电气工程概论课件（肖登明）.ppt

电气工程导论，中国电力出版社2005年版，肖主编。第1章导论，电气工程导论，电气工程导论。首先，电气工程的历史和电气工程的形成是研究电磁场客观规律和应用的科学技术。建立在电学理论和方法基础上的工程技术称为电气工程。根据电气工程学科的发展现状，可将其分为五个相对独立的分支学科：电力系统及其自动化技术、电机及电气设备及其控制技术、高压及绝缘技术、电力电子技术和新电气技术。其结构图如下图所示。电气工程导论第一章绪论，电气工程不仅有其分支的专业理论，还有本学科的共同基础理论(电路理论、电磁场理论、电磁计量理论等)。)，它们与基础科学的相应分支(如物理、数学等)密切相关。)，但也有明显的区别。基础科学的主要任务是理解客观世界的本质及其内在规律。技术科学的目的是改造客观世界，以满足人们预定的要求。电气工程的基本理论是研究人类加工和改造后的新现象，而不是自然界固有的现象。它不应局限于现象的分析，而应包括所需现象的综合和为此所需的费用，因此使方法和途径也占有重要地位。电气工程导论第一章绪论，电气测量技术在电气工程各个分支的技术发展中起着眼、耳、神经的作用。它是定量研究电气工程技术问题的一种手段，随着电气工程各个分支的发展而迅速发展。电气测量技术及其仪器的发展趋势，如自动化、计算机化、智能化和多功能化，已经深入到电气工程各个分支的测量技术中。新原理、新技术和新仪器日新月异。例如，测量、监控和控制等多功能新设备，以及通过现场测试或实时监控技术提高整体系统精度，都在电气工程学科的发展中发挥着重要作用。电气工程导论第一章绪论，第二章电气工程的现状与发展，电气工程导论第一章绪论，解放前，我国的电气科学基础薄弱落后。自中华人民共和国成立以来，许多领域都有了巨大的发展。中国一次能源总产量达到10.9亿吨标准煤(2000年)，居世界第三位，是1949年的44倍。然而，电能的比重仍然相对落后，仅占国民经济总能耗的25%左右。1949年，中国电力工业发电4.3亿千瓦时(世界排名第25位)，装机容量1850兆瓦(世界排名第21位)。2003年，分别增长到19052亿千瓦时和391千兆瓦(均为世界第二)，分别增长了443倍和211倍。截至2003年底，中国水电装机容量达到92170兆瓦，占总装机容量的24%，年发电量2830亿千瓦时，占总发电量的15%。在电气工程导论的第一章，电气制造业以技术复杂的汽轮发电机组为例：直到1956年，中国才成功试制了6000千瓦机组；2002年，900兆瓦已经生产并投入生产，即在46年间，汽轮发电机组的制造能力扩大到1500倍，居世界先进之列。电气工程导论第一章电气工程导论第一章电气工程导论在断路器和避雷器等电器的制造中1949年，中国只有一条220千伏输电线路，35kV以上的输电线路只有6475公里；1999年底，中国超高压输电达到22927500千伏(含DC线路)和80120千伏安；220千伏以上输电线路总长495123公里，改造容量593690毫安。在电气化方面：工业用电占总发电量的71.5%(2001年)，每年发电量增长的64.6%用于工业用电，其中轻工业用电年增长率达到14.6%。农业用电量也迅速增加。解放以来，年均增长率为24%。在全国2300个县中，2280个已经用上了电。到2001年，第三产业(包括城市商业和交通运输)和居民的用电量达到总发电量的24.61%。第一章电气工程导论第一章电气工程导论在电力电子和电气新技术领域，第一个晶闸管于1962年试制成功。目前，它已经能够大规模生产电流为3000安、电压为8500伏的晶闸管，以及开发、生产和应用快速和完全受控的装置或设备。1949年，中国东北只有北京、天津、唐山和上海三个小容量电力系统(分别为646、259和250兆瓦)。2003年，11个电力系统装机容量超过2万千瓦，其中东北、华北、华东和华中电网装机容量超过3万千瓦，华东和华中电网甚至超过4万千瓦，西北电网也达到2万千瓦。其他几个独立的省级电网，如四川、山东和福建，已安装超过或接近10000兆瓦；发电能力。区域电力系统目前正在加强和相互连接，并进一步发展，以形成一个统一的国家电力系统。电气工程导论在第一章绪论中，在电气高技术的范围内：中国也从一个空白状态发展起来，形成了一批相互合作的研究基地或重点实验室，并相继取得了一些显著的研究成果。例如，1983年建成的8MV闪光一号强流脉冲电子束加速器和1990年建成的9MeV感应直线加速器，各种激光器、各种等离子体器件、超导技术、医用电气技术、电接触技术、新的电气测量技术等成果(新装置、新仪器、新方法等)的开发和应用。)都带领中国从填补新的电气技术和新技术的空白阶段，到建立试验基地、进行系统研究和努力迎头弥补差距的阶段。在电力电子和电气新技术中，中国于1962年开发了第一个晶闸管，并已能够大规模生产电流为3，000安、电压为8，500伏的晶闸管，以及开发、生产和应用快速、完全受控的装置或设备。电气工程导论第一章引言总结：中国的电气科学在传统的输电、电气制造或高压技术方面取得了可喜的进步和成就。中国在电气新技术和高新技术领域也取得了可喜的进展和成就。这表明中国的电子科学已经发展成为国民经济发展的可靠支柱。20世纪中叶以来，一场以电子信息技术为核心的新技术革命正在兴起，冲击着所有传统科学，包括基础科学、技术科学、综合科学，甚至社会科学。据统计，过去20年的科技发明创造超过了过去2000年的发明创造总和。在技术科学的范围内，许多学科已经由旧变新，而电学科学的巨大变化也非常显著。电气工程导论第1章电气工程导论第1章电气工程的学科已经发展停电始于东部时间下午4: 06。在美国的一些地方，电力两天没有恢复。加拿大安大略省甚至有一周未能恢复供电。停电引起了全世界的关注。从综合数据来看，此次停电基本属于全网大规模潮流转移引起的快速电压崩溃，伴随着大规模潮流转移和转移引起的区段线路相继跳闸和系统解列后的频率崩溃。电气工程导论第1章导论第2章电机和电器基础第1节开关电器第1节概述第1节开关电器概述第1节断路器：当电网正常运行和发生故障时，电路接通和断开。2隔离开关：将高压设备与电源隔离，确保维护人员的安全。保险丝：当电路故障或短路时，保险丝熔断，电路断开。4低压控制电器：连接和断开低压交流和DC控制电路。(2)开关电器技术参数1额定电压：额定电压是指开关电器设计中使用的额定电压。2额定电流：开关设备在额定频率下可以长时间通过的最大额定电流，并且每个金属部件和绝缘部件的温升不超过长期运行期间的最大允许温升。3额定短期耐受电流：额定短期耐受电流是高压开关设备在规定时间内可以通过的最大额定电流，其温升不超过规定条件，主要反映开关设备承受短路电流热效应的能力。4额定峰值耐受电流：额定峰值耐受电流是指开关电器在特定条件下能够通过而不会产生机械损伤的最大额定电流，主要反映开关电器承受短路电流电动效应的能力。(1)低压断路器概述低压断路器主要用于配电线路和电气设备的过载、欠压、失压和短路保护，通常作为低压大功率电路的主控电器。按电源类型可分为交流型和DC型低压断路器，按结构可分为通用型和器件型低压断路器。(2)低压断路器的选择点(1)额定工作电压不低于线路额定电压。(2)额定电流不得小于线路的计算负荷电流。(3)额定短路通断能力不得小于线路中可能出现的最大短路电流。(4)线路末端单相接地短路电流不应小于断路器跳闸装置整定电流的1.5倍。(5)欠压跳闸的额定电压等于线路的额定电压；根据使用场合的需要，确定是否需要延时。(6)注意断路器的接触方向。母联断路器应为可从下方进入线路的断路器。(7)注意与其他电器的协调。各级断路器过流跳闸装置的整定值和延时应满足选择性配合的要求。(8)电动机保护断路器的瞬时工作电流应考虑电动机的起动条件(电动机类型、起动电流和时间的倍数)。(3)断路器额定电流的确定：断路器外壳支架等级的额定电流(指可安装在塑壳或框架内的最大过流脱扣器的额定电流)和断路器的额定电流(过流脱扣器的额定电流)可确定如下：QF是断路器外壳支架等级的额定电流；Ica是线路的计算负载电流；进。OR是过电流跳闸的额定电流。(1)低压接触器概述低压接触器是电气传动和自动控制系统中使用最广泛的电器。适用于交流、DC主电路和大容量控制电路的远距离频繁通断。它们的主要控制对象是电机，也可以用来控制负载，如照明均衡器(1)真空断路器概述在触点之间使用真空作为绝缘和灭弧介质的断路器称为真空断路器。(2)真空断路器盘形触头盘形触头的触头1目前，它仅用于真空负载开关和真空接触器，它们需要很少的电流来切断。触点的横向磁场是垂直于弧柱轴线的磁场。触头产生的电磁力和电弧电流可以在电极表面移动电弧，防止电弧停留在某一点，延缓阳极斑点的产生，提高分断能力。在接触直径相同的情况下，纵向磁场接触可以破坏最大电流。除了某些电、热和机械性能外，接触材料还必须满足以下要求：(1)良好的耐电弧性。真空断路器的特点是不需要维护。因此，要求触点在打开和闭合额定短路电流时能够承受触点的烧损，最少8-12次，最多30-50次。它还需要具有数千次打开和关闭额定电流的能力。(2)截止电流小。真空断路器使用中的一个严重问题是高切断过电压，它经常损坏受控电气设备的绝缘。降低这种过电压的有效措施是降低截止电流值，这与接触材料有关。(3)良好的抗熔焊性。(4)空气含量低。过多的除气会影响灭弧室的真空度，除气量取决于材料的性质。(3)真空灭弧室的基本结构主要由以下部件组成：1绝缘外壳2屏蔽3波纹管4动、静触头，1绝缘外壳2屏蔽1)主屏蔽功能(1)有效防止金属蒸汽飞溅到绝缘外壳内表面，避免内表面绝缘性能下降。(2)当交流电流过零时，屏蔽可以使灭弧室中残留的金属蒸汽和导电颗粒径向快速扩散到屏蔽中，冷却、复合和冷凝，有利于提高电流过零时电弧间隙介质的强度。(3)提高触头之间的绝缘强度。(1)固定电位型。(2)悬浮电位型。3个波纹管(1)液压成型波纹管。长度有限，最大压缩行程为自由长度的20-30%，使用寿命数万倍。(2)薄板焊接成型波纹管。长度任意，最大压缩行程可达自由长度的60%，使用寿命数百万倍。六氟化硫断路器(1)概述六氟化硫断路器六氟化硫(SF6)断路器是一种使用SF6气体作为绝缘和灭弧介质的断路器。优点：与油断路器相比，SF6断路器具有开断能力强、灭弧速度快、电绝缘性能好、维护周期长的优点。适合频繁操作，无燃烧和爆炸危险。缺点：断路器要求高的加工精度和严格的密封性能，所以价格相对较高。(2)双电压SF6断路器，(3)与双电压SF6断路器相比，单电压SF6断路器具有结构简单、开断电流大的特点。(4)自供电气体熔断SF6断路器，(6)熔断器，(1)熔断器概述当短路电流或长期过载电流通过电路时，熔体本身产生的热量被用来熔断自身，从而切断电路，达到保护电气设备和载流导体的目的。保险丝根据电压可分为高压保险丝和低压保险丝。根据安装位置，可分为室内型和室外型。根据结构，可分为螺旋式、插入式和管式。此外，它还可以分为有限流量和无限流量。熔断器的基本结构由金属熔体、触头支撑熔体和壳体组成。(2)保险丝的安培-秒特性保险丝的安培-秒特性是指保险丝熔断时间和流经保险丝的电流之间的关系。(三)熔断器的额定电压过电压高(1)变压器的基本原理(1)变压器的工作原理变压器是一种通过电磁感应原理和电磁耦合实现电力传输的静态电气设备。它主要由一个铁芯和缠绕在铁芯上的两个绕组组成。变压器示意图，(2)变压器结构1油浸式变压器2干式变压器环氧树脂浇注式变压器被称为环氧树脂干式变压器。(3)变压器基本参数和性能指标1基本参数(1)额定电压U1N、U2N。三相