用电设备讲师手册

H:\精品资料\建筑精品网原稿ok（删除公文）\建筑精品网5未上传百度国网技术学院标准化课程讲师手册课程名称:电动机与电力牵引课程编码:培训对象:国网非电专业新员工开发人:王晓玲王秀明冷北雪卢文华认证时间:8月1电动机★教学目标:1．陈述电机定义及分类2．三相异步电动机的基本结构与工作原理3．电动机的铭牌数据★讲解1:1.1电机概念及分类★播放幻灯片:第2、3页★教学事件:利用电磁现象进行电能和机械能相互转换的机械称为电机。将机械能转换成电能的电机称为发电机;将电能转换为机械能的电机称为电动机。电动机的分类:电动机电动机交流电动机直流电动机三相电动机单相电动机同步电动机异步电动机她励、并励电动机串励、复励电动机★讲解2:1.2三相异步电动机的基本结构与工作原理★播放幻灯片:第2页★教学事件:1．三相异步电动机的基本结构(1)定子部分①定子铁心:由导磁性能很好的硅钢片叠成——导磁部分。②定子绕组:放在定子铁心内圆槽内——导电部分。③机座:固定定子铁心及端盖,具有较强的机械强度和刚度。(2)转子部分①转子铁心:由硅钢片叠成,也是磁路的一部分。②转子绕组:1)鼠笼式转子:转子铁心的每个槽内插入一根裸导条,形成一个多相对称短路绕组。2)绕线式转子:转子绕组为三相对称绕组,嵌放在转子铁心槽内。(3)气隙异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达到的最小值。图三相异步电动机的构造右图是一台鼠笼型异步电动机外形图下面是它主要部件的拆分鼠笼型转子铁心和绕组结构示意图三相绕线型转子结构图2．三相异步电动机的基本工作原理1)转动原理①电生磁:三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转磁场。②磁生电:旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。③电磁力:转子载流(有功分量电流)体在磁场作用下受电磁力作用,形成电磁转矩,驱动电动机旋转,将电能转化为机械能。★讲解3:1.3电动机的铭牌数据★播放幻灯片:第12页★教学事件:例:2电力牵引★教学目标:1．陈述电力牵引及特点2．电力牵引对电力系统的要求与影晌3．电力牵引供电系统4．电气化铁道的供电系统★讲解1:2.1电力牵引及特点★播放幻灯片:第页★教学事件:电力牵引是以电能为牵引动力,驱动电力机车运行,是现代铁路三种牵引动力型式(蒸汽、内燃、电力牵引)之一。它是用电力机车从布置在电气化铁路沿线的接触网上获取电能,经过牵引电动机,将电能转换为机械能,以驱动机车运行。属于电力牵引范畴的有电气化铁路、地下铁道、矿山电力机车、城市公共电车等。电力牵引中电力机车的用电取自电力牵引供电系统,即外部电源。蒸汽机车、内燃机车受其自带能源设备的限制,功率不能过大,而电力机车自身不带一次能源设备,不受锅炉、柴油机的限制,轴功率可达l0OOkW以上,因此电力牵引能多拉、快跑,提高了运输能力。电力牵引具有如下特点:(1)电力牵引因不受自带能源设备的限制,由大容量电力系统供电,具有功率大,速度高、过载能力强、输送能力大等特点,可满足高速、重载、大运量铁路干线和陡坡、长大隧道的山区铁路运输的需要。(2)由于电力牵引从外部供电系统取得能源,具有广泛利用一切天然能源的可能性,如火力发电,水力发电,原子能、太阳能发电以及其它所有可转变为电能的能源,因而能够广泛地选择和经济合理地使用国家能源。(3)运营费用低,劳动生产率高。由于电力机车功率大、效率高、启动加速时间短,约为内燃机车的1/2,运行速度快,提高了列车牵引质量,缩短了机车周转时间,并减少了机车整备检修的作业时间,在相同运量下,可减少机车数量,提高劳动生产率。燃料消耗费也极大地降低,在相同线路坡道下,电力牵引比内燃牵引可节省燃料30%(折合为标准煤)。因此,电力牵引的运营费比其它牵引方式要显著降低。(4)易于实现自动化,不造成环境污染,有利于改进劳动条件。电力机车把电能转变为机械能,随着电子技术、计算机技术和自动控制理论的发展,电力牵引系统的自动化程度越来越高。电力机车在运行中无灰、烟等有害气体排出,对自然环境无污染,对改进运行人员劳动条件都是有利的。★讲解2:2.2电力牵引对电力系统的要求与影晌★播放幻灯片:第7页★教学事件:电力牵引对供电的安全、可靠、不间断供电有较高的要求,以保证铁路运输的安全,特别是繁忙干线、多隧道和高坡山区的电气化铁路,供电一且中断,将严重影响运输,甚至危及人身财产的安全。另一方面由于电力牵引采用直流或交流电力机车,特别是单相工频交流牵引,采用整流器式电力机车,在相控或再生制动时,交流机车产生的高次谐波、负序电流,对通信产生干扰,并对电力系统安全运行产生影响;直流机车的迷散电流对地下金属管路、地下建筑物有腐蚀作用,也需采取有效措施,加以限制。★讲解3:2.3电力牵引供电系统★播放幻灯片:第8、9、10、11页★教学事件:电力牵引供电系统是向电力机车供电,以实现电力牵引的电力网络。电力牵引供电系统一般由牵引变电所、馈电线、接触网、轨道回路、回流线等构成,有时还设有分区亭、开闭所、AT所(即自隅变压器供电所)。图为电力牵引供电系统示意图。牵引供电系统按电流制分为交流和直流两大类。图电力牵引供电系统示意图电力机车能量传递过程:车上车上受电弓牵引变压器牵引整流器转向架牵引电机机车车辆27.5kv单相接触网交流直流机械能电能★讲解4:2.4电气化铁道的供电系统★播放幻灯片:第12、13、14、15、16、17、18、19页★教学事件:电气化铁道的供电系统该系统电能取自电力系统。牵引供电系统与城市供电系统的产权分界点在牵引变电所一次侧进线的门型架处。一般,来自城市供电系统的电能,在牵引变电所变换后,经馈电线、接触网送到电力机车,然后由轨道(或地)回路、回流线返回牵引变电所。1.牵引变电所在牵引变电所中,按要求装设变压变流设备,把电力系统供应的电能变为适合电力机车牵引要求的电能。对于单相交流工频制电气化铁道,牵引变电所完成变压、分相等任务;对于单相交流低频制电气化铁道,牵引变电所完成降压变频任务;对于直流制电气化铁道,牵引变电所完成变压变流(变交流电为直流电)任务。因为它主要担负牵引用电能的变换工作,因此叫做牵引变电所。其相邻变电所间的距离为45士2Okm,即在30一7Okm范围内。2.馈电线连接牵引变电所和接触网或经开闭所的接触网的线路。其作用是把牵引变电所变换完备的牵引用电能馈送给接触网。3．接触网沿电气化铁路架空敷设的输电网,它与电力机车受电弓的滑板接触,将牵引变电所供给的电能送给电力机车。4．轨道回路由钢轨构成的牵引负荷的返回通路。轨道回路的构造与闭塞方式有关。在半自动闭塞区段。牵引电流在钢轨中流动不受限制,只要保证回路畅通即可。在自动闭塞区段,钢轨中除有牵引电流外,还有信号电流。由于牵引电流要求沿钢轨流动不受限制,而信号电流却只能在闭塞分区内部流动,为此,在两相邻闭塞分区钢轨衔接处设有绝缘轨缝和扼流线圈,如图所示。架空式接触网的组成1－扼流线2－回流线3－钢轨 4－吸上线 5－绝缘轨缝图有轨道时吸上线连接方法图两个线圈分别设在绝缘轨缝的两侧,两端接钢轨,中性点用吸上线连接。其特性要求:1保证沿两根钢轨流动的工频牵引电流在不同闭塞分区间顺利经过;2阻止沿一根钢轨流动的低频信号电流经过不同闭塞分区。5．回流线指连接钢轨和牵引变电所的导线,把钢轨中的回路电流导人牵引变电所。6．分区亭在电气化铁道上,为了增加供电工作的灵活性,提高运行的可靠性,在两个牵引变电所形成的供电区中间常设分区亭。主要设备有断路器、互感器、变压器等。分区亭能根据需要,改变接触网运行方式,将相邻馈电臂或复线区段同一馈电臂的上、下行线路的接触网接通或断开,从而提高了供电灵活性和供电质量。★讲解7:学员共享、学员总结★播放幻灯片:第20页★教学事件:组织学员讨论,并进行自我评价。★评估:总结性评价:1．电动机的概述2．UPS的系统结构形成性评价:1．陈述UPS的定义、分类及作用2．绘制UPS的主体结构、描述UPS的扩展结构★时间:总共90分钟1．引起注意5分钟2．学员参与学习活动、学员分享75分钟模块1:电动机(40分钟)活动1:讲解电动机的定义及分类、三相异步电动机的基本结构与工作原理、电动机的铭牌数据。1) 看图形演示提问:讲师结合演示文稿提问电动机的概念。(2分钟)2) 讲师讲解:电动机的结构及工作原理、电动机的铭牌数据(8分钟)3) 小组讨论:电动机的结构及工作原理、铭牌数据。☆(10分钟)活动2:练习1) 学员练习:针对讲师给出的题目实现陈述电动机定义、结构、工作原理及铭牌数据目标。★(10分钟)模块2:电力牵引(35分钟)活动1:陈述电力牵引及特点、电力牵引对电力系统的要求与影晌、电力牵引供电系统、电气化铁道的供电系统1) 小组讨论:讲师提出电力牵引对电力系统的要求与影晌、电力牵引供电系统、电气化铁道的供电系统,学员自由发言,完成练习题,讲师总结。(8分钟)2) 学员练习:结合上面的结果,小组每个成员总结电力牵引对电力系统的要求与影响。☆(15分钟)活动2:以学员发言的形式描述电力牵引供电系统的主体构成1) 小组测试:每个小组选一名学员进行发言,论述电力牵引供电系统的主体构成,并由大家评分。★(12分钟)3．学员总结10分钟学员练习,陈述电动机、电力牵引的定义、分类及工作原理,填写电动机各部件名称,描述电动机铭牌数据意义,描述电力牵引供电系统四、牵引变电所。四、牵引变电所3．电气照明★教学目标:1．掌握电气照明的基本概念2．了解电光源的种类、特点及使用注意事项3．了解照明器的种类及照明供电方式4.了解电气照明的节电技术★讲解1:3.1电气照明的基本概念★播放幻灯片:1-4页教学事件:照明分自然照明和人工照明两大类。照明的目的就是给周围各对象以适宜的光分布,使人们的明视觉功能发挥效力,同时还造成舒适,高兴,心情舒畅的气氛。照明技术也为光的运用技术。电气照明是利用电光源将电能转换为光能的人工照明。它是电能最早的应用领域,至今已有百余年的历史。随着科学技术的发展,生产水平的提高,人们对它提出越来越高的要求,使得电光源不但在质量上有了很大的改进,而且新的品种不断涌现。从电气照明的发展趋势来看,主要是挺高电光源的光效、延长寿命、改进光色、减少附件及配置合适的灯具等。简单的说要提高照明质量,节约用电,减少购置与维护费用。1．光光是能引起视觉的辐射能,它是一种电磁波。光的波长为380nm～780nm范围内,不同波长的光给人的颜色感觉不同。波长长于780nm的辐射及短于380nm的辐射均不能引起视觉,前者称为红外辐射,后者称为紫外辐射。2.光通量光在单位时间内,向周围空间辐射并引起视觉的能量,称为光通量。单位:流明(lm)。人眼视觉的灵敏度能够用光谱光效能来表示。光谱光效能是光通量与相应的辐射通量之比,单位是lm/W。所谓辐射通量是单位时间内发射、传播或接收的辐射能。人眼对不同波长的光的灵敏度不一样,在白天或光线较强的地方,人眼对黄光、绿光最为灵敏,红光、紫光灵敏度最小。3．发光强度发光强度(简称光强)是光源在给定的方向上,单位立体角内辐射的光通量,用I表示,单位为坎德拉(cd)。4.照度单位面积上接受的光通量称为照度,用E表示,单位为勒克斯(lx)。晴天正午,太阳直射时的照度(0.2～1)×105lx;晴朗的满月夜,地面照度为0.2lx。国际上,照度也有用辅透(phot)作为单位,1phot=104lx。5.亮度亮度是光源在给定方向上单位投影面积上的发光强度。6.色温当光源发出的光的颜色与黑体(能吸收全部光能的物体)加热到温度Tc所发出的光的颜色相同或相似时,称该温度Tc为光源的色温度,简称色温。色温以开尔文(K)为单位,白炽灯的色温为2400～2900K,管型氙灯的相关色温为5500～6000K。不同色温给人的感觉是不同的。对人的感觉而言,在色温低的暖色调灯光(如白炽灯)下,较低的照度就有舒适的感觉,而在色温较高的冷色调灯光(如荧光灯)下,则需要较高的照度才能有舒适感。7.显色性、显色指数同一颜色的物体在具有不同光谱功率分布的光源照射下,会显出不同的颜色。光源显现被照物体颜色的性能成为光源的显色性。光源的显色指数是指在待测光源的照射下,物体显示的颜色与物体在日光下所显示的颜色相符合的程度。颜色失真少,显色指数高,光源显色性好。国际上规定参照光源的显色指数为100.显色指数分为特殊显色指数和一般显色指数。特殊显色指数指对某一选定标准颜色样品的显色指数,符号为Ri。一般显色指数是指光源对CIE(国际照明委员会)规定的八种颜色样品的特殊显色指数的平均值。★讲解2:3.2电光源★播放幻灯片:5-15页教学事件:电光源按其发光原理分为热辐射式电光源和气体放电式电光源两大类。3.2.1热辐射式电光源热辐射式电光源是利用物体通电加热时辐射发光的原理作成的,如白炽灯和卤钨灯等。3.2.1.1白炽灯白炽灯是靠钨丝经过电流加热灯丝至白炽状态而引起辐射发光。白炽灯结构简单,价格低,光色柔和,显色性好,使用最早,可进行亮度调节,点灯不需要任何附件,使用方便,适用于频繁开关。但发光效率低,使用寿命短,耐震性差。白炽灯灯丝工作温度越高,灯的光效也越高,但钨丝蒸发加快,灯的寿命缩短。为了抑制蒸发,一般在灯泡制作时,先将灯泡内部抽成真空,然后再充以氩或氮或氩和氮混合气等惰性气体。只有少数小功率灯泡是真空的。在使用中应注意事项:电源电压的变化对灯泡的寿命和光效应影响很大。当电压升高5%时,寿命将缩短一半;当电压降低5%时,光通量将减少将近20%。3.2.2卤钨灯卤钨灯是在白炽灯泡中充入微量的卤族元素(如碘、溴)和惰性气体,利用卤钨循环的作用,使灯丝蒸发的一部分钨重新附着在灯丝上,以达到既提高光效、延长寿命的目的。卤钨循环原理:卤钨灯工作时,高温灯丝蒸发出来的钨,在泡壁附近温度较低的区域里与卤素化合生成气态的卤化钨。当卤化钨向灯丝扩散时,又在高温下分解成钨分子和卤素,钨分子以沉积的方式回到灯丝上,当钨分子沉积的数量恰好等于灯丝蒸发的数量时,就形成了动态平衡,这个过程就称为卤钨循环。卤钨灯使用注意事项:电源电压的允许偏移值为±5%;瞬时起动电流大;为了使灯管温度分布均匀,防止出现低温区,以保持卤钨循环的正常进行,卤钨灯要求水平安装,其偏差不大于±4°;在工作时,其管壁温度达600℃3.2.2气体放电光源气体放电式电光源是利用气体放电时发光的原理制成的。有荧光灯、高压汞灯、高压钠灯、低压钠灯、金属卤化物灯、氙灯等。3.2.2.1荧光灯俗称日光灯,它的结构简单、制造容易、光色好、发光效率高、寿命长和价格便宜,是各类放电光源中最为成功、使用最广泛的一种。3.2.2.1.1工作原理荧光灯是利用汞蒸气在外加电压作用下产生弧光放电,发出少许可见光和大量紫外线,紫外线又激励灯管内壁涂覆的荧光粉,使之发出大量的可见光。3.2.2.1.2使用注意事项1)电源电压的变化不宜超过土5%,若电压变化太大,将影响灯的光效和寿命。2)荧光灯工作最适宜的环境温度为18～25℃。环境温度过低或过高会造成启动困难和光效下降。3)灯管必须与相应规格的镇流器和起辉器配套使用,否则会缩短寿命或造成启动困难。4)切记频繁启动,否则会影响灯管的寿命。5)破碎的灯管要及时妥善处理,以防汞害。3.2.2.2高压汞灯3.2.2.2.1高压汞灯的类型照明常见的高压汞灯有荧光高压汞灯、反射型荧光高压汞灯和自镇流荧光高压汞灯三种,这类灯的外玻壳内壁均涂有荧光粉,它能将汞蒸汽放电时辐射的紫外线转变为可见光,以改进光色、提高光效。其中反射型荧光高压汞灯玻壳内壁上部镀有铝反射层,具有定向反射性能,使用时可不用灯具;自镇流荧光高压汞灯用钨丝作为镇流器,是利用高压汞蒸汽放电、白炽体和荧光材料三种发光物质同时发光的复合光源。3.2.2.2.2使用注意事项:1)电源电压突然下降超过5%时,可能造成灯泡自行熄灭。2)灯可在任意位置点燃,但水平点燃时,光通量输出将减少7%,且灯容易自熄。3)启动时,电极的溅射较大,因此启动次数多,灯的寿命要缩短。4)外玻壳破碎时,灯虽仍能点亮,但大量的紫外线辐射将灼伤人眼和皮肤。破碎灯管要及时妥善处理,防止汞害。5)灯管必须与相应规格的镇流器配套使用,否则会缩短灯的寿命或造成启动困难。6)灯熄灭后再启动时间长(约5-lOmin),不能用于有迅速点亮要求的场。7)壳温度较高,配用的灯具应有良好的散热条件,否则将影响灯的性能和寿命。3.2.2.3钠灯在发光管内除了充有惰性气体和汞以外,再加入过量的钠。由于钠的气压、电离电位均较低,放电管中的放电发光就以钠为主,因此称这类发光灯管为钠灯。根据充入钠蒸汽的压力高低,钠灯可分为高压钠灯和低压钠灯。(1)高压钠灯。高压钠灯是利用高压钠蒸汽放电发光的,光呈淡黄色,光效高,寿命很长,紫外辐射少,透雾性好。适用于街道、广场、交通枢纽、展览馆等场所的照明。高压钠灯的发光效率与灯的充气状况有关。钠蒸汽压力低,发光效率高,但显色性差;压力高时,发光效率低,但显色性好。(2)低压钠灯。低压制灯在灯管中充以低压钠蒸汽。其外部结构与一般荧光灯相类似,内部结构则与高压钠灯相似。低压钠灯是冷启动式的,要求供电电压较高,为此采用漏磁自耦变压器升压。低压钠灯虽有极高的发光效率,但发出的是近似黄色的单色光,显色性很差,几乎不能分辨被照物的颜色。因此只能用于显色性要求很低的场所,例如工厂厂区的照明、道路、煤厂等的照明,但它有较好的透雾性。3.2.2.4金属卤化灯金属卤化物灯是在高压汞灯的基础上为改进光色而发展起来的一种新型光源,不但光色好,而且发光效率高。普通照明的卤化物灯,在外形上与高压汞灯相类似,只是它的玻璃壳上没有荧光粉涂层、放电管中除了充有氩气和汞以外,还加了某些金属卤化物。其次是电极需用纯钨或钍钨制造。这是因为涂有氧化物的发射型电极会被卤再物添加剂损坏。添加了金属卤化物之后,光色较高压汞灯有了较大的改进,发光效率比高压汞灯高出1-2倍。只要选用适当的金属卤化物,并控制她们的比例,就能够制成各种不同光色的金属。当前,中国用于照明的有钠铊铟灯和管形镝灯两种。金属卤化物灯使用注意事项。1)电源电压变化不宜大于土5%。电压变化除对主要参数有影响外,还会造成光色的变化。在电压变化较大时,灯的熄灭现象比高压汞灯还要严重。2)对无外玻璃壳的灯,由于紫外线辐射较强,灯具应加玻璃罩,无玻璃罩时,,悬挂高度不宜低于14m,以防紫外线对人的伤害。3)管形镝灯根据使用时放置方向的要求有三种结构形式:水平点燃;垂直点燃,灯头在上;垂直点燃,灯头在下。安装时必须记清灯的方向标记。4)其它与高压汞灯的注意事项4)、5)、6)、7)相同。3.2.2.5氙灯高压氙灯放电时产生很强的白光,接近连续光谱,和太阳光十分相似,因此有"小太阳"之称。管形缸灯的结构与其它气体放电光源一样,是一个密封放电管。管内两端装有钍钨棒电极,而且有高纯度的氙气。管形氙灯在点燃前管内己具有很高的气压,因此点燃电压高,约为20-30kV,需配用专用触发器来产生脉冲高频电压,从而引起灯管放电,使灯点燃。氙灯由于光色接近日光,因此是用于纤维、纺织、陶瓷等需要正确辨色的工业照明。又因为它的功率大、亮度高、因此也适用于广场、车站、码头、大型车间、露天矿井等大面积场所的照明。氙灯的紫外线较强,为防止对人体的伤害,需要设滤光玻璃,悬挂高度不宜低于20m。3.2.3光源性能的比较光源性能的主要指标有三个:光效、寿命、光色(有时为显色性),其它指标如受电压波动而引起的光特性变化程度,启动及再启动性能,抗振性,附件多少、功率因数高低等。气体放电光源比热辐射光源光效高,寿命长,光色品种多,在工厂照明中应用十分广泛。白炽灯结构简单,使用方便,价格便宜,显色性好,故在一般场所仍被普遍采用。为便于比较,表中,分别列出了常见照明电光源的主要性能基本参数。特性参数白炽灯卤钨灯荧光灯高压汞灯高压钠灯金属卤化物灯管形氙灯额定功率(W)15～1000500～6～12550～100035～1000125～35001500～100000发光效率(lm/W)10～1520～2540～9030～5070～10060～9020～40使用寿命(h)10001000～150001500～50002500～60006000～110001000色温(K)2400～29203000～32003000～65005500～40004500～70005000～6000一般显色指数(%)97～9995～9975～9030～5020～2565～9095～97启动稳定时间瞬时瞬时1～3s4～8min4～8min4～8min瞬时再启动时间间隔瞬时瞬时瞬时5～10min10～15min10～15min瞬时功率因数110.33～0.520.44～0.670.440.4～0.60.4～0.9电压波动不宜大于±5%UN±5%UN低于5%自灭±5%UN±5%UN频闪效应无无有有有有有表面亮度大大小较大较大大大电压变化对光通量的影响大大较大较大大较大较大环境温度变化对光通量的影响小小大较小较小较小小耐震性能较差差较好好较好好好需增装附件无无镇流器起辉器镇流器镇流器镇流器触发器镇流器触发器适用场所广泛应用厂前区、屋外配电装置、广场广泛应用广场、车站、道路、屋外配电装置等广场、街道、交通枢纽、展览馆等大型广场、体育场、商场等广场、车站、大型屋外配电装置★讲解3:3.3照明器★播放幻灯片:16页★教学事件照明器是指电光源和灯具组成的设备。照明器功能有:将光源的光通量进行重新分配,以达到合理的利用;保护视力,防止或减轻高亮度光源产生的眩光;固定和保护光源,并将灯与电源相连;美化和装饰环境,经过照明器的优美造型和合适的外观颜色来满足人们的审美要求。其中灯具(由灯座和灯罩组成的部分)是为特定的光源设计制造的,在选择和使用上必须使其与光源的种类和功率等配合一致、配套使用,因此在实际应用中,照明器和灯具并无严格的界限。也就是说,能够把照明器理解为灯具。3.3.1照明器的特性照明器的特性有以下三个因素表征。1.光分布|光分布用于表示照明器周围空间的光强分布特性,可根据它合理选择及布置照明器,并进行照明计算2.照明器效率照明器射向周围空间的光通量与照明器中光源发出光通量之比,称为照明器效率,照明器的光源所发出的光通量,一部分射向周围空间,一部分被照明器吸收,因此照明器效率绝大部分都小于1。它的大小用来表示灯具光学系统利用率的高低,也作为评价照明器的技术经济效果优劣的一个指标。3.保护角照明器的保护角应配置适当,使在保护范围内看不到光源,以避免直射眩光。3.3.2照明器的分类照明器的分类也可看成是灯具、或者甚至直接看作是灯罩的分类,一般可按以下几个方面来分类。3.3.2.1.按光通量在空间分布的特性分类(1)直接型。光通量输出的90%-100%向下发射,只有0-10%向上发射。因此这种类型光线集中,工作面上能够获得充分照度。(2)半直接型。光通量输出的60%-90%向下发射,只有10%-40%向上发射,光线能集中在工作面上,空间环境也能得到适当的照明,比直接型眩光小。(3)漫射型。光通量输出的40%-60%向下发射,40%-60%向上发射,这种型式在空间各个方向光强基本一致,可达到无眩光。(4)半间接型。光通量输出的10%-40%向下发射,60%-90%向上发射,增加了反射光的作用,使光线的作用比较均匀柔和。(5)间接型。光通量输出的90%-100%向下发射,0%-10%向上发射,扩散性好,光线柔和均匀,避免了眩光,但光的利用率低。3.3.2.2按结构特点分类(1)开启型。光源与外界空间直接接触。(2)闭合型(保护型)。透光罩将光掘包合起来,但内外空气仍能自由流通。(3)封闭型(防水型)。玻璃灯罩与灯外壳的结合处加有填料,使灯泡与外界隔开。(4)密封型。透光罩固定处加以严密封闭,与外界隔绝相当可靠。内外空气不能流通。(5)防爆型。能安全使用在有爆炸危险性介质的场所。防爆型还能够分为隔爆型和安全型。3.3.23(1)吸顶式。将照明器直接安装在顶棚上。(2)嵌入顶棚式。将照明器嵌装在顶棚内,人眼看不到照明器。(3)悬挂式。将照明器从顶棚上悬挂下来。(4)墙内嵌入式。将照明器嵌入到墙内使用。(5)墙壁灯。用托架直接将照明器装在墙上。除上述几种外,还有作为装饰用的枝形花吊灯;作辅助性照明用的可移动式照明器、天棚照明器等。照明器还可按灯罩所用的材料分类,可分为金属灯罩、玻璃灯罩、塑料灯罩等几类。★讲解4:3.4照明供电★播放幻灯片:17页★教学事件:3.4.1照明分类电气照明种类繁多,世界各国归类方法、名词术语不尽相同。不同种类照明的供电方式、电源切换时间、持续工作时间及照度差异很大。3.4.1.1.按照照明方式分类(1)一般照明。使整个场所或场所的某一部分照度基本均匀的一种照明。(2)分区一般照明。在房间内的不同被照面上,产生不同照度的照明方式。当某一工作区需要的照度高于一般照明照度时,多采用分区一般照明方式照明。(3)局部照明。为了提高某一工作地点的照度,直接在工作地点附近装设照明设施的照明方式。如钳工台照明、机床照明等等。(4)混合照明。亦称综合照明,由一般照明和局部照明共同构成的一种照明方式。3.4.1.2.按照照明的作用分类(1)正常照明。满足正常照明所需要的照明。它是电气照明的基本种类。(2)应急照明。正常照明因故障熄灭后,供人员疏散、保障安全或继续工作的照明设施。应急照明按功能又分三种,即疏散照明、安全照明和备用照明。(3)值班照明。照明场所在无人工作时,保留的一部分照明。值班照明可利用正常照明中能单独控制的一部分,或事故照明的一部分或甚至全部。(4)警卫照明。为警戒需要而在厂区、仓库区、或其它警E范围所需的警卫照明装置。(5)障碍照明。为保证夜行安全而设置的照明。如高层建筑物上装置照明灯光,以避免飞机碰撞、航道两侧的障碍指示设施等等。3.4.2照明供电3.4.2.1.供电电压照明供电电压在正常环境中,一般采用交流220V或380V。在相对湿度经常在90%以上,环境温度经常在40℃以上、导电地面或有导电性尘埃的场所,而灯的安装高度在2由蓄电池供电时,根据容量大小、电源条件、具体使用要求等因素,可分别采用220、36、24、12V等电压等级。3.4.2.2.电源选择(1)正常照明电源:一般可与动力合用,由380V/220V的电力变压器供电;当车间变压器低压侧采用放射式配电系统时,照明供电应接在低压配电屏上的照明专线上;某些辅助生产厂房或远离变压器的建筑,可采用动力和照明合用的供电线路;当生产厂房的电力采用”变压器—干线”式供电,而对外又系低压联络时,则照明电源、应接在变压器低压侧总开关之前;如对外有联络线时,则照明宜接在变压器低压侧总开关之后,并宜采用单独的照明干线。(2)应急照明电源:应有独立的供电电源。独立电源供电方式可采用:①当工厂有两个电源时,应急照明和正常照明应分别接在由不同电源供电的线路上;②自备发电机组或蓄电池组;③当只需装置单个或少量的应急照明时,可采用成套应急照明灯;④在特殊重要场所,在正常照明故障时,应急照明电源要能够自动投入。(3)局部照明电源:机床和固定工作台的局部照明可接到动力线路;移动式局部照明应接自正常照明线路。(4)室外照明电源:①道路照明可采用单相(小负荷时)或三相四线(大负荷时)供电,但应注意三相平衡;②室外距离较远时,可由几个变压器分区供电;③各独立工作(间歇工作或临时工作)地段或场所的室外照明,由于用途和使用时间不同,应采用就地单独控制方式。3.4.2.3.电压质量(1)电压偏移。电压偏移对照明器的工作不利。电压高于额定值,电光源的寿命缩短;电压低于额定值,光源发出的光通量减少,影响视觉。因此电压升高应不超过额定电压的105%,而电压降低一般应不低于额定电压的90%。对视觉要求较高的场所,则不应低于额定电压的97.5%。(2)电压质量的改进。1)照明负荷与冲击性电力负荷不要合用一台变压器供电。2)在技术经济上合理时,照明应由专用变压器供电。3)采用有载调压变压器调压。3.4.2.4.照明线路的保护各类照明线路均应有短路保护,对下列两类线路还应有过负荷保护:①在燃烧体或有燃烧体的建筑物结构上,采用有延燃性外被层的绝缘导线明敷线路;②重要仓库、住宅、公共建筑和商店、企业办公楼、有发生火灾和爆炸危险的房间、场所的线路。对于室外照明供电线则不要求过负荷保护。所采用的保护装置一般为:熔断器;带脱扣的自动开关;带复式脱扣器的自动开关等。★讲解5:3.5电气照明的节电技术★播放幻灯片:18页★教学事件:随着社会的发展,国民经济各部门的用电量都在不断增加,照明用电也在不断的增长,在中国生产和人们生活中的照明用电量一般约占总用电量的7%-8%,但也有个别地区竟高达15%以上,可见照明消耗的电能也是非常大的,因此节约照明用电也是很重要的一个方面。节约照明用电是以不降低照明质量为前提的。照明节电的措施主要有:选用高效电光源、灯具及附件;合理地进行照明设计;合理地控制照明时间;充分利用自然光;加强对照明装置的管理、维护等。一、选用高效电光源和灯具在保证照明质量的前提下,降低照明用电量的根本措施就在于提高照明设备的效率,即提高光源与灯具的效率。合理选择高效电光源。近几十年来,电光源技术发展很快,产品种类繁多,功率最大的电光源为200kW,功率最小的灯泡仅有O.1W。选择电光源时,除满足照明场所对光源的显色性要求和有一定寿命外,从节能的观点上说,主要是选择发光效率高的电光源。从以上介绍可知,发光效率最高的是低压钠灯,可达到200lm/W;其次是高压钠灯,可达到125lm/W;白炽灯只有15lm/W左右,发光效率最低。根据工作场所对照明的要求,选择显色性好、寿命长、光效高的电光源,能够取得明显的节能和经济效益。居民家庭采用三基式荧光灯替代白炽灯是当前世界各国推广的节电措施。(2)合理选择高效灯具。由上述介绍可知灯具的作用是固定电光源,把光源发出的光能分配到需要的方向,防止光源引起的眩光,保持光源不受外力和外界环境产生的影响。灯具还具有装饰作用。灯具的选择对照明装置的影响很大,如选择不当,就可能使装置费用提高,电能消耗增加,甚至影响到安全生产,要合理选择灯具,必须综合考虑以下各项。1)所选灯具的类型必须与光源的类型、功率相配套。2)根据环境条件选择合适的灯具,以保证安全运行与有较高的照明效率。3)根据光强分布要求选用灯具,以达到合理利用光通量和减少电能消耗的目的。4)从经济性方面考虑来选择灯具。这主要考虑其初次投资与年运行维护费用。例如效率高的灯具的投资虽较高,但所需光源的功率却能够较小,从而减小了电能的消费。二、合理地进行照明设计照明设计包括照明方式的选择、照度的选定、照明器选择等项内容。不同的工作场所对电气照明有不同的要求,为了满足照明需要,就有不同的照明方式。选择照明方式时应注意:对照明方向和光照质量无严格要求的场所,宜选用一般照明,这样能够用大功率高效光源,以减少照明器数量,节省投资资;对需要高照度有照射方向要求的场所,宜采用局部照明;对照度、光照质量、照射方向有不同要求的场所,宜采用混合照明。混合照明中的一般照明与局部照明的照度比最大不能超过1:10。适合工作视觉要求的照度,是保护视力、提高劳动生产率和产品质量的重要条件。世界各国对工作场所和工作面上的最低照度值均有规定,在确定照度时,可按工作场所和照明对象的不同,从规定中选取。三、合理地控制照明时间照明时间应根据需要掌握,随用随开,这是节电的一项有效措施。因此,对每一个照明设备应配置一个开关,同时再配以自动控制装置,这样就可按实际需要来控制照明时间、开灯数量,以消灭长明灯。如路灯可采用光电照明控制,楼道和走廊可采用光控、声控或延时自停开关等。四、充分利用自然光充分利用太阳光是实现照明节电的重要部分。在设计建筑物采光时,选择效率高、性能好的采光方式,是充分利用自然光的基础。在室内装饰时,采用反射系数高的装饰材料,以便有效利用自然光。另外,利用夏季光照时间长的特点,实行夏时制也是节约照明用电的一项有效措施。五、加强对照明装置的管理、维护和改造照明节电光靠合理的设计是远远不够的,例如光源的发光效率随着光源的老化而逐渐衰减;灯具会因积尘、污染使光通量降低;附属设备使用日久而老化等原因,使照明质量下降,同时造成了电耗的增加。为此必须加强管理维护,井对陈旧的设计和装置加以改造。(1)根据具体场所制定照明器清扫周期。(2)对发光效率已劣化的电光源进行及时更换。(3)采用高光效的节能型光源(如节能型自炽灯、节能型荧光灯)代替发光效率低的旧光源。(4)更换功率因数低、损耗大的老式整流器。对功率因数低的电光源,如气体放电光源,采用电容器进行无功补偿。(5)减少配电线损耗。一是增大过负荷导线的截面积;二是改变配电线的方式。(6)对陈旧设计要重新估计照明水平,照明方式。改进自然采光和照明器类型及数目,使陈旧设计趋向合理化。★讲解6:学员共享、学员总结★播放幻灯片:19页★教学事件:组织学员讨论,并进行自我评价。★评估:总结性评价:1．掌握电气照明的基本概念2．了解照明器的作用3．了解照明供电要求4.了解电气照明的节电技术形成性评价:1.描述电光源、照明器的种类、特点及应用★时间:总共45分钟1、引起注意3分钟2、学员参与学习活动、学员分享42分钟模块1:电气照明的基本概念(8分钟)活动1:讲解电气照明的基本概念1)提问:讲师结合工作实际状况提问照明的概念。★(1分钟)2)讲师讲解:电气照明基本概念(5分钟)3)小组讨论:照明的作用。(2分钟)模块2:电光源(10分钟)活动1:讲述电光源的种类及特点1) 讲师讲解:电光源的种类及特点(4分钟)2) 小组讨论:讨论电光源的种类及特点及发使用注意事项。★(3分钟)活动2:练习1) 学员练习:针对讲师给出的题目实现熟悉电光源的种类及特点的目标。(3分钟)模块3:照明器(6分钟)活动1:讲述照明器的特性1)小组讨论:结合生活实际讨论照明器的作用★(4分钟)2) 讲师讲解:照明器的特性(2分钟)模块4:照明供电(10分钟)活动1:讲述照明分类1) 讲师讲解:照明器的分类(3分钟)活动2:讲述供电照明讲师讲解:照明供电的要素(4分钟)2) 小组讨论:讨论照明供电的要求。★(3分钟)模块5:电气照明的节电技术(8分钟)活动1:讲解电气照明的节电技术1)小组讨论:结合生活实际状况,讨论电气照明节电技术。★(3分钟)2)讲师讲解:电气照明的节电技术(5分钟)4电加热设备★教学目标:1．使学生了解电炉的分类及应用熟悉电炉的用电特点;2．使学生熟悉电炉的用电特点;3．使学生掌握电加热节电措施。★讲解1:引起注意★播放幻灯片:第1、2页★教学事件:电加热设备(主要指电炉),是一种重要的用电设备,在冶金工业中,电炉用来炼制优质合金钢、铁合金、活泼金屉、难熔金属等金属材料,以及半导体、石墨等非金属材料。在机械工业中电炉用来进行机械零件的热处理和表面处理、铸钢和铸铁的熔炼、粉末冶金制品的烧结材料和制品的加热、钎焊、干燥和烘烤等。在化学工业中电炉用来生产磷、电石、塑料、合成纤维、合成树脂等重要化工原料。用电炉加热工件和熔炼金属,和燃烧炉相比,有它的特殊优点,电炉加热工件,温度均匀,并可准确地调节和控制需要的温度。电炉熔炼,又能够方便地控制材料的成分。因此用电炉加热工件和熔炼金属在许多工业部门中得到广泛的应用。电炉按电能转换成热能的万式不同,可分为电阻炉、电弧炉、感应炉、屯子束炉、等离子炉、高频电场加热设备等六大类别。每一大类电炉或加热设备还可按其构、所用电源的特点(例如工频、中频、高频等不同的频率)、用途、气氛、温度、电热元件的材料和形状,以及炉内介质等等的不同而分成许多小类。★讲解2:4.1电阻炉★播放幻灯片:第3页★教学事件:电阻炉就是利用电流经过电阻体产生的热量来加热炉料的一类电炉。电阻炉加热一般具有以下特点:物料的加热温度可在高于室温直到约3000℃电阻炉按炉料受热形式分为间接加热式和直接加热式。★讲解3:间接电阻炉★播放幻灯片:第4、5页★教学事件:电源接在电热元件上或其它导电介质上,使电热元件或导电介质产生电阻热,再经过传导、对流和辐射作用间接地加热炉料的电阻炉称为间接电阻炉。间接电阻炉炉温和炉内加热过程可精确控制,炉内气体成分可根据加热要求选择和控制,对被加热工件在材质、形状、尺寸等方面限制小,容易实现机械化、自动化,电效率高(接近100%),因此广泛用于机械零件热处理,钢材、铝材、铸件、焊接件退火,粉末冶金制品烧结,优质陶瓷制品烧成和科学实验工作中,是电加热设备中台数最多的一种。但间接电阻炉产生的热量一般较小,用于金属熔炼的不多。间接电阻炉按作业方式可分为间歇作业式和连续作业式两种;按炉内介质不同又分为普通电阻炉(自然气氛电阻炉)、控制气氛电阻炉、真空电阻炉、电热浴炉和流态粒子电炉五种。各种类型的间接电阻炉在生产过程有其自身的特点,用途也不尽相同,在此不再讲解。★讲解4:直接加热式电阻炉★播放幻灯片:第6、7页★教学事件:直接加热式电阻炉的电源是直接加在被处理的材料上而使之加热的。因炉料或工件本身通电加热,因此加热快,效率高。可是电极附近温度低,且对工件形状有一定的要求。它主要用于石墨电极、碳化硅制造,粉末冶金压制及金属管、棒等的加热处理。★讲解5:电阻炉的主要技术参数和技术经济指标★播放幻灯片:第8页★教学事件:电阻炉的主要技术参数和技术经济指标:(1)升温时间。在额定电压下,炉膛温度从环境温度上升到所需温度的时间称升温时间。一般情况下,升温时间越短,炉子有效工作时间越长(在一个工作周朔内)。(2)空载(空炉)损耗功率。空载时,要使炉温保持在一定值时所需的功率称空载损耗功率。空载损耗功率越小,有用的功率就越大。(3)积蓄热。炉子从环境温度升到一定温度,且已处于热稳定状态时,积蓄在炉墙中的热量称炉子的积蓄热。这一部分热量一般是损失掉的,因此积蓄热越小,有用的能量就越大。(4)生产率。生产率是以每小时加热多少公斤工件来计算的。生产率分净生产率与毛生产率。在计算净生产率时,应去掉料盘、料筐一类辅助件的质量。(5)电耗。电耗是指电炉总输入电能与被处理工件质量(kg)之比。电耗越小,处理越经济。(6)使用寿命。炉子或炉子中的关键部分(如发热元件)能够工作而无需更换的持续使用时间,如为盐浴炉,则还有盐的消耗量;如为气氛炉,则还有气体的消耗量等等。★讲解6:4.2电弧炉★播放幻灯片:第9、10、11、12页★教学事件:电弧炉利用电弧放电时产生的热量来加热和熔化炉料。电孤炉中电弧产生的具体过程是先把两个接在电源上的导电体互相接触,然后分开一定的距离。当其接触在一起时,短路电流把接触处加热到很高的温度,分开时就发射电子,电子在空间加速而使空气电离,于是建立了电弧。电孤炉又分为交流炼钢电弧炉、直流电弧炉和电弧电阻炉(埋伏炉)。(1)交流炼钢电弧炉交流炼钢电弧炉是电弧炉中最主要的一种炉种,使钢铁冶炼工业与平炉、转炉齐名的一种重要炼钢设备。交流炼钢电弧炉融化速度快,合金烧损少,炉气、炉温和合金成分易于控制,不会有从燃料或热风带来的杂质,主要适用于熔炼合金钢,近来也开始大量用于熔炼普通钢,也可用于熔炼铁合金。(2)直流电弧炉直流电弧炉结构上最大的特点是只有一根中心石墨电极和一个炉底电极,从而使与电极相关的结构大为简化,电极材料的消耗量较交流电弧炉大幅度降低,耐火材料的消耗量也明显降低,炉衬的使用寿命延长,噪声小,电压闪变仅为交流电弧炉的1/3～1/2。(3)电弧电阻炉电弧电阻炉工作中电极下部埋在炉料里,除利用电极和炉料之间的电弧产生热量外,大部分热量由电流经过炉料时由炉料电阻产生。电弧电阻炉大多是连续作业。电弧电阻炉适用于高电阻率矿石的熔炼。★讲解7:4.2.1★播放幻灯片:第13页★教学事件:电炉的供电要求电热装置种类很多,它们对供电可靠性的要求决定于设备的使用、工艺要求和经济效果。真空感应电炉和真空电阻炉要求真空泵电源不中断。单相大容量工频感应炉由三相电源供电时,要求采取技术措施平衡三相负荷。感应电炉的功率因数低,一般在现场装设电容器进行补偿,它的冷却水泵电源应可靠,水压下降到一定数值时迅速切断电炉电源。一般的电阻炉停电对设备和发热元件都没有什么影响,供电电源能满足负荷容量和生产需要就能够了。盐浴炉和一些直接加热式电炉由于它们的发热体电阻值太小,常配有专用变压器,降低加在发热体上的电压。这种变压器的一次侧常为三相380V或单相380V;多台单相电阻炉接到配电线路的时候,要注意三相功率的平衡;不带专用变压器的电阻炉,一般由三相380V或单相380V供电。★讲解8:4.2.2★播放幻灯片:第14、15、16页★教学事件:这里我们主要分析电弧炉的影响。(1)电弧炉对电网的影响1)产生高次谐波交流电弧炉在炼钢过程中其电流会产生非正弦畸变和各次谐波,对电网造成干扰。电弧炉的谐波电流成份主要为2～7次,其中2、3次最大,其平均值可达基波分量的5%～10%,谐波电流流入电网,使电压波形发生畸变,引起电气设备发热、振动以及保护误动作等。2)引起电压波动与闪变电弧炉的冶炼过程依据其电气特性分为两个主要阶段:熔化期和精炼期。熔化期时,炉内废钢装入后,同时插入三相电极,则在电极与废钢之间产生工频大电流电弧,利用电弧热量开始熔化废钢。由于废钢与电极间存在着直接电弧,随废钢的熔化必然引起电弧长度的变化,进而导致燃弧点的移动,电弧极不稳定。电弧电流的变化引起了电压闪变,由于燃弧点的移动导致电弧快速变动称为周期闪变;由于电极短路引起的急剧变动称之为非常闪变。冶炼中,电弧电流变化的程度与废钢的大小有关。若炉内废钢为轻质小块,电弧相对稳定,闪变问题相对轻些;若炉内为大块废钢,除引起电弧不稳定外,落下时引起电极短路,闪变问题相对严重。熔化中期过后,炉底有了相当的钢液,电弧相对稳定,闪变程度大大减轻。精炼期是在熔化完成后,边升温边加入铁矿石和氧,以便进行氧化精炼。之后,对钢渣进行还原性精炼,加石灰等进行脱硫、脱氧,这一时期,电弧非常稳定,电流也不变动了,闪变问题基本消失。超高功率电弧炉是供电电网很大的负载,而且在运行中经常产生突然的、强烈的电流冲击,导致电网电压的快速波动,频率为0.1～30Hz。其中特别是频率在1～10Hz之间的电压波动会引起照明白炽灯和电视画面的闪烁,使人们感到烦躁,这类干扰称之为”闪烁”。强烈的闪烁会造成电机转动不稳定,电子装置误动作甚至损坏,也会使电网供电的用户(包括电弧炉本身)的实际功率减少,闪烁是对电网的一种公害。3)导致功率因数降低电弧炉从电网获得电能,其中一部分转化为有用的热能,而另一部分则为无功能量。为了使电弧能稳定燃烧,电弧炉的功率因数不能取得太高。因电弧炉负载是高感性的,电弧炉的接入使供电电网的功率因数恶化。超高功率电弧炉运行在熔化期时,功率因数甚至低到0.1,这样引起母线电压严重降低。电压降低又相应降低电弧炉的有功功率,使熔化期延长,生产率下降。4)引起三相不对称引起电网供电质量变差的另一个重要问题是电弧炉三相负载不对称引起的电网三相电压及三相电流的不对称。其后果是相关电网的所有用户(包括电弧炉)的经济性和生产率降低。(2)减少电弧炉对电网影响的途径1)提高供电电源的电压等级,以提高与电网公共连接点的短路容量,使其对电网和自身的影响在允许范围内。2)加装静止无功补偿装置SVCSVC装置是一种快速调节无功功率的装置。它可使所需无功功率作连续调整,从而保持在电弧炉等冲击性负荷连接点的系统电压水平的恒定。3)设置并联电容器电容器具有投资省、有功功率损耗小、运行维护方便、故障范围小等特点,大量用于电力系统的无功补偿和谐波滤波。4)加装有源滤波器APF有源滤波器APF即利用可控的功率半导体器件向电网注入与谐波电流幅值相等、相位相反的电流,使电源的总谐波电流为零,达到实时补偿谐波电流的目的。它不但能补偿各次谐波,还能够抑制闪变,补偿无功,消除与系统阻抗发生谐振的危险;它还有高度可控性和快速响应型。因此它是今后滤波发展的方向。5)在闪变水平并不很高的许多情况下,经过改进电弧炉的运行条件即可对电压闪变有效控制。比如优化电弧炉的电气参数;关键时刻修订电力使用计划;在一定时期改变电弧长度;采取预热、吹氧、添加助燃物质等措施。★讲解9:4.3电加热节电措施★播放幻灯片:第17页★教学事件:1．合理选用电加热炉的炉型,选用高效的电热设备。2．采用热量小、热导率低的轻体耐火材料。3．采用先进的加热元件。4．采用先进工艺、技术,改进工艺和设备,简化流程。5．采用微机控制。如用微机控制热处理电炉的温升曲线、作业时间,炼钢电弧炉的配电曲线,电阻电弧炉投料配电和出炉时间,提高产品质量,节约电能。6．集中生产或组织专业化生产。电加热生产比较分散,一般机加工企业都有炼钢炉和热处理车间,工件不多也得开一次炉,浪费很大。应该把这些企业组织起来,集中生产,把工件集中到足够开炉的程度再开炉,以节约用电。★讲解10:学员共享、学员总结★播放幻灯片:第18页★教学事件:组织学员讨论,并进行自我评价。在三个方面达到目标。★评估:总结性评价:1．电炉的分类及应用;☆2．电炉的用电特点;☆3．掌握电加热节电措施。☆形成性评价:1．陈述电阻炉的主要技术参数和技术经济指标;★2．陈述电炉对电网的影响及其治理方法。★★时间:总共45分钟1、引起注意5分钟2、学员参与学习活动、学员分享30分钟模块1:电加热设备概述(15分钟)活动1:讲解电炉的分类及应用1) 提问:讲师结合演示文稿提问电热设备的概念。(10分钟)2) 小组讨论:电阻炉的主要技术参数和技术经济指标。★(5分钟)模块2:电炉的用电特点(10分钟)活动1:讨论总结电热设备的用电特点1) 小组讨论:根据对电热设备用电特点的认知,讨论电炉对电网的影响及其治理方法,完成练习题,讲师总结。(5分钟)★3、学员总结10分钟学员练习,陈述电热设备的定义、分类和用电特点及对电网的影响、治理方法。山东电力集团公司特色技能培训课程讲师手册课程名称:电能质量课程编码:GYZD01101001培训对象:国网非电专业新员工开发人:王晓玲认证时间:8月1电能质量概述★教学目标:1．陈述电能质量的基本要求、特征2．陈述电能质量概念、定义3．描述电能质量现象4.电能质量标准简介★讲解1:引起注意★播放幻灯片:第1、2、3页★教学事件:电能既是一种经济使用、清洁方便且容易传输、控制和转换的能量形式,又是一种电力部门向电力用户提供,并由供用双方共同保证质量的特殊产品。如今,电能作为走进市场的商品,与其它商品一样,无疑也讲究质量。本章概括的论述了日益引起人们关注的电能质量领域的许多问题,而且从对电能质量现象的认识和发展历程,电能质量的概念、定义、常见术语及其分类等基本知识入手,经过对国际电工委员会(IEC)和国际电气与电子工程师协会(IEEE)有关文件中所列的关于电磁干扰现象的特性分析和描述,使学员对现代电能质量问题有一个整体认识。人们首先把电力系统运行中电压和频率偏离标称值的多少作为检验电能质量的主要指标。之后,随着工业规模的扩大和科学技术的发展,国民经济各部门的用电量不断增加,电气化程度越来越高,新工艺、新技术广泛应用于工业生产和人民生活的各个方面,越来越多的用户采用了性能好、效率高但对电源特性变化敏感的高科技设备,电力用户对电能质量的要求在不断提高。与此同时,许多新型的电气设备在其运行中会向电力系统注入各种电磁干扰,对电力系统的安全运行和用电设备的正常工作造成的危害与影响不断增加,电能质量问题日益突出,引起了供电部门和广大电力用户的普遍重视。据国际会议报告介绍,在美国每年由于电能质量下降所引起的经济损失高达数百亿美元。劣质电能引发电网大面积停电,造成用户生产力下降,其社会影响和经济损失是相当严重的。人们已经开始认识到,电力部门只要将电能”如数”地传输给电力用户,而且保证一定的供电连续可满足需求的想法是很不完善的,电力系统运行和工业生产过程对电能质量的要求正在逐步扩大和深化,提高电能质量已经成为保证供用电系统安全稳定运行的基本要求。另一方面我们还看到,随着经济的发展和社会的进步,计算机及其网络技术已经渗透到各个领域,现代工业生产和产品的多样性与个性化发展趋势已经逐渐形成,工业管理体制也正在发生重大的变化。近年来随着电力行业深化改革,发电与输配电体制分离、电能按质按量论价、电力网逐步实行商业化运营与市场交易已经是大势所趋。能够说,最大限度地满足用户对用电量的需求和对不同电能形态变换的需要已成为工业发达地区电力系统面临的新问题。这些变化大大推动了电能质量标准化的进程和对供电质量的监督与管理。尽管在现代电能质量的一些定义和解释上还有待深入探讨,在电能质量问题的起因上仍存在分歧,但供电部门和电力用户对电能质量的关心程度却与日俱增。90年代中期以来,工业发达国家普遍认为,当代电力系统除了保证电网安全稳定运行的基本要求外,还应把质量控制、经济运行和高效能量管理作为评估电力系统运行水平的重要内容。如何深入理解现代电能质量问题,如何把提高电能质量与增强竞争意识、电力市场占有率联系起来,如何从技术、经济和运行管理等方面加大力度,保证优质供电,以最小程度减少对现代工业企业和重要电力用户的影响,既是电力用户需求和电力系统运行给我们提出的新任务,也是信息时代给我们提出的新挑战。★讲解2:1.1电能质量的基本要求、特征★播放幻灯片:第4、5、6、7页★教学事件:1.1.1理想供电系统的运行应具有如下基本特●以单一恒定的电网标称频率(50Hz或60Hz,中国采用50Hz)、规定的若干电压等级(如配电系统一般为110kV,35kV,10kV,380V/220V)和以正弦函数波形变化的交流电向用户供电,而且这些运行参数不受用电负荷特性的影响。●始终保持三相交流电压和负荷电流的平衡。用电设备汲取电能应当保证最大传输效率,同时各用电负荷之间互不干扰。●电能的供应充分,即向电力用户的供电不中断,始终保证电气设备的正常工作与运转,而且每时每刻系统中的功率供需都是平衡的。1.1.2对电能质量的基本要求上述理想供电系统的基本特性构成了供电运行对电能质量的基本要求:电压、频率、波形满足要求,并保证供电的连续性。1.1.3●电力系统的电能质量始终处在动态变化中。电能从发电生产到用户消耗是一个整体,电能量的流动始终处于动态平衡之中,而且随着电网结构的改变和负荷的变化,不同时刻、不同公共连接点,电能质量现象和指标往往是不同的,也就是说整个电力系统的电能质量始终处在动态变化中。●电力系统是一个整体,其电能质量状况相互影响。电能不易储存,其生产、输送、分配和转换直至消耗几乎是同时进行的。电气连接将供用电双方构筑成一个整体,不论哪个环节引起电能质量问题,质量一旦达不到标准要求,都会对相关配电网络与设备以及电力用户的安全正常运行构成威胁。许多情况下,电力系统中的某一实体往往表现为既是电能质量的破坏者,同时也是劣质电能的受害者。●电能质量扰动的潜在危害与广泛传播。虽然电产品的基本形式简单,但其质量扰动的现象却是多种多样的,事故的诱发条件比较复杂,电能质量下降造成的对电力系统和用电设备的损害有时并不立即显现,其危害与影响具有潜在性。另一方面,由于电力线为扰动提供了最好的传导途径,且传播速度快,电气环境污染波及面大,影响域广,其结果可能会大大降低与其相连接的其它系统或设备的电气性能甚至使设备遭到损坏,可见劣质电能的危害与影响具有快速传播性。●有些情况下用户是保证电能质量的主体部分。当电网传输电能作用于用电设备时,很有可能会受到来自于用户反作用的影响。因此,在某些质量问题的起因上,电能质量的下降更多的是受到使用者的影响,而不在于电力生产者或供应者。例如,用户设备汲取的供电电流大小和电流波形是由用户根据自己的生产需要设定的,而这些设备往往就是畸变电流的发生源。在这种情况下,电力用户成为保证电能质量的主体部分。●对电力系统的电能质量指标进行综合评估非常困难。一般而言,电力系统在运行过程中电能质量的各项指标接近系统标称值,就能够认为电能是达到标准要求的。可是当电能质量的多个指标共同作用在一个系统中时,其不同的组合结果对电力系统运行的不利影响和对电气设备性能的降低,甚至损坏都是十分复杂的问题,加之不同电气设备在不同条件下对电压干扰的敏感度不同。因此如何给出综合的技术与经济评价依然是非常困难的,当前尚无一个准确的和普遍认可的定量综合评估计算方法。●控制和管理电力系统电能质量是一项系统工程。从整个电力系统来讲,保证优质电力生产和用户安全使用还要靠多方共同努力。因此要求设备制造厂商、电力部门、电力用户、标准制定部门、监督管理部门等协同合作,达成共识,制定统一的和可操作的适度质量标准或单独的供电质量协议,按照电力用户对电能质量的不同要求实行分级控制和质量达标。只有这样才能实现技术与经济的综合优化,做到电能质量的责任与义务清晰,保护共享的电气环境,共同获得最大的生产效率和经济利益。能够说,如何认识、控制和管理电能质量是一项系统工程。美国乔治动力公司曾组织和实施了一项对电力部门和电力用户关于电能质量问题起因的调查,其结果ppt6所示。据分析,虽然对电力市场的质量调查还存在分类方法上的不同,可是调查报告清楚地表明,电力公司和电力用户对引发电能质量问题的原因的看法往往有很大的分歧,尽管双方都把2/3的事件起因归咎于自然因素(如雷电等),但用户依然认为电力部门在这方面的责任要比自我测评结果大得多。1.1.4电能作为人们广泛使用的能源,其应用程度是一个国家发展水平和综合国力的主要标志之一。时至今日,电力工业面向市场经济,引进竞争机制,以求最小成本与最大效益,电能质量的优劣已经成为电力系统运行与管理水平高低的重要标志,控制和改进电能质量也是保证电力系统自身可持续发展的必要条件。讲解3:1.2电能质量的概念、定义播放幻灯片:教学事件:长期以来,人们习惯地把电能质量与供电可靠性几乎等同看待。这是因为以往的电力负荷多为线性的和对电磁干扰低敏感的负荷,如照明、加热和电动机等,而数量和功率有限的电子设备能够忽略不计。传统负荷设备对短时间的电压变化基本没有反映,只在供电电压中断时才不能正常工作,而且各设备之间、各工业生产过程之间又很少相互关联。因此.以往在涉及到供电质量水平问题时,往往多用供电可靠率(用指标RS-1评价)和每户年均停电次数等主要指标来评价计算即可满足要求。5在当代电力系统中,电能质量与供电可靠性之间既有联系又有区别,传统定义上的供电可靠性仅限于计及长时间(一般只考虑持续时间5min以上,有的国家规定为1min以上)电源中断和平均故障时间的概率问题,虽然供电的连续性是供电质量的重要标志之一,但以往在电能质量问题的认识上和管理上不够全面,在供电中断的程度与起因等方面没有同现代电能质量概念和用户需求联系起来,传统的N-l可靠性原则巳不能满足新兴企业供电质量的要求。有专家指出,电力供应可靠与否应当以电力系统和电力用户的生产过程保持连续正常工作而不会受到干扰为准则,因此它包括许多相关内容,需要提供包含电能质量这一重要组成部分在内的广泛意义上的供电可靠性评价报告。人们对电能质量和供电可靠性的认识正在不断深入。当代电力系统的负荷结构发生了很大的变化,用电设备和生产工艺对电能质量的要求比传统设备高。许多新设备和装置都带有基于微处理机的数字控制器或功率电子器件,它们对各种电磁干扰都极为敏感,本微不足道和不甚关心的电压扰动或特性变化可能影响到其电子控制系统的正常工作,甚至导致掉闸或生产停顿。因此,面对当代负荷的特点,要保证其正常工作仅靠保证传统定义上的供电可靠性是不够的。例如,某半导体制造厂,从来没有发生过停电事故,供电可靠性计算指标很高。但一次持续时间极短(几十毫秒)不易觉察的电压暂降就造成了其生产线工作紊乱,产品报废,使该厂蒙受了数百万美元的损失。这些敏感设备相互连接在一个大电力系统中,或一系列自动化过程中,意味着整个系统与最敏感设备对电能质量异常有相同的敏感度。另一方面,为了提高电力运营总效率,供电系统中出现了许多新型的用电设备。例如,交流电机变速驱动装置、大容量并联电容补偿装置,以及大量的非线性、功率冲击性和波动性负荷等。但这些设备又会导致电力系统谐波污染和电能质量下降(更广义的称为电气环境污染),使供电电压干扰水平加重,给电力系统安全运行带来直接的或潜在的危害。1.2.1电能质量术语国际电气电子工程室师协会(IEEE)标准化协调委员会已正式经过采用”PowerQuality”(电能质量)术语的决定。中国国家标准中已正式更名采用国际通用的英文名称。1.2.2电能质量概念从普遍意义上讲,电能质量是指优质供电。电力部门可能把电能质量定义为电压、频率的合格率以及连续供电的年小时数,而且用统计数字来说明电力系统是安全可靠运行的。电力用户则可能把电能质量简单定义为是否向设备提供了电力。从工程实用角度出发,将电能质量概念进一步具体分解并给出解释。电压质量。给出实际电压与理想电压间的偏差,以反映供电部门向用户分配的电力是否合格。电压质量一般包括电压偏差、电压频率偏差、电压不平衡、电压瞬变现象、电压波动与闪变、电压暂降(暂升)与中断、电压谐波、电压陷波、欠电压、过电压等电流质量。电流质量与电压质量密切相关。电流质量包括电流谐波、间谐波或次谐波、电流相位超前或滞后、噪声等。供电质量。它包括技术含义(电压质量和供电可靠性)和非技术含义(供电部门对用户投诉与抱怨的反应速度和电力价目的透明度等)两部分。用电质量。它包括电流质量和非技术含义等,如用户是否按时,如数缴纳电费等。1.2.3电能质量的的定义定义1:合格电能质量是指,提供给敏感设备的电力和为其设置的接地系统均适合于该设备正常工作。定义2:造成用电设备故障或误动作的任何电力问题都是电能质量问题,其表现为电压、电流或频率的偏差。定义3:电能质量就是电压质量,合格的电能质量应当是恒定频率和恒定幅值的正弦波形电压与连续供电。我们应当看到,电能质量问题终究是由电力用户的生产需求驱动的,因此用户的衡量标准应占有优先的位置。1.3描述电能质量现象讲解4:1.3.1瞬变现象播放幻灯片:第8、9、10、11页教学事件:关于瞬变现象,IEEEStd100-1992《电气与电子标准术语词典》有一个含义更宽、描述更简单的定义:变量的部分变化,且从一种稳态状态过渡到另一种稳定状态的过程中该变化逐渐消失的现象。瞬变现象的两种普遍类型——冲击和振荡冲击性瞬变是一种在稳态条件下,电压、电流非工频的、单极性的突然变化现象。如PPT第8页。一般见上升和衰变的时间来表现其特性。振荡瞬变现象:振荡瞬变是一种在稳态条件下,电压、电流的非工频、有正负极性的突然变化现象。如PPT第8页。常见频谱成分、持续时间、和幅值大小来描述其特性。分为高、中、低频振荡现象。主频率大于500kHz为高频振荡现象、5～500kHz为中频振荡现象、低于5kHz为低频振荡现象。讲解5:1.3.2短时间电压变动播放幻灯片:第12、13、14页教学事件:短时间电压变动包括电压暂降和短时间电压中断现象。造成电压变动的主要原因是系统故障、大容量负荷启动或电网松散连接的间歇性负荷运作。根据所在系统条件和故障位置的不同,可能引起暂时过电压或电压跌落,甚至使电压完全损失电压中断:当电压降到0.1p.u.以下,且持续时间不超过1min时,则认为出现了电压中断现象。造成电压中断的现象。造成电压中断的原因可能是可能是系统故障、用电设备故障或控制失灵等。电压中断往往是以其幅值总是低于额定值百分数的持续时间来量度的。电压暂降:”暂降”是指工频条件均发根值减小到0.1~0.9p.u.之间、持续时间为0.5周波至1min的短时间电压变动现象。暂降和骤降能够互相替换电压暂升:”暂升”的含义是指在工频条件下,电