第一章電力產(chǎn)生和輸送

1、第一節(jié)電力的產(chǎn)生,第二節(jié)電力的輸送和分配,第三節(jié)變壓器的用途和原理,本章小結(jié),第1章電力的產(chǎn)生和輸送,第一節(jié)電力的產(chǎn)生,1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,電能的特點,1）便于轉(zhuǎn)換,2）便于輸送,3）便于控制和測量,4）生產(chǎn)、輸送和使用比較經(jīng)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,二次能源是指由一次能源加工轉(zhuǎn)換而成的能源,2電力的生產(chǎn),電能與其他能量的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系,第一節(jié)電力的產(chǎn)生,目前電力的生產(chǎn)主要是以下三種方式,1）火力發(fā)電,2）水力發(fā)電,通過燃料燃燒加熱水，產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽，再用蒸汽來推動汽輪機旋轉(zhuǎn)并帶動三相交流同步發(fā)電機發(fā)電,利用水

2、的落差和流量去推動水輪機旋轉(zhuǎn)并帶動發(fā)電機發(fā)電,第一節(jié)電力的產(chǎn)生,3）原子能發(fā)電,還有風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、地?zé)岚l(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熱水，產(chǎn)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)電力的產(chǎn)生,一 電能的生產(chǎn),1水力發(fā)電廠 定義：水電站，利用水的位能來生產(chǎn)電的。利用水的位能沖轉(zhuǎn)水輪機，轉(zhuǎn)化為機械能，水輪機又帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)，做切割磁感線運動，從而產(chǎn)生電能 特點：建設(shè)周期長，投資大，生產(chǎn)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(gòu)示意圖,2火力發(fā)電站,將化石能轉(zhuǎn)化為機械能再轉(zhuǎn)化為電能 過程中依靠燃燒化石能源燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)

3、化為電能。 缺點，燃燒一次性能源，會產(chǎn)生污染 利用率不高,3原子能發(fā)電站,一、電力系統(tǒng),二、工業(yè)與民用供電系統(tǒng),第二節(jié)電力的輸送和分配,三、供電質(zhì)量,為了供電的安全連續(xù)可靠和經(jīng)濟，將各類發(fā)電廠的發(fā)電機、變電所、輸電線、配電設(shè)備和用電設(shè)備聯(lián)系起來組成一個整體，這個整體就稱為電力系統(tǒng)，如圖所示,一、電力系統(tǒng),第二節(jié)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)娜萘烤驮酱?，電能的消耗也越?但從用電角度來講，為了人身安全和降低用電設(shè)備的制造成本，則電壓低些為好,為此，大中型發(fā)電廠發(fā)出的電都要經(jīng)過升壓，然后由輸電

4、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，低壓配電的方式,第二節(jié)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(shè)置僅有變電和配電設(shè)備的配電所就行了，系統(tǒng)如圖,第二節(jié)電力的輸送和分配,1小型工業(yè)與民用建筑設(shè)施的供電,小型工業(yè)與民用建筑設(shè)施的供電，一般只需設(shè)立一個簡單的降壓變電所，供電系統(tǒng)如圖所示,二、工業(yè)與民用供電系統(tǒng),第二節(jié)電力的輸送和分配,2中型工業(yè)與民用建筑設(shè)施的供電,中型工業(yè)與民用建筑設(shè)施的供電，一般電源進線維 6 10 kV，經(jīng)高壓配電所，再由 6 10 kV 配電線路將電能送到各建筑物的變電所，降為 380 V / 220 V 低壓，供給用電設(shè)備，如圖,第二節(jié)電力

5、的輸送和分配,3大型工業(yè)與民用建筑設(shè)施的供電,大型工業(yè)與民用建筑設(shè)施的供電，電源進線一般為 35 kV 或以上，第一次降壓為 6 10 kV，然后用配電線路送到各用電點的變電所，再降為 380 V/220 V電壓，也有 35 kV 直接降為低壓的，如圖所示,第二節(jié)電力的輸送和分配,供電質(zhì)量包括供電的可靠性、電壓質(zhì)量、頻率質(zhì)量及電壓波形質(zhì)量等方面,1供電的可靠性,供電的可靠性用事故停電到恢復(fù)供電所需時間的長短來反映。電力負荷通常分為三類,1）一類負荷,是指當(dāng)停電時將產(chǎn)生大量廢品，減產(chǎn)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,三、供電質(zhì)量,第二節(jié)電力的輸送和分配,2）二類負

6、荷,是指停電時可能引起人身傷亡、造成重大政治影響、設(shè)置損壞、產(chǎn)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,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,第二節(jié)電力的輸送和分配,2電壓質(zhì)量,國家規(guī)定：35 kV 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差為 7 %，220 V 單相供電允許偏差為 + 5 % -10 ,我國交流電力設(shè)備的額定頻率為 50 Hz，頻率偏差一般不超過 0.5 Hz 。若電力系統(tǒng)容量達 3 000 MW 以上時，頻率偏差不得超過 0.2 Hz,3頻率質(zhì)量,第二節(jié)電力的輸送和分配,4電壓波形質(zhì)量,由于大型晶閘管整流裝

7、置及一些新零件的使用，導(dǎo)致供電系統(tǒng)中電流、電壓波形發(fā)生變化，使其他用電設(shè)備損耗增大、壽命縮短，過大的畸變還會影響一些電氣設(shè)備正常工作,第二節(jié)電力的輸送和分配,一、變壓器的用途,第三節(jié)變壓器的用途和原理,二、變壓器的基本結(jié)構(gòu),三、變壓器的基本原理,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,六、變壓器的外特性,七、變壓器的效率,變壓器按照用途主要分為以下幾類,一、變壓器的用途,1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)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，則電流 I

8、 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。促使輸電線路的電壓由高壓向超高壓和特高壓不斷升級,第三節(jié)變壓器的用途和原理,2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)變壓器的用途和原理,3儀用變壓器,用于儀表測量技術(shù)中，如電流互感器、電壓互感器等,4其他變壓器,如高壓變壓器、脈沖變壓器等,第三節(jié)變壓器的用途和原理,變壓器是由鐵心和繞組兩部分組成,1鐵心,鐵心構(gòu)成電磁感應(yīng)所需要的磁路。為了減少渦流損耗，鐵心通常用磁導(dǎo)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(jié)構(gòu),第三節(jié)變壓器的用

9、途和原理,2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）。一次和二次繞組的匝數(shù)一般分別記為 N1 和 N2,第三節(jié)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 U1 和 U2，電流有效值分別記為 I1 和 I2,第三節(jié)變壓器的用途和原理,1電磁感應(yīng),圖示電路，接上正弦波電壓，則線圈中將產(chǎn)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(chǎn)生感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流，燈泡發(fā)出暗光,說明：交流電流產(chǎn)生交變磁場，交變磁場感應(yīng)出交變電壓,三、變壓器的基本原理,第三

10、節(jié)變壓器的用途和原理,2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，那么變壓器可以看成是理想變壓器,強磁性體：就是流經(jīng)一次繞組所產(chǎn)生的磁通全部跟二次繞組鏈合,對于理想變壓器，以下關(guān)系成立,電壓與繞組匝數(shù)成正比,電流與繞組匝數(shù)成反比,第三節(jié)變壓器的用途和原理,繞組中每匝中感應(yīng)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,同理，變壓器一次側(cè)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,即,四、變壓器的空載運行和變壓比,第三節(jié)變壓器的用途和原理,理想變壓器

11、在帶負載的情況下運行，其內(nèi)部不消耗功率，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,變壓器一次、二次電流比恒等于變壓器一次、二次匝數(shù)比的倒數(shù),第三節(jié)變壓器的用途和原理,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,在變壓器負載阻抗 Z2 改變時，二次電壓與二次電流之間的關(guān)系稱為變壓器的外特性,二次的額定電壓U20 ：在變壓器一次接入額定電壓、二次側(cè)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(chǎn)生壓降，輸出電壓變?yōu)?U2，變壓器二次輸出電壓 U2 隨輸出電流 I2改變的關(guān)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

12、,六、變壓器的外特性,第三節(jié)變壓器的用途和原理,變壓器的外特性,一般電力變壓器（如工廠動力用變壓器，居民照明用變壓器），電壓變化率小于 5%10,通常是在一次電壓 U1，負載功率因數(shù) cos2為定的條件下測試出來。變壓器次級輸出電壓 U2 隨輸出電流 I2 的增加而減小，從空載時的電壓 U2N 到電流達到額定值 I2N 時，次級電壓降為 U2 ，變化的程度用電壓變化率表示,第三節(jié)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 Pi 小于輸入功率 Po 。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(chǎn)生的，電流通過一次、二次繞組要產(chǎn)生熱量而損失電能,2鐵損是鐵心發(fā)熱而產(chǎn)生的,變壓器的效率是其輸出有功功率 Po 與其輸入有功功率 Pi 的比值，一般用字母 表示,= Po / Pi,七、變壓器的效率,第三節(jié)變壓器的用途和原理,1電能具有便于轉(zhuǎn)換、便于輸送、便于控制和測量等幾個方面的特點,本章小結(jié),2目前電力生產(chǎn)的主要方式是火力發(fā)電、水力發(fā)電和原子能發(fā)電三種,3電力系統(tǒng)由發(fā)電廠、變電所、電力網(wǎng)和電能用戶組成。發(fā)電廠發(fā)出的電壓經(jīng)升壓變壓器升壓后，由高壓輸電網(wǎng)輸送到用電區(qū)域；再經(jīng)一次、二次降壓變壓器降壓，然后送到用電戶，再分配給低壓用電設(shè)備使用。我國的