电力系统基础 / Fundamentals of electrical power systems

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4 高压电力设备 / High-voltage electrical equipment

4.1 电机 / Electric machines

4.1.1 电机 / Electric machine

Alternator schematic diagram
发电机结构图(来源:维基百科

定子(stator),转子(rotor)
同步发电机(synchronous generator):转子转速与定子旋转磁场的转速相同的交流发电机。

Two-pole single-phase synchronous generator
两极(two-pole)单相同步发电机
Four-pole single-phase synchronous generator
四极单相同步发电机
Three-phase alternator
三相发电机

励磁(excitation):根据电磁感应原理使发电机转子形成旋转磁场的过程。
功角(power-angle):发电机的励磁电势与机端电压之间的相角差。

Generator action with phasor diagram
发电机的功角
Motor action with phasor diagram
电动机的功角

发电机的出力(output):输出功率
机组(发电机组):一组并列发电机

4.1.2 电动机 / Electric motor

运行原理参见维基百科()。

4.2 变压器 / Transformers

4.1.1 双绕组变压器 / Two-winding transformers

Ideal transformer and induction law
理想变压器(标示了铁芯中的磁通量)(来源:维基百科
Ideal transformer circuit
理想变压器电路图(来源:维基百科

$$
\begin{aligned}
\frac{V_p}{V_s} &= \frac{N_p}{N_s} \\
I_p N_p &= I_s N_s
\end{aligned}
$$

式中,$N$ 表示线圈的匝数(number of turns),下标 $p$ 表示一次绕组(原边,primary winding),下标 $s$ 表示二次绕组(副边,secondary winding)。

Two-winding transformer symbols

4.1.2 三绕组变压器 / Three-winding transformers

高压绕组(primary winding),中压绕组(secondary winding),低压绕组(tertiary winding)

Three-winding transformer symbols

4.1.3 三相变压器 / Three-phase transformers

Three-phase transformer wiring diagrams
全部三相联结组(来源:《电力变压器手册·第2版》,谢毓诚主编)

4.3 断路器 / Circuit breakers

能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。

断路器是一种开关(switch)。

Circuit breaker symbol

操作:合闸/闭合/关合(close)、跳闸/分闸/开断/切除(trip)

4.4 线路 / Power lines

4.4.1 线路类型 / Types of power lines

Overhead lines
架空线路(overhead lines)
Power cable
电缆(power cable)
Parallel transmission lines
双回线(Parallel transmission lines)(一)
Parallel transmission lines
双回线(二)

局部图:

Divided conductors of overhead lines
使用分裂导线(divided conductors)的架空线路
Insulators on a transmission tower
输电杆塔上的纯缘子(insulators)

4.4.2 线路参数 / Line parameters

电阻:导线的电阻。导致能量以热能的形式耗散。
电抗:交流电产生的交变磁场在导线中引起的感应电动势。产生电压降落。
电导:沿绝缘子的泄漏电流和电晕现象。引起有功功率的损耗。
电纳:导线间、导线与大地之间的电场作用。

Transmission line single-phase equivalent circuit
线路的单相等值电路
Transmission line equivalent circuit with lumped parameters
使用集中参数表示的线路等值电路

4.4.3 其他 / Miscellaneous

输电线路导线换位:在中性点直接接地的电力网中,长度超过 100km 的输电线路应换位,以平衡不对称电流;在中性点非直接接地的电力网中,为降低中性点长期运行中的电位、平衡不对称电容电流。

4.5 母线 / Busbars

多个设备以并列分支的形式接在一条母线上以建立电气连接。

Flexible busbars
软母线(Flexible busbars)(铜排)(来源:维基百科
Flexible busbars (outdoors)
软母线(来源:维基百科
Rigid busbars (outdoors)
硬母线(来源:维基百科

4.6 电力设备的部分关键指标 / Some key indicators of electrical equipment

(1) 导体的发热

长期发热→载流量(carrying capacity)(最大电流)
短时发热→短时载流量

(2) 断路器的大电流耐受能力

热稳定:额定短时耐受电流(rated short-time withstand current)。在确定的短时间内,断路器承受的短路电流热效应的能力。
动稳定:额定峰值耐受电流(rated peak withstand current)。断路器承受短路电流电动力效应的能力。

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  1. […] 本文为 2021-01-28 所做讲座的文稿,以电力计算相关基础知识为主要内容,是对“电力系统基础”讲座的补充。(注:文稿内容仅包括知识点,多数不含详细解释。) […]