三电工技术基础实践与应用 产生环流。任意一相接反，都会造成电源中的大的环流而损坏电源。因此，当将一组三相 电源连成三角形时，应先不完全闭合，留下一个开口，在开口处接上一个交流电压表， 测量回路中总的电压是否为零。如果电压为零，说明连接正确，然后再把开口处接在 起。 3.三相负载及其连接 三相电路的负载由三部分组成，其中每一部分叫作一相负载，三相负载也有星形连接和 三角形连接两种方式，如图1-30、图1-31所示。当三相负载满足关系：Z1=乙2=Z3=Z, Z12=Z23=Z1,则称为三相对称负载。 19 L20 L2o L0 图1-30负载星形连接 图1-31负载三角形连接 图1-30中，每相负载Z中的电流，称为相电流，其有效值用11、2、13表示。图1 31中，每根相线间的电流，称为线电流，其有效值用12、I3、1表示。 1.4供配电基础 1.4.1电力系统 电力系统由电能的生产、传输、分配和消耗四个部分组成，即通常所说的发电、输电 变电和配电。首先发电机将一次能源转化为电能，电能经过变压器和电力线路输送、分配给 用户，最终通过用电设备转化为用户所需的其他形式的能量。这些生产、传输、分配和消耗 电能的发电机、变压器、电力线路和用电设备联系在一起组成的整体就是电力系统，也称为 次系统。为了保证一次系统的正常、安全、可靠、经济地运行，还需要各种信号监测、调 度控制、保护操作等，它们也是电力系统不可缺少的部分，称为二次系统。电力系统的组成 如图1-32所示 ▣ 食食个邱 发电厂 升压变电所 高压输电线路 降压变电所低压输电线路配电变压器用广 图1-32电力系统的组成 .016
第1章电工基础 1.电能的生产 电能的生产即发电，它是由各种形式的发电厂来实现的。发电厂的种类很多， 一般根据 它所利用能源的不同分为：火力发电厂、水力发电厂和原子能发电厂。此外，还有风力发电 、潮汐发电厂、太阳能发电厂、地热发电厂和等离子发电厂等。目前，我国的电能生产以 火力发电、水力发电和原子能发电为主，风力发电也在大规模的应用中 (1)火力发电通常以煤或油为燃料，锅炉产生蒸汽，以高压高温蒸汽驱动汽轮机带动 发电机发电。图1-33为火力发电厂组成图。首先，锅炉将燃料的能量高效地转化为热能。 汽轮机将旅汽所具有的执能转换成机械能，而后排动发由机发申冷辉给水设备将汽轮机 排出的蒸汽冷凝为冷凝水，而后经冷凝水泵将该冷凝水作为给水送到锅炉。汽轮发电机将汽 轮机的机械能转换成电能。火力发电厂的运行控制由中央调度所大型计算机实施控制。在火 力发电厂内装有自动负荷控制装置，接受来自中央调度所的指令，对锅炉的燃料、空气、给 水及汽轮机进气量进行控制等。这样的火力发电厂为凝汽式火电厂。 锅① 又汽轮机 机 汽轮机辑 图1-33火力发电厂及其组成 除了凝汽式火电厂外，还有一种供热式火电厂，也称热电厂。热电厂将部分做了功的 汽从汽轮机中段抽出.，供给电厂附近的热用户，这样可以减少凝汽器中的热量损失，提高电 厂效率。 (2)水力发电是利用自然水力资源作为动力，通过水岸或筑坝截流的方式提高水位 利用高水位和低水位之间因落差所具有的水位能，驱动水轮机转换成机械能，由水轮机带动 发电机发电，进而转换成电能，如图1-34所示。 图1-34水力发电厂及其组成 017
电工技术基础实践与应用 (3)原子能发电是由核燃料在反应堆中的裂变反应所产生的热能，产生高压高温蒸汽 由汽轮机带动发电机发电。原子能发电又称核能发电。核能发电过程中铀燃料的原子核受 到外部热中子轰击时，会产生原子核裂变，分裂为两个原子核，并释放出大量的热量。 该热量将水变成水蒸气，然后把它送到汽轮发电机，其原理与火力发电相同，如图1 35所示。 汽水分离器 环水系 结水系 一同路系统 回路系烫 图1-35原子能发电厂及其组成 原子能发电厂的汽水循环分为两个独立回路。第一回路由核反应堆、蒸汽发生器、主循 环系等组成。高压水在反应堆内吸热后，经蒸汽发生器再注入反应堆。第二回路由蒸汽发生 器、汽轮机、给水泵组成。水在蒸汽发生器内吸热变成蒸汽，经汽轮机做功被凝结成水后， 再由给水泵注入蒸汽发生器。 (4)风力发电是利用风力带动风车叶片旋转，通过增速机将旋转的速度提升，来促使 发电机发电。风力发电常用的发电机有4种：直流发电机、永磁发电机、同步交流发电机 异步交流发电机。 如图1-36所示，风力发电系统通常由风力机、发电机和电力电子部分等构成，其容量 般较小，风力机通过齿轮箱驱动发电机发电，发电机发出的电能经电力电子部分变换后直 接供给负载通过变压器并入电网。 电网 齿轮箱双馈发电机 变流器 转速检测 兄变奖执行机 变流器控制 电 图1-36风力发电厂及其组成 目前，我国正在新疆、内蒙古、青海、宁夏等内陆草原以及海滨湿地等风力资源相对丰 富地区，大力建设风力发电厂 ,实现风力发电 世界上由发电厂提供的电力，大多数是交流电。我国交流电颜率为50Hz,称为工频。 018
第1章电工基础 2.电能的传输 电能的传输又称输电。输电网是由若干输电线路组成，并将许多电源点与供电点连接 起来的网络系统。输电过程中，先将发电机组发出的6~10kV电压经升压变压器转变为 35~500kV高压，通过输电线将电能传送到各用户，再利用降压变压器将35~500kV的高 压变为6~10kV。电能的传输过程如图1-37所示。 6-10kV 35-500kV 16-10k 380220V () 高压输电线 高压配电线 低压配电线 发电机 器 变压器 图1-37电能的传输 由于大中型发电厂多建在产煤地区或水利资源丰富的地区，距离用电城市相聚儿十干 米，甚至上百千米。发电厂生产的电能要采用高压输电线路输送到用电地区，然后再分配给 用户。输电的距离越长，输送容量越大，则要求输电电压等级越高。我国标准输电电压等级 有35kV、110kV、220kV、330kV和500kV等。一般情况下，输送距离在50km以下，采 用35kV电压；输电距离在100km左右，采用110kV;输电距离在2000km以上，采用 220kV或更高等级的电压。 高压输电按照输电特点，通常可分为高压输电(110kV、220kV)、超高压输电(330kV 500kV、750kV、±500kV、±660kV)和特高压输电(1000kV、±800kV),具体电压 等级及用途见表1一6。我国目前多采用高压、超高压远距离输电。高压输电可以有效减小 输电电流，从而减少电能损耗，保证输电质量。 除交流输电外，还有直流输电。直流输电是指将发电厂发出的交流电，经整流器转换成 直流电输送至受电端，再用逆变器将直流电变换成交流电送到受端交流电网的一种输电方 式。主要应用于远距离大功率输电和非同步交流系统的联网。直流输电与交流输电相比具有 结构简单、投资少、对环境影响小、电压分布平稳，不需无功功率补偿等优点，但输电中整 流和逆变部分较为复杂。 3.电能的分配 高压输电到用电点（如住宅、工厂）后，须经区域变电所将交流电的高压降为低压 再供给各用电点。电能提供给民用住宅的照明电压为交流220V,提供给工厂车间的电压为 交流380/220V。 在工厂配电中，对车间动力用电和照明用电均采用分别配电的方式，即把动力配电线路 与照明配电线路一一分开，这样可避免因局部故障而影响整个车间生产的情况发生。 表1-6电网的电压等级及用途 类型 等级 电压水平 用途 低压 400V(单相220v) 居民及小型工商户用电 交流电 中压 10kV、20kV,30kV 配电网、工业用户 019
三电工技术基础实践与应用 续表 类型 等级 电压水平 用途 高压 110kV、220kV 输电网、城市配电网 交流电 超高压 330kV、500kw、750kW 省及区域骨干输电网 特高压 1000kV 区骨干输电网 高压 ±500kV、±660kV 远距离、大容量输电 直流电 特高压 ±800kW 超远距离、超大容量输电 1.4.2配电系统 配电系统是由多种配电设备和配电设施组成的变换电压和向终端用户分配电能的电力网 络系统，分为高压配电系统、中压配电系统和低压配电系统。我国配电系统的电压等级，根 据《城市电网规划设计导则》(Q-GDW156一2006)的规定，220kV及其以上电压为输 变电系统，35kV、63kW、110kV为高压配电，10kV、20kV为中压配电，380/220V为 低压配电。考虑到大型及特大型城市近年来电网的快速发展，中压配电可扩展至220kV、 330kV、500kV。 (1)高压配电网：是由高压配电线路和配电变电站组成的向用户提供电能的配电网。 高压配电网是从上一级电源接收电能后，可以直接向高压用户供电，也可以向下一级中压 (低压)配电网提供电源。 (2)中压配电网：是由中压配电线路和配电室（配电变压器）组成的向用户提供电能 的配电网。中压配电网是从高压配电网接收电能，向中压用户或向各用电小区负荷中心的配 电室（配电变压器）供电，再经过变压后向下一级低压配电网提供电源 (3)低压配电网：是由低压配电线路及其附属电气设备组成的向低压用户提供电能的 配电网。低压配电网是从中压（或高压）配电网接收电能，直接配送给各低压用户。低压 配电网是电力系统的末端，分布广泛，几平遍及建筑的每一角落，平常使用最多的是380 220V 从安全用电等方面考虑，低压配电系统有三种接地形式，分别为T系统、TT系统、TN 系统。TN系统又分为TN-C系统、TN-S系统和TN-C-S系统三种形式（系统接地的形 式及安全技术要求，GB14050一2008)。系统接地形式以拉丁字母作代号，其意义为： 第一个字母表示电源端与地的关系。T一电源端有一点直接接地一电源端所有带电部 分不接地或有一点通过阻抗接地。 第二个字母表示电气装置的外露可导电部分与地的关系。T一电气装置的外露可导电部 分直接接地，此接地点在电气上独立于电源端的接地点：N一电气装置的外露可导电部分与 电源端接地点有直接电气连接。短横线（一）后面的字母用来表示中性导体与保护导体的 组合情况。S一中性导体和保护导体是分开的：C一中性导体和保护导体是合一的。 1.T系统 T系统是电源中性点不接地或经阻抗(1000)接地、用电设备外壳直接接地的系 020