基本電氣常識
脈動電流----大小隨時間變化而方向不變的電流,叫做脈動電流。
視在功率----在具有電阻和電抗的電路內,電壓與電流的乘積叫做視在功率,用字母S來表示,單位為瓦特。
相電壓----三相輸電線(火線)與中性線間的電壓叫相電壓。
線電壓----三相輸電線各線(火線)間的電壓叫線電壓,線電壓的大小為相電壓的1.732倍。
磁滯損耗----放在交變磁場中的鐵磁體,因磁滯現象而產生一些功率損耗,從而使鐵磁體發熱,這種損耗叫磁滯損耗。
擊穿---絕緣物質在電場的作用下發生劇烈放電或導電的現象叫擊穿。
電磁感應---當環鏈著某一導體的磁通發生變化時,導體內就出現電動勢,這種現象叫電磁感應。
趨膚效應---又叫集膚效應,當高頻電流通過導體時,電流將集中在導體表面流通,這種現象叫趨膚效應
電壓閃變——電壓短時間超出規定范圍的擺動或擾動,屬于無功沖擊問題,與負荷的啟動特性有關,但網絡的運行方式、參數及無功補償類型對該問題也有相當影響。產生的原因有,如大電機重負荷啟動及切斷過程,在極端情況下可使設備斷電或設備損壞,例如照明系統有感的閃爍現象。
三相不平衡——三相電源各相的電壓不對稱。是各相電源所加的負荷不均衡所致,屬于基波負荷配置問題。會使變壓器內產生環流(及過熱),并可使電動機的效率降低。發生三相不平衡即與用戶負荷特性有關,同時與電力系統的規劃、負荷分配也有關。
頻率偏差——電壓的頻率超出額定頻率規定時限。屬于基波有功問題,它與電力系統有功儲備有關,和電壓偏差一樣是電力部門認識較早、研究較成熟、控制方式與手段較完善的電能質量指標。
電壓偏差——長時間的偏離額定電壓。該問題屬于基波無功的范疇,主要與電能傳輸的導線直徑、供電距離、潮流分布、調壓方式、無功補償容量等因素有關。欠電壓可導致設備工作不正常,例如鼠籠型電動機過熱和接觸器吸引線圈釋放。過電壓可使多種電子和電氣設備長久性的(絕緣)損壞。
勵磁涌流——當變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復時,則可能出現數值很大的勵磁電流,即為勵磁涌流。這是因為在穩態工作情況下,鐵心中的磁通不能突變,因此,將出現一個非周期分量的磁通,其幅值為+Φm。這樣在經過半個周期以后,鐵心之中的磁通達到2Φm。其數值可達額定電流的6~8倍,嚴重情況下其峰值可達額定電流的10到20倍,從而導致變壓器保護的誤動作。
無功功率
在交流電路中,由電源供給負載的電功率有兩種;一種是有功功率,一種是無功功率。
有功功率是保持用電設備正常運行所需的電功率,也就是將電能轉換為其他形式能量(機械能、光能、熱能)的電功率。比如:5.5千瓦的電動機就是把5.5千瓦的電能轉換為機械能,帶動水泵抽水或脫粒機脫粒;各種照明設備將電能轉換為光能,供人們生活和工作照明。有功功率的符號用P表示,單位有瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)。
無功功率比較抽象,它是用于電路內電場與磁場的交換,并用來在電氣設備中建立和維持磁場的電功率。它不對外作功,而是轉變為其他形式的能量。凡是有電磁線圈的電氣設備,要建立磁場,就要消耗無功功率。比如40瓦的日光燈,除需40多瓦有功功率(鎮流器也需消耗一部分有功功率)來發光外,還需80乏左右的無功功率供鎮流器的線圈建立交變磁場用。由于它不對外做功,才被稱之為“無功”。無功功率的符號用Q表示,單位為乏(Var)或千乏(kVar)。
無功功率決不是無用功率,它的用處很大。電動機需要建立和維持旋轉磁場,使轉子轉動,從而帶動機械運動,電動機的轉子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率,才能使變壓器的一次線圈產生磁場,在二次線圈感應出電壓。因此,沒有無功功率,電動機就不會轉動,變壓器也不能變壓,交流接觸器不會吸合。為了形象地說明這個問題,現舉一個例子:農村修水利需要開挖土方運土,運土時用竹筐裝滿土,挑走的土好比是有功功率,挑空竹筐就好比是無功功率,竹筐并不是沒用,沒有竹筐泥土怎么運到堤上呢?
在正常情況下,用電設備不但要從電源取得有功功率,同時還需要從電源取得無功功率。如果電網中的無功功率供不應求,用電設備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場,那么,這些用電設備就不能維持在額定情況下工作,用電設備的端電壓就要下降,從而影響用電設備的正常運行。
無功功率對供、用電產生一定的**影響,主要表現在:
(1)降低發電機有功功率的輸出。
(2)降低輸、變電設備的供電能力。
(3)造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加。
(4)無功功率會導致電流增大和視在功率增加,導致設備容量增加。
(5)造成低功率因數運行和電壓下降,使電氣設備容量得不到充分發揮,沖擊性無功負載還會使電壓劇烈波動。
從發電機和高壓輸電線供給的無功功率,遠遠滿足不了負荷的需要,所以在電網中要設置一些無功補償裝置來補充無功功率,以保證用戶對無功功率的需要,這樣用電設備才能在額定電壓下工作。這就是電網需要裝設無功補償裝置的道理。
功率因數
電網中的電力負荷如電動機、變壓器等,屬于既有電阻又有電感的電感性負載。電感性負載的電壓和電流的相量間存在著一個相位差,通常用相位角φ的余弦cosφ來表示。cosφ稱為功率因數,又叫力率。功率因數是反映電力用戶用電設備合理使用狀況、電能利用程度和用電管理水平的一項重要指標。三相功率因數的計算公式為:
式中cosφ——功率因數;
P——有功功率,kW;
Q——無功功率,kVar;
S——視在功率,kV。A;
U——用電設備的額定電壓,V;
I——用電設備的運行電流,A。
功率因數分為自然功率因數、瞬時功率因數和加權平均功率因數。
(1)自然功率因數:是指用電設備沒有安裝無功補償設備時的功率因數,或者說用電設備本身所具有的功率因數。自然功率因數的高低主要取決于用電設備的負荷性質,電阻性負荷(白熾燈、電阻爐)的功率因數較高,等于1,而電感性負荷(電動機、電焊機)的功率因數比較低,都小于1。
(2)瞬時功率因數:是指在某一瞬間由功率因數表讀出的功率因數。瞬時功率因數是隨著用電設備的類型、負荷的大小和電壓的高低而時刻在變化。
(3)加權平均功率因數:是指在一定時間段內功率因數的平均值,其計算公式為:
提高功率因數的方法有兩種,一種是改善自然功率因數,另一種是安裝人工補償裝置。
諧波
電壓波形畸變。屬于負荷特性問題,是非線性負荷造成的,與非線性負荷所固有的特性有關。與供電質量關系不大,網絡的運行方式、結構參數、儲能設備的配置對諧波問題有重要影響。只要有非線性負荷接入電網,就會產生諧波。其結果造成變壓器中由于渦流及磁滯損耗的加大而過熱、電動機過熱和轉矩下降,以及中性線和補償電容器過熱。
電力電子裝置還會產生諧波,對公用電網產生危害,包括:
(1)諧波使電網中的元件產生附加的諧波損耗,降低發電,輸電及用電設備的效率,大量的3次諧波流過中性線會使線路過熱甚至發生火災。
(2)諧波影響各種電氣設備的正常工作,使發電機發生機械振動、噪聲和過熱,使變壓器局部嚴重過熱,使電容器、電纜等設備過熱、使絕緣老化、壽命縮短以至損壞。
(3)諧波會引起電網中局部的并聯諧振和串聯諧振,從而使諧波放大,會使上述(1)和(2)兩項的危害大大增加,甚至引起嚴重事故。
(4) 諧波會導致繼電保護和自動裝置的誤動作,并使電氣測量儀表計量不準確。
(5)諧波會對鄰近的通訊系統產生干擾,輕者產生噪音,降低通信質量,重者導致信息丟失,使通信系統無法正常工作。