《正弦交流电以及供配电系统与继电保护基本知识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《正弦交流电以及供配电系统与继电保护基本知识（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、正弦交流电以及供配电系统与继电保护基本知识1. 正弦交流电的产生物质由分子组成，分子由原子组成，原子由原子核与围绕原子核运动的电子组成。原子是物 质的最小单元，称为元素，目前已发现的元素有 108 种。电荷是物质的固有属性之一，任何物 体内部都存在正负两类电荷。电子带负电荷，原子核带正电荷，同性电荷相斥，异性电荷相吸， 物体中正负电荷相等，因此不呈现带电状态。当物体失去或得到一定数量的电子时，就表现为 带正电或负电状态。电子在电场力作用下会脱离原子核而移动的物质称为导体。电子移动形成电流，此时正电荷 也相对移动，规定正电荷移动的方向为电流的方向。电磁场传播的速度等于光度，而电子移动 的速度是很
2、慢的。迁移率=电子移动速度。电场强度=（m=s） = （ v = m）。电量的单位是库仑（C）, 1库仑等于6.28 x 10 （ 28次方）个电子所具有的电量，1个电子所 具有的电量为1.6 x 10 （负19次方）库仑。电流的单位为安培，每秒流过1库仑的电量，其电 流为 1 安培。电子在电磁力作用下不能脱离原子核而移动的物质称为绝缘体。有些物质在加入其它杂质会形成 P-N 结，这些物质称为半导体，如硅、锗等。 P-N 结加反向 偏置时相当于高阻抗元件；加正向偏置时就相当于低阻抗元件。二极管由 P-N 结组成，它只能 单方向导电。三极管由P-N结与N-P结（P-N-P ）,或N-P结与P-N
3、结（N-P-N ）组成，控制所加 的偏置（基极电流），就可以控制它的集电极电流，产生放大作用。电流变化时会在导体周围产 生随之变化的磁力线，磁力线变化切割导体会产生电流，成为发电机的基本原理。发电机在制 造时，定子与转子磁靴都按照正弦波制造，使其磁力线成正弦分布。转子旋转时，正弦分布的 磁力线切割定子绕组，就在定子绕组中形成正弦交流电。对于一对磁极的转子， 每分钟旋转 3000 转，每秒钟旋转 50 转，就形成频率为 50HZ 的正弦交 流电。定子由三对绕组时，在一周（ 360 ）空间按照 1 2 0分布时，就形成相位各差 120的 三相交流电，即A、B与C三相。三个绕组联接成星形时，其中心点
4、引出的就为中性线（N）线。 发电机定子为单极，每分钟转 3000 转，为双极每分钟转 1500 转。在电压（电动势）作用下才能形成电流。交流电路中电感线圈由于自感应产生反电势，电流 不能突变。电压增加时，电磁感应产生的自感反电势增加，自感电流也增大，总电流减小，电 压减小时，电感线圈产生的自感反电势减小，自感电流也减小，总电流加大。因此负载为感性 时电流落后于电压，纯电感电路电流落后于电压 90 度。交流电路中电容要进行充放电，电压不能突变。电压开始时电容两端电压为零，充电电流最 大，随着电容两端电压加大，充电电流减小，电容两端电压最大时，充电电流为零，总电流也 就为零。电压减小时，电容放电，
5、总电流为负值，绝对值随着电压减小而增加。因此负载为容 性时电流超前于电压，纯电容电路电流超前于电压 90 度。由以上分析可知，在交流正弦电路中，感性负载的自感电势随着外加正弦交流电压的变化而 增加与减小，电流落后于电压 90度。容性负载的充放电电流随着外加正弦交流电压的变化而增 加与减小，电流超前于电压 90 度。它们不消耗正弦交流电路的功率，所以称为无功功率，电流 称为无功电流，负载称为无功负荷。但无功电流流过发电机、线路与变压器等设备时，由于发 电机、线路与变压器等设备存在电阻，无功电流流过电阻也会产生有功损耗。因此电力系统要 求负载中无功负荷越小越好，一般要求功率因数达到 0.90 以上
6、，以达到提高发电与输变电设备 的利用率与减小损耗节约电能的目的，否则就要采取无功补偿措施。功率因数COSp= = S- P (-1S1S0)。功率因数低需要补偿，但不能过补偿。无功负荷为容性，无功电流超前太多，视在电流也大，发电机、线路与变压器等设备的有功损耗也增加。因 此电力系统不允许过补偿。无功补偿措施分为高压补偿与低压补偿两种。高压补偿有高压同步电动机补偿(通过调整励 磁，超前运行发无功)与高压电容器补偿。低压补偿只有低压电容器补偿。低压补偿又称为分 散补偿，它可以减少配电线路与变压器的功损耗，并可以提高配电线路与变压器的利用率，但 不能补偿高压异步电动机与变压器本身的无功功率。所以高压
7、异步电动机与变压器台数比较多 时，就要采取高压补偿。高压集中补偿与低压分散补偿相结合为最佳补偿方案，设计时要进行 技术经济比较科学家欧姆发现了电压、电流与电阻之间的关系，称为欧姆定律。欧姆定律非常重要。交流 正弦电路中欧姆定律为交流正弦电压、交流正弦电流与阻抗之间的关系。2. 正弦交流电的计算瞬时值：i =ImxSiN(wt+ ) u =UmSiN(wt+ )有效值：TIy = 1/T J 0i2 的平方 dt = Im =1.414 = 0.707 ImTUy = 1/T J0u 的平方 dt = Um =- 1.414 = 0.707 Um绝对值平均值：TIp = 2/TJ 0i 的平方
8、dt = 0.637 Im波形因数：Kn = Iy/ Ip = 1.11(有效值与绝对值平均值之比)波顶因数：Kc = Im- Iy= 1.414(最大值与有效值之比)电工测量均为有效值。 根据楞次焦尔定律， 有效值等效于瞬时值在一个周期产生的热量 有效值的平方等于一个周期内瞬时值的平方，所以有效值又叫均方根值。视在功率：S =UI = （P+Q） VA或kVAW（伏安或千伏安）有功功率：P = U x I x COS申W或kW（瓦或千瓦）无功功率：Q = U x I x sin申VAR或kVAR（乏或千乏）功率因数：COS p = P- S （-1 s1s0 ）功率三角形见图13. 对称三相
9、正弦交流电的计算三相交流电 A、B、C 三相用三根线，有中性点时为四根线，总体叫三相交流电系统或三相四 线制系统。三相交流电系统的技术基础以及首先应用于远距离输电是俄国科学家多里沃多布 里罗斯基的伟大贡献。三相制平衡时可以产生旋转磁场， 它是变压器与异步电动机的理论基础 制造简单，工作稳定，良好转矩与小的震动是它的优点，但在调速与远距离输电方面不如直流 系统。直流输电线损：P1 = 2U（压降）xl = 2（R x I） xl单相交流输电线损：P1 = 2U（压降）x I x COS切=2 （Z x I） x I x COS切三相交流输电线损：Pl = 3 U（压降）xI x COS申=3（Z
10、 x I） x I x COS申三相功率：P3 = 3UpIpCOS申 Q3 = 3UpIpSinp （相电压、相电流）对于星形接法的负载：Up = UL/3I p= Il接线系数为1对于三角形接法的负载：Up = ULI p= Il/3接线系数为3P3 = 3 （1/3） UlIlCOSp3 UlIlCOSpQ3 = 3 （ 1/ J3） ULILSiN p=h 3 ULILSiN p由此可知正弦电路三相负载的功率计算是根据 A、 B、 C 三相的三根导线中的电流与三根导线 间的电压来计算。对于星形接线，三根导线中的电流为相电流，三根导线间的电压为线电压， 接线系数为 1。对于三角形接线三根
11、导线中的电流为相电流差，三根导线间电压为线电压，接 线系数为3。变压器视在功率：S = 3 x Ul x IlIl = S- 3 xUl计算到电流互感器二次侧电流：Il= KxS=（h 3 x Ul x N ）K 为接线系数，对于星形接线所测电流为线电流 K 为 1，对于三角形接线所测的电流为相电 流差K为1.732。N为电流互感器变比（电流互感器一次侧额定值除以5）。4. 不对称三相正弦交流电的计算三相正弦交流电是三个幅值相等各相差120度的对称矢量。Ia、Ib、Ic为相电流Iab、Ibc、 ICA为线电流，O为中性点，线电流等于相电流的3倍，Iab=3Ia （见图2 ）,如果幅值或相位角
12、有一个不相等（由负载或电压不相等造成），就形成不对称三相正弦交流电。当发生单相或两相 短路故障时也会出现三相不对称电压与电流。不对称三相矢量可分解为相序不同的三组对称的零序、顺序 （正）与逆序（负）三个矢量，见图 3 与图 4 。零序 :Ao,B0= Ao,C0 = Ao顺（正） 序:A1,B1=A1Z-120 度,C1= A1Z120 度逆（负 ） 序:A2,B2= A2Z120 度,C2=A2Z-120 度由向量图 4 可知：A= A0+ A1 + A2B = B0+ B1+B2=Ao +A1Z-120 度+ A1 Z 120 度C = C0+ C1+C2=Ao +AZ120 度+ AZ-
13、120 度A0= 1/3（ A+ B+ C）A1 = 1/3 （ A + BZ-120 度+ CZ120 度）A2 = 1/3 （ A + BZ120 度+ CZ-120 度）对于三相正弦交流电路， 线电压之和恒等于零， 所以线电压不含零序分量， 在没有中性线时 线电流之和也恒等于零，所以此时线电流之和不会有零序分量，有中性线时，中性线上电流等 于三个电流的矢量和，还等于相电流零序分量的三倍。In = 3Ip5. 三相正弦交流电的谐波正弦交流电有时会发生波形崎变，主要是由于负载中的非线性负载（可控硅、逆变电源、开 关电源、电子镇流器等）引起的。波形崎变后，产生大量谐波，其中以 3、5、7 次谐
14、波危害最 大，它可以使输变电设备发热，电能损耗增加，因此电力系统要进行谐波测量与分析，采取减 少谐波的措施。但是在变压器保护躲过励磁涌流与外部短路时，利用谐波增加来制动是一种较 好的方法。周期函数可以展开成傅立叶级数：f（t） = f（t + T） = Ao + FimSiN（Wt + 申 i） + F2mSiN（2wt + 申 2）+ F3mSiN（3wt + 申 3）+ + FKmSiN （Kwt+ 申 k）+ 式中：A0为傅立叶展开的恒定项或直流分量，其余项是不同幅值，不同相位而频率有整倍数 关系的一些正弦量。频率是基波频率的几倍，就是几次谐波。6. 供配电系统与继电保护基本知识1）供配
15、电系统发电厂发电机的出口电压为10kV（低压发电机出口电压为0.38/0.22kV ,3与6 kV即将淘汰）。 发电厂发出的电除 8%自己消耗外，其余向外输送。 i0kV 直接供给发电厂附近的用户，远距离的用户就要经过升压后向外输送。输送距离与电压等级成正比，电压等级越高 输送距离越远。 10kV 约为 10kM、35kV 约为 50kM、110kV 约为 100kM、220kV 约为 300kM、500kV 约为 500kM 以上，现在我国已开始建设 1000 kV 输电线路。 110kV 及以下为配电线路， 以上为输电线路。发电机、变压器、开关设备与输电线路等组成发配电系统，与调度管理相 结合称为电力系统。供配电系统由变压器、开关设备与输电线路组成。2）继电保护的作用电是一种特殊产品，它不能大量储存。根据欧姆定律，电压保持不变，电流随着负载电阻（交 流电为阻抗）变化而改变。当发生故障后，例如输电线路短路，短路点以后的负载阻抗就被短 路，只剩下变压器与输电线路的阻抗，根据欧姆定律，阻抗减小电流就会增大。电力系统容量越大短路电流就越大，直接威胁到电网的稳定运行。所以发生故障后，继电保 护必须迅速将故障点从电网中切除，保证电网继续正常运行。继电保护作用就是能保证在电力 系统发生故障后，迅
