发电厂及变电站
电 气 设 备
1-3
第 1 章 绪论
教 学 要 求
?了解我国电力工业发展概况
?掌握电力系统的基本概念
?了解发电厂、变电站的常见类型
?了解常用电气设备
?掌握额定电压的确定方法
1.1 电力工业发展概
况及前景
? 电的发明,1831年（英）法拉第 →电磁感应
→右手螺旋定则 →电力系统
? 电能优点,
① 易于将其它形式的能转化为电能
②便于远距离输送（输电线路、电缆）
③电能集中，分配自由
④速度快（ 30万 km/s），能量大，能做到
约时停送电
?电力系统发展方向,
大容量
超高压
远距离
全国水电装机达到 8301万 kw
火电达到 25314万 kw
核电达到 210万 kw
风力和新能源发电达到 37万 kw
世 界 之 最
长江三峡工程是世界上最大的电站
（ 总装机容量为 18200MW）
广州抽水蓄能电站是世界最大的抽水蓄能
电站 （ 总装机容量为 240万 kw）
西藏的羊卓雍湖水电站是世界上海拔最高 的电站
广 东 电 网
? 90.7总装机容量为
600万 kw，向香港
（ 650万 kw）买电
7～ 15万 kw
? 92.12总装机容量为
750万 kw
? 广东大电厂 380万 kw
水电站 75万 kw、小
水电 150万 kw
? 大亚湾核电站 2X90
万 kw→从化广州抽
水蓄能电站 240万 kw
（增城 500kv变电站）
500KV北郊变电站
广西 广东 香港
澳门云南
贵州
?广东网电压骨架
220kv→500kv→1000kv
目前，我国电力工业已开始进入“大
机组”、“大电网”、“超高压”、
“高自动化”的发展新阶段。
?科技水平不断提高,调度自动化、光
纤通信、计算机控制等高新技术，已在电力系统中得到了广泛应用 。
1.2 电力系统基本概念
?电力系统 =发电厂 +变电所 +输电线路
+用户
?动力系统 =电力系统 +动力装置
?电力网 =变压 +输电线路 +用户
1、火电厂
（ 煤、石油、天然气）燃烧使汽轮机转动
? 化学能 → 热能 → 机械能 → 电能
? 分为,凝汽式发电厂（专供发电）
热电厂 （发电兼供热）
如广州电厂：利用率高
如黄埔电厂,4台 12.5万 kvA 2台 30万 kvA机组
1号 ~4号机烧油 5号,6号机烧煤
2、水 电 站
（利用水的落差、流量）
?水能 → 机械能 → 电能
? 优点：其生产过程简单、污染小、发
电成本低
? 缺点：建设投资大、工期长、受气候、
水文条件影响大，分丰水期和枯水期。
3、核 电 站
利用铀 (或钚）在反应堆核裂变
? 热能 →（汽轮机）机械能 → 电能
如,浙江秦山核电站（ 2X60万 kw）
大亚湾核电站 （ 2X90万 kw）
阳江核电站 （ 2X90万 kw）
? 特点：
? a.消耗燃烧少 --如容量为 50万 kw的大电厂，需燃烧 150
万吨 /年 ;而容量为 50万 kw的大电厂，需铀燃料 20吨 /年。
b.燃烧时不需要空气助燃
c.容量越大越经济
d.有放射性污染
4、潮 汐 电 站
? 潮汐能是地球在自转过程中，海水受月流重
力牵引产生的。还有小部分潮汐是受太阳引
力牵引形成的。海水涨落的周期为 12小时 25
分钟，同时在海底造成三角流。
世界最大的潮汐发电站：法国北部 LaRance河,Pe=240MW
世界最高的潮汐发电站：加拿大 Fundy高达 39英尺 Pe=20MW
世界首座海底潮汐发电站：挪威北部 Kvalsund Pe=300KW
（无生态污染，无噪音、不占地）投资 1亿美元。
5、风力发电厂
变 电 所
? 分为：升压变电所、降压变电所
? 分为,区域变电所、地方变电所、终端变电所
? 枢纽变电所、中间变电所、地区变电所
? 电力线路
? 分为：输电线路、配电线路
? 电力系统的优越性,
可靠、稳定、经济
? 对电力系统运行的基本要求,
1、保证供电的安全可靠
——减少事故率
2、保证电能质量
（波形、频率、电压）
——— 随时调频、调压
3、完成足够的发生功率和发电量
4、保证电力系统运行的经济性
电压和频率
? 线路额定电压正常运
行电压允许变化范围
? 35kv及以上 ± 5%Ue
? 10kv及以下 ± 7%Ue
? 低压照明及农业用电
(+5%~ -10%)Ue
? 我国规定的电力系统
的额定频率为 50HZ
? 大容量系统允许频率
偏差 ± 0.2 HZ
? 中小容量系统允许频
率偏差 ± 0.5 HZ。
电压的允许变化范围见表
线路额定电压 正常运行电压允许变
化范围
35kv及以上 ± 5%Ue
10kv及以下 ± 7%Ue
低压照明及农业用电 (+5%~ -10%)Ue
?
?频率主要取决于 有功功率 的平衡
?电压主要取决于 无功功率 的平衡
?可通过调频、调压和无功补偿等措
施来保证频率和电压的稳定。
?电力系统的供电电压（或电流）的
波形为严格的 正弦形 。
1.3 电气设备概述及额
定参数
主要电气一次设备简介
（ 直接与发配电电路相连接的设备）
? 进行能量转换的设备：
发电机 G、变压器 T、
电动机
? 接通和开断电路的开
关设备：断路器 QF、
隔离开关 QS、熔断器
FU、负荷开关
? 交换电路电气量，隔
离高压的设备：电压
互感器 PT、电流互
感器 CT
? 限制电流和防止过电
压的设备：电抗器、
避雷器
主要电气二次设备简介
（ 对一次设备、其它设备的工作进行监测和控制保护的设备）
?用于反映不正常工作状态：继电器、信
号装置
?测量电气参数的设备：仪表、示波器、
录波器
?控制及自动装置：控制开关，同期及自
动装置
?连接电路的导体：控制电缆、小母线、连接线
电气设备的额定参数
? 1,额定电压
–电力网的额定标准电压 (KV)：
0.22,0.38（低压）
3,6,10,35,60,110,220（高压）
330,500（超高压）
750,1000 （特高压）
额定电压的确定方法
?用电设备的 =电力网的额定电压
?发电机的额定电压 =1.05电力网额定电压
?变压器的额定电压：
一次侧相当于用户,其额定电压 =电力网的额
定电压，但与发电机直接相连的 =1.05电力网
的额定电压
二次侧相当于电源, 其额定电压 =1.1电力网
的额定电压, 但 10kv及以下阻抗电压小于
7.5%） =1.05电力网的额定电压
我国交流电力网和电气设备的额定电压（ kv）
用电设备额定电压
与电力网额定电压
发电机额定电
压
变压器额定电压
原边绕组 副边绕组
接电力网 接发电机
0.23 0.22 0.23 0.23
0.40 0.38 0.40 0.40
3 3.15 3 3.15 3.15及 3.3
6 6.3 6 6.3 6.3及 6.6
10 10.5 10 10.5 10.5及 11
35 35 38.5
60 60 66
110 110 121
220 220 242
330 330 363
500 500 550
750 750 825
2、额定电流和额定容量
? Ie：额定电流 <——>介质的周围环境温度
若周围介质环境温度不等于额定计算温度
+450C I<Ie
如某变压器,+400C → I=Ie
+250C I>Ie
? 额定容量
视在功率 Se（伏安）
有功功率 Pe (瓦 )
无功功率 Qe (乏 )
习题与思考题
? 1-1 什么是发电厂、变电站、电力系统及电
力网？
? 1-2 试述火电厂、水电厂，核电厂的基本生
产过程及其特点。
? 1-3 电力系统有哪些优越性？电力系统运行
要满足哪些基本要求？
? 1-4 电能质量的主要指标是什么？
? 1-5 什么是一次设备和二次设备？它们各包
含哪些内容？
? 1-6 一次设备的额定电压是如何规定的？
第 2章 电力系统中性点的
运行方式
教 学 要 求
? 了解中性点运行方式的意义及类别
? 掌握中性点不接地运行方式的特点及应用
? 能够绘制中性点不接地系统单相接地故障时，
各相电流及电压的变化向量图；
? 了解中性点经消弧线圈接地及直接接地运行
方式的特点及应用。
? 了解中性点经消弧线圈接地及直接接地运行
方式的特点及应用。
基本概念
? 1,电力系统的中性点：发电机、变压器的中性点
且指变压器 Y形接线
? 2、运行方式共三种,中性点不接地运行方式
中性点经消弧线圈接地运行方式
中性点直接接地运行方式
前两种接地系统统称为 -小接地电流系统，
后一种接地系统又称为 -大接地电流系统
? 3、分析中性点运行方式的目的：
运行方式的不同会影响运行的可靠性、设备的绝
缘、通信的干扰、继电保护等
2.1中性点不接地系统
假设条件
C—各相对比地之间是空气层，空气是绝缘介质，
组成分散电容
? 为了方便讨论，认为：
1、三相系统对称（即电源中性点的电位为零）
2、对地分散电容用集中电容表示,相间电容不予考
虑
3、假设三相系统完全对称，则负荷电
流,, 对称。
4、当导线经过完全换位后,Cu=Cv=Cw=C，则对地
附加电容电流对称
5、中性点与地电位一致
fuI? fvI? fwI?
分析
当发生单相接地故障时：
? 电压发生变化, 故障相电压下降 （ 零 ）
非故障相上升 （ 线电压 ）
? 对地电流 （ 电容性 ） 发生变化：为原来单相
对地电容电流的 3倍 。
结
论
?
绝
缘
水
平
按
线
电
压
设
计
?
三
相
系
统
仍
然
对
称
，
可
以
继
续
运
行
2
小
时
?
因
存
在
接
地
容
性
电
流
，
故
在
接
地
点
有
电
弧
2.2中性点经消弧线圈
接地系统
问题的提出
为什么要采用中性点经消弧线圈接地系统？
? 中性点不接地电力网发生 d(1) 时，仍可
继续运行 2h，但若接地电流值过大，会
产生持续性电弧，危胁设备，甚至产生三相或二相短路。
工 作 原 理
? 当发生单相接地故障时，中性点电位上升为相电压
? ∵ 消弧线图为可调电感线圈
∴ 电感电流 I’L流过接地点，其总接电流 I’地 =I’L＋ I’C
调线圈匝数，
使 I’地 =0
∵ I’L与 I’C方向相反
∴ I’L起到抵消 I’C的作用。
补偿方式及选用
1、全补偿
接地点电流为零（不采用）
? 缺点：由 XL=Xc，网络容易因不对称形成串联谐振过
电压
2、欠补偿
接地点为容性电流（少采用）
? 缺点：易发展成为全补偿方式
3,过补偿
为感性电流 (采用 )
? 注意：电感电流数值不能过大
消弧线圈 结构特点
① 为了保持补偿电流与电压之间的线性关系，
采用滞气隙铁芯
②气隙沿整个铁芯均匀设置，以减少漏磁
③为了绝缘及散热，铁芯和线圈都浸在油中
④为适应系统中电容电流变化特点，消弧线圈
中设有分接头（ 5～ 9个）
2.3中性点直接接地系统
优点：
1、不外加设备即可消弧
2、降低电网对地绝缘，节省造价
缺点：
1、供电可靠性降低
改进：装自动重合闸装置,加备用电
源
2、电流很大
改进,中性点经电抗器接地,仅部分
中性点接地
2,4 中性点不同接地方式的
比较和应用范围
比 较
1、供电的可靠性
经消弧线圈接地 >不接地 >直接接地
2、过电压与绝缘水平
大接地 →相电压
小接地 →线电压
3、对通讯与信号系统的干扰程度
大接地 →电流大、干扰大
小接地 →电流小，干扰小
4、应用范围
– 110kv及以上 ——直接接地
– 20~60kv I<10A——中性点不接地
I>10A——中性点经消弧线圈
– 3~10kv I<30A——中性点不接地
? I>30A——中性点经消弧线圈供电
– 1kv及以下 ——直接接地
习题与思考题 1
? 1、电力系统的电源中性点有哪几种运行
方式？什么叫小接地电流系统和大接地电
流系统？
? 2、在系统发生单相接地故障时，小接地
电流系统和大接地电流系统的相对地的电
压和线电压有如何的变化？
? 3、为什么小接地电流系统在发生单相接
地故障时可允许短时继续运行而不允许长
期运行？应采取什么对策？
习题与思考题 2
? 4、电网对地电容与那些因素有关？小接地电
流系统单相接地电容电流与那些因素有关
? 5、为什么说利用消弧线圈进行全补偿并不可
取？
? 6、试述中性点直接接地系统在发生单相接地
时的后果以及提高供电可靠性的措施。
第 3章 电弧及电气触头
的基本理论
?
教 学 要 求
? 掌握电弧的形成及熄灭条件
? 熟悉电弧形成的物理过程、特性
? 掌握直流电弧及交流电弧的特性及熄灭条件
? 掌握开关电器常用的熄弧方法
? 了解电气触头的类型、工作条件
? 掌握接触电阻的形成、发展、后果及降低措
施。
3.1电弧的形成和熄灭
一、概述
1,电弧 ——为一种气体游离放电现象
现象：开关电器开断电路时，触关间产生的
耀眼的白光。
△ 电弧的存在说明电路中有电流，只有当电
弧熄灭，触头间隙成为绝缘介质时，电路
才算断开。
2,特征,
①电弧的能量集中，温度报高，亮度很强
例,10kvQF断开 20kv的电流，电弧功率达到
1万 kw以上
②电弧由阴级区，阳极区和弧柱区组成。
弧柱处温度最高，可达 6~7k0C到 1万度以上在弧
柱周围温度较低，亮度明显减弱的部分叫弧焰，
电流几手都从弧柱内部流过。
弧柱
阳极区阴极区
③ 电弧的气体放电是自持放电，维持电弧燃烧
的电压很低。在大气中,1cm长的直流电
弧的弧柱电压仅 15~30v，在变压器油中
1cm长的直流电弧的弧柱电压仅 100~220v。
④电弧是一束游离的气体，质量极轻，极易
变形。
电弧在气体或液体的流动作用下或电动力
作用下，能迅速移动、伸长或弯曲。
二、电弧的形成
? 1,带电质点的来源
①电极发射大量自由电子：
热电子 +强电场发射
②弧柱区的气体游离，产生大量的电子和离子：
碰撞游离 +热游离
? 2,电弧的形成
强电场发射
热电子发射 电弧热游离温度磁撞游离加速 ? ????? ???? ??
三、电弧的熄灭
? 关键是加强去游离作用
介质的游离作用 →电弧产生
介质的去游离作用 →电弧熄灭
? 当 游离 >去游离 ——电弧电流 ↑
当游离 =去游离 ——电弧电流不变（稳定燃烧）
当游离 <去游离 ——电弧电流 ↓→（熄灭）
? 去游离方式有 2种：
复合：正负离子相互吸引，彼此中和
扩散：弧柱中的带电质点由于热运动逸出弧柱外。
影响游离和去游离的因素
① 电弧温度, 热游离 ↓→Q↓
速度 ↓→复合加强 →Q↓
使温度降低的方法有：吹弧、拉长电弧、或与冷却介质表面接触。
② 电场强度, E↓ →运动速度 ↓→复合 ↑ →Q↓→热游离 ↓
③气体介质的压力, F↓→自由行程缩短 →离子浓度 ↑→复合 ↑
真空数目少 →磁撞游离 ↓→扩散 ↑
④介质特性,包括气体的介电强度、导热系数、热量量、电负荷
⑤电极材料,铜、银、铜钨、银钨合金
? 具有熔点高、导热能力强、热容量大的特点，可减少热电子发 射和弧柱中的金属蒸气。
3.2 直流电弧的
特性及熄灭
一、特性：
1、静态伏安特性曲线
为发弧电压、即产生电弧的最小电压值
)( hh ifU ? Uf
Uh a
b
ih
)0( ?hh iU
2in
2,电弧电压分布图：
=阴极区电压 +弧柱区电压 +阳极区电压
弧柱
阴
极
区
区
极
阴
Un
hU
U=阴极区电压 U阴极区 +弧柱区 UH+阳极区
U阴极区 大小与 in无关, 在空气中 U=8~11V
U阳极区 < U阴极区, 且随 in增大而减小甚至为零
UH与 in呈线性关系
短弧：几个 mm长, 主要由 U阴极区 + U阳极区 组成,
UH近似于零
长弧：几个 cm~几个 m长, 主要由 UH组成
in
?inin
cmvE H /100~10?
近阴极效应 （短弧原理）
? 将长弧沿垂直方向切割成多段电弧串联，每
一段即构成一个短弧，获得一个阴极区压降。
? 如果加在触头间的电压小于各段短弧的阴极
电压之和，则电弧就不能维持而熄灭。
二、直流电弧的工作点
?
Uz
U
kUn
LR
直流电弧的熄灭条件
hh UIRU ???
3,3 交流电弧的
特性及熄灭
交流电弧：在交流电路中产生的电弧
? 一,特性
? 1、动态状安特性曲线,电弧电压和电流随时间不断
变化，每一周期，电流过零 2次
? Uh——马鞍形状。 A > B
? A——燃弧电压 B——熄弧电压
B
A
t
Uh
A
B
in
?电弧在自然过零时将自动熄灭，但下半周期
随着电压的升高，电弧会重燃。
?若电流过零时，电弧不再重燃，电弧就此熄
灭。
?2、热惯性：电弧温度的变化滞后于电流的
变化
二、交流电弧的熄灭
? 1、弧隙介质电强度的恢复过程 U j
? Uj
—— 弧隙介质能够承受而不改使弧隙去穿的最小电压
? 过程：电流过零前,θ0C很高,Rn很小，弧隙为良导电通道
电流过零前后,θ0C ↓,Rn↑具有一定抗电强度
电流 过零后,U j恢复不是从零开始,而是有一个起始
电压。这种现象称为交流电路的 近阴极效应 。
（电流极性改变后的 0.1~1.0秒瞬间,有 U j=150~250V）
2、弧隙电压的恢复过程 Unf
Unf——电压由熄弧电压恢复到电源电压的过程。
过程
1、电流过零前，电弧电阻很小，电源电压大部分降落
在线路或负载的阻抗上。
2,电流过零时，电弧熄灭，最后变为绝缘介质，电源
电压全部加在弧隙上。
0
a
Unf
u
Uj
t
a) 熄灭 b) 重燃
0
t
u
Uj
3、交流电弧的熄灭条件：
jnf UU ?
四、交流电弧的灭弧方法
? 1、提高触头的分闸进度
——迅速拉长电弧,E↓，冷却与扩散 ↑
? 2、采用多断口灭弧 ——拉长迅速 ↑，行程 ↓，
灭弧时间 ↓提高了灭弧能力
? 3、吹弧 ——加强冷却和扩散
横吹 ——将电弧吹弯吹长
纵吹 ——将电弧吹细
4,利用固体介质的狭缝狭沟灭弧
——冷却,表面吸附电子，加强复合。
如：介质纵缝灭弧罩
介质填料灭弧管
5,利用短弧原理灭弧
?交流电路：电流自然过零时，每一短弧有
150~250v电压。
?直流电路：每一短弧的阴极区有 8~11v电压降。
6、磁吹 ——利用电磁力驱动和拉长电弧
至固体介质灭弧罩或金属栅灭弧罩中
7、高压力气体介质灭弧 ——磁撞游离 ↓，
复合 ↑
8、真空灭弧 ——碰撞游离 ↓，热游离 ↓，
扩散 ↑
3,4 电气触头
分类
1、固定触头 —— 如母线的联接，采用螺
柱连接和压接两种；
2、滑动触头 —— 如滑环与碳刷；
3、可断触头 —— 如 QF的动静触头，可采
用对接式和插入式。de?
触头的接触电阻
接触电阻 —— 直接反映触头的工作状况
其大小决定了触头的发热触头的工作情况
触头的工作情况
1、在长期负载电流下的工作
——负载电流 I→ 触头 Rc→I 2Rc → 发热
需采用 降低温度及提高通流能
力、严防金属氧化层造成的恶性循
环的方法。
2、在短时大电流下的工作
?在 t很短的瞬间，电流很大 →会在某一点
集聚大热量 →触头的熔焊 → 机械强度 ↓
→弹力 ↓
?对策：规定短时发热最高温度限值
?3、在大电流下的关合和分断
会出现：
①弹跳现象
②在可断触头的触头间产生的电弧可能
会烧坏触头
习题及思考题
? 3—1 何为电弧？简述断路器触头开断时断口电弧的形成过程及
由此 而确定的基本灭弧方法。
? 3—2 直流电弧稳定燃烧的条件为何？灭弧栅何灭弧室在灭弧原
理上由何差别？
? 3—3 交流电弧电流有何特点？熄灭交流电弧的条件是什么？
? 3—4 什么叫介质强度恢复过程？什么叫电压恢复过程？它们与
哪些因素有关？
? 3—5 在直流电弧和交流电弧中，将长电弧分割成短电弧灭弧室
利用了什么原理？
? 3—6 电气触头主要有哪几种接触形式？各有什么特点？
? 3—7 如果电气触头发生振动是什么原因造成的？有什么危害？
电 气 设 备
1-3
第 1 章 绪论
教 学 要 求
?了解我国电力工业发展概况
?掌握电力系统的基本概念
?了解发电厂、变电站的常见类型
?了解常用电气设备
?掌握额定电压的确定方法
1.1 电力工业发展概
况及前景
? 电的发明,1831年（英）法拉第 →电磁感应
→右手螺旋定则 →电力系统
? 电能优点,
① 易于将其它形式的能转化为电能
②便于远距离输送（输电线路、电缆）
③电能集中，分配自由
④速度快（ 30万 km/s），能量大，能做到
约时停送电
?电力系统发展方向,
大容量
超高压
远距离
全国水电装机达到 8301万 kw
火电达到 25314万 kw
核电达到 210万 kw
风力和新能源发电达到 37万 kw
世 界 之 最
长江三峡工程是世界上最大的电站
（ 总装机容量为 18200MW）
广州抽水蓄能电站是世界最大的抽水蓄能
电站 （ 总装机容量为 240万 kw）
西藏的羊卓雍湖水电站是世界上海拔最高 的电站
广 东 电 网
? 90.7总装机容量为
600万 kw，向香港
（ 650万 kw）买电
7～ 15万 kw
? 92.12总装机容量为
750万 kw
? 广东大电厂 380万 kw
水电站 75万 kw、小
水电 150万 kw
? 大亚湾核电站 2X90
万 kw→从化广州抽
水蓄能电站 240万 kw
（增城 500kv变电站）
500KV北郊变电站
广西 广东 香港
澳门云南
贵州
?广东网电压骨架
220kv→500kv→1000kv
目前，我国电力工业已开始进入“大
机组”、“大电网”、“超高压”、
“高自动化”的发展新阶段。
?科技水平不断提高,调度自动化、光
纤通信、计算机控制等高新技术，已在电力系统中得到了广泛应用 。
1.2 电力系统基本概念
?电力系统 =发电厂 +变电所 +输电线路
+用户
?动力系统 =电力系统 +动力装置
?电力网 =变压 +输电线路 +用户
1、火电厂
（ 煤、石油、天然气）燃烧使汽轮机转动
? 化学能 → 热能 → 机械能 → 电能
? 分为,凝汽式发电厂（专供发电）
热电厂 （发电兼供热）
如广州电厂：利用率高
如黄埔电厂,4台 12.5万 kvA 2台 30万 kvA机组
1号 ~4号机烧油 5号,6号机烧煤
2、水 电 站
（利用水的落差、流量）
?水能 → 机械能 → 电能
? 优点：其生产过程简单、污染小、发
电成本低
? 缺点：建设投资大、工期长、受气候、
水文条件影响大，分丰水期和枯水期。
3、核 电 站
利用铀 (或钚）在反应堆核裂变
? 热能 →（汽轮机）机械能 → 电能
如,浙江秦山核电站（ 2X60万 kw）
大亚湾核电站 （ 2X90万 kw）
阳江核电站 （ 2X90万 kw）
? 特点：
? a.消耗燃烧少 --如容量为 50万 kw的大电厂，需燃烧 150
万吨 /年 ;而容量为 50万 kw的大电厂，需铀燃料 20吨 /年。
b.燃烧时不需要空气助燃
c.容量越大越经济
d.有放射性污染
4、潮 汐 电 站
? 潮汐能是地球在自转过程中，海水受月流重
力牵引产生的。还有小部分潮汐是受太阳引
力牵引形成的。海水涨落的周期为 12小时 25
分钟，同时在海底造成三角流。
世界最大的潮汐发电站：法国北部 LaRance河,Pe=240MW
世界最高的潮汐发电站：加拿大 Fundy高达 39英尺 Pe=20MW
世界首座海底潮汐发电站：挪威北部 Kvalsund Pe=300KW
（无生态污染，无噪音、不占地）投资 1亿美元。
5、风力发电厂
变 电 所
? 分为：升压变电所、降压变电所
? 分为,区域变电所、地方变电所、终端变电所
? 枢纽变电所、中间变电所、地区变电所
? 电力线路
? 分为：输电线路、配电线路
? 电力系统的优越性,
可靠、稳定、经济
? 对电力系统运行的基本要求,
1、保证供电的安全可靠
——减少事故率
2、保证电能质量
（波形、频率、电压）
——— 随时调频、调压
3、完成足够的发生功率和发电量
4、保证电力系统运行的经济性
电压和频率
? 线路额定电压正常运
行电压允许变化范围
? 35kv及以上 ± 5%Ue
? 10kv及以下 ± 7%Ue
? 低压照明及农业用电
(+5%~ -10%)Ue
? 我国规定的电力系统
的额定频率为 50HZ
? 大容量系统允许频率
偏差 ± 0.2 HZ
? 中小容量系统允许频
率偏差 ± 0.5 HZ。
电压的允许变化范围见表
线路额定电压 正常运行电压允许变
化范围
35kv及以上 ± 5%Ue
10kv及以下 ± 7%Ue
低压照明及农业用电 (+5%~ -10%)Ue
?
?频率主要取决于 有功功率 的平衡
?电压主要取决于 无功功率 的平衡
?可通过调频、调压和无功补偿等措
施来保证频率和电压的稳定。
?电力系统的供电电压（或电流）的
波形为严格的 正弦形 。
1.3 电气设备概述及额
定参数
主要电气一次设备简介
（ 直接与发配电电路相连接的设备）
? 进行能量转换的设备：
发电机 G、变压器 T、
电动机
? 接通和开断电路的开
关设备：断路器 QF、
隔离开关 QS、熔断器
FU、负荷开关
? 交换电路电气量，隔
离高压的设备：电压
互感器 PT、电流互
感器 CT
? 限制电流和防止过电
压的设备：电抗器、
避雷器
主要电气二次设备简介
（ 对一次设备、其它设备的工作进行监测和控制保护的设备）
?用于反映不正常工作状态：继电器、信
号装置
?测量电气参数的设备：仪表、示波器、
录波器
?控制及自动装置：控制开关，同期及自
动装置
?连接电路的导体：控制电缆、小母线、连接线
电气设备的额定参数
? 1,额定电压
–电力网的额定标准电压 (KV)：
0.22,0.38（低压）
3,6,10,35,60,110,220（高压）
330,500（超高压）
750,1000 （特高压）
额定电压的确定方法
?用电设备的 =电力网的额定电压
?发电机的额定电压 =1.05电力网额定电压
?变压器的额定电压：
一次侧相当于用户,其额定电压 =电力网的额
定电压，但与发电机直接相连的 =1.05电力网
的额定电压
二次侧相当于电源, 其额定电压 =1.1电力网
的额定电压, 但 10kv及以下阻抗电压小于
7.5%） =1.05电力网的额定电压
我国交流电力网和电气设备的额定电压（ kv）
用电设备额定电压
与电力网额定电压
发电机额定电
压
变压器额定电压
原边绕组 副边绕组
接电力网 接发电机
0.23 0.22 0.23 0.23
0.40 0.38 0.40 0.40
3 3.15 3 3.15 3.15及 3.3
6 6.3 6 6.3 6.3及 6.6
10 10.5 10 10.5 10.5及 11
35 35 38.5
60 60 66
110 110 121
220 220 242
330 330 363
500 500 550
750 750 825
2、额定电流和额定容量
? Ie：额定电流 <——>介质的周围环境温度
若周围介质环境温度不等于额定计算温度
+450C I<Ie
如某变压器,+400C → I=Ie
+250C I>Ie
? 额定容量
视在功率 Se（伏安）
有功功率 Pe (瓦 )
无功功率 Qe (乏 )
习题与思考题
? 1-1 什么是发电厂、变电站、电力系统及电
力网？
? 1-2 试述火电厂、水电厂，核电厂的基本生
产过程及其特点。
? 1-3 电力系统有哪些优越性？电力系统运行
要满足哪些基本要求？
? 1-4 电能质量的主要指标是什么？
? 1-5 什么是一次设备和二次设备？它们各包
含哪些内容？
? 1-6 一次设备的额定电压是如何规定的？
第 2章 电力系统中性点的
运行方式
教 学 要 求
? 了解中性点运行方式的意义及类别
? 掌握中性点不接地运行方式的特点及应用
? 能够绘制中性点不接地系统单相接地故障时，
各相电流及电压的变化向量图；
? 了解中性点经消弧线圈接地及直接接地运行
方式的特点及应用。
? 了解中性点经消弧线圈接地及直接接地运行
方式的特点及应用。
基本概念
? 1,电力系统的中性点：发电机、变压器的中性点
且指变压器 Y形接线
? 2、运行方式共三种,中性点不接地运行方式
中性点经消弧线圈接地运行方式
中性点直接接地运行方式
前两种接地系统统称为 -小接地电流系统，
后一种接地系统又称为 -大接地电流系统
? 3、分析中性点运行方式的目的：
运行方式的不同会影响运行的可靠性、设备的绝
缘、通信的干扰、继电保护等
2.1中性点不接地系统
假设条件
C—各相对比地之间是空气层，空气是绝缘介质，
组成分散电容
? 为了方便讨论，认为：
1、三相系统对称（即电源中性点的电位为零）
2、对地分散电容用集中电容表示,相间电容不予考
虑
3、假设三相系统完全对称，则负荷电
流,, 对称。
4、当导线经过完全换位后,Cu=Cv=Cw=C，则对地
附加电容电流对称
5、中性点与地电位一致
fuI? fvI? fwI?
分析
当发生单相接地故障时：
? 电压发生变化, 故障相电压下降 （ 零 ）
非故障相上升 （ 线电压 ）
? 对地电流 （ 电容性 ） 发生变化：为原来单相
对地电容电流的 3倍 。
结
论
?
绝
缘
水
平
按
线
电
压
设
计
?
三
相
系
统
仍
然
对
称
，
可
以
继
续
运
行
2
小
时
?
因
存
在
接
地
容
性
电
流
，
故
在
接
地
点
有
电
弧
2.2中性点经消弧线圈
接地系统
问题的提出
为什么要采用中性点经消弧线圈接地系统？
? 中性点不接地电力网发生 d(1) 时，仍可
继续运行 2h，但若接地电流值过大，会
产生持续性电弧，危胁设备，甚至产生三相或二相短路。
工 作 原 理
? 当发生单相接地故障时，中性点电位上升为相电压
? ∵ 消弧线图为可调电感线圈
∴ 电感电流 I’L流过接地点，其总接电流 I’地 =I’L＋ I’C
调线圈匝数，
使 I’地 =0
∵ I’L与 I’C方向相反
∴ I’L起到抵消 I’C的作用。
补偿方式及选用
1、全补偿
接地点电流为零（不采用）
? 缺点：由 XL=Xc，网络容易因不对称形成串联谐振过
电压
2、欠补偿
接地点为容性电流（少采用）
? 缺点：易发展成为全补偿方式
3,过补偿
为感性电流 (采用 )
? 注意：电感电流数值不能过大
消弧线圈 结构特点
① 为了保持补偿电流与电压之间的线性关系，
采用滞气隙铁芯
②气隙沿整个铁芯均匀设置，以减少漏磁
③为了绝缘及散热，铁芯和线圈都浸在油中
④为适应系统中电容电流变化特点，消弧线圈
中设有分接头（ 5～ 9个）
2.3中性点直接接地系统
优点：
1、不外加设备即可消弧
2、降低电网对地绝缘，节省造价
缺点：
1、供电可靠性降低
改进：装自动重合闸装置,加备用电
源
2、电流很大
改进,中性点经电抗器接地,仅部分
中性点接地
2,4 中性点不同接地方式的
比较和应用范围
比 较
1、供电的可靠性
经消弧线圈接地 >不接地 >直接接地
2、过电压与绝缘水平
大接地 →相电压
小接地 →线电压
3、对通讯与信号系统的干扰程度
大接地 →电流大、干扰大
小接地 →电流小，干扰小
4、应用范围
– 110kv及以上 ——直接接地
– 20~60kv I<10A——中性点不接地
I>10A——中性点经消弧线圈
– 3~10kv I<30A——中性点不接地
? I>30A——中性点经消弧线圈供电
– 1kv及以下 ——直接接地
习题与思考题 1
? 1、电力系统的电源中性点有哪几种运行
方式？什么叫小接地电流系统和大接地电
流系统？
? 2、在系统发生单相接地故障时，小接地
电流系统和大接地电流系统的相对地的电
压和线电压有如何的变化？
? 3、为什么小接地电流系统在发生单相接
地故障时可允许短时继续运行而不允许长
期运行？应采取什么对策？
习题与思考题 2
? 4、电网对地电容与那些因素有关？小接地电
流系统单相接地电容电流与那些因素有关
? 5、为什么说利用消弧线圈进行全补偿并不可
取？
? 6、试述中性点直接接地系统在发生单相接地
时的后果以及提高供电可靠性的措施。
第 3章 电弧及电气触头
的基本理论
?
教 学 要 求
? 掌握电弧的形成及熄灭条件
? 熟悉电弧形成的物理过程、特性
? 掌握直流电弧及交流电弧的特性及熄灭条件
? 掌握开关电器常用的熄弧方法
? 了解电气触头的类型、工作条件
? 掌握接触电阻的形成、发展、后果及降低措
施。
3.1电弧的形成和熄灭
一、概述
1,电弧 ——为一种气体游离放电现象
现象：开关电器开断电路时，触关间产生的
耀眼的白光。
△ 电弧的存在说明电路中有电流，只有当电
弧熄灭，触头间隙成为绝缘介质时，电路
才算断开。
2,特征,
①电弧的能量集中，温度报高，亮度很强
例,10kvQF断开 20kv的电流，电弧功率达到
1万 kw以上
②电弧由阴级区，阳极区和弧柱区组成。
弧柱处温度最高，可达 6~7k0C到 1万度以上在弧
柱周围温度较低，亮度明显减弱的部分叫弧焰，
电流几手都从弧柱内部流过。
弧柱
阳极区阴极区
③ 电弧的气体放电是自持放电，维持电弧燃烧
的电压很低。在大气中,1cm长的直流电
弧的弧柱电压仅 15~30v，在变压器油中
1cm长的直流电弧的弧柱电压仅 100~220v。
④电弧是一束游离的气体，质量极轻，极易
变形。
电弧在气体或液体的流动作用下或电动力
作用下，能迅速移动、伸长或弯曲。
二、电弧的形成
? 1,带电质点的来源
①电极发射大量自由电子：
热电子 +强电场发射
②弧柱区的气体游离，产生大量的电子和离子：
碰撞游离 +热游离
? 2,电弧的形成
强电场发射
热电子发射 电弧热游离温度磁撞游离加速 ? ????? ???? ??
三、电弧的熄灭
? 关键是加强去游离作用
介质的游离作用 →电弧产生
介质的去游离作用 →电弧熄灭
? 当 游离 >去游离 ——电弧电流 ↑
当游离 =去游离 ——电弧电流不变（稳定燃烧）
当游离 <去游离 ——电弧电流 ↓→（熄灭）
? 去游离方式有 2种：
复合：正负离子相互吸引，彼此中和
扩散：弧柱中的带电质点由于热运动逸出弧柱外。
影响游离和去游离的因素
① 电弧温度, 热游离 ↓→Q↓
速度 ↓→复合加强 →Q↓
使温度降低的方法有：吹弧、拉长电弧、或与冷却介质表面接触。
② 电场强度, E↓ →运动速度 ↓→复合 ↑ →Q↓→热游离 ↓
③气体介质的压力, F↓→自由行程缩短 →离子浓度 ↑→复合 ↑
真空数目少 →磁撞游离 ↓→扩散 ↑
④介质特性,包括气体的介电强度、导热系数、热量量、电负荷
⑤电极材料,铜、银、铜钨、银钨合金
? 具有熔点高、导热能力强、热容量大的特点，可减少热电子发 射和弧柱中的金属蒸气。
3.2 直流电弧的
特性及熄灭
一、特性：
1、静态伏安特性曲线
为发弧电压、即产生电弧的最小电压值
)( hh ifU ? Uf
Uh a
b
ih
)0( ?hh iU
2in
2,电弧电压分布图：
=阴极区电压 +弧柱区电压 +阳极区电压
弧柱
阴
极
区
区
极
阴
Un
hU
U=阴极区电压 U阴极区 +弧柱区 UH+阳极区
U阴极区 大小与 in无关, 在空气中 U=8~11V
U阳极区 < U阴极区, 且随 in增大而减小甚至为零
UH与 in呈线性关系
短弧：几个 mm长, 主要由 U阴极区 + U阳极区 组成,
UH近似于零
长弧：几个 cm~几个 m长, 主要由 UH组成
in
?inin
cmvE H /100~10?
近阴极效应 （短弧原理）
? 将长弧沿垂直方向切割成多段电弧串联，每
一段即构成一个短弧，获得一个阴极区压降。
? 如果加在触头间的电压小于各段短弧的阴极
电压之和，则电弧就不能维持而熄灭。
二、直流电弧的工作点
?
Uz
U
kUn
LR
直流电弧的熄灭条件
hh UIRU ???
3,3 交流电弧的
特性及熄灭
交流电弧：在交流电路中产生的电弧
? 一,特性
? 1、动态状安特性曲线,电弧电压和电流随时间不断
变化，每一周期，电流过零 2次
? Uh——马鞍形状。 A > B
? A——燃弧电压 B——熄弧电压
B
A
t
Uh
A
B
in
?电弧在自然过零时将自动熄灭，但下半周期
随着电压的升高，电弧会重燃。
?若电流过零时，电弧不再重燃，电弧就此熄
灭。
?2、热惯性：电弧温度的变化滞后于电流的
变化
二、交流电弧的熄灭
? 1、弧隙介质电强度的恢复过程 U j
? Uj
—— 弧隙介质能够承受而不改使弧隙去穿的最小电压
? 过程：电流过零前,θ0C很高,Rn很小，弧隙为良导电通道
电流过零前后,θ0C ↓,Rn↑具有一定抗电强度
电流 过零后,U j恢复不是从零开始,而是有一个起始
电压。这种现象称为交流电路的 近阴极效应 。
（电流极性改变后的 0.1~1.0秒瞬间,有 U j=150~250V）
2、弧隙电压的恢复过程 Unf
Unf——电压由熄弧电压恢复到电源电压的过程。
过程
1、电流过零前，电弧电阻很小，电源电压大部分降落
在线路或负载的阻抗上。
2,电流过零时，电弧熄灭，最后变为绝缘介质，电源
电压全部加在弧隙上。
0
a
Unf
u
Uj
t
a) 熄灭 b) 重燃
0
t
u
Uj
3、交流电弧的熄灭条件：
jnf UU ?
四、交流电弧的灭弧方法
? 1、提高触头的分闸进度
——迅速拉长电弧,E↓，冷却与扩散 ↑
? 2、采用多断口灭弧 ——拉长迅速 ↑，行程 ↓，
灭弧时间 ↓提高了灭弧能力
? 3、吹弧 ——加强冷却和扩散
横吹 ——将电弧吹弯吹长
纵吹 ——将电弧吹细
4,利用固体介质的狭缝狭沟灭弧
——冷却,表面吸附电子，加强复合。
如：介质纵缝灭弧罩
介质填料灭弧管
5,利用短弧原理灭弧
?交流电路：电流自然过零时，每一短弧有
150~250v电压。
?直流电路：每一短弧的阴极区有 8~11v电压降。
6、磁吹 ——利用电磁力驱动和拉长电弧
至固体介质灭弧罩或金属栅灭弧罩中
7、高压力气体介质灭弧 ——磁撞游离 ↓，
复合 ↑
8、真空灭弧 ——碰撞游离 ↓，热游离 ↓，
扩散 ↑
3,4 电气触头
分类
1、固定触头 —— 如母线的联接，采用螺
柱连接和压接两种；
2、滑动触头 —— 如滑环与碳刷；
3、可断触头 —— 如 QF的动静触头，可采
用对接式和插入式。de?
触头的接触电阻
接触电阻 —— 直接反映触头的工作状况
其大小决定了触头的发热触头的工作情况
触头的工作情况
1、在长期负载电流下的工作
——负载电流 I→ 触头 Rc→I 2Rc → 发热
需采用 降低温度及提高通流能
力、严防金属氧化层造成的恶性循
环的方法。
2、在短时大电流下的工作
?在 t很短的瞬间，电流很大 →会在某一点
集聚大热量 →触头的熔焊 → 机械强度 ↓
→弹力 ↓
?对策：规定短时发热最高温度限值
?3、在大电流下的关合和分断
会出现：
①弹跳现象
②在可断触头的触头间产生的电弧可能
会烧坏触头
习题及思考题
? 3—1 何为电弧？简述断路器触头开断时断口电弧的形成过程及
由此 而确定的基本灭弧方法。
? 3—2 直流电弧稳定燃烧的条件为何？灭弧栅何灭弧室在灭弧原
理上由何差别？
? 3—3 交流电弧电流有何特点？熄灭交流电弧的条件是什么？
? 3—4 什么叫介质强度恢复过程？什么叫电压恢复过程？它们与
哪些因素有关？
? 3—5 在直流电弧和交流电弧中，将长电弧分割成短电弧灭弧室
利用了什么原理？
? 3—6 电气触头主要有哪几种接触形式？各有什么特点？
? 3—7 如果电气触头发生振动是什么原因造成的？有什么危害？
