电气技术概述(讲稿)

1、2022-3-712022-3-72（一）单相正弦交流电路基本概念l随时间按正弦规律周期性变化的电压和电流统称为正弦交流电。表达式：i=Imsin( t+ )如图所示l交流电变化一周所需要的时间称为周期（T表示，单位s）；交流电每秒变化的周数称为频率（f表示，单位Hz）。T1/fl最大值（幅值）即出现的最大的瞬时值；角频率（ ）它反映交流电变化的快慢（ ）以及初相角是交流电的三个要素。l交流电的有效值：它是根据热效应原理定义的，最大值是有效值的1.414（ ）倍。T/222022-3-73l电路中的基本元件有电阻、电感和电容；在交流电路中由这三种元件组成不同的负载即感性负载、容性负载和电阻负载

2、等。电感（L）和电容（C）元件是储能元件，不消耗能量，只与电源之间进行能量交换；电阻（R）是耗能元件。l交流电路的功率有：有功功率（P）、无功功率（Q）和视在功率（S）；储能元件所消耗的为无功功率（单位为Var），电阻消耗的为有功功率（单位为W），而视在功率（单位为VA）中既包含有功也包含无功功率；是总电压和总电流的乘积，且S2P2Q2。我们把有功功率与视在功率的比值称为功率因数。交流电路中一般要求功率因数越高越好，常采用并联电容来提高。2022-3-74（二）三相交流电路l三相电源是由发电机产生的，如图。它产生的三个电动势幅值相等，频率相同，相位互差120度，称之为对称三相电源。l发电机的三

3、个绕组一般接成星形。N点称为中性点，从中性点引出的导线称为中性线，其裸导线可涂淡蓝色标志。从始端Ul、V1、Wl引出的三根导线称为相线或端线，俗称火线，常用L1、L2、L3表示，其裸线可分别涂黄、绿、红三种颜色标志。2022-3-75l由三根相线和一根中线组成的供电系统为三相四线制供电系统 。l通常低压供电网都采用三相四线制。这种系统可提供两种不同的电压，一是相线与中线之间的电压称为相电压；二是相线与相线之间的电压称为线电压。线电压是相电压的1.732 （ ）倍。l三相负载的连接：三相负载可以采用星形连接和三角形连接。如图所示。3l星形连接时，线电流等于相电流，负载的相电压是线电压的1/ 倍。

4、l三角形连接时，负载的相电压等于线电压，线电流是相电流的 倍。l星形连接的负载，如果负载不对称，必须保留中线。332022-3-76l三相负载功率计算对称负载:不对称负载：223sin3cos3QPSIUSIUQIUPllllll功率关系：视在功率：无功功率：有功功率：22321321QPSQQQQPPPP2022-3-77l电力系统l工厂供配电系统l电力系统的额定电压l电能质量l负荷分类l工厂电力线路接线l系统短路及危害2022-3-78l电力系统: 电力系统是由发电厂、各级变电所、输配电线路和电能用户组成的整体。如图所示l发电厂: 是将一次能源转换成电能。l变电所: 是接受电能、变换电压和

5、分配电能的场所。有升压变电所、降压变电所；区域变电所、地方变电所。l配电所：仅用于接受和分配电能的场所。l电力线路: 是将发电厂、变电所和用户连接起来，并完成输送和分配电能的任务。按电压等级不同分为输电线路（35kV及以上）和配电线路（35kV以下）。l电力网:是由各种电压等级的输电线路和升降压变压器组成的电厂和用户的桥梁。分为输电网和配电网；区域网和地方网；开式网和闭式网；直流电网和交流电网等。l电能用户：用电设备或用电单位。2022-3-792022-3-710变电所1、2是各发电厂联系的枢纽，区域变电所。变电所1有两台自耦变压器将220kV电压降到110kV，并且还有两台三线圈变压器，除

6、联络110kV及35kV两种电压等级的电网外，低压绕组采用10kV电压供给两台同步补偿机，以满足电网中无功功率的需要。变电所3称为穿越变电所，有两台双线圈变压器，平时有110kV的电压穿越变电所。变电所4和5叫做地区变电所。变电所 4由110kV线路输入电能，降压后，供给35kV用户和地区变电所 5。变电所 5将电压从35kV降低到10kV，然后用10kV配电线路供电给10kV受电的用户和配电变压器，配电变压器将 10kV电压降低到 380220V，给低压用户供电。2022-3-711l工厂供配电系统由总降压变电所、高压配电所、配电线路、车间变电所和用电设备组成。如下图所示。l总降压变电所是供

7、应电能的中枢。将35110kV电压降为610kV，给配电所、车间变电所和用电设备。l高压配电所集中接受6kV10kV的电压，再分配到附近的各车间变电所和高压用电设备。l配电线路分为6kV10kV和380/220V配电线路。l车间变电所将6kV10kV电压降为380/220V电压。2022-3-712l供电半径小而范围广l负荷类型多而操作频繁l厂房环境复杂l低压配电线路长 要求选择供电方式时，力求简单可靠，按供电可靠性和经济性的要求而定。2022-3-713按电压等级分类：高压线路（1kV及以上的线路）和低压线路（1kV以下线路）。我国大多数企业以10kV、35kV和110kV供电，生活用电大多

8、为380/220V供电。按供电方式分类：单端供电线路（开式供电线路）、两端供电线路和环形供电线路（闭式供电线路）。按线路结构形式分类：架空线路、电缆线路和户内配电线路。2022-3-7142022-3-715高温电力电缆型号及名称： FF46聚全氟乙丙稀 序号产品型号芯数标称截面（mm2） 产品名称1FV141240氟塑料绝缘，阻燃丁腈护套高温电力电缆2HF4BFVR141240聚四氟乙烯绝缘，阻燃丁腈护套软芯高温电力电缆3HF4BFVP22141240聚四氟乙烯绝缘，阻燃丁腈护套钢带铠装高温电力电缆4FF46141240氟46塑料绝缘、氟46塑料护套高温电力电缆5FF46P141240氟46

9、塑料绝缘、氟46塑料护套软芯、高温电力电缆6FF46P0141240氟46塑料绝缘、氟46塑料护套镀锡屏蔽高温电力电缆7FF46P22141240氟46塑料绝缘、氟46塑料护套钢带铠装高温电力电缆2022-3-716l电网的额定电压（可根据国家规定的电压确定）l用电设备的额定电压（与电网额定电压相同）l发电机的额定电压（高出线路额定电压5）l变压器的额定电压 一次绕组的额定电压 1、与发电机直接相连时其额定电压与发电机额定电压相同。 2、与线路相连时其额定电压与线路额定电压相同。 二次绕组的额定电压 1、线路较短时，高出线路电压5； 2、线路较长时，高出线路电压10。MF1B1B3B2B4B5

10、B6L1110kVL2L310kV0.38/0.22kV6kV10kV110/38.5kV2022-3-717电能质量指标有：电压、频率、波形及供电可靠性l 电压质量是以电压偏差来衡量。国家允许的电压偏差要求分别为： a.35kV及以上允许偏差5 b.10kV及以下允许偏差7 c.220V允许偏差7、10l频率质量是以频率偏差来衡量。国家允许的频率偏差要求为： a.300万千瓦及以上允许偏差0.2 b. 300万千瓦以下允许偏差0.5l 波形质量以波形畸变率来衡量。公共电网电压波形畸变率最高不能超过5l供电的可靠性是以全年不停电时间占全年总时间的比值来衡量的。2022-3-718负荷分类：按照

11、供电可靠性要求分为三级l 一级负荷：中断供电将造成人身伤亡；在政治、经济上造成重大损失者，如重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废；中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作的负荷。 一级负荷应由两个独立电源供电。l 二级负荷：中断供电将在政治上、经济上造成较大损失者，如主要设备损坏、大量产品报废、重点企业大量减产等；中断供电系统将影响重要用电单位正常工作的负荷。 二级负荷应由双回线路供电，供电变压器亦应有两台。做到当电力变压器发生故障或电力线路发生常见故障时，不致中断供电或中断后能迅速恢复。 l三级负荷：对一些非连续性生产的中小型企业，停电仅影响产量或造成少量产

12、品报废的用电设备，以及一般民用建筑的用电负荷等均属三级负荷。 三级负荷对供电电源没有特殊要求，一般由单回电力线路供电。2022-3-719l工厂的高压线路的作用是在工厂内部从总降压变电所（或配电所）以6kV10kV电压向车间变电所或高压用电设备配电。l常用的基本结线方式有放射式、树干式和环形。l工厂低压线路的作用是从车间变电所以380220V的电压向车间各用电设备或负荷点配电。l工厂的低压配电线路也有放射式、树干式和环形等结线方式。 2022-3-720l高压放射式结线是指工厂变配电所低压母线上引出的一回线路直接向一个车间变电所或高压用电设备供电，沿线不接其他负荷。l图a为单回路放射式，该方式

13、结线清晰、操作维护方便、保护简单、便于实现自动化。由于放射式线路之间互不影响，故供电可靠性较高。但当这种放射式线路发生故障时，该线路所供电的负荷都要停电。为提高可靠性，根据具体情况可增加备用线路，图b采用的双回路放射式；图c公共备用结线；图d为低压联络线路。如果用来自两个电源的两路高压进线，可进一步提高其可靠性。高压放射式结线所用高压开关设备较多，所以投资较大。2022-3-721l高压树干式结线是指由工厂变配所高压母线上引出的每路高压配电干线上，沿线接几个车间变电所或负荷点的接线方式。l图a为无备用的单树干式结线，该结线方式使出线减少，可节约有色金属的消耗量。但其供电可靠性差，干线故障或检修

14、将引起干线上的全部用户停电。所以干线上连接的变压器不得超过5台，总容量不应大于3000kVA。为提高供电可靠性，同样可以采用增加备用线的方法。l图b为双树干式结线，l图c为两端电源的单树干式。 2022-3-7222022-3-723l对工厂供配电系统而言，高压环形结线是树干式结线的改进，如图63所示，两路树干式结线连接起来就构成了环形结线。l这种结线运行灵活，供电可靠性高。由于闭环运行时继电保护整定较复杂，同时也为避免环形线路上发生故障时影响整个电网，因此大多数环形线路采用“开环”运行方式，即环形线路中有一处开关是断开的。在现代化城市配电网中这种结线应用较广。2022-3-724l低压放射式

15、结线如图所示，由变配电所低压配电屏供电给配电箱或低压用电设备。l这种结线方式供电可靠性较高，所用开关设备及配电线也较多。多用于用电设备容量大、或负荷性质重要、或车间内负荷排列不整齐、或车间为有爆炸危险的厂房，必须由与车间隔离的房间引出线路等情况。2022-3-7252022-3-726l低压树干式结线引出配电干线较少，开关设备较少，但干线故障将使所连接的用电设备均受到影响，供电可靠性差。适宜供电给用电容量较小而分布均匀的用电设备。l图65a为低压母线放射式配电的树干式，变压器二次侧低压出线经低压断路器（图中省略）引至车间内的母线上，再由母线上引出分支线给用电设备用电。l图65b为“变压器一干线

16、组”结线，其二次侧引出线经过低压断路器（或隔离开关）直接引到车间内，可省去变电所低压侧配电装置，简化了变电所结构，减少了投资。l图66为链式结线，该结线适用于用电设备距离近容量小（总容量不超过10kw）、台数约35台、配电箱不超过3台的情况。 2022-3-727l工厂两个车间变电所的低压侧，可以通过低压联络线连接起来，构成环形结线。l这种结线方式供电可靠性较高，任一段线路故障或检修，一般只是短时停电或不停电，经切换操作后就可恢复供电。但环形结线保护装置整定配合比较复杂，如果配合不当，易发生误动作，反而导致扩大故障停电范围。所以低压环形线路通常也多采用开环运行。l实际工厂低压配电系统的结线，也

17、往往是上述几种结线的综合，根据具体情况而定。一般在正常环境的车间或建筑内，当大部分用电设备容量不大而且无特殊要求时，宜采用树干式配电。 2022-3-728l电力系统运行有三种状态：正常运行状态、非正常运行状态和短路故障。在电气设计和运行中，不仅要考虑系统正常运行状态，而且要考虑系统非正常运行状态，最严重的非正常运行状态就是短路故障。l短路就是指不同电位导电部分之间的不正常短接。如电力系统中，相与相间或中性点直接接地系统中相与地之间的短接都是短路。2022-3-729l短路造成的原因（1）主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏 产生绝缘损坏的原因有：过负荷、绝缘自然老化或被过电压（内部过电压和雷

18、电）击穿，以及设计、安装和运行不当或设备本身不合格等。（2）误操作及误接 由于工作人员不遵守安全操作规程造成的误操作或误接，可能导致短路。根据国外的资料显示，每个人都具有违反规程操作的潜意识。（3）飞禽跨接裸导体 鸟类，或爬行动物如蛇等跨接裸导体，都可能导致短路。（4）其它原因 如输电线断线、倒杆、碰线，或人为盗窃、破坏等原因都可能导致短路。2022-3-730l短路后果电力系统发生短路，导致网络总阻抗减少，短路电流可能超过正常工作电流的十几倍甚至几十倍，数值可达几万安到几十万安。而且，系统网络电压会降低，从而对电力系统产生极大的危害，主要表现在以下方面：（1）短路时，短路电流产生很大的热量，

19、很高的温度，从而使故障元件和其它元件损坏。（2）短路时，短路电流可产生很大的电动力，使导体弯曲变形，甚至使设备本身或其支架受到损坏。（3）短路时，电压骤降，严重影响电气设备正常运行。电压降到额定值的80%时，电磁开关可能断开；降到额定值的30%40%时，持续1秒以上，电动机可能停转。2022-3-731（4）短路可造成停电，越靠近电源，停电范围越大。（5）严重短路还会影响电力系统运行的稳定性，造成系统瘫痪。如2003年8月14日，在美国和加拿大发生的大面积停电事故，造成了极大的影响和严重的破坏。（6）单相短路时，电流将产生较强的不平衡交变磁场，对附近通信线路、电子设备产生干扰，影响正常工作，甚

20、至发生误动作。 另外，短路造成的后果，与短路故障的地点、种类及持续时间等因素都有关。为了保证电气设备安全可靠运行，除了必须尽力消除可能引起短路的一切因素之外，同时还需要计算短路电流，以保证当发生可能的短路时，不致损坏设备。而且，一旦发生短路，应尽快切除故障部分，使系统在最短时间内恢复正常。2022-3-732l短路类型 三相系统中的短路基本类型有：三相短路、二相短路、单相短路和两相接地短路，如图3-1所示。上述的短路类型中，三相短路属对称短路，其它形式的短路，均属不对称短路。电力系统中，发生单相短路的可能性最大，而发生三相短路的可能性最小。但一般三相短路的短路电流最大，造成的危害也最严重。为了

21、使电力系统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠工作，作为选择、检验电气设备用的短路计算值，以三相短路计算值为主，只有在校验继电器保护装置灵敏度时才需要用到两相短路电流。2022-3-733l三相短路 l 两相短路l 单相短路l 单相接中心点短路l 两相接地短路 l 两相短路接地2022-3-734l三相交流电系统的中性点是指星形连接的变压器或发电机的中性点。中性点的运行方式有三种： 1.中性点不接地系统 2.中性点经消弧线圈接地系统 3.中性点直接接地系统 前两种为小接地电流系统，后一种为大接地电流系统。l我国3kV63kV系统，一般采用中性点不接地运行方式。 当3kV10kV系统接地电流

22、大于30A，20kV63kV系统接地电流大于10A时，应采用中性点经消弧线圈接地的运行方式。 110kV及以上系统和1kV以下低压系统采用中性点直接接地运行方式。2022-3-735l中性点不接地的电力系统发生单相接地时，中性点对地电压变为零，完好相对地电压变为线电压，但各相间电压（线电压）仍然对称平衡；因此，三相用电设备仍可继续运行。但为了防止非接地相再有一相发生接地，造成两相短路，所以规程规定单相接地继续运行时间不得超过2小时，供电可靠性比较高。l单相接地电流为正常运行时对地电容电流的3倍。l线路比较长时，接地点处电流过大，容易形成间歇电弧，产生过电压，对电力系统造成危害。l系统绝缘是按照

23、线电压进行设计，增加了系统绝缘造价。2022-3-736l当中性点不接地系统的单相接地电流超过规定值时，为了避免产生断续电弧，避免引起过电压或造成短路，减小接地电弧电流使电弧容易熄灭，中性点应经消弧线圈接地。l消弧线圈对电容电流的补偿有三种方式：（1）全补偿；（2）欠补偿（3）过补偿。实际中都采用过补偿，以防止由全补偿引起的电流谐振损坏设备或防止欠补偿时由于部分线路断开造成全补偿，从而引起电流谐振。中性点经消弧线圈接地系统，发生单相接地时，各相的对地电压和对地电容电流的变化情况与中性点不接地系统相同。2022-3-737l中性点直接接地系统发生单相接地时，通过接地中性点形成单相短路，产生很大的

24、短路电流，继电保护动作切除故障线路，使系统的其他部分恢复正常运行。l由于中性点直接接地，发生单相接地时，中性点对地电压仍为零。非接地的相对地电压也不发生变化，因此系统绝缘是按照相电压设计，降低了系统绝缘造价。但供电可靠性较差。 中性点直接接地系统示意图2022-3-738l工厂变电所的电气主接线是将导线或电缆、电力变压器、母线、各种开关、避雷器、电容器等电气设备有序地连接起来，实现电能输送和分配的作用。 其中母线是： 各级电压配电装置、各种电气设备之间的连接以及电气设备与相应配电装置之间的连接线，称之为母线。 母线形式：软母线和硬母线T（L）MY。 软母线一般为绞线形式；硬母线有矩形、圆形和管

25、形母线。 在35kV以上的高压配电装置中多采用圆形或管形母线。母线着色可以增加其热辐射能力，有利于母线散热。A相涂黄色；B相涂绿色；C相涂红色。l电气主接线应用于运行操作中，称为模拟接线图，它表明断路器和隔离开关的实际运行位置。l主接线形式主要有：线路变压器组接线、单母线不分段接线、单母线分段接线、桥式接线和双母线接线等。2022-3-7392022-3-740l在工厂变电所中，当只有一路电源供电线路和一台变压器时，可采用此接线。l根据高压侧情况不同，可装设三种开关。 1.当电源侧继电保护装置能保护变压器且灵敏度满足要求时，其高压侧可只装设隔离开关。 2.当变压器高压侧短路容量不超过高压熔断器

26、断流容量，而又允许采用高压熔断器保护变压器时，变压器高压侧可装设跌落式熔断器或负荷开关熔断器组。 3.通常变压器高压侧装设隔离开关和断路器。 4.当高压侧装设负荷开关时，变压器容量不大于1250kVA；装设隔离开关或跌落式熔断器时，变压器容量一般不大于630kVA。l优点：接线筒单，所用电气设备少，配电装置简单，节约了建设投资。l缺点：该单元中任一设备发生故障或检修时，变电所全部停电，可靠性不高。l适用范围：适用于小容量三级负荷、小型工厂或非生产性用户。2022-3-741l当只有一路电源进线时，常用这种接线，如图所示。l这种接线的优点：接线简单清晰，使用设备少，经济性比较好。由于接线简单，操

27、作人员发生误操作的可能性就小。l缺点：可靠性和灵活性差。因为，当母线或母线隔离开关发生故障，或进行检修时，必须断开供电电源，而造成全部用户供电中断。l适用范围：可用于对供电连续性要求不高的三级负荷用户，或有备用电源的二级负荷用户。 单母线不分段接线2022-3-742l若用断路器分段时，除仍可分段检修母线或母线隔离开关外，还可在母线或母线隔离开关发生故障时，母线断路器和进线断路器可同时自动断开，以保证非故障部分连续供电。l优点：供电可靠性较高，操作灵活，除母线故障或检修外，可对用户连续供电。l缺点：母线故障或检修时，仍有50左右的用户停电。l适用范围：在两路电源进线时，采用单母线分段接线，可对

28、一、二级负荷供电，特别是装设了备用电源自动投人装置后，更加提高了用断路器分段接线的供电可靠性 。 l 当有双电源供电时，常采用高压侧单母线分段接线，分段开关可采用隔 离 开关或断路器分段。l 当采用隔离开关分段时，如需对母线或母线隔离开关检修，可将分段隔 离开关断开后分段进行检修。当母线发生故障时，经短时间倒闸操作将 故障段切除，非故障段仍可继续运行，只有故障段所接用户（约50） 将停电。2022-3-743l所谓桥式接线是指在两路电源进线之间跨接一个断路器，犹如一座桥。主要有内桥式接线和外桥式接线。断路器跨在进线断路器的内侧，靠近变压器，称为内桥式接线；若断路器跨在进线断路器的外侧，靠近电源

29、，称为外桥式接线。l桥式接线的特点：（1）接线简单 高压侧无母线，没有多余设备。（2）经济 由于不需设母线，节省了断路器，节约了投资。（3）可靠性高 无论哪条回路故障或检修，均可通过倒闸操作迅速切除该回路，不致使二次侧母线长时间停电。（4）安全 每台断路器两侧均装有隔离开关，可形成明显的断点，以保证安全检修。（5）灵活 操作灵活，能适应多种运行方式。l使用范围：适用于一、二级负荷的供电，对工厂35kV及以上总降压变电所，有两路电源及两台变压器时，一般采用桥式接线。外桥接线内桥接线2022-3-744l电力电容器l电力变压器l电动机l互感器l高压断路器l高压熔断器l高压隔离开关l高压负荷开关l高

30、、低压开关柜l避雷器2022-3-745l电力电容器主要作用是提高系统的功率因数，是一种无功补偿装置。补偿方式主要有：个别补偿、分组补偿和集中补偿。l个别补偿主要用于低压配电网路，电容器直接接在用电设备附近。相应地减少了线路和变压器中的有功电能损耗。l适当配置电容器，可以减少线路的导线截面及变压器的容最，对已运行的线路和变压器，则可提高其输出容量，是最佳的补偿方法。其缺点是电容器的利用率低，投资大；个别补偿只适用运行时间长的大容量电动机。2022-3-746l分组补偿是将移相电容器接于车间的配电母线。其特点是电容器的电流不能流经母线与用电设备之间的线路，此段线路的无功功率未能补偿。线路的损耗少

31、不了，只能补变压器的无功需要，因此补偿效果不如个别补偿。l集中补偿是将移相电容器装在总降压变电所的母线上。电容器的利用率较分散补偿还高，若装在变电所的母线上，则能减少电力系统及用户主变压器的无功负荷。2022-3-747l在电力系统中，电力变压器是一种主要电器，其主要作用是变换电压和输送电能。l按绕组数目分为：双绕组、三绕组和多绕组变压器；按绕组导体材质分为：铜绕组和铝绕组变压器；还分为有载调压和无载调压；按冷却方式分为：油浸自冷、油浸风冷和水冷等；按绕组绝缘类型分为：油浸变压器、干式变压器充气变压器等。系统中应用最多的是双绕组、油浸自冷电力变压器，。l6100.4kV的变压器叫配电变压器；安

32、装在总降压变电所的叫主变。l变压器型号：S9-1000/10，表示三相铜绕组油浸自冷式变压器。目前主要是S9系列。电力变压器结构：由铁心、绕组、油箱、绝缘套管、冷却装置、保护装置等组成。 2022-3-748环氧树脂浇注干式变压器2022-3-749l异步电机是一种旋转电机，它结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠，成本低廉，效率较高，因此应用广泛。其缺点，一是在运行时要从电网吸取感性无功电流，降低了电网功率因数，增加线路损耗，限制电网的功率传送；二是起动和调速性能较差。一、三相异步电动机的结构和原理l三相异步电动机主要由定子和转子两大部分组成。转子装在定子腔内，定、转子之间有一缝隙，称为气

33、隙。l定子主要由定子铁心、定于绕组和机座三部分组成 。 2022-3-750l转子主要由转子铁心、转子绕组和转轴三部分组成。整个转子靠端盖和轴承支撑着。根据转子绕组的结构型式，电动机分为笼型转子和绕线转子两种。l笼型转子：在转子铁心的每一个槽中，插入一根裸导条，在铁心两端分别用两个短路环把导条连接成一个整体，形成一个自身闭合的多相短路绕组。l绕线转子：在转子铁心槽内嵌有绝缘导线组成的三相绕组，一般作星形联结，三个端头分别接在与转轴绝缘的三个滑环上，再经一套电刷引出来与外电路相连。 2022-3-751l工作原理：当异步电动机定子对称的三相绕组中通入对称的三相电流时，就会产生一个以同步转速为n1

34、的旋转磁场，转速l三相对称绕组中通人三相对称电流产生旋转磁场；转子导体切割磁场，产生感应电动势和电流；转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，从而形成电磁转矩，驱使电动机转子转动。pfn601二、铭牌数据l电机型号2022-3-752l额定值 额定电压UN：是电动机正常运行的最高工作电压，指线电压。 额定电流IN：电机额定运行时的所允许的电流，一般指线电流。 额定功率PN：额定运行时电机转轴上输出的机械功率。 由此公式可由功率估算出电流大小，一般为2A/kW。 额定频率fN ：是指电动机所用交流电源的频率，我国电力系统规定为50 Hz。 绝缘等级：是按电动机所用绝缘材料允许的最高温度来分级的，有

35、A、E、B、F、H、C等几个等级。目前一般电动机采用较多的是E级绝缘和B级绝缘。NNNNIUPcos32022-3-753l电动机特性 1.机械特性：电源电压一定时，异步电动机的转速n与电磁转矩Tem的关系称为机械特性。 图中TN、Tst、Tm分别为额定转矩、起动转矩和最大转矩。电动机的电磁转矩与电压平方成正比；电动机正常工作时，处于曲线的稳定区。 2.工作特性：电源电压和频率为额定值时，电动机定子电流I1、转速n、定子功率因数、电机效率与电动机输出机械功率P2之间的关系，称为电动机的工作特性。工作特性可以用相应的曲线来表示 。2022-3-754l电动机定子三相绕组有星形联结和三角形联结两种

36、。如图所示 三、电机的使用l电动机的起动：笼型电机有直接起动和降压起动；4kW以下的电机一般采用直接起动。 降压起动常用的有：YD换接起动，自耦变压器降压起动以及软启动等。n软起动是近年来随着电子技术的发展而出现的新技术，起动时通过软起动器（一种晶闸管调压装置）使电压从某一较低值逐渐上升至额定值，起动后再用旁路接触器KM使电动机投入正常运行，如图所示。2022-3-755l软起动可以从额定电压的 10至 60开始沿斜坡逐渐上升至全压，斜坡曲线除起始点可调外，上升的时间也是可调的。n在软起动起动过程中，电磁转矩变化较平稳，这种起动方式降低了电网的负担，也减小了对机械设备的冲击，可延长机械设备的使

37、用寿命。l电动机的调速：变极调速、变频调速和变转差率调速。调压调速以及绕线电机转子串电阻属于变转差率调速。n软起动器还具有节能功能和保护功能，可将电压调节至与实际负载相适应，使功率因数和效率得到改善；其内部的电子保护器能防止电动机因过载而发热。所以它虽然出现的时间不长，却已在水泵、鼓风机、压缩机、传送带等设备中得到大量应用。2022-3-756四、电动机的故障、异常运行方式及保护装置1定子绕组相间短路，是电动机最严重的故障，按规定应装设电流速断保护。对于容量 2000千瓦及以上的电动机，或对容量小于 2000千瓦，且具有 6个引出端于的重要电动机，当电流速断保护灵敏度不能满足要求时应装设纵差联

38、动保护。2定子绕组的单相接地故障。当小接地电流系统中接地电容电流大于5安时，应装设单相接地保护。当单相接地电容电流值为510安时，保护动作于信号，对2000千瓦及以上的电动机则动作于跳闸；当单相接地电容值大于10安时，保护动作于跳闸。3电动机由于机械过载而引起的过负荷是最常见的异常运行方式，此时会引起电动机的过电流，加速绕组绝缘老化。规程规定，对于易发生过负荷的电动机应装设过负荷保护装置，动作于信号。2022-3-757n互感器是把高电压、大电流变为低电压、小电流的一种特殊的变压器。有电压互感器和电流互感器两种形式。n互感器用于电力系统中，作为测量、控制、指示和继电保护等电路的信号源。n使用互

39、感器，可以使仪表、继电器等与高电压、大电流的被测电路绝缘，可以降低其规格，并使之规格统一。n电流互感器副边额定电流一般为5A，电压互感器副边额定电压一般为100V。n使用电流互感器注意事项：（1）副边不允许开路。避免绕组绝缘击穿，危及人体。（2）二次绕组及铁心必须牢固接地。防止绕组绝缘损伤时高电压传入副边而危及人体和设备。（3）二次负载的阻抗值不能过大。n使用电流互感器注意事项：（1）副边不允许短路。避免过大的短路电流损坏互感器。（2）二次绕组及铁心必须牢固接地。防止绕组绝缘损伤时高电压传入副边而危及人体和设备。（3）二次负载的阻抗值不能过小。2022-3-7582022-3-759n高压断路

40、器能通断正常的负荷电流和过负荷电流，而且能通断一定的短路电流，能在继电保护装置的作用下自动跳闸，切除短路故障。由于要通断短路电流，因此，断路器有相当完备的灭弧结构，有足够的通断能力。起过载和短路保护n按其灭弧介质分为： 少油断路器（SN、SW型） 真空断路器（ZN、ZW型） 六氟化硫断路器（LN、LW型）QF2022-3-760l触头在绝缘油中闭合和断开。l油只作为灭弧介质，油量少。l结构简单、体积小，重量轻。l外壳带电，必须与大地绝缘，人体不能触及，爆炸的危险性小。l广泛用在不需频繁操作及不要求高速开断的各级电网中。2022-3-761l触头在高真空的容器内闭合和断开。l灭弧能力强，燃弧时间

41、短（一般0.01s），属高速断路器。l触头不受外界有害气体的侵蚀，电磨损小，使用寿命长。l结构简单，体积小，重量轻，可采用积木式结构，系列性强。l无易燃易爆介质，无易燃易爆危险。l广泛用频繁操作及要求高速开断的场合。2022-3-762SF6断路器示意图l触头在SF6气体中闭合和断开。lSF6气体兼有灭弧和绝缘功能。l灭弧能力强，属高速断路器。lSF6气体本身无毒，但在电弧的高温作用下会产生氟化氢等有强烈腐蚀性的剧毒物质，检修时注意放毒。l结构简单，可采用积木式结构。l无易燃易爆危险。l广泛用频繁操作及要求高速开断的场合，但不适用于高寒地区。2022-3-763l高压熔断器主要作用是用来分断过

42、载电流和短路电流，进行过载和短路保护。分为户内高压熔断器（RN1、RN2型只用于电压互感器的保护）和户外高压熔断器（RW型）FU2022-3-764GN810隔离开关l作用：用来隔离高压电源，以保证安全检修。l结构特点：具有明显的断开间隙；没有灭弧装置，因此不能带负荷操作。但允许通断一定的小电流，如励磁电流不大于2A的空载变压器，充电电流不大于5A的空载线路以及电压互感器等。QS2022-3-765l高压负荷开关的功能是要求能通断正常的负荷和过负荷电流，但不要求通断短路电流，因此它只用简单的灭弧装置l为了断开短路电流，它必须与高压熔断器串联，借助熔断器切断短路电流。l高压负荷开关大多具有隔离开

43、关的作用，以保证安全检修。l通常具有和隔离开关一样的明显断开间隙。l负荷开关又有“功率（电力）隔离开关”之称。2022-3-766l成套配电装置也称开关柜，根据电气主接线的要求，将开关电器、测量仪表、保护电器和辅助设备都装配在全封闭或半封闭的金属柜内，形成成套配电装置。成套配电装置按其电压等级可分为：高压成套配电装置和低压成套配电装置。l高压开关柜分为以下几种铠装式：各室间用金属板隔离且接地，如 KGN型；间隔式：各室间是用一个或多个非金属板隔离，如JYN型；箱式：具有金属外壳，间隔数少于铠装式或间隔式，如 XGN型。l 开关柜的共同点是外壳均用金属壳体。间隔式和铠装式均有隔室，但间隔式的隔室

44、用绝缘板，而铠装式的隔室用金属板。用金属板可将故障电弧限制在产生的隔室内，若电弧触及金属板，即被引入大地。而在间隔式中，电弧有可能烧穿绝缘隔板，进入另一间隔。2022-3-767l产品名称： K金属封闭铠装式；J金属封闭间隔式；X金属封闭箱式。l结构特征：G固定式；Y移开式l使用条件；N户内式；W户外式l操作方式（操动机构）：S手动操动；D电磁操动；T弹簧操动；Z重锤操动；Q气动操动；Y液压操动l开关柜的五防功能：防止误跳、误合断路器；防止带负荷拉、合隔离开关；防止带电挂接接地线；防止带接地线合隔离开关；防止人员误入开关柜的带电间隙。 2022-3-768l KGNI10型开关柜的框架由角钢和

45、钢板弯制焊接而成，柜内以接地金属隔板分成母线室、断路器室、电缆室、操作机构室、继电器室及压力释放通道。 2022-3-769l壳体用钢板和绝缘板分隔成手车室、母线室、电缆室和继电器、仪表室四个部分 。手车用钢板弯制焊接而成，底部装有四只滚轮，能沿水平方向移动，还装有接地触点导向装置，脚踏锁定机构及手车杠杆推进机构的扣擎。 2022-3-770l低压成套配电装置包括电压等级1kV以下的电压开关柜、动力配电柜、照明箱、控制屏（台）、直流配电屏及补偿成套装置。这些设备广泛应用在电力系统、工矿企业、港口机场和高层建筑等场合，作为动力、照明配电及补偿之用。2022-3-7712022-3-772l避雷器

46、是用于保护电力系统中电气设备的绝缘免受沿线路传来的雷电过电压，或避免由操作引起的内部过电压的损害，是电力系统中重要的保护设备之一。l对避雷器的基本要求：1、当过电压超过一定值时，避雷器动作，将导线直接或经电阻接地，限制过电压；2、过电压作用消失后，能迅速截断工频电压作用下的电弧，使系统迅速恢复正常运行，避免供电中断。l国内使用的避雷器有：保护间隙、管型避雷器、阀型避雷器（普通阀型避雷器FS、FZ型和磁吹阀型避雷器）、ZnO避雷器。l阀型避雷器是由多个火花间隙与阀片电阻串连构成。火花间隙由上下两个黄铜电极，中间用0.5mm厚的云母垫片隔开。阀片电阻为非线性电阻。2022-3-773lZnO避雷器

47、具有良好的非线性、动作迅速、残压低、通流容量大、无间隙、无续流、结构简单、可靠性高等优点。在电站和变电所中得到了广泛应用lZnO伏安特性曲线可分为小电流区（1mA以下区域）、非线性区（1mA到3kA之间区域）和饱和区（电流大于3kA）。l假设ZnO、 SiC电阻阀片在10kA电流下的残压相同，但在额定电压下ZnO曲线所对应的电流一般在0.01mA以下，可认为续流为零，而SiC曲线对应的续流为100A左右。2022-3-774l过电压：指在电气设备或线路上出现的超过正常工作要求并对其绝缘构成威胁的电压。过电压按产生原因可分为内部过电压和外部过电压。 （1）内部过电压：是由于电力系统正常操作、事故

48、切换、发生故障或负荷骤变时引起的过电压，可分为操作过电压、弧光接地过电压及谐振过电压。 内部过电压的能量来自电力系统本身。经验证明，内部过电压一般不超过系统正常运行时额定相电压的34倍，对电力线路和电气设备绝缘的威胁不很大。 （2）外部过电压（亦称雷电过电压或大气过电压）：是由于电力系统中的设备或建筑物遭受来自大气中的雷击或雷电感应而引起的过电压。可分为直击雷过电压、感应过电压、雷电 波侵入引起的过电压。 大气过电压幅值高，电流大，对电力系统的危害远远超过内部过电压。因此，必须采取有效措施加以防护。2022-3-775l直击雷防护：采用避雷针和避雷线保护。它由接闪器、引下线和接地体构成。l感应

49、过电压防护 ：可采用避雷器进行保护,在靠近变压器的线路上装设避雷器。l雷电波侵入的防护 ：可采用避雷器和其它防护措施对设备进行保护。如在靠近变电所12km处采用进线保护段；利用避雷器、电缆段联合作用进行防雷保护。2022-3-776l接闪器是指用来直接接受大气中雷电闪击以防护其他设备、线路和建筑物的金属导体，包括避雷针、避雷线、避雷带和避雷网等l避雷针宜采用圆钢或焊接钢管制成，其直径不应小于下列数值：（1）针长1m以下：圆钢为12mm；钢管为 20mm（2）针长12m：圆钢为16mm；钢管为 25mm（3）烟囱顶上的针：圆钢为20mm；钢管为40mml架空避雷线宜采用截面不小于35mm2的镀锌

50、钢绞线。（1）避雷带和避雷网宜采用圆钢或扁钢，优先采用圆钢。圆钢：直径不应小于8mm。扁钢：截面不应小于48mm2 ，厚度不应小于4mm。（2）装于烟囱上的避雷环，要求：圆钢：直径不应小于 12mm。扁钢：截面不应小于100mm2 ，厚度不应小于4mm。2022-3-777l接地体是接地装置的主要部分，是能否取得合格接地电阻的关键，接地体可分为自然接地体与人工接地体。l自然接地体l凡是与大地有可靠而良好接触的设备或构件，大都可用作自然接地体，如： 1.与大地有可靠连接的建筑物的钢结构、混凝土基础中的钢筋。 2.敷设于地下而数量不少于两根的电缆金属外皮。 3.敷设在地下的金属管道及热力管道。输送

51、可燃性气体或液体（如煤气、石油）的金属管道除外。 4.利用自然接地体，必须保证良好的电气连接，在建筑物钢结构结合处凡是用螺栓连接的，只有在采取焊接与加跨接线等措施后方可利用。l自然接地体的接地电阻如果能满足要求且又满足热稳定条件时，就不必再装设人工接地装置，否则应增加人工接地装置。2022-3-778l人工接地体l自然接地体不能满足接地要求或无自然接地体时，应装设人工接地体。人工接地体大多采用钢管、角钢、圆钢和扁钢制作。一般情况下，人工接地体都采取垂直敷设，特殊情况如多岩石地区，可采取水平敷设。l垂直敷设的接地体的材料，常用直径 40mm50mm、壁厚 3.mm的钢管，或 40 x 40 x4

52、mm50 x 50 x 6mm的角钢。接地体的长度宜取25m，若偏短，散流电阻增加很多；若偏长，则难以打人地中，而且散流电阻减小不显著。2022-3-779l水平敷设的接地体，常采用厚度不小4mm、截面不小于100mm2 的扁钢或直径不小于10mm的圆钢，长度宜为520m。l如果接地体敷设处土壤有较强腐蚀性，则接地体应镀锌或镀锡并适当加大截面，不准采用涂漆或涂沥青的方法防腐。l为减少自然因素（如环境温度）对接地电阻的影响，接地体顶部距地面应不小于0.6m。l接地网：由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的整体。2022-3-780l接地分为：工作接地、保护接地和重复接地。l工作接地：在正常或

53、故障情况下为了保证电气设备可靠地运行，而将电力系统中某一点接地称为工作接地。例如电源（发电机或变压器）的中性点直接（或经消弧线圈）接地，能维持非故障相对地电压不变，电压互感器一次侧线圈的中性点接地能保证一次系统中相对地电压测量的准确度，防雷设备的接地是为雷击时对地泄放雷电流。2022-3-781l保护接地： 将在故障情况下可能呈现危险对地电压的设备的外露可导电部分（设备外壳）进行接地称为保护接地。电气设备上与带电部分相绝缘的金属外壳，通常因绝缘损坏或其他原因而导致意外带电，容易造成人身触电事故。为保障人身安全，避免或减小事故的危害性，电气工程中常采用保护接地。l重复接地: 将零线上的一处或多处

54、通过接地装置与大地再次连接，称重复接地。在架空线路终端及沿线每1km处、电缆或架空线引入建筑物处都要重复接地。如不重复接地，当零线万一断线而同时断点之后某一设备发生单相碰壳时，断点之后的接零设备外壳都将出现较高的接触电压，如图所示。2022-3-782l低压配电系统，按保护接地形式，分为TN系统、TT系统和IT系统。l TN系统 TN系统的电源中性点直接接地，并引出有中性线（N线）、保护线（PE线）或保护中性线（PEN线），属于三相四线制系统。l如果系统中的N线与PE线全部合为PEN线，则此系统称为TN-C系统，如图a所示。l如果系统中的N线与PE线分开则此系统称为TNS系统，如图 b所示。l

55、如果系统中前一部分N线与PE线合为PEN线，而后一部分N线与PE线全部或部分地分开，则此系统称为TN-C-S系统，如图c所示2022-3-783lTN系统中，设备外露可导电部分（设备外壳）经低压配电系统中的公共PE线（在TN-S系统中）或PEN线（在TN-C系统中）接地，这种接地形式我国习惯称“保护接零”。lTN系统中的设备发生单相碰壳漏电故障时，就形成单相短路回路，因该回路内不包含任何接地电阻，整个回路的阻抗就很小，故障电流很大，足以保证在最短的时间内使熔丝熔断、保护装置或自动开关跳闸，从而切除故障设备的电源，保障了人身安全。2022-3-784lTT系统的电源中性点直接接地，并引出有N线，

56、属三相四线制系统，设备的外壳单独接地（保护接地），如图a所示。l当设备发生一相接地故障时，就通过保护接地装置形成单相短路电流（如图 b）。这么大的故障电流，对于容量较小的电气设备所选用的熔丝会熔断或使自动开关跳闸，切断电源，可以保障人身安全。l但对于容量较大的电气设备，因所选用的熔丝或自动开关的额定电流较大，所以不能保证切断电源，也就无法保障人身安全了，这是保护接地方式的局限性，但可通过加装漏电保护开关来弥补，以完善保护接地的功能。 2022-3-785l IT系统的电源中性点不接地或经阻抗接地，不引出N线，属于三相三线制系统，设备的外壳单独接地，如图所示。l当设备发生一相接地故障时，就通过接

57、地装置、大地、两非故障相对地电容以及电源中性点接地装置（如采取中性点经阻抗接地时）形成单相接地故障电流（如图b），这时人体若触及漏电设备外壳，因人体电阻与接地电阻并联，且人体电阻比接地电阻大200倍以上，由于分流作用，通过人体的电流将远小于流经接地电阻的故障电流，极大地减小了触电的危害程度。2022-3-786l在同一低压配电系统中，保护接地与保护接零不能混用。否则当采取保护接地的设备发生某相碰壳短路，而保护装置又拒绝动作，这时零线的电位升高到危险电压（大约为相电压的一半）。所以会使与零线相连的所有电气设备外壳上都带有可能使人触电的危险电压。2022-3-787l电力线路（架空线路、电缆线路及室内配电线路）在运行中，如突然发生事故停电时，可按不同情况分别处理：l（1）进线没有电压时的处