电气工程概论课件(肖登明)

肖登明 主编 中国电力出版社 出版 2005
张刘春设计
电气工程概论
第一章
绪论
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电气工程概论
第一章绪论
一、电气工程的历史和形成
电气工程是研究电磁领域的客观规律及其应用 的科学技术，以电工科学中的理论和方法为基础而 形成的工程技术称为电气工程。 根据电气工程学科的发展现状，可将其分为相 对独立的五个分学科:电力系统及其自动化技术、 电机与电器及其控制技术、高电压与绝缘技术、电 力电子技术和电工新技术 其结构简图如下图所示。
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第二章 电机与电器基础
第一节 开关电器
一、概述
（一）开关电器概述
1 断路器：电力网正常工作和发生故障时关合和开断电路。 2 隔离开关：将高压设备与电源隔离，以保证检修工作人员 的安全。 3 熔断器：电路发生故障或短路时,依靠熔件的熔断来开断 电路。 4 低压控制电器：接通和分断低压交、直流的控制电路。
二、低压断路器
（一）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，常在低压大功率电路中作为主控电 器。按电源类型分为交流式和直流式低压断路器，按结构 可分为万能式和装置式低压断路器。
（二）低压断路器的选择要点
（1）额定工作电压不小于线路额定电压。 （2）额定电流不小于线路计算负载电流。 （3）额定短路通断能力不小于线路中可能出现的最大短路电 流。 （4）线路末端单相对地短路电流不小于1.5倍断路器脱扣器 整定电流。 （5）欠电压脱扣器额定电压等于线路额定电压；按使用场合 的需要来确定是否需要带延时。 （6）注意断路器接触方向，母联断路器应选用可在下方进线 的断路器。 （7）注意与其他电器的配合协调，各级断路器的过电流脱扣 器整定值和延时应符合选择性配合要求。
（3）当代学科发展户的相互交叉、渗透现象已成为科技发展中 的重要促进因素。电工科学中近些年来新出现的大量新分支、新 技术、新方法和新理论就是明证。 （4）电工科技的应用面广，交叉范围大。但科研资金的来源却 不能和其应用范围相适应，相对较狭窄。
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第一章绪论
电气工程学科是在经验和教训中不断发展起来的：
电气工程概论
第一章绪论
解放前，我国电工科学的基础薄弱而落后。建国后，有了多 方面的巨大发展。
我国一次能源总产量达10.9亿吨标准煤（2000），居世界第 三位，比1949年增长了44倍。但电能比重仍较落后，只占国民 经济总能源消耗的25%左右。
1949年,我国电力工业的发电量4.3亿kWh（世界排序第25 位）、装机容量1850MW（世界排序第21位）。 2003年，分别增加到19052亿kWh和391GW（皆居世界第二 位），各增大443倍和211倍。
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第一章绪论
在电工高技术的范围内：
我国也从空白状态发展形成多个相互配合的研究基地或重点 实验室，并相继取得一些世人瞩目的研究成果。
例如1983 年建成的 8MV闪光－I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 子体装置的研制和应用、超导技术、医疗用电工技术、电接触 技术、新型电测技术等的成果（新装置、新仪器、新方法等） 都使我国在电工新技术和新技术领域中从填补空白的阶段先后 步入建立试验基地，开展系统性研究，力求迎头弥补差距的新 阶段。
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第一章绪论
二、 电气工程的地位和发展
电气工程学科在国家科技体系中具有特殊的重要地位。
是国民经济的一些基本工业（能源、电力、电工制造等） 所依靠的技术科学 是另一些基本工业（交通、铁路、冶金、化工、机械等） 必不可少的支持技术 是一些高新技术的重要科技组成部分
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我国在电工新技术和高技术领域中也取得可喜的进展和成绩。
这说明我国的电工科学已发展成为国民经济发展中可靠的支 柱。
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三、电气工程的展望
20世纪中叶以来，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，甚至社会科学等在内的广大领域。
著名例子是美加“8.14大停电”，2003年8月14日下午，美 国的中西部和东北部以及加拿大的安大略省经历了一次大停电 事故，其影响范围包括美国的俄亥俄州、密西根州、宾夕法尼 亚州、纽约州、佛蒙特州、马萨诸塞州、康涅狄格州、新泽西 州和加拿大的安大略省，损失负载大61.8GW，影响了5千万人 口的用电。停电在美国东部时间下午4时06分开始，在美国的 一些地区两天内未能恢复供电，加拿大的安大略省甚至一周未 能恢复供电。这次停电事故引起了全世界的关注。 综合资料，基本可以判断本次大停电对全网而言属于潮流大 范围转移导致的快速电压崩溃，同时伴有潮流大范围转移和窜 动导致的断面线路相继跳闸和系统解列后的频率崩溃。
（二）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时所采用的标称电 压。
2 额定电流：开关电器在额定频率下能长期通过而各个金属 部分和绝缘部分的温升不超过长期工作时最大容许温升的 最大标称电流。
3 额定短时耐受电流：额定短时耐受电流是高压开关电器在 规定时间内能够通过而其温升不超过规定条件的最大标称 电流，主要反映开关电器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规 定条件下能够通过，而不发生机械损坏的最大标称电流， 主要反映开关电器承受短路电流电动力效应的能力。
有人统计，最近20年中的科技创造和发明超过了过去两千年 中创造发明的总和。 在技术科学范围内，不少学科都发生了“旧貌换新颖”的变 化，电工学科的巨大变化也十分显著。
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第一章绪论
在支持和加强电工科学技术发展时，应从宏观方面考虑 到以下几个重要问题：
（1）电工科学是一门技术科学，只从纵向关系看，它与其所依 赖的基础科学（如电磁学、力学、数学、化学等）和指引并支持 的生产技术（包括设计、工艺、产品开发等）是一条连续线，但 又各有分工。 （2）电工科学应指导电力和电工的生产应用．而生产应用应促 进电工科学进步。
截至2003年底，我国水电装机达92170MW，占发电总装机的 24％，年发电量2830亿kWh，占总发电量的15％。
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第一章绪论
电工制造业以技术复杂 2002年，已制成并投产900MW，即46年期间汽轮发电机组单机 容量的制造能力扩大到1500倍，居于世界先进行列。
技术科学的目的则在于改造客观世界以达到人们的预定要求。
电工学科的基础理论所研究的对象是经过人类加工改造后出 现的新现象，而不是自然界固有存在的现象。还不能只限于现象 的分析，而应包括实现所需现象的综合以及为此所需的代价，从 而使方法和途径也占有重要地位。
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第一章绪论
在电力系统方面：
1949年，只有东北、京津唐和上海三个容量不大（分别为646， 259和250MW）的电力系统； 2003年，已有11个电力系统发电装机容量超过20000MW，其 中东北、华北、华东、华中电网发电装机容量均超过30000MW， 华东、华中电网甚至超过40000MW ，西北电网的装机容量也达 到20000MW； 其他几个独立省网，如四川、山东、福建等电网发电装机容 量超过或接近10000MW； 大区电力系统目前正进入各自加强和彼此互联以及进一步发 展形成全国统一电力系统的过程中。
三、低压控制电器
（一）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应用最广的 一种电器，适用于远距离频繁的接通和分断交、直流主电 路及大容量控制电路，其主要控制对象是电动机，也可用 于控制照明设备、电焊机、电容器、电热设备等负载。
交流接触器的结构
（二）低压接触器的选用
1、控制电动机负载 2、控制非电动机负载 （1）控制电热设备 （2）控制电容器 （3）控制变压器 （4）控制照明装置 （5）控制电磁铁
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第一章绪论
在电力电子和电工新技术中：
我国已从1962年研制出第一个晶闸管起，到目前能批量 生产电流达3000A、电压为8500V的晶闸管，并能研制生产 和应用快速、全控器件或设备。
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第一章绪论
综上所述：
我国电工科学在传统的电力输送、电工制造或高电压技术方 面，取得可喜的进展和成绩。

电气测量技术在电气工程各分支学科的技术发展中具有耳 目和神经的作用，它是定量研究电气工程技术问题的手段， 随着各分支学科的发展而迅速发展。 电气测量技术及其仪器的自动化、微机化、智能化、多功能 化等发展趋势，已深深渗透到电气工程各分支学科的测量技 术中。 新原理、新技术和新仪器日新月异，例如测量、监视、控制 等多功能新型装置以及现场测试或实时监测技术对整体系统 精度的改进等，都对电气工程分支学科的发展起了重要作用。
（8）电动机保护断路器的瞬时动作电流应考虑电动机的启动 条件（电动机的种类、启动电流倍数和时间）。
（三）断路器额定电流的确定
断路器壳架等级额定电流（指塑壳或框架中所能装的 最大过流脱扣器的额定电流）和断路器额定电流（过电流 脱扣器额定电流）可确定为：
式中IN.QF为断路器壳架等级的额定电流；Ica为线路的计算 负载电流；IN.OR为过电流脱扣器的额定电流。
圆盘形触头目前只用于开断电流要求不大的真空负荷 开关和真空接触器上。
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第一章绪论
电气工程除具有其各分支学科的专业理论外，还具有本学科 的共性基础理论（电路理论、电磁场理论、电磁计量理论等）， 它与基础科学（如物理、数学等）中的相应分支具有密切的联系， 但又具有明显的差别。 基础科学的主要任务是认识客观世界的本质及其内在规律。