输电线路电气常用电工基础知识

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1  电流

导体中的自由电荷在电场力的作用下做有规则的定向运动就形成了电流。

导体中的自由电子在电场力的作用下有规则的定向运动，就形成了电流。习惯上规定正电荷移动的方向为电流的方向，电流的速度为每秒钟三十万公里。电流的大小（即电流强度），是以每秒钟流过导体截面的电量的多少来表示。电流的单位为“安培”（用字母A表示）。1安培的电流（I）即是每秒钟（T）流过导体截面为1库伦（计算电量的单位）的电量（Q）。

计算公式：

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2  电压 

电场中任意两点间的电位（电势）差叫电压。是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。其大小等于单位正电荷因受电场力作用从A点移动到B点所做的功，电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。

电压用U表示，电压的国际单位制为伏特（V，简称伏），常用的单位还有毫伏（mV）、微伏（μV）、千伏（kV）等。此概念与水位高低所造成的“水压”相似。需要指出的是，“电压”一词一般只用于电路当中，“电势差”和“电位差”则普遍应用于一切电现象当中。

1伏特电压等于1库伦电量在导体间移动时所做的功为1焦耳。

 即：

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3  电阻

在电场作用下，电流在导体中流动时，所受到的阻力称为电阻。用字母R表示，其计算单位是欧姆（Ω）。

导体的电阻值与导体的长度L成正比，与导体的横断面积S成反比，并且与金属的种类有关。其关系式：

 R=ρL╱S

式中：

R—导体电阻（Ω）

L—导体长度（m）

S—导体横截面积（cm²）

 ρ—导体的电阻率，也称电阻系数（Ω·m）

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4  欧姆定律

欧姆定律是用来说明电路中电压、电流和电阻这三个基本物理量之间关系的定律。它指出：在一段电路中流过电阻R的电流I与电阻两端的电压成正比，而与这段电路的电阻成反比。用公式表示为：

I=U/R                             

式中：

U—电压（伏）；

 I—电流（安）；

R—电阻（欧）；

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5  电度

在一段时间内电源力所作的功称为电功，用符号W表示，即：

W=IUt

式中：

W—电功（千瓦·小时）；

 I—电流（安）；

U—电压（伏）；

 t—时间（小时）。

电度也叫千瓦·小时，就是电量的单位。一度电的意义就是表示为一个千瓦的用电设备开了一个小时所消耗的电能量。电度的计算单位是千瓦·小时。

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6  电功率

单位时间内电场力所做的功叫电功率。电功率反映了电场力移动电荷做功的速度，用符号P表示即：

 P=W/t=IU           

式中：

P—电功率（瓦）；

W—电功（千瓦·小时）；

t —时间（小时）。

电功率的计算单位是瓦（W）。

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7  正弦交流电

大小和方向都随时间按正弦规律作周期变化的电压，和电流叫正弦交流电。正弦交流电三个最主要的因素：最大值（或有效值）、频率（或周期）及初相位（角）。

交流电的周期就是交流电完成一个循环所需要的时间。通常用字母T表示，单位秒。

频率：是单位时间（即1秒）内交流电重复变化的周期数，用字母f表示，单位是周/秒（或赫芝），我国频率定为50赫芝。周期和频率的关系为：

   

角频率：交流电变化一周，就相当于变化了2π弧度（360度）。交流电的角频率，就是每秒变化的弧度数，用符号ω表示，单位是弧度/秒。它和周期、频率的关系为：

                         
                 

最大值：也叫振幅值，是指交流电在一个周期内出现的最大值。

有效值：一个交流电流和一个直流电流，分别通过同一电阻，如果经过相同的时间产生同样的热量，则直流电流的大小就称为交流电流的有效值。也就是指交流电一个周期所产生的热量的效果与直流电的效果作比较相等的量叫做正弦交流电的有效值。

二者之间的关系为：有效值是最大值的1/√2倍或最大值=√2有效值。

在正弦电压的瞬时值表达式u=√2Usin(ωt φ)中，(ωt φ)是一个角度，它是一个时间的函数，对应于确定的时间就有一个确定的角度，说明在这个时间内交流电变化了多少角度。它是表示正弦交流电变化进程的一个量，所以我们把某一时间交流电的角度称为相位。

初相位：当t=0时的相位叫初相位，用φ来表示。

相位差（相角差），是指两个频率相等的正弦交流电的相位之差，相位差实际上说明两交流电之间在时间上超前或滞后的关系。

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8   三相交流电

三个具有相同频率，相同振幅，在相位上彼此相差120度的正弦交流电势、电流、电压称为三相交流电。

三相电源中，每根相线对地间的电压称为相电压。流过每一相线的电流称为相电流。

三相电源中，任意两根相线间的电压称为线电压。三相线之间流过的电流称为线电流。

（1）三相负载星形连接时：

相、线电压的关系是：

U_相=U_线 / √3

或U_线=√3U_相

相、线电流的关系是：I_相=I_线

（2）三相负载三角形连接时：

相、线电压的关系是：U_相=U_线

相、线电流的关系是：

I_相=I_线 / √3

 或I_线=√3I_相

 

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9   感抗

交流电通过电感线圈时，线圈中会产生感应电动势来阻止电流的变化，因而有一种阻止交流电流过的作用，我们把它叫感抗。感抗在数值上是电感线圈上的电压和电流有效值之比。即：

X_L=U_L╱ I_L 

式中：

X_L—感抗（欧姆）；

U_L—电感线圈上电压的有效值（伏）；

 I_L—流过电感线圈上电流的有效值（安）。

感抗与电源的频率f、线圈的电感L有关，它们的关系是：

X_L=ωL=2πfL

式中：

L—线圈的电感；

电感常用的单位的是亨（H）

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10  容抗

交流电通过电容器时，电容器有阻止交流电流流通的作用，我们把这种阻碍作用叫容抗。容抗在数值上是电容器上的电压和电流有效值之比。即：

 Xc=Uc╱ Ic   

式中：

X_c—容抗（欧姆）；

U_c—电容器上电压的有效值（伏）；

I_c—通过电容器中的电流有效值（安）。

容抗X_c、电源频率f及电容器的电容量C之间的关系为：

   Xc=1╱(ωC)=1╱(2πfC)

式中：

C—电容器的电容量。

电容量C常用的单位是法拉（F）。

 

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11  阻抗

交流电通过具有电阻、电感、电容的电路时，由于电阻、电感、电容都具有阻碍电流流通的作用，我们把它们的总的效果称为阻抗。

阻抗在数值上等于具有R、L、C元件的交流电路总电压与通过该电路总电流之比。即：

Z=U / I

式中：

Z—阻抗（欧姆）；

U—交流电路总电压的有效值（伏）；

I—交流电路总电流有效值（安）。

在交流电路中，阻抗包含电阻R、电抗X两部分，电抗X在数值上等于感抗与容抗的差值，即：X=X_L-X_C，电阻、电抗和阻抗的关系为：

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12   有功功率

交流电路中，电阻所消耗的功率叫有功功率，用字母P来表示，计算单位用瓦（W）表示：

单相：P=UI cosφ

式中：

P—有功功率（W）；

U—相电压（伏）；

I—相电流（安）；

 cosφ—功率因数。

三相：P=√3UI cosφ

式中：

P—有功功率（W）；

U—线电压（伏）；

I—线电流（安）；

 cosφ—功率因数。

 

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13   无功功率

在交流电路中，电感（电容）是不消耗功率的，它只是与电源之间进行能量交换，而并没有真正消耗能量，我们把与电源交换能量的功率叫无功功率，用符号Q表示，计算单位用乏（var）表示。

单相：Q=UIsinφ

式中：

Q—无功功率（var）；

U—相电压（伏）；

 I—相电流（安）。

三相：Q=√3UIsinφ

式中：

Q—无功功率（var）；

U—线电压（伏）；

 I—线电流（安）。

 

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14  视在功率

视在功率是指电路中电压与电流的乘积，用符号S表示，计算单位：伏安（vA）、千伏安（KvA）。变压器的容量是用视在功率表示。

单相：S=UI

式中：

S—容量（伏安）

U—相电压（伏）；

 I—相电流（安）。

三相：S=√3UI

式中：

S—容量（伏安）

U—线电压（伏）；

 I—线电流（安）。

视在功率与有功功率、无功功率的关系为：

S²=P² Q²

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