教案

2012—2013學年第一學期

學院（系、部）_______________________________

教研室（實驗室）電氣工程

課程名稱供配電技術(shù)

授課班級_______________________________

主講教師_______________________________

職稱_______________________________

使用教材_______________________________

二O一二年7月

供配電技術(shù)課程教案

第1講

［課程類別］理論課

［授課題目］

1.1供配電系統(tǒng)的基本知識

1.2電力系統(tǒng)電壓

1.3電力系統(tǒng)中心點運行方式

［教學目的與要求］

1.了解電力系統(tǒng)的組成，理解電力系統(tǒng)的運行特點和對電力系統(tǒng)的基本要求；

2.掌握電網(wǎng)額定電壓等級，掌握電網(wǎng)額定電壓與電氣設(shè)備的額定電壓之間應當相互配

合的關(guān)系；

3.掌握電力系統(tǒng)的電壓與電能質(zhì)量；

4.掌握電力系統(tǒng)中性點運行方式。

［教學重點與難點］

重點：1.電力系統(tǒng)的電壓和電能質(zhì)量問題；

2.電力系統(tǒng)的中性點運行方式；

難點：1.電力系統(tǒng)的幾種中性點運行方式的特點和應用；

2.電力質(zhì)量指標；

［教具和媒體使用］多媒體課件。

［教學方法］講授法、問題教學法。

［教學時數(shù)］2學時。

［教學過程］

導人:

日常用電、工廠供電案例分析。

新授:

一、電力系統(tǒng)的基本概念

1.電力系統(tǒng)的組成

電力系統(tǒng)主要由三個部分組成的一個發(fā)電、輸電、變配電和用電的整體，見下圖。

發(fā)電廠；電力網(wǎng)（變配電所、電力線路）、電能用戶

2.供配電系統(tǒng)概況

（1）具有高壓配電所的工廠供電系統(tǒng)；

（2）具有總降壓變電所的工廠供電系統(tǒng)；

（3）高壓深入負荷中心的工廠供電系統(tǒng)；

（4）只有一個變電所或配電所的工廠供電系統(tǒng)。

3.工廠供電的要求和課程任務

要求：安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟。

二、電力系統(tǒng)的額定電壓

1.供電質(zhì)量的主要指標：頻率、電壓。

2.額定電壓的國家標準：GB156-2007《標準電壓》。

（1）電力線路的額定電壓

（2）用電設(shè)備的額定電壓

（3）發(fā)電機的額定電壓

（4）電力變壓器的額定電壓

Q+5%T1+10%±0%T2+5%

3.工廠供配電電壓的選擇

（1）工廠高壓配電電壓的選擇。

工廠供電系統(tǒng)的高壓配電電壓的選擇，主要取決于當?shù)毓╇婋娫措妷杭肮S高壓用

電設(shè)備的電壓、容量和數(shù)量等因素

（2）工廠低壓配電電壓的選擇。

工廠低壓配電電壓的選擇，主要取決于低壓用電設(shè)備的電壓。一般采用220/380V,

其中線電壓380V接三相動力設(shè)備及380V單相設(shè)備，而相電壓220V接220V的照明燈

具及其他220V的單相設(shè)備。

三、供電電能質(zhì)量

1.電壓降與電壓損失

電壓降即線路兩端電壓的相量差AU=ULU2,而線路兩端電壓的幅值差

—02稱為電壓損失，它近似等于電壓降的水平分量。電壓損失常用它對額定電壓UN的

百分比來表示，稱為電壓損失百分值。其表達式為：

U}U

\U°/0=~-X100%

2.電壓偏移及危害

電力負荷的大小是變動的，當最大負荷時，電網(wǎng)內(nèi)電壓損失增大，使用電設(shè)備的端

電壓降低；反之則升高。因此，用電設(shè)備的端電壓是隨電力負荷的變化而變化的，這種

緩慢變化的、實際電壓U與額定電壓之差稱為電壓偏移比，即演;二"-?！?/p>

m>0為正偏移，m<0為負偏移。與電壓損失一樣，電壓偏移一般也用它對額定

電壓的百分比來表示，稱為電壓偏移百分值。其表達式為

77-77

3U%=----此X100%

又

3.電壓調(diào)整措施

（1）正確選擇供電變壓器的變比和電壓分接頭；

（2）合理減少供配電系統(tǒng)的阻抗；

（3）均衡安排三相負荷；

（4）合理調(diào)整供電系統(tǒng)的運行方式；

（5）采用無功功率補償裝置；

（6）采用有載調(diào)壓變壓器。

4.其他電能質(zhì)量

（1）電壓波動和閃變

供電系統(tǒng)中的電壓有效值快速變化的現(xiàn)象叫做電壓波動。電壓波動是由于負荷急劇

變動，引起系統(tǒng)的電壓損耗快速變化，從而使電氣設(shè)備的端電壓出現(xiàn)快速變化而產(chǎn)生的。

電壓波動會影響電動機的正常啟動，可以使同步電動機轉(zhuǎn)子振動，使電子設(shè)備特別

是計算機無法正常工作。電壓波動對照明的影響最為明顯，可使照明燈發(fā)生明顯的閃爍,

故稱為“閃變”。

（2）諧波干擾

高次諧波是指對周期性非正弦波形按傅立葉方法分解后所得到的頻率為基波頻率

整數(shù)倍的所有高次分量，而基波頻率就是50Hz。

四、電力系統(tǒng)中性點運行方式

1.電力系統(tǒng)中性點的三種運行方式

（1）中性點不接地

（2）中性點經(jīng)消弧線圈接地

（3）中性點直接接地

2.按接地保護的形式不同對低壓配電系統(tǒng)進行分類：

（1）TN系統(tǒng)中的設(shè)備外露可導電部分均采取與公共的保護線（PE線）或保護中性線

（PEN線）相連接的保護方式；

（2）TT系統(tǒng)中的設(shè)備外露可導電部分則采取經(jīng)各自的PE線直接接地的保護方式；

（3）IT系統(tǒng)的中性點不接地或經(jīng)阻抗（約1000C）接地，且通常不引出中性線，一般

為三相三線制系統(tǒng)，其中設(shè)備的外露可導電部分，與TT系統(tǒng)一樣，也是經(jīng)各自的PE

線直接接地。

3.中性點不接地的電力系統(tǒng)

(1)系統(tǒng)正常時電壓電流的向量關(guān)系圖:

電源.

(2)系統(tǒng)單相接地時的電壓電流向量關(guān)系圖:

(3)中性點經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)

作業(yè):教材pl4,習題1.1,1.2。

［教學反思］

供配電技術(shù)課程教案

第2講

［課程類別］理論課

［授課題目］

2.1電力負荷和負荷曲線

2.2計算負荷的確定

［教學目的與要求］

1.了解負荷計算的意義；

2.了解負荷曲線的概念，理解年最大負荷、年最大負荷利用小時數(shù)等負荷曲線相關(guān)參

數(shù)的意義；

3.理解計算負荷的定義，掌握設(shè)備容量的確定方法，掌握確定計算負荷的需用系數(shù)法,

了解二項式法。

［教學重點與難點］

重點：1.年最大負荷等負荷曲線參數(shù)的物理量意義；

2.計算負荷的需用系數(shù)法；

難點：1.年最大負荷等負荷曲線參數(shù)的物理量意義；

［教具和媒體使用］多媒體課件。

［教學方法］講授法、問題教學法。

［教學時數(shù)］2學時。

［教學過程］

導人:

介紹對工廠計算負荷的目、意義和定義。

新授:

一、電力負荷和負荷曲線

1.電力負荷

電力負荷又稱電力負載，有兩種含義：一是指耗用電能的用電設(shè)備或用戶，如說重

-7-

要負荷、一般負荷、動力負荷、照明負荷等。另一是指用電設(shè)備或用戶耗用的功率或電

流大小，如說輕負荷（輕載）、重負荷（重載）、空負荷（空載）、滿負荷（滿載）等。

工廠的電力負荷，根據(jù)其對供電可靠性的要求及中斷供電造成的損失或影響的程度

分為三級：

（1）一級負荷（2）二級負荷（3）三級負荷

2.工廠用電設(shè)備的工作制

工廠的用電設(shè)備，按其工作制分以下三類：

（1）連續(xù)工作制（2）短時工作制（3）斷續(xù)周期工作制

斷續(xù)周期工作制的設(shè)備，可用“負荷持續(xù)率”來表示其工作特征。負荷持續(xù)率為一

個工作周期內(nèi)工作時間與工作周期的百分比值，用￡表示，即

deftt

e——X100%=—X100%

1tIZQ

式中，T為工作周期；/為工作周期內(nèi)的工作時間；加為工作周期內(nèi)的停歇時間。

斷續(xù)周期工作制設(shè)備的額定容量PN,是對應于某一標稱負荷持續(xù)率矢。如果設(shè)備

在￡^4下的容量為PN，則換算到實際￡下的設(shè)備容量Pe為

3.負荷曲線的概念

負荷曲線是表征電力負荷隨時間變動情況的一種圖形，它繪在直角坐標紙上，縱坐

標表示負荷（有功功率或無功功率），橫坐標表示對應的時間（一般以小時為單位）。

負荷曲線按負荷對象分，有工廠的、車間的或某類設(shè)備的負荷曲線；按負荷性質(zhì)分,

有有功和無功負荷曲線；按所表示的負荷變動時間分，有年的、月的、日的或工作班的

圖2-1日有功負荷曲線

a）依點連成的負荷曲線b）繪成梯形的負荷曲線

-8-

圖2-2年負荷持續(xù)時間曲線的繪制

a）夏日負荷曲線b）冬日負荷曲線c）年負荷持續(xù)時間曲線

4.與負荷曲線和負荷計算有關(guān)的物理量

（1）年最大負荷和年最大負荷利用小時

年最大負荷：年最大負荷Pmax，就是全年中負荷最大的工作班內(nèi)消耗電能最大的

半小時的平均功率。因此年最大負荷也稱為半小時最大負荷P30。

年最大負荷利用小時:年最大負荷利用小時Tmax，是一個假想時間，在此時間內(nèi)，

電力負荷按年最大負荷Pmax（或P30）持續(xù)運行所消耗的電能，恰好等于該電力負荷全

年實際消耗的電能，如圖2-4所示。

年最大負荷利用小時：

式中，Wa為年實際消耗的電能量。

年最大負荷利用小時是反映電力負荷特征的一個重要參數(shù)，與工廠的生產(chǎn)班制有明

顯的關(guān)系。例如一班制工廠，TmaxH1800?3000h；兩班制工廠，TmaxD3500?4800h；三

班制工廠，Tmaxi5000?7000h。

（2）平均負荷和負荷系數(shù)

平均負荷（averageload）：平均負荷Pav，就是電力負荷在一定時間t內(nèi)平均消耗的

功率，也就是電力負荷在該時間t內(nèi)消耗的電能Wt，除以時間t的值，即

P絲

年平均負荷Pav的說明如圖2-5所示。年平均負荷Pav的橫線與兩坐標軸所包圍的矩

形截面恰等于年負荷曲線與兩坐標軸所包圍的面積Wa，即年平均負荷Pav為

旦

av8760h

-9-

年負荷曲線

8760

圖2-4年最大負荷和

圖2-5年平均負荷

年最大負荷利用小時

負荷系數(shù)(loadcoefficient)：負荷系數(shù)又稱負荷率，它是用電負荷的平均負荷Pav

與其最大負荷Pmax的比值，即

kdefP"

p—

「max

對負荷曲線來說，負荷系數(shù)亦稱負荷曲線填充系數(shù)，它表征負荷曲線不平坦的程度

即表征負荷起伏變動的程度。

對用電設(shè)備來說，負荷系數(shù)就是設(shè)備的輸出功率P與設(shè)備額定容量PN的比值，即

負荷系數(shù)通常以百分值表示。負荷系數(shù)(負荷率)的符號，有時用花也有的有功

負荷率用a、無功負荷率用B表示。

二、計算負荷的確定

1.計算負荷

計算負荷:是指通過統(tǒng)計計算求出來的、用來按發(fā)熱條件選擇供配電系統(tǒng)中各元件

的負荷值。按照計算負荷選擇的電氣設(shè)備和導線電纜，如以計算負荷持續(xù)運行，其發(fā)熱

溫度不致超出允許值，因而不會影響其使用壽命。

由于計算負荷實際上與從負荷曲線上查得的半小時最大負荷P30(即年最大負荷

Pmax)是基本相當?shù)?，所以計算負荷也可以認為就是半小時最大負荷。

2.按需要系數(shù)法確定計算負荷

(1)基本公式

用電設(shè)備組的需要系數(shù)，為用電設(shè)各組的半小時最大負荷與其設(shè)備容量的比值。由

此可得按需要系數(shù)法確定三相用電設(shè)各組有功計算負荷的基本公式為：

=Me

P30

及為需要系數(shù)，可有查表獲得。必須注意：附錄表1所列需要系數(shù)值是按車間范圍

-10-

內(nèi)設(shè)各臺數(shù)較多的情況來確定的，所以需要系數(shù)值一般都比較低，例如冷加工機床組的

需要系數(shù)值平均只有0.2左右。因此需要系數(shù)法較適用于確定車間的計算負荷。如果采

用需要系數(shù)法來計算分支干線上用電設(shè)備各組的計算負荷，則附錄表1中的需要系數(shù)值

往往偏小，宜適當取大。只有1?2臺設(shè)備時，可認為Kd=l,即P30=Pe。對于電動機,

由于它本身功率損耗較大，因此當只有一臺電動機時，其P30=PNA1，這里PN為電動機

額定容量，T］為電動機效率。在Kd適當取大的同時，coscp也宜適當取大。

無功計算負荷為:Q30=Psotan中

tancp為對應于用電設(shè)備組coscp的正切值。

視在計算負荷為

q_P30

30cQsg

cos（p為用電設(shè)備組的平均功率因數(shù)。

計算電流為

T_S30

UN為用電設(shè)備組的額定電壓。

如果一臺三相電動機，則其計算電流應取為其額定電流，即

T_T—?N

3?！狽一4U.COSW

（2）設(shè)備容量的計算

需要系數(shù)法基本公式P30=KdPe中的設(shè)備容量Pe，不含備用設(shè)備的容量，而且要注

意，此容量的計算與用電設(shè)備組的工作制有關(guān)。

A.對一般連續(xù)工作制和短時工作制的用電設(shè)備組

設(shè)備容量是所有設(shè)備的銘牌額定容量之和。

B.對斷續(xù)周期工作制的用電設(shè)備組

設(shè)備容量是將所有設(shè)備在不同負荷持續(xù)率下的銘牌額定容量換算到一個規(guī)定的負

荷持續(xù)率下的容量之和。斷續(xù)周期工作制的用電設(shè)備常用的有電焊機和吊車電動機，各

自的換算要求如下：

電焊機組：要求容量統(tǒng)一換算到￡=100%,因此由式（2）可得換算后的設(shè)備容量為：

P0==SNCOSW^/^n_Pe=PN/2N=SNCOS夕再

式中，PN、SN為電焊機的銘牌容量（前者為有功功率，后者為視在功率）；￡N為與

銘牌容量對應的負荷持續(xù)率（計算中用小數(shù)）；￡100為其值等于100%的負荷持續(xù)率（計

算中用1）；coscp為銘牌規(guī)定的功率因數(shù)。

吊車電動機組：要求容量統(tǒng)一換算到￡=25%,因此由式（2-2）可得換算后的設(shè)備

容量為:

式中，PN為吊車電動機的銘牌容量；取為與銘牌容量對應的負荷持續(xù)率（計算中用

小數(shù)）；￡25為其值等于25%的負荷持續(xù)率（計算中用0.25）。

C.多組用電設(shè)備計算負荷的確定

確定擁有多組用電設(shè)備的干線上或車間變電所低壓母線上的計算負荷時，應考慮各

運用電設(shè)備的最大負荷不同時出現(xiàn)的因素。因此在確定多組用電設(shè)備的計算負荷時，應

結(jié)合具體情況對其有功負荷和無功負荷分別計入一個同時系數(shù)（又稱參差系數(shù)或綜合系

數(shù)）的和Kgq：

總的有功計算負荷為：

總的無功計算負荷為：

<33O=KS?SQ30.,

以上兩式中的ZP30,i和ZQ30.i分別為各組設(shè)備的有功和無功計算負荷之和。

總的視在計算負荷為：r-----r

S30=，尸30+030

總的計算電流為：T-$30

注意：由于各組設(shè)備的功率因數(shù)不一定相同，因此總的視在計算負荷和計算電流一

般不能用各組的視在計算負荷或計算電流之和來計算。

3.按二項式法確定計算負荷

需要系數(shù)法是世界各國普遍采用和確定計算負荷的基本方法，簡單方便。二項式法

應用的局限性很大，但在確定設(shè)備臺數(shù)較少而設(shè)備容量差別懸殊的分支干線的計算負荷

時，采用二項式法較之采用需要系數(shù)法更為合理，且計算也較簡便。

-12-

作業(yè):（教材pl9）

習題2.1、2.2；

［教學反思］

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供配電技術(shù)課程教案

A-A-「'_LL

弟3餅

［課程類別］理論課

［授課題目］

2.3變電所總計算負荷的確定

2.4尖峰電流的計算

［教學目的與要求］

1.了解工廠供電系統(tǒng)的功率損耗的基本概念，熟悉工廠的計算負荷的計算方法；

2.掌握工廠無功功率補償；

3.了解計算尖峰電流的概念及其計算方法。

［教學重點與難點］

重點：1.供電系統(tǒng)的功率損耗的基本概念；

2.工廠計算負荷的計算；

3.工廠功率因數(shù)、無功補償方法；

難點：1.變壓器功率損耗的確定；

2.工廠無功補償裝置容量及補償后的工廠計算負荷的確定。

［教具和媒體使用］多媒體課件。

［教學方法］講授法、問題教學法。

［教學時數(shù)］2學時。

［教學過程］

導人:

復習回憶：功率因素的基本概念？計算負荷的概念？

新授:

一、工廠計算負荷的確定

工廠計算負荷是選擇工廠電源進線及主要電氣設(shè)備包括主變壓器的基本依據(jù)，也是

計算工廠的功率因數(shù)及無功補償容量的基本依據(jù)。

-14-

1.按需要系數(shù)法確定工廠計算負荷

將全廠用電設(shè)備的總?cè)萘縋e，（不計備用設(shè)備容量）乘上一個需要系數(shù)用，即得全

廠的有功計算負荷，即：尸30二KdPe

2.按逐級計算法確定工廠計算負荷

工廠的計算負荷（這里舉有功負荷為例）P30.（l），應該是高壓母線上所有高壓配電線

路計算負荷之和，再乘上一個同時系數(shù)。高壓配電線路的計算負荷P30Q，應該是該線

路所供車間變電所低壓側(cè)的計算負荷P30.（3），加上變壓器的功率損耗APT和高壓配電線

路的功率損耗APWLI，……如此逐級計算即可求得供電系統(tǒng)所有元件的計算負荷。

在負荷計算中，電力變壓器的功率損耗可按簡化公式近似計算：

有功損耗△PT處0.015S3。

無功損耗06s30

以上二式中S30為變壓器二次側(cè)的視在計算負荷。

二、工廠的功率因數(shù)、無功補償及補償后的工廠計算負荷

1.工廠的功率因數(shù)

（1）瞬時功率因數(shù)

可由相位表（功率因數(shù)表）直接測出，或由功率表、電壓表、電流表的讀數(shù)通過下

式求得（間接測量）：

P

式中，P為功率表測出的三相功率讀數(shù)（kw）；U為電壓表測出的線電壓讀數(shù)（kV）；I

為電流表測出的線電流讀數(shù)（A）。

（2）平均功率因數(shù)

又稱加權(quán)平均功率因數(shù)，按下式計算：

式中，Wp為某一段時間（通常取一月）內(nèi)消耗的有功電能，由有功電能表讀??；Wq為

某一段時間（通常取一月）內(nèi)消耗的無功電能，由無功電能表讀取。

（3）最大負荷時功率因數(shù)指在最大負荷即計算負荷時的功率因數(shù)，按下式計算：

cosy=P301s30

-15-

在《供電營業(yè)規(guī)則》中規(guī)定：“用戶在當?shù)毓╇娖髽I(yè)規(guī)定的電網(wǎng)高峰負荷時的功率

因數(shù)應達到下列規(guī)定：100kV-A及以上高壓供電的用戶功率困數(shù)為0.90以上，其他電力

用戶和大、中型電力排灌站、龕購轉(zhuǎn)售電企業(yè)，功率因數(shù)為0.85以上?！辈⒁?guī)定，凡功

率因數(shù)未達到上述規(guī)定的，應增添無功補償裝置，通常采用并聯(lián)電容器進行補償。

2.無功功率補償

要使功率因數(shù)由cos①提高到cos①'，必須裝設(shè)無功補償裝置（并聯(lián)電容器），其容

量為：

Qc=Q30=尸3。（tanp-tan（p）

或：Qc=&qcP3o

式中,Age=tan卯-tan”稱為無功補償率，或比補償容量。這無功補償率，是表示要使

IkW的有功功率由cos①提高到cos①'所需要的無功補償容量kvar值。

在確定了總的補償容量后，即可根據(jù)所選并聯(lián)電答器的單個容量qc來確定電容器

的個數(shù),即:

n=Qclqc

3.無功補償后的工廠計算負荷

工廠（或車間）裝設(shè)了無功補償裝置以后，則在確定補償?shù)攸c以前的總計算負荷時,

應扣除無功補償容量，即總的無功計算負荷：Q；o=Q30-Qc

補償后總的視在計算負荷：

S30=VPlo+~（Q^O~QC）2

三、尖峰電流

尖峰電流是指持續(xù)時間1?2s的短時最大負荷電流。

尖峰電流主要用來選擇熔斷器和低壓斷路器、整定繼電保護裝置及檢驗電動機自起

動條件等。

1.用電設(shè)備尖峰電流的計算

（1）單臺用電設(shè)備尖峰電流的計算

單臺用電設(shè)備的尖峰電流就是其起動電流，因此尖峰電流為：

Ipk=/st=Kst[N

式中，IN為用電設(shè)備的額定電流；kt為用電設(shè)備的起動電流；為用電設(shè)備的起動電流

倍數(shù)，籠型電動機Kst=5?7,繞線轉(zhuǎn)子電動機Kst=2?3,直流電動機Kst=1.7,電焊

-16-

變壓器Ks23。

（2）多臺用電設(shè)備尖峰電流的計算

引至多臺用電設(shè)備的線路上的尖峰電流按下式計算:

n-1

Ipk=K、IN」十?st.max

i=1

Ipk—，30+（，st，N）max

作業(yè):教材p29習題2.3、2.7o

［教學反思］

-17-

供配電技術(shù)課程教案

第4講

［課程類別］理論課

［授課題目］

3.1概述

3.2無限大容量電力系統(tǒng)及其三相短路分析

［教學目的與要求］

1.掌握電力系統(tǒng)短路的類型、發(fā)生的原因及危害；

2.熟悉無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的物理過程；

3.掌握短路相關(guān)物理量。

［教學重點與難點］

重點：1.電力系統(tǒng)短路的類型；

2.短路相關(guān)物理量的理解；

難點：1.無限大容量電力系統(tǒng)三相短路的物理過程的理解；

［教具和媒體使用］多媒體課件。

［教學方法］講授法、問題教學法。

［教學時數(shù)］2學時。

［教學過程］

導人:

電力系統(tǒng)的非正常運行狀態(tài)的概念和成因？

新授:

一、短路概念

1.短路的種類

在供電系統(tǒng)中，可能發(fā)生的主要短路種類有四種：三相短路、兩相短路、兩相接地

短路和單相接地短路。

-18-

2.無限大容量系統(tǒng)

指其容量相對于單個用戶（例如一個工廠）的用電設(shè)備容量大得多的電力系統(tǒng)，

以致饋電用戶的線路上無論如何變動甚至發(fā)生短路時，系統(tǒng)變電站饋電母線上的電壓能

始終維持基本不變。

在實際應用中，常把內(nèi)阻抗小于短路回路總阻抗10%的電源或系統(tǒng)（戴維南等值）

作為無窮大容量電源。

3.短路物理過程

電壓源（無窮大電源），在時刻/（）經(jīng)電阻R及電感上突然短路。

短路前（/小于等于零）

u=Umsin(a+a)

i-lm+a-(p)

I

飛(R+R')2+

砥L+L')

(P=arctan

(R+R')

短路后穩(wěn)態(tài)（t至無窮）:

u=Umsin(6#+a)

i=Ipmsm{cot+a-(p)

l:「U,",

“TFwF

，,coL

(P=arctan——

RJ

短路暫態(tài)過程：

f

ik=Ipmsin(a+a-(p)+[Imsin(?-(p)~Ipmsin((z-夕')]”％

產(chǎn)生最嚴重短路電流的條件:

（1）短路瞬時電壓過零a=0；

（2）短路前空載或cos0=l；

（3）短路回路純電感。=90；

-19-

二、三相短路的有關(guān)物理量

1.短路電流周期分量有效值

pe=Uav/6Z]

2.短路全電流有效值

因短路電流含有非周期分量，短路全電流不是正弦波，短路過程中短路全電流的有

效值九是指以該時間才為中心的一個周期內(nèi)，短路全電流瞬時值的均方根值，即

ri:dt=

為了簡化計算，假設(shè)其在一個周期內(nèi)數(shù)值不變，取其中心值（時刻/的值）計算,

由上式可得短路全電流有效值為

3.短路沖擊電流和沖擊電流有效值

短路沖擊電流如是指短路全電流的最大瞬時值,短路全電流最大瞬時值出現(xiàn)在短路

后的前半個周期，即片0.01s時，

zsh=-/pmcos(^x0.01)+/pin/^=孰(1+)下)=血除4

式中心——短路電流沖擊系數(shù)，降=1+）工。

對于純電阻性電路，&h=l;對于純電感性電路，（h=2。因此，lWKsh42。

短路沖擊電流的有效值人是指短路后第一個周期的短路全電流有效值。

即：，sh=+4（0.01）或4=Jl+2（Ksh」）Ipe

4.穩(wěn)態(tài)短路電流有效值

穩(wěn)態(tài)短路電流有效值是指短路電流非周期分量衰減完畢后的短路電流有效值，用/8

表o/k—/pe—18—/y[3Zk

5、三相短路容量

在短路電流計算時，常遇到短路容量的概念，其定義為短路點所在線路的平均額定

電壓與短路電流周期分量所構(gòu)成的三相視在功率，即

Sk=MU

-20-

【思考】：短路電流周期分量和非周期分量形成原因？

作業(yè):無。

［教學反思］

-21-

供配電技術(shù)課程教案

A-A-廠',LL

弟5餅

［課程類別］理論課

［授課題目］

3.3短路電流計算

3.4短路電流效應

［教學目的與要求］

1.理解標幺制的概念，掌握電氣元件阻抗標幺值的計算方法；

2.掌握利用標幺制計算短路電流的方法，了解短路電流的短路功率法計算方法；

3.熟悉短路電流的熱效應和電動力效應的概念。

［教學重點與難點］

重點：1.標幺值、基準值的概念；

2.三相短路電流的標幺制計算方法。

難點：1.三相短路電流的標幺制計算方法。

［教具和媒體使用］多媒體課件。

［教學方法］講授法、問題教學法。

［教學時數(shù)］2學時。

［教學過程］

導人:

回憶：短路電流的周期分量和非周期分量的形成原因？

新授:

一、無限大電源容量供電系統(tǒng)三相短路電流計算

1.標么制

用相對值表示元件的物理量，稱為標么制。標么值是指任意一個物理量的有名值與

基準值的比值，即：

標么值=物理量的有名值/物理量的基準值

-22-

標么值是一個相對值，沒有單位。在標么制中，則容量、電壓、電流、阻抗（電抗）

的標么值分別為：

S*-Su*_U/*_/X*-x

IA

Sf，F(xiàn)，-TA，j

四個基準值中只有兩個是獨立的，通常選定基準容量和基準電壓為給定值，再按下

式求出基準電流和基準電抗：

基準值的選取是任意的，但是為了計算方便，通常取100MVA為基準容量，取線路

平均額定電壓為基準電壓,即Sd=100MVA,Ud=Uav=L05"。

2.短路回路總標么電抗計算

采用標么值計算短路電流時，首先需要計算短路回路中各個電氣元件的標么電抗，

然后求出短路回路的總標么電抗。

（1）各元件的標么電抗

取Ud=Uav，Sd為基準容量。

A.線路標么電抗X；=2=x。與

Zd叱

B.變壓器電抗標么值。若變壓器的額定容量為STN和阻抗電壓百分數(shù)為縱％，則

忽略變壓器繞組電阻R的電抗標么值為

100ST

（2）系統(tǒng)的標么電抗

系統(tǒng)標么電抗有以下三種求法:

A.若已知供電系統(tǒng)的系統(tǒng)電抗有名值及，則系統(tǒng)標么電抗為

B.若已知供電系統(tǒng)出口處的短路容量Sk，則系統(tǒng)的電抗有名值為羽=安，進而

求得系統(tǒng)標么電抗為

C.若只知供電系統(tǒng)高壓出口線斷路器的斷流容量SNbr，可將供電系統(tǒng)出口斷路器的

-23-

斷流容量看作系統(tǒng)的短路容量，求系統(tǒng)標么電抗，即工;=丸

SNbr

（3）短路回路的總標么電抗

各元件電抗標幺值計算出后，可據(jù)供電系統(tǒng)單線圖繪制等效電路圖，再計算短路回

路總標么阻抗X；。單一電源供電支路總標么電抗由各元件標么電抗直接相加求出，即

****

Xx=Xl+X2+Xi+---

在計算低壓系統(tǒng)短路時往往需計及電阻的影響，短路回路的總標么阻抗由短路回路

總標么電阻笈和總標么電抗黑決定，即

二、三相短路電流計算

無限大容量系統(tǒng)發(fā)生三相短路時，短路電流的周期分量的幅值和有效值保持不變，

短路電流的有關(guān)物理量/sh，Ah，/8,和Sk都與短路電流周期分量有關(guān)。因此，只要

算出短路電流周期分量的有效值，短路電流的其它各量按公式很容易求得。

1.三相短路電流周期分量有效值

（1）三相短路電流周期分量標么值：

因在標么制中，1}="，故。*=i,則有/；=3

（2）三相短路電流周期分量的有效值。三相短路電流周期分量的有效值，可由標么值

定義按下式計算：”=I工

2.短路沖擊電流

在高壓供電系統(tǒng)中為

4b=1.524/

在低壓供電系統(tǒng)中為

Ah=i-09/kJ

-24-

3.三相短路容量

又=百uav4=/^^。人=s/=SdF=AX

Ak

\=S/=SdS；=*

或

4.兩相短路電流的計算

兩相短路，其短路電流可由下式求得/『）=‘絲=2

2天2區(qū)

兩相短路電流與三相短路電流的關(guān)系為/『）=*/￡）

5.單相短路電流的計算

在工程計算中，大接地電流系統(tǒng)或低壓三相四線制系統(tǒng)發(fā)生單相短路時，單相短路

電流可用下式進行計算

/⑴=uav_

k—^Xp「電一。

三、短路電流的電動力效應及熱效應

1.短路電流的電動力計算

（1）兩平行載流導體間的電動力

F=2^ZZ-X10-7,N

12a

（2）三相平行導體間的短路電動力

三相短路時產(chǎn)生的最大電動力為"?=1?73尺7；。0-7,N

a

對于成套電氣設(shè)備，因其相鄰支持點的距離/、導線間的中心距。、形狀系數(shù)Ks均

為定值，故最大電動力只與電流大小有關(guān)。因此，成套設(shè)備的動穩(wěn)定性常用設(shè)備極限通

過電流或動穩(wěn)定電流心表示。當成套設(shè)備的允許極限通過電流峰值（或最大值）ies>lsh

時，或極限通過電流有效值時，設(shè)備的機械強度就能承受沖擊電流的電動力，即

電氣設(shè)備的抗力強度合格；否則不合格，應按動穩(wěn)定性要求重選。

-25-

2.短路電流的熱效應

短路電流產(chǎn)生的熱量可按下式計算

2=［RaJhdt=RadLti

由于短路全電流是由周期分量和非周期分量組成，為了與這兩個分量的發(fā)熱量相對

應，假想時間考也應分成兩部分，即

4-ti-pe+tiap

式中，G.pe為短路電流周期分量的假想時間，Lap為短路電流非周期分量的假想時間。

短路電流產(chǎn)生的全部熱量用于升高導體溫度，且使導體達到極限溫度，此時

Qk==/=--4=SmiJK

”min

故得

1tsmi.n=1ooc

將計算出的最小熱穩(wěn)定截面與選用的導體截面比較，當所選標準截面旌Smm時，

熱穩(wěn)定即合格。

作業(yè):教材p46,習題3.1。

［教學反思］

-26-

供配電技術(shù)課程教案

A-A-,'_LL

弟6餅

［課程類別］理論課

［授課題目］

4.1概述

4.2電弧的產(chǎn)生及其滅弧方法

4.3電力變壓器

［教學目的與要求］

1.了解供配電系統(tǒng)電氣設(shè)備的定義、分類；

2.掌握電弧形成、熄滅的原理，了解滅弧的基本方法；

3.了解電力變壓器的分類及其特點，掌握電力變壓器常見聯(lián)結(jié)組別的特點，熟悉電力

變壓器銘牌主要技術(shù)參數(shù)的含義，了解電力變壓器的并聯(lián)運行條件。

［教學重點與難點］

重點：1.電弧形成、熄滅的原理；

2.電力變壓器常見聯(lián)結(jié)組別的特點、銘牌主要技術(shù)參數(shù)的含義以及并聯(lián)運行的條

件。

難點：1.電弧形成、熄滅的原理；

2.電力變壓器常見聯(lián)結(jié)組別的特點。

［教具和媒體使用］多媒體課件。

［教學方法］講授法、問題教學法。

［教學時數(shù)］2學時。

［教學過程］

導人:

讓學生列舉所熟知的電氣設(shè)備的構(gòu)架、功能、特點和用途。

新授:

一、供配電系統(tǒng)電氣設(shè)備的定義和分類

-27-

1.定義

供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)備是指用于發(fā)電、輸電、變電、配電和用電的所有設(shè)備，包括

發(fā)電機、變壓器、控制電器、保護設(shè)備、測量儀表、線路器材和用電設(shè)備(如電動機、

照明用具)等。

2.分類

(1)按電壓等級

通常交流50Hz、額定電壓1200V以上或直流、額定電壓1500V以上的稱為高壓設(shè)備；

交流50Hz、額定電壓1200V及以下或直流、額定電壓1500V及以下的為低壓設(shè)備。

(2)按設(shè)備所屬回路

(a)一次回路及一次設(shè)備：一次回路是指供配電系統(tǒng)中用于傳輸、變換和分配電

力電能的主電路，其中的電氣設(shè)備就稱為一次設(shè)備或一次電器。

(b)二次回路及二次設(shè)備：二次回路是指用來控制、指示、監(jiān)測和保護一次回路

運行的電路，其中的電氣設(shè)備就稱為二次設(shè)備或二次電器。通常二次設(shè)備和二次回路是

通過電流互感器和電壓互感器與一次電路相連的。

(3)按功能

(a)變換設(shè)備：是用來按電力系統(tǒng)工作的要求變換電壓或電流的電氣設(shè)備，如變

壓器、互感器等。

(b)控制設(shè)備：用于按電力系統(tǒng)的工作要求控制一次電路通、斷的電氣設(shè)備，如

高低壓斷路器、開關(guān)等。

(c)保護設(shè)備：用來對電力系統(tǒng)進行過電流和過電壓等的保護用電氣設(shè)備，如熔

斷器、避雷器等。

(d)補償設(shè)備：用來補償電力系統(tǒng)中無功功率以提高功率因數(shù)的設(shè)備，如并聯(lián)電

容器等。

(e)成套設(shè)備(裝置)：按一次電路結(jié)線方案的要求，將有關(guān)一次設(shè)備及其相關(guān)的

二次設(shè)備組合為一體的電氣裝置，如高低壓開關(guān)柜、低壓配電屏、動力和照明配電箱等。

二、電弧的產(chǎn)生和滅弧方法

1.電弧的產(chǎn)生

電弧是一種強烈的電游離現(xiàn)象，光亮很強，溫度很高，可燒毀觸頭、延長斷電時間

等，碰撞游離產(chǎn)生電弧，熱游離維持電弧。

2.電弧產(chǎn)生的根本原因

-28-

開關(guān)觸頭在分斷電流時之所以會產(chǎn)生電弧，根本原因在于觸頭本身及觸頭周圍的介

質(zhì)中含有大量可被游離的電子。

產(chǎn)生電弧的游離方式：熱電發(fā)射、高電場發(fā)射、碰撞游離、熱游離。

3.電弧的熄滅

＞熄滅電弧的去游離方式：復合、擴散；

＞電弧熄滅的條件：去游離率＞游離率;

4.開關(guān)電器中常用的滅弧方法

＞速拉滅弧法＞粗弧切短滅弧法

＞冷卻滅弧法＞狹溝滅弧法

＞吹弧滅弧法＞真空滅弧法

＞長弧切短滅弧法＞SF6滅弧法

5.對電氣觸頭的基本要求

＞滿足正常負荷的發(fā)熱要求A具有足夠的動穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度

＞具有足夠的機械強度＞具有足夠的斷流能力

三、電力變壓器

根據(jù)國際電工委員會（IEC）的界定，電力變壓器指額定容量在5kV?A及以上，單

相的在IkV?A及以上的輸變電用三相變壓器。它主要用于公用電網(wǎng)和工業(yè)電網(wǎng)中，將

某一給定電壓值的電能轉(zhuǎn)變?yōu)樗蟮牧硪浑妷褐档碾娔埽岳陔娔艿暮侠磔斔?、?/p>

配和使用。

1.電力變壓器的分類及結(jié)構(gòu)

（1）按功用分：有升壓變壓器和降壓變壓器兩大類。工廠變電所都采用降壓變電器；

（2）按相數(shù)分：有單相和三相兩大類，用戶變電所通常都采用三相變壓器；

（3）按調(diào)壓方式分：無載調(diào)壓和有載調(diào)壓兩大類，用戶變電所大多采用無載調(diào)壓變壓

器；

（4）按繞組導體材質(zhì)分：銅繞組變壓器和鋁繞組變壓器兩大類；

（5）按繞組型式分：雙繞組變壓器、三繞組變壓器和自耦變壓器，用戶變電所大多采

用雙繞組變壓器；

（6）按繞組絕緣和冷卻方式分：油浸式、干式和充氣式（SF6）等變壓器，其中油浸式

變壓器，又分為油浸自冷式、油浸風冷式、油浸水冷式和強迫油循環(huán)冷卻式等，用戶變

電所大多采用油浸自冷式變壓器。

-29-

(7)按結(jié)構(gòu)性能分：普通變壓器、全密封變壓器和防雷變壓器等，用戶變電所大多采

用普通變壓器。

2.聯(lián)接組別

電力變壓器的聯(lián)結(jié)組別是指變壓器一、二次繞組所采用的聯(lián)結(jié)方式的類型及相應的

一、二次側(cè)對應線電壓的相位關(guān)系。常用的聯(lián)結(jié)組別有YynO、DynlkYznlkYdlk

YNdll等電力變壓器的每一個電壓側(cè)有三個繞組，高壓側(cè)繞組用A-X,B-Y,C-Z作為

線段標記，低壓側(cè)繞組用a-x,b-y,c-z作為線段標記。

(1)YynO聯(lián)結(jié)

加瓜b

圖變壓器YynO聯(lián)結(jié)組別

a)一、二次繞組結(jié)線b)一、二次電壓相量c)鐘表表不

YynO聯(lián)結(jié)組別的示意圖如圖所示，其一次線電壓和對應二次線電壓的相位關(guān)系如

同時鐘在零點(12點)時時針與分針的位置一樣。

(2)Dynll聯(lián)結(jié)

正加

ttth

b)

圖變壓器YynO聯(lián)結(jié)組別

a)一、二次繞組結(jié)線b)一、二次電壓相量c)鐘表表示

-30-

Dynll聯(lián)結(jié)組別的示意圖如圖所示，其一次線電壓和對應二次線電壓的相位關(guān)系如

同時鐘在n點時時針與分針的位置一樣。

（3）YynO和Dynll聯(lián)結(jié)的兩種配電變壓器比較

1）對Dynll聯(lián)結(jié)變壓器來說，其3n次（n為正整數(shù)）諧波勵磁電流在其三角形聯(lián)

結(jié)的一次繞組不致注入高壓公用電網(wǎng)中去。更有利于抑制高次諧波電流；

2）Dynll連接變壓器的零序阻抗較之YynO連接變壓器的零序阻抗小得多，因此

Dynll聯(lián)結(jié)變壓器二次側(cè)的單相接地短路電流較之YynO聯(lián)結(jié)變壓器二次側(cè)的單相接地

短路電流大得多，從而更有利于低壓側(cè)單相接地故障的保護和切除；

3）當接地單相不平衡負載時，由于YynO聯(lián)結(jié)變壓器要求中性線（N線）電流不超

過二次側(cè)繞組額定電流的25%,因而嚴重限制了接用單相負荷的容量，影響了變壓器設(shè)

備能力的充分發(fā)揮。

3.銘牌主要技術(shù)參數(shù)的含義

電力變壓器全型號的表示和含義如下：

（1）額定電壓：一次側(cè)的額定電壓為U1N，二次側(cè)的額定電壓為U2N，對于三相變

壓器，U1N和U2N都是線電壓值，一般用kV表示，低壓也可用V表示。

（2）額定電流：變壓器的額定電流指變壓器在容許溫升下一、二次繞組長期工作

所容許通過的最大電流，分別用I1N和I2N表示。對于三相變壓器，I1N和I2N都表示線電

流，單位是A。

（3）額定容量：變壓器的額定容量，是指它在規(guī)定的環(huán)境條件下，室外安裝時，

在規(guī)定的使用年限（一般以20年計）內(nèi)能連續(xù)輸出的最大視在功率，通常用kVA作單

位。

4.電力變壓器的并列運行條件

兩臺或多臺變壓器并列運行時，必須滿足以下三個基本條件：

（1）所有并列變壓器的額定一次電壓和二次電壓必須對應相等；

（2）所有并列變壓器的阻抗電壓必須相等；

（3）所有并列變壓器的聯(lián)結(jié)組別必須相同；

此外，并列運行的變壓器容量應盡量相同或相近，其最大容量與最小容量之比，一

般不宜超過3：1。

作業(yè):思考題4.1-4.6。

［教學反思］

-31-

供配電技術(shù)課程教案

第7講

［課程類別］理論課

［授課題目］

4.4互感器

4.5熔斷器

［教學目的與要求］

1.掌握電流互感器與電壓互感器的結(jié)構(gòu)、原理、接線、分類以及使用注意事項；

2.掌握熔斷器的工作原理，了解高、低壓熔斷器的類型、構(gòu)造及其特點。

［教學重點與難點］

重點：1.電壓、電流互感器的結(jié)構(gòu)、原理、接線、分類以及使用注意事項；

2.熔斷器的工作原理。

難點：1.正確理解電壓、電流互感器的工作原理、接線方式及其特點。

［教具和媒體使用］多媒體課件。

［教學方法］講授法、問題教學法。

［教學時數(shù)］2學時。

［教學過程］

導入:

復習回憶變壓器的工作原理。

新授:

一、互感器

1.概述

互感器實質(zhì)上是一種特殊的變壓器,又可稱為儀用變壓器或測量互感器，在供配電

系統(tǒng)中具有重要的作用，主要功能為：

（1）變換功能；

C2）來擴大儀表、繼電器的使用范圍：互感器的二次側(cè)的電流或電壓額定值統(tǒng)一

-32-

規(guī)定為5A（1A）及100V,便于二次設(shè)備制造規(guī)格統(tǒng)一和批量生產(chǎn);

（3）隔離和保護功能：使儀表、繼電器等二次設(shè)備與一次主電路隔離，提高了電

路工作的安全性和可靠性，而且有利于人身安全。

2.電流互感器

電流互感器簡稱CT（文字符號為TA,單二次繞組電流互感器圖形符號為此），

是變換電流的設(shè)備。

（1）工作原理

電流互感器由一次繞組、鐵芯、二次繞組組成。其結(jié)構(gòu)特點是：一次繞組匝數(shù)少且

狐有的型號還沒有一次繞組,利用穿過其鐵芯的一次電路作為一次繞組（相當于1匝）；

而二次繞組匝數(shù)很多，導體較細。電流互感器的一次繞組串接在一次電路中，二次繞組

與儀表、繼電器電流線圈串聯(lián)，形成閉合回路，由于這些電流線圈阻抗很小，工作時曳

流互感器二次回路接近短路狀態(tài)。

比生

式中，I1N、12N分別為電流互感器一次側(cè)和二次側(cè)的額定電流值，N1、用為其一次和二

次繞組匝數(shù)。

（2）接線方式

⑷三相星形

-33-

①兩相式接線：這種接線也叫不完全星形接線,在中性點不接地的高壓系統(tǒng)中，

廣泛用于測量三相電流、電能及作過電流保護之用，公共線上的電流為‘

如圖b所示；

②兩相電流差接線：該接線又叫兩相一繼電器式接線，流過電流繼電器線圈的電

流為O-l,其量值是相電流的石倍。這種接線適用于中性點不接地高壓系統(tǒng)中，作

過電流保護之用，如圖c所示；

③三相星形接線：每相裝有互感器，能反映各相電流，廣泛用于三相不平衡系統(tǒng)

中（高壓或低壓系統(tǒng)），作三相電流、電能測量及過電流繼電器保護之用，如圖d所示。

（3）使用注意事項

①電流互感器在工作時二次側(cè)不得開路；

②電流互感器二次側(cè)有一端必須接地；

③電流互感器在接線時，必須注意其端子的極性；

（4）類型和型號

互感器的類型很多：

按其一次繞組的匝數(shù)分，有單匝式（包括母線式、芯柱式、套管式）和多匝式（包

括線圈式、線環(huán)式、串級式等）；

按其用途分，有測量用和保護用兩大類；

按其準確級分，測量用電流互感器有0』、0.2、0.5、1、3、5