电力系统简单介绍

电力系统简单介绍

u电力系统由各类发电厂、输变电线路、供配电所和用电单位组成；

功能是完成电能的生产、输送、分配和使用

u火力发电厂的热能动力装置（锅炉、气轮机）和水力发电厂的水能动力装置（水坝、水轮机）及核电厂的反应堆等就组成动力系统；

u电力系统中的各种电压的变电所和输电线路组成电力网；电力网的主要任务是输送和分配电能；并根据需要改变电压；

u动力系统、电力系统和电力网的关系示意图如上图所示

u电力生产的特点：

由于电能不能大量储存；发电、供电和用电是在同一时间内完成；决定了发电、和用电必须时刻保持平衡；即发供电量大小随用电负荷的变化而变化；在同一电网里的发电厂、输变电公司和供电公司都要接受电网的统一调度；电能适用性比较广泛；使用很方便；同时电能是一种对人类环境无污染的清洁能源；u电力参数及电能质量：

u 频率：电网中发电机发出的正弦交流电压每分钟交变的次数称为频率；我国技术标准规定电网频率为50HZ;即发电机每分钟转3000转；

u 电压：按照国家标准规定；我国三相交流电网的额定电压等级分为高压和超高压电网（110KV、220KV、330KV及500KV、750KV）、中压电网（35KV、10KV、6KV 和3KV）和低压电网（380/220V）

u波形：电网的电压为三相正弦交流电；三相电压波形用图形表示如下：

三相电压瞬时值用数学公式表示为：Uu = 2Usinωt

UV = 2Usin(ωt-2/3π) UW = 2Usin(ωt＋2/3π) 其中U为相电压参考值 u

电能质量：

电能质量是指供给用电单位受电端电能品质的优劣程度；电能质量包括电压、频率和波形质量；由于用电设备都是在一定的额定电压和额定频率的条件下工作；如果供电的电压和频率变化范围超出允许范围;会直接影响设备的工作效率；导致产品出现质量问题；甚至会造成设备故障和人员伤亡事故；还会危及电力系统的安全运行；所以国家对电网电压、频率和波形等参数的变化范围作出了规定：

a)电压：电网电压允许变化范围为额定电压的±5％

b)频率：频率允许偏差为±（0.2~ 0.5）HZ

c)波形：要求为正弦波且畸变率很小

三相电压和电流之间的简单关系

u星型接法

u三角型接法

u功率

视在功率S=3UXIX = √3 U1I1

u电力系统的接地

u工作接地:配电变压器或低压发电机的中性点通过接地装置与大地相连称为工作接地；工作接地分为直接接地和非直接接地两类；

1）直接接地：指电力系统中至少有一个中性点直接或经小阻抗与接地装置相连接；110KV、220KV和380/220V系统采用直接接地；如图a

2）非直接接地：指电力系统中性点不接地或经消弧线圈、高电阻与接地装置相连接；10KV和35KV系统采用消弧线圈或小电阻接地；如图b

u保护接地：考虑到人和设备的安全；将设备的金属外壳直接接地为保护接地；

u低压系统的接地型式

1）TN接地系统：电力系统有一中性点直接接地；电气装置的外露可接近导体通过保护线与该接地点相连；如下图

2）TT接地系统：电力系统有一中性点直接接地；电气装置的外露可接近导体通过保护线接至与电力系统接地点无关的接地极；如下图a

3）IT接地系统：电力系统不直接接地；电气装置的外露可接近导体通过保护线与接地极连接；如下图b

高低压电器元件和成套设备介绍

u电气系统分为一次系统和二次系统；一次系统为电流电压主回路系统；如下图；二次系统是对主回路系统进行测量、控制和保护作用；

从上图可以看出一次系统主要由变压器、高低压断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器、接触器等各种一次元件构成;下面对各种一次元件作简单的介绍：u变压器：是利用电磁感应原理将一种电压等级的交流电能转变成另一种电压等级的交流电能；

a）工作原理：

根据电磁感应定律可以导出：

一次侧绕组感应电动势为E1＝4.44fN1∮，二次侧绕组感应电动势为E2＝4.44fN2∮。

其中f为频率；N1;N2分为一二次绕组匝数∮为主磁通；

由此可得E1/E2=N1/N2; 由于变压器漏电抗和电阻比较小；可以忽略不计；因此可近似认为一次电压有效值U1=E1;二次电压有效值U2=E2;

故可得U1/U2=N1/N2;如果忽略变压器内损耗；则可认为变压器二次侧输出功率等于一次侧输出功率；即U1I1=U2I2;由此可得I1/I2=N2/N1 由此可见变压器一二次绕组因匝数的不同将导致一二次绕组的电压高低不同；从而改变电压；起到升压和降压的作用；同时；变压器一二次电流之比与一二次绕组匝数成反比；

b）种类型号：按冷却介质分为油浸式和干式两种；油浸式型号主要有

S9;S11;SH11（非晶）等；干式型号主要有SC9;SCB(10);SGB10等

c)主要技术参数

1)相数：分单相和三相；2）额定频率：国内规定为50HZ；3）额定电压：指变压器线电压；它应与所连接的输变电路电压相符合；4)额定容量：规定的额定条件下变压器二次侧的输出能力（KVA); 5)额定电流：规定的额定状态下通过绕组线端的电流；它的大小等于变压器的额定容量除以变压器的额定电压及相应的相系数（单相为1；三相为√3）；6）绕组联结组标号：三相绕组可连接成星型和三角型等；高压用D、Y(N)表示；低压用d、y(yn)表示；7）调压范围:一般为高压侧额定电压U±5％；调压方式分为无励磁调压和有载调压；8）空载电流：当变压器二次绕组开路；一次绕组施加额定电压时；一次绕组中所流过的

电流；9）阻抗电压和短路损耗：变压器二次侧短路；一次侧施加电压使其电流达到额定值时所施加的电压为阻抗电压；变压器从电源吸取的功率为短路损耗； u断路器:用于正常运行时接通和断开电路；在过载和短路等故障情况下能迅速切断故障电路；特殊情况（如自动重合闸到故障线路）下能可靠接通短路电流：主要由触头系统、灭弧室、绝缘底板、操作结构、脱扣机构等

a)高压断路器类型：按安装地点分为户内式（ZN4-10)和户外式（ZW8-12)；按安装方式分为固定式（ZN28A-12)和手车式(VS1-12)；按灭弧介质分为油断路器、真空断路器和六氟化硫（SF6)断路器；

(断路器分断电路时；断开的触头之间会产生电弧；即触头之间的正离子在触头电场力的作用下向负极运动、负离子和电子向正极运动形成的电流；触头断开后；如果之间有电弧存在；则电路实际没切断；直到触头间电弧熄灭后电路才断开；所以要求断路能尽快灭弧）

b)低压断路器类型：按极数分单极、两极、三极和四极；按安装方式分固定式、抽屉式、抽出式、插入式和卡轨式安装等；按类型和使用场合分框架式（ME、CW1、HSW1)和万能式（DW15、DW17)、塑壳式、小型断路器（DZ47、C65N)；按用途分配电型和电动机保护型；

u主要参数：

1）额定电流In：在规定的使用条件下；允许连续长期通过的最大工作电流（有效值）；小型断路器一般有3A-100A;塑壳断路器从63A-800A;框架断路器从400A-6300A

2）额定电压Ue：正常工作时所能承受的电压；是表征断路器绝缘强度的参数；额定电压有380V、3KV、6KV、10KV、35KV等

3）额定开断电流Ics：指额定电压下断路器能可靠分断的最大短路电流；它是表征断路器灭弧能力的参数；断路器的开断电流有6KA、10KA、20KA、25KA、31.5KA、35KA、40KA、50KA、65KA、80KA等

4）短时耐受电流Icw：在规定的使用条件下；在规定的短时间内（通常是1S）所能承受的最大电流;一般Icw≤Ics

隔离开关：一般只用来闭合和断开有电压无负荷的线路；将需要停电或检修的设备与电源隔离；形成明显的断开点；以保证工作人员和设备的安全；因其没有灭弧装置或比较简单的灭弧罩；不能用于开断大的负荷电流和短路电流；需要和断