电气工程概论

电
气
工
程
概
论
电气1802班
安家祥
改革开放以来，高层建筑、公共设施、智能小区如雨后春笋。

在此期间，电力系统与电力系统自动化技术、计算机技术、现代控制技术、网络技术和通信技术为我国经济建设发挥了重要的作用!
1、各种高低压柜开关
(1)高压开关柜
高压柜的作用：高压开关柜是用于电力系统的电气柜设备。

高压开关柜的作用是在电力系统进行发电、输电、配电和电能转换的过程中，进行开合、控制和保护。

高压开关柜内的部件主要有高压断路器、高压隔离开关、高压负荷开关、高压操作机构等。

高压开关柜的分类：高压开关柜的分类方法很多，如通过断路器安装方式可以分为移开式高压开关柜和固定式高压开关柜，或按照柜体结构的不同，分为敞开式高压开关柜、金属封闭箱式高压开关柜、金属封闭间隔式高压开关柜和金属封闭铠装式高压开关柜等。

高压柜的结构：金属封闭箱式高压开关柜不具有隔离防护板，但是其外壳部分是由金属制成，为金属封闭式开关设备。

金属封闭间隔式高压开关柜的安全性较好，金属封闭铠装式高压开关柜与之间的基本结构相似，区别仅在于具有一个或多个符合一定防护等级的非金属隔板。

金属封闭铠装式高压开关柜是一种封闭式的开关设备，它的特点是，内部主要组成部件都会被接地的金属隔板隔离。

在各种高压开关柜中，金属封闭铠装式高压开关柜属于安全性能较好的一种。

高压柜的组成：高压柜由柜体(由壳体、电器元件(包括绝缘件)、各种机构、二次端子及连线等组成。

)和断路器二大部分组成，具有架空进出线、电缆进出线、母线联络等功能。

(2)低压开关柜
低压开关柜应用范围：适用于发电厂、石油、化工、冶金、纺织、高层建筑等行业，作为输电、配电及电能转换之用。

低压开关柜分类：从结构形式上分有抽出式和固定式;从连接方式上分有紧固件连接和焊接式。

2、断路器
(1)断路器的作用
断路器是一种很基本的低压电器，断路器具有过载、短路和欠电压保护功能，有保护线路和电源的能力，一般用在负荷相对较大一点的场合。

(2)断路器的分类
根据所采用灭弧介质的不同，断路器包括空气断路器(俗称空气开关)、真空断路器、sf6断路器、油断路器等。

民用建筑电气设计由于电压多为220~380v，断路器灭弧介质为空气，故称空气开关或断路器都对。

但对于电力系统来说，就要具体对待识别了。

(3)断路器的组成及工作原理
断路器一般由触头系统、灭弧系统、操作机构、脱扣器、外壳等构成。

当短路时，大电流(一般10至12倍)产生的磁场克服反力弹簧，脱扣器拉动操作机构
动作，开关瞬时跳闸。

当过载时，电流变大，发热量加剧，双金属片变形到一定程度推动机构动作(电流越大，动作时间越短)。

现在有电子型的，使用互感器采集各相电流大小，与设定值比较，当电流异常时微处理器发出信号，使电子脱扣器带动操作机构动作。

3、熔断器
作用：当电路发生故障或异常时，伴随着电流不断升高，并且升高的电流有可能损坏电路中的某些重要的器件或贵重器件，也有可能烧毁电路甚至造成火灾。

若电路中正确地安置了熔断器，那么，熔断器就会在电流异常升高到一定的高度和一定的时候，自身熔断切断电流，从而起到保护电路安全运行的作用。

如果电路中安装了断路器就可以不用熔断器，热继电器需要与交流接触器配合使用，因过载时热继电器上的触点切断控制回路，目前熔断器一般多用于控制回路。

4、变压器
(1)变压器定义：变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯(或磁芯)中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压(或电流)。

变压器由铁芯(或磁芯)和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。

(2)变压器的工作原理：变压器利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器。

输送的电能的多少由用电器的功率决定.
在现代社会中，电与我们的生活息息相关，同样也离不开各种发电设施的工作，发电设施随着社会的进步在不断的改进和提高，同样，我们生活中的发电设施也很多。

1、火力发电
（1）由于地球上化石燃料的短缺，人类正尽力开发核能发电、核聚变发电以及高效率的太阳能发电等，以求最终解决人类社会面临的能源问题。

最早的火力发电是1875年在巴黎北火车站的火电厂实现的。

随着发电机、汽轮机制造技术的完善，输变电技术的改进，特别是电力系统的出现以及社会电气化对电能的需求，20世纪30年代以后，火力发电进入大发展的时期。

火力发电机组的容量由200兆瓦级提高到300~600兆瓦级(50年代中期)，到1973年，最大的火电机组达1300兆瓦。

大机组、大电厂使火力发电的热效率大为提高，每千瓦的建设投资和发电成本也不断降低。

到80年代后期，世界最大火电厂是日本的鹿儿岛火电厂，容量为4400兆瓦。

但机组过大又带来可靠性、可用率的降低，因而到90年代初，火力发电单机容量稳定在300~700兆瓦。

，其所占中国总装机容量
约在70%以上。

火力发电所使用的煤，占工业用煤的50%以上。

目前我国发电供热用煤占全国煤炭生产总量的50%左右。

大约全国90%的SO2排放由煤电产生，80%的CO2排放量由煤电排放。

（1）火力发电按其作用分单纯供电的和既发电又供热的。

按原动机分汽轮机发电、燃气轮机发电、柴油机发电。

按所用燃料分，主要有燃煤发电、燃油发电、燃气发电。

为提高综合经济效益，火力发电应尽量靠近燃料基地进行。

在大城市和工业区则应实施热电联供。

（2）燃料化学能→ 蒸汽热能→机械能→ 电能生产过程.02,简单的说就是利用燃料发热，加热水，形成高温高压过热蒸汽，推动气轮机旋转，带动发电机转子(电磁场)旋转，定子线圈切割磁力线，发出电能，再利用升压变压器，升到系统电压，与系统并网，向外输送电能。

（3）然后蒸汽沿管道进入汽轮机中不断膨胀做功，冲击汽轮机转子高速旋转，汽轮机带动发电机发电。

最后又被给水泵进一步升压送回锅炉中重复参加上述循环过程，发电机发出的电经变压器升压后输入电网。

2、水力发电
（1）水力发电电，研究将水能转换为电能的工程建设和生产运行等技术经济问题的科学技术。

水力发电利用的水能主要是蕴藏于水体中的位能。

为实现将水能转换为电能，需要兴建不同类型的水电站。

（2）水力发电的基本原理是利用水位落差，配合水轮发电机产生电力，也就是利用水三峡大坝的位能转为水轮的机械能，再以机械能推动发电机，而得到电力。

科学家们以此水位落差的天然条件，有效的利用流力工程及机械物理等，精心搭配以达到最高的发电量，供人们使用廉价又无污染的电力。

而低位水通过吸收阳光进行水循环分布在地球各处，从而回复高位水源。

2、核能发电
（1）核能发电是利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电，它是实
现低碳发电的一种重要方式。

国际原子能机构2011年1月公布的数据显示，全球正在运行的核电机组共442座，核电发电量约占全球发电总量的16%。

拥有核电机组最多的国家依次为:美国、法国、日本和俄罗斯。

核能发电利用铀燃料进行核分裂连锁反应所产生的热，将水加热成高温高压，核反应所放出的热量较燃烧化石燃料所放出的能量要高很多(相差约百万倍)，而所需要的燃料体积与火力电厂相比少很多。

核能发电所使用的的铀235纯度只约占3%-4%，其余皆为无法产生核分裂的铀238。

举例而言，核电厂每年要用掉50吨的核燃料，只要2支标准货柜就可以运载。

如果换成燃煤，则需要515万吨，每天要用20吨的大卡车运705车才够。

如果使用天然气，需要143万吨，相当于每天烧掉20万桶家用瓦斯。

换算起来，刚好接近全台湾92万户的瓦斯用量。

（2）自然界存在的可裂变元素只有铀-235，而它只占天然铀中的0.7%,其余均为铀-238。

但是，在核电站中可将核能发电一部分铀-238转变为钚-239;同样，也可以将自然界中大量存在的钍-232转变为可裂变的铀-233。

因此，估计核燃料资源时，必须考虑核燃料增殖这一因素。

这样，核燃料的储藏量远远超过化石燃料，能长期满足核能发电的需要
3、风力发电
（1）我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10亿kW，其中，陆地上风能储量约2.53亿kW(陆地上离地10m高度资料计算)，海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kW，共计10亿kW。

而2003年底全国电力装机约5.67亿kW。

风是没有公害的能源之一。

而且它取之不尽，用之不竭。

对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电，非常适合，大有可为。

5、太阳能发电
（1）太阳能的能源是来自地球外部天体的能源（主要是太阳能），是太阳中的氢原子核在超高温时聚变释放的巨大能量，人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。

我们生活所需的煤炭、石油、天然气等化石燃料都是因为各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来后，再由埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成。

它们实质上是由古代生物固定下来的太阳能。

此外，水能、风能、波浪能、海流能等也都是由太阳能转换来的。

6、海洋能发电
（1）潮汐发电是海洋能中技术最成熟和利用规模最大的一种。

全世界潮汐电站的总装机容量为265MW，中国为5.64MW。

（2）利用海洋所蕴藏的能量发电。

海洋的能量包括海水动能(包括海流能、波浪能等)、表层海水与深层海水之间的温差所含能量、潮汐的能量等(见潮汐电站、海洋能电站)。

海洋能通常指蕴藏于海洋中的可再生能源，主要包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐差能等. 海洋能蕴藏丰富，分布广，清洁无污染，但能量密度低，地域性强，因而开发困难并有一定的局限.开发利用的方式主要是发电，其中潮汐发电和小型波浪发电技术已经实用化.波浪能发电利用的是海面波浪上下运动的动能。

7、地热发电
（1）地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术。

其基本原理与火力发电类似，也是根据能量转换原理，首先把地热能转换为机械能，再把机械能转换为电能。

地热发电实际上就是把地下的热能转变为机械能，然后再将机械能转变为电能的能量转变过程或称为地热发电。

（2）开发的地热资源主要是蒸汽型和热水型两类，因此，地热发电也分为两大类。

地热蒸汽发电有一次蒸汽法和二次蒸汽法两种。

8、生物质能发电
（1）生物质能发电主要利用农业、林业和工业废弃物、甚至城市垃圾为原料，采取直接燃烧或气化等方式发电，包括农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物气化发电、垃圾焚烧发电、垃圾填埋气发电、沼气发电
（2）生物质具可再生性、低污染性、低密度性，而且生物质能分布广泛，蕴藏量巨大，地球上光合作用每年生产约2.2×1011t干生物质，相当于全球能源消费总量的10倍左右。

生物质能是人类赖以生存的重要能源，是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消耗总量第四位的能源。

生物质能源作为一种洁净而又可再生的能源，是唯一可替代化式原料转化成气态、液态和固态燃料以及其他化工原料或者产品的碳资源。

时代在进步，我的学习应该与时俱进，不能只是局限于书本上的一些较为落后的设备，而是通过网络等工具接受新的设备、知识。

我也应该不断开拓自己的创新能力，从激烈的社会竞争中寻找机遇。