工厂供电 教案全套 张军国 第1-9章 绪论、工厂的电力负荷及其计算 - 电气照明

PAGEPAGE1【教学单元分析】

工厂供电课程教案第1章绪论供配电系统直接面向终端用户，其完善程度直接关系着广大用户的用电可靠性和用电质量，【教学目标】（1）知识层面了解电力系统的组成，理解电力系统的运行特点和对电力系统的基本要求，变配电系统的发展历史及未来趋势，熟悉变配电所的任务。（2）能力层面掌握电网额定电压与电气设备的额定电压之间应当相互配合的关系，掌握电力系统的电压与电能质量的计算分析方法。（3）素质层面能够根据不同的工厂用户需求，设计电网与电气设备之间相互配合的关系。（4）思政育人层面【教学重点与难点】（1）教学重点：1.2.电力系统的中性点运行方式。（2）教学难点：1.【教学设计】（1）设计要点一以实际电力系统的组成及运行要求基础，引出供配电系统在整个电力系统中的地位，确定本课程主要对象。（2）设计要点二在进行电气设备额定电压确定时，对于其中变压器一二次绕组额定电压有关的知识内容，通过图表的形式进行表示。设计依据：专业术语的正确表述非常关键。通过图表对专业术语进行解释，利于学生理解专业术语，同时有益于建立术语与概念之间的直接联系。（3）设计要点三在讲解供配电系统基本概念时，引导学生思考未来智能供配电网建设与发展所面临的问题，在此基础上引出课程思政内容。20351+N--PAGE3-【教学实施流程】教学步骤教学内容学生活动设计意图教师活动1介绍工厂供电课程的主要内容，使学生了解课程整体要求及概况。一、课程背景及特点问题引入：大家对工厂供电课程的理解是什么？工厂供电的要求：安全、可靠、优质、经济。思考问题、介绍工厂供电课程定义，让学生列举生活中相关应用，引出后续对工厂供电系统的思考。2介绍电力系统的基本概念，使学生对其有初步的了解二、电力系统的基本概念及运行要求（一）电力系统的基本概念电力系统主要由三个部分组成的一个发电、输电、变配电和用电的整体，见下图。发电厂—电力网（变配电所、电力线路）—电能用户（1（2所耗电能的用电设备或用电部门均称为电力用户。分析图纸，3通过提出（二）电力系统运行的特点和要求电能的生产、输送、分配和消费是同时进行的，基本要求如下：（1）保证供电的可靠性（2）保证良好的电能质量（3）具有一定灵活性和方便性（4）应具有经济性（5）具有发展和扩建的可能性（三）电力系统的中性点运行方式（1）中性点不接地（2）中性点经消弧线圈接地（3）中性点直接接地（1）TN系统中的设备外露可导电部分均采取与公共的保护线问题让同学问题讨论结合生活中的们思考电力实际提出问系统的运行题，使学生在要求讨论中形成对电力系统更深层次的思考。4详细讲解自主推理在对其中部分电力系统中方式进行讲解性点的运行后，鼓励学生方式自主推理其它方式的实现方式和设计方法。（PE线）或保护中性线（PEN线）相连接的保护方式；TTPEIT（导电部分，与TTPE3.中性点不接地的电力系统（1）系统正常时电压电流的向量关系图：A A电源 BC CO.ACO.BC C C CO.C C B（2）系统单相接地时的电压电流向量关系图：（3）中性点经消弧线圈接地的电力系统课程思政点：当前我国工业建设电力主要来自于煤炭燃烧，环境污染严重，同时也对能源行业带来危机，面对生态环保要求，中国作为世界上最大的发展中国家，把“碳排放达峰后稳中有降”列入“”2035“1+N”中和，这将是一场治国理政的大考。5结合实际生产生活需要讲解电力系统中各部分的额定电三、电力系统额定电压的规定及适用范围（一）电力系统的额定电压GB156-2007（1）电力线路的额定电压阅读相关材料通过实际的国家标准对电力系统中的规定进行讲解。压规定以及电能质量的相关技术指标。（2）用电设备的额定电压（3）发电机的额定电压（4）电力变压器的额定电压3.工厂供配电电压的选择（1）工厂高压配电电压的选择。工厂供电系统的高压配电电压的选择，主要取决于当地供电电源电压及工厂高压用电设备的电压、容量和数量等因素（2）工厂低压配电电压的选择。一般采用22／38V3V接三相动力设备及38V220V220V220V的（三）供电电能质量 UU1U2ΔU＝U1－U2UNU%U1U2100%UN电力负荷的大小是变动的，当最大负荷时，电网内电压损失增大，使用电设备的端电压降低；反之则升高。因此用电设备的端电压是随电力负荷变化而变化的，这种缓慢变化的、实际电压U与额定电压之差称为电压偏移U，即UUUNU0为正偏移，U0为负偏移。与电压损失一样，电压。偏移一般也用它对额定电压的百分比来表示，称为电压偏移百分值。其表达式为

U%UUN100%UN（1）正确选择供电变压器的变比和电压分接头；（2）合理减少供配电系统的阻抗；（3）均衡安排三相负荷；（4）合理调整供电系统的运行方式；（5）采用无功功率补偿装置；（6）采用有载调压变压器。（1）电压波动和闪变电压波动会影响电动机的正常启动，使同步电动机转子振动，使电子设备特别是计算机无法正常工作。电压波动对照明的影响最为明显，可使照明灯发生明显的闪烁，故称为“闪变”。（2）谐波干扰50Hz。课程思政点：20212（2144001099.872%年提高了0.007个百分点；用户平均停电时间11.26小时/户，0.61/2.77次/0.08次/6重点介绍供配电系统的基本要求及生熟悉其工业需要。四、供配电系统的概念、组成及发展趋势1.供配电系统的基本要求和任务：安全、可靠、优质、经济2.供配电系统的组成：（（。5.供配电系统的分类（1）大型电力用户供配电系统配电变电所总压变所 高无功置6～10kV C35～110kV电源配电变电所220/380VSTS高配电所变所高压用电设备（2）中型电力用户供配电系统 实例分析、通过简单的供配电系统设计进行分析，促使学生更深层次的掌握供配电系统的有关概念。（3）小型电力用户供配电系统6.低压供配电系统的接地型式（1）TN系统：中性点直接接地，所有设备的外露可导电部分均接公共的保护线(PE线)或公共的保护中性线(PEN线)。1）TN-C系统TN-S系统TN-C-S系统（2）TT系统：中性点直接接地，而其中设备的外露可导电部分均各自经PE线单独接地。-10--10-（3）IT系统：中性点不接地，或经高阻抗接地。7.供配电系统的发展趋势随着国民经济的发展，电力负荷密度越来越大。为了保证完成供配电的要求和任务，供配电系统需不断地改造。比如，通过不断提高供电电压的方法来实现长距离、大功率的电能传输；通过简化配电层次和逐步减少电压等级从而更好地提高供电质量；通过推广配电智能化技术解决传统配电网络的问题。7通过小布置作业和预习任务。五．小结（5分钟）“注意听讲，回顾本章主要内容。本节课内容形成整体认识，并突出重点和难点内容。1111PAGEPAGE1工厂供电课程教案第2章工厂的电力负荷及其计算【教学单元分析】【教学目标】（1）知识层面（2）能力层面（3）素质层面能够根据不同的工厂用户需求，利用所学方法解释不同类型负荷对工厂电力系统的影响。（4）思政育人层面通过分析不同类型电力负荷计算中存在的问题，培养学生深入发现问题、确认主次要矛盾的能力，锻炼学生分析实际工程问题的能力。【教学重点与难点】（1）教学重点：1.年最大负荷等负荷曲线参数的物理量意义；2.计算负荷的确定方法；（2）教学难点：工厂计算负荷的确定。【教学设计】（1）设计要点一通过让学生们列举生活中常见的电力负荷，引出本讲的主题——工厂电力负荷，并且讲解了工厂供电负荷的定义、分类等，确定本章讲授范围。（2）设计要点二在需要系数法进行工厂计算负荷的确定之时，采用数据流结构，对于各个单元的负荷进行树状累加，并形象地通过图形进行表示。设计依据：在计算负荷的确定过程当中，能够将数据信息通过图形形象化地表示更有助于学生对于负荷概念及分配的理解，同时也有助于准确快速地计算。（3）设计要点三在讲解功率因数及无功补偿时，通过介绍供电公司对于功率因数的标准规定引导学生思考功率因数过低造成的危害，在此基础上引出课程思政内容。事物内在特征，采取措施创造性地解决问题。对于光伏接入的系统，可采用本地自动补偿装置，PAGEPAGE4【教学实施流程】教学步骤教学内容学生活动设计意图教师活动1引导学生深入阐述电力负荷的概念，同时明确计算负荷在电力系统设计和管理中的关键性。通过学生互动，激发他们的积极参与，鼓励分享并讨论与电力负荷相关的实际系统。一、计算负荷的定义及意义轻载重载（等。（1）一级负荷（2）二级负荷（3）三级负荷工厂的用电设备，按其工作制分以下三类：（1）连续工作制（2）短时工作制（3）断续周期工作制断续周期工作制设备的额定容量PNεNεNε下的设备容量Pe为观察图片思考问题这样的2引导学生深入了解工厂电力负荷曲线的概念，同时讨论曲线如何反映工厂在不同时间段的负荷变化。通过学生互动，激发他们的积极参与，鼓励分享并讨论与工厂电力负荷曲线相关的实际物联网系统应用格式二、负荷曲线的概念1.负荷曲线的概念问题引入：负荷曲线定义是什么？（）观察图片；思考问题图形化的互动步骤有助于激发学生的形象化思维能力。通过互动，学生可以分享工厂电力负荷曲线的不同案例和观点，变化曲线等，拓宽对负荷变化问题的认知，提高他们在实际工程中理解和应对电力负荷变化的能力。2.与负荷曲线和负荷计算有关的物理量o （1）最大负荷也称为半小时最大负荷P30。年最大负荷利用小时：年最大负荷利用小时Tmax，2-4年最大负荷利用小时：式中，Wa为年实际消耗的电能量。厂，Tmax≈1800～3000hTmax≈3500～4800h；三班制工厂，Tmax≈5000～7000h。（2）平均负荷和负荷系数geodPttt荷Pav。Pav平均负荷Pav为55PAGEPAGE10（loadcoefficient）Pav与其最大负荷PmaxP与设备额定容量PN思政点课程思政点：式。3引导学生深入了解计算负三、计算负荷的确定1.计算负荷通过学生互动，激发他们的积荷的确定计算三相用电设备组负荷的方法和公相用电设备组负荷计算方法。最大负荷。2.按需要系数法确定计算负荷（1）基本公式Kd10.211～2Kd＝1P30＝PeP30＝PN/η，这里PNηKdcosφ无功计算负荷为：tanφ为对应于用电设备组cosφ的正切值。观察图片思考问题励分享并讨论与负荷计算相这样的互动步骤有助于培养学生的计算和分析在负荷计算实际应学生可以分享不同用电设备组的计算方法和经工厂整体负荷计算高他们在实际工程中综合考虑不同因视在计算负荷为cosφUN为用电设备组的额定电压。（2）设备容量的计算P30＝KdPe中的设备容量Pe，。。电焊机组：要求容量统一换算到ε＝100％，因此由式（2）可得换算后的设备容量为：，式中，PN；εN；520.2C.多组用电设备计算负荷的确定（）K∑pK∑q：总的有功计算负荷为：总的无功计算负荷为：P30.i和∑Q30.i总的视在计算负荷为：总的计算电流为：3.按二项式法确定计算负荷。思政点课程思政点：，1.损。2在充数。4.通过小结，概述本课内容，并布四．小结（5分钟）注意听本章主通过课堂总结，让学生对本节课内容形成整体认置作业和预习任务。最后容为我们提供了深刻的理解，使我们能够更好地配置电成本，为实现可持续电力供应奠定了坚实的基础识，并突出重点和难点内容。PAGEPAGE1【教学单元分析】

工厂供电课程教案第3章短路电流及其计算供配电系统的短路故障是供配电系统运行中常见的故障现象之一，系统一旦发生短路故障会对供配电的安全稳定运行造成严重影响。本章以无穷大容量系统为研究对象，分析三相短路后的暂态过程，详细介绍利用有名值法和标幺值法对三相短路电流进行计算，以及基于对称分量法的不对称短路电流的计算，进一步阐述短路故障下电气设备的电动力效应、热效应的基本概念与校验方法，从而服务于电气设备的选择、校验和继电保护的整定计算。【教学目标】（1）知识层面掌握电力系统短路的类型、发生的原因及危害，熟悉无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程，掌握短路相关物理量。（2）能力层面掌握电气元件阻抗标幺值的计算方法，短路电流的短路功率法计算方法。（3）素质层面能够利用标幺制计算短路电流，熟悉短路电流的热效应和电动力效应的概念。（4）思政育人层面通过短路事故的经验教训，告诫我们电气安全的重要性，培养电气领域规范操作的意识，突出责任感在电气工程领域的重要性，从而树立正确的职业观念，培养学生的问题分析能力，【教学重点与难点】（1）教学重点：1.电力系统短路的类型，相关物理量的理解；（2）教学难点：1.无限大容量电力系统三相短路的物理过程的理解；【教学设计】（1）设计要点一通过与实际大企业和小企业应对经济问题类比，介绍无穷大容量系统的特征及其在工程分析计算中的应用，并且说明了无限大容量系统的定义。设计依据：将专业知识与日常生活中常见的现象相结合，更容易使学生理解，通过类比问题引出课程内容，能够培养学生主动分析问题的能力。（2）设计要点二在进行短路电流计算之时，对于其中标幺值法计算中较为难懂的知识内容，通过类似于程序流程图的形式进行表示。设计依据：抽象的物理概念理解起来比较困难，通过更容易理解的图例进行解释，利于学生掌握专业方法，同时有益于建立物理概念与实际方法之间的联系。（3）设计要点三在进行三相短路电流计算时，引导学生思考实际电气设备在电网运行中存在的相关问题，在此基础上引出“在着眼矛盾普遍性的基础上，把握矛盾的特殊性，抓住决定事物性质的主要设计依据：计算三相短路电流的两种方法，有名值法和标幺值法，能够让我们树立对于同一事情根据不同需要可以采取不同解决方法的观念。对立统一规律是唯物辩证法的实质和核心。具体问题具体分析就是要在着眼矛盾普遍性的基础上，把握矛盾的特殊性，抓住决定事物性质的主要矛盾和矛盾的主要方面。只有具体问题具体分析，才能正确地认识和解决矛盾。--PAGE10-【教学实施流程】教学步骤教学内容学生活动设计意图教师活动通过学生间探讨经历过的停电事件，引出意外停电的重要故障短路并分析其发生原因。通过工程实例及新闻报道讲解短路故障的危害和类型。一、短路的原因、危害和类型供配电系统故障不仅会影响电气设备正常运行，甚至会引发火灾、导致人员伤亡等。在各种系统故障中，短路是最严重的故障。短路是指电力系统正常运行情况以外的不同相之间、相地线之间的直接金属性连接或经小阻抗连接。（一）短路的原因供配电系统中发生短路的原因很多，主要包括以下几类：（（二）短路的危害由于短路回路阻抗变小，导致短路后系统电流瞬间升高，为正常额定电流的几倍甚至几十倍，可达几万至几十万安培，会对整个系统及电力设备造成极大的威胁，具体危害为：小组讨论案例分析通过小组讨论使学生更好的理解短路的发生情况。通过案例分析使学生更好的理解短路的危害和类型。（（三）短路的类型k（3）表k（2）k（1，1）k（1）表短路短路种类示意图代表符号性质三相短路K(3)ABCK（3）三相同时在一点短接，属于对称短路两相短路 AKB CK（2）两相同时在一点短接，属于不对称短路两相接地短路 KABCK（1,1）在中性点直接接地系统中，两相在不同地点与地短接，属于不对称短路单相接地短路 BKCK（1）在中性点直接接地系统中，一相与地短接，属于不对称短路小。课程思政点：202166220设备故障导致发生一级重要用户供电电源中断事件。6月6日1321500电站220千伏黎鼓Ⅱ回线路因山火导致C相高阻接地故障跳C220C#1#2220千伏母线失灵保护相继动作，#1、#2主变跳闸，220千伏Ⅰ母线、Ⅱ母线失压，一级重要用户贵广铁路贵阳段220千伏榕江在电气工程领域的重要性，从而树立正确的职业观念。3将电网系统简化为无限大容量系统，并以此为基础分析短路发生的暂态过程。二、无限大容量系统三相短路暂态过程为简化分析，通常将所接电网看作无限大容量系统。“无限大容量系统”是指端电压保持恒定、没有内部阻抗、电源容量无限大的系统。（一）无限大容量供电系统三相短路暂态过程下图为电源为无限大容量系统发生三相短路的三相电路图和单相等效电路图。图中Rkl、Lkl为短路回路的电阻和电感，R’、L’为负载的电阻和电感。ua R L k(3)R' 'kl Lu ia b Lkl R'u ibc Lkl R' ic由于三相电路对称，可用单相等值电路图进行分析。ua R k(3)' 'kl Lkl R LikkikUsin(t)uRiLdikm a klk kldt通过求解上式非齐次一阶微分方程，可得其解为：tikIpmsin(tk)iopoeI Umpm式中， R2)2为路流期量幅，kl klarctanLkl k R为短回阻角； R为路回时常kl kl数；iopo为短路电流非周期分量初值；为电源电压的初相角。t=0iopoiopoImsin()Ipmsin(k)ikItk)[Im)Ikip可见，三相短路电流由短路电流周期分量ip和非周期分量inp1.三相短路时最大短路电流在电路参数和短路发生位置确定的情况下，短路电流周期电流分量的幅值恒定，而在暂态过程中非周期分量电流的初始值越大，短路电流最大可能瞬时值也就越大。短路电流的非周期分量的初始值不仅与合闸角有关，还与短路前的状态有关。4在介绍完三相短路的暂态过程之后对其相关物理量及其计算进行详细讲解。90。当（短Im0路前系统空载）且Ipm与时间轴平行（即0）时，短路电流非周期分量将取得最大值。iopo1）短路前电路处于空载，即Im0；2）发生短路时电压瞬间过零点，即0；因此，在最严重条件下的短路全电流表达式为：t tikIpmcostIpme2Ipcost 2Ipe式中，Ip为短路电流周期分量有效值。短路电流非周期分量最大时的短路电流波形如图。三相短路时只有其中一相电流最严重，短路电流计算也是计算最严重三相短路时的短路电流。（二）三相短路的有关物理量1.短路电流周期分量有效值短路电流周期分量有效值的计算表达式为IUavp 3Zk式中，Uav为线路平均额定电压，即为线路额定电压的1.05倍。结合我国电网电压等级标准，Ua取值为0.4kV、0.69kV、3.15kV、6.3kV、10.5kV、37kV、69kV、115kV、230kV等。ZR2(L)2k kl kl次暂态短路电流是指短路后第一个周期的短路电流有效值，对于无限大容量系统而言，短路电流周期分量不衰减，即I″＝Ip逐层递进，分析短路发生过程中的相关物理量，使学生更好的掌握有关的知识。Ik（tT1tT 1tTIk(t) TTikdt TT(ipinp)dt22 2 2t t2 2式中，ikTinpTtinp(t)ipIp(t）I I2I2k(t) p(t) np(t)t=0.01s时得001iship(0.01)inp(0.01) 2Ipe) 2kshIp0.01其中，ksh1e为短路电流冲击系数。若系统为纯电阻性电路时ksh=1；若为纯电感性电路时ksh=2。实际供配电系统通常为阻感性电路，因此冲击系数的取值范围为0≤ksh≤2。短路冲击电流有效值Ish是短路后第一个周期的短路全电流有效值，其计算表达式为Ish12(ksh1)I2p为方便计算，高压系统发生三相短路，一般可取ksh=1.8；低压系统发生三相短路，一般可取ksh=1.3。稳态短路电流有效值是指短路电流非周期分量衰减完后的短路电流有效值。无限大容量系统发生三相短路，短路电流的周期分量有效值保持不变，其计算表达式如下：IIUav k 3Zk）Sk avIk式中，SK；UvVIk（5结合例题详细讲解有名值法的计算过程。三、三相短路电流计算（一）有名值法有名值法的计算基本原理是先求短路回路总阻抗，结合线路电压，根据欧姆定律求短路电流。如图所示无穷大容量系统，当K点发生三相短路故障时，三相短路电流周期分量的有效值为I(3) Uavk 2 23RX式中，RΣ和XΣ分别表示短路回路的总电阻和总电抗。对于高压供电系统来说，通常总电抗远大于总电阻，在进行短路计算时忽略电阻；对于低压供电系统来说，当总电阻大于三分之一总电抗时，计算短路电流时需要考虑总电阻的影响。如果不计系统总电阻的影响，无穷大容量系统发生三相短路故障时，短路电流周期分量的有效值为I(3)Uavk 3X供电系统中的母线、线圈型电流互感器的一次绕组、低压断路器的过电流脱扣线圈及开关的触头等阻抗相对很小，在短路计算中忽略不计。而电力系统、电力变压器和电力线路等主要元件的阻抗计算如下所述。电力系统的电阻相对于电抗很小，－般不予考虑。电力系统的电抗可由系统所接变电所高压馈电线出口断路器的断流容量Soc来估算，据此电力系统的电抗为XU2SS av oc式中，Soc为系统出口断路器断流容量，可查有关手册或产品样本。变压器的电阻与短路损耗有关，其计算公式为：RP(U2S)T K av N式中，SN为变压器的额定容量；△Pk为变压器的短路损耗，可查有关手册或产品样本。通过例题带领学生更好的掌握有名值法计算的步骤和需要特别注意的要求。6结合例题重点讲解标幺值法的概念及计算方法。U%U2XK avT100SN式中，Uk%为变压器的短路电压（阻抗电压）百分值，可查有关册或产品样本。3.电力线路的阻抗线路的电阻RL可由导线电缆的单位长度电阻rL值求得，即RLrLl式中，rL为导线/电缆单位长度的电阻，可查有关手册或产品样本；l为线路长度。线路的电抗可由导线/电缆单位长度的电抗xL求得，即XLxLl式中，xL为导线/电缆单位长度的电抗，可查有关手册或产品样本。这里需要注意计算短路电路的阻抗时，假如电路内含有电力变压器，则电路内各元件的阻抗都应统一换算到短路点的短路计算电压。阻抗等效换算的条件是元件的功率损耗不变。由△P=U2/RQ=U2/X:RR(Uav)2UavXX(Uav)2Uav式中，RXUavR’、Uav’（二）标幺值法若供配电系统中包括多个电压等级，采用常规的有名值计算短路电流时，需将所有元件的阻抗归算到同一电压等级，给计算带来较多不便。而采用标幺值法进行短路电流计算时无需阻抗换算，以下将对该方法进行阐述。标幺值 该量的实际值（任意单位）该量的基准值（与实际值同单位）SdUdIdZd遵守ISd 功率方程SdId和d 3Id通过例题带领学生更好的掌握标幺值法计算的步骤和需要特别注意的要求。电压方程Ud3IdZdU2ZddSd多级电压的供电系统，假设短路发生在3WL处，基准容量选为Sd，线路1WL~4WL各级基准电压分别为Ud1Uav1、Ud2Uav2、Ud3Uav3、Ud4Uav4，则线路1WL的电抗Z1WL'归算到短路点所在电压等级的电抗Z1WL为Z 'Z (Uav2)2(Uav3)2U Uav1 av21WL的标幺值电抗为Z ' 'S U U S SZ Z dZ (av2)2(av3)2dZ dZ U2 U U U2 U2d3 av3 av1 av2 av3 av1即Z Z SdU 2av1可以发现，用基准容量和元件所在电压等级的基准电压计算的阻抗标幺值，与将元件的阻抗换算到短路点所在的电压等级，再用基准容量和短路点所在电压等级的基准电压计算的阻抗标幺值相同，即变压器的变比标幺值等于1。因此，标幺值法可避免多级电压系统中阻抗的换算，短路回路总阻抗的标幺值为各元件的阻抗标幺值之和。采用标幺值法计算短路电流具有计算简单、结果清晰的优点。1.主要电气元件的阻抗标幺值计算（1）线路电阻、电抗的标幺值lr0x0（幺值为RRrlSdZ 0U2d dXXxlSdZ 0U2d dx0、XTUK%NU% U2k NXXT100 SNUk%SdT Z U2 100 Sd d NSD（2）电抗器的电抗标幺值电抗器给出的参数是电抗器的额定电压UL.N、额定电流IL.N和电抗百分数XL%，其电抗标幺值为*X X% U U2X% U SXLLL L.N dL L.NdZ 100 3I S 100 3I U2d L.N d L.N d式中，Ud为电抗器安装处的基准电压。（3）系统的阻抗标幺值Sj（则系统阻抗相对于基准容量Sd（MVA）的标幺值为XSjsSd2.三相短路电流的计算无限大容量系统发生三相短路时，短路电流周期分量的幅值和有效值保持不变，短路电流的有关物理量I″、Ish、ish、I∞和Sk都与短路电流周期分量有关。因此，只要算出短路电流周期分量的有效值，其他短路相关物理量很容易求得。（1）三相短路电流周期分量有效值IUav Ud UdSd Sd1k 3Z 3ZZ 3ZU2 Zk k d k d d kI Sdd III由于 d，p k d，即IIdIIkZ d kkI1kZk（2）冲击短路电流短路冲击电流和短路冲击电流有效值为ish 2kshIkIsh12(ksh1)Ik2高压供电系统系统ish2.55Ik，Ish1.52Ik；低压供电系统ish1.84Ik，Ish1.09Ik。（3）三相短路容量三相短路容量计算如下：S I IdSISSk av k dZ d k d kk由上式可知，三相短路容量实际值等于基准容量与三相短路电流标幺值的乘积，三相短路容量的标幺值等于三相短路电流的标幺值。课程思政点：计算三相短路电流的两种方法，有名值法和标幺值法，能够让我们树立对于同一事情根据不同需要可以采取不同解决方法的观念。对立统一规律是唯物辩证法的实质和核心。具体问题具体分析就是要在着眼矛盾普遍性的基础上，把握矛盾的特殊性，抓住决定事物性质的主要矛盾和矛盾的主要方面。只有具体问题具体分析，才能正确地认识和解决矛盾。7通过图解详细讲解对称分量法的概念及计算过程。四、不对称短路电流计算（一）对称分量法的基本原理对称分量法的原理是：一组不对称的相量，可以分解成为正序、负序和零序三组对称的相量。在线性网络中这三组相量是相互独立的，每组序相量可按分析三相对称系统的方法来处理。然后将三个对称系统的分析计算结果，按照一定的关系组合起来，即可得出求取的不对称相量。下面以图3-8所示的三组对称相观察图解8通过例题详解计算过程。量为例，说明对称分量法的分解和合成方法。（a）正序（b）负序（c）零序（d）正、负、零序合成的相量图̇，̇̇120º，相序与正常运行方式一致的一组对称相量。图（b）负序分量为三个大小相等，相位相差120º，相序与正常运行方式相反的一组对称相量。图（c）中零序分量为三个大小相等，相位相同的一组相量。这三组对称相量合成后组成一组不对称的相量，如图（d）所示。当选择a相作为基准相，并引人旋转相量=ej120后，三相正、负、零序相量满足以下关系：2 正序量：b1 a1，c1 a1 2负序量：b2 a2，c2 a2零序量：b0 c0 a0图3（̇̇，̇ 1 1 a a12 b a2 2c a0上式可简写为PTS，其中PST（3-40）T-1 1 2a1 1 a 12a2 3 b 1 1 1a0 c上式可简写为ST1P一地分解成三组对称相量。（二）不对称短路电流的计算1.单相短路电流的计算通过例题带领学生更好的掌握标幺值法计a阻a相对地电压a0，而、c两相的电压b0，c0）K(1)Ss AR L I(2)k k kBR L I(2)k k kC3-14b所示。这种情况与发生不对称故障是等效的，也就是说，网络中发生的不对称故障，可以用在故障点接入一组不对称的电势源来代替。这组不对称电势源可以分解成正序、负序和零序三组对称分量。（3-14e及f在正序、负序和零序网络中，各序电压方程式可表示为qZf)fa)fa)0Zf(2)fa(2)fa(2)0Z ff(0)fa(0) fa(0)式中，qZff(1)，Zff(2)，Zff(0)分别为正序、负序和零序网络中短路点的输入阻抗。fa(1)，fa(2)，fa(0)分别为短路点电流的正序，负序和零序分量；fa(1)，fa(2)，fa(0)分别为短路点电压的正序，负序和零序分量。（a相V=0、I=0、I=0fa fb fc 0 fa fa(1) fa(2) fa(0)2 =0fb fafa(2) fa(0) 2 =0fc fafa(2) fa(0)经过整理上式，可以得到单相接地短路下的边界条件： 0fa fa(1) fa(2) fa(0) fa)fa(2)fa(0)联立上式方程可得𝐼𝐼̇ = ̇𝑒𝑒𝑒 = ̇𝑒𝑒𝑒⋅𝜑𝜑fa(1)√3𝑍𝑓𝑓𝑓𝑓)+𝑍𝑓𝑓𝑓𝑓)+𝑍𝑓𝑓𝑓𝑓)) 𝑍𝑓𝑓𝑓𝑓)+𝑍𝑓𝑓𝑓𝑓)+𝑍𝑓𝑓𝑓𝑓)式中，qZ1Σ≈Z2Σ。𝐼𝐼̇= 3̇𝑒𝑒𝑒⋅𝜑𝜑a2𝑍1)+𝑍𝑓𝑓𝑓𝑓)2.两相相间短路电流的计算当f点发生BC两相相间短路，则该点三相对地电压及流出）满足、、=0fb fc fb fc fa序对称分量表示可得fa(1) fa(2)fa)fa(2)=0fa(0)可得 = qfafa(2)Z Zffff(2)根据上式，故障相短路电流为& 2& & 2 I=I +I =() eq j3 eqfb fafa(2) Z Z Z Zffff(2) ffff(2)𝐼𝐼̇ =𝛼𝛼𝐼𝐼̇ +𝛼𝛼2𝐼𝐼̇ =(𝛼𝛼−𝛼𝛼2) ̇𝑒𝑒𝑒⋅𝜑𝜑𝑓𝑓𝑐𝑐 𝑓𝑓𝑎𝑎(1) 𝑓𝑓𝑎𝑎(2) 𝑍𝑍()+𝑍𝑍()ff1 𝑓𝑓𝑓𝑓2̇𝑒𝑒𝑒⋅𝜑𝜑=𝑗𝑗√3𝑍𝑍 +𝑍𝑍ff(1) 𝑓𝑓𝑓𝑓(2)由此可见，当Zff(=Zff(2)√𝟑𝟑𝟐如果两相通过阻抗短路，所对应边界条件为：=zfa(1) fa(2) ffa fa)fa(2) =0 fa(0)与网络方程式联立求解即得故障处电流，其计算表达式如下： = qfafa(2)Z Zffff(2)j3 qfb fc Z Z zffff(2) fI(2)UavK 2ZK式中，Uav为短路点的平均额定电压，Zk为短路回路一相总阻抗。在无限大容量系统中或远离发电机处发生短路时，两相短路电流和单相短路电流都比三相短路电流小，在后续章节中两相短路电流主要用于相间短路保护灵敏度的校验，而单相短路电流主要用于单相短路保护的整定计算和单相热稳定度的校验。3.两相接地短路电流的计算假设f点发生BC两相短路接地，故障点三相对地电压及流（）满足、=0fb fc fa称分量表示可得 fa(1) fa(2) fa(0)fa)fa(2)fa(0)=0与单相短路接地的边界条件类似，只是电压和电流互换。可进一步得出故障处各序电流为 = eqfaZ ZZ ff(2)ff(0) ffZ +Z ff(2) ff(0)Zff(0)fa(2) faZ +Z ff(2) ff(0) Zff(2)fa(0) faZ +Zff(2) ff(0)故障相的短路电流为2 2Zff(2)Zff(0))fb fafa(2) fa(0) faZ +Z ff(2) ff(0) Z 2Z 2 ff(2) ff(0))fc fafa(2) fa(0) faZ +Z ff(2) ff(0)（3-57）两相短路接地时流入大地中的电流为Zff(2)g fb fc fa(0) faZ +Zff(2) ff(0)9结合其它专业课程的内容，讲解短路发生时的其它效应。五、短路电流效应和稳定度校验（一）热效应和热稳定度1.电动力效应供配电系统发生短路时，短路相导体中将产生很大的短路电流，因为各相导体都处在相邻电流所产生的磁场中，导体将受到巨大的电动力作用，可能对电器和载流导体产生严重的机械性破坏，称为短路电流的电动力效应。（1）短路时的最大电动力通过结合其它专业课内容，使学生对专业知识有更清晰的认识以及更深刻的了解。两根平行导体通过电流分别为i1和i2，其相互间的作用力F(单位N）可用下式计算：𝑙𝑙𝐹𝐹=2𝑘𝑓𝑓𝑖1𝑖2×107N⁄2𝑎𝑎式中，𝑘𝑘f为导体的形状系数，与导体的形状和相对位置有关：对于圆截面取1；对于矩形截面，则通过查下图曲线，根据a、b及h值计算可得。图中b、h分别为母线截面宽和高，当母线竖放时依次为母线截面的短边、长边，平放时为其长边；l为导体两相邻支持点间距离，即档距；a为两导体轴线间的距离。2⁄√3𝐹𝐹)=√3𝑘𝑘𝑖𝑖2𝑙𝑙×107N⁄2𝑚𝑚𝑎𝑚𝑚 𝑓𝑓𝑠ℎ𝑎𝑎由此可见，在无限大容量系统中发生三相短路时，中间相导体所受的电动力比两相短路时导体所受的电动力大，因此校验电器和载流部分的短路动稳定度，一般应采用三相短路冲击电流或短路后第一个周期的三相短路全电流有效值。（2）短路动稳定度的校验条件:imax≥ish式中，imax为电气设备的动稳定电流峰值，可查有关手册或产品样本。:Fal≥Fc式中，Fal为绝缘子的最大允许载荷，可由有关手册或产品样本10根据电力系统中保护装置的作用方式分析短路电流的电动力效应和动稳定度。0.6值;Fc（3）c.硬母线的动稳定度校验条件为:δal≥δc式中，δal(TMY型)，δal=140MPa(LMY)，δal=70MPa;δc（3）时所受到的最大计算应力。ish根据GB50054-20111%100kW（二）短路电流的电动力效应和动稳定度供配电系统发生短路时，强大的短路电流通过电气设备或载流导体，会产生很大的热量，使电气设备或载流导体的温度急剧升高的现象，称为短路电流的热效应。电气设备和载流导体均有规定的最高允许温度。2s～3s𝜃𝐿𝐿𝑡𝑡=𝑡1𝑡2𝜃𝜃𝑘𝑘于周围介质温度𝜃0为止。θk对不同的电力系统运行要求进行分析，使学生掌握短路电流带来的其他效果。（1）理论方法由于实际短路电流幅值变动，用它来计算θk相当困难，因此一般是采用一个恒定的短路稳态电流𝑰𝑰∞来等效计算实际短路电流所产生的热量。假设在某一短路发热假想时间𝑡𝑡𝑖𝑖𝑚𝑚𝑎𝑎内导体内通过短路稳态电流𝐼𝐼∞所产生的热量，恰好等于实际短路电流𝑖𝑖𝑘𝑘或𝐼𝑡𝑡(𝑡𝑡)𝑡𝑘𝑘𝑄𝑘𝑘，即tk𝑄𝑄𝑘𝑘=�𝐼𝐼2𝑅𝑅𝑅𝑅𝑡𝑡=𝐼𝐼2𝑅𝑅𝑡𝑡𝑘𝑘(𝑡𝑡) ∞ 𝑖𝑖𝑚𝑚𝑎𝑎0短路发热假想时间𝑡𝑡𝑖𝑖𝑚𝑚𝑎𝑎可用下式近似地计算：𝐼𝐼𝑡𝑡𝑖𝑖𝑚𝑚𝑎𝑎=𝑡𝑡𝑘𝑘+0.05( )2𝐼∞式中，tk𝑡𝑜（）𝑡𝑜𝑐𝑐（𝑡𝑡𝑘𝑘=𝑡𝑡𝑜𝑜𝑜𝑜+𝑡𝑡𝑜𝑜𝑐𝑐（𝑡𝑜𝑐𝑐=02；对，可取𝑡𝑡𝑜𝑜𝑐𝑐=0.1~0.15s。当𝑡𝑘𝑘>1𝑠𝑠38𝑡𝑖𝑎=𝑡𝑘𝑘𝐼𝐼=𝐼∞，因此𝑡𝑡𝑖𝑖𝑚𝑚𝑎𝑎=𝑡𝑡𝑘𝑘+0.05𝑠𝑠（2）工程曲线法𝑄𝑘𝑘𝜃𝑘𝑘3-18（K𝜃𝜃）𝜃𝑘𝑘。利用图中曲线由𝜃𝜃𝐿𝐿查𝜃𝜃𝑘𝑘的步骤如下：θL值。如6𝜃𝜃𝐿𝐿。𝜃𝜃𝐿𝐿αα坐标轴上的𝐾𝐾𝐿𝐿。③利用下式计算KkK K(I)2tK L S imaA2)𝐼∞(kA)；𝑡𝑡𝑖𝑖𝑚𝑚𝑎𝑎为短路发热假想时间(s)；𝐾𝐾𝐿𝐿和𝐾𝐾𝑘𝑘分别为正常负荷时和短路时导体加热系数(A2∙s/mm4)。④从纵坐标轴上找出𝐾𝐾𝑘𝑘值。bb𝜃𝜃𝑘𝑘值。（3）热稳定度的校验条件一般电气设备的热稳定度校验条件𝐼𝐼2𝑡𝑡≥𝐼𝐼(3)𝑡𝑡𝑡𝑡 ∞𝑖𝑖𝑚𝑚𝑎𝑎式中，It为电气设备的热稳定电流；t为电气设备的热稳定试验时间。以上的It和t可查有关手册或产品样本。母线及绝缘导线和电缆等导体的热稳定度校验条件𝜃𝑘𝑘.𝑚𝑚𝑎𝑚𝑚≥𝜃𝑘𝑘𝜃𝑘.𝑚𝑚𝑎𝑚𝑚六、三相短路电流计算例题1.某工厂供电系统如图所示。已知电力系统出口断路器为SN10-10Ⅱ型。试求工厂变电所高压10kV母线上k－1点短路和低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。解：1.求k－1点的三相短路电流和短路容量（Uc1＝10.5kV）（1）计算短路电路中各元件的电抗及总电抗1）电系的抗由录表8得SN10-10Ⅱ断路的断流容量 因此2）3-1得3）k-1（（（2）计算三相短路电流和短路容量1）三相短路电流周期分量有效值2）三相短路次暂态电流和稳态电流3）三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值，因此，因此4）三相短路容量2．求k－2点的短路电流和短路容量（Uc2=0.4kV）1）电力系统的电抗2）架空线路的电抗3）电力变压器的电抗：由附录表5得Uk％=5，因此4）绘k－2点短路的等效电路并计算其总电抗：（2）计算三相短路电流和短路容量1）三相短路电流周期分量有效值2）三相短路次暂态电流和稳态电流3）三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值4）三相短路容量11通过小结，概述本课内容，并布置作业和预习任务。七．小结（5分钟）让学生了解供配电系统运行中常见的故障现象之一——短路，以及其严重影响和危害，以无穷大容量系统为研究对象，分析三相短路后的暂态过程，详细介绍有名值法和标幺值法的计算，以及基于对称分量法的不对称短路电流的计算，进一步阐述短路故障下电气设备的电动力效应、热效应的基本概念与校验方注意听讲，回顾本章主要内容。通过课堂总结，让学生对本节课内容形成整体认识，并突出重点和难点内容。2626PAGEPAGE1工厂供电课程教案第4章工厂变配电所及其一次系统【教学单元分析】【教学目标】（1）知识层面（2）能力层面（3）素质层面（4）思政育人层面【教学重点与难点】高/低压（2）教学难点：1.变电所变压器台数和容量选择的基本原则和计算方法；2.读懂变配电所主电路接线图。【教学设计】（1）设计要点一通过让学生们列举生活中常见的开关电气设备，引出本讲的主题——供配电系统中常见高低压开关设备，确定本讲的内容范畴。（2）设计要点二在进行不同开关设备选择之时，对于其中一些较为难懂的知识内容，通过数学公式的形式进行表示。（3）设计要点三在讲解供配电系统常见主接线类型时，引导学生思考电业安全生产，在此基础上引出课程思政内容。PAGEPAGE10【教学实施流程】教学步骤教学内容学生活动设计意图教师活动1在学生学习的引导过程中我们深入研究了电力变压器电气设备用于改变交流电电压的装置一、电力变压器1.电力变压器的分类及结构， （2）按相数分：有单相和三相两大类，用户变电所通常都采用三相变压器；（3）按调压方式分：无载调压和有载调压两大类，用户变电所大多采用无载调压变压器；（4）按绕组导体材质分：铜绕组变压器和铝绕组变压器两大类；（5）按绕组型式分：双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器，用户变电所大多采用双绕组变压器；（6）（SF6）（7）按结构性能分：普通变压器、全密封变压器和防雷变压器等，用户变电所大多采用普通变压器。2．联接组别Yyn0a-x阅读材料在这个互动环节中，老师可以提出关于电力变压器的应用案例或问题，鼓励学生以小组或个人形式分享他们对该主题的见解和认识。学生们将有机会探讨电力变压器在日常生活中的实际应用，如家用电器、工业设备等方面的具体场b-y，c-z作为线段标记。（1） Yyn0联结图变压器Yyn0联结组别a)一二绕结线b)一、次压量 c)钟表表示Yyn0（12时时（2） 联结图变压器Yyn0联结组别a)b)c)表示针的位置一样。思考两种联结区别景。接着，老师可以与学生进行深入的互动，引导他们思考电力变压器在不同应用领域下的作用机制和效果。（3） Yyn03n（nYyn0Yyn0Yyn0（N）25%3．铭牌主要技术参数的含义电力变压器全型号的表示和含义如下：（1）U1N的额定电压为U2NU1NU2N都是kVV（2）I1NI2NI2N示线电流，单位是A。（3）20作单位。4．电力变压器的并列运行条件（1）所有并列变压器的额定一次电压和二次电压必须对应相等；（2）所有并列变压器的阻抗电压必须相等；（3）所有并列变压器的联结组别必须相同；3∶1。2引导学生深入掌握电流互感器的选用和校准的重要性强调其在电力系统的运行和监控中发挥着关键作用。二、电流互感器1.电流感图符是变电的备。1．工作原理，（1匝I2NN1、N22．接线方式阅读原理观察接线图这样的互动步骤有助于培养学生的实际操作和问题解决能力，促进他们对物联网系统在电流互感器方面的实际应用的深刻理解。通过互动，学生可以分享不同案例和经验，拓宽对电流互感器选用和校准重要性的认知，提高b②两相电流差接线：该接线又叫两相一继电器式接线，过流电线的电，其值相电流倍这接适中性不地压统中c（，作d所示。3．使用注意事项①电流互感器在工作时二次侧不得开路；②电流互感器二次侧有一端必须接地；③电流互感器在接线时，必须注意其端子的极性；（4）类型和型号互感器的类型很多：（按其用途分，有测量用和保护用两大类；0.1、0.2、0.5、1、3、5等级，保护用电流互感器有5P、10P、两级。现在应用最普遍的是环氧树脂浇注绝缘的干式电流LQJ-10LMZJ1-0.5500V及以下的低压配电装置中。他们在电力系统运行和监控中综合考虑不同因素的能力。讨论中还可以引导学生思考在特定情境下如何合理选择和校准电流互感器，以确保电力系统的高效运行。3引导学生深入了解电压互感器的选择和校验的重要性强调这一过程对于确保电力系统的可靠运行至过学生互们的积极分享并讨论与电压互感器选择和校准相关的实际应用格式。三、电压互感器感器形号是变换设1．工作原理，Ku：U2NN1N2Ku10/0.1kV2．电压互感器的接线方式电压互感器一次电压取决于一次侧连接的电网电压，不受二次影响。电压互感器二次侧负载是测量仪表、继电器的电压线圈，近视工作在开路状态，一、二次绕组不允许短路，在二次侧出口处安装熔断器或自动空气开关，应用过载和短路保护。理解原理这样的互动步骤有助于培养学生的实际操作和问题解决能力，促进他们对电压互感器方面的实际应用的深刻理解。通过互动，学生可以分享不同案例和经验，拓宽对电压互感器选择和校准重要性的认知，提高他们在电力系统运行中综合考虑不同因素的能力。讨论中还可以引导学①图②V图③00（图④用个相绕压互器一三五芯柱式压感成Y0/Y0/ 形(图d)中组组成供量个电压三相压另组绕零序组接开三角电继器当路正常作口角端的序压近零而线路上生相地障口角端零压接近100V，使电压继电器动作，发出信号。3．电压互感器使用注意事项及配置原则思考生思考在特定情境下如何合理选择和校准电压互感器，以确保电力系统的稳定运行。①电压互感器在工作时，其一、二次侧不得短路；②电压互感器二次侧有一端必须接地；③电压互感器在接线时，必须注意其端子的极性。4引导学生详细了解高低压一次开关设备的特性和应用强调这一过程对于理解电力系统的运作方式以及确保其安全运行通过学生他们的积励分享并讨论与高低压一次开关设备特性和应用相关应用格式。四、高低压一次开关设备1．高压开关设备（1（）QS；图形号；， 修；（2QL（3图形号；并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。化硫（SF6）理解这样的互动步骤有助于培养学生的实际操作和问题解决能力，促进他们在高低压一次开关设备方面的实际应用的深刻理解。通过互动，学生可以分享不同案例和经验，拓宽对高低压一次开关设备特性和应用重要性的认知，提高他们在电力系统安全运1）油断路器分为多油和少油两大类，以油为灭弧介质，断流容量小、运行维护比较困难，现已很少使用；2）35kV2．低压开关设备（1（QK）HD13型低（2HR3（3QDW15（4塑料外壳式断路器的类型繁多，国产的典型型号有DZ2063A。行中综合考虑不同因素的能力。讨论中还可以引导学生思考在特定情境下如何合理选择和使用高低压一次开关设备，以确保电力系统的可靠运行。组装灵活方便，安全性能好等优点。思考5引导学生深入研究高低压一次开关设备的选择标准和这一过程对于确保电力系统的有效运行至关重发他们的鼓励分享并讨论与高低压一次开关设备选择标准和方法相关的应用格式。五、高低压一次开关设备的选择1．高压一次设备的选择4-14-11-110kV理解选择的意义理解表格这样的互动步骤有助于培养学生的深度分析和决策能力，促进他们对物联网系统在高低压一次开关设备方面的实际应用的深刻理解。通过互动，学生可以分享不同案例和经验，拓宽对高低压一次开关设备选择标准和方法重要性的认知，提高他们在电力系统有效运行中10kV母线短路时的1.1s0.2s。SN10-10SN10-10Ⅰ4-22．低压一次设备的选择4-34-1思考问题综合考虑不同因素的能力。讨论中还可以引导学生思考在特定情境下如何制定合理的选择标准和方法，以确保电力系统的高效运行。6引导学生深入了解供配电系统的主接线方式，通过学生互动的步1kV1kV）1.放射式接线，；理解这样的互动步骤有助于培养学生的实际运用和问题解决能力，促进他们对供配电系统主接线方六、供配电系统的主接线方式六、供配电系统的主接线方式们的参与兴趣，共同探讨与该接线方式相关的生活中应用。环形接线，实质上是两端供电的树干式接线。4.变配电所的主接线方案主接线图有两种绘制形式：（l）.（2）.在变配电所施工图中使用。式方面的实际应用的深刻理解。通过互动，学生可以分享不同案例和经验，拓宽对主接线方式的认知，提高他们在设计和应用供配电系统时的全面考虑能力。讨论中还可以引导学生思考在特定环境下如何选择合适的主接线方式，以确保供配电系统的稳定运行。（3；（4）.变配电所常用主接线类型和特点1）线路—变压器组单元接线2）单母线接线分为单母线不分段接线和单母线分段接线。3）桥式接线桥式接线是指在两线路—变压器组接线的高压侧间跨接一个断路器，犹如一座桥，其中：①内桥式接线：②外桥式接线：，操作频繁，有穿越功率流经的中间变电所。思政点课程思政点：10kV202210kV5项4810kV3610kV思考10V99.99965%，电网使30%。3.能够根据实际需求进行合理扩建，具有一定前瞻性。7引导学生深入了解工厂供配电系统的主接线方案。七、工厂配电所的主接线方案6～10kV220/380V1.工厂变电所的主接线图（1）有工厂总降压变电所或高压配电所的工厂变电所和（2）工厂无总变、配电所的工厂变电所工厂内无总变、配电所时，其工厂变电所往往就是工厂的降压变电所，其高压侧的开关电器、保护装置和测量仪表等，都必须配备齐全，所以一般要设置高压配电室。思考问题通过互动环节，激发学生的兴趣，鼓励他们积极分享并讨论与该方案相关的实际应用格式，以促进共同学习和经验交流①只有一台变压器的小型变电所主接线 ②装有两台主变压器的小型变电所主接线 可供一、二级负荷8引导学生深入了解工厂变配电所所址的选。八、工厂变配电所所址选择1.变配电所所址选择的一般原则1）尽量接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量。2）进出线方便，特别是要便于架空进出线。3）接近电源侧，特别是工厂的总降压变电所和高压配电所。4）设备运输方便，特别是要考虑电力变压器和高低压成套配电装置的运输。思考问题通过互动环节，激发学生的积极参与，鼓励他们分享和探讨在这一选择的实际应用，以促进更深入的学习和5）不应设在有剧烈振动或高温的场所，无法避开时，应有防振和隔热的措施。6）不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，无法远离时，不应设在污染源的下风侧。7）不应设在厕所、浴室和其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻。8）不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方。9）不应设在地势低洼和可能积水的场所。负荷指示图是将电力负荷按一定比例（例如以1mm2图工厂负荷指示图负荷圆的半径r由车间的计算负荷P30＝Kπr2得P30k为负／2设有负荷P1P2和P4-74为P（x1,1P（x2,2P（x3,3P＝∑Pi＝P1＋P2＋P3观察负荷指示图，经验交流。则仿照力学中求重心的力矩方程可得写成一般式：因此可求得负荷中心的坐标为：2.变配电所的总体布置2）变配电所总体布置方案示例4-754-5824-764-77图车间变电所的平面图和剖面图2121PAGEPAGE22图工厂高压电配电所与附属车间变电所布置方案图无高压配电室和值班室的车间布置方案9.通过小结，概述本课内容，并布置作业和预习任务。九．小结（5分钟）最后两节重点讨论了工厂变配电所所址选择的关键注意听讲，回顾本章主要内容。通过课堂总结，让学生对本节课内容形成整体认识，并突出重点和难点内容。供了实质性的指导。PAGEPAGE1【教学单元分析】

工厂供电课程教案5【教学目标】（1）知识层面了解电力线路的类别，高、低压线路的接线方式，架空线路、电缆线路、车间线路的结构和敷设。（2）能力层面掌握导线和电缆截面选择计算的方法，线路电压损耗的计算。（3）素质层面能够根据车间动力电气平面布线图了解车间配电系统。（4）思政育人层面【教学重点与难点】（1）教学重点：1.放射式接线、树干式接线、环形接线；（2）教学难点：1.导线和电缆截面选择及其计算方法；【教学设计】（1）设计要点一通过不同电压等级实际架空线路的比对，引出本讲导线截面积选择的必要性，确定主要研究对象和范围。设计依据：通过类比推理的方法，将繁复的专业知识整合为一个整体，能够加深学生的记忆和理解效果，更好的培养学生举一反三的自我思考。（2）设计要点二在进行具体导线截面选择之时，对于其中一些电压损失作为选择依据的计算内容，通过相量图表的形式进行表示。设计依据：专业术语的正确表述非常关键。通过图表对专业术语进行解释，利于学生理解专业术语，同时有益于建立术语与概念之间的直接联系。（3）设计要点三在讲解工厂电力系统敷设时，引导学生思考中国工业建设发展所面临的问题，在此基础上引出课程思政内容。2035--PAGE10-【教学实施流程】教学步骤教学内容学生活动设计意图教师活动1线路的重一、工厂电力线路及其接线方式（一）电力线路的任务和类别1kV（二）工厂电力线路接线方式1.高压线路的接线方式（1）放射式接线。（2）树干式接线：要提高供电可靠性，可采用双干线供电或两端供电的接线方式。（3）环形接线：实质上是两端供电的树干式接线。通过讲解使学生了解到电力出本章内线路的重容。要作用。2通过图解详细介观察图解通过分析不同接线绍各种不方式的图同的接线方式及其优缺点和适用场合2.低压线路的接线方式（1）放射式接线3结合国标的规定讲解不同线路的敷设方式和二、工厂电力线路的敷设（一）架空线路的敷设GB50061-201066kV危险场所。阅读材料，。（2（2）树干式接线（3）环形接线（N线或PEN线）电位在三相对称时为零，而且其截面也较小，机械强度较差，所以中性线一般架设在靠近电杆的位置。1-电杆；2-横担；3-导线；4-避雷线5-26bc5-26f5-26d5-26e（1）档距：架空线路的档距，又称跨距，是指同一线路上相邻两根电杆之间的水平距离。下表是10kV及以下架空线路的档距（据GB56-10。。；。区域档距线路电压3kV~10kV3kV以下市区45~5040~50郊区50~10040~6010kVGB50061-2010用绝缘导线，则线距可结合当地运行经验确定。线路电压线间距离。，、、。档距40及以下50607080901001101203kV~10kV0.600.650.700.750.850.901.001.051.153kV以下0.300.400.450.50注：3kV以下架空线路靠近电杆的两导线间的水平距离不应小于0.5m。（2）设计和安装时必须遵循架空线路的导线与建筑物之间的垂直距离按GB50061-2010规定。（二）电缆线路的敷设（1）直接埋地敷设（2）电缆沟敷设线路电压线路电压3kV以下3kV~10kV35kV66kV距离3.03.04.05.0200mm0.711.1（。控制电缆10kV及其以下电缆根数01234560-3503805106407709001350450580710840970110025506007808609901120112536507508801010114012701400480090010301160129014201550595010501180131014401570180061120120013301460159017201850（3）电缆多孔导管敷设2根，PVC（4）电缆沿墙敷设（5）电缆桥架敷设（三）车间线路的敷设车间线路一般分为绝缘导线和裸导线。1.绝缘导线的敷设力工程电缆设计规范》。2.裸导线的敷设LMY型281配电母线槽2配电装置3插接式母线4机床5照明母线槽6灯具课程思政点：20351+N实现从碳达峰到碳中和，这将是一场治国理政的大考。4通过实物图片以及学生讨论列举电力设备的类型和结构。三、工厂电力线路的结构和型号（一）架空线路的结构1低压导线2针式绝缘子3横担4低压电杆5横担6高压悬式绝缘子串7线夹8高压导线9高压电杆10避雷线观察图片5-2所示，图中1、5、11、14为终端杆，2、9为分支杆，3为转角杆，4、6、7、10为直线杆(中间杆)，8为分段杆(耐张杆)，12、13为跨越杆。（1）80%（2）（3）终端杆：终端杆是安装在线路起点和终点的耐张杆。终端杆只有一侧有导线，为了平衡单方向导线的拉力，需要在导线的对面装拉线。（4）转角杆：转角杆用在线路改变方向的地方，通过转角可以实现线路转弯。（5）（6）特种杆：用于跨越铁路、公路、河流、山谷的跨越杆塔，线路中导线需要换位处的换位杆塔及其他电力线路所采用的特殊形式的杆塔，统称为特种杆。（3MS/（（2MS/（0M（7.52M（35kV10kV《66kV拉线、水平拉线及YV，，，。属部件。金具的种类有：悬垂线夹、耐张金具、联结金具、接续金具保护金具、拉线金具。（二）电力电缆的结构1缆铅皮；2皮缠带绝缘；3绝芯线绝缘；4线填充物；5充导体10kV5-75-8a)中间头剥切尺寸示意图b)1铜屏蔽层(半导层，7应力管，8缆芯绝缘，9压接管，10填充胶，11四氟带，12应力疏散胶、；、热缩密封管；4-缆芯绝缘层；5-应力控制管；7-应力疏散胶；8-半导体层；9-铜屏蔽层；10-热缩内护层；11-钢铠；12-外护套；19-接地线（4）电缆的型号35kV5-9ZL（vQ（FeRaNH。2）41。3）VV42－103×5010kV350mm2，；、5对车间线路的主要结构和设计流程进行详细讲解。（三）室内（车间）线路的结构室内（车间）线路一般采用绝缘导线和裸导线。（铜（2）铜铝（）BVR-铜形和管形等，其材质有铜、铝和钢。车间内以采用LMY型硬铝母线最为普遍。6通过课程思政点引出导线和电缆截面选择的四、导线和电缆截面选择的一般原则（1）（2）（3）））5）课程思政点：“两点论”与“重点论”的统一，对不同问题切忌一概而论。7按照发热条件对五、按发热条件选择导线和电缆截面（一）三相系统相线截面的选择通过例题详细讲解导线和电缆的电流及截面积进行计算按发热条件选择三相系统中的相线截面时，应使其允许载流量Ial不小于通过相线的计算电流I30，即式中，θal为导线额定负荷时的最高允许温度；θ0为导线的允许载流'量所采用的环境温度；0为导线敷设地点实际的环境温度。（二）中性线和保护线截面的选择（N线（1）A0Aφ的50％，即A0应与相线截面Aφ线电流，因此中性线截面A0宜等于或大于相线截面Aφ，即（PE）保护线要考虑三相系统发生单相短路故障时单相短路电流通过时的短路热稳定度。根据短路热稳定度的要求，保护线（PE线）的截面APE，按GB50054-1995《低压配电设计规范》规定：（PEN线保护中性线兼有保护线和中性线的双重功能，因此PEN线截面选择应同时满足上述PE线和N线的要求，取其中的最大截面。8损耗条件六、按电压损耗选择导线和电缆截面通过例题详细讲解对导线和电缆的电流及截面积进行计算。线路的允许电压损耗不超过5％（。（－）集中负荷的三相线路电压损耗的计算i各线段电流都用大写电流IlrxLRX。Uφ2Uφ1Uφ2i1Uφ1i1Uφ2。电压降在参考轴（纵轴）上的投影称为电压降的纵分量，用△Uφ表示。δUφ。Uφ。cosφ≈1的线按照电压损耗条件的选型计算。或负荷cosφ≈1的线路，则电压损耗为UN。线路电压损耗的百分值为“均一无感”的三相线路电压损耗百分值为式中，C为计算系数，如表所示。或功率2对于均一无感的两相三线线路，由相量图可知线路电压损耗为9电流密度条件对导线和电缆的电流及截面积进七、按经济电流密度选择导线和电缆截面下图是线路年费用C与导线截面A1（2312（Aec表示。。按经济电流密度jec计算经济截面Aec的公式为：Aec截面。10通过图例讲解车间变电所八、车间变电所布线图（。配电线路标注的格式为：式中，a为线缆编号；b为线缆型号；c为并联电缆或线管根数（单根电em2为NNgN2h为（2Ek为。观察图例11通过小布置作业和预习任务。九．小结（5分钟）装。注意听本章主要内容。。1818PAGEPAGE10工厂供电课程教案第6章工厂供电系统的保护装置【教学单元分析】【教学目标】（1）知识层面（2）能力层面针对不同的元件，能根据实际情况合理选择保护装置，并实现不同保护之间的配合。（3）素质层面理解设置保护的基本原则，能明确微机保护的优势。（4）思政育人层面【教学重点与难点】（1）教学重点：各种元件的保护配置、继电保护的基本知识、线路保护的整定；（2）教学难点：线路保护的整定计算。【教学设计】（1）设计要点一以家庭常用的保险丝为例，引出本讲的主题——保护装置，给出常见保护装备的照片，加深对保护装置认知。（2）设计要点二在进行不同元件的保护配置设置时，要引导学生合理归纳，让学生能举一反三。【教学实施流程】教学步骤教学内容学生活动设计意图教师活动1引导学生深入了解工厂供电系统的过电流保护装置，通过学生互动，激发他们的主动参与，鼓励分享和探讨与过电流保护装置相关的实际应用格式。一、工厂供电系统中的保护继电保护装置是按照保护的要求，将各种继电器按一定的方式进行连接和组合而成的电气装置，其任务是：（1）故障时作用于跳闸；（2）异常状态时发出报警信号。（1）选择性：当供电系统发生故障时,只离故障点最近的保护装置动作,切除故障,而供电系统的其它部分仍然正常运行；（3）速动性：保护装置在应该动作时,就不应该拒动作反之，在不应该动作时,就不应该误动作；SP=Ik.min/Iop.1Ik.minIop.1为保护装置一次动作电流。理解掌握要求这样的互动步骤有助于促进学生之间的合作学习，提升他们的理解和实际运用能力。继电保护装置除了满足上述四项基本要求外，尚应要求投资省、便于调试和维护，且尽可能满足系统运行所要求的灵活性。思政点课程思政点：学习思政知识2在学生学习的引导过程中，我们深入研究了熔断器保护的定义，即一种用于电路过载或短路时自动中断电流以防止损坏设备二、熔断器保护1熔断器的配置熔断器的配置主要考虑选择性和经济性，要能使故障范围缩小，且熔断器使用数量要尽量少。图是车间低压放射式配电系统中熔断器配置的合理方案，既可满足保护选择性的FU5k-5FU4主要k-4FU4FU3k-1~k-3图熔断器在低压放射式线路中的配置观察图片在这个互动环节中，老师可以提出关于熔断器保护的实际案例或问题，鼓励学生以小组或个人形式分享他们对该主题的见解和的保护装置PEPEN线PEPENPEPEN2熔断器熔体电流的选择(1)保护线路的熔断器熔体电流的选择保护线路的熔体电流应满足以下条件：IN.FEIN.FEI30IN.FEIpk，以使熔体在线路出现正常尖峰电流时也不会熔断。由于尖峰电流是短时最大电流，而熔体加热熔断需一定时间，所以满足IN.FEKIpk式中，K13s（K=~8sK=0.350.8sK=0.5~0.6KK=1K=1。熔断器保护还应与被保护的线路相配合，使之不致发生因过负荷和短路引起绝缘导线或电缆过热起燃而熔断器IN.FEKOLIal认识。学生们将有机会列举熔断器保护在日常生活中的实际应用，比如家庭电路、工业设备等方面的具体情况。接着，老师可以与学生进行深入的互动，引导他们讨论熔断器保护在不同场景下的工作原理和应用效果。IalKOL为绝缘导线2.51.5。1(IN.FEKOLIal0.85)。对有爆炸气体区域内的线路，应取为0.8。（2）保护电力变压器的熔断器熔体电流的选择保护变压器的熔断器的熔体电流，应满足下式要求：IN.E1.5~2.0I1NT式中，I1N.T为变压器的额定一次电流。上式考虑了以下三个因素：熔体电流要躲过来自变压器低压侧的电动机自起动（3）保护电压互感器的熔断器熔体电流的选择由于电压互感器二次侧的负荷很小，因此保护高压电压互感器的RN2型熔断器的熔体额定电流一般为0.5A。3熔断器保护灵敏度的检验为了保证熔断器在其保护区内发生短路故障时可靠地熔断，熔断器保护的灵敏度应满足下列条件：SIk.min