第一章 電力產生和輸送

1、 第一節(jié)第一節(jié)電力的產生電力的產生第二節(jié)第二節(jié)電力的輸送和分配電力的輸送和分配第三節(jié)第三節(jié)變壓器的用途和原理變壓器的用途和原理本章小結本章小結第第1章章電力的產生和輸送電力的產生和輸送 第一節(jié)第一節(jié)電力的產生電力的產生1電能的特點電能的特點自然界的能源可分為一次能源和二次能源兩類自然界的能源可分為一次能源和二次能源兩類。電能的特點：電能的特點：（1）便于轉換。）便于轉換。（2）便于輸送。）便于輸送。（3）便于控制和測量。）便于控制和測量。（4）生產、輸送和使用比較經濟、高效、清潔、污染少。）生產、輸送和使用比較經濟、高效、清潔、污染少。一次能源是指自然界中現(xiàn)成存在的可直接利用的能源；一次能源是

2、指自然界中現(xiàn)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轉換而成的能源。二次能源是指由一次能源加工轉換而成的能源。 2電力的生產電力的生產電能與其他能量的相互轉換關系。電能與其他能量的相互轉換關系。第一節(jié)第一節(jié)電力的產生電力的產生 目前電力的生產主要是以下三種方式：目前電力的生產主要是以下三種方式：（1）火力發(fā)電）火力發(fā)電（2）水力發(fā)電）水力發(fā)電通過燃料燃燒加熱水，產生高溫高壓的蒸汽，再用蒸汽來通過燃料燃燒加熱水，產生高溫高壓的蒸汽，再用蒸汽來推動汽輪機旋轉并帶動三相交流同步發(fā)電機發(fā)電。推動汽輪機旋轉并帶動三相交流同步發(fā)電機發(fā)電。利用水的落差和流量去推動水輪機旋轉并帶動發(fā)電機發(fā)電。利用

3、水的落差和流量去推動水輪機旋轉并帶動發(fā)電機發(fā)電。第一節(jié)第一節(jié)電力的產生電力的產生 （3）原子能發(fā)電）原子能發(fā)電還有風力發(fā)電、太陽能發(fā)電、地熱發(fā)電和潮汐發(fā)電等。還有風力發(fā)電、太陽能發(fā)電、地熱發(fā)電和潮汐發(fā)電等。原子能發(fā)電是利用原子核裂變時釋放出來的巨大能量來加原子能發(fā)電是利用原子核裂變時釋放出來的巨大能量來加熱水，產生高溫高壓的蒸汽推動汽輪機從而帶動發(fā)電機發(fā)電。熱水，產生高溫高壓的蒸汽推動汽輪機從而帶動發(fā)電機發(fā)電。第一節(jié)第一節(jié)電力的產生電力的產生 一一 電能的生產電能的生產 1水力發(fā)電廠 定義：水電站，利用水的位能來生產電的。利用水的位能沖轉水輪機，轉化為機械能，水輪機又帶動發(fā)電機轉，做切割磁感線

4、運動，從而產生電能 特點：建設周期長，投資大，生產簡單，無污染，運行費用低 用途：發(fā)電，防洪，航運，灌溉 發(fā)電機機構示意圖發(fā)電機機構示意圖 2火力發(fā)電站火力發(fā)電站 將化石能轉化為機械能再轉化為電能 過程中依靠燃燒化石能源燃燒產生的熱能轉化為電能。 缺點，燃燒一次性能源，會產生污染 利用率不高 3原子能發(fā)電站原子能發(fā)電站 一、電力系統(tǒng)一、電力系統(tǒng)二、工業(yè)與民用供電系統(tǒng)二、工業(yè)與民用供電系統(tǒng)第二節(jié)第二節(jié)電力的輸送和分配電力的輸送和分配三、供電質量三、供電質量 為了供電的安全連續(xù)可靠為了供電的安全連續(xù)可靠和經濟，將各類發(fā)電廠的發(fā)電和經濟，將各類發(fā)電廠的發(fā)電機、變電所、輸電線、配電設機、變電所、輸電線

5、、配電設備和用電設備聯(lián)系起來組成一備和用電設備聯(lián)系起來組成一個整體，這個整體就稱為電力個整體，這個整體就稱為電力系統(tǒng)，如圖所示。系統(tǒng)，如圖所示。一、電力系統(tǒng)一、電力系統(tǒng)第二節(jié)第二節(jié)電力的輸送和分配電力的輸送和分配 由于發(fā)電廠往往建立在離用電中心很遠的地方，因此，必由于發(fā)電廠往往建立在離用電中心很遠的地方，因此，必須進行遠距離輸電。須進行遠距離輸電。從輸電角度來講，電壓越高，則輸送的距離越遠，傳輸?shù)膹妮旊娊嵌葋碇v，電壓越高，則輸送的距離越遠，傳輸?shù)娜萘烤驮酱?，電能的消耗也越小。容量就越大，電能的消耗也越小。但從用電角度來講，為了人身安全和降低用電設備的制造但從用電角度來講，為了人身安全和降低用電

6、設備的制造成本，則電壓低些為好。成本，則電壓低些為好。為此，大中型發(fā)電廠發(fā)出的電都要經過升壓，然后由輸電為此，大中型發(fā)電廠發(fā)出的電都要經過升壓，然后由輸電線送到用電區(qū)，再進行降壓并分配給用戶。線送到用電區(qū)，再進行降壓并分配給用戶。即采用高壓輸電，即采用高壓輸電，低壓配電的方式。低壓配電的方式。第二節(jié)第二節(jié)電力的輸送和分配電力的輸送和分配 對于低壓供電的用戶，則不用變壓，只需設置僅有變電和對于低壓供電的用戶，則不用變壓，只需設置僅有變電和配電設備的配電所就行了，系統(tǒng)如圖。配電設備的配電所就行了，系統(tǒng)如圖。第二節(jié)第二節(jié)電力的輸送和分配電力的輸送和分配 1小型工業(yè)與民用建筑設施的供電小型工業(yè)與民用建

7、筑設施的供電小型工業(yè)與民用建筑設施的供電，一般只需設立一個簡單小型工業(yè)與民用建筑設施的供電，一般只需設立一個簡單的降壓變電所，供電系統(tǒng)如圖所示。的降壓變電所，供電系統(tǒng)如圖所示。二、工業(yè)與民用供電系統(tǒng)二、工業(yè)與民用供電系統(tǒng)第二節(jié)第二節(jié)電力的輸送和分配電力的輸送和分配 2中型工業(yè)與民用建筑設施的供電中型工業(yè)與民用建筑設施的供電中 型 工 業(yè) 與 民 用 建 筑 設 施 的 供 電 ， 一 般 電 源 進 線 維中 型 工 業(yè) 與 民 用 建 筑 設 施 的 供 電 ， 一 般 電 源 進 線 維 6 10 kV，經高壓配電所，再由，經高壓配電所，再由 6 10 kV 配電線路將電能送到配電線路將電

8、能送到各建筑物的變電所，降為各建筑物的變電所，降為 380 V / 220 V 低壓，供給用電設備，如低壓，供給用電設備，如圖。圖。第二節(jié)第二節(jié)電力的輸送和分配電力的輸送和分配 3大型工業(yè)與民用建筑設施的供電大型工業(yè)與民用建筑設施的供電大型工業(yè)與民用建筑設施的供電，電源進線一般為大型工業(yè)與民用建筑設施的供電，電源進線一般為 35 kV 或以上，第一次降壓為或以上，第一次降壓為 6 10 kV，然后用配電線路送到各用電，然后用配電線路送到各用電點的變電所，再降為點的變電所，再降為 380 V/220 V電壓，也有電壓，也有 35 kV 直接降為低直接降為低壓的，如圖所示。壓的，如圖所示。第二節(jié)第

9、二節(jié)電力的輸送和分配電力的輸送和分配 供電質量包括供電的可靠性、電壓質量、頻率質量及電壓供電質量包括供電的可靠性、電壓質量、頻率質量及電壓波形質量等方面。波形質量等方面。1供電的可靠性供電的可靠性供電的可靠性用事故停電到恢復供電所需時間的長短來反供電的可靠性用事故停電到恢復供電所需時間的長短來反映。電力負荷通常分為三類：映。電力負荷通常分為三類：（1）一類負荷）一類負荷是指當停電時將產生大量廢品，減產或造成公共場所秩序是指當停電時將產生大量廢品，減產或造成公共場所秩序嚴重混亂的部門，一般采用兩個獨立的電源系統(tǒng)供電。嚴重混亂的部門，一般采用兩個獨立的電源系統(tǒng)供電。三、供電質量三、供電質量 第二節(jié)

10、第二節(jié)電力的輸送和分配電力的輸送和分配 （2）二類負荷）二類負荷是指停電時可能引起人身傷亡、造成重大政治影響、設置是指停電時可能引起人身傷亡、造成重大政治影響、設置損壞、產生事故或混亂的場所，一般由兩路電源線進行供電。損壞、產生事故或混亂的場所，一般由兩路電源線進行供電。（3）三類負荷）三類負荷是指不屬于上述第一、二類負荷的用戶，其供電方式一般是指不屬于上述第一、二類負荷的用戶，其供電方式一般為單路。為單路。第二節(jié)第二節(jié)電力的輸送和分配電力的輸送和分配 2電壓質量電壓質量國家規(guī)定：國家規(guī)定：35 kV 及以上供電電壓允許偏差為及以上供電電壓允許偏差為 10 %，10 kV及以下的供電電壓允許偏

11、差為及以下的供電電壓允許偏差為 7 %，220 V 單相供電允許單相供電允許偏差為偏差為 + 5 % - -10 %。我國交流電力設備的額定頻率為我國交流電力設備的額定頻率為 50 Hz，頻率偏差一般不超，頻率偏差一般不超過過 0.5 Hz 。若電力系統(tǒng)容量達。若電力系統(tǒng)容量達 3 000 M3 000 MW 以上時，頻率偏差以上時，頻率偏差不得超過不得超過 0.2 Hz 。3頻率質量頻率質量第二節(jié)第二節(jié)電力的輸送和分配電力的輸送和分配 4電壓波形質量電壓波形質量由于大型晶閘管整流裝置及一些新零件的使用，導致供電由于大型晶閘管整流裝置及一些新零件的使用，導致供電系統(tǒng)中電流、電壓波形發(fā)生變化，使

12、其他用電設備損耗增大、系統(tǒng)中電流、電壓波形發(fā)生變化，使其他用電設備損耗增大、壽命縮短，過大的畸變還會影響一些電氣設備正常工作。壽命縮短，過大的畸變還會影響一些電氣設備正常工作。 第二節(jié)第二節(jié)電力的輸送和分配電力的輸送和分配 一、變壓器的用途一、變壓器的用途 第三節(jié)第三節(jié)變壓器的用途和原理變壓器的用途和原理二、變壓器的基本結構二、變壓器的基本結構 三、變壓器的基本原理三、變壓器的基本原理 四、變壓器的空載運行和變壓比四、變壓器的空載運行和變壓比 五、變壓器的負載運行和變流比五、變壓器的負載運行和變流比六、變壓器的外特性六、變壓器的外特性七、變壓器的效率七、變壓器的效率 變壓器按照用途主要分為以下

13、幾類：變壓器按照用途主要分為以下幾類：一、變壓器的用途一、變壓器的用途 1電力變壓器電力變壓器變壓器最主要的用途是作為輸、配電用的電力變壓器。變壓器最主要的用途是作為輸、配電用的電力變壓器。第三節(jié)第三節(jié)變壓器的用途和原理變壓器的用途和原理 發(fā)電廠發(fā)出的電能被輸送到用戶要通過很長的輸電線，在發(fā)電廠發(fā)出的電能被輸送到用戶要通過很長的輸電線，在輸送功率和負載功率因數(shù)一定時，輸電線路上的電壓輸送功率和負載功率因數(shù)一定時，輸電線路上的電壓 U 越高，越高，則電流則電流 I 就越小，這就減小輸電線的截面積，節(jié)約線材，而且就越小，這就減小輸電線的截面積，節(jié)約線材，而且減小輸電線路的功率損耗。促使輸電線路的電

14、壓由高壓向超高減小輸電線路的功率損耗。促使輸電線路的電壓由高壓向超高壓和特高壓不斷升級。壓和特高壓不斷升級。第三節(jié)第三節(jié)變壓器的用途和原理變壓器的用途和原理 2特種變壓器特種變壓器是指在特殊場合使用和特別用途的變壓器，例如電焊機變是指在特殊場合使用和特別用途的變壓器，例如電焊機變壓器、電爐變壓器、控制變壓器、整流變壓器、自耦變壓器等。壓器、電爐變壓器、控制變壓器、整流變壓器、自耦變壓器等。第三節(jié)第三節(jié)變壓器的用途和原理變壓器的用途和原理 3儀用變壓器儀用變壓器用于儀表測量技術中，如電流互感器、電壓互感器等。用于儀表測量技術中，如電流互感器、電壓互感器等。4其他變壓器其他變壓器如高壓變壓器、脈沖

15、變壓器等。如高壓變壓器、脈沖變壓器等。第三節(jié)第三節(jié)變壓器的用途和原理變壓器的用途和原理 變壓器是由變壓器是由鐵心鐵心和和繞組繞組兩部分組成。兩部分組成。1鐵心鐵心鐵心構成電磁感應所需要的磁路。為了減少渦流損耗，鐵鐵心構成電磁感應所需要的磁路。為了減少渦流損耗，鐵心通常用磁導率高而又互相絕緣的硅鋼片相疊合而成。心通常用磁導率高而又互相絕緣的硅鋼片相疊合而成。二、變壓器的基本結構二、變壓器的基本結構 第三節(jié)第三節(jié)變壓器的用途和原理變壓器的用途和原理 2繞組繞組變壓器的繞組用絕緣良好的漆包線、紗包線或絲包線繞成。變壓器的繞組用絕緣良好的漆包線、紗包線或絲包線繞成。變壓器工作時與負載相互連接的繞組稱為

16、二次繞組（或副變壓器工作時與負載相互連接的繞組稱為二次繞組（或副邊繞組），與電源連接的繞組稱為一次繞組（或原邊繞組）。邊繞組），與電源連接的繞組稱為一次繞組（或原邊繞組）。一次和二次繞組的匝數(shù)一般分別記為一次和二次繞組的匝數(shù)一般分別記為 N1 和和 N2。第三節(jié)第三節(jié)變壓器的用途和原理變壓器的用途和原理 變壓器一次和二次的電壓的有效值分別記為變壓器一次和二次的電壓的有效值分別記為 U1 和和 U2，電，電流有效值分別記為流有效值分別記為 I1 和和 I2。第三節(jié)第三節(jié)變壓器的用途和原理變壓器的用途和原理 1電磁感應電磁感應圖示電路，接上正弦波電壓，則線圈中將產生正弦波電流，圖示電路，接上正弦波

17、電壓，則線圈中將產生正弦波電流，同時在鐵心中有正弦交變磁通穿過繞組，所以二次繞組中產生同時在鐵心中有正弦交變磁通穿過繞組，所以二次繞組中產生感應電動勢、感應電流，燈泡發(fā)出暗光。感應電動勢、感應電流，燈泡發(fā)出暗光。說明：交流電流產生交變磁場，交變磁場感應出交變電壓。說明：交流電流產生交變磁場，交變磁場感應出交變電壓。三、變壓器的基本原理三、變壓器的基本原理第三節(jié)第三節(jié)變壓器的用途和原理變壓器的用途和原理 2理想變壓器理想變壓器如果認為變壓器采用的鐵心是強磁性體，并且無損耗，那如果認為變壓器采用的鐵心是強磁性體，并且無損耗，那么變壓器可以看成是理想變壓器。么變壓器可以看成是理想變壓器。強磁性體：就

18、是流經一次繞組所產生的磁通全部跟二次繞強磁性體：就是流經一次繞組所產生的磁通全部跟二次繞組鏈合。組鏈合。對于理想變壓器，以下關系成立對于理想變壓器，以下關系成立 ( ( 電壓與繞組匝數(shù)成正比電壓與繞組匝數(shù)成正比 ) )（電流與繞組匝數(shù)成反比）電流與繞組匝數(shù)成反比）2121nnUU 1221nnII 第三節(jié)第三節(jié)變壓器的用途和原理變壓器的用途和原理 繞組中每匝中感應的電壓相等，因為每匝都與同一交變磁繞組中每匝中感應的電壓相等，因為每匝都與同一交變磁場耦合。變壓器二次繞組的匝數(shù)越多，則二次電壓就越大。場耦合。變壓器二次繞組的匝數(shù)越多，則二次電壓就越大。同理，變壓器一次側每匝電壓是相同的。同理，變壓

19、器一次側每匝電壓是相同的。如果變壓器的一次、二次與同一磁場相耦合，則一次、二如果變壓器的一次、二次與同一磁場相耦合，則一次、二次每匝上的電壓將相等。即二次對一次的電壓比與二次對一次次每匝上的電壓將相等。即二次對一次的電壓比與二次對一次的匝數(shù)比相等。的匝數(shù)比相等。即即1212:nnUU 四、變壓器的空載運行和變壓比四、變壓器的空載運行和變壓比 第三節(jié)第三節(jié)變壓器的用途和原理變壓器的用途和原理 理想變壓器在帶負載的情況下運行，其內部不消耗功率，理想變壓器在帶負載的情況下運行，其內部不消耗功率，輸入變壓器的功率全部消耗在負載上，即：輸入變壓器的功率全部消耗在負載上，即：五、變壓器的負載運行和變流比五

20、、變壓器的負載運行和變流比2211IUIU 變壓器一次、二次電流比變壓器一次、二次電流比恒等于變壓器一次、二次匝數(shù)恒等于變壓器一次、二次匝數(shù)比的倒數(shù)。比的倒數(shù)。 第三節(jié)第三節(jié)變壓器的用途和原理變壓器的用途和原理KnnUUII1121221 變壓器運行時，改變負載就會影響二次輸出電壓與電流的變壓器運行時，改變負載就會影響二次輸出電壓與電流的大小。大小。在變壓器負載阻抗在變壓器負載阻抗 Z2 改變時，二次電壓與二次電流之間的改變時，二次電壓與二次電流之間的關系稱為變壓器的外特性。關系稱為變壓器的外特性。二次的額定電壓二次的額定電壓U20 ：在變壓器一次接入額定電壓、二次側：在變壓器一次接入額定電壓

21、、二次側開路時的開路電壓開路時的開路電壓 。U2N = U20變壓器的二次接入負載后，有電流輸出，二次繞組產生壓變壓器的二次接入負載后，有電流輸出，二次繞組產生壓降，輸出電壓變?yōu)榻担敵鲭妷鹤優(yōu)?U2，變壓器二次輸出電壓，變壓器二次輸出電壓 U2 隨輸出電流隨輸出電流 I2改變的關系稱為變壓器的外特性。不同用途的變壓器具有不同改變的關系稱為變壓器的外特性。不同用途的變壓器具有不同的外特性。的外特性。六、變壓器的外特性六、變壓器的外特性第三節(jié)第三節(jié)變壓器的用途和原理變壓器的用途和原理 變壓器的外特性：變壓器的外特性：一般電力變壓器（如工廠動力用變壓器，居民照明用變壓一般電力變壓器（如工廠動力用變

22、壓器，居民照明用變壓器），電壓變化率小于器），電壓變化率小于 5%10%。%100%222N - - NUUUU通常是在一次電壓通常是在一次電壓 U1，負載功率因數(shù)，負載功率因數(shù) cos 2為定的條件下為定的條件下測試出來。變壓器次級輸出電壓測試出來。變壓器次級輸出電壓 U2 隨輸出電流隨輸出電流 I2 的增加而減小，的增加而減小，從空載時的電壓從空載時的電壓 U2N 到電流達到額定值到電流達到額定值 I2N 時，次級電壓降為時，次級電壓降為 U2 ，變化的程度用電壓變化率表示：，變化的程度用電壓變化率表示：第三節(jié)第三節(jié)變壓器的用途和原理變壓器的用途和原理 變壓器工作時，要有功率損耗，造成變壓器的輸出功率變壓器工作時，要有功率損耗，造成變壓器的輸出功率 Pi 小于輸入功率小于輸入功率 Po 。變壓器的損耗包括：銅損和鐵損。變壓器的損耗包括：銅損和鐵損。1銅損是因變壓器繞組的銅線有一定量的電阻而產生的，銅損是因變壓器繞組的銅線有一定量的電阻而產生的，電流通過一次、二次繞組要產生熱量而損失電能。電流通過一次、二次繞組要產生熱量而損失電能。2鐵損是鐵心發(fā)熱而產生的。鐵損是鐵心發(fā)熱而產生的。變壓器的效率是其輸出有功功率變壓器的效率是其輸出有功功率 Po 與其輸入有功功率與其輸入有功功率 Pi 的的比值，一般用字母比值，一般用字母