供配电技术电子教案可编辑修改word版.docx
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供配电技术电子教案可编辑修改word版
贵州电子信息职业技术学院电子工程系教案
课程
供配电系统安装与维护
授
课
班级
周次
课时
4
日期
课题
概论
教学目的
使学生掌握工厂供电的基本知识及概念
中性点运行方式
低压配电系统的接地型式。
重点难点
重点：
供电的概念、中性点三种运行方式、TN系统、TT系统、IT系统。
教具
多媒体、供电系统图
作业
P26页1、2、4
小结
供电系统有关概念、发电厂、电能质量、不同中性点系统的运行特点、低压配电系统不同接地型式的应用场合。
教学内容（含理论联系实际）、时间分配与教学方法设计
时间分配：
第一节工厂供电的意义、要求及课程任务
第二节工厂供电系统、发电厂、电力系统及自备电源
（2学时）
第三节电力系统的电压与电能质量
第四节电力系统中性点运行方式及低压配电系统不同接地型式
（2学时）
教学方法：
以多媒体讲授为主。
结合各种供电系统图，重点介绍电力系统的基本概念、电力系统中性点不同运行方式的特点及接地形式。
第一章工厂供电概论
本章主要内容：
工厂供电的基本知识
供电系统、发电厂、电力系统及自备电源电压、电能质量
中性点运行方式
低压配电系统的接地型式
第一节工厂供电的意义、要求及课程任务
一、意义
1、工厂供电（plantpowersupply）：
是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。
2、重要性
工业生产实现电气化以后可以增加产量、提高产品质量和劳动生产率，供电突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果，甚至可能发生
重大的人身事故，给国家和人民带来经济上甚至政治上的重大损失。
二、基本要求
安全、可靠、优质、经济三、本课程的主要任务
讲述中小型工厂电能供应和分配、电气照明问题，使学生具有对中小型工厂的供电系统及电气照明进行操作、维护、设计、计算的能力。
第二节工厂供电系统、发电厂、电力系统及自备电源
一、工厂供电系统概况
1、中型工厂供电系统简图：
一根线表示三相线路
2、中型工厂供电系统的平面布线示意图
3、大型工厂总降压变电所
4、高压深入负荷中心的供电系统
5、只设一个降压变电所的供电系统二、发电厂和电力系统
1、发电厂（发电站）：
，是将自然界蕴藏的各种一次能源转换为电能（二次能源）的工厂。
有：
水力发电厂、火力发电厂、核能发电厂、风力发电厂、地热发电厂、太阳能发电厂。
水力发电厂,简称水电厂或水电站。
其能量转换过程是：
水流位能→机械能→电能。
火力发电厂简称火电厂或火电站。
其能量转换过程是：
燃料的化学能→热能→机械能→电能。
核能发电厂通常称核电站。
其能量转换过程是：
核裂变能→热能→机械能→电能。
风力发电厂利用风力的动能来产生电能。
地热发电厂利用地球内部蕴藏的大量地热能来生产电能。
太阳能发电厂就是利用太阳光能或太阳热能来生产电能。
利用太阳光能发电,是通过光电转换元件如光电池等直接将太阳光能转换为电能,这己广泛应用于人造地球卫星和宇航装置上。
利用太阳光能发电,可分直接转换和间接转换（光→热→水蒸汽→电）。
1.优点：
（1）数量巨大：
每年到达地球表面的太阳辐射能约为130万亿吨标准煤,
即约为目前全世界所消费的各种能量总和的1×104倍。
（2）时间长久：
太阳能的根源是在太阳内部的高温（2×107K）和高压（3×1016pα）条件下进行的由四个氢原子核聚变成一个氦原子核的热核反应。
太阳系己存在大约50亿年左右,尚可继续维持1011年之久。
（3）普照大地：
太阳辐射能“送货上门”，既不需要开采,也不需要运输,
更不可能进行垄断,无“专利”可言。
（4）清洁安全：
它不仅毫无污染,远比常规能源清洁；也亳无危险,远比原子核能安全。
2.缺点：
（1）分散性：
到达地球表面的太阳辐射能的总量尽管很大，但是能流密度却很低。
平均说来，北回归线附近夏季晴天中的太阳辐照度最大，约为1.1～1.2kw·m－2,即投射到地球表面1m2面积上的太阳能功率仅为1kw左右；冬季大致只有一半,而阴天则往往只有1/5左右。
（2）间断性和不稳定性：
由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拨高度的限制以及晴阴云雨等随机因素的影响,太阳辐射既是间断的又是不稳定的。
必须很好地解决贮能问题,即把晴朗白天的太阳辐射能尽量贮存起来以供夜间或阴雨天使用,但目前不易做到。
故此,太阳能发电厂应建在常年日照时间长的地方。
（3）效率低和成本高：
利用太阳能虽然在理论上是可行的,技术上也是成熟的,但是效率普遍较低,成本普遍较高。
一座1000MW的太阳能热电站需要投资20～25亿美元,平均1KW的投资为2000～2500美元,比普通火电站贵5～10倍。
因此,目前只能小规模地应用于特殊的场合,而大规模利用在经济上很不合算。
2、电力系统（powersystem）：
由各级电压的电力线路将一些发电厂、变电所和电力用户联系起来的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体，称为电力系统。
电网：
电力系统中各级电压的电力线路及其联系的变电所，称为电网。
第三节电力系统的电压与电能质量
一、电压和频率的质量参数。
规定：
频率偏差正负0.2Hz
电压偏差正负5%
1.电压偏差
电压偏差又称电压偏移。
指给定瞬间设备的端电压U与设备额定电压UN之差。
∆U%=U-UN
UN
⨯100%
2.允许的电压偏差
（1）国家标准GB12325－90《供电电压允许偏差》规定：
35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10％。
10kV及以下三相供电电压允许偏差为±7％
220V单相供电电压允许偏差为＋7％，－10％。
（2）国家标准GB50052－95《供配电系统设计规范》规定：
正常运行情况下,
用电设备端子处电压偏差的允许值。
电动机为±5％
照明：
一般场所为±5％；道路照明可为＋5％、－10％。
其它用电设备,无特殊规定时为±5％。
二、三相交流电网和电力设备的额定电压
1、电网（线路）的额定电压
国家根据国民经济发展需要和电力工业水平确定的。
2、用电设备的额定电压
规定与同级电网的额定电压相同。
3、发电机的额定电压
规定高于同级电网电压5%4、电力变压器的额定电压
（1）一次绕组的额定电压（简图）
a.当变压器直接与发电机相联时,其一次绕组额定电压UN1应与发电机额定电压相同,即高于同级电网额定电压5％。
b.当变压器直接连接在线路上时,其一次绕组额定电压UN1应与电网额定电压相同。
（2）二次绕组的额定电压（简图）
a.变压器二次侧供电线路较长（如高压电网）时,变压器二次侧额定电压UN2应比相联电网额定电压高10％。
b.变压器二次侧供电线路不长（如低压电网）时,变压器二次侧额定电压UN2只需比相联电网额定电压高5％。
第四节电力系统中性点运行方式
一、中性点运行方式：
中性点不接地系统、中性点经消弧线圈【阻抗】接地系统、中性点直接接地系统
我国3～66kv系统,特别是3～10kv系统,一般采用中性点不接地的运行方式；3～10kv系统中接地电流Ic大于30A、20kv及以上系统中接地电流Ic大于10A时,应采用中性点经过消弧线圈接地的运行方式；110kv及以上的系统和220/380V低压配电系统中,都采用中性点直接接地的运行方式。
中性线（N线）的功能,用来传导三相系统中的不平衡电流,减小负荷中性点的电位偏移,保证每相负载的电压均达到额定相电压。
保护线（PE线）的功能,为保障人身安全、防止发生触电事故用的接地线。
保护中性线（PEN线）兼有中性线（N线）和保护线（PE线）的功能。
我国通称为“零线”，俗称“地线”。
二.接地和接零
按接地目的的不同,主要可分为工作接地、保护接地和保护接零三种。
1.工作接地
电力系统由于运行和安全的需要,常将中性点接地,称为工作接地。
工作接地有下列目的。
（1）降低触电电压
在中性点不接地的系统中,当一相接地而人体触及另外两相之一时,触电电压为线电压。
而在中性点接地的系统中,在上述情况下,触电电压接近相电压。
（2）迅速切断故障设备
在中性点不接地的系统中,当一相接地时,接地电流很小,不足以使保护装置动作而切断电源,长时间将对人身不安全。
而在中性点接地的系统中,一相接地后的接地电流较大（接近单相短路）,保护装置迅速动作,断开故障点,比较安全。
（3）降低电气设备对地的绝缘水平
在中性点不接地的系统中,当一相接地时将使另外两相的对地电压升高到线电压。
而在中性点接地的系统中,则接近于相电压,故可降低电气设备和输电线的绝缘水平,节省投资。
但是,中性点不接地也有好处。
第一,一相接地往往是瞬时的,能自动消除,在中性点不接地的系统中,就不会跳闸而发生停电事故；第二,一相接地故障可以允许短时存在,这样,以便寻找故障和修复。
2.保护接地
保护接地就是将电气设备的金属外壳（正常情况下是不带电的）接地,宜用于中性点不接地的低压系统中。
3.保护接零
保护接零就是将电气设备的金属外壳接到零线（或称中线）上,宜用于中性点接地的低压系统中。
三、低压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）。
TN-C系统：
N线与PE线全部合为PEN线（四线制）。
TN-S系统：
N线与PE线全部分开（五线制）。
TN-C-S系统：
N线与PE线前一部分合为PEN线,而后一部分则全部
或部
分地分开。
2、TT系统：
系统中性点直接接地，设备外壳单独接地。
该系统适用于安全要求及对抗电磁干扰要求较高的场所。
GB50096－1999《住宅设计规范》规定：
住宅供电系统“应采用TT、TN-S接地方式。
3、IT系统：
系统中性点不接地，或经高阻抗（约1000Ω）接地。
主要用于对连续供电要求较高及有易燃易爆危险的场所，特别是矿山、井下等场所的供电。
贵州电子信息职业技术学院电子工程系教案
课程
供配电系统安装与维护
授
课
班级
周次
课时
6
日期
课题
工厂的电力负荷及其计算
教学目的
使学生掌握电力负荷的有关概念，能够利用需要系数法和二项式法计算成组设备的负荷及工厂总负荷，会计算尖峰电流。
重点
需要系数法和二项式法计算成组设备的负荷及工厂总负荷，尖峰电流的计算。
难点
单相设备的等效三相负荷计算、准确确定需要系数。
教具
作业
P49页1、2、3、5、10及计算题
小结
负荷分级、负荷曲线、需要系数、负荷计算、尖峰电流计算。
教学内容（含理论联系实际）、时间分配与教学方法设计
时间分配：
第一节工厂的电力负荷与负荷曲线
第二节三相用电设备组计算负荷的确定
（2学时）
第三节单相用电设备组计算负荷的确定
参观学院机电实训车间，进行负荷统计计算
（2学时）
第四节工厂的计算负荷及年耗电量的计算第五节尖峰电流及其计算
（2学时）
教学方法：
结合供电实例，以多媒体讲授为主。
介绍电力负荷的基本概念、重点讲授需要系数法和二项式法计算成组设备及工厂总负荷，计算尖峰电流，最好在参观实际供电系统后再讲授。
第二章工厂的电力负荷及其计算
本章主要内容：
电力负荷有关概念
用电设备组计算负荷、工厂计算负荷尖峰电流及其计算
第一节工厂的电力负荷与负荷曲线
一、工厂电力负荷的分级及其对供电电源的要求
1.一级负荷：
中断供电将造成人员伤亡，经济上造成重大损失或产生政治上的不良影响。
例如钢厂炼钢炉突然停电30min,就可能造成炼钢炉报废；电解铝厂停电超过15min,电解槽就会损坏。
双电源供电，必要时增设应急电源。
2.二级负荷：
中断供电将在经济上造成较大损失,将引起主要设备损坏,
产生大量报废或造成大量减产。
双电源供电，当负荷较小时可以专线供电。
3.三级负荷：
三级负荷中断供电损失较小,如工厂的附属车间、日常生活、一般的农业用电等。
因此它对供电电源无特殊要求。
二、工厂用电设备的工作制
1.连续工作制
这类工作制的设备在恒定负荷下连续运行,如通风机,水泵，机床电动
机。
2.短时工作制
这类工作制的设备在恒定负荷下运行的时间短,而停歇时间长,如机床上的某些辅助电动机、控制闸门的电动机等。
3.断续周期工作制
这类工作制的设备周期性地时而工作,时而停歇,如此反复运行,如电焊机和吊车电动机等。
三、负荷曲线
表示电力负荷随时间变动情况的一种图形。
从负荷曲线上可以掌握负荷变动规律，获得对设计和运行有用的资料。
有：
夏日负荷曲线、冬日负荷曲线、年负荷持续时间曲线等多种。
1、年度最大负荷Pmax：
全年中负荷最大工作班内消耗电能最大的半小时的平均功率又叫半小时最大负荷P30。
T=Wa
max
2、年最大负荷利用小时：
max
在此时间内,电力负荷按年最大负荷Pmax（或P30）持续运行所消耗的电能,
恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能。
一班制工厂,Tmax≈1800～3000h；二班制工厂,Tmax≈3500～4800h；三
班制工厂,Tmax≈5000～7000h。
3、平均负荷：
Pav
=Wt
t
K=P
L
4、负荷系数（负荷率）：
N
第二节三相用电设备组计算负荷的确定
一、需要系数法确定计算负荷
1、基本公式：
Kd
需要系数
=K∑KL
eWL
有功计算负荷P30=KdPe
.[Kd称需要系数][单位：
千瓦（kW）]
无功计算负荷Q30=P30tan
.[单位：
千乏（kvar）]
视在计算负荷
S30=
P30
cos
.[单位：
千伏安（kV·A）]
式中,cosΦ为用电设备组的平均功率因数.（Φ为功率因数角）
计算电流
I30=
S30
[单位：
安（A）]
式中,UN为为用电设备组的额定电压.[单位：
千伏（kV）]2、设备容量Pe的计算
（1）
对一般连续工作制和短时工作制的用电设备组设备容量Pe就是所有设备的铭牌额定容量之和。
（2）对断续周期工作制的用电设备组
a.电焊机组
Pe=PN
PN为电焊机的铭牌额定容量.
εN为与铭牌容量对应的负荷持续率（计算中用小数）
b.吊车电动机组
Pe=2PN
3、多组用电设备计算负荷的确定：
计入一个同时系数总的有功计算负荷为P30＝KΣPΣP30,i.[KΣP＝0.90～0.95]总的无功计算负荷为Q30＝KΣqΣQ30,i.[KΣq＝0.95～0.97]
总的视在计算负荷为
S30=
总的计算电流
I30=
S30
[单位：
安（A）]
注意：
由于各组设备的功率因数不一定相同,因此总的视在计算负荷
S30和总的计算电流I30不能用各组之和来计算。
[分析]
三、按二项式法确定计算负荷
1、基本公式：
P30=bPe+cPx
[平均负荷＋附加负荷]
其中Px是x台最大容量的设备总容量；b,c为二项式系数。
注意：
（1）.若总台数n＞2x,则x查表得出.
（2）.若n＜2x,则取x＝n／2（四舍五入）.如n＝7（或5）,则
x=7/2≈4.
（3）.若n＝1～2台,则取Px＝Pe.
2、多组用电设备计算负荷的确定
P30=∑（bPe）i+（cPx）max
Q30=∑（bPetan）i+（cPX）maxtanmax
式中,tanΦmax为最大附加负荷（cPx）max的设备组的平均功率因数角的正切值。
第三节单相用电设备组计算负荷的确定
单相设备接在三相线路中，应尽可能均衡分配，如果单相设备的总容量不超过三相设备总容量的15%则不论单相设备如何分配，单相设备可与综合
按三相负荷平衡计算，如果大于15%则将单相设备换算为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加。
一、单相设备组等效三相负荷的计算
1、单相设备接于相电压时的等效三相负荷计算
2、单相设备接于线电压时的等效三相负荷计算
3、单相设备分别接于线电压和相电压时的等效三相负荷计算
先将接于线电压的设备换算到接于相电压的设备容量，然后分相计算各相设备容量和计算负荷，计算公式如下：
PA=pAB-APAB+pCA-APCAQA=qAB-APAB+qCA-APCAPB=pBC-BPBC+pAB-BPABQB=qBC-BPBC+qAB-BPAB
PC=pCA-CPCA+pBC-CPBC
QC=qCA-CPCA+qBC-CPBC
总的等效三相计算负荷为：
P30=3P30.m
Q30=3Q30m.
第四节工厂的计算负荷及年耗电量的计算
一．工厂计算负荷的确定
工厂计算负荷是选择电源进线、电气设备、主变压器的依据。
1、按需要系数法确定工厂计算负荷P30＝KdPe.
Kd为工厂的需要系数
Pe为全厂用电设备的总容量（不含备用设备）2、按年产量估算工厂计算负荷
将工厂年产量A乘上单位产品耗电量a,得工厂全年的需电量Wa＝Aa.则P30＝Wa／Tmax.
其它计算负荷Q30、S30、I30的计算,与上述需要系数法相同。
3、按逐级计算法确定工厂计算负荷电力变压器的功率损耗:
有功功率损耗：
ΔPT≈0.015S30
无功功率损耗：
ΔQT≈0.06S30
4、工厂的功率因数，无功补偿及补偿后的工厂计算负荷
（1）工厂的功率因数：
平均功率因数、最大负荷功率因数
功率因数
cosΦ=
=P30S30
（2）无功功率补偿
100KVA及以上高压供电的用户其功率因数应达到0.9以上，其它电力用户的功率因数应达到0.85以上。
工厂中由于有大量的感应电动机、电焊机等感性负荷,从而使功率因数降低,则需考虑人工补偿。
假设功率因数由cosΦ提高到cosΦ′,在负荷需用的有功功率P30不变的条件下,Q30减小到Q30′,S30减小到S30′,I30也将减小。
这将使系统的电能损耗和电压损耗相应降低,节约了电能,而且可选较小容量的供电设备和导线电缆。
必须装设的无功补偿装置容量为
Qc＝Q30－Q30′＝P30（tanΦ－tanΦ′）[图示]
电容器个数n＝Qc／qc,[qc为电容器的单个电容量]对于单相电容器,应取3的倍数,以便三相均衡分配。
补偿后总的视在计算负荷
'30
30=Q30
=
-QC
二、工厂年耗电量的计算
年有功电能消耗量年无功电能消耗量
Wp.a=P30Ta
Wq.a=Q30Ta
式中，为年平均有功负荷系数，一般取0.7~0.75;为年平均无功负荷系
数，一般取0.76~0.82;Ta为年实际工作小时数,按每周五个工作日计,一班制可取2000h,二班制可取4000h,三班制可取6000h。
第五节尖峰电流及其计算
尖峰电流Ipk是指持续时间1~2S的短时最大负荷电流（电动机起动时出现）。
1、单台用电设备
单台用电设备的尖峰电流就是其起动电流,故此
尖峰电流为
Ipk
=Ist
=KstIN
Kst为用电设备的起动电流倍数；IN为额定电流。
2、多台用电设备
IPK
n-1
∑
=K∑
i=1
IN.i+Ist.max
IPK=I30+（Ist-IN）max
式中,Ist.max和（Ist－IN）max分别为起动电流与额定电流之差为最大的那台设备的起动电流及其起动电流与额定电流之差；
∑
n-1
i=1
IN.i
为起动电流与额定电流之差为最大的那台设备除外的其他n－1台
设备的额定电流之和。
K∑为同时系数，一般取
0.7~1。
贵州电子信息职业技术学院电子工程系教案
课程
供配电系统安装与维护
授
课
班级
周次
课时
6
日期
课题
短路电流及其计算
教学目的
掌握三相短路、两相短路及单相短路电流的计算，会根据短路条件进行设备校验。
重点
三相短路电流的计算、短路校验条件。
难点
标幺制法计算三相短路电流、短路发热的假想时间。
教具
多媒体教学
作业
P72页1、2、3、5、8、11及计算题
小结
短路的种类、欧姆法及标幺制法计算短路电流、动热稳定度校验。
教学内容（含理论联系实际）、时间分配与教学方法设计
时间分配：
第一节短路的原因、后果及形式
第二节无限大容量电力系统三相短路时的物理过程
（2学时）
第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算第四节短路电流的效应和稳定度校验
（4学时）
教学方法：
利用多媒体讲授短路时的物理过程。
利用对比的方式讲授欧姆法及标幺制法计算三相短路电流，根据具体设备讲授动热稳定度校验。
第三章短路电流及其计算
本章主要内容：
无限大容量电力系统三相短路时的物理过程及物理量三相短路、两相短路及单相短路的计算
短路电流的效应及短路校验条件
第一节短路的原因、后果及形式
一.短路的原因
人为原因：
工作人员未遵守安全操作规程而发生误操作,或者误将低电压设备接入较高电压的电路中或者人们放风筝。
设备原因：
电气设备绝缘损坏或自然老化以及由于设备本身不合格、绝缘强度不够而被正常电压击穿造成短路。
自然原因：
系统遭受雷击以及鸟兽跨越在裸露的相线之间或相线与接地物体之间,或者咬坏设备导线电缆的绝缘。
二.短路的后果
1.短路电流产生的电动力和热效应,会造成设备变形、损坏。
2.造成电压骤降,严重影响电气设备的正常运行。
如照明骤暗、电动机转速下降等。
3.造成停电事故,而且越靠近电源,停电范围越大。
4.影响电力系统的正常运行,会使并列运行的发电机组失去同步,造成电力系统解列,破坏电力系统的稳定运行。
5.产生电磁干扰,单相接地短路,短路电流会产生较强的不平衡交变磁场,对附近的通信线路、电子设备等产生干扰。
三.短路的形式
在三相系统中,会发生三相短路k（3）、两相短路k
（2）、单相短路k
（1）和两相接地短路k（1.1）。
三相短路危害最大,单相短路故障率最高。
第二节无限大容量电力系统三相短路时的物理过程
一、无限大容量电力系统及其三相短路的物理过程
无限大容量电力系统是指其容量相对于用户供电系统容量大得多的电力系统,或电力系统容量超过用户供电系统容量50倍时。
电路中存在电感，发生短路后，电流不能突变，有一个过渡过程即短路暂态过程。
二、短路的物理量
1、短路电流周期分量iP（t）＝Ik.msin（ωt－φk）＝
由于XΣ＞＞RΣ,故φk≈900,则有
2、短路电流非周期分量
时间常数τ＝LΣ／RΣ＝XΣ／31
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