工廠供電 教案 第六章 工廠供電系統(tǒng)的保護裝置

PAGEPAGE10工廠供電課程教案第6章工廠供電系統(tǒng)的保護裝置【教學單元分析】【教學目標】（1）知識層面（2）能力層面針對不同的元件，能根據(jù)實際情況合理選擇保護裝置，并實現(xiàn)不同保護之間的配合。（3）素質層面理解設置保護的基本原則，能明確微機保護的優(yōu)勢。（4）思政育人層面【教學重點與難點】（1）教學重點：各種元件的保護配置、繼電保護的基本知識、線路保護的整定；（2）教學難點：線路保護的整定計算。【教學設計】（1）設計要點一以家庭常用的保險絲為例，引出本講的主題——保護裝置，給出常見保護裝備的照片，加深對保護裝置認知。（2）設計要點二在進行不同元件的保護配置設置時，要引導學生合理歸納，讓學生能舉一反三。【教學實施流程】教學步驟教學內容學生活動設計意圖教師活動1引導學生深入了解工廠供電系統(tǒng)的過電流保護裝置，通過學生互動，激發(fā)他們的主動參與，鼓勵分享和探討與過電流保護裝置相關的實際應用格式。一、工廠供電系統(tǒng)中的保護繼電保護裝置是按照保護的要求，將各種繼電器按一定的方式進行連接和組合而成的電氣裝置，其任務是：（1）故障時作用于跳閘；（2）異常狀態(tài)時發(fā)出報警信號。（1）選擇性：當供電系統(tǒng)發(fā)生故障時,只離故障點最近的保護裝置動作,切除故障,而供電系統(tǒng)的其它部分仍然正常運行；（3）速動性：保護裝置在應該動作時,就不應該拒動作反之，在不應該動作時,就不應該誤動作；SP=Ik.min/Iop.1Ik.minIop.1為保護裝置一次動作電流。理解掌握要求這樣的互動步驟有助于促進學生之間的合作學習，提升他們的理解和實際運用能力。繼電保護裝置除了滿足上述四項基本要求外，尚應要求投資省、便于調試和維護，且盡可能滿足系統(tǒng)運行所要求的靈活性。思政點課程思政點：學習思政知識2在學生學習的引導過程中，我們深入研究了熔斷器保護的定義，即一種用于電路過載或短路時自動中斷電流以防止損壞設備二、熔斷器保護1熔斷器的配置熔斷器的配置主要考慮選擇性和經(jīng)濟性，要能使故障范圍縮小，且熔斷器使用數(shù)量要盡量少。圖是車間低壓放射式配電系統(tǒng)中熔斷器配置的合理方案，既可滿足保護選擇性的FU5k-5FU4主要k-4FU4FU3k-1~k-3圖熔斷器在低壓放射式線路中的配置觀察圖片在這個互動環(huán)節(jié)中，老師可以提出關于熔斷器保護的實際案例或問題，鼓勵學生以小組或個人形式分享他們對該主題的見解和的保護裝置PEPEN線PEPENPEPEN2熔斷器熔體電流的選擇(1)保護線路的熔斷器熔體電流的選擇保護線路的熔體電流應滿足以下條件：IN.FEIN.FEI30IN.FEIpk，以使熔體在線路出現(xiàn)正常尖峰電流時也不會熔斷。由于尖峰電流是短時最大電流，而熔體加熱熔斷需一定時間，所以滿足IN.FEKIpk式中，K13s（K=~8sK=0.350.8sK=0.5~0.6KK=1K=1。熔斷器保護還應與被保護的線路相配合，使之不致發(fā)生因過負荷和短路引起絕緣導線或電纜過熱起燃而熔斷器IN.FEKOLIal認識。學生們將有機會列舉熔斷器保護在日常生活中的實際應用，比如家庭電路、工業(yè)設備等方面的具體情況。接著，老師可以與學生進行深入的互動，引導他們討論熔斷器保護在不同場景下的工作原理和應用效果。IalKOL為絕緣導線2.51.5。1(IN.FEKOLIal0.85)。對有爆炸氣體區(qū)域內的線路，應取為0.8。（2）保護電力變壓器的熔斷器熔體電流的選擇保護變壓器的熔斷器的熔體電流，應滿足下式要求：IN.E1.5~2.0I1NT式中，I1N.T為變壓器的額定一次電流。上式考慮了以下三個因素：熔體電流要躲過來自變壓器低壓側的電動機自起動（3）保護電壓互感器的熔斷器熔體電流的選擇由于電壓互感器二次側的負荷很小，因此保護高壓電壓互感器的RN2型熔斷器的熔體額定電流一般為0.5A。3熔斷器保護靈敏度的檢驗為了保證熔斷器在其保護區(qū)內發(fā)生短路故障時可靠地熔斷，熔斷器保護的靈敏度應滿足下列條件：SIk.minKp IN.PEIN.FEIk.min為熔斷器保護線路末端在系統(tǒng)最小運行方式下的最小短路電流。對于TNTTIT4熔斷器的選擇和校驗選擇熔斷器時應滿足下列條件：.熔斷器的額定電流應不小于它所安裝的熔體額定電流。熔斷器還必須進行斷流能力的校驗：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)為熔斷器安裝地點的三相短路沖擊電流有效值。sh4) 下限滿條：I I(2)oc.min kI I(2)5) 式，oc.min k器所保護線路末端的兩相短路電流（對中性點不接地的電力系統(tǒng))。5前后熔斷器之間的選擇性配合）3在學生學習的引導過程中，我們深入研究了低壓斷路器保護的定義，即用于電路中低電壓條件下自動中斷電流以防止設備損壞的一種保護裝三、低壓斷路器保護1低壓斷路器在工廠供電系統(tǒng)中的配置低壓斷路器在低壓配電系統(tǒng)中的配置方式通常有以下三種：（1）壓斷路器，如圖所示。圖低壓斷路器常見的配置方式a）適用一主壓的電所 適于臺變壓器的電所 配電線 d）適于操作的低壓路 e）適于式熔器護低線路觀察圖片在這個互動可以提出關于低壓斷路器保護的實際問題或案以小組或個人形式分享他們對該主題的見解和將有機會列舉低壓斷路器保護在日常生活中的業(yè)建筑等場師可以與學生進行深入他們深入思置。低壓斷路器 刀開關 刀熔開關接觸器 熱繼電器（2）低壓斷路器與磁力起動器或接觸器配合的方式對于頻繁操作的低壓線路，宜采用如圖6-4d所示的結線方式。這里的低壓斷路器主要用于電路的短路保護，磁力起動器或接觸器用作電路頻繁操作的控制，其上的熱繼電器用作過負荷保護。（3）低壓斷路器與熔斷器配合的方式如果低壓斷路器的斷流能力不足以斷開電路的短路電流6-4e1)低壓斷路器的類型及操作機構形式應符合工作環(huán)境、2)低壓斷路器額定電壓應不低于裝設地點線路額定電壓；3)低壓斷路器的殼架等級額定電流應不小于它所能安裝4)低壓斷路器短路斷流能力應不小于線路中最大短路電流。1.低壓斷路器過流脫扣器額定電流的選擇過流脫扣器的額定電流IN.OR應不小于線路的計算電流I302.低壓斷路器過流脫扣器動作電流的整定了解原則要求考低壓斷路器保護在不同情境下的作用機制和優(yōu)勢。（1）瞬時過流脫扣器動作電流的整定（2）短延時過流脫扣器動作電流和動作時間的整定（3）長延時過流脫扣器動作電流和動作時間的整定（4）過流脫扣器與被保護線路的配合要求為了避免因過負荷或短路引起絕緣導線或電纜過熱起燃而其低壓斷路器不跳閘的事故，低壓斷路器過流脫扣器的動作電流Iop還應滿足條件：IopKOLIalIalKOL為絕緣導線和電纜的允許短時過負荷系數(shù)。對瞬時和短延時過流脫扣0.8。如果不滿足以上配合要求，則應改選脫扣器動作電流，3.低壓斷路器熱脫扣器的選擇和整定（1）熱脫扣器額定電流的選擇熱脫扣器的額定電流IN.TR應不小于線路的計算電流I30，即IN.TRI30（2）熱脫扣器動作電流的整定熱脫扣器動作電流：Iop.TRKrelI30式中，Krel4低壓斷路器過電流保護靈敏度的檢驗為了保證低壓斷路器的瞬時或短延時過流脫扣器在系統(tǒng)最小運行方式下在其保護區(qū)內發(fā)生最輕微的短路故障時能可靠地動作。低壓斷路器保護的靈敏度必須滿足條件：SIk.minKp IopIopIk.min為低壓斷路器保護的線路末端在系統(tǒng)最小運行方式下的單相短（TNTT對IT系統(tǒng)）K為比值，取1.3。5前后低壓斷路器之間及低壓斷路器與熔斷器之間的選（1）前后低壓斷路器之間的選擇性配合（2）低壓斷路器與熔斷器之間的選擇性配合4在學生學習的引導過程中，我們深入研究了繼電保護的基本知識，即一種電力系統(tǒng)保護方法。四、繼電保護的基本知識1繼電保護的基本任務具體來說，繼電保護的基本任務是：正確反映電氣設備的不正常運行狀態(tài)，發(fā)出警告信2繼電保護的工作原理在這個互動環(huán)節(jié)中，老師可以提出關于繼電保護的實際案例或勵學生以小組或個人形式分享他們對該主題的見解和認識。學生們將有機會列舉繼電保護在日常生活中的實際應用，如信號到執(zhí)行部分。執(zhí)行部分根據(jù)邏輯部分的輸出信號驅動保圖繼電保護裝置的組成方框圖3常用的保護繼電器繼電器是一種能自動執(zhí)行通斷控制的器件，在其輸入的物理量（電量或非電量）達到規(guī)定值時，能使其輸出的被控制量發(fā)生預計的狀態(tài)變化，可以作為繼電保護的邏輯部分和執(zhí)行部分。繼電器按其輸入量性質分為電氣繼電器和非電氣繼電器兩大類。按其用途分控制繼電器和保護繼電器兩大類電力系統(tǒng)、工業(yè)設備等方面的具體場景。接著，老師可以與學生進行深入的互動，引導他們討論繼電保護在不同領域下的工作原理、種類以及其在系統(tǒng)安全性方面的重要性5在學生學習的引導過程中，我們深入研究了線路的繼電保護的定義，即通過繼五、線路的繼電保護工廠供電系統(tǒng)高壓電力線路的電壓等級一般不超過10V單相接地以及過負荷，繼電保護配置比較簡單。根據(jù)《GB/T50062-2008電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規(guī)范》規(guī)定，一般采用電流保護，主要包括相間短路保護、單相接地保護和過負荷保護等。在這個互動環(huán)節(jié)中，老師可以提出關于線路繼電保護的實際問題或案例，鼓勵電器實現(xiàn)的電力系統(tǒng)中用于保護電路免受異常電流和過載的一種關鍵措施。當線路電流大于繼電器的動作電流，保護裝置啟動，并通過時限保證動作的選擇性，這種繼電保護裝置稱為過電流保護。（1）定時限過電流保護裝置的接線和工作原理。a中所有元件的組成部分都集中表示，稱為原理圖；b)中，所有元件的組成部分按所屬回路分開表示，稱為展開圖。展開圖a）理圖 b）開圖QF—斷路器 電感器 流電器 —時繼器 信繼電器 KM—中繼器 YR—跳閘線圈定時限過電流保護的接線圖（2）反時限過電流保護裝置的接線和工作原理采用交流操作的“去分流跳閘”原理的反時限過電流保護裝置的接線圖如下圖所示，它采用具有反時限特性的GL型感應式電流繼電器組成。該繼電器動作時限與短路電流大小有關，短路電流愈大，動作時限愈短。正常運行時，跳閘線圈被繼電器的常閉觸點短路，電流互感器二次側電流經(jīng)繼電器線圈及常閉觸點構成回路，保護不動作。當線路發(fā)生短路時，繼電器動作，其常閉觸點打開，電流互感器二次側電流流經(jīng)跳閘線圈，斷路器QF跳閘，切除故障線路。觀察圖片學生以小組或個人形式分享他們對該主題的見解和認識。學生們將有機會列舉線路繼電保護在日常生活中的實際應用，例如在家庭電路、工業(yè)生產(chǎn)等方面的具體應用場老師可以與學生進行深入的導他們討論線路繼電保護在不同電力系統(tǒng)中的a）理圖 b）開圖圖QF—斷路器 電感器 流感器 YR—跳閘線圈2.保護整定計算過電流保護的整定計算包括動作電流整定、動作時限整定和靈敏度校驗三項內容。（1）動作電流整定（2）動作時限整定1）定時限過電流動作時限整定2）反時限過電流保護動作時限整定3）保護靈敏度校驗3電流速斷保護（1）電流速斷保護的接線和工作原理電流速斷保護可以看成不帶時限的過電流保護，實際中電流速斷保護通常與過電流保護配合使用。（2）電流速斷保護的整定1）動作電流整定由于電流速斷保護動作不帶時限，為了保證速斷保護動作的選擇性，在下一級線路首端故障產(chǎn)生最大短路電流時，Iop1＞IK.max觀察圖片作用原理、應對策略以及在確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定性方面的重要性。I Krel.KwIop.KA K K.maxi式中，IK.max為線路末端最大三相短路電流；Kre1為可靠系數(shù)DL1.3，GL1.5KwKi為電流互感器變比。2）靈敏度校驗由于電流速斷保護有死區(qū)，因此靈敏度校驗不能用線路末端最小兩相短路電流進行校驗，而只能用線路首端最小兩I(2)相短電流I(2)校，即K K.min1.5K.min S Iop1電流速斷保護由保護的動作電流實現(xiàn)選擇性。在電流速斷保護區(qū)內，電流速斷保護為主保護，在電流速斷保護的死區(qū)內，過電流保護為基本保護。4過負荷保護線路一般不裝設過負荷保護，只有經(jīng)?？赡馨l(fā)生過負荷的電纜線路，才裝設過負荷保護，延時動作于信號，原理圖如下圖所示。由于過負荷電流對稱，過負荷保護采用單相式接線，并和相間保護共用電流互感器。線路過負荷保護原理接線圖過負荷保護的動作電流按線路的計算電流IC整定，即I KrelIop.KA K Ci式中，Kre1為可靠系數(shù)，取1.2~1.3；Ki10~15s。5電流保護的接線方式電流保護的接線方式是指電流保護中的電流繼電器與電流互感器二次繞組的連接方式。為了便于分析和保護的整定KwIKA與電流I2KIKAw I2在實際工廠供電系統(tǒng)中由于系統(tǒng)要求和實際情況不同，電流互感器和繼電器的安裝配置也不盡相同，目前現(xiàn)場常用的接線方式主要有以下3種。三相三繼電器接線圖兩相兩繼電器接線圖兩相一繼電器接線圖6在學生學習的引導過程中，我們深入研究了變壓器的繼電保護的定義，即通過繼電器實現(xiàn)的用于保護變壓器免受異常電流、短路和其他故障的重要電氣系統(tǒng)措施六、變壓器的繼電保護1變壓器的瓦斯保護GB/T50062-20081~1.5%2~4%觀察圖片在這個互動環(huán)節(jié)中，老師可以提出關于變壓器繼電保護的實際問題或案例，鼓勵學生以小組或個人形式分享他們對該主題的見解和認識。學生們將有機會列舉變壓器繼電保護在日常生活中1—壓油箱 2—聯(lián)管 3—斯電器 油枕瓦斯電在壓的裝圖優(yōu)點：動作快，靈敏度高，結構簡單，能反應變壓器油箱內部各種類型故障。特別是當線圈短路的匝數(shù)很少時，故障點的循環(huán)電流雖然很大，可能造成嚴重的過熱，但是反映在外部電源的電流的變化很小，各種反應電流量的保護都不會動作。因此，瓦斯保護對這種故障有特殊的意義。2變壓器的縱聯(lián)差動保護由于縱聯(lián)差動保護靈敏度高、選擇性好，可以作為變壓器內部故障的主保護，主要用于保護雙繞組或三繞組變壓器繞組內部及其引出線上發(fā)生的各種相間短路故障，同時也可以用來保護變壓器單相匝間短路故障。變壓器的差動保護原理圖為了提高差動保護的靈敏度，在變壓器正常運行或保護區(qū)外部短路時，希望流入繼電器的不平衡電流盡可能小，甚至為零，但由于變壓器的聯(lián)結組和電流互感器的變比等原因觀察圖片的實際應用，比如在電力輸送、工業(yè)生產(chǎn)等領域的具體應用場景。不平衡電流不可能為零。因此，在實際應用時需要減小不平衡電流的產(chǎn)生。差動保護動作電流的整定1）躲過變壓器的勵磁涌流。3變壓器的電流速斷保護、過電流保護和過負荷保護對于容量較小的變壓器，當過電流保護裝置的動作時限0.5s變壓器的電流速斷保護的接線、工作原理與線路的電流速斷保護相同。變壓器電流速斷保護的動作電流，與線路的電流速斷保護也相似，應躲過變壓器二次側母線三相短路時的最大穿越電流，即IopKrelIkmax式中，IopIkmax二次側母線在系統(tǒng)最大運行方式下三相短路時一次側的穿越電流；Kre1I(2)進行kmin校驗即 I(2)K kmin2sen Iop若電流速斷保護靈敏度不滿足要求，應裝設差動保護。為防止變壓器外部短路故障引起變壓器過電流，一般變壓器都要配置過電流保護。變壓器的過電流保護主要是針對變壓器外部故障進行保護，也可以作為變壓器內部故障的后備保護。保護裝置安裝在變壓器的電源側，因此變壓器發(fā)生內部故障時，就可以作為變壓器的后備保護。過電流保護動作時，斷開變壓器兩側的斷路器。變壓器過電流保護裝置的接線、工作原理和線路過電流保護的接線、工作原理完全相同，這里不再敘述。過電流保護的整定和線路過電流保護的整定類似。變壓器過電流保護繼電的作流為I KrelKw~3)Iop K K 1Nre i式中，I1NKre1.Kw、返回系數(shù)KreKi為電流互感器的變比。變壓器過電流保護動作時間的整定同線路過電流保護，按級差原則整定。變壓器過電流保護動作時限應比二次側出Δt0.5~0.6s。變壓器的過電流保護的靈敏度的校驗是按照變壓器低壓側母線在系統(tǒng)最小運行方式下發(fā)生兩相短路電流折算到高壓側來進行校驗。變壓器過電流保護的靈敏度按下式校驗：I(2)K kmin1.5sen Iop式中，I(2)為變壓器二次側在系統(tǒng)最小運行方式下發(fā)生兩相kmin短路時一次側的穿越電流。(3)變壓器的過負荷電流一般情況下都是三相對稱的，因此過負荷保護可以只接入一相電流，采用一只電流互感器實現(xiàn)過負荷保護。過負荷保護通常都經(jīng)過延時作用于信號，而不是作用于斷路器直接跳閘。變壓器的過負荷保護的組成，工作原理和動作電流的整定計算公式與線路的過負荷保護幾乎相同，動作時間通常取。過負荷保護的起動電流整定是按照躲過變壓器的額定電流來行定即I KrelIop K NTreIopKre1護可靠系數(shù)；KreINT為變壓器保護7在學生學習的引導過程中，我們深入研究了電動機保護的定義，即通過一系列保護裝置實現(xiàn)的電動機在運行中遭受過載、短路或其他異常情況時的安全防護措七、電動機保護工廠中大量采用高壓電動機，它們常見的短路故障和不正常工作狀態(tài)主要有：定子繞組相間短路、單相接地、電動機過負荷、低電壓、同步電動機失磁以及失步等。按《GB/T50062-2008電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規(guī)范》規(guī)定，對2000kW以下的高壓電動機應裝設電流速斷保護；對2000kW及以上的高壓電動機或者電流速斷保護靈敏度不滿足要求的2000kW以下的電動機，應裝設縱聯(lián)差動保護；對易發(fā)生過負荷的電動機，應裝設過負荷保護；對電源短時降低或短時中斷又恢復時，需要斷開的次要電動機或不允許自起動的電動機，應裝設低電壓保護；高壓電動機單相接地電流大于5A時，應裝設有選擇性的單相接地保護。（1）過負荷保護電動機過負荷保護的動作電流按躲過電動機的額定電流整定，即IKrelKwIop K K Nre i在這個互動環(huán)節(jié)中，老師可以提出關于電動機保護的實際問題或案例，鼓勵學生以小組或個人形式分享他們對該主題的見解和認識。學生們將有機會列舉電動機保施。式中，Kre11.3；KreIN為電動機的額定電流。過負荷保護的動作時限，應大于電動機的起動時間。（2）電流速斷保護電動機的電流速斷保護的動作電流按躲過電動機的最大起動流I 整，即I KrelKwIst.max op K st.maxiDLGL型1.8~2.0。電動機電流速斷保護的靈敏度校驗，與變壓器電流速斷I(2)保護敏校相，即K kmin2sen IopI(2)Iopkmin斷保護一次側動作電流。3高壓電動機的單相接地保護5A電容流I 整定即I KrelIC.M op K C.Mi式中，Kre1為可靠系數(shù)，保護瞬時動作取4~5。單相接地保護的靈敏度按電動機發(fā)生單相接地時的接地電容流驗即K ICIC.Msen Iop4高壓電動機的低電壓保護mMNmax/MN＝1.8～2.2，所以低電壓保護的動作電壓Uop應為U U Mmax/MNU 0.9~1(0.6~op NM /M N1.8~2.2 NNmax N為了保證重要電動機的自起動而需要切除的次要電動護在日常生活中的實際應用，比如在家用電器、工業(yè)設備等領域的具體應用場景。（0.6～0.7）UN0.5s的時限動作。對于不允許或不需要自起動的電動機，其低電壓保護的動作電壓一般按（0.4～0.5）UN整定，動作時限為0.5～1.5s。對于需要自起動，但根據(jù)保安條件在電源電壓長時間消失后，需從電網(wǎng)自動斷開的電動機，其整定電壓一般為（0.4～0.5）UN，時限一般為5～10s。思政點課程思政點：8在學生學習的引導過程