第3章-电能的传输和分配

变压器主要应用： 电力工业中升电压减电流，实现远距离输电； 电子电路中传递音频功率，实现阻抗变换。 电力工业中常采用高压输电，以减小远距离传输 中的线路损耗。在到达目的地后，再由配电变压器降 低电压等级，以降低电气设备的绝缘等级和保证用电 安全。
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第 3章
O
(感性） I2 I2N
一般供电系统希望要硬特性（随I2的变化，U2 变 化不大)，电压变化率约为 5%。 电压变化率越小，供电电压稳定性越好。
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U 20 U 2 U % 100% U 20
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4. 变压器的额定值 (1) 额定频率 f N 变压器应接交流电源的频率，我国规定为 50 Hz。 (2) 额定电压 U1N、U2N U1N：变压器一次绕组应接交流电源的电压 。 U2N：变压器二次绕组空载时的输出电压。 三相变压器额定电压都指线电压。 (3) 额定电流 I1N、I2N 变压器满载运行时，允许长期连续运行的一次 绕组和二次绕组电流。 三相变压器额定电流都指线电流。 (4) 额定容量 SN 单相： SN U 2 N I 2 N 传送功率的最大能力。 三相： S 3U I
U 1 KU 2 2 U2 k k2 Z Z I2 I2 I1 k 结论 |Z | = k2 |Z | Z = k2 Z
可利用变压器进行阻抗匹配
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3. 变压器的运行性能
第 3章
当一次电压 U1和负载功率因数 cos2保持不变时,二 次输出电压 U2和输出电流 I2的关系为U2 = f (I2)。 U20：一次侧加额定电 U2 f ( I 2 ) U2 压、二次侧开路时, 二次 U20 cos2 =1 侧的输出电压。 电压变化率： cos2 =0.8
第 3章
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3.4 低压配电系统
3.4.1 配电方式 1. 低压配电系统 通常由配电变压 器、低压配电线路以 及相应的控制开关及 保护装置构成。 工厂企业配电系统 某些大功率电动 机采用高压供电。车 间等用电设备均采用 380/220V低压供电。
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35 kV电力网线路
第 3章
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第 3章
(4) 调度自动化系统的基本结构
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3.1.7 智能电网 1. 智能电网提出的背景 (1) 电网需应对风能、太阳能等可再生能源大规模发 电带来的挑战 (2) 电网需适应电动汽车、小容量分布式电源等新型 用电方式带来的影响 (3) 电网建设需考虑设备老化和更新换代的投资效益 (4) 智能化电网的建设是经济发展的引擎 2. 智能电网的概念 具有双向的能量流和信息流的网络，将分布式发电、 高压电网、大容量储能装置、智能化家居、电动汽 车等有机地连接在一起，实现发电、输电、配电和 用电的全面监控和优化调度。 3. 我国智能电网的建设 退出
3.1 电力系统
3.1.1 电力系统的发展和现状
电力是现代工业的主要动力，在各行各业中都得 到了广泛的应用。电力系统是发电厂、变电站、配电 所直到各个用户等环节所组成的电能生产消费系统。 利用输电线路把一个个独立运行的分散在各地的 发电厂连接成一个整体电网，然后由电网向所覆盖的 地区范围内所有用户供电，就构成了具有现代意义的 电力系统。 我国目前已有华东、华北、华中、东北、西北、 南方等地区性电网。

1 2
变压器接负载： N1 由U 1 E 1 4 .44 f m N 1 当 U1、 f 不变，无论空载还是有载，m 基本 恒定不变，则产生磁通的磁动势也应恒定不变, 即 I0 = I1N (1 3) N I N I N I
1 1 2 2 1 0
+ • E2 – N2
电工学概论（第三版）
电子教案 第三章 电能的传输和分配
中国矿业大学 上海交通大学 研制
高等教育出版社
高等教育电子音像出版社
出版
第 3章
第三章 电能的传输和分配
3.1 电力系统
3.2 交流输电系统 3.3 直流输电系统 3.4 低压配电系统
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第 3章
第三章 电能的传输和分配
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第 3章
室内配电箱
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退出Βιβλιοθήκη 电能的计量是住宅供电的重要环节。目前广泛采 用感应系动作原理的电度表测量交流电能。
第 3章
感应系电度表的结构原理
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第 3章
目前已广泛采用分时计费的电度表，可将高峰时 段及低谷时段用电分别计价。分时计费电度表是采用 电子积算装置，将铝盘转数通过光电传感器转换为电 脉冲，然后再由时间控制开关控制高峰及低谷时段的 计数时间分别对电脉冲进行计数，并分别由峰载计量 器和谷载计量器显示分时用电量。
电力变压器 (输配电用) 电压互感器 按用途分 仪用变压器 电流互感器 整流变压器
按相数分
单相变压器 三相变压器
双绕组变压器 按绕组数分 多绕组变压器 自耦变压器
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1. 变压器的主要结构
第 3章
油浸式电力变压器
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第 3章
我国电气安全规程规定，低压供电线路除了供电 导线外，还应敷设保护零线。该零线由三相电源中性 点引出并独立敷设，不能与中性线合用。保护零线在 敷设过程中不经过开关，并可多次接地以保持其零电 位。供用电设备保护接零之用。这样单相供电时应为 单相三线，三相混合供电时应为三相五线。
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(1) 高压控制开关 (2) 测量和监视设备 (3) 各种线路及变压器运行保护电器 (4) 无功功率补偿装置 (5) 各种操作、控制、显示装置
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3.3 直流输电系统
3.3.1 采用直流输电的原因 直流输电与交流输电相比具有如下优点： (1) 结构简单、投资省、对环境影响小 (2) 电压分布平稳，不需无功功率补偿 (3) 输送容量和距离与电网的稳定无关 (4) 线路功率损耗小，运行费用省 (5) 方便实现定电流、定功率的调节 3.3.2 直流输电系统的组成
铁心结构
心式
壳式
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第 3章
1. 变压器的主要结构
铁心
+ u1 –
变压器符号
一次 绕组
i1
Φ
i2 + u2 –
N2
ZL
二次 绕组
N1
单相变压器
由厚0.35mm 或 0.2mm 铁心 二次绕组 高导磁硅钢片叠成 变压器的电路 变压器的磁路 一次、二次绕组互不相连，能量的传递靠磁耦合。 绕组：
第 3章
总降压变电所
6~10 kV母线
高压配 电线路 高压用电线路
6~10 kV 场内供 电线路
2号车间变电所 低压配 电线路
1号车间变电所
工厂企业配电系统 低压用电设备
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第 3章
2. 低压供电方式
三相三线制: 工厂车间中的动力负载。 三相四线制: 照明、动力负载混合供电。 单相二线制：居民住宅照明及生活用电、办公室。
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第 3章
3.1.5 电力系统的运行状态
(1) 正常运行状态 (3) 紧急状态
(2) 警戒状态 (4) 崩溃状态
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(5) 恢复状态
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3.1.6 电力系统的调度与管理
(1) 电力调度技术的发展 (2) 电力系统调度的任务 (3) 电力系统的分层调度控制
结论
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变压器空载电压 k为变比 (匝比)
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U1 E1 N 1 k U 20 E 2 N 2
第 3章
2. 变压器的工作原理 (2) 负载运行情况 I•1 + • – U 2 E1 • Z2 I + 2 U 1 • Z2 E –
–
1+
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第 3章
2. 变压器的工作原理 •
+ U1
•
I0

1 2
变压器空载： 变压器一次绕组电阻和漏磁通较小, 其两端电压 较小, 忽略不计, 则
–
– E1 + • E1– + N1
•
S + • • + E2 U20 – – N2
I2
•
|ZL|
E U E 4 .44 f N U 1 1 1 1 m 1 I 2 0 , U 2 U 20 E 2
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3.1.2 电力系统的基本结构
第 3章
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第 3章
3.1.3 电力系统的优越性 (1) 减少系统中的总装机容量。 (2) 合理使用动力资源，充分发挥水力发电厂的作用。 (3) 提高供电的可靠性。 (4) 提高运行的经济性。 3.1.4 对电力系统的要求 (1) 电力系统的建设必须优先于其他工业部门，其容 量及电力设备必须充分满足其他工业部门发展的 需要。 (2) 保证供电的可靠性。 (3) 保证电能的质量。 (4) 保证电力系统经济运行。
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N 2N 2N
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第 3章
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5. 变电站的其他设备
第 3章
变电站是电力系统中对电压和电流进行变换，接 受电能及分配电能的场所。发电厂内的变电站是升压 变电站，其作用是将发电机发出的电能升压后馈送到 高压电网。电力网中的变电站通常是起联络作用及降 压作用，即把同一电压等级的各路进线连接起来，并 逐次降压直到各个电压等级的用户。
S I2 + • U20 Z –
•
N I 0 N1 I 1 2 2
有效值：N1I1= N2 I2
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结论
I1 N 2 1 I 2 N1 k
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第 3章
阻抗变换
I 1
I 2
Z
+ U 2 –
I 1
+
+
U 1
U 1
–
Z
–
由图可知：
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一次绕组
2. 变压器的工作原理 (1) 空载运行情况
一次侧 接交流电 源，二次 侧开路。
第 3章
+ u1 –
i0
1 2
S i2 +e + – 2 u20 + e 2 – – N2 |ZL|
e1 – + e1– + N1
主磁通按正弦规律变化, 设为 msin t, 则 dΦ e1 N 1 E1m (sin t 90) dt 有效值: E 1 4 .44 f m N 1 e2 E2msin( t 90) 同 理：E 2 4 .44 f m N 2
220 500 300
330 800 600
500 1500 850
3.2.1 交流输电线 交流输电线可分为架空线路和电缆线路两大类。 前者应用于地区间的输电，一般电压较高、距离较长。 后者应用于城市内的输电。
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3.2.2 变压器和变电站
第 3章
变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电 子线路中应用广泛。 变压器主要功能： 变电压、变电流、变阻抗、电气隔离
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第 3章
三相五线供电
为了便于识别，在敷设架空线路时应采用规定颜 色的塑料绝缘导线，如图所示。特别是黄绿双色线只 能专用于保护零线，不能用在其他线路中。
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第 3章
3.4.2 楼宇供电 现代化的楼宇用电应该由区域电力网中引入高压 供电线 ( 10kV 或 35kV ) 通过楼宇内的配电变压器降 压，并由配电室所引出的许多根低压电缆将电能直接 输送到各个用电设备。 3.4.3 住宅供电 住宅供电是由城市的高压配电网经居民小区内的 10kV / 380V 变压器降压到 380 / 220V ，然后对住宅单 相供电。除了居住密集的居民小区外，也有的低压供 电线路是居民用电与工业企业用电合用的，当企业中 有大型动力负荷起动、停止时，电压波动较大。 室内配电箱由进户总空气断路器、漏电保护器以及 多个分路单极空气断路器组成。
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第 3章
3.2 交流输电系统
第 3章
交流输电技术的发展是以增加输送容量、提高 输电线路电压等级以及增加输送距离为标志的。
与各输电线电压等级相适应的输送功率和输送距离
电压等级 / kV 输送功率 / MW 输送距离 / km
10 2.0 20
35 10.0 50
110 50.0 150