基本电气常识
电气所小课堂第三讲，开课了...
脉动电流：大小随时间变化而方向不变的电流，叫做脉动电流。
视在功率：在具有电阻和电抗的电路内，电压与电流的乘积叫做视在功率，用字母S来表示，单位为瓦特。
相电压：三相输电线（火线）与中性线间的电压叫相电压。
线电压：三相输电线各线（火线）间的电压叫线电压，线电压的大小为相电压的1.732倍。
磁滞损耗：放在交变磁场中的铁磁体，因磁滞现象而产生一些功率损耗，从而使铁磁体发热，这种损耗叫磁滞损耗。
击穿：绝缘物质在电场的作用下发生剧烈放电或导电的现象叫击穿。
电磁感应：当环链着某一导体的磁通发生变化时，导体内就出现电动势，这种现象叫电磁感应。
趋肤效应：又叫集肤效应，当高频电流通过导体时，电流将集中在导体表面流通，这种现象叫趋肤效应
电压闪变：电压短时间超出规定范围的摆动或扰动，属于无功冲击问题，与负荷的启动特性有关，但网络的运行方式、参数及无功补偿类型对该问题也有相当影响。产生的原因有，如大电机重负荷启动及切断过程，在极端情况下可使设备断电或设备损坏，例如照明系统有感的闪烁现象。
三相不平衡：三相电源各相的电压不对称。是各相电源所加的负荷不均衡所致，属于基波负荷配置问题。会使变压器内产生环流(及过热),并可使电动机的效率降低。发生三相不平衡即与用户负荷特性有关，同时与电力系统的规划、负荷分配也有关。
频率偏差：电压的频率超出额定频率规定时限。属于基波有功问题，它与电力系统有功储备有关，和电压偏差一样是电力部门认识较早、研究较成熟、控制方式与手段较完善的电能质量指标。
电压偏差：长时间的偏离额定电压。该问题属于基波无功的范畴，主要与电能传输的导线直径、供电距离、潮流分布、调压方式、无功补偿容量等因素有关。欠电压可导致设备工作不正常，例如鼠笼型电动机过热和接触器吸引线圈释放。过电压可使多种电子和电气设备永久性的(绝缘)损坏。
励磁涌流：当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，则可能出现数值很大的励磁电流，即为励磁涌流。这是因为在稳态工作情况下，铁心中的磁通不能突变，因此，将出现一个非周期分量的磁通，其幅值为+Φm。这样在经过半个周期以后，铁心之中的磁通达到2Φm。其数值可达额定电流的6～8倍，严重情况下其峰值可达额定电流的10到20倍，从而导致变压器保护的误动作。
无功功率：
在交流电路中，由电源供给负载的电功率有两种；一种是有功功率，一种是无功功率。
有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率。比如：5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒；各种照明设备将电能转换为光能，供人们生活和工作照明。有功功率的符号用P表示，单位有瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)。
无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率)来发光外，还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功，才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q表示，单位为乏(Var)或千乏(kVar)。
无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。为了形象地说明这个问题，现举一个例子：农村修水利需要开挖土方运土，运土时用竹筐装满土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是无功功率，竹筐并不是没用，没有竹筐泥土怎么运到堤上呢?
在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。
无功功率对供、用电产生一定的不良影响，主要表现在：
(1)降低发电机有功功率的输出。
(2)降低输、变电设备的供电能力。
(3)造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。
(4)无功功率会导致电流增大和视在功率增加，导致设备容量增加。
(5)造成低功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥，冲击性无功负载还会使电压剧烈波动。
从发电机和高压输电线供给的无功功率，远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。
功率因数：
电网中的电力负荷如电动机、变压器等，属于既有电阻又有电感的电感性负载。电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差，通常用相位角φ的余弦cosφ来表示。cosφ称为功率因数，又叫力率。功率因数是反映电力用户用电设备合理使用状况、电能利用程度和用电管理水平的一项重要指标。三相功率因数的计算公式为：cosφ=P/S
式中cosφ——功率因数；
P——有功功率，kW；
Q——无功功率,kVar；
S——视在功率,kV。A；
U——用电设备的额定电压,V；
I——用电设备的运行电流,A。
功率因数分为自然功率因数、瞬时功率因数和加权平均功率因数。
(1)自然功率因数：是指用电设备没有安装无功补偿设备时的功率因数，或者说用电设备本身所具有的功率因数。自然功率因数的高低主要取决于用电设备的负荷性质，电阻性负荷(白炽灯、电阻炉)的功率因数较高，等于1，而电感性负荷(电动机、电焊机)的功率因数比较低，都小于1。
(2)瞬时功率因数：是指在某一瞬间由功率因数表读出的功率因数。瞬时功率因数是随着用电设备的类型、负荷的大小和电压的高低而时刻在变化。
(3)加权平均功率因数：是指在一定时间段内功率因数的平均值，其计算公式为：
提高功率因数的方法有两种，一种是改善自然功率因数，另一种是安装人工补偿装置。
谐波：
电压波形畸变。属于负荷特性问题，是非线性负荷造成的，与非线性负荷所固有的特性有关。与供电质量关系不大，网络的运行方式、结构参数、储能设备的配置对谐波问题有重要影响。只要有非线性负荷接入电网，就会产生谐波。其结果造成变压器中由于涡流及磁滞损耗的加大而过热、电动机过热和转矩下降，以及中性线和补偿电容器过热。
电力电子装置还会产生谐波，对公用电网产生危害，包括：
(1) 谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低发电，输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线会使线路过热甚至发生火灾。
(2) 谐波影响各种电气设备的正常工作，使发电机发生机械振动、噪声和过热，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、使绝缘老化、寿命缩短以至损坏。
(3) 谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，会使上述(1）和(2）两项的危害大大增加，甚至引起严重事故。
(4) 谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并使电气测量仪表计量不准确。
(5) 谐波会对邻近的通讯系统产生干扰，轻者产生噪音，降低通信质量，重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。
”视在功率：在具有电阻和电抗的电路内，电压与电流的乘积叫做视在功率，用字母S来表示，单位为瓦特。
相电压：三相输电线（火线）与中性线间的电压叫相电压。
线电压：三相输电线各线（火线）间的电压叫线电压，线电压的大小为相电压的1.732倍。
磁滞损耗：放在交变磁场中的铁磁体，因磁滞现象而产生一些功率损耗，从而使铁磁体发热，这种损耗叫磁滞损耗。
击穿：绝缘物质在电场的作用下发生剧烈放电或导电的现象叫击穿。
电磁感应：当环链着某一导体的磁通发生变化时，导体内就出现电动势，这种现象叫电磁感应。
趋肤效应：又叫集肤效应，当高频电流通过导体时，电流将集中在导体表面流通，这种现象叫趋肤效应
电压闪变：电压短时间超出规定范围的摆动或扰动，属于无功冲击问题，与负荷的启动特性有关，但网络的运行方式、参数及无功补偿类型对该问题也有相当影响。产生的原因有，如大电机重负荷启动及切断过程，在极端情况下可使设备断电或设备损坏，例如照明系统有感的闪烁现象。
三相不平衡：三相电源各相的电压不对称。是各相电源所加的负荷不均衡所致，属于基波负荷配置问题。会使变压器内产生环流(及过热),并可使电动机的效率降低。发生三相不平衡即与用户负荷特性有关，同时与电力系统的规划、负荷分配也有关。
频率偏差：电压的频率超出额定频率规定时限。属于基波有功问题，它与电力系统有功储备有关，和电压偏差一样是电力部门认识较早、研究较成熟、控制方式与手段较完善的电能质量指标。
电压偏差：长时间的偏离额定电压。该问题属于基波无功的范畴，主要与电能传输的导线直径、供电距离、潮流分布、调压方式、无功补偿容量等因素有关。欠电压可导致设备工作不正常，例如鼠笼型电动机过热和接触器吸引线圈释放。过电压可使多种电子和电气设备永久性的(绝缘)损坏。
励磁涌流：当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，则可能出现数值很大的励磁电流，即为励磁涌流。这是因为在稳态工作情况下，铁心中的磁通不能突变，因此，将出现一个非周期分量的磁通，其幅值为+Φm。这样在经过半个周期以后，铁心之中的磁通达到2Φm。其数值可达额定电流的6～8倍，严重情况下其峰值可达额定电流的10到20倍，从而导致变压器保护的误动作。
无功功率：
在交流电路中，由电源供给负载的电功率有两种；一种是有功功率，一种是无功功率。
有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率。比如：5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒；各种照明设备将电能转换为光能，供人们生活和工作照明。有功功率的符号用P表示，单位有瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)。
无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率)来发光外，还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功，才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q表示，单位为乏(Var)或千乏(kVar)。
无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。为了形象地说明这个问题，现举一个例子：农村修水利需要开挖土方运土，运土时用竹筐装满土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是无功功率，竹筐并不是没用，没有竹筐泥土怎么运到堤上呢?
在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。
无功功率对供、用电产生一定的不良影响，主要表现在：
(1)降低发电机有功功率的输出。
(2)降低输、变电设备的供电能力。
(3)造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。
(4)无功功率会导致电流增大和视在功率增加，导致设备容量增加。
(5)造成低功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥，冲击性无功负载还会使电压剧烈波动。
从发电机和高压输电线供给的无功功率，远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。
功率因数：
电网中的电力负荷如电动机、变压器等，属于既有电阻又有电感的电感性负载。电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差，通常用相位角φ的余弦cosφ来表示。cosφ称为功率因数，又叫力率。功率因数是反映电力用户用电设备合理使用状况、电能利用程度和用电管理水平的一项重要指标。三相功率因数的计算公式为：cosφ=P/S
式中cosφ——功率因数；
P——有功功率，kW；
Q——无功功率,kVar；
S——视在功率,kV。A；
U——用电设备的额定电压,V；
I——用电设备的运行电流,A。
功率因数分为自然功率因数、瞬时功率因数和加权平均功率因数。
(1)自然功率因数：是指用电设备没有安装无功补偿设备时的功率因数，或者说用电设备本身所具有的功率因数。自然功率因数的高低主要取决于用电设备的负荷性质，电阻性负荷(白炽灯、电阻炉)的功率因数较高，等于1，而电感性负荷(电动机、电焊机)的功率因数比较低，都小于1。
(2)瞬时功率因数：是指在某一瞬间由功率因数表读出的功率因数。瞬时功率因数是随着用电设备的类型、负荷的大小和电压的高低而时刻在变化。
(3)加权平均功率因数：是指在一定时间段内功率因数的平均值，其计算公式为：
提高功率因数的方法有两种，一种是改善自然功率因数，另一种是安装人工补偿装置。
谐波：
电压波形畸变。属于负荷特性问题，是非线性负荷造成的，与非线性负荷所固有的特性有关。与供电质量关系不大，网络的运行方式、结构参数、储能设备的配置对谐波问题有重要影响。只要有非线性负荷接入电网，就会产生谐波。其结果造成变压器中由于涡流及磁滞损耗的加大而过热、电动机过热和转矩下降，以及中性线和补偿电容器过热。
电力电子装置还会产生谐波，对公用电网产生危害，包括：
(1) 谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低发电，输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线会使线路过热甚至发生火灾。
(2) 谐波影响各种电气设备的正常工作，使发电机发生机械振动、噪声和过热，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、使绝缘老化、寿命缩短以至损坏。
(3) 谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，会使上述(1）和(2）两项的危害大大增加，甚至引起严重事故。
(4) 谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并使电气测量仪表计量不准确。
(5) 谐波会对邻近的通讯系统产生干扰，轻者产生噪音，降低通信质量，重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。
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