电气运行基础知识.docx

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电气运行基础知识

基础知识

1.什么叫电路?

答:

电路就是电流流通的路径。

它是由电源、负载（用电设备）、连接导线以及控制电器等组成。

电源:

是产生电能的设备,它的作用是将其它形式的能量（如化学能、热能、机械能、原子能等）转变成电能,并向用电设备供给能量。

负载:

是各种用电设备。

它的作用是将电能转变为其它形式的能量。

连接导线:

它把电源和负载联成一个闭合通路,起着传输和分配电能的作用。

控制电器:

其作用是执行控制任务和保护电器设备。

2.什么叫线性电路?

答:

线性电路是指由线性元件所组成的电路。

例如电阻是线性元件,其阻值是常数,与外加电压、电流数值无关。

3.什么叫非线性元件?

什么叫非线性电路?

答:

若流过元件的电流与外加电压不成比例,则这样的元件就称为非线性元件。

含有非线性元件的电路称为非线性电路。

4.什么叫电荷?

答:

电的量度,习惯上也把带电体本身简称电荷。

电子是其最小单元。

任何物体都含有大量的极微小带正电和带负电质点,在正常条件下,这些带正电和带负电质点在数值上是相等的。

由于某种原因,使负电荷多于（或少于）正电荷,因而这个物体便带负电（或带正电）。

电荷以字母Q表示,单位为库仑（C）,一个电子的电荷Q=1.6×10-19Co

5.什么叫电流?

什么叫电流强度?

答:

通常把电荷的有规律运动称为电流。

电流强度是表示电流大小的一个物理量,指单位时间穿过导体截面积的电荷,以字母I表示,单位为安培（A）,简称安。

习惯上往往把电流强度简称电流。

6.什么叫电位?

什么叫电压?

答:

电场中某点的电位,在数值上等于单位正电荷沿任意路径从该点移至无限远处的过程中电场力所做的功,其单位为伏特,简称伏,用字母V表示。

静电场或电路中两点间的电位差称为电压。

其数值等于单位正电荷在电场力的作用下,从一点移动到另一点所做的功,以字母U表示,单位为伏特,简称伏。

7.什么叫电阻和电阻率?

答:

将电荷在导体内定向运动所受到的阻碍作用称为导体的电阻,以字母R或r表示,单位为欧姆（Ω）,简称欧。

电阻率又叫电阻系数或比电阻。

是衡量物质导电性能好坏的一个物理量,以字母ρ表示,单位为Q.mm2/m。

电阻率在数值上等于用该物质做的长lm,截面积为1mm2的导线,在温度为20℃时的电阻值。

电阻率愈大,则物质的电阻愈大,导电性能愈低。

8.什么叫电导和电导率?

答:

物体传导电流的本能叫做电导。

在直流电路里,电导的大小用电阻值的倒数衡量,以字母G表示,单位为西门子（S）。

电导率又叫电导系数,也是衡量物质导电性能好坏的一个物理量。

其大小用电阻率的倒数来衡量,以字母γ表示,单位为（S/m）。

9.什么叫介电系数ε?

答:

介电系数ε是表示电介质在电场中极化性能的大小（真空中的ε值为1）,它影响到导体间的电容,在使用两层或多层不同介质时还影响到各层间电场强度的分布。

10.什么叫电动势?

答:

电路中因其他形式的能量转换为电能所引起的电位差,叫做电动势,其数值等于单位正电荷从电源负极经电源内部移至正极时所做的功,以字母E表示,单位为伏特（V）。

11.什么叫恒压源?

它有何特点?

答:

在定电势源中,如果内阻R。

很小（与负载电阻比较）,则电源、端电压将不随负载而变,称为恒压源。

恒压源的特点如下:

（1）恒压源的端电压在电源允许的范围内不随负载电流的变化,其外特性U=f（I）是一条平行于横坐标（I）的直线。

l

（2）恒压源电流的大小是由外电路的负载电阻RL决定的,即I=Us/RLo恒压源不允许短路,否则输出电流趋向无限大而把电源烧坏。

恒压源是理想电源,实际上是不存在的。

只有当电压源的内阻R。

远小于负载电阻RL时,可看作是恒压源。

12.什么叫恒流源?

它有何特点?

答:

在定激流源中,如果内电导很小（即与负载比较,电源内阻很大）,则电源输出的电流将不随负载而变化,称为恒流源。

恒流源的特点如下:

（1）恒流源在电路中提供恒定的电流人,其值与负载电阻RL大小元关。

（2）恒流源两端电压由外电路决定。

恒流源是理想元件,实际不存在。

只有当电流源内阻Rs远大于负载电阻RL时,可近似看作是恒流源。

13.什么叫自感和互感?

答:

由线圈自身的电流变化而产生的感应电动势称为自感电动势。

自感电动势的大小与电流的变化速度与线圈本身的结构及其周围的介质的导磁系数有关。

为了计算方便,将线圈本身的匣数、几何形状、周围介质的导磁系数等因素综合起来,称为自感系数,简称自感或电感。

其数值等于单位时间内,电流变化一个单位时由于自感而产生的电动势,以字母L表示,单位为亨利（则,简称亨。

有两只线圈互相靠近但没有电气联系,在第一只线圈中的电流所产生的磁通有一部分会与第二只线圈相环链。

当第一只线圈中电流发生变化时,与第二只线圈环链的磁通也发生变化,在第二只线圈中产生感应电动势和感应电流,此感应电流反过来也会在第一只线圈中产生感应电势。

这种现象叫做互感现象。

两个线圈的交链磁通与产生交链磁通的电流之比称为两只线圈的互感系数,简称互感,以字母M表示,单位为亨利（H）,简称亨。

14.什么叫电感?

什么叫电容?

答:

电感是自感与互感的统称。

电容表示被介质分隔的两个任何形状的导体,在单位电压作用下,贮存电场能量（电荷）能力的一个参数,以字母C表示,单位为法拉（F）。

电容在数值上等于导体所具有电量与两导体电位差（电压）之比值,即:

C=Q/Uo

15.什么是感抗?

什么是容抗?

什么是阻抗?

答:

当交流电流流过具有电感的电路时,电感有阻碍交流电流流过的作用,这种作用叫做感抗,以符号XL表示,单位为欧姆。

感抗的大小可以表示为XL=hiE=叫。

可见XL与频率f或角频率成正比。

当交流电流过具有电容的电路时,电容有阻碍交流电流过的作用,这种作用叫做容抗,以符号Xc表示,单位为欧姆。

容抗的大小可以表示为Xc=1/hjC=1/ωC。

可见Xc与f或ω成反比。

当交流电流过具有电阻、电感、电容的电路时,它们有阻碍交流电流过的作用,这种作用叫做阻抗,以字母Z表示,单位为欧姆。

阻抗的大小可以表示为

16.什么叫直流电?

什么叫交流电?

答:

大小和方向不随时间变化的电流称为直流,又称稳恒电流。

交流又称交流电或交变电流,是指大小和方向随时间作周期性变化的电流。

17.什么是正弦电流?

什么是非正弦电流?

答:

正弦电流指随时间按正弦规律变化的交流电流。

非正弦电流指不按正弦规律变化的交变电流称为非正弦电流。

18.什么是脉动电流?

答:

大小随时间变化而方向不变化的电流,称为脉动电流。

19.什么叫频率?

什么叫周期?

答:

将每秒钟内电流方向改变的次数称为交流电的频率,以字母f表示,单位为赫兹（Hz）或者s-1,简称赫。

交流电每变化一周所需要的时间称为周期,以字母T表示,单位为秒（s）。

20.正弦量的三要素是什么?

各指什么含义?

答:

正弦量的三要素是指正弦量的幅值、频率和初相位。

幅值指的是正弦量的最大瞬时值,用大写字母加下标"m"表示。

频率f是正弦量在单位时间内重复的次数,在表达式中,一般用角频率ω来表示（ω=2πf）。

角频率表示单位时间所变化的弧度,单位为弧度/秒（mdh）。

初相位指计时起点（t=0时刻）正弦量的相位角。

初相位在这三要素中也非常重要,初相位不同,所体现的波形位置就不同。

21.什么叫相位差?

答:

相位差是反映两个同频率正弦量之间相位关系的一个量,等于两者的初相位之差

22.什么叫平均值?

什么叫有效值?

答:

交变电流的平均值是指在某段时间内流过电路的总电荷与该段时间的比值。

正弦量的平均值通常指正半周内的平均值,它与最大值的关系是:

平均值=0.637最大值。

有效值:

在两个相同的电阻器中,分别通以直流电和交流电,如果在一个周期内,它们产生的热量相等,那么就把此直流电的大小定为交流电的有效值。

正弦电流的有效值等于它最大值的JE/2倍。

在工程上,一般所说的正弦电压、电流的大小都是指有效值。

23.什么叫功率?

什么叫有功功率?

什么叫无功功率?

什么叫视在功率?

什么叫电能?

答:

将单位时间内所做的功称为功率。

单位时间内的电能称为电功率。

电功率可分为视在功率、有功功率和无功功率三种。

有功功率:

指交流电瞬时功率在一个周期内平均值,故又称为平均功率,以字母P表示,单位为千瓦（KW）。

它在电路中指电阻部分所消耗的功率,对电动机来说是指它的出力。

无功功率:

在具有电感（或电容）的电路里,电感（或电容）在半周期的时间里把电源的能量变成磁场（或电场）的能量贮存起来,在另外半周期的时间里又把贮存的磁场（或电场）能量送还给电源。

它们只是与电源进行能量交换,并没有真正消耗能量。

把与电源交换能量的速率的振幅值叫做无功功率,以字母Q表示,单位为乏var。

电动机、变压器等带有电感线圈的设备在运行中,建立交变磁场,进行着"电"、"磁"转换或"电磁能"和"机械能"转换的过程,在一个周波内吸收的功率和释放的功率相等,实际不消耗能量,这种功率叫做感性无功功率。

电容器等设备在交流电网中运行,在一个周波内（不考虑有功损耗）,上半周波的充电功率和下半周波的放电功率相等,实际没有消耗能量,这种充、放电功率叫做容性无功功率。

感性无功功率的电流相量滞后于电压相量900,容性无功功率的电流相量超前电压相量900。

故常用容性无功功率补偿感性无功功率以减少电网元功负荷。

这就是所谓电动机、变压器"吸收"元功电流而电容器"发"无功电流的道理。

视在功率:

在具有电阻和电感、电容的电路内,电压有效值与电流有效值的乘积称为视在功率,以字母S或符号Ps表示,单位为伏安（VA）。

视在功率、有功功率、无功功率问满足S2=P2+Q2。

电能:

指在一段时间内,电源力（电场力）所做的功,用符号W表示,其单位是J（焦耳）,通常电能也以电量的形式千瓦·小时（kw-h）表示。

24.什么叫功率因数?

答:

有功功率P与视在功率S之比,称为功率因数,以cosφ表示。

25.什么叫相电压、相电流、线电压、线电流?

答:

三相输电线（火线）与中性线间的电压称为相电压。

三相输电线的每相负载中流过的电流称为相电流。

三相输电线各线（火线）间的电压称为线电压。

三相输电线各线中流过的电流称为线电流。

线电压（电流）的大小为相电压（电流）的

倍。

26.什么叫磁路?

答:

在电工技术中,为了获得强磁场,常将线圈绕在铁芯上。

由于铁磁物质的磁导率比周围空气的磁导率大很多,所以磁力线分布可看成集中在铁磁物质内。

通常,工程上把这种主要由铁磁物质所组成的,能使磁力线集中通过的整体称为磁路。

.

27.什么叫磁场、磁感应强度?

答:

在磁铁或载流导体周围空间的其他磁性物质或载流导体将会受到力作用,我们就说在磁铁或载流导体周围的空间中存在着磁场。

磁感应强度是表示磁场强弱与方向的物理量,包括由电流产生的磁场和磁介质因磁化而产生的磁场,在充满均匀磁介质情况下,由它决定磁场作用于磁性物质（或载流导体）上的作用力。

以字母B表示,单位为斯特拉（T）、高斯（Gs）。

28.什么叫磁力线?

答:

为了直观地描绘磁场,人们在磁场中常画出一种几何曲线,称磁力线。

画磁力线时要求磁力线上每点的切线方向和这一点的磁感应强度方向一致,并使通过垂直于磁场单位面积（cm2）的线数等于（或正比于）该点磁感应强度的数值。

所以磁力线不仅可以表示磁场的方向,而且还可以反映出磁场的强弱。

磁力线具有以下性质:

（1）磁力线总是环绕电流闭合的,是无头无尾的,它不同于发自正电荷、终止于负电荷的有头有尾的电力线。

（2）磁力线总是互不相交的,因为磁场中某点的磁场方向只有一个。

29.什么叫磁通?

什么叫磁通密度?

答:

磁感应强度与垂直于磁场方向的面积的乘积称为磁通,以字母φ表示,单位为韦伯（Wb）、麦克斯韦（Mx）,1MX=10-8Wbo

单位面积上所通过的磁通的大小叫磁通密度,以字母B表示,单位为斯特拉（T）、高斯（Gs）,其中1T=1Wb/m2,lQ=10-4T。

磁通密度和磁感应强度在数值上是相等的。

30.什么叫磁场强度?

答:

磁场强度也是表示磁场强弱与方向的一个物理量,但它不包括磁介质因磁化产生的磁场,以字母H表示,单位为安/米（A/m）、奥斯特。

磁场强度的大小在数值上等于磁感应强度与导磁率之比。

31.什么叫磁通势?

答:

在电路中产生电流的源称为电动势,同样在磁路中产生磁通的源称为磁通势,又称磁动势,以字母F表示,单位为安匝。

磁通势的大小等于绕在磁路上的线圈匝数乘以流过线圈的电流。

32.什么叫磁阻?

答:

与电阻的意义相仿,磁阻是表示磁路对磁通所起的阻碍作用,以符号Rm表示,单位为每亨（H-I）。

33.什么叫导磁率?

答:

导磁率又称导磁系数,是衡量物质导磁性能的一个系数,以字母μ表示,单位为亨/米（H/m）。

34.什么叫电磁力?

答:

载流导体在外磁场中将受到力的作用,这种力称为电磁力。

35.什么叫涡流?

答:

放在变化磁场中的导电物质内部会产生感应电流,以反抗磁通的变化,这种感应电流称为涡流。

36.什么叫剩磁?

答:

剩磁是铁磁体的一种性质。

将铁磁体放在磁场中,当磁场移去后,铁磁体仍保持一定的磁性（磁感应）称为剩磁。

永久磁铁就是利用铁磁体的这种剩磁性质制成的。

37.什么是磁滞回线?

答:

当磁化磁场作周期性的变化时,铁磁体中的磁感应强度与磁场强度的关系是一条闭合曲线,这条闭合曲线称为磁滞回线,如图1"1所示。

38.什么是基本磁化曲线?

答:

铁磁体的磁滞回线的形状是与磁感应强度（或磁场强度）的最大值有关。

在画磁滞回线时,如果对磁感应强度（或磁场强度）最大值取不同的数值,就得到一系列的磁滞回线,连接这些回线顶点的曲线叫基本磁化曲线,也叫做正常磁化曲线或实用磁化曲线,如图1·2所示。

图1-1磁滞回线

图1·2基本磁化曲线

39.什么叫磁滞损耗?

答:

放在交变外磁场中的铁磁体,因磁滞现象而产生一些功率损耗使铁磁体发热,这种损耗叫做磁滞损耗。

40.什么叫电场?

什么叫电场强度?

答:

在带电体周围的空间引人其他带电体时,被引人的带电体将受到力的作用,我们就说在带电体周围的空间中存在电场。

电场强度是表示电场作用于带电体上的作用力的大小与方向的一个物理量,以字母E表示,单位为伏/米（V/m）。

41.什么是电力线?

答:

为了直观而形象地描绘电场,人们在电场中画出的一种几何曲线,称为电力线。

在静电场中,电力线总是从正电荷出发,终止于负电荷,不闭合、不中断、不相交。

42.高压设备地面的最大场强Em大约在什么范围?

答:

220KV电压等级的地面Em=3KV/m；330KV等级的Em=5～8KV/m；500KV等级的Em=7～1OKV/m；1000KV等级的Em=9～15KV/m。

43.变电站内空间场强的分布规律如何?

答:

表1-1是设备旁离地面1.5m高处最大场强。

表1·1

各设备边缘离地1.5m高处的最大场强（kvfm）

500kV变电站

33OKV变电站

凤凰山

双河

姚孟

汤峪

秦安

刘家峡

断路器

10.6

10.6

10.2

8.5

10

5

电流互感器

11

10.6

9.5

7.5

8

5.1

隔离开关

10.6

9.8

7.6

9

9

3.9

电压互感器

11

6.8

8.9

4

4

6.4

避雷器

10.8

6.4

10

8

7.5

5

阻波器

6.9

6.3

5.8

变压器

4.6

4.3

4

4

串补站

13

12

从对测量结果的分析可以找出变电站内场强分布的一些规律,例如:

（1）同平行输电线下的场强分布类似,各配电间隔里的相间场强低于相外场强,最大场强常出现于边相外1～4m处。

当相邻间隔为同相序排列时,异名相导线对间隔之间的电场有削弱作用;反之,同名相的母线、引线的存在,将增强其下方的电场。

（2）电气设备的高压带电部分离地愈近或尺寸愈大时,地面附近场强愈高。

如表1-1|中,因断路器头部尺寸较大,使其旁边靠近地面处的场强偏大;而整个都处在高电位的串补站的尺寸更大,因此其下方的场强也更大些;电流互感器的一次绕组下伸到瓷套的底部,离地很近,它的附近也常常是变电站里出现最大场强的地方之一。

（3）油箱、构架、底座等金属接地物都有明显的屏蔽作用。

因此,表中在变压器等油箱附近的场强,通常是同一变电站里各设备旁场强中最低者。

44.电场影晌的标准如何?

答:

电场影响的标准,大多数国家要求控制在1OKV/m以下,对于变电站开关场,个别地点也不应超过15KV/m。

45.什么叫静电感应?

答:

导体在电荷形成的电场的作用下感应带电,靠近电荷的一端感生与它符号相反的电荷,另一端则感生与它符号相同的电荷,这种导体内的电荷受到外电场作用重新分布的现象叫做静电感应。

如图13所示。

图13空间绝缘导体在高

电场作用下的物理现象

46.静电的危害主要表现在哪些方菌?

答:

（1）引起爆炸和火灾。

静电的电量虽然不大,但电压却很高,容易发生放电,出现静电火花。

在有可燃液体的作业场所,静电火花可能引起火灾;在有由易燃物品形成爆炸性混合物的场所,静电火花可能引起爆炸。

（2）静电电击。

虽然静电的能量很小,由此引起的电击不致直接使人丧命,但却能导致受击者坠落、摔倒,引起二次事故,电击还能使人精神紧张,妨碍工作。

（3）静电妨碍生产的正常进行。

静电对有些电子控制设备产生干扰,影响正常调控运行。

47.什么叫感应电压?

答:

变电站500KV带电导体是产生静电感应的主要根源,在其下面有一个对地绝缘的导体（被感应物体）,如图14所示。

带电导体1与被感应物体2之间具有极间电容,记作Cl20被感应物体2与地之间具有对地电容,记作Cmo假设带电导体的对地电压为U1（工频、有效值）,由于电容搞合的作用,被感应物体出现了感应电压U2,根据电容分压原理,感应电压U2可表示为

48.什么是感应电流?

答:

当人体接触图14中被感应物体时,由于标准的人体电阻一般为1000～1500Ω左右,它与被感应物体2与地之间的容抗X20相比,小得多,可以忽略不计。

此时相当于将被感应物体直接接地,因此带电导体通过容抗X12瞬间,先有一个暂态电流,它是由于原来积蓄在被感应物体上的电荷（对地电容Cm的充电电荷）通过人体被释放而形成的瞬间电流。

达到稳定后,还有一个工频稳态电流流过人体,它是由于带电导体对地电容形成的电容电流。

将在高电场中人体接触被感应物体时流过人体的稳态电流称为感应电流。

感应电流的大小标志着稳态电击的严重程度。

由于它是人手接触被感应物体时相当于被感应物体对地短路而产生的电流,故又称为短路电流。

49.暂态感应电流对人体是否有影晌?

答:

暂态感应电流是由于被感应物体本身积蓄的电荷对人体放电的结果,它对于人体的影响可以用能量来表示。

研究结果表明,暂态电击造成人体死亡所需要的能量约为3J。

在这样大的能量之下,会引起人体心脏纤维性颤动,使人致死。

但是在500kV变电所中通常很难有积蓄30J能量的被感应物体。

例如变电所内特大车辆的对地电容约3侧pF,当其感应电压达到15KV时,所积蓄的能量仅有0.675J,比造成人体死亡的30J能量小得很多。

我国电力科学研究院采用雨伞进行暂态感应电流试验,当感应电压为8.6kV,伞的对地电容为47pF时,感应的能量约为3.5时,这时人接触雨伞有严重刺疼的感觉。

因此,暂态感应电流对人体的影响主要是感觉反应。

被感应物体积蓄的能量从0.5mJ开始,一直到接近30J为止,都会使人体有所感觉,产生感觉反应的范围很广。

综上所述,由于暂态感应电流作用时间极短,而且被感应物体不可能积蓄那么大的能量,所以它对人身没有危险。

但在高电场作用下暂态感应电流对人体的影响却比较大,主要表现在以下两个方面:

（1）在高电场中如果被感应物体的感应电压数值比较高时,虽然人体并没有接触被感应物体,但被感应物体仍会经过小空气间隙对人体放电（参考第70条）。

（2）人体站立在高电场中不接触任何带电物体和被感应物体,但是会出现毛发竖立,手臂与衣服之间有刺痛的感觉,人的头发对帽子,脚部对鞋子都会产生放电现象。

50.稳态感应电流对人体有何影晌?

答:

稳态感应电流是被感应物体的电容电流,它是5OHz的工频电流。

其对人体的影响归纳起来有以下三点。

（1）工频电流为1mA时,人体有感觉,通常称为感觉电流。

（2）工频电流为5mA及以下时,人体可以摆脱带电体,通常成为摆脱电流

（3）工频电流为25mA时,人体有剧烈疼痛的感觉,肌肉收缩、呼吸困难,通常称为危险电流。

经过反复试验后发现,在高电场中稳态感应电流对人体的影响和低压电场差不多;电流密度对人体也有影响。

例如在人的脚踩部位绕一圈细铜丝,人处在高电场中