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電力系統(tǒng)部件

供應(yīng)

所有的電力系統(tǒng)都有一個(gè)或多個(gè)電源。對(duì)于某些電力系統(tǒng)，電源在系統(tǒng)外部，但對(duì)于其他系統(tǒng)，它是系統(tǒng)本身的一部分，這一部分的其余部分將討論這些內(nèi)部電源。直流電源可以通過以下方式提供電池,燃料電池或者光伏電池。交流電通常是由轉(zhuǎn)子提供的，該轉(zhuǎn)子在一個(gè)被稱為汽輪發(fā)電機(jī)。已經(jīng)有多種技術(shù)用于旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子，從蒸汽加熱使用化石燃料(包括煤、天然氣和石油)或核能下落的水(水力發(fā)電)和風(fēng)(風(fēng)力).

轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度與發(fā)電機(jī)的極數(shù)一起決定了發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電的頻率。單個(gè)同步系統(tǒng)上的所有發(fā)電機(jī)，例如全國(guó)高壓輸電線網(wǎng)，以相同速度的子倍數(shù)旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生相同頻率的電流。如果系統(tǒng)的負(fù)荷增加，發(fā)電機(jī)需要更大的扭矩才能以這個(gè)速度旋轉(zhuǎn)，在蒸汽發(fā)電站中，必須向驅(qū)動(dòng)它們的渦輪機(jī)提供更多的蒸汽。因此，所使用的蒸汽和消耗的燃料與所提供的電能直接相關(guān)。包含電力電子設(shè)備的發(fā)電機(jī)除外，例如無(wú)齒輪風(fēng)力渦輪機(jī)或者通過異步連接(例如(同high-voltagedirectcurrent)高壓直流電鏈路——它們可以在獨(dú)立于電力系統(tǒng)頻率的頻率下工作。

根據(jù)磁極的饋電方式，交流發(fā)電機(jī)可以產(chǎn)生不同數(shù)量的相位。更高的相數(shù)導(dǎo)致更有效的電力系統(tǒng)運(yùn)行，但也增加了系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施要求。電網(wǎng)系統(tǒng)連接多個(gè)以相同頻率運(yùn)行的發(fā)電機(jī):最常見的是50或60赫茲的三相發(fā)電機(jī)。

電源有一系列設(shè)計(jì)考慮因素。這些范圍從顯而易見的:發(fā)電機(jī)應(yīng)該能夠提供多少功率?啟動(dòng)發(fā)電機(jī)的可接受時(shí)間長(zhǎng)度是多少(有些發(fā)電機(jī)可能需要幾個(gè)小時(shí)才能啟動(dòng))?電源的可用性是否可以接受(有些可再生能源只有在陽(yáng)光明媚或刮風(fēng)的時(shí)候才可用)?更技術(shù)性的問題是:發(fā)電機(jī)應(yīng)該如何啟動(dòng)(一些渦輪機(jī)像馬達(dá)一樣運(yùn)轉(zhuǎn)，以使自己達(dá)到速度，在這種情況下，它們需要一個(gè)合適的啟動(dòng)電路)?渦輪機(jī)的機(jī)械運(yùn)行速度是多少，因此所需的極數(shù)是多少?什么類型的發(fā)電機(jī)合適(同步的或者異步的)和什么類型的轉(zhuǎn)子(鼠籠轉(zhuǎn)子、繞線轉(zhuǎn)子、凸極轉(zhuǎn)子或圓柱形轉(zhuǎn)子)?

負(fù)荷

電力系統(tǒng)向執(zhí)行某項(xiàng)功能的負(fù)載輸送能量。這些負(fù)載范圍從家用電器到工業(yè)機(jī)械。大多數(shù)負(fù)載都期望有一定的電壓，對(duì)于交流設(shè)備，還期望有一定的頻率和相數(shù)。例如，家用電器通常是單相的，工作頻率為50或60赫茲，電壓在110至260伏之間(取決于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn))。大型中央空調(diào)系統(tǒng)是一個(gè)例外，因?yàn)樵谝恍﹪?guó)家，這些系統(tǒng)通常是三相的，因?yàn)檫@樣可以更有效地運(yùn)行。所有電器也有額定功率，它規(guī)定了設(shè)備消耗的功率。在任何時(shí)候，電力系統(tǒng)負(fù)載消耗的凈電量必須等于電源產(chǎn)生的凈電量減去傳輸過程中損失的電量。

負(fù)載的最后一個(gè)考慮與電能質(zhì)量有關(guān)。除了持續(xù)過壓和欠壓(電壓調(diào)節(jié)問題)以及持續(xù)偏離系統(tǒng)頻率(頻率調(diào)節(jié)問題)之外，電力系統(tǒng)負(fù)載還會(huì)受到一系列時(shí)間問題的不利影響。這些包括電壓驟降、驟降和膨脹、瞬態(tài)過電壓、閃爍、高頻噪聲、相位不平衡和功率因數(shù)差。當(dāng)負(fù)載的電源偏離理想值時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)電能質(zhì)量問題。當(dāng)涉及到專業(yè)工業(yè)機(jī)械或醫(yī)院設(shè)備時(shí)，電能質(zhì)量問題尤其重要。

導(dǎo)體

導(dǎo)體將電力從發(fā)電機(jī)輸送到負(fù)載。在一個(gè)格子，導(dǎo)體可歸類為屬于傳輸系統(tǒng)，它將大量高壓(通常超過69千伏)電力從發(fā)電中心輸送到負(fù)載中心，或分配制度，它以較低的電壓(通常低于69千伏)從負(fù)載中心向附近的家庭和工業(yè)提供少量電力。

導(dǎo)體的選擇基于成本、傳輸損耗和金屬的其他理想特性(如抗拉強(qiáng)度)等考慮。銅電阻率低于鋁金屬曾經(jīng)是大多數(shù)電力系統(tǒng)的首選導(dǎo)體。然而，在相同的載流能力下，鋁的成本較低，現(xiàn)在通常是首選導(dǎo)體。架空管道導(dǎo)體可以用鋼或鋁合金加固。

導(dǎo)體的額定電流通常是在給定的環(huán)境溫度下，導(dǎo)體所能承受的最大電流。當(dāng)電流流過導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體會(huì)變熱。對(duì)于絕緣導(dǎo)線，額定值由絕緣決定。對(duì)于裸導(dǎo)線，額定值由導(dǎo)線下垂變得不可接受的點(diǎn)決定。

Electrical energy system專業(yè)課程

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