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电气工程基础教学目的•建立电力系统整体概念；•掌握电力系统“发电-输电-配电-用电”各个环节的构成和工作原理；•通过本课程的学习，具备基本的电力工业背景知识，为后续专业课的学习奠定基础，也为从事电力系统相关行业的工作打下必要的基础。
•熊信银. 电气工程基础. 华中科技大学出版社，2010•考试：平时30%，考试70%课程衔接•先修课程：电路理论，电机学•主要后续课程：电力系统分析、继电保护、电力系统自动化、高电压技术第一章主要内容•掌握与电力系统相关的若干基本概念，包括电力系统、电力网、动力系统、变电站等；•理解电力系统的特点；•理解对电力系统提出的要求；•掌握电力系统的三个电能质量指标，包括国家标准规定的允许变化范围；•掌握电力系统的额定电压等级及规定，了解电力系统电压等级与输电距离之间的关系；•了解电力系统发展历史、现状和前景。
单线图•单线图：采用一根线表示对称三相输电线路等值电路只研究π型等值电路时间事件1873年在维也纳国际博览会上，法国弗泰内使用2000m导线，连接一台瓦斯发动机拖动的格拉姆直流发电机和一台带动水泵的电动机，证明了远距离输电的现实性1874年俄国皮罗茨基在彼得堡架设了输送功率4.5kW的直流输电线路，距离为500m，后增至1000m。
1876年，又利用铁路轨道输送了3.6km，后来被用于有轨电车牵引1882年法国德普勒架设首条57km直流试验线路，采用4.5mm 电报线，首端电压1343V，末端850V，输送功率不到200W，损耗78%，把米斯巴赫水电站直流发电机发出的电力送到慕尼黑国际博览会1883年德普勒从法国南部比塞尔到格勒诺布尔进行14km输电试验，输送功率1.1kW时间事件1885年采用6000V高压直流发电机从瓦利尔输电到巴黎，56km，损耗55%1882年10月英国霍普金森（J. Hopkinson）发明直流输电三线制系统，外线到中线110V，两外线之间220V。
远距离输电知识要点归纳一、输电电路的基本分析1．如图所示，发电站的输出电功率为P ，输出电压为U ，用户得到的电功率为P ′，电压为U ′，则输电电流为I ＝PU ＝U －U ′R 线＝U 线R 线. 2．输电导线损失的电压：U 线＝U －U ′＝IR 线．3．输电导线上损失的电功率ΔP ＝P －P ′＝I 2R 线＝(P U )2R 线＝(U 线)2R 线. 4．减少电能损失的基本途径：根据公式ΔP ＝I 2R 线＝(P U)2R 线．可知有两个基本途径： ①减小输电线电阻，如加大输电导线的横截面积，采用电阻率小的材料等；②高压输电，在输送功率一定的条件下，提高电压，减小输送电流．二、远距离高压输电问题的分析1．远距离高压输电的几个基本关系(如图所示)(1)功率关系P 1＝P 2，P 3＝P 4，P 2＝P 线＋P 3(2)电压、电流关系U 1U 2＝n 1n 2＝I 2I 1，U 3U 4＝n 3n 4＝I 4I 3U 2＝U 线＋U 3 I 2＝I 3＝I 线(3)输电电流：I 线＝P 2U 2＝P 3U 3＝U 2－U 3R 线(4)输电导线上损失的电功率P 线＝U 线I 线＝I 2线R 线＝(P 2U 2)2R 线 2．关于远距离输电问题的处理思路常见问题有两类：一类是按发电机→升压→输电线→降压→用电器的顺序分析或按用电器到发电机的顺序分析；还有一类常见的是从中间突破的题目，即由输电线上的功率损失求出输电线上的电流，也就是流过升压变压器副线圈和降压变压器原线圈的电流，再由理想变压器的工作原理推断发电和用电的问题．【例1】某发电站采用高压输电向外输送电能．若输送的总功率为P 0，输电电压为U ，输电导线的总电阻为R.则下列说法正确的是( )A ．输电线上的电流I ＝U RB ．输电线上的电流I ＝P 0UC ．输电线上损失的功率P ＝(P 0U )2RD ．输电线上损失的功率P ＝U 2R【例2】某水电站，用总电阻为2.5 Ω的输电线输电给500 km 外的用户，其输出电功率是3×106 kW ，现用500 kV 的电压输电，则下列说法正确的是( )A ．输电线上输送的电流大小为2.0×105 AB ．输电线上由电阻造成的电压损失为15 kVC ．若改用5 kV 电压输电，则输电线上损失的功率为9×108 kWD ．输电线上损失的功率为ΔP ＝U 2/r ，U 为输电电压，r 为输电线的电阻【例3】某小型水电站的电能输送示意图如图7所示，发电机的输出电压为200 V ，输电线总电阻为r ，升压变压器原副线圈匝数分别为n 1、n 2，降压变压器原副线圈匝数分别为n 3、n 4(变压器均为理想变压器)．要使额定电压为220 V 的用电器正常工作，则( )A.n 2n 1>n 3n 4B.n 2n 1<n 3n 4C ．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压D ．升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率【例4】某小型发电站的发电机输出交流电压为500 V ，输出电功率为50 kW ，如果用电阻为3 Ω的输电线向远处用户送电，这时用户获得的电压和电功率是多少？如果要求输电线上损失的电功率是输送功率的0.6%，则发电站要安装一个升压变压器，到达用户前再用降压变压器变为220 V 供用户使用，不考虑变压器的能量损失，这两个变压器原、副线圈的匝数比各是多少？同步练习：1．对于电能输送的以下说法，正确的是( )A ．输送电能的基本要求是经济实惠B ．减小输电导线上功率损失的唯一方法是采用高压输电C ．减小输电线上电压损失的唯一方法是增大导线的横截面积D ．实际输电时要综合考虑各种因素，如输送功率大小、距离远近、技术和经济要求等2．远距离输电时，输送的电功率为P ，输电电压为U ，输电线的横截面积为S ，线路损失的功率为ΔP ，若将电压提高到10U ，则( )A ．不改变输电线路时，线路上的功率损失为0.01 ΔPB ．不改变输电线路时，用户端的电压为原来的10倍C ．线路功率损失仍为ΔP 时，输电线的横截面积可减小为0.1SD ．不改变输电线路且线路损失功率仍为ΔP 时，输送的功率可增加到10P3．发电厂发电机的输出电压为U 1，发电厂至学校的输电导线的总电阻为R ，通过导线的电流为I ，学校得到的电压为U 2，则输电线上损耗的电压可表示为( )A ．U 1B ．U 1－U 2C ．IRD ．U 24．在远距离输电过程中，若发电机的输出电压不变，则下列叙述中正确的是（ ）A ．升压变压器的原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关B ．输电线中的电流只由升压变压器原副线圈的匝数比决定C ．当用户用电器的总电阻减少时，输电线上损失的功率增大D ．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压5．远距离输送一定功率的交变电流，若送电电压提高到n 倍，则输电导线上（ ）6．中国已投产运行的1000 kV 特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程．假设甲、乙两地原来用500 kV 的超高压输电，输电线上损耗的电功率为P .在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1000 kV 特高压输电，若不考虑其他因素的影响，则输电线上损耗的电功率将变为( )A ．P 4B ．P 2C ．2PD ．4P 7．在如图所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变．随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有A ．升压变压器的输出电压增大B ．降压变压器的输出电压增大C ．输电线上损耗的功率增大D ．输电线上损耗的功率占总功率的比例增大8．某水电站，用总电阻为2.5 Ω的输电线输电给500 km 外的用户，其输出电功率是3×106 kW ，现用500 kV 电压输电，则下列说法正确的是( )A ．输电线上输送的电流大小为2.0×105 AB ．输电线上由电阻造成的损失电压为15 kVC ．若改用5 kV 电压输电，则输电线上损失的功率为9×108 kWD ．输电线上损失的功率为ΔP ＝U 2/r ，U 为输电电压，r 为输电线的电阻9．关于远距离输电，下列表述正确的是( )A ．增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失B ．高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗C ．在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小D ．高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好10．发电厂发电机的输出电压为U 1，发电厂至用户的输电导线的总电阻为R ，通过输电导线的电流为I ，输电线末端的电压为U 2，下面选项表示输电导线上损耗的功率是( )A.U 12RB.(U 1－U 2)2RC ．I 2RD ．I (U 1－U 2) 11．由甲地向乙地输电，输送的电功率一定，输电线的材料一定．设输电电压为U ，输电线横截面积为S ，输电线因发热损失的电功率为ΔP ，那么( )A ．若U 一定，则ΔP 与S 成反比B ．若U 一定，则ΔP 与S 2成反比C ．若S 一定，则ΔP 与U 2成反比D ．若S 一定，则ΔP 与U 成反比12．在远距离输电时,输送的电功率为P,输电电压为U,所用导线电阻率为ρ,横截面积为S,总长度为l,输电线损失电功率为P′,用户得到的电功率为P用,则P′、P用的关系式正确的是( )A.P′2U Slρ= B.P′=22P lU SρC.P用=P-2U SlρD.P用=P(1-2)P lU Sρ13．在电能的输送过程中，若输送的电功率一定、输电线电阻一定时，对于在输电线上损失的电功率，有如下四种判断,其中正确的是（）①和输送电线上电压降的平方成反比②和输送电压的平方成正比③和输送电线上电压降的平方成正比④和输送电压的平方成反比A. ①和②B. ③和④C. ①和④D. ②和③14．发电厂输出功率为9900kW，输电线电阻为2Ω，分别用18kV和110kV的高压输电，则导线上损失的功率分别为___________，________．15.有一台内阻为4 Ω的发电机,供给一个学校照明用电,如图所示.升压变压器匝数比为1:4,降压变压器的匝数比为4:1,输电线的电阻R=4 Ω,全校共22个班,每班有“220 V,40 W”的灯6盏.若保证全部电灯正常发光,则:(1)发电机输出功率多大?(2)发电机电动势多大?(3)输电效率是多少?16．有一条河流，河水流量为4m3/s，落差为5m，现利用它来发电，使用的发电机总效率为50％，发电机输出电压为350V，输电线的电阻为4Ω，允许输电线上损耗功率为发电机输出功率的5％，而用户所需要电压为220V，求所用的理想变压器升压、降压变压器上原、副线圈的匝数比．解析与答案：【例1】BC【例2】B[输电线上输送的电流I＝PU＝3×106 kW500 kV＝6 000 A，A错；输电线上损失的电压为ΔU＝Ir＝6 000×2.5 V＝1.5×104 V＝15 kV，B对；若改用5 kV的电压输电，则输电线上输送的电流I′＝PU′＝3×106 kW5 kV＝6×105 A，输电线上损失的功率ΔP＝I′2r＝(6×105)2×2.5 W＝9×108 kW>3×106 kW，表明电能将在线路上损耗完，则输电线上损失的功率为3×106 kW，C错；D项中输电线上损失的功率ΔP＝U2/r，U应为输电线上损耗的电压，而不是输电电压，D错．]【例3】AD【例4】200 V2×104 W1∶10497∶22解析用500 V电压送电时示意图如图所示，输电线上的电流I0＝P/U0＝50×103/500 A＝100 A.用户获得电压U1＝U0－I0R＝(500－100×3) V＝200 V；用户获得的电功率P1＝I0U1＝2×104 W.改用高压输送时，示意图如下图所示，要求P损＝0.6%P，即P损＝50×103×0.6% W＝300 W.输电电流I＝P损/R＝300/3 A＝10 A.发电站升压后输电电压U＝PI＝50×10310V＝5 000 V，升压变压器匝数比n1/n2＝U0/U＝500/5 000＝1/10. 输电线上损失的电压U′＝I·R＝10×3 V＝30 V，降压变压器的输入电压U 2＝U －U′＝(5 000－30) V ＝4 970 V ，降压变压器的匝数比n 3n 4＝U 2U 3＝4 970220＝49722. [规范思维] 分析此类问题，先画出输电线路图，然后以变压器为界，分成几个独立的闭合回路，应用串、并联电路的特点及电功、电功率有关公式分析各个回路的电流、电压和功率关系．各独立回路之间可通过变压器的n 1n 2＝U 1U 2＝I 2I 1及功率P 入＝P 出等联系起来．同步练习1．D 2．AD 3．BC 4．C 5．ABCD 6．A 7．CD 8．B9．ABD 10．BCD 11．AC 12．BD 13．B 14．605kW ，16.2kW15．解析:(1)对降压变压器:U′2I 2=U 3I 3=nP 灯=22×6×40 W=5280 W.而U′2=41U 3=880 V ∴I 2=2nP U 灯=6 A. 对升压变压器:U 1I 1=U 2I 2=I 22R+U′2I 2= 5424 W.(2)∵U 2=U′2+I 2R=904 V ∴U 1=14U 2=226 V 又∵U 1I 1=U 2I 2 ∴I 1=221U I U =24 A ∴E=U 1+I 1r=322 V . (3)η=P P 有出×100%=52805424×100%=97%. 16．升压1∶8，降压12∶1。
第十章远距离输电1、远距离输电考虑电气参数分布特性的原因：远距离一般指300km以上，由于50Hz工频交流电的1/4波长为1500km，与远距离输电线路长度的数量及接近或相当，所以考虑。
2、线路传播系数γ和线路波阻抗Z是反映长线电气性能的特征量，与线路参数和运行频率有关，而与线路电压、电流无关。
输电线路末端的电压高低与输送的无功功率有关。
换流器控制角越小，输出直流电压越大。
①：Γ=jωsqrt(L0*C0)=jω/ν=jα②：Z=sqrt(L0/C0)=Zc③:ν=1/sqrt(L0*C0)=3*18^8m/s3、自然功率：Pn=U1^2/Zc。
在传输功率等于自然功率条件下，线路任意点的电压均与首、末端电压相等。
其物理意义为：(1)此时在长线输电系统中，线路电容所吸收的容性无功功率，等于线路电感所消耗的无功功率。
(2)当线路输送的功率大于自然功率时，线路电感所消耗的无功功率大于线路电容所发出的无功功率，此时线路末端的电压将低于送端的电压。
(3)当线路输送的功率小于自然功率时，线路电感所消耗的无功功率小于线路电容所发出的无功功率，此时线路末端电压将高于送端的电压。
抑制措施：为此，需用并联电抗器的方法来补偿线路电容发出的无功，抑制电压升高。
4、电容效应（法拉第效应）：空载长线末端电压高于首端电压的现象。
这是由长线线路电容电流流经电感所引起的，法拉第效应引起的工频过电压会对线路绝缘造成伤害，采用超高压并联补偿是限制长线工频过电压的主要手段。
5、并联电抗器的作用：限制线路工频过电压、补偿线路电容无功、配合中性点小电抗抑制潜供电流等。
6、潜供电流(二次电流)：在具有单相重合闸的线路中，当故障相被切除后，通过健全相对故障相的静电和电磁耦合，在接地电弧通道中仍将流过不大的感应电流，称为潜供电流。
7、抑制潜供电流措施：并联电抗器中性点加小电抗的潜供电流补偿方式来抑制潜供电流。
使接地电弧迅速熄灭，以保证单相重合闸的成功。
