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第二篇 电力工程基础知识 第一章概论 第一节供配电工作的意义和要求 一、 供配电工作的意义 供配电工作， 就是研究和解决电力的供应和分配问题。电力， 是现代工业生产的主 要能源和动力， 是现代文明的物质技术基础。没有电力， 就没有工业现代化， 就没有整 个国民经济的现代化。现代社会的信息化和网络化， 都是建立在电气化的基础之上的。 工业生产只有电气化以后， 才能大幅度增加产量， 提高产品质量， 提高劳动生产率， 降低 生产成本， 减轻工人的劳动强度， 改善工人的劳动条件， 有利于实现生产过程的自动化。 如果工矿企业的电力供应突然中断， 则将对企业生产造成严重的后果， 甚至可能发生重 大的设备损坏事故或人身伤亡事故。因此做好供配电工作， 对于保证企业生产的正常 进行和实现工业现代化以及社会文明的高度发展具有十分重要的意义。 二、 供配电工作的目的及要求 供配电工作要很好地为工业生产和国民经济服务， 切实保证工业生产和国民经济 的需要， 切实搞好 “三电”（安全用电、 节约用电、 计划用电） 工作， 必须达到下列基本要 求 “ 安全 在电力的供应、 分配和使用中， 不应发生人身事故和设备事故。 “ 可靠 应满足电力用户对供电可靠性即连续供电的要求。 “ 优质 应满足电力用户对电压质量和频率质量等方面的要求。 “ 经济 应使供配电系统的投资少， 运行费用低， 并尽可能地节约电能和减少 有色金属消耗量。 4*法国电气技术联合会 （标准） ***美国电气与电子工程师学会 （标准）7 4 供配电系统设计规范 。 “ 标准代号 “” 原来的全称为 “城乡建设环境保护部部标准” ； 其他行业标准代号的名称亦有类似变动情况。 三、 常用的电气标准和规范 常用的电气标准和规范， 如表 所示。标准代号后边的年号， ’44- 年前一般 只用两位数。为了确切表示年号， 本手册统一改用四位数。 表 常用的电气标准和规范 代号标准代号标准名称 ’常用的电气标准 ’“’0’- ’44标准电压 （’44 年 ’ 月 ’ 日起实施） ’“0./- ’44-标准电流 （’44- 年 ’ 月 ’ 日起实施） ’“0.’41 ’44-标准频率 （’44/ 年 ’ 月 ’ 日起实施） ’“0’ ’44电能质量 供电电压允许偏差 （’44 年 ’ 月 ’ 日起实施） ’“0’- ’44电能质量 电压允许波动和闪变 （’44 年 ’ 月 ’ 日起实施） ’“-0.’4 ’44电能质量 公用电网谐波 （’44 年 月 ’ 日起实施） ’“/0.’ ’44电能质量 三相电压允许不平衡度 （’44- 年 ’ 月 ’ 日起实施） ’“10.’ ’44电能质量 电力系统频率允许偏差 （’44- 年 1 月 ’ 日起实施） ’“401 ’41安全电压 （’41 年 月 ’ 日起实施） ’“’01 ’44外壳防护等级 （’44 年 1 月 ’ 日起实施） ’’ 第二篇电力工程基础知识 续表 代号标准代号标准名称 “ 4 国家选定的非国际单位制单位如表 “ “ 。 表 “ “ 国家选定的非国际单位制单位 量的名称单位名称单位符号换算关系和说明 时间 分 ［小］ 时 日 ［天］ 2A B ; 52AC D4 5BC D2AC EDD4 5;C FBC GFDD4 平面角 ［角］ 秒 ［角］ 分 度 （H） （I） （J） 5H C （“8G5GDD） A （6 8） 6“ 678B （6 7） 68 6* 6 69C8 （6 9C） 6D 68 8 , 6KD 6 6L 6; 69L 6C 6; E 0 7F 7J 7C 7 7 7反 7回 7跨 7J8 第三节电气设备的额定值及分类 一、 电气设备的额定电压、 电流、 频率标准 （一） 电力系统和电气设备的额定电压标准 “ （’） 的交流电力系统和电气设备的额定电压标准如表 ’ 第二篇电力工程基础知识 所示。 表 “ “ （’） 的交流电力系统和电气设备的额 定电压标准 （据 * “ ,,-）（单位 ） 系统额定电压设备额定电压备注 .-/.-/ -/.-/. （’）（’） （） 表中有斜线 “.” 的数值， 斜线左边为相电压， 斜线右边为线电压， 无斜线者为线电压 （） ’ 电压仅限于矿井下使用 0-1 及以上的三相交流系统的额定电压标准及电气设备的最高电压值如表 “ “ - 所示。 表 “ “ --1 及以上的三相交流系统的额定 电压标准及电气设备的最高电压值 （据 * “ ,,-）（单位 1） 系统额定电压设备最高电压备注 --0 20 （）（’） -*’0* 20* * （-） * （’*） ---- *** （2*）（/） “ （） 括号内数值为用户有要求时使用 （） 电气设备的额定电压可从本表中选取， 由 产品标准确定 -0 发电机的额定电压标准如表 “ “ ’ 所示。 *- 第二章电力工程常用基础资料 表 “ “ 发电机的额定电压标准 （据 ’ “ *）（单位 ） 直流发电机 额定电压 交流发电机 额定电压 备注 ’’ *,*, ,,, “, “*’, “*,, “,’,, “*-,, “’.’, “-,,, “,,,, “,,, “,,, “,,, 与发电机出线端配套的电气设备额定电压， 可 采用发电机的额定电压， 在产品标准中具体规定 / 电力变压器的额定电压及其说明如表 “ “ ’ 所示。 表 “ “ ’电力变压器的额定电压及其说明 项 目 电网和用电 设备额定电压 （0） 电力变压器额定电压 （0） 一次绕组二次绕组 低 压 ,/*-,/*-,/ ,/,/,/ 高 压 ***/’， */* /*， / ,,,/’， “ 按发电机电压标准 （表 “ “ ） “ *’*’*-/’ ./’ ,, ,, **,**,** ’,,’,,’’, * 第二篇电力工程基础知识 项 目 电网和用电 设备额定电压 （“） 电力变压器额定电压 （“） 一次绕组二次绕组 关 于 额 定 电 压 规 定 的 说 明 用电设备的端电压与接 入电网的位置有关， 但为了 大批量生产， 用电设备额定 电压规定与其接入电网额 定电压相同 变压器的一次绕组如 与发电机直接相连， 其额定 一次电压规定与发电机额 定电压相同， 高电网额定电 压 ；“变压器的一次绕 组如不与发电机直接相连， 则规定按用电设备考虑， 其 额定一次电压规定与其接 入电网额定电压相同 如果变压器二次侧线 路不长， 或直接接用电设备 时， 变压器额定二次电压应 高于电网额定电压 ， 以 补偿变压器内部 的电压 降 （因变压器额定二次电压 是在额定一次电压下的二 次空载电压， 在额定负荷时 绕组内有约 的电压降） ； “如果变压器二次侧线路 较长， 如为高压电网， 则其 额定二次电压应高电网额 定电压 （二） 电气设备的额定电流标准 电气设备的额定电流标准如表 ’ ’ 所示。 表 ’ ’ 电气设备的额定电流标准 （据 *,- .’ //）（单位 0） 1’1’’1213124 ’1’’21324 ’’’2324 ’’’2324 注 0 以下及 0 以上的额定电流值按以上规律取值 （三） 电气设备的额定频率标准 电气设备的额定频率标准如表 ’ ’ . 所示。 表 ’ ’ .电气设备的额定频率标准 （据 *,- /4 //）（单位 56） （） ’’ ’’’3 23. 234 注 1 括号内的频率值仅供专用电源系统使用。 ’1 加有横线的频率值为优先值。 .2 第二章电力工程常用基础资料 二、 电气设备的防护分类和使用类别代号 （一） 电工电子设备防触电保护分类 “ ’ ** 电工电子设备防触电保护分类 的主要规定， 如表 所 示。必须说明， 分类的数字只表示设备防触电保护所采用的方式， 并不反映设备的安全 等级。 表 电工电子设备防触电保护分类 （据 “ ’ **） 序号设备类别 类 类“类类 设备特点 仅靠基本绝 缘作为 防 触 电 保 护 的 设 备。 当设备 有 能 触 及的可 导 电 部 分时， 该部分不 与设备 固 定 布 线中的保护 （接 地） 线 相 连 接。 一旦基 本 绝 缘 失效则 安 全 性 完全取 决 于 使 用环境 设备的防触 电保护 不 仅 靠 基本绝缘， 还包 括一种 附 加 的 安全措施， 即将 能触及 的 可 导 电部分 与 设 施 固定布 线 中 的 保护 （接地） 线 相连接 设备的防触 电保护 不 仅 靠 基本绝缘， 还具 备象双 重 绝 缘 或加强 绝 缘 这 样的附 加 安 全 措 施。这 种 设 备不采 用 保 护 接地的措施， 也 不依赖 于 安 装 条件 设备的防触 电保护 依 靠 安 全 特 低 电 压 （,-./） 供电， 且 设备内 可 能 出 现的电 压 不 会 高于安 全 特 低 电压 主要特征没有保护接地有保护接地 有附加绝缘， 不需要 保 护 接 地 设计成由安 全特低 电 压 供 电 0 其本绝缘失 效时的 安 全 措 施 使用环境要 求与地绝缘 接地线与固 定布线 中 的 保 护接地线连接 本身具有双 重绝缘 或 加 强 绝缘 本身采用安 全特低 电 压 供 电 （二） 电气设备外壳防护等级的分类 “ 1 **0 外壳防护等级的分类 的主要规定， 如表 * 所示。 0 第二篇电力工程基础知识 表 “ “ 电气设备外壳防护等级的分类 （据 ’ “ *） 序号项目说明 外壳防护代号组成格式及含义 第一位特征数字 无防护 防大于 ,, 的固体异物侵入 防大于 ,, 的固体异物侵入 *防大于 -,, 的固体异物侵入 ’防大于 ,, 的固体异物侵入 防尘 .尘密 *第二位特征数字 无防护 防滴 /防滴 *防淋水 ’防溅水 防喷水 .防猛烈海浪 0防浸水影响 防潜水影响 注 如仅需用一个特征数字表示防护等级时， 被省略的数字必须用字母 “1” 代替。 （三） 低压电器的使用类别代号及其对应的用途性质 低压电器的使用类别代号及其对应的用途性质见表 “ “ 。 表 “ “ 低压电器的使用类别代号及其对应的用途性质 电流类别 使用类 别代号 典型用途举例 给出试验参数的 标准名称 23 23“ 23“ 23“ * 23“ ’ 23“ 4 23“ 5 无感或微感负载， 电阻炉 线绕式电动机的起动、 分断 笼型异步电动机的起动、 运转中分断 笼型异步电动机的起动、 反接制动与反向、 点动 控制放电灯的通断 控制白炽灯的通断 6’ “ 低 压接触器 6’- “ 低压电动机的起动 器 * 第二章电力工程常用基础资料 电流类别 使用类 别代号 典型用途举例 给出试验参数的 标准名称 “ “ “ “ ’ “ ’ “ “ 变压器的通断 电容器组的通断 家用电器中的微感负载和类似用途 家用电动机负载 密封致冷压缩机中的电动机控制 （过负荷继电器手动 复位式） 密封致冷压缩机中的电动机控制 （过负荷继电器自动 复位式） *,-- ./- 低 压接触器 ； *,-0. ./- 低压电动机的起动 器 “ .. “ . “ .1 “ ., “ .- 控制交流电磁铁负载 控制电阻性负载和发光二极管隔离的固态负载 控制变压器隔离的固态负载 控制容量 （闭合状态下） 不大于 ’2 的电磁铁负载 控制容量 （闭合状态下） 大于 ’2 的电磁铁负载 *,3.10. ./- 控制电路电器和开 关元件 4*.,/’ ./- 低 压电器基本标准 “ 3 “ . “ “ 1 无载条件下的 “闭合” 和 “断开” 电路 通断电阻负载， 包括通断适中的过载 通断电阻电感混合负载， 包括通断适中的过载 通断电动机负载或其他高电感负载 *,3. ./- 低 压空气式隔离器、 开 关、 隔离开关及熔断 器组合电器 “ 和 5“ 非选择性保护 在短路情况下断路器为非选择性保 护， 即无人为故意的短延时， 也无额定短时耐受电流 及相应的分断能力要求 * 选择性保护 在短路情况下断路器明确应有选择性保 护， 即有短延时不小于 303-6， 并有额定短时耐受电流 及相应分断能力的要求 *., ./- 低压 断路器 5“ 5“ . 5“ 1 5“ - 5“ 无感或微感负载， 电阻炉 并励电动机的起动、 反接制动、 点动 串励电动机的起动、 反接制动、 点动 白炽灯的通断 *,-- ./- 低压 接触器 5“ .. 5“ . 5“ .1 5“ ., 控制直流电磁铁负载 控制电阻负载和发光二极管隔离的固态负载 控制直流电磁铁负载 控制电路中有经济电阻的直流电磁铁负载 *,3.10. ./- 控制电路电器和开 关元件 ； 4*.,/’ ./- 低 压电器基本标准 5“ 3 5“ . 5“ 5“ 1 无载条件下通断电路 通断电阻性负载包括适度过载 通断电阻电感混合负载包括适度的过载 （例如并励电动机） 通断高电感负载 （例如串励电动机） *,3. ./- 低 压空气式隔离器、 开 关、 隔离开关及熔断 器组合电器 74 78 8 全范围分断 （7） 的一般用途 （4） 的熔断器 全范围分析 （7） 的电动机回路中用 （8） 的熔断器 部分范围分析 （7） 的电动机回路中用 （8） 的熔断器 *,3..0. ./- *,3..0 ./- *,3..01 ./- *,3..0, ./- 低 压熔断器 3,. 第二篇电力工程基础知识 三、 电气设备的使用环境及其分类 （一） 选择电器和导体的环境温度 选择电器和导体的环境温度见表 “ “ 。 表 “ “ 选择电器和导体的环境温度 （二） 化学腐蚀环境分类及防腐电工产品的使用环境条件 化学腐蚀环境分类 化学腐蚀环境分类见表 “ “ 。 表 “ “ 化学腐蚀环境分类 第二章电力工程常用基础资料 注 “ 化学腐蚀性物质释放严酷度分级， 见表 。 “ 如果地区最湿月平均最低温度低于 ’时， 其同月平均最高相对湿度必须换算到 ’时的相对湿度。 “ 化学腐蚀性物质释放严酷度分级 化学腐蚀性物质释放严酷度分级如表 。 表 化学腐蚀性物质释放严酷度分类 第二篇电力工程基础知识 注 化学腐蚀性气体释放的质量浓度， 系历年最湿月在电气装置安装现场实测到的平均最高质量浓度值。实测处 距化学腐蚀性气体释放口一般要求在 “ 以外， 不应紧靠释放口。 防腐电工产品级别及其使用环境条件 防腐电工产品级别及其使用环境条件见表 ’。 表 ’防腐电工产品级别及其使用环境条件 注 化学气体质量浓度一律采用长期测定值的平均值。 （三） 爆炸和火灾危险环境的分区 爆炸和火灾危险环境分类见表 。 ’ 第二章电力工程常用基础资料 表 “ “ 爆炸和火灾危险环境的分区 （据 ’ “ ） ** 第二篇电力工程基础知识 第三章电力工程常用基础知识 第一节常用数理化名词术语 一、 供配电工程常用数学名词术语 供电技术中较常用的数学名词术语， 如表 “ “ 所示。 第三章电力工程常用基础知识 表 “ “ 常用的数学名词术语 第二篇电力工程基础知识 “ 第三章电力工程常用基础知识 “ 第三章电力工程常用基础知识 “ 第二篇电力工程基础知识 “ 第三章电力工程常用基础知识 “ 第二篇电力工程基础知识 “ 第三章电力工程常用基础知识 “ 第二篇电力工程基础知识 二、 供配电工程常用物理名词术语 供电技术中较常用的物理名词术语 （不含电磁学名词术语） 如表 “ “ 所示。 第三章电力工程常用基础知识 表 “ “ 常用的物理名词术语 第二篇电力工程基础知识 “ 第三章电力工程常用基础知识 “ 第二篇电力工程基础知识 “ 第三章电力工程常用基础知识 “ 第二篇电力工程基础知识 “ 第三章电力工程常用基础知识 “ 第二篇电力工程基础知识 “ 第三章电力工程常用基础知识 三、 供配电工程常用化学名词术语 供电技术中较常用的化学名词术语， 如表 “ “ 所示。 表 “ “ 常用的化学名词术语 第二篇电力工程基础知识 “ 第三章电力工程常用基础知识 “ 第二篇电力工程基础知识 “ 第三章电力工程常用基础知识 “ 第二篇电力工程基础知识 “ 第三章电力工程常用基础知识 “ 第二篇电力工程基础知识 第二节直流电路与电磁感应 一、 直流电路 （一） 电路的组成及基本物理量 “ 电路的组成 所有电路都是由电源、 负载、 中间环节三个部分组成的。 电源是电路中电能的来源， 是将其它形式的能量转变为电能的装置， 如干电池、 直 流发电机、 交流发电机等。 负载指用电设备， 也叫负荷， 它将电能转变为其它形式的能量， 如灯泡、 电炉、 电动 机等。 中间环节主要指连接导线和控制电路通断的开关设备。它们将电源与负载连接起 来， 构成电流的通路。此外， 中间环节还包括保障安全用电的保护电器 （如熔断器等） 。 “ 电路中的基本物理量 电路的作用是进行电能与其它形式的能量之间的相互转换。因此， 用一些物理量 来表示电路的状态及电路各部分之间能量转换的相互关系。 （） 电流 电流在实用上有两个含义 第一， 电流表示一种物理现象， 即电荷有规则的运动就 形成电流。第二， 本来， 电流的大小用电流强度来表示， 而电流强度是指在单位时间内 通过导体横截面的电荷量。其单位是安培 （库秒） ， 简称安， 用大写 表示。但电流强 度平时人们多简称电流。所以， 电流又代表一个物理量， 这是 “电流” 的第二个含义。 电流的真实方向和正方向是两个不同的概念， 不能混淆。 习惯上总是把正电荷运动的方向， 作为电流的方向， 这就是电流的实际方向或真实 方向， 它是客观存在， 不能任意选择。在简单电路中， 电流的真实方向能通过电源或电 压的极性很容量地确定下来。但是， 在复杂直流电路中， 某一段电路里的电流真实方向 很难预先确定， 在交流电路中， 电流的大小和方向都是随时间变化的 （在以后交流电路 中介绍） 。这时， 为了分析和计算电路的需要， 引入了电流参考方向的概念， 参考方向又 叫假定正方向， 简称正方向。 所谓正方向， 就是在一段电路里， 在电流两种可能的真实方向中， 任意选择一个作 为参考方向 （即假定正方向） 。当实际的电流方向与假定正方向相同时， 电流是正值； 当 实际的电流方向与假定正方向相反时， 电流就是负值。在图 ’ 中， 实线电流箭头 第三章电力工程常用基础知识 是选定的正方向， 虚线箭头表示的是该段电路中电流的真实方向。其中图 表示的电 流真实方向与正方向一致， 电流 是正值； 图 “ 中表示的是两者相反的情况， 所以电流 是负值。 图 电流正方向 换一个角度看， 对于同一个电流， 可以因选取正方向的不同， 而有不同的表示， 它可 能是正值或者是负值。例如， 某电流大小为 ’， 在图 中， 选定的正方向 （用 实线箭头表示） ， 电流 * ’。在图 “ 中选定的正方向， 电流 * ’。 但是， 它们实际上是同一个电流。 图 同一电流的正负表示 要特别指出， 电路中电流的正方向一经确定， 在整个分析与计算的过程中必须以此 为准， 不允许再更改。 今后， 在电路图中， 所标注的电流方向一般都是正方向 （假定正方向） ， 如有例外， 应 作特殊说明。 （） 电压与电位 从数值上看， “、 两点之间的电压是电场力把单位正电荷从 “ 点移动到 点时所 做的功； 而电场中某点的电位等于电场力将单位正电荷自该点移动到参考点所做的功。 比较电压和电位的概念， 可以看出， 电场中某点的电位就是该点到参考点之间的电压， 电位是电压的一个特殊形式。对于电位来说， 参考点是至关重要的。在同一电路中， 当 选定不同的参考点， 同一点的电位数值是不同的。 原则上说， 参考点可以任意选定。在电工领域， 通常选电路里的接地点为参考点， 在电子电路里， 常取机壳为参考点。 在实际应用时， 仅知道两点间的电压往往不够， 还要求知道这两点中哪一点电位 高， 哪一点电位低。 在分析和计算电路问题时， 如同需要为电流规定一个正方向一样， 也需要为电压规 定一个正方向。如图 所示， 规定 “ 点为高电位点， 标以 “ ” ， 点为低电位点， 标以 “ ” ， 即假定这一段电路电压的正方向是从 “ 点指向 点。当电压的实际方向与 , 第二篇电力工程基础知识 事先假定的正方向一致时， 为正值， 不一致时， 为负值。这表明， 引入正方向后， 电压看 作了代数量， 它本身可带正、 负号进行代数运算。 电压的正方向根据习惯， 可用三种方法表示， 图 “ “ 中已将三种方法全标注上 了 图 “ “ 电压的正方向 用 “ ” 、“ “ ” 符号分别表示假定的高电位端和低电位端； 用箭头的指向表示， 它由假定的高电位端指向低电位端； 用双下标字母表示， 如 ， 第一字母 “ 表示假定的高电位点， 第二个字母 表示 假定的低电位点。 以上三种方法意义相同， 实际使用时可以任选一种。 电压的正方向与规定电流的正方向一样， 是在分析和计算电路问题时引入的， 它与 电压的实际方向是两个不同的概念， 但是， 对于某一段电路来说， 借助于规定的正方向 及电压的正值或负值， 能够很容易地确定出这一段电压的实际方向。 对于电位与电压这两个概念， 我们应看到两者本质上是相同的。电路中两点之间 的电压就是这两点电位之差。而电压 （电位差） 与参考点的选择是没有关系的。这一点 又是电压与电位的重要区别。 （） 电动势 电动势在数值上等于非电场力把单位正电荷从负极经电源内部运动到正极所做的 功。 因为电动势的作用是使正电荷自低电位 （负极） 移到高电位 （正极） ， 使正电荷的电 位能增加， 所以规定电动势的真实方向是指向电位升高的方向， 这一点， 正好和电压的 真实方向相反。 电动势与电压在本质上是两个不同的概念， 但是， 它们都可以用来表示电源正、 负 极之间的电位差。而且， 从电源对外部电路所表现的客观效果来看， 用电动势或电压表 示都可以。其区别是， 电动势和电压的正方向刚好相反。这是因为它们的物理意义是 不相同的 电动势的正方向表示电位升， 而电压的正方向表示电位降。正因为如此， 在 很多情况下， 常常用一个与电源的电动势大小相等、 方向相反的电压来等效表示电动势 对外电路的作用效果。 ’ 第三章电力工程常用基础知识 （） 电功率 使用电路的目的就是进行电能与其他形式能量之间的转换， 所以在电路分析与计 算中还经常用到另一个物理量 电功率。 单位时间内电场力所做的功就是电功率， 用 表示， 即 “ “ 其中， “ 的单位是伏 （） ； 的单位是安 （） ； 的单位是瓦 （） 。 一段时间内， 电路所消耗的电功 （电能） ， 用 表示， 即 “ 工程上常用瓦特 小时 （ ） 或千瓦小时 （’ ） 表示， 而焦耳这个功的单位一般 不用。 通常所说的一度电就是 ’ ， 可以理解为， 额定功率 ’ 的电器 （如 ’ 的电 炉） ， 在额定状态下工作 所消耗的电能。 （） 电压与电流的关联正方向 上述几个常见的物理量中， 电流和电压是最基本的物理量， 是我们分析、 研究的主 要对象。因为电源电动势可以用它的端电压来等效替代， 电路中的电功率的大小也完 全取决于电压和电流的大小。所以在分析、 研究电流、 电压的相互关系及其影响时， 使 用关联正方向的概念， 将会感到十分便利。 ） 电压和电流的关联正方向 在介绍电流与电压的正方向时， 曾指出， 它们的正方向可以自由选取， 两者并无必 然的联系。但是为了分析、 研究的方便， 一般情况下， 总是采用彼此关联的正方向。如 图 * , 所示， 在同一段电路中， 电流的正方向与电压的正方向一致， 即电流的正方 向是从电压正方向表示的高电位点流向低电位点， 这也是符合实际物理概念的表述。 图 * , 关联正方向 欧姆定律在上述关联正方向之下， 表示为 “ “ 但是， 如果电压、 电流的正方向不关联一致， 如图 * , 所示， 则欧姆定律便表示 为 - 第二篇电力工程基础知识 “ “ 图 “ “ 非关联正方向 这表明， 如果电压的正方向与实际方向一致， 即上端为高电位点， 下端为低电位点， “ 是正值。那么， 该段电路在电阻中的电流实际方向一定是从上向下的， 与图中电流 正方向相反。所以， 按照图示非关联正方向计算出的电流应当是负的， 反映在公式中便 引入了负号， 给计算带来了不便。因此， 在计算电路时， 除非特殊情况， 同一段电路的电 压、 电流均取关联正方向。有时， 在电路里只标出电压或电流的正方向， 另一个物理量 根据关联一致的原则， 正方向也就随之确定了， 所以， 无需再在图中标出。只有在某些 无法确知或特殊条件下， 才会出现电压、 电流各自独立选取正方向， 这时就可能出现两 者不关联一致的情况。 ） 电功率的正和负 在一段只包含电阻的电路中， 它总是吸收功率的， 从电阻的功率公式看出 ， 不管电流是正值还是负值， 总是正值。但是， 当用功率一般式 “ 来计算这 段电阻电路的功率时， 却可能是正值， 也可能得到负值。显然， 按图 “ “ 的关联正 方向， “、 同为正， 计算出的 为正值， 而按图 “ “ 非关联正方向计算， “、 是异 号的， 计算出就是负值。这就是说， 一段电路功率的正负值是与电压、 电流的正方向有 关的。 因此， 除了某些特殊情况外， 今后我们都是在电压、 电流取关联正方向的前提下， 讨 论功率的正负， 这是一个总的前提， 在这个前提下， 电路功率为正值， 说明此电路吸收 （或输入） 电功率； 如果电路功率为负值， 就说明此电路产生 （或输出） 电功率。 （二） 电路的几种状态 在实际用电过程中， 电路会出现不同的状态。这些不同的状态表现为电路中电流、 电压及功率的转换、 分配情况的不同。应该注意 其中有的状态并不是正常的工作状 态， 而是事故状态， 应尽量避免和消除。因此， 掌握并区分使电路处于不同状态的条件 和特点， 是正确、 安全用电的前提。 ’ 开路 开路又叫断路， 如图 “ “ 所示。电源与负载之间用控制开关 * 断开， 电路被切 ’ 第三章电力工程常用基础知识 断。其特点是 图 “ “ 开路工作状态 （） 由于电路被切断， 电路中电流等于零， 即 ’； （） 出现在开关 两侧的电压不同。在电源侧， 由于电流 ’， 无内阻压降 （即 “’ ’） ， 所以电源侧开路电压就等于电源电动势， 即 ’ ； 在负载侧 *’ ’。 （） 电源不向负载提供电功率， 即 ’。 这种状态主要发生在负载不用电的场合及检修设备、 排除故障的时候。 短路 电路中任何一部分被电阻等于零的导线直接连通， 使该部分两端电压降为零， 这种 状态就叫短路。如图 “ “ , 所示。电源两端被一条导线直接连通。其特点是 图 “ “ ,电源短路状态 （） 电源直接经过短路导线构成闭合回路， 电流不再流过负载， 所以负载电流 - ’。 流经电源的电流只通过电源内阻 “’（导线电阻近似为零） ， 该电流叫短路电流 ， 即 .“’。通常电源内阻 “’ 总是很小的， 比负载电阻小得多， 所以， 短路电流 很 大， 大大超过正常工作电流。例如， 一台直流发电机， 其电动势 ’/， “’ ’0， 正 常工作电流为 1’2， 如发生电源短路， 则短路电流 .“’ ’/.’0 11’2， 比正常 工作电流大了 倍， 这么大的电流是很危险的。 （） 电源的端电压 ’这时外电路的电阻近似为零， 电源电动势全部降落在内 阻 “ ’ 上， 即 “’ , 第二篇电力工程基础知识 （） 由于负载中无电流流过， 端电压为零， 供给负载的电功率也为零， 即 ““ 。 此时， 电源产生的电功率， 全部消耗在内阻 上， 即 “ “ 。由于短路电 流 很大， 在电源内部会产生大量热量， 可能将电源立即烧毁。这是一种严重的事故 状态， 必须全力避免。 正常负载状态 当电路中开关 闭合后， 电源与负载接通， 产生电流， 并向负载输出电功率， 这就是 正常负载状态， 如图 ’ ’ 所示。其特点是 图 ’ ’ 正常负载状态 （） 电路中电流 “ * （“ ） （） 负载端电压也就是电源端电压 “ “ “ ’ 。 可见， 负载工作状态下， 端电压 总是小于电源电动势 ， 它们相差内阻压降 。 只有当电源内阻 小到可以忽略时， 才能认为 。 （） 负载吸收的电功率 ,“ “ “ 。 在这里要特别提出一个额定工作状态的概念。 在实际工作中， 我们总希望电源能产生尽可能大的电功率来满足负载的需要， 因此 就希望输出电压尽可能高， 输出电流尽可能大。但是， 电压过高时， 可能超过设备内部 绝缘材料的绝缘强度， 影响设备寿命， 甚至发生击穿事故； 电流过大时， 将使设备发热， 温度过高， 导致烧坏。因此， 为了使设备能够长期安全可靠运行， 就必须给它规定一个 允许的最佳数值， 这就是额定值， 如额定电压、 额定电流和额定功率等。 电气设备在实际运行中， 如果刚好是在额定值下运行， 则称额定工作状态。 设备在额定工作状态下运行时， 就得到了最充分、 最经济合理的利用。设备在低于 额定值状态下运行时， 不仅设备未能被充分利用， 不经济， 而且可能使设备工作不正常， 严重的还会损坏设备， 如电动机在低于额定电压下运行， 就有这种可能。设备在高于额 定值状态下运行时， 可能影响设备寿命， 所以一般是不允许的。 （三） 直流电路分析 直流电路分为简单直流电路和复杂直流电路。分析直流电路的主要方法， 是应用 -- 第三章电力工程常用基础知识 欧姆定律、 基尔霍夫定律、 重叠原理、 戴维南定理、 支路电流法、 节点电压法等。这些定 理、 方法， 同样适用于交流电路， 但是， 交流电路的分析计算是采用几何运算， 就是应用 相量的运算或符号法。在电路的分析运算过程中， 着重是解决电路中电流、 电压、 功率 等电气量间的关系， 为此， 我们重点介绍交流与直流电路的共性部分， 例如， 电路的等效 化简， 串联、 并联、 混联电路的特点等等。 “ 串联电路的特点 （） 串联电路中电流处处相等。 （） 串联电路的总电压， 等于各段电压之和。 （） 串联电路的分压比， 等于该段电路的电阻与总电阻之比。 （） 串联电路的总电阻， 等于各段电路的电阻之和。 “ 并联电路的特点 （） 并联电路的总电压， 等于各支路的端电压。 （） 并联电路的总电流， 等于各支路电流之和。 （） 并联电路的总电导， 等于各支路电导之和， 即总电阻的倒数， 等于各支路电阻倒 数之和。 （） 并联电路的电流分配与该支路电阻成反比， 与相邻支路电阻的阻值成正比。 “ 混联电路的特点 混联电路又称复联电路， 是在电路中同时存在着串联和并联部分的混合电路。因 此， 分析解决混联电路， 实际上也是分析解决电路的串联、 并联部分， 最后根据电路总体 结构， 求出总电路及各部分的未知量。 “ 对电路进行等效化简常用方法及基本规律 （） 常用的方法 进行电路的等效化简， 要根据电路串、 并联的特点， 对电路加以分析， 把电路中多分 支的部分，