电气工程基础-华中科技大学版本-第一章-绪论
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护、电力系统自动化、高电压技术
本学期计划学时安排
总学时：课内56学时；课外实验8学时
章 学时 章 学时 章 学时 章 学时 1 4 2 2＋2 3 4＋4 4 2 52667884 9 6 10 4＋2 11 4 12 4 13 2 14 2 15 2
第一章主要内容
• 掌握与电力系统相关的若干基本概念，包括电力系统、电力 网、动力系统、变电站等；
• 当时直流输电装置和运行方式复杂、造价高、 可靠性差，很快被竞争的三相交流取代
电力初期发展
• 英国法拉第（M. Faraday,1791-1867）电磁感 应实验中，两个绕在铁芯上的线圈，但断开或 接通一个线圈中的电流时在另一个线圈上感应 有电压，这实际上是变压器的雏形
• 美国亨利（J. Henry,1797-1878）用多匝线圈作 为原边，用少匝线圈作副边，使高电压感应出 低电压
高压交流输电发展
• 输电技术的发展就是增大输电功率、输电距离， 减少损失，因此关键是提高电压
• 1876年，俄国亚布洛契科夫发明了单相变压器， 用于照明
电力初期发展
• 1883年，法国高拉德(L. Gauland)和英国吉布 斯（J. D. Gribbs）将多台变压器原边串联在 输电线路中，当副边接入的电弧灯盏数变化 时，输电电压会受到干扰
• 1883年，美国特斯拉研制感应电机
• 1885年，匈牙利吉伯纳基斯、贝利、波拉其 共同设计多台变压器并联连接方式
电气工程基础
教学目的
• 掌握“发电－输电－配电－用电”的设备、工 作原理以及与电力系统整体的关系，建立电 力系统的整体概念
• 掌握电力系统“分析－设计－运行－管理” 的基本理论、基本技术、基本计算方法
• 电力工程入门课程，学完本课程后即可以从 事与电力工程相关的设计、运行、检修工作
课程衔接
• 先修课程：电路理论，电机学； • 主要后续课程：电力系统分析、继电保
• 美国威斯汀豪斯（G. Westinghouse，18461914）预见交流输电是发展方向，开始了交 流输电工业尝试
交直流输电的电力战争
• 19世纪80年代到90年代，围绕交直流输电问 题爆发了“交直流之战”
• 爱迪生、凯尔文等主张大力推广直流电，极 力反对交流电。首先，他们认为当负荷波动 很大时，采用直流电效率更高。当时主要供 给照明，交流1度电煤耗9.072kg，而直流是 4.536kg；其次，他们认为交流电具有很大 的危险性，1889年5月购买威斯汀豪斯3台交 流发电机，然后卖给监狱执行罪犯威廉.凯 姆勒死刑
• 1873年，在维也纳国际博览会上，法国弗泰 内使用2000m导线，连接一台瓦斯发动机拖动 的格拉姆直流发电机和一台带动水泵的电动 机，证明了远距离输电的现实性
• 1874年，俄国皮罗茨基在彼得堡架设了输送 功率4.5kW的直流输电线路，距离为500m，后 增至1000m。1876年，又利用铁路轨道输送了 3
• 20世纪初，瑞典瑟雷在各台串联的直流发电 机上装上短路器，使任意发电机投切不停电， 该系统在其后20多年中建成了15条直流输电 线路，规模最大的是1906年投运的从法国慕 吉水电站到里昂180km、57kV、4700kW线路， 1927年改建为260km、125kV、19000kW，多 接入两座水电站
电力初期发展
• 1882年，法国德普勒架设首条57km直流试验 线路，采用4.5mm电报线，首端电压1343V， 末端850V，输送功率不到200W，损耗78%， 把米斯巴赫水电站直流发电机发出的电力送 到慕尼黑国际博览会
• 1883年，德普勒从法国南部比塞尔到格勒诺 布尔进行14km输电试验，输送功率1.1kW
• 1886年，威斯汀豪斯在意大利建成17mile、 2kV高压输电线路
交直流输电的电力战争
• 1888年，俄国多布罗夫斯基发明三相交流制 和三相异步电动机
• 1891年8月，威斯汀豪斯建成170km供国际 展览会用的从法国劳芬到德国法兰克福的世 界第一条交流输电线路，劳芬水电站安装一 台230kVA、95V、40Hz三相交流发电机和 一台200kVA、95/15200V升压变压器，法兰 克福建有两座13800/112V降压变电站，一座 供展览会照明，另一座供100hp三相异步电 动机用电，供9m高人工瀑布离心泵
• 1885年，采用6000V高压直流发电机从瓦利尔 输电到巴黎，56km，损耗55%
电力初期发展
• 1882年10月，英国霍普金森（J. Hopkinson） 发明直流输电三线制系统，外线到中线110V， 两外线之间220V。后来扩展到五线制
• 由于高压大容量直流发电机的制造技术问题， 远距离输电所需的高电压不可能直接从直流 电机直接获得。19世纪末，法国芳建在送端 串联多台直流发电机提高输电电压，将75kW 电力输送75km ，效率50%
交直流输电的电力战争
• 威斯汀豪斯、特斯拉（N. Tesla）积极主张 发展交流电。他们认为交流电的输电效率更 高，可以通过变压器升压和降压，高压输电 可以减少电能损失。交流发电机制造业发展 为交流发电方式做了充分准备
• 1886年，威斯汀豪斯在美国麻省大巴林顿， 进行1200m、3kV交流输电示范
• 电力系统和电气设备额定电压的规定； • 各种不同的中性点接地方式的特点；
第一章学习方法指导
• 注意基本概念的内涵和外延，并适当识记； • 注意思考从电力系统的特点、要求推断出来的
一系列基本原理； • 注意寻找额定电压规定的基本规律； • 注意比较各种不同的中性点接地方式的特点。
电力初期发展
• 对电力的认识和应用从直流开始
• 理解电力系统的特点； • 理解对电力系统提出的要求； • 掌握电力系统的三个电能质量指标，包括国家标准规定的允
许变化范围； • 掌握电力系统的额定电压等级及规定，了解电力系统电压等
级与输电距离之间的关系；
• 了解电力系统中常用的接地方式，掌握各种不同的中性点接 地方式的特点。
第一章学习难点
• 电能不能大量存储的特点引起的电力系 统有功功率和无功功率动态平衡；
本学期计划学时安排
总学时：课内56学时；课外实验8学时
章 学时 章 学时 章 学时 章 学时 1 4 2 2＋2 3 4＋4 4 2 52667884 9 6 10 4＋2 11 4 12 4 13 2 14 2 15 2
第一章主要内容
• 掌握与电力系统相关的若干基本概念，包括电力系统、电力 网、动力系统、变电站等；
• 当时直流输电装置和运行方式复杂、造价高、 可靠性差，很快被竞争的三相交流取代
电力初期发展
• 英国法拉第（M. Faraday,1791-1867）电磁感 应实验中，两个绕在铁芯上的线圈，但断开或 接通一个线圈中的电流时在另一个线圈上感应 有电压，这实际上是变压器的雏形
• 美国亨利（J. Henry,1797-1878）用多匝线圈作 为原边，用少匝线圈作副边，使高电压感应出 低电压
高压交流输电发展
• 输电技术的发展就是增大输电功率、输电距离， 减少损失，因此关键是提高电压
• 1876年，俄国亚布洛契科夫发明了单相变压器， 用于照明
电力初期发展
• 1883年，法国高拉德(L. Gauland)和英国吉布 斯（J. D. Gribbs）将多台变压器原边串联在 输电线路中，当副边接入的电弧灯盏数变化 时，输电电压会受到干扰
• 1883年，美国特斯拉研制感应电机
• 1885年，匈牙利吉伯纳基斯、贝利、波拉其 共同设计多台变压器并联连接方式
电气工程基础
教学目的
• 掌握“发电－输电－配电－用电”的设备、工 作原理以及与电力系统整体的关系，建立电 力系统的整体概念
• 掌握电力系统“分析－设计－运行－管理” 的基本理论、基本技术、基本计算方法
• 电力工程入门课程，学完本课程后即可以从 事与电力工程相关的设计、运行、检修工作
课程衔接
• 先修课程：电路理论，电机学； • 主要后续课程：电力系统分析、继电保
• 美国威斯汀豪斯（G. Westinghouse，18461914）预见交流输电是发展方向，开始了交 流输电工业尝试
交直流输电的电力战争
• 19世纪80年代到90年代，围绕交直流输电问 题爆发了“交直流之战”
• 爱迪生、凯尔文等主张大力推广直流电，极 力反对交流电。首先，他们认为当负荷波动 很大时，采用直流电效率更高。当时主要供 给照明，交流1度电煤耗9.072kg，而直流是 4.536kg；其次，他们认为交流电具有很大 的危险性，1889年5月购买威斯汀豪斯3台交 流发电机，然后卖给监狱执行罪犯威廉.凯 姆勒死刑
• 1873年，在维也纳国际博览会上，法国弗泰 内使用2000m导线，连接一台瓦斯发动机拖动 的格拉姆直流发电机和一台带动水泵的电动 机，证明了远距离输电的现实性
• 1874年，俄国皮罗茨基在彼得堡架设了输送 功率4.5kW的直流输电线路，距离为500m，后 增至1000m。1876年，又利用铁路轨道输送了 3
• 20世纪初，瑞典瑟雷在各台串联的直流发电 机上装上短路器，使任意发电机投切不停电， 该系统在其后20多年中建成了15条直流输电 线路，规模最大的是1906年投运的从法国慕 吉水电站到里昂180km、57kV、4700kW线路， 1927年改建为260km、125kV、19000kW，多 接入两座水电站
电力初期发展
• 1882年，法国德普勒架设首条57km直流试验 线路，采用4.5mm电报线，首端电压1343V， 末端850V，输送功率不到200W，损耗78%， 把米斯巴赫水电站直流发电机发出的电力送 到慕尼黑国际博览会
• 1883年，德普勒从法国南部比塞尔到格勒诺 布尔进行14km输电试验，输送功率1.1kW
• 1886年，威斯汀豪斯在意大利建成17mile、 2kV高压输电线路
交直流输电的电力战争
• 1888年，俄国多布罗夫斯基发明三相交流制 和三相异步电动机
• 1891年8月，威斯汀豪斯建成170km供国际 展览会用的从法国劳芬到德国法兰克福的世 界第一条交流输电线路，劳芬水电站安装一 台230kVA、95V、40Hz三相交流发电机和 一台200kVA、95/15200V升压变压器，法兰 克福建有两座13800/112V降压变电站，一座 供展览会照明，另一座供100hp三相异步电 动机用电，供9m高人工瀑布离心泵
• 1885年，采用6000V高压直流发电机从瓦利尔 输电到巴黎，56km，损耗55%
电力初期发展
• 1882年10月，英国霍普金森（J. Hopkinson） 发明直流输电三线制系统，外线到中线110V， 两外线之间220V。后来扩展到五线制
• 由于高压大容量直流发电机的制造技术问题， 远距离输电所需的高电压不可能直接从直流 电机直接获得。19世纪末，法国芳建在送端 串联多台直流发电机提高输电电压，将75kW 电力输送75km ，效率50%
交直流输电的电力战争
• 威斯汀豪斯、特斯拉（N. Tesla）积极主张 发展交流电。他们认为交流电的输电效率更 高，可以通过变压器升压和降压，高压输电 可以减少电能损失。交流发电机制造业发展 为交流发电方式做了充分准备
• 1886年，威斯汀豪斯在美国麻省大巴林顿， 进行1200m、3kV交流输电示范
• 电力系统和电气设备额定电压的规定； • 各种不同的中性点接地方式的特点；
第一章学习方法指导
• 注意基本概念的内涵和外延，并适当识记； • 注意思考从电力系统的特点、要求推断出来的
一系列基本原理； • 注意寻找额定电压规定的基本规律； • 注意比较各种不同的中性点接地方式的特点。
电力初期发展
• 对电力的认识和应用从直流开始
• 理解电力系统的特点； • 理解对电力系统提出的要求； • 掌握电力系统的三个电能质量指标，包括国家标准规定的允
许变化范围； • 掌握电力系统的额定电压等级及规定，了解电力系统电压等
级与输电距离之间的关系；
• 了解电力系统中常用的接地方式，掌握各种不同的中性点接 地方式的特点。
第一章学习难点
• 电能不能大量存储的特点引起的电力系 统有功功率和无功功率动态平衡；