《工厂供电》教案3

湖北水利水电职业技术学院 教 师 授 课 教 案
课程名称： 课程名称： 班 级： 工厂供电 05 电气 1－2 班 2006 年至 2007 年第 1 学期第 17 次课 编制日期： 年 11 月 12 日 编制日期：20 06
教学单元（章节） ：第三章 教学单元（章节） 第三章 短路电流及其计算 ： 短路的原因、 第一节 短路的原因、后果及其形式 第二节 无限大容量电力系统三相短路的物理过程及物理量 目的要求： 目的要求：1. 了解短路的原因、后果及其形式 2. 了解电力系统三相短路的物理过程及其物理量
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例 3-1 某工厂供电系统如图 3-4 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。
知识要点： 知识要点：1. 2. 3. 4. 技能要点： 技能要点：
欧姆法 电力系统的阻抗计算 电力变压器的阻抗计算 电力线路的阻抗计算
教学步骤： 教学步骤：1. 概述短路电流的计算 2. 欧姆法的概念 3. 采用欧姆法进行电力系统、电力变压器及电力线路的阻抗计算 教具及教学手段： 教具及教学手段：多媒体课堂教学；讲述、分析、举例。
作业布置情况： 作业布置情况：思考题 2、3、4
课后分析与小结： 课后分析与小结：
授课教师： 授课教师：
陈剑
授课日期： 2006 授课日期：
年 11 月 15 日
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二、短路有关的物理量 （－）短路电流周期分量 假设在电压 u=0 时发生三相短路，如图 3-3 所示。短路电流周期 分量为 （3-1） 式中， 为短路电流周期分量幅值，其中 为短路电路的总阻抗［模］ ； 为短路电路 的阻抗角。由于短路电路的 ，因此 。故短路初瞬 间（t=0 时）的短路电流周期分量为 （3-2） 式中，I″为短路次暂态电流有效值，即短路后第一个周期的短路电流 周期分量 ip 的有效值。 （二）短路电流非周期分量 由于短路电路存在电感，因此在突然短路时，电感上要感生一个 电动势，以维持短路初瞬间（t=0 时）电路内的电流和磁链不致突变。 电感的感应电动势所产生的与初瞬间短路电流周期分量反向的这一电 流，即为短路电流非周期分量。 短路电流非周期分量的初始绝对值为
一、概述 进行短路电流计算，首先要绘出计算电路图，如后面图 3-4 所示。 在计算电路图上，将短路计算所需考虑的各元件的额定参数都表示出 来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。接着，按所选择的 短路计算点绘出等效电路图， 如后面图 3-5 所示， 并计算电路中各主要 元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一 些主要元件表示出来，并标明各元件的序号和阻抗值，一般是分子标 序号，分母标阻抗值（阻抗用复数形式 R＋jX 表示） 。 二、采用欧姆法进行三相短路计算 欧姆法又称有名单位制法，因其短路计算中的阻抗都采用有名单 位“欧姆”而得名。 在无限大容量系统中发生三相短路时，其三相短路电流周期分量 有效值按下式计算
式中｜ZΣ｜和 RΣ、XΣ 分别为短路电路的总阻抗［模］和总电阻、总电 抗值；Uc 为短路点的短路计算电压，由于线路首端短路时其短路最为 严重，因此按线路首端电压考虑，即短路计算电压取为比线路额定电 压 UN 高 5％，按我国电压标准 Uc 有 0.4、0.69、3.15、6.3、l0.5、37、 69、…kV 等。 在高压电路的短路计算中，通常总电抗远比总电阻大，所以一般 只计电抗， 不计电阻。 在计算低压侧短路时， 也只有当 时 才需计人电阻。 如果不计电阻，则三相短路电流周期分量有效值为 三相短路容量为 1．电力系统的阻抗计算 电力系统的电阻相对于电抗来说很小，一般不予考虑。电力系统 的电抗，可由电力系统变电所馈电线出口断路器（参看图 3-4）的断流 容量 Soc 来估算，这 Soc 就看作是电力系统的极限短路容量 Sk。因此电 力系统的电抗为
第一节 短路的原因、后果及其形式 一、短路的原因 短路就是指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性 短接。 造成短路的主要原因：1）是电气设备载流部分的绝缘损坏；2） 工作人员由于违反安全操作规程而发生误操作，或者误将低电压设备 接人较高电压的电路中，也可能造成短路；3）鸟兽跨越在裸露的相线 之间或者相线与接地物体之间，或者咬坏设备和导线电缆的绝缘，也 是导致短路一个原因。 二、短路的后果 短路后，在大电力系统中，短路电流可达几万安甚至几十万安， 如此大的短路电流可对供电系统产生极大的危害： 1）短路时要产生很大的电动力和很高的温度，而使故障元件和短 路电路中的其他元件受到损害和破坏，甚至引发火灾事故。 2）短路时电路的电压骤降，严重影响电气设备的正常运行。 3）短路时保护装置动作，将故障电路切除，从而造成停电，而且 短路点越靠近电源，停电范围越大，造成的损失也越大。 4）严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，可使并列运行的发 电机组失去同步，造成系统解列。 5）不对称短路包括单相短路和两相短路，其短路电流将产生较强 的不平衡交变电磁场，对附近的通信线路、电子设备等产生电磁干扰， 影响其正常运行，甚至使之发生误动作。 三、短路的形式 在三相系统中，短路的形式有三相短路、两相短路、单相短路和 两相接地短路等。 第二节 无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程和物理量 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，是指供电容量相对于用户供电系统容量大 得多的电力系统。其特点是，当用户供电系统的负荷变动甚至发生短 路时，电力系统变电所馈电母线上的电压能基本维持不变。如果电力 系统的电源总阻抗不超过短路电路总阻抗的 5％～10％， 或者电力系统 容量超过用户供电系统容量的 50 倍时，可将电力系统视为无限大容量 系统。对一般工厂供电系统来说，由于工厂供电系统的容量远比电力 系统总容量小，而阻抗又较电力系统大得多，因此工厂供电系统内发 生短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压几乎维持不变，也就是 说可将电力系统视为无限大容量的电源。
必须注意：在计算短路电路的阻抗时，假如电路内含有电力变压 器时，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去， 阻抗等效换算的条件是元件的功率损耗不变。 阻抗等效换算的公式为 式中 R、X 和 Uc 为换算前元件的电阻、电抗和元件所在处的短路 计算电压；R′、X′和 U＇c 为换算后元件的电阻、电抗和短路点的短 路计算电压。 就短路计算中需计算的几个主要元件的阻抗来说，实际上只有电 力线路的阻抗有时需按上述公式换算，例如计算低压侧短路电流时， 高压侧的线路阻抗就需要换算到低压侧。而电力系统和电力变压器的 阻抗，由于其计算公式中均含有 U2C，因此计算其阻抗时，其 Uc 直接 代以短路点的短路计算电压，就相当于阻抗已经换算到短路点一侧了。
知识要点： 知识要点：1. 短路的形式 2. 短路过程中涉及到的物理量
技能要点： 技能要点：
教学步骤： 教学步骤：1. 介绍短路的原因及造成的后果 2. 短路的形式 3. 短路的物理过程及其涉及到的物理量 教具及教学手段： 教具及教学手段：多媒体课堂教学；讲述、分析、图示、举例。
作业布置情况： 作业布置情况：思考题 3－ห้องสมุดไป่ตู้ 习题 3－1
课后分析与小结： 课后分析与小结：
授课教师： 授课教师：
陈剑
授课日期： 授课日期：2006
年 11 月 17 日
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S 此式中的 Uc 可直接采用短路点的短路计算电压； oc 为系统出口断路器 的断流容量，可查有关手册或产品样本（参看附录表 8） 。
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2．电力变压器的阻抗计算 （1）变压器的电阻 RT 可由变压器的短路损耗△Pk 近似地计算。 因 故 式中，Uc 为短路点的短路计算电压；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（参看附录表 5） 。 （2）变压器的电抗 XT 可由变压器的短路电压 Uk％近似地计算。 因 故 式中 Uk％为变压器的短路电压（亦称阻抗电压）百分值，可查有关手 册或产品样本（参看附录表 5） 。 3．电力线路的阻抗计算 （1）线路的电阻 RWL 可由导线电缆的单位长度电阻 R0 值求得，即 式中 R0 为导线电缆单位长度电阻，可查有关手册或产品样本（参看附 录表 6） 为线路长度。 ；l （2）线路的电抗 XWL 可由导线电缆的单位长度电抗 X0 值求得，即 式中 X0 为导线电缆单位长度电抗，可查有关手册或产品样本（参看附 录表 6） 为线路长度。 ；l 如果线路的结构数据不详时，X0 可按表 3-1 取其电抗平均值。
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课程名称： 课程名称： 班 级： 工厂供电 05 电气 1－2 班 2006 年至 2007 年第 1 学期第 18 次课 编制日期： 年 11 月 12 日 编制日期：20 06
教学单元（章节） ：第三章 教学单元（章节） 第三章 短路电流及其计算 ： 第三节 无限大容量电力系统中短路电流的计算（一） 无限大容量电力系统中短路电流的计算（ 目的要求： 目的要求：1. 掌握用欧姆法进行三相短路计算
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图 3-2a 是一个电源为无限大容量的供电系统发生三相短路的电路 图。图中 RWL、XWL 为线路（WL）的电阻和电抗，RL、XL 为负荷（L） 的电阻和电抗。 由于三相短路对称， 因此这一三相短路电路可用图 3-2b 所示的等效单相电路来分析研究。供电系统正常运行时，电路中的电 流取决于电源电压和电路中所有元件包括负荷在内的所有阻抗。当发 生三相短路时，由于负荷阻抗和部分线路阻抗被短路，所以电路电流 根据欧姆定律要突然增大。但是由于电路中存在着电感，根据楞次定 律，电流不能突变，因而引起一个过渡过程，即短路暂态过程。最后 短路电流达到一个新的稳定状态。