第03章电的生产与输送

课题

第三章电力的产生和输送

第一节电力的产生

第二节电力的输送和分配

课型

新课授课班级授课时数 2 教学目标

1．了解电能的产生（电力生产）。

2．了解电能的输送和分配原则。

教学重点

1．电力的生产方式。

2．电力系统、工业与民用供电系统的组成。

3．供电质量。

教学难点

电力系统、工业与民用供电系统的组成和分配原则。

学情分析

教学效果

教后记

新课

Ａ、引入

人们日常生活中使用电是如何产生的？产生的电又是怎样从发电厂输送到用户的呢？

B、新授课

第一节电力的产生

1．电能的特点

自然界的能源可分为一次能源和二次能源两类，一次能源是指自然界中现成存在的可直接利用的能源，如煤、风、水等能源；二次能源是指由一次能源加工转换而成的能源，包括电能和燃油等。

与其他形式的能源比较，电能具有以下几个方面的特点：

（1）便于转换。

（2）便于输送。

（3）便于控制和测量。

（4）电能的生产、输送和使用比较经济、高效、清洁、污染少，有利于节能和保护环境。

2．电力的生产

目前电力的生产主要是以下三种方式：

（1）火力发电

火力发电是通过煤、石油和天然气等燃料燃烧来加热水，产生高温高压的蒸汽，再用蒸汽来推动汽轮机旋转并带动三相交流同步发电机发电。

（2）水力发电

水力发电是利用水的落差和流量去推动水轮机旋转并带动发电机发电。

（3）原子能发电

原子能发电是利用原子核裂变时释放出来的巨大能量来加热水，产生高温高压的蒸（结合生活实例讲解）

汽推动汽轮机从而带动发电机发电。

此外，还有风力发电、太阳能发电、地热发电和潮汐发电等。

电能与其他能量的相互转换关系如上图所示。

第二节电力的输送和分配

一、电力系统

为了供电的安全连续可靠和经济，将各类发电厂的发电机、变电所、输电线、配电设备和用电设备联系起来组成一个整体，这个整体就称为电力系统，如图所示。

由于发电厂往往建立在离用电中心很远的地方，因此，必须进行远距离输电。

从输电角度来讲，电压越高，则输送的距离越远，传输的容量就越大，电能的消耗也越小。

但从用电角度来讲，为了人身安全和降低用电设备的制造成本，则希望电压低些为好。

为此，大中型发电厂发出的电都要经过升压，然后由输电线送到用电区，再进行降压并分配给用户。即采用高压输电，低压配电的方式。

对于低压供电的用户，则不用变压，只需设置仅有变电和配电设备的配电所就行了，系统如图所示。

二、工业与民用供电系统

1．小型工业与民用建筑设施的供电

小型工业与民用建筑设施的供电，一般只需设立一个简单的降压变电所，供电系统如图所示。

2．中型工业与民用建筑设施的供电

中型工业与民用建筑设施的供电，一般电源进线维6 10 kV，经高压配电所，再由6 10kV配电线路将电能送到各建筑物的变电所，降为380 V/220 V低压，供给用电设备，如图所示。

3．大型工业与民用建筑设施的供电

大型工业与民用建筑设施的供电，电源进线一般为35 kV或以上，第一次降压为6 10 kV，然后用配电线路送到各用电点的变电所，再降为380 V/220 V电压，也有35 kV直接降为低压的，如图所示。

三、供电质量

供电质量包括供电的可靠性、电压质量、频率质量及电压波形质量等方面。

1．供电的可靠性

供电的可靠性用事故停电到恢复供电所需时间的长短来反映。电力负荷通常分为三类：

（1）一类负荷

一类负荷是指当停电时将产生大量废品，减产或造成公共场所秩序严重混乱的部门，一般采用两个独立的电源系统供电。

（2）二类负荷

二类负荷是指停电时可能引起人身伤亡、造成重大政治影响、设置损坏、产生事故或混乱的场所，一般由两路电源线进行供电。

（3）三类负荷

第三类负荷是指不属于上述第一、二类负荷的用户，其供电方式一般为单路。

2．电压质量

国家规定：35 kV及以上供电电压允许偏差为 ± 10 %，10 kV及以下的供电电压允许偏差为 ± 7 %，220 V单相供电允许偏差为 + 5 % -10 %。

3．频率质量

我国交流电力设备的额定频率为50 H Z ，频率偏差一般不超过 ± 0.5 H Z 。若电力系统容量达3 000 M W以上时，频率偏差不得超过 ± 0.2 H Z 。

4．电压波形质量

由于大型晶闸管整流装置及一些新零件的使用，导致供电系统中电流、电压波形发生变化，使其他用电设备损耗增大、寿命缩短，过大的畸变还会影响一些电气设备正常工作。 （结合实例讲解）

练习1．目前电力生产的三种主要方式是（ ）。

A．火力发电 B．水力发电 C．太阳能发电 D．核能发电2．在下列场所中，属于一类负荷的是（ ）。

A．交通枢纽 B．炼钢厂 C．居民家庭 D．电影院

3．学校属于（ ）类负荷。

A．一类 B．二类 C．三类

小结

1．电能具有便于转换、便于输送、便于控制和测量等几个方面的特点。

2．目前电力生产的主要方式是火力发电、水力发电和原子能发电三种。

3．电力系统由发电厂、变电所、电力网和电能用户组成。发电厂发出的电压经升压变压器升压后，由高压输电网输送到用电区域；再经一次、二次降压变压器降压，然后送到用电户，再分配给低压用电设备使用。我国的一般工业和民用电为50H Z、220V或380V交流电。

4．供电质量包括供电的可靠性、电压质量、频率质量及电压波形质量等四个方面。

5．电力负荷通常分为三类，分类等级越高，对供电系统的可靠性、稳定性的要求就越高。

布置作业

课题

第三章电力的产生和输送

第三节变压器的用途和原理课型

新课授课班级授课时数 2 教学目标

1．掌握变压器的基本结构。

2．掌握变压器的工作原理。

3．了解变压器的主要用途。

教学重点

1．变压器的基本原理。

2．变压器的变压比和变流比。

教学难点

变压器的工作原理和外特性。

学情分析

教学效果

教后记

新课

Ａ、引入

变压器是一种利用电磁感应原理，将某一数值的交变电压变换为同

一频率的另一数值的交变电压的静止的电气设备。

B、新授课

第三节变压器的用途和原理

一、变压器的用途

变压器按照用途主要分为以下几类：

1．电力变压器

变压器最主要的用途是作为输、配电用的电力变压器。

因为发电厂发出的电能被输送到用户通常要通过很长的输电线，根据三相电功率的

公式，在输送功率和负载功率因数一定时，输电线路上的电压U 越高，则电流I就越

小，这不仅可以减小输电线的截面积，节约线材，而且可以减小输电线路的功率损耗。

这就促使输电线路的电压由高压向超高压和特高压不断升级。

2．特种变压器

是指在特殊场合使用和特别用途的变压器，例如电焊机变压器、电炉变压器、控制

变压器、整流变压器、自耦变压器等。

3．仪用变压器

用于仪表测量技术中，如电流互感器、电压互感器等。

（结合实

例讲解）

（详细讲

解）

4．其他变压器

如高压变压器、脉冲变压器等。

二、变压器的基本结构 变压器是由铁心和绕组两部分组成。 1．铁心

铁心构成电磁感应所需要的磁路。为了减少涡流损耗，铁心通常用磁导率高而又互相绝缘的硅钢片相叠合而成。

2．绕组

变压器的绕组用绝缘良好的漆包线、纱包线或丝包线绕成。

变压器工作时与负载相互连接的绕组称为二次绕组（或副边绕组），与电源连接的绕组称为一次绕组（或原边绕组）。一次和二次绕组的匝数一般分别记为1N 和2N 。

变压器一次和二次的电压的有效值分别记为1U 和2U ，电流有效值分别记为1I 和

2I 。

三、变压器的基本原理 1．电磁感应

图示电路，接上正弦波电压，则线圈中将产生正弦波电流，同时在铁心中有正弦交变磁通穿过绕组，所以二次绕组中产生感应电动势、感应电流，灯泡发出暗光。

（有条件可结合动画演示讲解）

(详细讲解)

这说明：交流电流产生交变磁场，交变磁场感应出交变电压。 2．理想变压器 如果认为变压器采用的铁心是强磁性体，并且无损耗，那么变压器可以看成是理想变压器。 强磁性体：就是流经一次绕组所产生的磁通全部跟二次绕组链合。 对于理想变压器，以下关系成立。 2121n n U U =

( 电压与绕组匝数成正比 ) 1221n n I I =

（电流与绕组匝数成反比） 四、变压器的空载运行和变压比

绕组中每匝中感应的电压相等，因为每匝都与同一交变磁场耦合。变压器二次绕组的匝数越多，则二次电压就越大。 同理，变压器一次侧每匝电压是相同的。 如果变压器的一次、二次与同一磁场相耦合，则一次、二次每匝上的电压将相等。即二次对一次的电压比与二次对一次的匝数比相等。 即：1212::n n U U =

五、变压器的负载运行和变流比

理想变压器在带负载的情况下运行，其内部不消耗功率，输入变压器的功率全部消耗在负载上，即： 2211I U I U =。

K

n n U U I I 1121221=== 变压器一次、二次电流比恒等于变压器一次、二次匝数比的倒数。 六、变压器的外特性 变压器运行时，改变负载就会影响二次输出电压与电流的大小。

在变压器负载阻抗2Z 改变时，二次电压与二次电流之间的关系称为变压器的外特性。 交流供电系统中，用电设备通常要通过变压器接入电压电源。在变压器一次接入额定电压、二次侧开路时，二次电压叫开路电压20U ，这个电压是变压器二次的额定电压。即20N 2U U =。变压器的二次接入负载后，有电流输出，二次绕组产生压降，输出电压变为2U ，变压器二次输出电压2U 随输出电流2I 改变的关系称为变压器的外特性。不同用途的变压器具有不同的外特性。

变压器的外特性通常是在一次电压1U ，负载功率因数2cos φ为定的条件下测试出

来。变压器次级输出电压 2U 随输出电流2I 的增加而减小，从空载时的电压N 2U 到电

流达到额定值N 2I 时，次级电压降为 2U ，变化的程度用电压变化率表示：

%100%22

2N ?-=?N

U U U U 一般电力变压器（如工厂动力用变压器，居民照明用变压器），电压变化率小于5%～

10%。

七、变压器的效率 变压器工作时，要有功率损耗，造成变压器的输出功率O P 小于输入功率i P 。变压

器的损耗包括：铜损和铁损。 1．铜损是因变压器绕组的铜线有一定量的电阻而产生的，电流通过一次、二次绕

组要产生热量而损失电能。

2．铁损是铁心发热而产生的。

变压器的效率是其输出有功功率 O P 与其输入有功功率 i P 的比值，一般用字母

表示。

=ηO P /i P

练习

对于一次绕组

1

n = 1 500，二次绕组

2

n = 150 的变压器，若在一次侧施加电压1

U= 1 000 V，问二次电压是多少伏？若一次电流

1

I = 5 A，则二次电流为多少安？

小结

1．变压器按照用途主要分为电力变压器、仪用互感器、特种变压器和其他用途的变压器等几类。

2．铁心和绕组（线圈）是变压器最基本的组成部分。铁心构成变压器的磁路;绕组分为一次绕组和二次绕组。

布置作业习题

3 -3、3 - 5