工厂供电 教案 第六章 工厂供电系统的保护装置

PAGEPAGE10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.minKp IN.PEIN.FEIk.min为熔断器保护线路末端在系统最小运行方式下的最小短路电流。对于TNTTIT4熔断器的选择和校验选择熔断器时应满足下列条件：.熔断器的额定电流应不小于它所安装的熔体额定电流。熔断器还必须进行断流能力的校验：如N、O等IocI(3)IocI)I(3)I(3)如、R10等短路因需足件：I I(3)oc sh式中，I(3)为熔断器安装地点的三相短路冲击电流有效值。sh4) 下限满条：I I(2)oc.min kI I(2)5) 式，oc.min k器所保护线路末端的两相短路电流（对中性点不接地的电力系统)。5前后熔断器之间的选择性配合）3在学生学习的引导过程中，我们深入研究了低压断路器保护的定义，即用于电路中低电压条件下自动中断电流以防止设备损坏的一种保护装三、低压断路器保护1低压断路器在工厂供电系统中的配置低压断路器在低压配电系统中的配置方式通常有以下三种：（1）压断路器，如图所示。图低压断路器常见的配置方式a）适用一主压的电所 适于台变压器的电所 配电线 d）适于操作的低压路 e）适于式熔器护低线路观察图片在这个互动可以提出关于低压断路器保护的实际问题或案以小组或个人形式分享他们对该主题的见解和将有机会列举低压断路器保护在日常生活中的业建筑等场师可以与学生进行深入他们深入思置。低压断路器 刀开关 刀熔开关接触器 热继电器（2）低压断路器与磁力起动器或接触器配合的方式对于频繁操作的低压线路，宜采用如图6-4d所示的结线方式。这里的低压断路器主要用于电路的短路保护，磁力起动器或接触器用作电路频繁操作的控制，其上的热继电器用作过负荷保护。（3）低压断路器与熔断器配合的方式如果低压断路器的断流能力不足以断开电路的短路电流6-4e1)低压断路器的类型及操作机构形式应符合工作环境、2)低压断路器额定电压应不低于装设地点线路额定电压；3)低压断路器的壳架等级额定电流应不小于它所能安装4)低压断路器短路断流能力应不小于线路中最大短路电流。1.低压断路器过流脱扣器额定电流的选择过流脱扣器的额定电流IN.OR应不小于线路的计算电流I302.低压断路器过流脱扣器动作电流的整定了解原则要求考低压断路器保护在不同情境下的作用机制和优势。（1）瞬时过流脱扣器动作电流的整定（2）短延时过流脱扣器动作电流和动作时间的整定（3）长延时过流脱扣器动作电流和动作时间的整定（4）过流脱扣器与被保护线路的配合要求为了避免因过负荷或短路引起绝缘导线或电缆过热起燃而其低压断路器不跳闸的事故，低压断路器过流脱扣器的动作电流Iop还应满足条件：IopKOLIalIalKOL为绝缘导线和电缆的允许短时过负荷系数。对瞬时和短延时过流脱扣0.8。如果不满足以上配合要求，则应改选脱扣器动作电流，3.低压断路器热脱扣器的选择和整定（1）热脱扣器额定电流的选择热脱扣器的额定电流IN.TR应不小于线路的计算电流I30，即IN.TRI30（2）热脱扣器动作电流的整定热脱扣器动作电流：Iop.TRKrelI30式中，Krel4低压断路器过电流保护灵敏度的检验为了保证低压断路器的瞬时或短延时过流脱扣器在系统最小运行方式下在其保护区内发生最轻微的短路故障时能可靠地动作。低压断路器保护的灵敏度必须满足条件：SIk.minKp IopIopIk.min为低压断路器保护的线路末端在系统最小运行方式下的单相短（TNTT对IT系统）K为比值，取1.3。5前后低压断路器之间及低压断路器与熔断器之间的选（1）前后低压断路器之间的选择性配合（2）低压断路器与熔断器之间的选择性配合4在学生学习的引导过程中，我们深入研究了继电保护的基本知识，即一种电力系统保护方法。四、继电保护的基本知识1继电保护的基本任务具体来说，继电保护的基本任务是：正确反映电气设备的不正常运行状态，发出警告信2继电保护的工作原理在这个互动环节中，老师可以提出关于继电保护的实际案例或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。学生们将有机会列举继电保护在日常生活中的实际应用，如信号到执行部分。执行部分根据逻辑部分的输出信号驱动保图继电保护装置的组成方框图3常用的保护继电器继电器是一种能自动执行通断控制的器件，在其输入的物理量（电量或非电量）达到规定值时，能使其输出的被控制量发生预计的状态变化，可以作为继电保护的逻辑部分和执行部分。继电器按其输入量性质分为电气继电器和非电气继电器两大类。按其用途分控制继电器和保护继电器两大类电力系统、工业设备等方面的具体场景。接着，老师可以与学生进行深入的互动，引导他们讨论继电保护在不同领域下的工作原理、种类以及其在系统安全性方面的重要性5在学生学习的引导过程中，我们深入研究了线路的继电保护的定义，即通过继五、线路的继电保护工厂供电系统高压电力线路的电压等级一般不超过10V单相接地以及过负荷，继电保护配置比较简单。根据《GB/T50062-2008电力装置的继电保护和自动装置设计规范》规定，一般采用电流保护，主要包括相间短路保护、单相接地保护和过负荷保护等。在这个互动环节中，老师可以提出关于线路继电保护的实际问题或案例，鼓励电器实现的电力系统中用于保护电路免受异常电流和过载的一种关键措施。当线路电流大于继电器的动作电流，保护装置启动，并通过时限保证动作的选择性，这种继电保护装置称为过电流保护。（1）定时限过电流保护装置的接线和工作原理。a中所有元件的组成部分都集中表示，称为原理图；b)中，所有元件的组成部分按所属回路分开表示，称为展开图。展开图a）理图 b）开图QF—断路器 电感器 流电器 —时继器 信继电器 KM—中继器 YR—跳闸线圈定时限过电流保护的接线图（2）反时限过电流保护装置的接线和工作原理采用交流操作的“去分流跳闸”原理的反时限过电流保护装置的接线图如下图所示，它采用具有反时限特性的GL型感应式电流继电器组成。该继电器动作时限与短路电流大小有关，短路电流愈大，动作时限愈短。正常运行时，跳闸线圈被继电器的常闭触点短路，电流互感器二次侧电流经继电器线圈及常闭触点构成回路，保护不动作。当线路发生短路时，继电器动作，其常闭触点打开，电流互感器二次侧电流流经跳闸线圈，断路器QF跳闸，切除故障线路。观察图片学生以小组或个人形式分享他们对该主题的见解和认识。学生们将有机会列举线路继电保护在日常生活中的实际应用，例如在家庭电路、工业生产等方面的具体应用场老师可以与学生进行深入的导他们讨论线路继电保护在不同电力系统中的a）理图 b）开图图QF—断路器 电感器 流感器 YR—跳闸线圈2.保护整定计算过电流保护的整定计算包括动作电流整定、动作时限整定和灵敏度校验三项内容。（1）动作电流整定（2）动作时限整定1）定时限过电流动作时限整定2）反时限过电流保护动作时限整定3）保护灵敏度校验3电流速断保护（1）电流速断保护的接线和工作原理电流速断保护可以看成不带时限的过电流保护，实际中电流速断保护通常与过电流保护配合使用。（2）电流速断保护的整定1）动作电流整定由于电流速断保护动作不带时限，为了保证速断保护动作的选择性，在下一级线路首端故障产生最大短路电流时，Iop1＞IK.max观察图片作用原理、应对策略以及在确保电力系统稳定性方面的重要性。I Krel.KwIop.KA K K.maxi式中，IK.max为线路末端最大三相短路电流；Kre1为可靠系数DL1.3，GL1.5KwKi为电流互感器变比。2）灵敏度校验由于电流速断保护有死区，因此灵敏度校验不能用线路末端最小两相短路电流进行校验，而只能用线路首端最小两I(2)相短电流I(2)校，即K K.min1.5K.min S Iop1电流速断保护由保护的动作电流实现选择性。在电流速断保护区内，电流速断保护为主保护，在电流速断保护的死区内，过电流保护为基本保护。4过负荷保护线路一般不装设过负荷保护，只有经常可能发生过负荷的电缆线路，才装设过负荷保护，延时动作于信号，原理图如下图所示。由于过负荷电流对称，过负荷保护采用单相式接线，并和相间保护共用电流互感器。线路过负荷保护原理接线图过负荷保护的动作电流按线路的计算电流IC整定，即I KrelIop.KA K Ci式中，Kre1为可靠系数，取1.2~1.3；Ki10~15s。5电流保护的接线方式电流保护的接线方式是指电流保护中的电流继电器与电流互感器二次绕组的连接方式。为了便于分析和保护的整定KwIKA与电流I2KIKAw I2在实际工厂供电系统中由于系统要求和实际情况不同，电流互感器和继电器的安装配置也不尽相同，目前现场常用的接线方式主要有以下3种。三相三继电器接线图两相两继电器接线图两相一继电器接线图6在学生学习的引导过程中，我们深入研究了变压器的继电保护的定义，即通过继电器实现的用于保护变压器免受异常电流、短路和其他故障的重要电气系统措施六、变压器的继电保护1变压器的瓦斯保护GB/T50062-20081~1.5%2~4%观察图片在这个互动环节中，老师可以提出关于变压器继电保护的实际问题或案例，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。学生们将有机会列举变压器继电保护在日常生活中1—压油箱 2—联管 3—斯电器 油枕瓦斯电在压的装图优点：动作快，灵敏度高，结构简单，能反应变压器油箱内部各种类型故障。特别是当线圈短路的匝数很少时，故障点的循环电流虽然很大，可能造成严重的过热，但是反映在外部电源的电流的变化很小，各种反应电流量的保护都不会动作。因此，瓦斯保护对这种故障有特殊的意义。2变压器的纵联差动保护由于纵联差动保护灵敏度高、选择性好，可以作为变压器内部故障的主保护，主要用于保护双绕组或三绕组变压器绕组内部及其引出线上发生的各种相间短路故障，同时也可以用来保护变压器单相匝间短路故障。变压器的差动保护原理图为了提高差动保护的灵敏度，在变压器正常运行或保护区外部短路时，希望流入继电器的不平衡电流尽可能小，甚至为零，但由于变压器的联结组和电流互感器的变比等原因观察图片的实际应用，比如在电力输送、工业生产等领域的具体应用场景。不平衡电流不可能为零。因此，在实际应用时需要减小不平衡电流的产生。差动保护动作电流的整定1）躲过变压器的励磁涌流。3变压器的电流速断保护、过电流保护和过负荷保护对于容量较小的变压器，当过电流保护装置的动作时限0.5s变压器的电流速断保护的接线、工作原理与线路的电流速断保护相同。变压器电流速断保护的动作电流，与线路的电流速断保护也相似，应躲过变压器二次侧母线三相短路时的最大穿越电流，即IopKrelIkmax式中，IopIkmax二次侧母线在系统最大运行方式下三相短路时一次侧的穿越电流；Kre1I(2)进行kmin校验即 I(2)K kmin2sen Iop若电流速断保护灵敏度不满足要求，应装设差动保护。为防止变压器外部短路故障引起变压器过电流，一般变压器都要配置过电流保护。变压器的过电流保护主要是针对变压器外部故障进行保护，也可以作为变压器内部故障的后备保护。保护装置安装在变压器的电源侧，因此变压器发生内部故障时，就可以作为变压器的后备保护。过电流保护动作时，断开变压器两侧的断路器。变压器过电流保护装置的接线、工作原理和线路过电流保护的接线、工作原理完全相同，这里不再叙述。过电流保护的整定和线路过电流保护的整定类似。变压器过电流保护继电的作流为I KrelKw~3)Iop K K 1Nre i式中，I1NKre1.Kw、返回系数KreKi为电流互感器的变比。变压器过电流保护动作时间的整定同线路过电流保护，按级差原则整定。变压器过电流保护动作时限应比二次侧出Δt0.5~0.6s。变压器的过电流保护的灵敏度的校验是按照变压器低压侧母线在系统最小运行方式下发生两相短路电流折算到高压侧来进行校验。变压器过电流保护的灵敏度按下式校验：I(2)K kmin1.5sen Iop式中，I(2)为变压器二次侧在系统最小运行方式下发生两相kmin短路时一次侧的穿越电流。(3)变压器的过负荷电流一般情况下都是三相对称的，因此过负荷保护可以只接入一相电流，采用一只电流互感器实现过负荷保护。过负荷保护通常都经过延时作用于信号，而不是作用于断路器直接跳闸。变压器的过负荷保护的组成，工作原理和动作电流的整定计算公式与线路的过负荷保护几乎相同，动作时间通常取。过负荷保护的起动电流整定是按照躲过变压器的额定电流来行定即I KrelIop K NTreIopKre1护可靠系数；KreINT为变压器保护7在学生学习的引导过程中，我们深入研究了电动机保护的定义，即通过一系列保护装置实现的电动机在运行中遭受过载、短路或其他异常情况时的安全防护措七、电动机保护工厂中大量采用高压电动机，它们常见的短路故障和不正常工作状态主要有：定子绕组相间短路、单相接地、电动机过负荷、低电压、同步电动机失磁以及失步等。按《GB/T50062-2008电力装置的继电保护和自动装置设计规范》规定，对2000kW以下的高压电动机应装设电流速断保护；对2000kW及以上的高压电动机或者电流速断保护灵敏度不满足要求的2000kW以下的电动机，应装设纵联差动保护；对易发生过负荷的电动机，应装设过负荷保护；对电源短时降低或短时中断又恢复时，需要断开的次要电动机或不允许自起动的电动机，应装设低电压保护；高压电动机单相接地电流大于5A时，应装设有选择性的单相接地保护。（1）过负荷保护电动机过负荷保护的动作电流按躲过电动机的额定电流整定，即IKrelKwIop K K Nre i在这个互动环节中，老师可以提出关于电动机保护的实际问题或案例，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。学生们将有机会列举电动机保施。式中，Kre11.3；KreIN为电动机的额定电流。过负荷保护的动作时限，应大于电动机的起动时间。（2）电流速断保护电动机的电流速断保护的动作电流按躲过电动机的最大起动流I 整，即I KrelKwIst.max op K st.maxiDLGL型1.8~2.0。电动机电流速断保护的灵敏度校验，与变压器电流速断I(2)保护敏校相，即K kmin2sen IopI(2)Iopkmin断保护一次侧动作电流。3高压电动机的单相接地保护5A电容流I 整定即I KrelIC.M op K C.Mi式中，Kre1为可靠系数，保护瞬时动作取4~5。单相接地保护的灵敏度按电动机发生单相接地时的接地电容流验即K ICIC.Msen Iop4高压电动机的低电压保护mMNmax/MN＝1.8～2.2，所以低电压保护的动作电压Uop应为U U Mmax/MNU 0.9~1(0.6~op NM /M N1.8~2.2 NNmax N为了保证重要电动机的自起动而需要切除的次要电动护在日常生活中的实际应用，比如在家用电器、工业设备等领域的具体应用场景。（0.6～0.7）UN0.5s的时限动作。对于不允许或不需要自起动的电动机，其低电压保护的动作电压一般按（0.4～0.5）UN整定，动作时限为0.5～1.5s。对于需要自起动，但根据保安条件在电源电压长时间消失后，需从电网自动断开的电动机，其整定电压一般为（0.4～0.5）UN，时限一般为5～10s。思政点课程思政点：8在学生学习的引导过程