1、1.1 电力系统的基本概念,一、电力系统的组成,发电厂 电力网 电力用户,或者说：由发电厂、电力网和电力用户就构成了电力系统。,电力系统示意图如图1-1所示。,1. 电力系统,电力系统是指完成电能生产、输送、分配和消费的统一整体。,图1-1 电力系统示意图,工业企业 供电系统,1.1 电力系统的基本概念,通常将220kV及以上的电力线路称为输电线路，110kV及以下的电力线路称为配电线路。配电线路又分为高压配电线路（110kV）、中压配电线路（635kV）和低压配电线路（380/220V）。,地方电力网：电压等级在35kV及以下、供电半径在2050km以内的电力网; 区域电力网：电压等级在35
2、kV以上、供电半径超过50km的电力网; 超高压远距离输电网：电压等级为330500kV的电力网，一般由远距离输电线路连接而成。,发电厂：生产电能，将一次能源转换成二次能源（电能），分为火、水、核、风、太阳、地热等发电厂。 电力网：由不同电压等级的输电线路和变压器组成，可分为地方电力网、区域电力网及超高压远距离输电网三种类型。,变电所：是变换电能电压和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
3、设备组成。,1.1 电力系统的基本概念,总降压变电所：将35110kV的供电电压变换为610kV的中压配电电压，给厂区各车间变电所或高压电动机供电。,区域变电所：电压等级高，变压器容量大，进出线回路数多，由大电网供电，高压侧电压为330500kV，全所停电后，将引起整个系统解列甚至瓦解； 地区变电所：由发电厂或区域变电所供电，高压侧电压为110220kV，全所停电后，将使该地区中断供电； 终端变电所：是电网的末端变电所，主要由地区变电所供电，其高压侧为10110kV，全所停电后，将使用户中断供电。,车间变电所：将610kV的电压降为380/220V，再通过车间低压配电线路，给车间用电设备供电。
4、,配电线路：分为厂区高压配电线路和车间低压配电线路。,车间变电所可分为以下几种类型（图1-2）：,1.1 电力系统的基本概念,附设式变电所（14） 车间内变电所（5） 独立变电所（7） 露天变电所（6） 地下变电所 杆上变电所,图1-2 车间变电所的类型,1.1 电力系统的基本概念,二、建立大型电力系统的优点,1可以减少系统的总装机容量。,2可以减少系统的备用容量。,3可以提高供电可靠性。,4可以安装大容量的机组。,5可以合理利用动力资源，提高系统运行的经济性。,1.1 电力系统的基本概念,三、电力系统的基本参量,1. 总装机容量：指系统中所有机组额定有功功率的总和，以MW、GW计。,2. 年
5、发电量：指系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和，以MWh、GWh、TWh计。,3. 最大负荷：指规定时间内电力系统总有功功率负荷的最大值，以MW、GW计。,4. 额定频率：50Hz,5. 最高电压等级：指系统中最高电压等级线路的额定电压，以kV计 。,1GW=103MW（10万千瓦） 1MW=103kW （1000千瓦）,1MWh =103kWh （千度）， 1GWh =103MWh（100万度） 1TWh =103GWh（10亿度），1kWh=1度,1.1 电力系统的基本概念,四、电力系统的特点,1电能不能大量储存。,2电力系统的过渡过程十分短暂。,3与国民经济各部门的关系密切。,1保证
6、供电的可靠性。,2保证良好的电能质量。,五、对电力系统的基本要求,3为用户提供充足的电能。,4提高电力系统运行的经济性。,1.3 电力系统的电压与电能质量,三、电能质量,电压偏差是指用电设备的实际电压与额定电压之差，用占额定电压的百分数来表示,电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。,频率偏差,额定频率：50Hz,允许偏差：电网容量3000MW及以上者，0.2 Hz；,电网容量3000MW以下者，0.5 Hz。,电压偏差,1.3 电力系统的电压与电能质量,电压偏差的危害,白炽灯：电压低时，寿命延长，但发光效率降低，照度下降；,电压高时，发光效率增加，但使用寿命大大缩短。,，电压低时
7、，转矩将急剧减小，电流,由于,电动机：,增大，使电动机绕组绝缘过热受损，缩短使用寿命。,电压偏差的允许值,35kV及以上电压供电的用户：5% 10 kV及以下高压供电和低压电力用户：7% 低压照明用户：+5%10%,1.3 电力系统的电压与电能质量,电压波动产生的原因：是由负荷急剧变动引起的。,闪变是指人眼对因电压波动引起灯闪的一种主观感觉，引起灯闪的电压称为闪变电压。,电压波动的允许值,使电动机无法正常起动，引起同步电动机转子振动； 使某些电子设备无法正常工作； 使照明灯发生明显的闪烁现象等。,10 kV及以下电网：2.5% 35110 kV电网：2%,电压波动的危害,1.3 电力系统的电压
8、与电能质量,谐波,谐波是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解后所得到的频率为基波频率整数倍的各次分量，通常称为高次谐波。,对负荷变动剧烈的大型电气设备，采用专线或专用变压器供电 ； 增大供电容量，减小系统阻抗 ； 增加系统的短路容量或提高供电电压； 在电压波动严重时减少或切除引起电压波动的负荷 ； 对大型冲击性负荷，可装设能吸收冲击无功功率的静止型无功补偿装置（SVC） 。,电压波动的抑制,1.3 电力系统的电压与电能质量,谐波产生的原因：是由于电力系统中存在各种非线性元件 。,谐波的危害,使变压器和电动机的铁芯损耗增加，引起局部过热，同时振动和噪声增大，缩短使用寿命； 使线路的功率损耗和
9、电能损耗增加，并有可能使电力线路出现电压谐振，产生过电压，击穿电气设备的绝缘； 使电容器产生过负荷而影响其使用寿命； 使继电保护及自动装置产生误动作；,1.3 电力系统的电压与电能质量,三相整流变压器采用Y，d或D，y接线 ； 增加整流器的相数 ； 在谐波源处装设专用滤波器 ； 限制晶闸管整流设备投入电网的容量 ； 在大型整流设备附近装设静止型无功补偿装置等。,三相电压不平衡度,指三相系统中三相电压的不平衡程度，用电压负序分量有效值与正序分量有效值的百分比来表示，即,谐波的抑制,1.3 电力系统的电压与电能质量,影响变换器及其控制系统的正常工作并改变其设计性能，产生附加的非特征谐波分量； 使旋
10、转电机的转子受到反方向的负序旋转磁场的作用，产生双倍频率的附加电流，使电机发热甚至烧毁 ； 使继电保护装置产生误动和拒动 。,电力系统公共连接点：2% 接于公共连接点的用户：1.3%,产生三相电压不平衡的原因：三相负荷不对称 。,三相电压不平衡的危害,三相电压不平衡的允许值,第一节 低压电器的基本知识,一、低压电器的分类 按电器的动作性质分 ：手动电器和自动电器 按电器的性能和用途分：控制电器和保护电器 按有无触点分：有触点电器和无触点电器 按工作原理分：电磁式电器和非电量控制电器。,1.2 常用低压电器,二、电磁式电器 1.电磁机构将电磁能转换为机械能并带动触头动作。 组成原理：线圈通入电流
11、，产生磁场，经铁芯、衔铁和气隙形成回路，产生电磁力，将衔铁吸向铁芯。,铁芯,衔铁,线圈,第一节 低压电器的基本知识,二、电磁式电器 2.短路环减小衔铁吸合时产生的振动和噪音。,第一节 低压电器的基本知识,二、电磁式电器 3.触头系统通过触头的开合控制电路通、断。类型材料：一般采用铜材料制成；对于小容量电器常用银质材料制成,桥式触头,指形触头,第一节 低压电器的基本知识,二、电磁式电器 3.灭弧系统 电弧：开关电器切断电流电路时，触头间电压大于10V，电流超过80mA时，触头间会产生蓝色的光柱， 即电弧。电弧的危害 ：延长了切断故障的时间；高温引起电弧附近电气绝缘材料烧坏；形成飞弧造成电源短路事
12、故。灭弧措施：吹弧、拉弧、长弧割短弧、多断口灭弧、利用介质灭弧、改善触头表面材料 。,第一节 低压电器的基本知识,第二节 开关电器,一、刀开关 作用：隔离电源，不频繁通断电路分类：按刀的级数分:单极、双极和三极 按灭弧装置分：带灭弧装置和不带灭弧装置按刀的转换方向分为：单掷和双掷按接线方式分为：板前接线和板后接线按操作方式分为：手柄操作和远距离联杆操作按有无熔断器分：带熔断器和不带熔断器,一、刀开关 1.开关板用刀开关（不带熔断器式刀开关）作用：不频繁地手动接通、断开电路和隔离电源用。结构图和符号 ：,第二节 开关电器,第二节 开关电器,一、刀开关 2.带熔断器式刀开关用作电源开关、隔离开关和
13、应急开关，并作电路保护用。,一、刀开关 3.负荷开关 (1)开启式负荷开关用途：作不频繁带负荷操作和短路保护用。结构：由刀开关和熔断器组合成。瓷底板上装有进线座、静触头、熔丝、出线座及刀片式动触头，工作部分用胶木盖罩住，以防电弧灼伤人手。分类：单相双极和三相三极两种,第二节 开关电器,一、刀开关 3.负荷开关 (2)封闭式负荷开关（铁壳开关）作用：手动通断电路及短路保护。,第二节 开关电器,二、组合开关（转换开关）结构：静触头一端固定在胶木盒内，另一端伸出盒外，与电源或负载相连。动触片套在绝缘方杆上，绝缘方轴每次作90正或反方向的转动，带动静触头通。特点：结构紧凑，安装面积小，操作方便。用途：
14、电源的引入开关；通断小电流电路；控制以下电动机。,第二节 开关电器,（a）外形 （b） 符号 （c) 结构,三、低压断路器功能：不频繁通断电路，并能在电路过载、短路及失压时自动分断电路。特点：操作安全，分断能力较高。分类：框架式（万能式）和塑壳式（装置式）结构：触头系统、灭弧装置、脱扣机构、传动机构。,第二节 开关电器,万能式低压断路器结构图,塑壳式低压断路器原理图,1主触头2自由脱扣器 3过电流脱扣器 4分励脱扣器 5热脱扣器6失压脱扣器 7按钮,塑壳式低压断路器原理图,1主触头2自由脱扣器3过电流脱扣器4分励脱扣器 5热脱扣器6失压脱扣器 7按钮,线路短路或严重过载保护,塑壳式低压断路器原
15、理图,1主触头2自由脱扣器3过电流脱扣器4分励脱扣器 5热脱扣器6失压脱扣器 7按钮,远距离跳闸，对电路不起保护作用,塑壳式低压断路器原理图,1主触头2自由脱扣器3过电流脱扣器4分励脱扣器 5热脱扣器6失压脱扣器 7按钮,线路过载保护,塑壳式低压断路器原理图,1主触头2自由脱扣器 3过电流脱扣器 4分励脱扣器 5热脱扣器6失压脱扣器 7按钮,电动机的失压保护,触头系统：主触头、辅助触头常开触头（动合触头）常闭触头（动断触头） 电磁系统：动、静铁芯，吸引线圈和反作用弹簧 灭弧系统：灭弧罩及灭弧栅片灭弧,第三节 接触器,1结构,一、交流接触器,第三节 接触器,交流接触器结构图,灭弧装置,2工作原理
16、,线圈加额定电压，衔铁吸合，常闭触头断开，常开触头闭合；线圈电压消失，触头恢复常态。为防止铁心振动，需加短路 环。,第三节 接触器,用途：远距离通断直流电路或控制直流电动机的频繁起停。 结构：电磁机构、触头系统和灭弧装置。 工作原理：与交流接触器基本相同。,第三节 接触器,二、直流接触器,第三节 接触器,三、接触器的符号,第三节 接触器,四、接触器的主要技术指标,根据电路中负载电流的种类选择接触器的类型；接触器的额定电压应大于或等于负载回路的额定电压；吸引线圈的额定电压应与所接控制电路的额定电压等级一致；额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流。,第三节 接触器,四、接触器的使用选择原则,作用
17、：控制、放大、联锁、保护和调节 分类： 按用途分 ：控制和保护继电器 按动作原理分：电磁式、感应式、电动式、电子式、机械式 按输入量分：电流、电压、时间、速度、压力 按动作时间分：瞬时、延时继电器 特点：额定电流不大于5A,第四节 继电器,一、电流继电器,特点：线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。 分类：过电流继电器、欠电流继电器,过流电流继电器,欠流电流继电器,第四节 继电器,一、电流继电器,第四节 继电器,特点：线圈并联在电路中，匝数多，导线细 分类：过电压继电器和欠电压继电器 结构原理：与电流继电器类似,二、电压继电器,第四节 继电器,中间继电器实质上是一种电压继电器，结构和工作原
18、理与接触器相同。但它的触点数量较多，在电路中主要是扩展触点的数量。另外其触头的额定电流较大。,三、中间继电器,第四节 继电器,作用：电动机的过载保护,利用双金属片受热弯曲去推动杠杆使触头动作,利用电阻值随温度变化而变化的特性制成,利用过载电流发热使易熔合金熔化而使继电器动作,四、热继电器,第四节 继电器,型式：双金属片式,热敏电阻式,易熔合金式,结构：由发热元件、双金属片和触头及动作机构等部分组成 。,四、热继电器,第四节 继电器,双金属片式热继电器,四、热继电器,第四节 继电器,双金属片式热继电器原理示意图,四、热继电器,第四节 继电器,使用与选择,使用：作为电动机的过载保护，注意与熔断器的
19、配合。 选择：eRedeR：热继电器热元件的额定电流；ed：电动机的额定电流。,四、热继电器,第四节 继电器,作用：按整定时间长短通断电路 分类： 按构成原理分：电磁式电动式空气阻尼式晶体管式数字式 按延时方式分：通电延时型断电延时型,四、时间继电器,(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h),(a) 线圈一般符号 (b) 通电延时线圈 (c) 断电延时线圈 (d) 通电延时闭合动合（常开）触点 (e) 通电延时断开动断（常闭）触点 （f）断电延时断开动合（常开）触点 （g）断电延时闭合动断（常闭）触点（h）瞬动触点,四、时间继电器,符号,四、时间继电器,四、时间继电器,作
20、用：根据速度的大小通断电路 结构：定子、转子和触头 原理：与异步电动机类似 参数：动作转速：120rpm复位转速：100rpm,五、速度继电器,定子-由硅钢片迭成笼型空心圆环套在转子上，装有鼠笼型短路绕组。,符号,五、速度继电器,转子-圆柱形永久磁铁，与电动机同轴连接。,五、速度继电器,压力继电器,光电继电器,温度继电器,六、其它继电器,作用：短路和严重过载保护 应用：串接于被保护电路的首端 优点：结构简单，维护方便，价格便宜，体小量轻 分类：,第五节 熔断器,瓷插式熔断器,第五节 熔断器,螺旋式熔断器,第五节 熔断器,有填料式熔断器,第五节 熔断器,无填料密封式熔断器,第五节 熔断器,快速熔
21、断器,第五节 熔断器,自恢复熔断器,第五节 熔断器,第六节 剩余电流动作保护器 一、电流通过人体的效应,一、电击形式1、直接电击人或动物触及到正常工作时带电的导体所产生的电击。特点：电击强度为线电压或相电压。2、间接电击人或动物触及到正常工作时本不带电、但却因故异常带电的导体所产生的电击。特点：电击强度差异很大，多因故障产生。,二、电流通过人体时的生理反映（1）反应阈。0.5mA。（2）感知阈。以50概率计，男：1.1mA；女：0.7mA。（3）摆脱阈。以50概率计，男：16mA；女：10.5mA。（4）室颤阈。是电流持续时间的函数，最低值50mA。大于室颤阈的电流被认为是致命的。,触电的危险
22、程度同很多因素有关,而这些因素是互相关联的。 1. 电流大小：取决于触电电压和人体电阻，人体电阻在1K-2K。 2.持续时间：通电时间越长,电击伤害程度越严重。电流对人体组织有电解作用,使人体电阻降低,导致电流很快增加；心脏在0.1s内间歇对电流最敏感。 3. 电流途径：通过心脏、呼吸系统和中枢神经系统时,危险性最大。 头部：使人立即昏迷,甚至死亡;脊髓：会导致半截肢体瘫痪; 中枢神经：会引起中枢神经强烈失调,造成呼吸窒息而导致死亡 左手至脚的触电最危险！脚到脚的触电对心脏影响最小。 4.电流频率：工频交流电对人体的伤害最严重 ，直流危险性比交流电小 5.人体健康状况：女性比男性对电流敏感性高
23、 ，小孩要比成年人严重，对触电有心理准备的,触电伤害轻。,影响触电伤害程度的因素,（一）剩余电流保护电器1、工作原理1）理论基础：KCL。2）技术途径：通过带电导体检测非带电导体（系统本身的或系统以外的）上是否流有电流。,无漏电流时：,有漏电流时：,剩余电流（Residual Current）。从工作端子以外的地方流过的电流，俗称漏电电流。2、剩余电流保护电器（RCD）分类。（1）剩余电流动作保护器按动作方式不同可分为电磁式和电子式两种。 电磁式剩余电流动作保护器是一种无须通过中间环节，而直接用剩余电流互感器所检测的能量去推动纯电磁结构的脱扣器，使主开关直接动作的剩余电流保护器。 电子式剩余电
24、流动作保护器是一种用半导体放大器件作中间能量放大环节的间接动作式剩余电流保护器。（2）根据剩余电流含有直流分量时的动作特性不同，剩余电流保护器的特性可分为AC型、A型和B型三种型式。,3、特性参数。（1）额定电压、额定电流、极数等开关电器一般参数。（2）额定剩余动作电流In。指在规定条件下，使RCD一定动作的最小剩余电流值。（3）额定剩余不动作电流Ino。指在规定条件下，使RCD一定不动作的最大剩余电流值。（4）剩余动作电流I。使RCD刚好动作的剩余电流值，非铭牌（样本）参数。辩异：In、Ino、I。工程意识。（5）RCD 分断时间。,触电急救 脱离电源的办法,发现有人触电时,首先要尽快地使触
25、电人脱离电源 ，脱离电源越快、抢救越及时,触电人被救活的可能性越大。 一、脱离电源的方法 （1）拉闸断电：立即拉开开关或拔下插头,断开电源； （2）切断电源线：可用电工绝缘钳或干燥木柄铁锹、斧子等切断电线断开电源，断线时应做到一相一相切断； （3）用绝缘物品脱离电源：用干燥的衣物、手套、绳索、木板、木棍等绝缘物品作为救护工具,挑开电线或拉开触电者,使之脱离电源。,注意事项：(1)救护者一定要判明情况做好自身防护。在切除电源前不得与触电人裸露接触(跨步电压触电除外)。(2)在触电人脱离电源的同时,要防止二次摔伤事故,即使是在平地上也要注意触电人倒下去的方向,避免摔伤头部。,二、现场急救 应根据触
26、电人具体情况,迅速组织现场救护工作。 1.视触电人身体状况确定护理和抢救方法 (1)触电人神志清醒,但有些心慌、四肢发麻、全身无力；或触电人在触电过程中曾一度昏迷,但己清醒过来。应使触电人安静休息,不要走动,严密观察,必要时送医院诊治。 (2)触电人已失去知觉,但心脏还在跳动,还有呼吸,应使触电人在空气清新的地方舒适、安静地平躺,解开妨碍呼吸的衣扣、腰带。如果天气寒冷要注意保持体温,并迅速请医生到现场诊治。 (3)如果触电人失去知觉,呼吸停止,但心脏还在跳动,应立即进行人工呼吸。并及时请医生到现场。 (4)触电人呼吸和心脏跳动完全停止,应立即进行人工呼吸和心脏胸外挤压急救。并迅速请医生到现场。应当注意,急救要尽快进行,即使送往医院的途中也应连续进行。,
