供配电技术教案

教案

2012〜2013学年第一学期

学院（系、部）

教研室（实验

电气工程

室）

课程名称供配电技术

授课班级

主讲教师

职称

使用教材

二O一二年7月

供配电技术课程教案

第1讲

［课程类别］理论课

［授课题目］

1.1供配电系统的基本知识

1.2电力系统电压

1.3电力系统中心点运行方式

［教学目的与要求］

1.了解电力系统的组成，理解电力系统的运行特点和对电力系统的基本要求；

2.掌握电网额定电压等级，掌握电网额定电压与电气设备的额定电压之间应当相互配合的关

系；

3.掌握电力系统的电压与电能质量；

4.掌握也力系统中性点运行方式。

［教学重点与难点］

重点：1.电力系统的电压和电能质量问题；

2O电力系统的中性点运行方式；

难点:1.电力系统的几种中性点运行方式的特点和应用:

2.电力质量指标；

［教具和媒体使用］多媒体课件。

［教学方法］讲授法、问题教学法。

［教学时数］2学时.

［教学过程］

导人:

日常用电、工厂供电案例分析.

新授:

一、电力系统的基本概念

1.电力系统的组成

电力系统主要由三个部分组成的一个发电、输电、变配电和用电的整体，见下图。

发电厂：电力网(变配电所、电力线路)、电能用户

2.供配电系统概况

(1)具有高压配电所的工厂供电系统；

(2)具有总降压变电所的工厂供电系统；

⑶高压深入负荷中心的工厂供电系统；

(4)只有一个变电所或配电所的工厂供电系统。

3o工厂供电的要求和课程任务

要求：安全、可靠、优质、经济。

二、电力系统的额定电压

1o供电质量的主要指标：频率、电压。

2o额定电压的国家标准：GB156-2007《标准电压》。

(1)电力线路的额定电压

(2)用电设备的额定电压

G

(3)发电机的额定电压

(4)电力变压器的额定电压

G+5%T1+10%±0%T2+5%

3o工厂供配电电压的选择

(1)工厂高压配电电压的选择.

工厂供电系统的高压配电电压的选择，主要取决于当地供电电源电压及工厂高压用电设备的电

压、农量和数量等因素

(2)工厂低压配电电压的选择。

工厂低压配电电压的选择，主要取决于低压用电设备的电压。一般采用220/380V,其中线电压

380V接三相动力设备及380V单相设备，而相电压220V接220V的照明灯具及其他220V的单相

设备。

三、供电电能质量

1.电压降与电压损失

电压降即线路两端电压的相量差口，而线路两端电压的幅值差△U=U1-U2称为电压损失，它近

似等于电压降的水平分量.电压损失常用它对额定电压UN的百分比来表示，称为电压损失百分

值。其表达式为：

xioo%

2.电压偏移及危害

电力负荷的大小是变动的，当最大负荷时，电网内电压损失增大，使用电设备的端也压降

低；反之则升高.因此，用电设备的端电压是随电力负荷的变化而变化的，这种缓慢变化的、实

际电压□与额定电压之差称为电压偏移口，即口。

为正偏移，为负偏移。与电压损失一样，电压偏移一般也用它对额定电压的百分比来表示，称为电压偏移百分

值。其表达式为

U-U

^U%=NX1OO%

UN

3o电压调整措施

(1)正确选择供电变压器的变比和电压分接头；

(2)合理减少供配电系统的阻抗；

(3)均衡安排三相负荷；

(4)合理调整供电系统的运行方式；

(5)采用无功功率补偿装置；

(6)采用有载调压变压器。

4o其他电能质量

(1)电压波动和闪变

供电系统中的电压有效值快速变化的现象叫做电压波动。电压波动是由于负荷急剧变动，

引起系统的电压损耗快速变化，从而使电气设备的端电压出现快速变化而产生的。

电压波动会影响电动机的正常启动，可以使同步电动机转子振动，使电子设备特别是计算机无

法正常工作。电压波动对照明的影响最为明显，可使照明灯发生明显的闪烁，故称为“闪变”.

(2)谐波干扰

高次谐波是指对周期性非正弦波形按傅立叶方法分解后所得到的频率为基波频率整数倍的所有

高次分量，而基波频率就是50Hz。

四、电力系统中性点运行方式

1o电力系统中性点的三种运行方式

(1)中性点不接地

(2)中性点经消弧线圉接地

(3)中性点直接接地

2O按接地保护的形式不同对低压配电系统进行分类：

(1)TN系统中的设备外露可导电部分均采取与公共的保护线(PE线)或保护中性线(PEN线)

相连接的保护方式；

(2)TT系统中的设备外露可导电部分则采取经各自的PE线直接接地的保护方式；

(3)IT系统的中性点不接地或经阻抗(约1000Q)接地，且通常不引出中性线，一般为三相三

线制系统，其中设备的外露可导电部分，与TT系统一样，也是经各自的PE线直接接地。

3.中性点不接地的电力系统

(1)系统正常时电压电流的向量关系图：

(2)系统单相接地时的电压电流向量关系图:

(3)中性点经消弧线图接地的电力系统

作业：教材p14,习题1.1,1.2.

［教学反思］

供配电技术课程教案

第2讲

［课程类别］理论课

［授课题目］

2.1电力负荷和负荷曲线

2o2计算负荷的确定

［教学目的与要求］

1.了解负荷计算的意义；

2.了解负荷曲线的概念，理解年最大负荷、年最大负荷利用小时数等负荷曲线相关参数的意义；

理解计算负荷的定义，掌握设备容量的确定方法，掌握确定计算负荷的需用系数法，了解二项式

法。

［教学重点与难点］

重点：1。年最大负荷等负荷曲线参数的物理量意义；

2.计算负荷的需用系数法；

难点：1。年最大负荷等负荷曲线参数的物理量意义；

［教具和媒体使用］多媒体课件.

［教学方法］讲授法、问题教学法。

［教学时数］2学时。

［教学过程］

导入:

介绍对工厂计算负荷的目、意义和定义。

新投：

一、电力负荷和负荷曲线

1.电力负荷

-8-

电力负荷又称电力负载，有两种含义：一是指耗用电能的用电设备或用户，如说重要负荷、

一般负荷、动力负荷、照明负荷等。另一是指用电设备或用户耗用的功率或电流大小，如说较

负荷（轻载）、重负荷（重载）、空负荷（空载）、满负荷（满载）等。

工厂的电力负荷，根据其对供电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响的程度分为三

级：

（1）一级负荷（2）二级负荷（3）三级负荷

2.工厂用电设备的工作制

工厂的用电设备，按其工作制分以下三类：

（1）连续工作制（2）短时工作制（3）断续周期工作制

断续周期工作制的设备，可用“负荷

持续率”来表示其工作特征。负荷持续率为一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值，用

£表示，即

£-Jx100%=一7rx100%

iZ十

式中，T为工作周期;t为工作周期内的工作时间；t0为工作周期内的停歇时间。

断续周期工作制设备的额定容量PN,

是对应于某一标称负荷持续率£N。如果设备在£N下的容量为PN,则换算到实际£下的设备容

量Pe为

3o负荷曲线的概念

负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形，它绘在直角坐标纸上，纵坐标表示

负荷（有功功率或无功功率），横坐标表示对应的时间（一般以小时为单位）。

负荷曲线按负荷对象分，有工厂的、车间的或某类设备的负荷曲线；按负荷性质分，有有功和无

功负荷曲线;按所表示的负荷变动时间分，有年的、月的、日的或工作班的负荷曲线。

图2-2年负荷持续时间曲段的绘制

a）夏日负荷曲段b）冬口负荷的蛾c）年负荷持续时间曲蛾

4c与负荷曲线和负荷计算有关的物理量

（1）年最大负荷和年最大负荷利用小时

年最大负荷：年最大负荷Pmax,就是全年中负荷最大的工作班内消耗电能最大的半小时

的平均功率.因此年最大负荷也称为半小时最大负荷P30。

年最大负荷利用小时：年最大负荷利用小时Tmax,是一个假想时间，在此

时间内，电力负荷按年最大负荷Pmax（或.P30）由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，如图2-4所示。

年最大负荷利用小时：

式中，Wa为年实际消耗的电能量。

年最大负荷利用小时是反映电力负荷特征的一个重要参数，与工厂的生产班制有明显的关系。

例如一班制工厂，Tmax'1800〜3000h;两班制工厂，Tmax^BSOO〜4800h;三班制工厂，Tmax55^

5000〜7000h。

-10-

(2)平均负荷和负荷系数

平均负荷(averageload):平均负荷Pav,就是电力负荷在一定时间t内平均消参€的功率，也

就是电力负荷在该时间t内消耗的电能Wt,除以时间t的值，即

_defW.

PL72

年平均负荷Pav的说明如图2—5所示。年平均负荷Pav的横线与两坐标轴所包围的矩形截面恰

等于年负荷曲线与两坐标轴所包围的面积Wa,即年平均负荷Pav为

8760H

图2-4年最大负荷和

图2・5年平均负荷

年最大负荷利用小时

负荷系数(loadcoefficient):负荷系数又称负荷率，它是用电负荷的平均负荷Pav与其最大负荷Pmax

的比值，却

对负荷曲线来说，负荷系数亦称负荷曲线填充系数，它耒征负荷曲线不平坦的程度即表征

负荷起伏变动的程度.

对用电设备来说，负荷系数就是设备的输出功率P与设备额定容量PN的比值，即

defp

Kt--

LPN

负荷系数通常以百分值表示.负荷系数(负荷率)的符号，有时用B；也有的有功负荷军用a、

无功负荷率用B表示。

二、计算负荷的确定

1o计算负荷

-11-

计算负荷：是指通过统计计算求出来的、用来按发热条件选择供配电系统中各元件的负荷

值。校照计算负荷选择的电气设备和导线电缆，条以计笄负荷持续运行，其发热温度不致超出允

许值，因而不会影响其使用寿命。

由于计算负荷实际上与从负荷曲线上查得的半小时最大负荷P30(即年最大负荷Pmax)是基本

相当的，所以计算负荷也可以认为就是半小时最大负荷。

2.按需要系数法确定计算负荷

(1)基本公式

用电设备组的需要系数，为用电设各组的半小时最大负荷与其设备容量的比值.由此可得按需要

系数法确定三相用电设各组有功计算负荷的基本公式为：

P30=KdPc

Kd为需要系数，可有查表获得。必须注意：附录表1所列需要系数值是按车间范围内设各台

数较多的情况来确定的，所以需要系数值一般都比较低，例如冷加工机床组的需要系数值平均

只有0.2左右。因此需要系数法较适用于确定车间的计算负荷.如果采用需要系数法来计算分支

干线上用电设备各组的计算负荷，则附录表1中的需要系数值往往偏小，宜适当取大。只有1〜2

台设备时，可认为Kd=1,即P30=Pe。对于电动机，由于它本身功率损耗较大，因此当只有一

台电动机时，其P30=PN/T),这里PN为电动机额定容量，n为电动机效率。在Kd适当取大的

同时，COS0也宜适当取大。

无功计算负荷为：Q加=P30tanw

tan0为对应于用电设备组cos。的正切值.

视在计算负荷为

S=-*30

30cos平

cos4)为用电设备组的平均功率因数。

计算电流为

r_S-

2行

-12-

UN为用电设备组的额定电压。

如果一台三相电动机，则其计算电流应取为其额定电流，即

J_r___PN

（2）设备容量的计算

需要系数法基本公式P30=KdPe中的设备容量Pe,不含备用设备的容量，而且要注意，此

容量的计算与用电设备组的工作制有关。

A.对一般连续工作制和短时工作制的用电设备组

设备容量是所有设备的铭牌额定容量之和.

B.对断续周期工作制的用电设备组

设备容量是将所有设备在不同负荷持续率下的铭牌额定容量换算到一个规定的负荷持

续率下的容量之和.断续周期工作制的用电设备常用的有电焊机和吊车电动机，各自的换算要

求如下：

电焊机组：要求容量统一换算到£=100%,因此由式（2）可得换算后的设备容量为：

SNCOS$P

P"PNJ威=V?1Pe=PN=SNcos^向

式中，PN、SN为电焊机的铭牌容量（前者为有功功率，后者为视在功率）；£N为与铭牌容量对应

的负荷持续率（计算中用小数）；£100为其值等于100%的负荷持续率（计算中用1）;cos。为

铭牌规定的功率因数.

吊车电动机组：要求容量统一换算到£=25%,因此由式（2—2）可得换算后的设备容量为：

p©==2p°

VE25

式中，PN为吊车电动机的铭牌容量；£N为与铭牌容量对应的负荷持续率（计算中用小数）；

£25为其值等于25%的负荷持续率（计算中用0.25）.

Co多组用电设备计算负荷的确定

-13-

确定拥有多组用电设备的干线上或车间变电所低压母线上的计算负荷时，应考虑各运用电设备

的最大负荷不同时出现的因素。因此在确定多组用电设备的计算负荷时，应结合具体情况对其有

功负荷和无功负荷分别计入一个同时系数（又称参差系数或综合系数）KZp和KEq:

总的有功计算负荷为：？30=长£,£?30.3

总的无功计算负荷为：030=Ktg'Q3-

以上两式中的£P30,i和ZQ肛i分别为各组设备的有功和无功计算负荷之和。

总的视在计算负荷为：

总的计算电流为：

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和计茸电滴.一般不能用各

组的视在计算负荷或计算电流之和来计算.

3.按二项式法确定计算负荷

需要系数法是世界各国普遍采用和确定计算负荷的基本方法，简单方便。二项式法应用的局

限性很大，但在确定设备台数较少而设备容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时，采用二

项式法较之采用需要系数法更为合理，且计算也较简便。

作业：（教材p19）

习题2.1.2.2；

［教学反思］

-14-

供配电技术课程教案

第3讲

［课程类别］理论课

［授课题目］

2.3变电所总计算负荷的确定

2o4尖峰电流的计算

［教学目的与要求］

1.了解工厂供电系统的功率损耗的基本概念，熟悉工厂的计算负荷的计算方法;

2.掌握工厂无功功率补偿；

3.了解计算尖峰电流的概念及其计算方法.

［教学重点与难点］

重点：1。供电系统的功率损耗的基本概念；

2O工厂计算负荷的计算；

3.工厂功率因数、无功补偿方法；

难点：1.变压器功率损耗的确定；

20工厂无功补偿装置容量及补偿后的工厂计算负荷的确定。

［教具和媒体使用］多媒体课件.

［教学方法］讲授法、问题教学法。

［教学时数］2学时。

［教学过程］

导入：

复习回忆：功率因素的基本概念？计算负荷的概念？

新授:

一、工厂计算负荷的确定

-15-

工厂计算负荷是选择工厂电源进线及主要电气设备包括主变压器的基本依据，也是计算工厂的

功率因教及无功补偿容量的基本依据。

1.按需要系数法确定工厂计算负荷

将全厂用电设备的总容量Pe,(不计备用设备容量)乘上一个需要系数Kd,即得全厂的有功计算负荷,

即：

2o按逐级计算法确定工厂计算负荷

工厂的计算负荷(这里举有功负荷为例)P30.(1),应该是高压母线上所有高压配电线路计

算负荷之和，再乘上一个同时系数.高压配电线路的计算负荷P30.(2),应该是该线路所供车间

变电所低压侧的计算负荷P30.(3),加上变压器的功率损耗APT和高压配电线路的功率损耗

△PWL1,……如此逐级计算即可求得供电系统所有元件的计算负荷.

在负荷计算中，电力变压器的功率损耗可按简化公式近似计算：

有功损耗A/VM).015s3。

无功损耗‘△QT=0.06S3.

以上二式中S30为变压器二次侧的视在计算负荷。

二、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

(1)瞬时功率因数

可由相位表(功率因数表)直接测出，或由功率表、电压表、电流表的读数通过下式求得(间接

测量)：

P

COS<P=万万

式中，P为功率表测出的三相功率读数(kW)；U为电压表测出的线电压读数(kV)：I为电流表测

出的线电流读数(A)o

(2)平均功率因数

又称加权平均功率因数，按下式计算:

式中，Wp为某一段时间（通常取一月）内消耗的有功电能，由有功电能表读取;Wq为某一段时间

（通常取一月）内消耗的无功电能，由无功电能表读取.

（3）最大负荷时功率因数指在最大负荷即计算负荷时的功率因数，按下式计算：

COS⑦=P30/S30

在《供电营业规则》中规定：“用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数应达到下

列规定：100kV・A及以上高压供电的用户功率困数为0.90以上，其他电力用户和大、中型电力

排灌站、定购转售电企业，功率因数为0。85以上。”并规定，凡功率因数未达到上述规定的，应

增添无功补偿装置，通常采用并联电容器进行补偿。

2.无功功率补偿

要使功率因数由cos①提高到cos。',必须装设无功补偿装瓦（并联电容器），其容量为：

Qc=Q30-=P30（tang~tang'）

或：Qc='qcPso

式中，称为无功补偿率，或比补偿容量.这无功补偿率，是表示要使IkW的有功功率

由cos①提高到cose,所需要的无功补偿容量kvar值。

在确定了总的补偿容量后，即可根据所选并联电答器的单个容量qC来确定电容器的个数，

即：

n=Qdqc

3.无功补偿后的工厂计算负荷

工厂（或车间）装设了无功补偿装置以云，则在确定补偿地点以前的总计算负荷时，应扣除无功补偿容量,

即总的无功计算负荷：

补偿后总的视在计算负荷：

530=JP；0+一〈Ojo-Qc）2

三、尖峰电流

尖峰电流是指持续时间1〜2s的短时最大负荷电流。

-17-

尖峡电流主要用来选择熔断器和低压断路器、整定继电保护装置及检验电动机自起动条件

等。

1o用电设备尖峰电流的计算

(1)单台用电设备尖峰电流的计算

单台用电设备的尖峰电流就是其起动电流，因此尖峰电流为:

1st=K/N

式中，IN为用电设备的额定电流；1st为用电设备的起动电流；Kst为用电设备6勺起动电流信

数，笼型电动机Kst=5〜7,绕线转子电动机Kst=2〜3,直流电动机Kst=1.7,电焊变压器K

st》3。

(2)多台用电设备尖峰电流的计算

引至多台用电设备的线路上的尖峰电流按下式计算:

[I

,pk—Kg〉:，N.i+1sLmax

/pk—130,（Al，N）max

作业：教材p29习题2。3.2。7。

［教学反思］

-18-

供配电技术课程教案

第4讲

［课程类别］理论课

［授课题目］

301概述

3.2无限大容量电力系统及其三相短路分析

［教学目的与要求］

1.掌握电力系统短路的类型、发生的原因及危害；

2.熟悉无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程；

3.掌握短路相关物理量。

［教学重点与难点］

重点：1。电力系统短路的类型；

2.短路相关物理量的理解；

难点：1。无限大容量电力系统三相短路的物理过程的理解；

［教具和媒体使用］多媒体课件。

［教学方法］讲授法、问题教学法.

［教学时数］2学时。

［教学过程］

电力系统的非正常运行状态的概念和成因？

新授：

一、短路概念

1.短路的种类

在供也系统中，可能发生的主要短路种类有四种：三相短路、两相短路、两相接地短路和单相

-19-

接地短路.

2.无限大容量系统

指其容量相对于单个用户（例如一个工厂）的用电设备容量亢得多的电力系统，以致馈电用户

的线路上无论如何变动甚至发生短路时，系统变电站馈电母线上的电压能始终维持基本不变。

在实际应用中，常把内阻抗小于短路回路总阻抗10%的电源或系统（戴维南等值）作为无穷大容

量电源。

3o短路物理过程

电压源（无穷大电源），在时刻t0经电阻R及电感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)

短路后稳态（t至无穷）：

u=Unisin(cot+a)

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

I--U,n

，川+。匕2

,coL

(P=arctan——

R

短路暂态过程：

=Ipmsin(w+a-sin(a-(p)-Ipmsin(a-«

产生最严重短路电流的条件:

（1）短路瞬时电压过零a=0：

-20-

(2)短路前空载或cos：

(3)短路回路纯电感0=90；

二、三相短路的有关物理量

1.短路电流周期分量有效值

Ipe=Uav/x/3Zk

2.短路全电流有效值

因短路电流含有非周期分量，短路全电流不是正弦波，短路过程中短路全电流的有效值It,是

指以该时间t为中心的一个周期内，短路全电流瞬时值的均方根值，即

为了简化计算，假设其在一个周期内数值不变，取其中心值(时刻t的值)计算，由上式可得短

路全电流有效值为

3.短路冲击电流和冲击电流有效值

短路冲击电流ish是指短路全电流的最大瞬时值，短路全电流最大瞬时值出现在

短路后的前半个周期，即t二0。01s

0.01O.Oi

不）=

^=-^^（69X0.01）+/^a=/ptn（l+e

式中Ksh——短路电流冲击系数，口。

对于纯电阻性电路，Ksh=1;对于纯电感性电路，Ksh=2o因此，1(Ksh(2。

短路冲击电流的有效值晨是指短路后第一个周期的短路全电流有效值。

即：或丹=.+2(心/1」小

4.稳态短路电流有效值

稳态短路电流有效值是指短路电流非周期分量衰减完毕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

在短路电流计算时，常遇到短路容量的概念，其定义为短路点所在线路的平均额定电压与短

路电流周期分量所构成的三相视在功率，即

Sh=6UaJk

【思考】：丝路电流周期分量和非周期分量形成原因？

作业：无。

［教学反思］

-22-

供配电技术课程教案

第5讲

［课程类别］理论课

［授课题目］

303短路电流计算

3o4短路电流效应

［教学目的与要求］

1.理解标幺制的概念，掌握电气元件阻抗标幺值的计算方法；

2.掌握利用标幺制计算短路电流的方法，了解短路电流的短路功率法计算方法；

3.熟悉短路电流的热效应和电动力效应的概,念.

［教学重点与难点］

重点：1。标幺值、基准值的概念；

2.三相短路电流的标幺制计算方法，

难点：1.三相短路电流的标幺制计算方法.

［教具和媒体使用］多媒体课件。

［教学方法］讲授法、问题教学法。

［教学时数］2学时。

［教学过程］

回忆:短路电流的周期分量和非周期分量的形成原因？

新授：

一、无限大电源容量供电系统三相短路电流计算

1.标么制

用相对值表示元件的物理量，称为标么制.标么值是指任意一个物理量的有名值与基准值的

-23-

比值，即:

标么值=物理量的有名值/物理量的基准值

标么值是一个相对值，没有单位.在标么制中，则容量、电压、电流、阻抗

(电抗)的标么值分别为:

四个基准值中只有两个是独立的，通常选定基准容量和基准电压为给定值，再按下式求出

基准电流和基准电抗:

/d=-^—Xd二"

9斗

基准值的选取是任意的，但是为了计算方便，通常取100MVA为基准容量，取线路平均额定电压

为基准电压,即Sd=100MVA,Ud=Uav=1.05UN。

2。短路回路总标么电抗计算

采用标么值计算短路电流时，首先需要计算短路回路中各个电气元件的标么电抗，然后求

出短路回路的总标么电抗。

(1)各元件的标么电抗

取Ud二Uav,Sd为基准容量.

A.线路标么电抗口

B.变压器电抗标么值。若变压器的额定容量为STN和阻抗电压百分数为Uk%,则忽略变压器

绕组电阻R的电抗标么值为

X•卫上

100STN

⑵系统的标么电抗

系统标么电抗有以下三种求法:

A.若已知供电系统的系统电抗有名值Xs,则系统标么电抗为

x：=x

-24-

Bo若已知供电系统出口处的短路容量Sk,则系统的电抗有名值为口，进而求得系统标么

电抗为口

C.若只知供电系统高压出口线断路器的断流容量SNbr,可将供电系统出口断路器的断流容

量看作系统的短路容量，求系统标么电抗，即口

(3)短路回路的总标么电抗

各元件电抗标幺值计笄出后，可据供电系统单线图绘制等效电路图，再计算短路回路总标

么阻抗口。单一电源供电支路总标么电抗由各元件标么电抗直接相加求出，即

Xt=X；+X；+X；+

在计算低压系统短路时往往需计及电阻的影响，短路回路的总标么阻抗由短路回路

总标么电阻□和总标么电抗□决定，即

z£=J碇+x[

二、三相短路电流计算

无限大容量系统发生三相短路时，短路电流的周期分量的幅值和有效值保持不变，短路电流的

有关物理量ish,ish,in,和sk都与短路电流周期分量有关。因此，只要算出短路电流周期

分量的有效值，短路电流的其它各量按公式很容易求得。

1.三相短路电流周期分量有效值

(D三相短路电流周期分量标么值：□

因在标么制中，U=Uav,故U□二1,则有□

(2)三相短路电流周期分量的有效值。三相短路电流周期分量的有效值，可由标么值定义按下

式计算：口

2.短路冲击电流

在高压供电系统中为&=2.55人

-25-

在低压供电系统中为心=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

4.两相短路电流的计算

两相短路，其短路电流可由下式求得口

两相短路电流与三相短路电流的关系为/『)="心

针卓)代当像

5.单相短路电流的计算

在工程计算中，大接地电流系统或低压三相四线制系统发生单相短路时，单相短路电流可

用下式进行计算

Z'l)_uav_"d

1―内尸一百Xa

三、短路电流的电动力效应及热效应

1.短路电流的电动力计算

(1)两平行载流导体间的电动力

尸=2K力，X10-7,N

~a

(2)三相平行导体间的短路电动力

三相短路时产生的最大电动力为口，N

-26-

对于成套电气设备，因其相邻支持点的距离I、导线间的中心距a、形状系数Ks均为定值，故

最大电动力只与电流大小有关。因此，成套设备的动稳定性常用设备极限通过电流或动稳定电流

ies表示.当成套设备的允许极限通过电流峰值（或最大值）ies>ish时，或极限通过电流有效

值les>lsh时，设备的机械强度就能承受冲击电流的电动力，即电气设备的抗力强度合格；否

则不合格，应按动稳定性要求重选.

2。短路电流的热效应

短路电流产生的热量可按下式计算

由于短路全电流是由周期分量和非周期分量组成，为了与这两个分量的发热量相对应，假

想时间ti也应分成两部分，即

4=1ipe+/tap

式中，ti.pe为短路电流周期分量的假想时间，tieap为短路电流非周期分量的假想时间。

短路电流产生的全部热量用于升高导体温度，且使导体达到极限温度，此时

Qk=///i=/；T-4=s„JK

故得Sig

将计算出的最小热稳定截面与选用的导体截面比较，当所选标准截面S^Smin时，热稳

定即合格。

作业：教材p46,习题3。1。

［教学反思］

-27-

供配电技术课程教案

第6讲

［课程类别］理论课

［授课题目］

4.1概述

4.2电弧的产生及其灭弧方法

403电力变压器

［教学目的与要求］

1.了解供配电系统电气设备的定义、分类；

2.掌握也弧形成、熄灭的原理，了解灭弧的基本方法；

了解电力变压器的分类及其特点，掌握电力变压器常见联结组别的特点，熟悉电力变压器铭牌

主要技术参数的含义，了解电力变压器的并联运行条件。

［教学重点与难点］

重点：1。电弧形成、熄灭的原理；

2o电力变压器常见联结组别的特点、铭牌主要技术参数的含义以及并联运行的条件。

难点：1.电弧形成、熄灭的原理；

2.电力变压器常见联结组别的特点，

［教具和媒体使用］多媒体课件。

［教学方法］讲授法、问题教学法。

［教学时数］2学时。

［教学过程］

导入：

让学生列举所熟知的电气设备的构架、功能、特点和用途.

新授:

-28-

一、供配电系统电气设备的定义和分类

1o定义

供配电系统的电气设备是指用于发电、输电、变电、配电和用电的所有设备，包括发电机、变

压器、控制电器、保护设备、测量仪表、线路器材和用电设备(如电动机、照明用具)等.

2o分类

(1)按电压等级

通常交流50Hz、额定电压1200V以上或直流、额定电压1500V以上的称为高压设备；交流

50Hz、额定电压1200V及以下或直流、额定电压1500V及以下的为低压设备。

(2)按设备所属回路

(a)一次回路及一次设备：一次回路是指供配电系统中用于传揄、变换和分配电力电能的

主电路，其中的电气设备就称为一次设备或一次电器。

(b)二次回路及二次设备：二次回路是指用来控制、指示、监测和保护一次回路运行的电路，

其中的电气设备就称为二次设备或二次电器。通常二次设备和二次回路是通过电流互感器和电

压互感器与一次电路相连的。

(3)按功能

(a)变换设备：是用来按电力系统工作的要求变换电压或电流的电气设备，如变压器、

互感器等。

(b)控制设备：用于按电力系统的工作要求控制一次电路通、断的电气设备，如高低压

断路器、开关等。

(c)保护设备：用来对电力系统进行过电流和过电压等的保护用电气设备，如熔断器、避

雷器等。

(d)补偿设备：用来补偿电力系统中无功功率以提高功率因数的设备，如并联电容器等。

(e)成套设备(装置)：按一次电路结线方案的要求，将有关一次设备及其相关的二次设备

组合为一体的电气装置，如高低压开关柜、低压配电屏、动力和照明配电箱等.

-29-

二、电弧的产生和灭弧方法

1.电弧的产生

电弧是一种强烈的电游离现象，光亮很强，温度很高，可烧毁触头、延长断电时间等，碰撞

游离产生电弧，热游离维持电弧。

2.电弧产生的根本原因

开关触头在分断电流时之所以会产生电弧，根本原因在于触头本身及触头周围的介质中含有大

量可被游离的电子。

＞产生也弧的游离方式：热电发射、高电场发射、碰撞游离、热游离。

＞3.电弧的熄灭

＞熄灭电弧的去游离方式：复合、扩散;

电弧熄灭的条件：去游离率〉游离率；

＞4.开关电器中常用的灭弧方法

＞速拉灭弧法＞粗弧切短灭弧法

＞冷却灭弧法＞狭沟灭弧法

＞吹弧灭弧法＞真空灭弧法

＞长弧切短灭弧法＞SF6灭弧法

＞5.对电气触头的基本要求

＞满足正常负荷的发热要求＞具有足够的动稳定度和热稳定度

＞具有足够的机械强度＞具有足够的断流能力

三、电力变压器

根据国际电工委员会（IEC）的界定，电力变压器指额定容量在5kV-A及以上，单相的在1kV・A

及以上的输变电用三相变压器。它主要用于公用电网和工业电网中，将某一给定电压值的电能

转变为所要求的另一电压值的电能，以利于电能的合理输送、分配和使用。

1.电力变压器的分类及结构

-30-

(1)按功用分：有升压变压器和降压变压器两大类。工厂变电所都采用降压变电器；

(2)按相数分；有单相和三相两大类，用户变电所通常都采用三才日变压器；

(3)按调压方式分：无载调压和有载调压两大类，用户变电所大多采用无载调压变压器；

(4)按绕组导体材质分：铜绕组变压器和铝绕组变压器两大类；

(5)按统组型式分：双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器，用户变电所大多采用双绕组变

压器；

(6)按绕组绝缘和冷却方式分：油浸式、干式和充气式(SF6)等变压器，其中油浸式变压器，又

分为油浸自冷式、油浸风冷式、油浸水冷式和强迫油循环冷却式等，用户变电所大多采用油浸

自冷式变压器。

(7)按结构性能分：普通变压器、全密封变压器和防雷变压器等，用户变电所大多采用普

通变压器。

2.联接组别

(1)电力变压器的联结组别是指变压器一、二次绕组所采用的联结方式的类型及相应的一、二

次侧对应线电压的相位关系。常用的联结组别有YynO、Dyn11,Yzn11.Yd11.YNd11等电

力变压器的每一个电压侧有三个绕组，高压侧绕组用A-X,B-Y,C-Z作为线段标记，低压

伽j绕组用a―x,b-y,c一z作为线段标记。

(2)YynO联结

ABC

I..M

Hr：。

abc

a)

图变压器YynO联结组别

a)一、二次绕组结线b)一、二次电压相量c)钟表表示

-31-

YynO联结组别的示意图如图所示，其一次线电压和对应二次线电压的相位关系如同时钟在

零点(12点)时时针与分针的位置一样.

(3)Dyn11联结

图变压器YynO联结组别

a)一、二次绕组结线b)一、二次电压相量c)钟表表示

(4)Dyn11联结组别的示意图如图所示，其一次线电压和对应二次线电压的相位关系如同时钟

在11点时时针与分针的位置一样。

(5)YynO和Dyn11联结的两种配电变压器比较

1)对Dyn11联结变压器来说，其3n次(n为正整数)谐波励磁电流在其三角形联结的一次

统组不致注入高压公用电网中去"更有利于抑制高次谐波电流；

2)Dyn11连接变压器的零序阻抗较之YynO连接变压器的零序阻抗小得多，因此Dyn11联结

变压器二次侧的单相接地短路电流较之YynO联结