电力工程基础第三版孙丽华主编第二章课件
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电力工程基础
第二章 电气设备的原理与功能
②用压缩空气或六氟化硫气体吹弧 将20个左右大气压的压缩空气或5个大气压左右的六
氟化硫气体（SF6）先储存在专门的储气罐中，断路器分 闸时产生电弧，随后打开喷口，用具有一定压力的气体 吹弧。
③产气管吹弧 产气管由纤维、塑料等有机固体材料制成，电弧燃
烧时与管的内壁紧密接触，在高温作用下，一部分管壁 材料迅速分解为氢气、二氧化碳等，这些气体在管内受 热膨胀，增高压力，向管的端部形成吹弧。
电力工程基础
第二章 电气设备的原理与功能
电力工程基础
第二章 电气设备的原理与功能
8. 交流电弧的特性
在交流电路中，电流瞬时值随时间变化，因而电弧的温 度、直径以及电弧电压也随时间变化，电弧的这种特性称为 动特性。由于弧柱的受热升温或散热降温都有一定过程，跟 不上快速变化的电流，所以电弧温度的变化总滞后于电流的 变化，这种现象称为电弧的热惯性。
d——三角形连接， 例 YNd11
电力工程基础
第二章 电气设备的原理与功能
2 性能参数 （1）变压器负载运行，二次侧端电压变化率∆u%。
变压器外特性
电力工程基础
（2）变压器损耗Σp。
第二章 电气设备的原理与功能
（3）变压器效率η。
电力工程基础
（四）变压器分类
第二章 电气设备的原理与功能
电力工程基础
（5）阻抗电压（短路电压），通常以额定电压的百分数表示Uk % 由变压器短路试验获得，其反映在变压器在额定负载下运行时， 漏阻抗压降的大小，相应的有短路损耗Pk
（6）空载电流，通常以额定电流的百分数表示 I0 % 由变压器空载试验获得，相应的有空载损耗P0
（7）连接组号
电力工程基础(第3版)孙丽华(电子课件)第1章
秦山核电站
大亚湾核电站
核电迅速发展的原因 ➢核电是一种新型的巨大能源。
由双回路系统构成， 两个回路各自独立循 环，不会造成设备的 放射性污染
➢煤、石油等火电燃料储量有限，不可再生。
➢发达国家的水资源已基本殆尽。
➢一些资源贫乏国家“能源危机”，不得不发展核电。
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我国能源发展战略 ➢有序开发水电 ➢优化发展煤电 ➢大力推进核电 ➢适度发展天然气发电 ➢积极发展新能源发电������
二、变电所的类型 变电所：由电力变压器和配电装置所组成，起着 变换电压、交换和分配电能的作用。
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➢枢纽变电所：高压侧电压为330～750kV 。 ➢中间变电所：高压侧电压为220～330kV。 ➢地区变电所：高压侧电压为110～220kV 。 ➢终端变电所：高压侧为10～110kV 。
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➢鼓励热电联产。 ➢加强煤炭基地的矿口电厂建设。 2．水力发电厂 能量转换过程：水的位能→机械能→电能。
水电厂的总发电功率： P 9.8QH
水电厂的分类 坝后式：如三门峡、刘家峡、
堤坝式
丹江口、三峡水电站
引水式 河床式：如葛洲坝水电站
混合式
图1-1 从发电厂到用户的送电过程
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工业企 业
供电系 统
图1-2 电力系统示意图
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➢发电厂：生产电能，将一次能源转换成二次能源， 分为火、水、核、风、太阳、地热等发电厂。
电力工程基础_第二版_孙丽华主编_课后习题答案(1)
第一章1-1 什么是电力系统？建立联合电力系统有哪些好处？答：电力系统是由发电厂、变电所、输配电线路和电力用户组成的整体。
建立联合电力系统的优点是：可以减少系统的总装机容量；可以减少系统的备用容量；可以提高供电的可靠性；可以安装大容量的机组；可以合理利用动力资源，提高系统运行的经济性。
1-2 电能生产的主要特点是什么？对电力系统有哪些要求？答：电能生产的主要特点是：电能不能大量存储；过渡过程十分短暂；与国民经济各部门和人民日常生活的关系极为密切。
对电力系统的基本要求是：保证供电的可靠性；保证良好的电能质量；为用户提供充足的电能；提高电力系统运行的经济性。
1-3 我国规定的三相交流电网额定压等级有哪些？用电设备、发电机、变压器的额定电压与同级电网的额定电压之间有什么关系？为什么？答：我国规定的三相交流电网额定压等级，低压有0.22/0.127 kV、0.38/0.22 kV和0.66/0.38kV；高压有3 kV、6 kV、10 kV、35 kV、60 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV和750 kV。
用电设备的额定电压规定与同级电网的额定电压相同；发电机的额定电压应比同级电网额定电压高5%；变压器一次绕组的额定电压，对于降压变压器，应等于电网的额定电压，对于升压变压器，应等于发电机的额定电压；变压器二次绕的额定电压，当二次侧供电线路较长时，应比电网额定电压高10%，当变压器二次侧供电线路较短时，应比同级电网额定电压高5%。
1-4 衡量电能质量的主要指标有哪些？简述它们对电力系统的主要影响。
答：衡量电能质量的主要指标有：频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、高次谐波（波形畸变率）、三相不平衡度及暂时过电压和瞬态过电压。
对电力系统的主要影响（略）。
1-5 什么叫小电流接地系统？什么叫大电流接地系统？小电流接地系统发生一相接地时，各相对地电压如何变化？这时为何可以暂时继续运行，但又不允许长期运行？答：中性点不接地和中性点经消弧线圈接地的系统称为小电流接地系统；性点直接接地（或经低电阻接地）的系统称为大电流接地系统。
《电力工程基础》课件
02 电力系统基本知识
电力系统组成与运行
电力系统组成
电力系统由发电、输电、配电等环节组成，通过变压器和输电线 路将各部分连接成一个整体。
电力系统的运行
电力系统运行是指通过控制和调节各环节的参数，实现电能的生产 、传输和分配。
电力系统的稳定性
电力系统稳定性是指系统在正常运行状态下，能够保持各参数稳定 ，不发生非正常波动或崩溃的能力。
《电力工程基础》 ppt课件
目录
CONTENTS
• 电力工程概述 • 电力系统基本知识 • 发电厂工程 • 电力系统设计与优化 • 电力系统安全与可靠性 • 电力工程案例分析
01 电力工程概述
电力工程的定义与特点
总结词
电力工程是研究电能的产生、传输、分配、使用和控制的工程领域，其特点包括系统性、复杂性和实践性。
03 发电厂工程
火力发电厂
总结词
以煤、石油或天然气为燃料的发电厂
详细描述
火力发电厂利用化石燃料（煤、石油或天然气）燃烧产生的热能，通过热能转 换为机械能，再驱动发电机产生电能。其特点是技术成熟、运行稳定，但环境 污染较大。
水力发电厂
总结词
利用水能转换为机械能，再驱动发电 机产生电能
详细描述
水力发电厂利用水位落差或水流冲击 力，驱动水轮机转动，从而带动发电 机发电。其特点是清洁可再生、运行 费用低，但受地理条件限制较大。
电力工程的历史与发展
总结词
电力工程经历了从直流电到交流电的转变，以及新能 源和智能电网等技术的发展。
详细描述
电力工程的历史可以追溯到19世纪末期，当时直流电 是主要的电能传输方式。随着三相交流电的发明和应 用，电力工程进入了一个新的时代。此后，随着科技 的不断进步，新能源技术、智能电网技术等不断涌现 和发展，为电力工程的可持续发展提供了有力支持。 未来，电力工程将继续朝着高效、清洁、安全、可靠 的方向发展，为人类社会的进步做出更大的贡献。
电力工程基础课件
第三章 电力网
❖ 3.1 概述 ❖ 3.2 电力系统元件参数和等效电路 ❖ 3.3 电力网的电压计算 ❖ 3.4 输电线路导线截面的选择
2020/5/12
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1
3.1 概述
一、电力网的接线方式
1．开式电力网: 由一条电源线路向电力用户供电。 分为单回路放射式、干线式、链式和树枝式等，如图3-1所示。
➢低压树干式接线：所开关设备较少，有色金属消耗量较少， 但供电的可靠性较低，适用于供电给容量较小且分布较均匀的 用电设备。
➢低压环式接线：供电可靠性较高，在低压配电电缆的任一段 线路上发生故障或检修时，都不致造成用户长时间供电中断， 适用于住宅楼群区。
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3.2 电力系统元件参数和等值电路
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图河北3-1科2技大裸学导电线气的工构程造系
a）单股线 b）多股绞线 c）钢芯铝绞线
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3.2 电力系统元件参数和等值电路
架空导线的型号有： TJ——铜绞线 LJ——铝绞线，用于10kV及以下线路 GJ——钢绞线，用作避雷线 LGJ——钢芯铝绞线，用于35kV及以上线路
✓档距：同一线路上相邻两根电杆之间的水平距离称为架空线 路的档距（或跨距）。
线路或多回路电缆线路进行供电，并尽可能在两侧都有电源，
如图3-3所示。
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图3-3 两侧电源供电的双回路高压源自电网3.1 概述➢由于城网变电所相距较近，高压线路的故障机会较少，因此 也可采用图3-4所示双T接线或图3-5所示的三T接线方式。
图3-4 电缆线路的双T接线
图3-6 放射式接线
❖ 3.1 概述 ❖ 3.2 电力系统元件参数和等效电路 ❖ 3.3 电力网的电压计算 ❖ 3.4 输电线路导线截面的选择
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3.1 概述
一、电力网的接线方式
1．开式电力网: 由一条电源线路向电力用户供电。 分为单回路放射式、干线式、链式和树枝式等，如图3-1所示。
➢低压树干式接线：所开关设备较少，有色金属消耗量较少， 但供电的可靠性较低，适用于供电给容量较小且分布较均匀的 用电设备。
➢低压环式接线：供电可靠性较高，在低压配电电缆的任一段 线路上发生故障或检修时，都不致造成用户长时间供电中断， 适用于住宅楼群区。
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3.2 电力系统元件参数和等值电路
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图河北3-1科2技大裸学导电线气的工构程造系
a）单股线 b）多股绞线 c）钢芯铝绞线
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3.2 电力系统元件参数和等值电路
架空导线的型号有： TJ——铜绞线 LJ——铝绞线，用于10kV及以下线路 GJ——钢绞线，用作避雷线 LGJ——钢芯铝绞线，用于35kV及以上线路
✓档距：同一线路上相邻两根电杆之间的水平距离称为架空线 路的档距（或跨距）。
线路或多回路电缆线路进行供电，并尽可能在两侧都有电源，
如图3-3所示。
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图3-3 两侧电源供电的双回路高压源自电网3.1 概述➢由于城网变电所相距较近，高压线路的故障机会较少，因此 也可采用图3-4所示双T接线或图3-5所示的三T接线方式。
图3-4 电缆线路的双T接线
图3-6 放射式接线
电力工程基础(第3版)孙丽华(电子课件)第5章
2020/3/16
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隔离开关的型号与符号：
符号： QS
隔离开关的操作机构：手动式、电动式和气动式
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四、高压负荷开关
结构特点：有简单的灭弧装置。 功能：能通断正常的负荷电流，但不能断开短路电 流；多与高压熔断器配合使用。具有明显的断开间 隙，也具有隔离电源，保证安全检修的功能。 负荷开关的分类：
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配电用低压断路器按结构分：塑料外壳式和万能式 低压断路器的型号和符号：
符号： QF
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塑料外壳低压断路器（DZ系列） 上接线端子
❖结构特征：全 部机构和导电部 分均装设在一个 塑料外壳内，仅 在壳盖中央露出 操作手柄，供手 动操作之用。 （装置式）
说明：不带灭弧罩的刀开关只能在无负荷下操作，可作低压隔 离开关使用；带灭弧罩的刀开关能通断一定的负荷电流。
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低压刀开关的型号和符号
符号：
QK
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2．低压刀熔开关 HR系列刀熔开关是将HD型刀开关的闸刀换以具
有刀形触头的RT型熔断器的熔管，具有刀开关和熔 断器双重功能。
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图5-1 吹弧方式 a）横吹 b）纵吹 1—电弧 2—触头
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➢狭缝灭弧法（图5-3）； ➢采用多断口灭弧; ➢采用新型介质（SF6、真空）灭弧。
图5-2 长弧切短灭弧原理
电力系统分析-孙丽华主编-第二章电力系统各元件参数和等效电路
2023/5/20
3. 长线路的等值电路 指电压为330kV及以上、长度大于300km的架空线路。 ——应考虑分布参数特性。
图2-9 长线路的均匀分布参数等值电路
单位长度的阻抗和导纳分别为 z1r1 jx1，y1g1 jb1
长线路的基本方程（略去推导）为
cosh x
U
I
sinh
Zc
10
3
U
2 N
思考：变压器的空载试验
如何测试？
电纳BT：变压器的励磁功率 Q0 与电纳相对应，即
电抗XT：变压器的短路电压百分数为
Uk %
3IN ZT 100 UN
3IN XT 100 SN XT 100
UN
U
2 N
所以
XT
UN2Uk % 100SN
说明：UN 、SN的单 位分别为kV和MVA。
电导GT：变压器电导对应的是变压器的铁耗，它近
似等于变压器的空载损耗 P0，于是
GT
P0
2. 中等长度线路的等值电路 指电压为110～220kV、长度在100～300km的架空
线路。 ——采用π型（或T型）等值电路。
Z R jX Y G jB
图2-8 中等长度线路的等值电路
a）π型 b）T型
注意：这两种等值电路都只是电力线路的一种近似等值电路，相互之 间并不等值，因此两者之间不能用 Y 变换公式进行等效变换。
LGJ-400/50型导线，直径27.63mm铝线部分截面
积399.73mm2 ；使用由13片绝缘子组成的绝缘子
串，长2.6m，悬挂在横担端部。试求该线路单位
长度的电阻，电抗和电纳。
计算时取
1.线路电阻
导线额定 面积
3. 长线路的等值电路 指电压为330kV及以上、长度大于300km的架空线路。 ——应考虑分布参数特性。
图2-9 长线路的均匀分布参数等值电路
单位长度的阻抗和导纳分别为 z1r1 jx1，y1g1 jb1
长线路的基本方程（略去推导）为
cosh x
U
I
sinh
Zc
10
3
U
2 N
思考：变压器的空载试验
如何测试？
电纳BT：变压器的励磁功率 Q0 与电纳相对应，即
电抗XT：变压器的短路电压百分数为
Uk %
3IN ZT 100 UN
3IN XT 100 SN XT 100
UN
U
2 N
所以
XT
UN2Uk % 100SN
说明：UN 、SN的单 位分别为kV和MVA。
电导GT：变压器电导对应的是变压器的铁耗，它近
似等于变压器的空载损耗 P0，于是
GT
P0
2. 中等长度线路的等值电路 指电压为110～220kV、长度在100～300km的架空
线路。 ——采用π型（或T型）等值电路。
Z R jX Y G jB
图2-8 中等长度线路的等值电路
a）π型 b）T型
注意：这两种等值电路都只是电力线路的一种近似等值电路，相互之 间并不等值，因此两者之间不能用 Y 变换公式进行等效变换。
LGJ-400/50型导线，直径27.63mm铝线部分截面
积399.73mm2 ；使用由13片绝缘子组成的绝缘子
串，长2.6m，悬挂在横担端部。试求该线路单位
长度的电阻，电抗和电纳。
计算时取
1.线路电阻
导线额定 面积
电力工程基础第三版孙丽华主编第二章课件 PPT
➢计算负荷的定义：根据用电设备安装容量确定的、
用以按发热条件选择导体和电气设备时所使用的一
个假想负荷，用Pc（或Qc 、Sc 、 Ic ）表示。
通常把根据半小时平均负荷所绘制的负荷曲线
上的 “最大负荷”称为计算负荷，并作为按发热条
件选择电气设备的依据，因此
Pc Pmax P30
一般中小截面导体的发热时间常数τ 为10min以上，而导体通过电流达到 稳定温升的时间大约为3τ～4τ，即载 流导体大约经半小时（30min）后可 达到稳定温升值
SN
所以
QN
Uk % 100
SN
——额定负载下的损耗
QT
Q0
2QN
SN 100
(
I
0
%
2U
k
%)
近似公式：
PT QT
0.015S30 0.06S30
二、电能损耗
年最大负荷
1．线路的电能损耗 ： 损耗小时数
Wa
3I
2 30
R
PW L
τ的含义：在此时间
内，线路持续通过计
算电流所（I30）产生 的电能损耗与实际负
➢目的：选择电力变压器、开关设备及导线、电缆等 ➢意义：估算过高，使设备和导线选择偏大，投资大； 估算过低，使设备和导线选择偏小，运行时过热，加 快绝缘老化，降低使用寿命，增大电能损耗，影响系 统的正常运行。 ➢方法：需要系数法、二项式系数法、利用系数法和 单位产品耗电量法等 。 二、三相用电设备组的负荷计算 确定用电设备组的计算负荷时，应考虑以下因素：
荷电流在全年内所产
生的电能损耗相等。
图2-7 τ与Tmax关系曲线
2．变压器的电能损耗 ➢由变压器铁损引起的电能损耗：
电力工程基础 孙丽华 第二版 第4章精品PPT课件
抗标幺值
X
*
。
图4-2的等效电路图如图4-3所示。
图4-3 图4-2的等效电路图
注意：求电源到短路点的总电抗时，必须是电源与短路点直接相连 的电抗，中间不经过公共电抗。当网络比较复杂时，需要对网络进 行化简，求出电源至短路点直接相连的电抗（即转移电抗）。
不对称短路产生的不平衡磁场，会对附近的通讯系统及弱 电设备产生电磁干扰，影响其正常工作 。
29.11.2020
河北科技大学电气信息学院
4
二、短路的种类
➢对称短路： 三相短路k（3）
➢不对称短路：
两相短路k（2） 单相接地短路k（1） 两相接地短路k（1,1）
进行短路电流计算的目的： 选择合理的电气接线图 选择和校验各种电气设备 合理配置继电保护和自动装置
换算成统一基准值的标幺值。 换算方法是：
➢先将以额定值为基准的电抗标幺值
X
* N
还原为有名值，即
XXN * XN
XN *
UN 2 SN
➢选定Sd和Ud，则以此为基准的电抗标幺值为：
Xd *X Xd XU Sd d2XN *U SN N 2 U Sd d2
若取 Ud UNUav，则
X
* d
X
* N
Sd SN
图4-பைடு நூலகம் 短路的类型
a）三相短路 b）两相短路 c）、 d）单相接地短路 e）、f）两相接地短路
29.11.2020
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一、概述
4.2 标幺制
在短路电流计算中，各电气量的数值，可以用有名值表示， 也可以用标幺值表示。通常在1kV以下的低压系统中宜采用 有名值，而高压系统中宜采用标幺值。
电力工程基础课件
•2020/4/29
指6～10kV 的电力网
3.1 概述
•2. 中压配电网的接线方式
➢放射式接线：由地区变电所或企业总降压变电所6～10kV母 线直接向用户变电所供电，沿线不接其他负荷，各用户变电 所之间也无联系，如图3-6所示。
•图3-6 放射式接线
❖优点：结构简单、操作维护方便、保护装置简单，便于实现自动化。 ❖缺点：供电可靠性较差，只能用于三级负荷和部分次要的二级负荷。
✓常闭配环电运时行开：环点正的常电运压行差时为最环形
线小路没有断开点。
•3-9 环式接线
❖优点：供电可靠性高，运行灵活；
❖缺点：导线截面按有可能通过的全部负荷来考虑，投资高。
•2020/4/29
3.1 概述
➢“手拉手”供电接线：将以往的放射式接线改造成双电源供 电，中间以联络开关将两段线路连接起来，如图3-10所示。
➢低压环式接线：供电可靠性较高，在低压配电电缆的任一段 线路上发生故障或检修时，都不致造成用户长时间供电中断， 适用于住宅楼群区。
•2020/4/29
3.2 电力系统元件参数和等值电路
一、电力线路的结构
•1．架空线路
• 架空线路主要由 导线、避雷线（即架空 地线）、杆塔、绝缘子 和金具等部件组成，如 图3-11所示。
•图3-3 两侧电源供电的双回路高压配电网 •2020/4/29
3.1 概述
➢由于城网变电所相距较近，高压线路的故障机会较少，因此 也可采用图3-4所示双T接线或图3-5所示的三T接线方式。
•图3-4 电缆线路的双T接线 •2020/4/29
3.1 概述
•图3-5 三侧电源的三T接线
➢不论是架空线路还是电缆线路，当线路上接有3个及以上变电 所时，应在两侧有电源。
指6～10kV 的电力网
3.1 概述
•2. 中压配电网的接线方式
➢放射式接线：由地区变电所或企业总降压变电所6～10kV母 线直接向用户变电所供电，沿线不接其他负荷，各用户变电 所之间也无联系，如图3-6所示。
•图3-6 放射式接线
❖优点：结构简单、操作维护方便、保护装置简单，便于实现自动化。 ❖缺点：供电可靠性较差，只能用于三级负荷和部分次要的二级负荷。
✓常闭配环电运时行开：环点正的常电运压行差时为最环形
线小路没有断开点。
•3-9 环式接线
❖优点：供电可靠性高，运行灵活；
❖缺点：导线截面按有可能通过的全部负荷来考虑，投资高。
•2020/4/29
3.1 概述
➢“手拉手”供电接线：将以往的放射式接线改造成双电源供 电，中间以联络开关将两段线路连接起来，如图3-10所示。
➢低压环式接线：供电可靠性较高，在低压配电电缆的任一段 线路上发生故障或检修时，都不致造成用户长时间供电中断， 适用于住宅楼群区。
•2020/4/29
3.2 电力系统元件参数和等值电路
一、电力线路的结构
•1．架空线路
• 架空线路主要由 导线、避雷线（即架空 地线）、杆塔、绝缘子 和金具等部件组成，如 图3-11所示。
•图3-3 两侧电源供电的双回路高压配电网 •2020/4/29
3.1 概述
➢由于城网变电所相距较近，高压线路的故障机会较少，因此 也可采用图3-4所示双T接线或图3-5所示的三T接线方式。
•图3-4 电缆线路的双T接线 •2020/4/29
3.1 概述
•图3-5 三侧电源的三T接线
➢不论是架空线路还是电缆线路，当线路上接有3个及以上变电 所时，应在两侧有电源。
电力工程基础
压配电电压，给各车间变电所或高压电动机供电。
2019/11/23
11
1.1 电力系统的基本概念
车间变电所：将6～10kV电压降为380/220V，再通过 车间低压配电线路，给车间用电设备供电。 车间变电所可分为以下几种类型：
附设式变电所（1~4） 车间内变电所（5） 露天变电所（6） 独立变电所（7） 地下变电所、杆上变电所
全所一旦停电后，将使用户中断供电。
2019/11/23
10
1.1 电力系统的基本概念
变电所：是变换、接受分配电能的场所。分为区域 变电所、地区变电所和终端变电所等。
配电所：只接受和分配电能，不变换电压。 电力用户：消耗电能，将电能转换成其他形式能量。 2．工业企业供电系统
工厂供配电系统由总降压变电所、高压配电线路、 车间变电所、低压配电线路及用电设备组成。 总降压变电所：将35～110kV变换为6～10kV厂区高
16
1.2 发电厂的生产过程
一、火力发电厂
1．火电厂的燃料： 煤炭、石油、天然气等。 2．能量转换过程：燃料化学能→热能→机械能→电能。 3．分类：汽轮机发电、蒸汽机发电、内燃机发电等。 4．火电厂的组成：
燃烧系统（锅炉）：燃料→灰渣，风（空气）→烟气
汽水系统（汽轮机）：水 ↔ 蒸汽、循环水（冷水 ↔ 热水）
电力系统： 发电机、变压器、输电线路等。
5.火电厂的生产过程：凝汽式火电厂生产过程示意图
2019/11/23
17
1.2 发电厂的生产过程
煤粉充分燃烧，将锅炉中的水加热成高温（500℃以上）、
高压（9.8MPa以上）的蒸汽，经管道送入汽轮机，推动汽
轮机转子旋转，从而带动发电机发电。做过功的蒸汽排入
2019/11/23
2019/11/23
11
1.1 电力系统的基本概念
车间变电所：将6～10kV电压降为380/220V，再通过 车间低压配电线路，给车间用电设备供电。 车间变电所可分为以下几种类型：
附设式变电所（1~4） 车间内变电所（5） 露天变电所（6） 独立变电所（7） 地下变电所、杆上变电所
全所一旦停电后，将使用户中断供电。
2019/11/23
10
1.1 电力系统的基本概念
变电所：是变换、接受分配电能的场所。分为区域 变电所、地区变电所和终端变电所等。
配电所：只接受和分配电能，不变换电压。 电力用户：消耗电能，将电能转换成其他形式能量。 2．工业企业供电系统
工厂供配电系统由总降压变电所、高压配电线路、 车间变电所、低压配电线路及用电设备组成。 总降压变电所：将35～110kV变换为6～10kV厂区高
16
1.2 发电厂的生产过程
一、火力发电厂
1．火电厂的燃料： 煤炭、石油、天然气等。 2．能量转换过程：燃料化学能→热能→机械能→电能。 3．分类：汽轮机发电、蒸汽机发电、内燃机发电等。 4．火电厂的组成：
燃烧系统（锅炉）：燃料→灰渣，风（空气）→烟气
汽水系统（汽轮机）：水 ↔ 蒸汽、循环水（冷水 ↔ 热水）
电力系统： 发电机、变压器、输电线路等。
5.火电厂的生产过程：凝汽式火电厂生产过程示意图
2019/11/23
17
1.2 发电厂的生产过程
煤粉充分燃烧，将锅炉中的水加热成高温（500℃以上）、
高压（9.8MPa以上）的蒸汽，经管道送入汽轮机，推动汽
轮机转子旋转，从而带动发电机发电。做过功的蒸汽排入
2019/11/23
电力工程基础第三版孙丽华主编
2020/5/8
河北科技大学电气工程学院
16
例2-1（P33）
电力负荷计算表
t 100% t 100%
T
t t0
起重设备：标准暂载率有15%、25%、40%和60% 电焊设备：标准暂载率有50%、65%、75%和100%
2020/5/8
河北科技大学电气工程学院
4
2．设备容量Pe的计算
➢连续运行工作制： Pe PN
➢断续周期工作制：其设备容量是指换算到统一暂
载率下的额定功率。
T1 (t1 t1) 213
2020/5/8
河北科技大学电气工程学院
8
四、与负荷曲线有关的物理量
1．年最大负荷和年最大负荷利用小时数
➢年最大负荷Pmax ：指全年中消耗电能最多的半小时
的平均功率，即
Pmax P30
➢年最大负荷利用小时数
Tmax：在此时间内，用户 以年最大负荷持续运行所
消耗的电能恰好等于全年
实际消耗的电能。
Tmax
2020/5/8
Wa Pmax
8760
0 pdt
Pmax
图2-4 年最大负荷与年最大负荷利用小时数
可见：年负荷曲线越平坦，Tmax越 大；年负荷曲线越陡，Tmax越小。
河北科技大学电气工程学院
9
2．平均负荷与负荷系数
➢平均负荷Pav：电力负荷在一定时间t 内平均消耗的
功率，即
2. 年有功负荷曲线
✓年最大负荷曲线（运行年负 荷曲线）
2020/5/8
河北科技大学电气工程学院 图2-2 年最大负荷曲线
7
✓全年时间负荷曲线（年负荷持续曲线）
图2-3 全年时间负荷曲线的绘制 a）冬季典型日负荷曲线 b）夏季典型日负荷曲线 c）全年时间负荷曲线
电力工程基础(第3版)孙丽华(电子课件)第6章
可靠性：指保护装置该动时不能拒动；不该动时 不能误动。
2016/11/27 河北科技大学电气工程学院 7
6.2 常用保护继电器
一、保护继电器的分类 按其反应物理量分：电流继电器、电压继电器、功
电器、信号继电器和中间继电器等； 按其组成元件分：机电型、电子型和微机型等。 机电型：电磁式、感应式等； 电子型继电器（静态继电器）：包括晶体管型和
感器的二次电流I2的比值，即 1．三相完全星形接线方式 特点：可以反映各种形
IK Kw I2
式的故障，其接线系数
Kw=1。
主要用于大电流接地系统及 大型发电机、变压器的相间 短路和单相接地短路的保护
图6-7 三相完全星形接线方式
2016/11/27 河北科技大学电气工程学院 22
2．两相不完全星形接线方式 特点：可以反映除B相单相接地短路以外的所有故 障，其接线系数Kw=1。 3．两相电流差接线方式
集成电路型两类。
优点：动作灵敏、体积小、能耗低、耐震动、无机械惯性、寿命长。
2016/11/27 河北科技大学电气工程学院 8
微机型继电器（数字式继电器）：以微处理器
为核心组成的新型继电保护装置。
优点：保护性能好、可靠性高、灵活性大、调试维护方便。
二、电磁型继电器（DL型） 1. 电磁型电流继电器（KA） 结构：由电磁铁、可动衔铁、线圈、触点和反作 用弹簧等元件组成，如图6-3所示。
动作电流：能使继电器产生动作的最小电流，称为
继电器的动作电流，用Iop.K表示。
返回电流：能使继电器返回到原始位置的最大电流，
称为继电器的返回电流，用Ire.K表示。 返回系数：继电器的返回电流与动作电流的比值， 用Kre表示，即
I re.K K re I op. K
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按性质分：有功负荷曲线、无功负荷曲线 ；
按负荷持续时间分：年负荷曲线、月负荷曲线、日
负荷曲线、工作班负荷曲线等。
2017/11/5 河北科技大学电气工程学院 6
1. 日有功负荷曲线
图2-1 日有功负荷曲线 a）折线图 b）梯形图
2. 年有功负荷曲线
年最大负荷曲线（运行年负
荷曲线）
2017/11/5 河北科技大学电气工程学院
断续周期工作制（反复短时工作制）
暂载率（负荷持续率）：指设备工作时间与工 作周期的百分比值，即
t t 100 % 100 % T t t0
起重设备：标准暂载率有15%、25%、40%和60% 电焊设备：标准暂载率有50%、65%、75%和100%
2017/11/5 河北科技大学电气工程学院 4
图2-5 年平均负荷
负荷系数 KL：平均负荷与
最大负荷的比值，即
Pav KL Pmax
10
KL越大，负荷曲线越平坦，负荷波动越小。
2017/11/5 河北科技大学电气工程学院
3．需要系数和利用系数 需要系数Kd：负荷曲线中的最大负荷与用电设备
额定容量的比值，即
Pmax Kd Pe
利用系数Ku：负荷曲线中的平均负荷与用电设备
2017/11/5 河北科技大学电气工程学院 16
例2-1（P33）
电力负荷计算表
用电设备 序 名称 号 1 2 3 金属切削 机床组 通风机组 吊车组 小计 负荷总计 （ K 0.9）
2017/11/5
台 数
设备容量/kW 铭牌 值 85 5 3 93 换算 值 85 5 3.795 93.795 Kd cos tan P30/kW 0.5 0.85 0.5 1.73 0.62 1.73 13.6 4.25 0.569 18.419 16.58
生的电能损耗相等。
图2-7
2017/11/5 河北科技大学电气工程学院
τ与Tmax关系曲线
24
2．变压器的电能损耗 由变压器铁损引起的电能损耗：
Wa1 PFe 8760 P0 8760
由变压器铜损引起的电能损耗：
Wa 2 PCu Pk 2
因此，变压器全年的电能损耗为
2017/11/5
河北科技大学电气工程学院
15
多组用电设备计算负荷的确定 当车间配电干线上有多组用电设备时，各组用电
设备的最大负荷不同时出现，此时应计入一个同时系
数。
同时系数， 取0.85~0.95
P30 K P30.i Q30 K Q30.i 2 2 S 30 P30 Q30 I 30 S 30 3U N
PA p AB A PAB p CA A PCA
Q A q AB A PAB qCA A PCA
B相:
PB p BC B PBC p AB B PAB
QB q BC B PBC q AB B PAB
C相:
PC p CA C PCA p BC C PBC
上的 “最大负荷”称为计算负荷，并作为按发热条 件选择电气设备的依据，因此
一般中小截面导体的发热时间常数 τ 为 10min 以上，而导体通过电流达到 稳定温升的时间大约为 3τ～4τ，即载 流导体大约经半小时（ 30min ）后可 达到稳定温升值
12
Pc Pmax P30
2017/11/5
电力工程基础
第2章 负荷计算与无功功率补偿
制作 孙丽华
2017/11/5
河北科技大学电气工程学院
1
第2章
负荷计算与无功功率补偿
2.1 概述
2.2 计算负荷的确定 2.3 功率损耗和电能损耗计算
2.4 企业计算负荷的确定
2.5 功率因数与无功功率补偿 2.6 尖峰电流的计算
2017/11/5
图2-2 年最大负荷曲线
7
全年时间负荷曲线（年负荷持续曲线）
图2-3 全年时间负荷曲线的绘制 a）冬季典型日负荷曲线 b）夏季典型日负荷曲线 c）全年时间负荷曲线
取冬季为213天，夏季为152天，则图中功率P1 所占时间为：
) 213 T1 (t1 t1
2017/11/5 河北科技大学电气工程学院 8
I0 3U N I 0 Q0 I 0 % 100 100 100 IN SN 3U N I N
所以
2017/11/5
I0 % Q0 SN 100
河北科技大学电气工程学院 22
消耗在一、二次线圈电抗上的无功功率损耗 QL ： 与负荷电流的平方成正比，用 U k % 来表征。
其中:
R r1l X x1l
而x1与导线之间的几何均距有关。sav
等边三角形排列：
3
sab sbc sca
sav s
水平等距离排列：
sav 2 s 1.26 s
3 3
2017/11/5
图2-6 三相导线的布置方式 a）等边三角形布置 b）水平等距布置
河北科技大学电气工程学院 20
Wa Wa1 Wa 2 P0 8760 Pk
2
2017/11/5 河北科技大学电气工程学院 25
三、线损率的计算 1. 线损：发电厂发出来的电能，在电力网输送、变压、 配电各环节所造成的损耗，称为电力网的电能损耗，
简称为线损。包括理论线损和管理线损两部分。
2. 线损率：指线损电量占电网供电量的百分数，即
Pe PN
N
河北科技大学电气工程学院
5
起重设备：指统一换算到ε=25%时的额定功率，
即
Pe PN
N 2 PN N 25
电焊设备：指统一换算到ε=100%时的额定功率，
即
Pe PN
三、负荷曲线
N PN N S N cos N N 100
2017/11/5 河北科技大学电气工程学院 13
各用电设备因工作情况不同，可能不同时工作，
因此应考虑一个同时使用系数 K ;
各用电设备在工作时，不一定全部在满负荷下运
行，因此应考虑一个负荷系数 K L; 各用电设备的平均效率 e ; 线路的供电效率 W L。 因此，用电设备组的需要系数可表示为
２．变压器的功率损耗 有功功率损耗 铁心中的有功功率损耗，即铁损 PFe （不变损耗） 变压器的空载损耗 P0 可认为就是铁耗，即
PFe P0
消耗在一、二次线圈电阻上的有功功率损耗，即
铜耗 PCu （可变损耗）：与负荷电流（或功率）的
平方成正比。
变压器的短路损耗 Pk 可认为就是额定负载下
河北科技大学电气工程学院
2
2.1 概述
一、电力负荷的分级
级别 停电影响 供电方式
一级
人身伤亡，重大设备损坏， 两个独立电源供电 政治、经济上重大损失 设备局部损坏大量减产，政 双回路供电 治、经济造成较大损失 不属于一级、二级的负荷 无特殊要求
二级
三级
2017/11/5
河北科技大学电气工程学院
3
二、用电设备的工作制及设备容量的计算 1．用电设备的工作制 连续运行工作制（长期工作制） 短时运行工作制（短时工作制）
8760
0
pdt
图2-4 年最大负荷与年最大负荷利用小时数
Pmax
可见：年负荷曲线越平坦，Tmax越 大；年负荷曲线越陡，Tmax越小。
河北科技大学电气工程学院 9
2．平均负荷与负荷系数 平均负荷Pav：电力负荷在一定时间t 内平均消耗的 功率，即
Wt Pav t
年平均负荷:
Wa Pav 8760
近似公式：
2017QT 0.06S 30
河北科技大学电气工程学院 23
二、电能损耗
1．线路的电能损耗 ：
2 Wa 3I 30 R PW L
年最大负荷 损耗小时数
τ的含义：在此时间 内，线路持续通过计 算电流所（I30）产生 的电能损耗与实际负 荷电流在全年内所产
QC qCA C PCA q BC C PBC
然后分相计算各相的设备容量，则最大负荷相的3 倍即为总的等效三相设备容量。
2017/11/5 河北科技大学电气工程学院 19
2.3 功率损耗与电能损耗计算
一、功率损耗 1．线路的功率损耗
2 PW L 3I 30 R 10 3 2 3 QW L 3I 30 X 10
电网线损电量 线损率 100% 电网供电量
实际线损电量 供电量 售电量 实际线损率 100% 100% 电网供电量 电网供电量
理论线损电量 固定损耗 可变损耗 理论线损率 100% 100% 电网供电量 电网供电量
额容量的比值，即
Pav Ku Pe
2017/11/5 河北科技大学电气工程学院 11
2.2 计算负荷的确定
一、概述 计算负荷的定义：根据用电设备安装容量确定的、 用以按发热条件选择导体和电气设备时所使用的一 个假想负荷，用Pc（或Qc 、Sc 、 Ic ）表示。
通常把根据半小时平均负荷所绘制的负荷曲线
K d
2017/11/5
KKL
eW L
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河北科技大学电气工程学院
单组用电设备计算负荷的确定
需要系数， 查表2-1 用电设备组 的设备容量
Q30 P30 tan S 30 P30 cos I 30 S 30 3U N
P30 K d Pe
说明：P30 、 Q30、 S30的单 位分别为kW、kvar、kVA
确（否则计算误差较大，应采用二项式系数法）；