电气专业基础知识
第一节 基本定律
1、基尔霍夫电流定律
基尔霍夫电流定律是用来确定连接在同一结点上的各个支路电流间关系的。由于电流的连续性，电路中任何一点（包括结点在内）均不能堆积电荷。因此，在任一瞬时，流向某一结点的电流之和应该等于由该点流出的电流之和。
在任一瞬时，一个结点上电流的代数和恒等于零。如果规定参考方向向着结点的电流取正号，则背着结点的就取负号。
根据计算的结果，这些支路的电流可能是负值，这是由于所选定的电流的参考方向与实际方向相反所致。 2、基尔霍夫电压定律
基尔霍夫电压定律是用来确定回路中各段电压间关系的。如果从回路中任意一点出发，以顺时针方向或逆时针方向沿回路循环一周，则在这个方向上的电位降之和应该等于电位升之和，回到原来的出发点时，该点的电位是不会发生变化的。即电路中任意一点的瞬时电位具有单值性的结果。
第二节 基本概念
1．集肤效应：也叫趋肤效应，是指导体通过交流电流时，导体表面处的电流密度比较大，内部和中心的电流密度比较小的现象。集肤效应的实质是减小了导体的有效截面积。 2．正弦量的三要素及其含义：正弦量的三要素指的是一个正弦量的幅值、频率和初相位。 幅值指的是正弦量的最大瞬时值。正弦量在任一时刻的大小称为瞬时值，交流电量在变化过程中会出现最大瞬时值，我们定义它为幅值，用大写字母表示。
正弦量的频率是正弦量在单位时间内重复的次数，在正弦表达式中，我们一般用角频率来表示。角频率的不同之处就是由它们单位时间所变化的弧度表示，这样使得表达式中与初相位直接对应，因而显得更简明。
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。以上这三个要素对于一个正弦波缺一不可。
3．交流电的谐振：用一定的连接方式将交流电源、电感线圈与电容器组合起来，在一定的条件下，电路可能发生电能与磁能相互交换的现象，此时，外施交流电源仅供电阻上的能量损耗，不再与电感线圈或电容器发生能量转换，这种现象就称为电路发生了谐振。
4．中性点位移：当星形连接的负载不对称时，如果没有中线或中线的阻抗较大，就会出现中性点电压，这样的现象就叫做中性点位移。
5．保护接地：保护接地多用在三相电源中性点不接地的供电系统中。将三相用电设备的外壳导线和接地电阻相连就是保护接地。
6．保护接零：在动力和照明共用的低压三相四线供电制系统中，电源中点接地，这时应采用保护接零，即把设备的外壳导线和中线相联。
7．功率因数及提高功率因数的意义：所谓功率因数是指有功功率P与视在功率S的比值。常用cos?表示。
提高功率因数可以充分发挥电源的潜在能力，同时可以减少线路上的功率损失和电压损
13
失，提高用户电压质量。
8．电力系统的稳定：电力系统正常运行时，原动机供给发电机的功率总是等于发电机送给系统供负荷消耗的功率。当电力系统受到扰动，使上述功率平衡关系受到破坏时，电力系统应能自动地恢复到原来的运行状态，或者凭借控制设备的作用过渡到新的功率平衡状态运行，即所谓电力系统稳定。
9．电力系统的静态稳定：电力系统的静态稳定是指当正常运行的电力系统受到很小的扰动后，能自动恢复到原来运行状态的能力。所谓很小的扰动是指在这种扰动作用下系统状态的变化量很小，如负荷和电压较小的变化等。
10．电力系统得暂态稳定: 暂态稳定是指系统受到较大扰动下的稳定，即系统在某种运行方式下受到大的扰动，功率平衡受到相当大的波动时，能否过渡到一种新的运行状态或者回到原来的运行状态，继续保持同步的能力。这种较大的扰动一般变化剧烈，常常伴有系统网络结构和参数的变化，主要是指系统中电气元件的切除或投入，例如发电机、变压器、线路、负荷的切除或投入以及各种形式的短路或断路故障等。
11．过电压：在电力系统中，各种电压等级的输配电线路、发电机、变压器以及开关设备等，在正常运行状态下，只承受额定电压的作用。但在异常情况下，由于某种原因造成上述电气设备主绝缘或匝间绝缘上的电压远远超过额定电压，虽然时间很短（从几微秒到几十微秒），但电压升高的数值可能很大，如没有防护措施或设备本身绝缘水平较低时，设备绝缘将被击穿，使系统的正常运行遭到破坏。一般将这种对设备绝缘有危害的电压升高称为过电压。
过电压的类型：过电压分为外部过电压（又叫大气过电压）和内部过电压两种类型。其中，外部过电压有分为直接雷电过电压和雷电感应过电压两类，内部过电压又分为操作过电压和谐振过电压等。
12．操作过电压：操作过电压通常是指操作、故障时过渡过程中出现的持续时间较短的过电压。
13．谐振过电压：谐振过电压是指在某些情况下，操作（正常或故障后的操作）后形成的回路的自振荡频率与电源的频率相等或接近时，发生谐振现象，而且持续时间较长，波形由周期性重复的过电压。
14．系统的最大运行方式：指在被保护对象末端短路时，系统的等值阻抗最小时通过保护装置的短路电流。
15．系统的最小运行方式：指在被保护对象末端短路时，系统的等值阻抗最大时通过保护装置的短路电流。
16．涡流损耗：当穿过大块导体的磁通发生变化时，在其中产生感应电动势。由于大块导体可自成闭合回路，因而在感生电动势的作用下就产生感生电流，这个电流就叫涡流。涡流所造成的发热损失就叫涡流损耗。为了减小涡流损耗，电气设备的铁心常用互相绝缘的0.35mm或0.5mm厚的硅钢片叠成。
17．磁滞损耗：在交流电产生的磁场中，磁场强度的方向和大小都不断地变化，铁心被反复磁化和去磁。铁心在被磁化和去磁的过程中，有磁滞现象，外磁场不断地驱使磁畴转向时，为了克服磁畴间的阻碍作用就需要消耗能量。这种能量的损耗就叫磁滞损耗。为了减少磁滞损耗，应选用磁滞回线狭长的磁性材料（如硅钢片）制造铁心。
13
第三节 万用表和兆欧表
一、万用表
万用表是一种具有多种用途和多个量程的直读式仪表。一般的万用表可以用来测量直流电流、直流电压、交流电压、交流电流（钳型电流表）和电阻等。
万用表的使用注意事项
1、正确使用接线柱（或插孔）
红色表笔的进线应接到万用表的红色接线柱上或标有“+”号的插孔内，黑色表笔的进线应接到万用表的黑色接线柱上或标有“-”号的插孔内。测量直流时应用红表笔接正极、黑表笔接负极，这样可以避免因为极性接反而烧坏表头或打弯指针。使用欧姆档测量电阻时，因使用表内的电池，其红表笔是接电池的负极、黑表笔接电池的正极。这一点在测试晶体二极管和三极管时更要注意。有的万用表还有专用的欧姆档接线柱，或专用的交、直流2500V的接线柱、或大电流接线柱等。它们的另一公用柱都用黑色接线柱。测电流时，表应和电路串联；测电压时，表应和电路并联。
2、正确选择档位
万用表档位包括测量种类的选择和量程的选择，档位选择错了，就有可能烧坏万用表，例如测电压时，将档位错放在欧姆档或电流档。有的万用表面板上有两个档位旋钮，一个选择测量种类，另一个选择测量量程。使用时，应先选择测量种类，后选择测量量程；若不清楚所测值的量程，应先选用较大大量程，后选用较小的量程。另外，为了使测量结果准确，量程的选择应使读数在标度尺的一定刻度范围内，例如，在测量电流和电压时，应使指针的偏转在满刻度偏转的1/2以上；测量电阻时，应使被测电阻尽量接近标度尺的中心等。
若用万用表欧姆档测试晶体管参数时，不要用R?1档，此档电流过大；或R?10k档，此档电压过高，以免损坏晶体管。
万用表在使用完毕后，应把转换开关旋至“OFF”档或交流电压的最高档，这样，可以防止下次测量时，由于粗心而将表烧坏。
3、测量之前要调零
为了测量准确，在测量之前要看万用表的指针是否指在零位上，如不指零，应调整表盖上的机械零位调节器，使之指零。在测量电阻之前，还要进行欧姆调零。欧姆调零是将转换开关旋至相应的电阻档上，将两表笔短接，然后调节调零旋钮，使指针指零。每次换欧姆档都要重复这一步骤。欧姆调零时间要短，以减少电池的消耗。如果调不到零位，则说明电池电压已经太低，不能再用了，应更换新电池。
4、正确读数
万用表的标度盘上有多条标度尺，它们分别在测量不同对象时使用。例如，标有“DC”或“-”的标度尺是测量直流时用；标有“AC”或“～” 的标度尺是测量交流时用；标有“?”的标度尺是测量电阻用的等等。读数时，表要放平，目光应与表面垂直。有的万用表在表面的刻度线下还有?一条弧形镜子，读数时，表针应与镜中的影子重合，这样，读数才准确。
5、注意安全
1）测量电阻时，严禁被测电阻在带电的情况下测量；
2）测量高压电时，要使用符合电压等级的表笔，握表笔的手不要触到金属触针上；
3）测量电阻时应戴上绝缘手套；
13
4）测量电压和电流时，不要带电旋转转换开关的旋钮。
二、兆欧表
兆欧表是用来测量绝缘电阻的仪表，它本身装有高压手摇直流发电机，测量时要摇动发电机的手柄，故又称作摇表。测量高压电气设备的绝缘电阻用摇表是必要的，因为在低压下测量的绝缘电阻值并不能反映在高压工作时的真实绝缘电阻值。
兆欧表的使用注意事项： 1、表的选择
兆欧表的选择包括两方面，一是电压值；另一是测量范围。兆欧表的电压有250V、500V、1000V、2500V、5000V等几种，我们常用的有500V、1000V、2500V三种。测量范围有0～50M?，0～500M?，0～1000M?，0～2000M?，0～5000M?，0～10000M?等。选择时应根据被测量电气设备的额定电压，及其绝缘电阻的要求而定。
2、使用前的检查
使用前的检查一般有两项：一是将接线端子开路，摇动手柄使发电机达到额定转速(120r/min)，看指针是否指“?”；另一是将“线”和“地”接线端子短路，轻轻摇动手柄，看指针是否指“0”。如果指针指示不对，则需修理后再使用。
3、注意安全
1）不可在设备带电的情况下测量其绝缘电阻；
2）对有电容的高压设备，在其停电后，应先验电，还必须进行充分放电后方可测绝缘
电阻；
3）用摇表摇过的设备也要及时放电； 4）摇测绝缘时应戴上绝缘手套；
5）雷雨天，禁止对设备进行摇测绝缘电阻。 4、表的接线端子连接
一般测量时，被测电阻接在“线”（L）和“地”（E）端子间。测量表面泄漏电流比较大的设备时，以电缆为例，除了表面擦拭干净外，应将电缆线芯接“线”、电缆外皮接“地”、电缆绝缘表面层接“屏”端子。这样表面泄漏电流就不经表头而经“屏”端子，从而消除表面泄漏电流的影响，达到测量的准确性。另外，连接线一定要绝缘良好，否则，会影响测量绝缘电阻值。当连接线较长时，还要将连接线固定好，避免发生连接线碰到其它的带电设备上，造成短路事故。
5、手摇发电机的操作
开始测量时，手摇速度应该慢些，以防被测绝缘损坏或有短路时，造成摇表的损坏。测量时，要求转速达到120r/min，且要保持匀速，否则，发电机的电压过低，将影响测量结果。
6、读数
读数要等指针稳定指示时才读，否则，会由于电容电流、吸收电流影响测量的结果。如果由于某些大型设备的电容较大，指针一直稳定不下来，则取60s后的读数。另外，由于兆欧表是无定位的表，所以表要放平，否则也会带来读数的误差。
7、测量结果的的比较与换算
1 为了比较，将测量结果换算至前次测量或厂家测量温度下的数值。其换算公式如下 T?t Rt?RT?1.610 式中 Rt——换算到t?C时的绝缘电阻值（M?）；
13
RT——在T?C时所测量的绝缘电阻值（M?）；
； T——测量绝缘电阻时的温度（?C）
。 t——换算的温度（?C）
第四节 发电机及运行
一、同步发电机的分类
同步发电机因用途不同，结构也相差甚大，一般可按其原动机的类型、本体结构和安装方式进行分类。
（1）按原动机的类别，同步发电机可分为——汽轮发电机、水轮发电机、燃汽轮发电机及柴油发电机等。
（2）按冷却介质，可分为——空气冷却、氢气冷却和水冷却等。 （3）按主轴安装方式，可分为——卧式安装和立式安装等。 （4）按本体结构，可分为旋转电枢式和旋转磁极式等。
同步发电机的结构，主要是由原动机的特性决定的。如汽轮发电机，由于转速高达3000r/min，故极对数少，转子采用隐极式，卧式安装；水轮发电机由于转速（一般在750及r/min以下）故其极对数多，转子采用凸极式，立式安装。 二、发电机的规范 1、发电机的型号
发电机的型号表示该台发电机的类型和特点。我国发电机型号的现行标注法采用汉语拼音法。下面是几个常用符号的意义：
T（位于第一字）— 同步；Q（位于第一或第二字）— 汽轮机；Q（位于第三字）— 氢冷；F — 发电机；N — 氢内冷；S或SS — 水冷；W—无刷励磁。
例如：TQN表示氢内冷同步汽轮发电机；QFS表示水内冷汽轮发电机；QFQS表示定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷、铁心氢冷的汽轮发电机。我公司的QFW-60-2为无刷励磁汽轮发电机（功率为60MW；极数为2） 2、同步发电机的主要技术数据 （1）额定容量：是指发电机在设计技术条件下运行时输出的视在功率，用KVA或MVA表示； （2）额定功率：是指发电机输出的有功功率，用KW或MW表示；
（3）额定定子电压：指发电机在设计技术条件下运行时，定子绕组出线端的额定线电压，用KV表示；
（4）额定定子电流：指发电机定子绕组出线的额定线电流，用A表示；
（5）额定功率因数：指发电机在额定功率下运行时，定子电压和定子电流之间允许的相角差的余弦值，即cos?值；
（6）额定转速：指正常运行时发电机的转速，用r/min（每分钟转速）表示。我国生产的汽轮发电机转速均为3000r/min；
（7）额定频率：我国电网的额定频率为50HZ（即每分钟50周）；
（8）额定励磁电压：指发电机励磁电流达到额定值时，额定出力运行在稳定温度时的励磁电压，用V或KV表示；
（9）额定励磁电流：指发电机在额定出力时，转子绕组通过的励磁电流，用A或KA表示； (10)额定温度：指发电机在额定功率运转时的最高允许温度（℃）；
13
培训教材(电气)
