿的地沟处等等，其电压不得超过I2V。 七、在一般情况下，禁止使用临时线。如必须使用时，必须经过电技术员和安全部门批准。同时临时线应按有关安全规定安装好。不得随便乱拉乱拽。同时应在规定时间拆除。 八、在进行容易发生静电火灾、爆炸事故的操作时必须有良好的接地装置，以便及时导除聚集的静电。 请九、在雷雨天，不要走近高压电杆、铁塔、避雷针的接地导线周围20m之内，以免雷击时产生雷电流人地发生跨步电压触电。 请登陆: 浏览更多信息 十、在遇到高压电线断落到地面时，导线断落点周围l0m以内，禁止人员入内，以防跨步电压触电。如果此时已有人在l0m之内，为了防止跨步电压触电，不要跨步奔走，应用单足或并足跳离危险区。 信息来源: 十一、发生电气火灾时，应立即切断电源，用黄砂、二氧化碳、四氯化碳等灭火器材灭火。切不可用水或泡沫灭火器材灭火，因为它们有导电的危险。救火时应注意自己身体的任何部分及灭火器具不得与电线、电器设备接触。 信息来源: 十二、在打扫卫生、擦拭设备时严禁用水去冲洗电气设备，或用湿抹布去擦拭电气设施，以防发生短路和触电事故。第四章用电量计算在选用导线、开关和保险丝时，会涉及到负载电流的记算问题。一、白炽灯、电热器的电流计算当供电电流为220伏单相时，电流（安）=功率（瓦）/220（伏）当供电电流为380伏单相时，电流（安）=功率（瓦）/380（伏）例如，一台额定电压为220伏、功率为1500瓦的电热水器，电流=1500/2206.82安二、日光灯的电流记算日光灯由220伏单相电源供电时，电流（安）=功率（瓦）/220（伏）功率因数当日光灯没有电容补偿时，其功率因素（COS？）0.50.6;有电容补偿时，可取0.850.9.另外日光灯的功率应指灯管功率与镇流器消耗功率之和。镇流器消耗功率，对于68瓦日光灯为4瓦，对于1540瓦日光灯为8瓦。例如，一只40瓦日光灯未装电容器，则通过灯管的电流=40+8/2200.50.437安。三、电动机的电流记算单台220伏单相电动机电流（安）=功率（瓦）/220（伏）功率因数如果单相电动机铭牌上无功率因数可查，则单相电动机的功率因数可按0.8_0.9估算。当电动机功率为马力时，应换算为瓦计算（1马力=735瓦）。单台380伏三相异步电动机电流（安）=功率（瓦）1000/1.73380功率因数效率三相电动机功率因数和效率在铭牌上可查得，无铭牌时可分别取0.8和0.85.一条线路上有几台电动机运行时，总电流为所有电动机的额定电流之和。注意，这里的总电流是供选择导线时的总记算电流，并非线路上的实际工作电流，实际工作电流是电动机在实际工作负载（并非额定负载）下的电流。四、其它用电器的电流记算其它用电器（如空调、电热器等）可按铭牌或产品规格说明书上的输入功率，用以下式子记算：电流（安）=功率（瓦）/220（伏）五、总负载电流计算总负载电流不等于所有用电设备的电流之和，而应该考虑这些用电设备的同其使用率。总负载电流一般可按下式计算：总负载电流=最大一台电器的额定电流+周期率其余电器的额定电流之和周期率可取0.60.9，用电器越多，此值取越小。第五章无功补偿 无功补偿，就其概念而言它就是借助于无功补偿设备提供必要的无功功率，以提高系统的功率因数，降低能耗，改善电网电压质量。无功补偿的合理配置原则,从电力网无功功率消耗的基本状况可以看出，各级网络和输配电设备都要消耗一定数量的无功功率，尤以低压配电网所占比重最大。为了最大限度地减少无功功率的传输损耗，提高输配电设备的效率，无功补偿设备的配置，应按照“分级补偿，就地平衡”的原则，合理布局。一、影响功率因数的主要因素功率因数的产生主要是因为交流用电设备在其工作过程中，除消耗有功功率外，还需要无功功率。当有功功率P一定时，如减少无功功率Q，则功率因数便能够提高。在极端情况下，当Q=0时，则其力率=1。因此提高功率因数问题的实质就是减少用电设备的无功功率需要量。 1、异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备 异步电动机的定子与转子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素。而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。变压器消耗无功的主要成份是它的空载无功功率，它和负载率的大小无关。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长其处于低负载运行状态。 2、 供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响当供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110%时，一般工厂的无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。3、电网频率的波动也会对异步电机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响4、以上论述了影响电力系统功率因数的一些主要因素，因此必须要寻求一些行之有效的、能够使低压电力网功率因数提高的一些实用方法，使低压网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果。二、 低压配电网无功补偿的方法提高功率因数的主要方法是采用低压无功补偿技术，我们通常采用的方法主要有三种：随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。 1、随机补偿随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接，通过控制、保护装置与电机，同时投切。随机补偿适用于补偿电动机的无功消耗，以补励磁无功为主，此种方式可较好地限制用电单位无功负荷。随机补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，而且不需频繁调整补偿容量。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活，维护简单、事故率低等。 2、随器补偿 随器补偿是指将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧，以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。配变在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功，配变空载无功是用电单位无功负荷的主要部分，对于轻负载的配变而言，这部分损耗占供电量的比例很大，从而导致电费单价的增加。随器补偿的优点：接线简单、维护管理方便、能有效地补偿配变空载无功，限制农网无功基荷，使该部分无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低无功网损，具有较高的经济性，是目前补偿无功最有效的手段之一。 3、 跟踪补偿跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户0.4kv母线上的补偿方式。适用于100kVA以上的专用配变用户，可以替代随机、随器两种补偿方式，补偿效果好。跟踪补偿的优点是运行方式灵活，运行维护工作量小，比前两种补偿方式寿命相对延长、运行更可靠。但缺点是控制保护装置复杂、首期投资相对较大。但当这三种补偿方式的经济性接近时，应优先选用跟踪补偿方式。三、无功功率补偿容量的选择方法无功补偿容量以提高功率因数为主要目的时，补偿容量的选择分两大类讨论，即单负荷就地补偿容量的选择（主要指电动机）和多负荷补偿容量的选择（指集中和局部分组补偿）。 1、单负荷就地补偿容量的选择的几种方法（1）、美国资料推荐：Qc=(1/3)Pe 额定容量的1/3（2）、日本方法：1/41/2容量计算（3）、经验系数法：由于电机极数不同，按极数大小确定经验系数选择容量 比较接近实际需要的电容器，采用这种方法一般在70%负荷时，补后功率因数可在0.950.97 之间经验系数表电机类型 一般电机 起重电机 冶金电机极数 2 4 6 8 10 8 10补偿容量（kvar/kw） 0.2 0.20.25 0.250.3 0.350.4 0.5 0.6 0.75电机容量大时选下限，小时选上限 ；电压高时选下限，小时选上限4、（4）、按实际测试计算：Q= P1/COS21-1-1/COS22-1Q=2fUUC2、多负荷补偿容量的选择 多负荷补偿容量的选择是根据补偿前后的功率因数来确定。 对