供配電技術(shù)教案

教案

2012?2013學(xué)年第一學(xué)期

學(xué)院（系、部）

教研室（實(shí)驗(yàn)

電氣工程

室）

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(diǎn)運(yùn)行方式

［教學(xué)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(yùn)行特點(diǎn)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(yīng)當(dāng)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.掌握也力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式。

［教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)］

重點(diǎn)：1.電力系統(tǒng)的電壓和電能質(zhì)量問題；

2O電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式；

難點(diǎn):1.電力系統(tǒng)的幾種中性點(diǎn)運(yùn)行方式的特點(diǎn)和應(yīng)用:

2.電力質(zhì)量指標(biāo)；

［教具和媒體使用］多媒體課件。

［教學(xué)方法］講授法、問題教學(xué)法。

［教學(xué)時(shí)數(shù)］2學(xué)時(shí).

［教學(xué)過程］

導(dǎo)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(gè)部分組成的一個(gè)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)；

⑶高壓深入負(fù)荷中心的工廠供電系統(tǒng)；

(4)只有一個(gè)變電所或配電所的工廠供電系統(tǒng)。

3o工廠供電的要求和課程任務(wù)

要求：安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)。

二、電力系統(tǒng)的額定電壓

1o供電質(zhì)量的主要指標(biāo)：頻率、電壓。

2o額定電壓的國家標(biāo)準(zhǔn)：GB156-2007《標(biāo)準(zhǔn)電壓》。

(1)電力線路的額定電壓

(2)用電設(shè)備的額定電壓

G

(3)發(fā)電機(jī)的額定電壓

(4)電力變壓器的額定電壓

G+5%T1+10%±0%T2+5%

3o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(dāng)?shù)毓╇婋娫措妷杭肮S高壓用電設(shè)備的電

壓、農(nóng)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(dòng)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口，而線路兩端電壓的幅值差△U=U1-U2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(dá)式為：

xioo%

2.電壓偏移及危害

電力負(fù)荷的大小是變動(dòng)的，當(dāng)最大負(fù)荷時(shí)，電網(wǎng)內(nèi)電壓損失增大，使用電設(shè)備的端也壓降

低；反之則升高.因此，用電設(shè)備的端電壓是隨電力負(fù)荷的變化而變化的，這種緩慢變化的、實(shí)

際電壓□與額定電壓之差稱為電壓偏移口，即口。

為正偏移，為負(fù)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(dá)式為

U-U

^U%=NX1OO%

UN

3o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(fù)荷；

(4)合理調(diào)整供電系統(tǒng)的運(yùn)行方式；

(5)采用無功功率補(bǔ)償裝置；

(6)采用有載調(diào)壓變壓器。

4o其他電能質(zhì)量

(1)電壓波動(dòng)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(dòng)。電壓波動(dòng)是由于負(fù)荷急劇變動(dòng)，

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(dòng)會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的正常啟動(dòng)，可以使同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)，使電子設(shè)備特別是計(jì)算機(jī)無

法正常工作。電壓波動(dòng)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(diǎn)運(yùn)行方式

1o電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的三種運(yùn)行方式

(1)中性點(diǎn)不接地

(2)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圉接地

(3)中性點(diǎn)直接接地

2O按接地保護(hù)的形式不同對低壓配電系統(tǒng)進(jìn)行分類：

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

相連接的保護(hù)方式；

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

(3)IT系統(tǒng)的中性點(diǎn)不接地或經(jīng)阻抗(約1000Q)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(dǎo)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(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)

(1)系統(tǒng)正常時(shí)電壓電流的向量關(guān)系圖：

(2)系統(tǒng)單相接地時(shí)的電壓電流向量關(guān)系圖:

(3)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圖接地的電力系統(tǒng)

作業(yè)：教材p14,習(xí)題1.1,1.2.

［教學(xué)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(fù)荷和負(fù)荷曲線

2o2計(jì)算負(fù)荷的確定

［教學(xué)目的與要求］

1.了解負(fù)荷計(jì)算的意義；

2.了解負(fù)荷曲線的概念，理解年最大負(fù)荷、年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)等負(fù)荷曲線相關(guān)參數(shù)的意義；

理解計(jì)算負(fù)荷的定義，掌握設(shè)備容量的確定方法，掌握確定計(jì)算負(fù)荷的需用系數(shù)法，了解二項(xiàng)式

法。

［教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)］

重點(diǎn)：1。年最大負(fù)荷等負(fù)荷曲線參數(shù)的物理量意義；

2.計(jì)算負(fù)荷的需用系數(shù)法；

難點(diǎn)：1。年最大負(fù)荷等負(fù)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(xué)方法］講授法、問題教學(xué)法。

［教學(xué)時(shí)數(shù)］2學(xué)時(shí)。

［教學(xué)過程］

導(dǎo)入:

介紹對工廠計(jì)算負(fù)荷的目、意義和定義。

新投：

一、電力負(fù)荷和負(fù)荷曲線

1.電力負(fù)荷

-8-

電力負(fù)荷又稱電力負(fù)載，有兩種含義：一是指耗用電能的用電設(shè)備或用戶，如說重要負(fù)荷、

一般負(fù)荷、動(dòng)力負(fù)荷、照明負(fù)荷等。另一是指用電設(shè)備或用戶耗用的功率或電流大小，如說較

負(fù)荷（輕載）、重負(fù)荷（重載）、空負(fù)荷（空載）、滿負(fù)荷（滿載）等。

工廠的電力負(fù)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(fù)荷（2）二級負(fù)荷（3）三級負(fù)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(shí)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(fù)荷

持續(xù)率”來表示其工作特征。負(fù)荷持續(xù)率為一個(gè)工作周期內(nèi)工作時(shí)間與工作周期的百分比值，用

￡表示，即

￡-Jx100%=一7rx100%

iZ十

式中，T為工作周期;t為工作周期內(nèi)的工作時(shí)間；t0為工作周期內(nèi)的停歇時(shí)間。

斷續(xù)周期工作制設(shè)備的額定容量PN,

是對應(yīng)于某一標(biāo)稱負(fù)荷持續(xù)率￡N。如果設(shè)備在￡N下的容量為PN,則換算到實(shí)際￡下的設(shè)備容

量Pe為

3o負(fù)荷曲線的概念

負(fù)荷曲線是表征電力負(fù)荷隨時(shí)間變動(dòng)情況的一種圖形，它繪在直角坐標(biāo)紙上，縱坐標(biāo)表示

負(fù)荷（有功功率或無功功率），橫坐標(biāo)表示對應(yīng)的時(shí)間（一般以小時(shí)為單位）。

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

功負(fù)荷曲線;按所表示的負(fù)荷變動(dòng)時(shí)間分，有年的、月的、日的或工作班的負(fù)荷曲線。

圖2-2年負(fù)荷持續(xù)時(shí)間曲段的繪制

a）夏日負(fù)荷曲段b）冬口負(fù)荷的蛾c）年負(fù)荷持續(xù)時(shí)間曲蛾

4c與負(fù)荷曲線和負(fù)荷計(jì)算有關(guān)的物理量

（1）年最大負(fù)荷和年最大負(fù)荷利用小時(shí)

年最大負(fù)荷：年最大負(fù)荷Pmax,就是全年中負(fù)荷最大的工作班內(nèi)消耗電能最大的半小時(shí)

的平均功率.因此年最大負(fù)荷也稱為半小時(shí)最大負(fù)荷P30。

年最大負(fù)荷利用小時(shí)：年最大負(fù)荷利用小時(shí)Tmax,是一個(gè)假想時(shí)間，在此

時(shí)間內(nèi)，電力負(fù)荷按年最大負(fù)荷Pmax（或.P30）由續(xù)運(yùn)行所消耗的電能，恰好等于該電力負(fù)荷全年

實(shí)際消耗的電能，如圖2-4所示。

年最大負(fù)荷利用小時(shí)：

式中，Wa為年實(shí)際消耗的電能量。

年最大負(fù)荷利用小時(shí)是反映電力負(fù)荷特征的一個(gè)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，Tmax'1800?3000h;兩班制工廠，Tmax^BSOO?4800h;三班制工廠，Tmax55^

5000?7000h。

-10-

(2)平均負(fù)荷和負(fù)荷系數(shù)

平均負(fù)荷(averageload):平均負(fù)荷Pav,就是電力負(fù)荷在一定時(shí)間t內(nèi)平均消參€的功率，也

就是電力負(fù)荷在該時(shí)間t內(nèi)消耗的電能Wt,除以時(shí)間t的值，即

_defW.

PL72

年平均負(fù)荷Pav的說明如圖2—5所示。年平均負(fù)荷Pav的橫線與兩坐標(biāo)軸所包圍的矩形截面恰

等于年負(fù)荷曲線與兩坐標(biāo)軸所包圍的面積Wa,即年平均負(fù)荷Pav為

8760H

圖2-4年最大負(fù)荷和

圖2?5年平均負(fù)荷

年最大負(fù)荷利用小時(shí)

負(fù)荷系數(shù)(loadcoefficient):負(fù)荷系數(shù)又稱負(fù)荷率，它是用電負(fù)荷的平均負(fù)荷Pav與其最大負(fù)荷Pmax

的比值，卻

對負(fù)荷曲線來說，負(fù)荷系數(shù)亦稱負(fù)荷曲線填充系數(shù)，它耒征負(fù)荷曲線不平坦的程度即表征

負(fù)荷起伏變動(dòng)的程度.

對用電設(shè)備來說，負(fù)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

defp

Kt--

LPN

負(fù)荷系數(shù)通常以百分值表示.負(fù)荷系數(shù)(負(fù)荷率)的符號，有時(shí)用B；也有的有功負(fù)荷軍用a、

無功負(fù)荷率用B表示。

二、計(jì)算負(fù)荷的確定

1o計(jì)算負(fù)荷

-11-

計(jì)算負(fù)荷：是指通過統(tǒng)計(jì)計(jì)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(fù)荷

值。校照計(jì)算負(fù)荷選擇的電氣設(shè)備和導(dǎo)線電纜，條以計(jì)笄負(fù)荷持續(xù)運(yùn)行，其發(fā)熱溫度不致超出允

許值，因而不會(huì)影響其使用壽命。

由于計(jì)算負(fù)荷實(shí)際上與從負(fù)荷曲線上查得的半小時(shí)最大負(fù)荷P30(即年最大負(fù)荷Pmax)是基本

相當(dāng)?shù)?，所以?jì)算負(fù)荷也可以認(rèn)為就是半小時(shí)最大負(fù)荷。

2.按需要系數(shù)法確定計(jì)算負(fù)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(shí)最大負(fù)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(jì)算負(fù)荷的基本公式為：

P30=KdPc

Kd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)值是按車間范圍內(nèi)設(shè)各臺(tái)

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(jī)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(jì)算負(fù)荷.如果采用需要系數(shù)法來計(jì)算分支

干線上用電設(shè)備各組的計(jì)算負(fù)荷，則附錄表1中的需要系數(shù)值往往偏小，宜適當(dāng)取大。只有1?2

臺(tái)設(shè)備時(shí)，可認(rèn)為Kd=1,即P30=Pe。對于電動(dòng)機(jī)，由于它本身功率損耗較大，因此當(dāng)只有一

臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)，其P30=PN/T),這里PN為電動(dòng)機(jī)額定容量，n為電動(dòng)機(jī)效率。在Kd適當(dāng)取大的

同時(shí)，COS0也宜適當(dāng)取大。

無功計(jì)算負(fù)荷為：Q加=P30tanw

tan0為對應(yīng)于用電設(shè)備組cos。的正切值.

視在計(jì)算負(fù)荷為

S=-*30

30cos平

cos4)為用電設(shè)備組的平均功率因數(shù)。

計(jì)算電流為

r_S-

2行

-12-

UN為用電設(shè)備組的額定電壓。

如果一臺(tái)三相電動(dòng)機(jī)，則其計(jì)算電流應(yīng)取為其額定電流，即

J_r___PN

（2）設(shè)備容量的計(jì)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(jì)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(shí)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(fù)荷持續(xù)率下的銘牌額定容量換算到一個(gè)規(guī)定的負(fù)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(jī)和吊車電動(dòng)機(jī)，各自的換算要

求如下：

電焊機(jī)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：

SNCOS$P

P"PNJ威=V?1Pe=PN=SNcos^向

式中，PN、SN為電焊機(jī)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(yīng)

的負(fù)荷持續(xù)率（計(jì)算中用小數(shù)）；￡100為其值等于100%的負(fù)荷持續(xù)率（計(jì)算中用1）;cos。為

銘牌規(guī)定的功率因數(shù).

吊車電動(dòng)機(jī)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：

p?==2p°

VE25

式中，PN為吊車電動(dòng)機(jī)的銘牌容量；￡N為與銘牌容量對應(yīng)的負(fù)荷持續(xù)率（計(jì)算中用小數(shù)）；

￡25為其值等于25%的負(fù)荷持續(xù)率（計(jì)算中用0.25）.

Co多組用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的確定

-13-

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(jì)算負(fù)荷時(shí)，應(yīng)考慮各運(yùn)用電設(shè)備

的最大負(fù)荷不同時(shí)出現(xiàn)的因素。因此在確定多組用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，應(yīng)結(jié)合具體情況對其有

功負(fù)荷和無功負(fù)荷分別計(jì)入一個(gè)同時(shí)系數(shù)（又稱參差系數(shù)或綜合系數(shù)）KZp和KEq:

總的有功計(jì)算負(fù)荷為：？30=長￡,￡?30.3

總的無功計(jì)算負(fù)荷為：030=Ktg'Q3-

以上兩式中的￡P(guān)30,i和ZQ肛i分別為各組設(shè)備的有功和無功計(jì)算負(fù)荷之和。

總的視在計(jì)算負(fù)荷為：

總的計(jì)算電流為：

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(jì)算負(fù)荷和計(jì)茸電滴.一般不能用各

組的視在計(jì)算負(fù)荷或計(jì)算電流之和來計(jì)算.

3.按二項(xiàng)式法確定計(jì)算負(fù)荷

需要系數(shù)法是世界各國普遍采用和確定計(jì)算負(fù)荷的基本方法，簡單方便。二項(xiàng)式法應(yīng)用的局

限性很大，但在確定設(shè)備臺(tái)數(shù)較少而設(shè)備容量差別懸殊的分支干線的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，采用二

項(xiàng)式法較之采用需要系數(shù)法更為合理，且計(jì)算也較簡便。

作業(yè)：（教材p19）

習(xí)題2.1.2.2；

［教學(xué)反思］

-14-

供配電技術(shù)課程教案

第3講

［課程類別］理論課

［授課題目］

2.3變電所總計(jì)算負(fù)荷的確定

2o4尖峰電流的計(jì)算

［教學(xué)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(jì)算負(fù)荷的計(jì)算方法;

2.掌握工廠無功功率補(bǔ)償；

3.了解計(jì)算尖峰電流的概念及其計(jì)算方法.

［教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)］

重點(diǎn)：1。供電系統(tǒng)的功率損耗的基本概念；

2O工廠計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算；

3.工廠功率因數(shù)、無功補(bǔ)償方法；

難點(diǎn)：1.變壓器功率損耗的確定；

20工廠無功補(bǔ)償裝置容量及補(bǔ)償后的工廠計(jì)算負(fù)荷的確定。

［教具和媒體使用］多媒體課件.

［教學(xué)方法］講授法、問題教學(xué)法。

［教學(xué)時(shí)數(shù)］2學(xué)時(shí)。

［教學(xué)過程］

導(dǎo)入：

復(fù)習(xí)回憶：功率因素的基本概念？計(jì)算負(fù)荷的概念？

新授:

一、工廠計(jì)算負(fù)荷的確定

-15-

工廠計(jì)算負(fù)荷是選擇工廠電源進(jìn)線及主要電氣設(shè)備包括主變壓器的基本依據(jù)，也是計(jì)算工廠的

功率因教及無功補(bǔ)償容量的基本依據(jù)。

1.按需要系數(shù)法確定工廠計(jì)算負(fù)荷

將全廠用電設(shè)備的總?cè)萘縋e,(不計(jì)備用設(shè)備容量)乘上一個(gè)需要系數(shù)Kd,即得全廠的有功計(jì)算負(fù)荷,

即：

2o按逐級計(jì)算法確定工廠計(jì)算負(fù)荷

工廠的計(jì)算負(fù)荷(這里舉有功負(fù)荷為例)P30.(1),應(yīng)該是高壓母線上所有高壓配電線路計(jì)

算負(fù)荷之和，再乘上一個(gè)同時(shí)系數(shù).高壓配電線路的計(jì)算負(fù)荷P30.(2),應(yīng)該是該線路所供車間

變電所低壓側(cè)的計(jì)算負(fù)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

△PWL1,……如此逐級計(jì)算即可求得供電系統(tǒng)所有元件的計(jì)算負(fù)荷.

在負(fù)荷計(jì)算中，電力變壓器的功率損耗可按簡化公式近似計(jì)算：

有功損耗A/VM).015s3。

無功損耗‘△QT=0.06S3.

以上二式中S30為變壓器二次側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷。

二、工廠的功率因數(shù)、無功補(bǔ)償及補(bǔ)償后的工廠計(jì)算負(fù)荷

1.工廠的功率因數(shù)

(1)瞬時(shí)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

COS<P=萬萬

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)o

(2)平均功率因數(shù)

又稱加權(quán)平均功率因數(shù)，按下式計(jì)算:

式中，Wp為某一段時(shí)間（通常取一月）內(nèi)消耗的有功電能，由有功電能表讀取;Wq為某一段時(shí)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(fù)荷時(shí)功率因數(shù)指在最大負(fù)荷即計(jì)算負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)，按下式計(jì)算：

COS⑦=P30/S30

在《供電營業(yè)規(guī)則》中規(guī)定：“用戶在當(dāng)?shù)毓╇娖髽I(yè)規(guī)定的電網(wǎng)高峰負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)應(yīng)達(dá)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、定購轉(zhuǎn)售電企業(yè)，功率因數(shù)為0。85以上。”并規(guī)定，凡功率因數(shù)未達(dá)到上述規(guī)定的，應(yīng)

增添無功補(bǔ)償裝置，通常采用并聯(lián)電容器進(jìn)行補(bǔ)償。

2.無功功率補(bǔ)償

要使功率因數(shù)由cos①提高到cos。',必須裝設(shè)無功補(bǔ)償裝瓦（并聯(lián)電容器），其容量為：

Qc=Q30-=P30（tang~tang'）

或：Qc='qcPso

式中，稱為無功補(bǔ)償率，或比補(bǔ)償容量.這無功補(bǔ)償率，是表示要使IkW的有功功率

由cos①提高到cose,所需要的無功補(bǔ)償容量kvar值。

在確定了總的補(bǔ)償容量后，即可根據(jù)所選并聯(lián)電答器的單個(gè)容量qC來確定電容器的個(gè)數(shù)，

即：

n=Qdqc

3.無功補(bǔ)償后的工廠計(jì)算負(fù)荷

工廠（或車間）裝設(shè)了無功補(bǔ)償裝置以云，則在確定補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)以前的總計(jì)算負(fù)荷時(shí)，應(yīng)扣除無功補(bǔ)償容量,

即總的無功計(jì)算負(fù)荷：

補(bǔ)償后總的視在計(jì)算負(fù)荷：

530=JP；0+一〈Ojo-Qc）2

三、尖峰電流

尖峰電流是指持續(xù)時(shí)間1?2s的短時(shí)最大負(fù)荷電流。

-17-

尖峽電流主要用來選擇熔斷器和低壓斷路器、整定繼電保護(hù)裝置及檢驗(yàn)電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)條件

等。

1o用電設(shè)備尖峰電流的計(jì)算

(1)單臺(tái)用電設(shè)備尖峰電流的計(jì)算

單臺(tái)用電設(shè)備的尖峰電流就是其起動(dòng)電流，因此尖峰電流為:

1st=K/N

式中，IN為用電設(shè)備的額定電流；1st為用電設(shè)備的起動(dòng)電流；Kst為用電設(shè)備6勺起動(dòng)電流信

數(shù)，籠型電動(dòng)機(jī)Kst=5?7,繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)Kst=2?3,直流電動(dòng)機(jī)Kst=1.7,電焊變壓器K

st》3。

(2)多臺(tái)用電設(shè)備尖峰電流的計(jì)算

引至多臺(tái)用電設(shè)備的線路上的尖峰電流按下式計(jì)算:

[I

,pk—Kg〉:，N.i+1sLmax

/pk—130,（Al，N）max

作業(yè)：教材p29習(xí)題2。3.2。7。

［教學(xué)反思］

-18-

供配電技術(shù)課程教案

第4講

［課程類別］理論課

［授課題目］

301概述

3.2無限大容量電力系統(tǒng)及其三相短路分析

［教學(xué)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(shí)的物理過程；

3.掌握短路相關(guān)物理量。

［教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)］

重點(diǎn)：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(diǎn)：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(xué)方法］講授法、問題教學(xué)法.

［教學(xué)時(shí)數(shù)］2學(xué)時(shí)。

［教學(xué)過程］

電力系統(tǒng)的非正常運(yùn)行狀態(tài)的概念和成因？

新授：

一、短路概念

1.短路的種類

在供也系統(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

-19-

接地短路.

2.無限大容量系統(tǒng)

指其容量相對于單個(gè)用戶（例如一個(gè)工廠）的用電設(shè)備容量亢得多的電力系統(tǒng)，以致饋電用戶

的線路上無論如何變動(dòng)甚至發(fā)生短路時(shí)，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(shí)際應(yīng)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。

3o短路物理過程

電壓源（無窮大電源），在時(shí)刻t0經(jīng)電阻R及電感L突然短路.

短路前Q小于等于零）

u=U,“sin(cN+a)

i=linsm(cot+a~(p)

r__5“

m,2,2

yl(R+R)+cl)\L+L)

(R+R)

短路后穩(wěn)態(tài)（t至無窮）：

u=Unisin(cot+a)

i=/"n(6jX+a-s')

I--U,n

，川+。匕2

,coL

(P=arctan——

R

短路暫態(tài)過程：

=Ipmsin(w+a-sin(a-(p)-Ipmsin(a-?

產(chǎn)生最嚴(yán)重短路電流的條件:

（1）短路瞬時(shí)電壓過零a=0：

-20-

(2)短路前空載或cos：

(3)短路回路純電感0=90；

二、三相短路的有關(guān)物理量

1.短路電流周期分量有效值

Ipe=Uav/x/3Zk

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It,是

指以該時(shí)間t為中心的一個(gè)周期內(nèi)，短路全電流瞬時(shí)值的均方根值，即

為了簡化計(jì)算，假設(shè)其在一個(gè)周期內(nèi)數(shù)值不變，取其中心值(時(shí)刻t的值)計(jì)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ish是指短路全電流的最大瞬時(shí)值，短路全電流最大瞬時(shí)值出現(xiàn)在

短路后的前半個(gè)周期，即t二0。01s

0.01O.Oi

不）=

^=-^^（69X0.01）+/^a=/ptn（l+e

式中Ksh——短路電流沖擊系數(shù)，口。

對于純電阻性電路，Ksh=1;對于純電感性電路，Ksh=2o因此，1(Ksh(2。

短路沖擊電流的有效值晨是指短路后第一個(gè)周期的短路全電流有效值。

即：或丹=.+2(心/1」小

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也流有效值，用I□表示。

-21-

Ik=lpe=ln=Uav/QZk

5.三相短路容量

在短路電流計(jì)算時(shí)，常遇到短路容量的概念，其定義為短路點(diǎn)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

Sh=6UaJk

【思考】：絲路電流周期分量和非周期分量形成原因？

作業(yè)：無。

［教學(xué)反思］

-22-

供配電技術(shù)課程教案

第5講

［課程類別］理論課

［授課題目］

303短路電流計(jì)算

3o4短路電流效應(yīng)

［教學(xué)目的與要求］

1.理解標(biāo)幺制的概念，掌握電氣元件阻抗標(biāo)幺值的計(jì)算方法；

2.掌握利用標(biāo)幺制計(jì)算短路電流的方法，了解短路電流的短路功率法計(jì)算方法；

3.熟悉短路電流的熱效應(yīng)和電動(dòng)力效應(yīng)的概,念.

［教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)］

重點(diǎn)：1。標(biāo)幺值、基準(zhǔn)值的概念；

2.三相短路電流的標(biāo)幺制計(jì)算方法，

難點(diǎn)：1.三相短路電流的標(biāo)幺制計(jì)算方法.

［教具和媒體使用］多媒體課件。

［教學(xué)方法］講授法、問題教學(xué)法。

［教學(xué)時(shí)數(shù)］2學(xué)時(shí)。

［教學(xué)過程］

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(jì)算

1.標(biāo)么制

用相對值表示元件的物理量，稱為標(biāo)么制.標(biāo)么值是指任意一個(gè)物理量的有名值與基準(zhǔn)值的

-23-

比值，即:

標(biāo)么值=物理量的有名值/物理量的基準(zhǔn)值

標(biāo)么值是一個(gè)相對值，沒有單位.在標(biāo)么制中，則容量、電壓、電流、阻抗

(電抗)的標(biāo)么值分別為:

四個(gè)基準(zhǔn)值中只有兩個(gè)是獨(dú)立的，通常選定基準(zhǔn)容量和基準(zhǔn)電壓為給定值，再按下式求出

基準(zhǔn)電流和基準(zhǔn)電抗:

/d=-^—Xd二"

9斗

基準(zhǔn)值的選取是任意的，但是為了計(jì)算方便，通常取100MVA為基準(zhǔn)容量，取線路平均額定電壓

為基準(zhǔn)電壓,即Sd=100MVA,Ud=Uav=1.05UN。

2。短路回路總標(biāo)么電抗計(jì)算

采用標(biāo)么值計(jì)算短路電流時(shí)，首先需要計(jì)算短路回路中各個(gè)電氣元件的標(biāo)么電抗，然后求

出短路回路的總標(biāo)么電抗。

(1)各元件的標(biāo)么電抗

取Ud二Uav,Sd為基準(zhǔn)容量.

A.線路標(biāo)么電抗口

B.變壓器電抗標(biāo)么值。若變壓器的額定容量為STN和阻抗電壓百分?jǐn)?shù)為Uk%,則忽略變壓器

繞組電阻R的電抗標(biāo)么值為

X?衛(wèi)上

100STN

⑵系統(tǒng)的標(biāo)么電抗

系統(tǒng)標(biāo)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Xs,則系統(tǒng)標(biāo)么電抗為

x：=x

-24-

Bo若已知供電系統(tǒng)出口處的短路容量Sk,則系統(tǒng)的電抗有名值為口，進(jìn)而求得系統(tǒng)標(biāo)么

電抗為口

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)出口斷路器的斷流容

量看作系統(tǒng)的短路容量，求系統(tǒng)標(biāo)么電抗，即口

(3)短路回路的總標(biāo)么電抗

各元件電抗標(biāo)幺值計(jì)笄出后，可據(jù)供電系統(tǒng)單線圖繪制等效電路圖，再計(jì)算短路回路總標(biāo)

么阻抗口。單一電源供電支路總標(biāo)么電抗由各元件標(biāo)么電抗直接相加求出，即

Xt=X；+X；+X；+

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

總標(biāo)么電阻□和總標(biāo)么電抗□決定，即

z￡=J碇+x[

二、三相短路電流計(jì)算

無限大容量系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)，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ish,ish,in,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

(D三相短路電流周期分量標(biāo)么值：□

因在標(biāo)么制中，U=Uav,故U□二1,則有□

(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(biāo)么值定義按下

式計(jì)算：口

2.短路沖擊電流

在高壓供電系統(tǒng)中為&=2.55人

-25-

在低壓供電系統(tǒng)中為心=18%

仆=10叫

3.三相短路容量

\=Cu/k=6ujJk=s/=Sd/二S』s；

Ak

sk=v；=v；=4

或

Ak

4.兩相短路電流的計(jì)算

兩相短路，其短路電流可由下式求得口

兩相短路電流與三相短路電流的關(guān)系為/『)="心

針卓)代當(dāng)像

5.單相短路電流的計(jì)算

在工程計(jì)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(shí)，單相短路電流可

用下式進(jìn)行計(jì)算

Z'l)_uav_"d

1―內(nèi)尸一百Xa

三、短路電流的電動(dòng)力效應(yīng)及熱效應(yīng)

1.短路電流的電動(dòng)力計(jì)算

(1)兩平行載流導(dǎo)體間的電動(dòng)力

尸=2K力，X10-7,N

~a

(2)三相平行導(dǎo)體間的短路電動(dòng)力

三相短路時(shí)產(chǎn)生的最大電動(dòng)力為口，N

-26-

對于成套電氣設(shè)備，因其相鄰支持點(diǎn)的距離I、導(dǎo)線間的中心距a、形狀系數(shù)Ks均為定值，故

最大電動(dòng)力只與電流大小有關(guān)。因此，成套設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定性常用設(shè)備極限通過電流或動(dòng)穩(wěn)定電流

ies表示.當(dāng)成套設(shè)備的允許極限通過電流峰值（或最大值）ies>ish時(shí)，或極限通過電流有效

值les>lsh時(shí)，設(shè)備的機(jī)械強(qiáng)度就能承受沖擊電流的電動(dòng)力，即電氣設(shè)備的抗力強(qiáng)度合格；否

則不合格，應(yīng)按動(dòng)穩(wěn)定性要求重選.

2。短路電流的熱效應(yīng)

短路電流產(chǎn)生的熱量可按下式計(jì)算

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(gè)分量的發(fā)熱量相對應(yīng)，假

想時(shí)間ti也應(yīng)分成兩部分，即

4=1ipe+/tap

式中，ti.pe為短路電流周期分量的假想時(shí)間，tieap為短路電流非周期分量的假想時(shí)間。

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

Qk=///i=/；T-4=s?JK

故得Sig

將計(jì)算出的最小熱穩(wěn)定截面與選用的導(dǎo)體截面比較，當(dāng)所選標(biāo)準(zhǔn)截面S^Smin時(shí)，熱穩(wěn)

定即合格。

作業(yè)：教材p46,習(xí)題3。1。

［教學(xué)反思］

-27-

供配電技術(shù)課程教案

第6講

［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

403電力變壓器

［教學(xué)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.掌握也弧形成、熄滅的原理，了解滅弧的基本方法；

了解電力變壓器的分類及其特點(diǎn)，掌握電力變壓器常見聯(lián)結(jié)組別的特點(diǎn)，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(yùn)行條件。

［教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)］

重點(diǎn)：1。電弧形成、熄滅的原理；

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

難點(diǎn)：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(diǎn)，

［教具和媒體使用］多媒體課件。

［教學(xué)方法］講授法、問題教學(xué)法。

［教學(xué)時(shí)數(shù)］2學(xué)時(shí)。

［教學(xué)過程］

導(dǎo)入：

讓學(xué)生列舉所熟知的電氣設(shè)備的構(gòu)架、功能、特點(diǎn)和用途.

新授:

-28-

一、供配電系統(tǒng)電氣設(shè)備的定義和分類

1o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(jī)、變

壓器、控制電器、保護(hù)設(shè)備、測量儀表、線路器材和用電設(shè)備(如電動(dòng)機(jī)、照明用具)等.

2o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)中用于傳揄、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(hù)一次回路運(yùn)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(hù)設(shè)備：用來對電力系統(tǒng)進(jìn)行過電流和過電壓等的保護(hù)用電氣設(shè)備，如熔斷器、避

雷器等。

(d)補(bǔ)償設(shè)備：用來補(bǔ)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(dòng)力和照明配電箱等.

-29-

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(qiáng)烈的電游離現(xiàn)象，光亮很強(qiáng)，溫度很高，可燒毀觸頭、延長斷電時(shí)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

開關(guān)觸頭在分?jǐn)嚯娏鲿r(shí)之所以會(huì)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)生也弧的游離方式：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(fù)合、擴(kuò)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(fù)荷的發(fā)熱要求＞具有足夠的動(dòng)穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度

＞具有足夠的機(jī)械強(qiáng)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(huì)（IEC）的界定，電力變壓器指額定容量在5kV-A及以上，單相的在1kV?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?，以利于電能的合理輸送、分配和使用?/p>

1.電力變壓器的分類及結(jié)構(gòu)

-30-

(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才日變壓器；

(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(dǎo)體材質(zhì)分：銅繞組變壓器和鋁繞組變壓器兩大類；

(5)按統(tǒng)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(fēng)冷式、油浸水冷式和強(qiáng)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。

(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

(1)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(yīng)的一、二

次側(cè)對應(yīng)線電壓的相位關(guān)系。常用的聯(lián)結(jié)組別有YynO、Dyn11,Yzn11.Yd11.YNd11等電

力變壓器的每一個(gè)電壓側(cè)有三個(gè)繞組，高壓側(cè)繞組用A-X,B-Y,C-Z作為線段標(biāo)記，低壓

伽j繞組用a―x,b-y,c一z作為線段標(biāo)記。

(2)YynO聯(lián)結(jié)

ABC

I..M

Hr：。

abc

a)

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

-31-

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

零點(diǎn)(12點(diǎn))時(shí)時(shí)針與分針的位置一樣.

(3)Dyn11聯(lián)結(jié)

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

(4)Dyn11聯(lián)結(jié)組別的示意圖如圖所示，其一次線電壓和對應(yīng)二次線電壓的相位關(guān)系如同時(shí)鐘

在11點(diǎn)時(shí)時(shí)針與分針的位置一樣。

(5)YynO和Dyn11聯(lián)結(jié)的兩種配電變壓器比較

1)對Dyn11聯(lián)結(jié)變壓器來說，其3n次(n為正整數(shù))諧波勵(lì)磁電流在其三角形聯(lián)結(jié)的一次

統(tǒng)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)Dyn11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Dyn11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)