《工厂供电》第四章教案.docx
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《工厂供电》第四章教案
湖北水利水电职业技术学院
教师授课教案
课程名称：
工厂供电2006年至2007年第1学期第6次课
班级：
05电气1－2班编制日期：
2006年9月20日
教学单元（章节）：
第四章工厂变配电所及其一次系统
第二节电气设备中的电弧问题及对触头的要求
目的要求：
1.了解电气设备中的电弧问题。
2.了解电气设备中对电气触头的基本要求。
知识要点：
1.电弧产生的原因与方式。
2.熄灭电弧的条件与方法。
3.对电气触头的基本要求。
技能要点：
教学步骤：
1.电弧现象的产生与特点；
2.电弧产生的原因与方式；
3.灭弧的条件与常用方法。
教具及教学手段：
多媒体课堂教学；讲述、分析、提问、图示。
作业布置情况：
课后思考题4－2、4－3
课后分析与小结：
授课教师：
陈剑授课日期：
20年月日
教学内容
板书或旁注
一．概述
电弧是电气设各运行中出现的一种强烈的电游离现象，其特点是光亮很强和温度很高。
首先，电弧延长了电路开断的时间，使短路电流危害的时间延长，这可能对电路设备造成更大的损坏。
同时，电弧的高温可能烧损开关的触头，烧毁电气设各及导线电缆，还可能引起电路弧光短路，甚至引起火灾和爆炸事故。
此外，强烈的弧光可能损伤人的视力，严重的可致人眼失明。
二．电弧的产生
（－）产生电弧的根本原因
开关触头在分断电流时之所以会产生电弧，根本的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。
这样，当分断的触头之间存在着足够大的外施电压的条件下，就有可能强烈地电游离而发生电弧。
（二）产生电弧的游离方式
（1）热电发射
（2）高电场发射（3）碰撞游离（4）热游离
三．电弧的熄灭
（－）熄灭电弧的条件
要使电弧熄灭，必须使触头间电弧中的去游离率大于游离率，即电弧中离子消失的速率大于离子产生的速率。
（二）熄灭电弧的去游离方式
（1）正负带电质点的“复合”
（2）正负带电质点的“扩散”
（三）交流电弧的熄灭特点
（四）开关电器中常用的灭弧方法
（1）速拉灭弧法
（2）冷却灭弧法
教学内容
板书或旁注
（3）吹弧灭弧法
（4）长弧切短灭弧法（6）狭沟灭弧法
（5）粗弧分细灭弧法
（7）真空灭弧法
（8）六氟化硫（SF6）灭弧法
四．对电气触头的基本要求
（1）满足正常负荷的发热要求
（2）具有足够的机械强度
（3）具有足够的动稳定度和热稳定度
（4）具有足够的断流能力
湖北水利水电职业技术学院
教师授课教案
课程名称：
工厂供电2006年至2007年第1学期第7次课
班级：
05电气1－2班编制日期：
2006年9月24日
教学单元（章节）：
第四章工厂变配电所及其一次系统
第三节高压一次设备
目的要求：
1.了解高压一次设备的分类。
2.掌握高压熔断器、断路器、隔离开关等的类型。
3.了解高压一次设备的选择。
知识要点：
高压熔断器、高压隔离开关、高压负荷开关
高压断路器、高压开关柜
技能要点：
教学步骤：
1.一次设备按功能的分类；
2.各种高压一次设备；
3.高压一次设备的选择。
教具及教学手段：
多媒体课堂、现场教学；讲述、分析、图示、提问。
作业布置情况：
课后思考题4－8、4－10、习题4－1
课后分析与小结：
授课教师：
陈剑授课日期：
20年月日
教学内容
板书或旁注
一．概述
变配电所中承担输送和分配电能任务的电路，称为一次电路。
一次电路中所有的电气设备，称为一次设备。
一次设备按其功能来分，可分为以下几类：
′
1）变换设备2）控制设备3）保护设备4）补偿设备5）成套设备
二．高压熔断器
熔断器是一种在电路电流超过规定值并经一定时间后，使其熔体熔化而分断电流、断开电路的一种保护电器。
熔断器的功能主要是对电路及电路设备进行短路保护，有的熔断器还具有过负荷保护的功能。
（－）RN1和RN2型户内高压管式熔断器
RN1型和RN2型的结构基本相同，都是瓷质熔管内充石英砂填料的密闭管式熔断器。
RN1型主要用作高压电路和设备的短路保护，并能起过负荷保护的作用，其熔体要通过主电路的大电流，其结构尺寸较大，额定电流可达100A。
而RN2型只用作高压电压互感器一次侧的短路保护。
由于电压互感器二次侧全部连接阻抗很大的电压线圈，致使它接近于空载工作，其一次侧电流很小，因此RN2型的结构尺寸较小，其熔体额定电流一般为0.5A。
（二）RW4和RW10（F）型户外高压跌开式熔断器
跌开式熔断器广泛用于环境正常的室外场所，其功能是既可作6～10kV线路和设备的短路保护，又可在一定条件下，直接用高压绝缘钩棒来操作熔管的分合，起到高压隔离开关的作用。
一般的跌开式熔断器如RW4-l0（G）型等，只能无负荷操作，或通断小容量的空载变压器和空载线路等，而负荷型跌开式熔断器如RW10-10（F）型，则能带负荷操作，其操作要求则与后面将要介绍的高压负荷开关相同。
三．高压隔离开关
高压隔离开关的功能，主要是隔离高压电源，以保证其他设备和线路的安全检修。
因此其结构特点是断开后有明显可见的断开间隙，而且断开间隙的绝缘及相间绝缘都是足够可靠的，能充分保障人身和设备的安全。
但是隔离开关没有专门的灭弧装置，因此它不允许带负荷操作。
然而可用来通断一定的小电流，如励磁电流（空载电流）不超过2A的空载变压器，电容电流不超过5A的空载线路以及电压互感器和避雷器电路等。
四．高压负荷开关
高压负荷开关具有简单的灭弧装置，因而能通断一定的负荷电流和过负荷电流。
但是它不能断开短路电流，所以它一般与高压熔断器串联使用，借助熔断器来进行短路保护。
负荷开关断开后，与隔离开关一样，也具有明显可见的断开间隙，因此它也具有隔离高压电源、
教学内容
板书或旁注
保证安全检修的功能。
五．高压断路器
高压断路器的功能是，不仅能通断正常负荷电流，而且能接通和承受一定时间的短路电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。
高压断路器按其采用的灭弧介质分，有油断路器、六氟化硫断路器、真空断路器以及压缩空气断路器、磁吹断路器等。
其中应用最广的是油断路器。
油断路器按其油量多少和油的功能，又分多油和少油两大类。
多油断路器的油量多，其油一方面作为灭弧介质，另一方面又作为相对地（外壳）甚至相与相之间的绝缘介质。
少油断路器的油量很少（一般只几千克），其油只作为灭弧介质，其外壳通常是带电的。
一般35kV及以下的户内配电装置中现在都采用少油断路器。
六．高压开关柜
高压开关柜是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装在一起而成的一种高压成套配电装置，在发电厂和变配电所中作为控制和保护发电机、变压器和高压线路之用，也可作为大型高压交流电动机的起动和保护之用，其中安装有高压开关设备、保护电器、监测仪表和母线绝缘子等。
高压开关柜有固定式和手车式（移开式）两大类型。
在一般中小型工厂中普遍采用较为经济的固定式高压开关柜。
七．高压一次设备的选择
高压一次设备的选择，必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下工作的要求，同时设备应工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。
电气设各按在短路故障条件下工作进行选择，就是要按最大可能的短路故障时的动稳定度和热稳定度进行校验。
对熔断器及装有熔断器保护的电压互感器，不必进行短路动稳定度和热稳定度的校验。
对电力电缆，由于其机械强度足够，所以也不必进行短路动稳定度的校验。
高压开关柜型式的选择：
应根据使用环境条件来确定是采用户内型还是户外型；根据供电可靠性要求来确定是采用固定式还是手车式。
此外，还要考虑到经济合理。
高压开关柜一次线路方案的选择：
应满足变配电所一次接线的要求，并经几个方案的技术经济比较后，优选出开关柜的型式及其一次线路方案编号，同时确定其中所有一、二次设备的型号规格，主要设备应进行规定的选择校验。
向开关电器厂订购高压开关柜时，应向厂家提供一、二次电路图纸及有关技术资料。
湖北水利水电职业技术学院
教师授课教案
课程名称：
工厂供电2006年至2007年第1学期第8次课
班级：
05电气1－2班编制日期：
2006年9月24日
教学单元（章节）：
第四章工厂供配电系统的主要一次设备
第四节低压一次设备
目的要求：
1.了解低压一次设备的种类.
2.了解低压熔断器、低压开关和低压配电屏等的类型.
3.了解低压一次设备的选择.
知识要点：
低压熔断器,低压刀开关和负荷开关,低压断路器
低压配电屏
技能要点：
教学步骤：
1.介绍低压一次设备的概念.
2.低压熔断器、低压开关等低压一次设备的类型和种类.
3.低压一次设备的选择。
教具及教学手段：
多媒体课堂、现场教学；讲述、分析、提问。
作业布置情况：
课后思考题4－9
课后分析与小结：
授课教师：
陈剑授课日期：
20年月日
教学内容
板书或旁注
一、概述
低压一次设备，是指供电系统中1000V（或略高）及以下的电气设备。
二、低压熔断器
低压熔断器的功能，主要是实现低压配电系统的短路保护，有的熔断器也能实现过负荷保护。
（－）RM10型低压密闭管式熔断器
RM10型熔断器由纤维熔管、变截面锌熔片和触头底座等部分组成。
当其熔片熔断时，纤维管的内壁将有极少部分纤维物质因电弧烧灼而分解，产生高压气体，压迫电弧，加强离子的复合，从而改善了灭弧性能。
但总的来说，这种熔断器的灭弧断流能力仍不强，不能在短路电流到达冲击值之前完全熄弧，因此这种熔断器属非限流熔断器。
（二）RT0型低压有填料封闭管式熔断器
RT0型熔断器主要由瓷熔管、栅状铜熔体和触头底座等几部分组成。
其栅状铜熔体系由薄铜片冲压弯制而成，具有引燃栅。
由于引燃栅的等电位作用，可使熔体在短路电流通过时形成多根并列电弧。
同时熔体又具有变截面小孔，可使熔体在短路电流通过时又将长弧分割为多段短弧。
而且所有电弧都在石英砂内燃烧，可使电弧中的正负离子强烈复合。
因此这种熔断器的灭弧断流能力很强，属限流熔断器。
（三）RZ1型低压自复式熔断器
一般熔断器包括上述RM型和RT型熔断器，都有一个共同缺点，就是在熔体一旦熔断后，必须更换熔体才能恢复供电。
这里介绍的自复式熔断器弥补了这一缺点，既能切断短路电流，又能在故障消除后自动恢复供电，无需更换熔体。
三、低压刀开关和负荷开关
（－）低压刀开关
低压刀开关的类型很多。
按其操作方式分，有单投和双投。
按其极数分，有单极、双极和三极。
按其灭弧结构分，有不带灭弧罩和带灭弧罩的两种。
不带灭弧罩的刀开关一般只能在无负荷或小负荷下操作，作隔离开关使用。
带有灭弧罩的刀开关，能通断一定的负荷电流。
（二）低压熔断器式刀开关
低压熔断器式刀开关又称刀熔开关，是一种由低压刀开关与低压熔断器组合的开关电器。
刀熔开关具有刀开关和熔断器的双重功能。
采用这种组合型开关电器，可以简化配电装置结构，经济实用。
（三）低压负荷开关
低压负荷开关，是由低压刀开关和低压熔断器串联组合而成、外装封闭式铁壳或开启式胶盖的开关电器。
教学内容
板书或旁注
低压负荷开关具有带灭弧罩刀开关和熔断器的双重功能，既可带负荷操作，又能进行短路保护，但短路熔断后需更换熔体才能恢复供电。
四、低压断路器
低压断路器又称低压自动开关，它既能带负荷通断电路，又能在短路、过负荷和低电压（失压）下自动跳闸，其功能与高压断路器类似。
低压断路器按灭弧介质分类，有空气断路器和真空断路器等；按用途分类，有配电用断路器、电动机保护用断路器、照明用断路器和
漏电保护用断路器等。
配电用低压断路器按保护性能分，有非选择型和选择型两类。
（－）塑料外壳式低压断路器
塑料外壳式低压断路器又称装置式自动开关，其全部机构和导电部分都装设在一个塑料外壳内，仅在壳盖中央露出操作手柄，供手动操作之用。
它通常装设在低压配电装置之中。
（二）万能式低压断路器
万能式低压断路器又称框架式自动开关。
它是敞开地装设在金属框架上的，而其保护方案和操作方式较多，装设地点也较灵活，故名“万能式”或“框架式”。
五、低压配电屏
低压配电屏是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种低压成套配电装置，在低压配电系统中作动力和照明配电之用。
低压配电屏的结构型式，有固定式和抽屉式两大类型。
不过抽屉式价昂，一般中小工厂多用固定式。
六、低压一次设备的选择
低压一次设备的选择，与高压一次设备的选择一样，必须满足在正常条件下和短路故障条件下工作的要求，同时设备应工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。
湖北水利水电职业技术学院
教师授课教案
课程名称：
工厂供电2006年至2007年第1学期第9次课
班级：
05电气1－2班编制日期：
2006年10月5日
教学单元（章节）：
第四章工厂供配电系统的主要一次设备
第五节电力变压器
目的要求：
1.了解电力变压器的分类。
2.了解电力变压器的联结组别及其选择。
3.掌握变电所变压器台数和容量的选择。
知识要点：
电力变压器的类型、组别、结构、台数和容量。
技能要点：
教学步骤：
1.电力变压器的分类；
2.电力变压器的结构、型号、联结组别及选择；
3.变电所主变压器台数及容量的确定。
教具及教学手段：
多媒体课堂教学、现场教学；讲述、图示、举例、分析。
作业布置情况：
课后习题4－2
课后分析与小结：
授课教师：
陈剑授课日期：
20年月日
教学内容
板书或旁注
电力变压器是变电所中最关键的一次设备，其主要功能是将电力系统的电能电压升高或降低，以利于电能的合理输送、分配和使用。
一、电力变压器的分类
电力变压器按变压功能分，有升压变压器和降压变压器。
工厂变电所都采用降压变压器。
终端变电所的降压变压器，也称配电变压器。
电力变压器按容量系列分，有R8容量系列和R10容量系列。
按调压方式分，有无载调压和有载调压两大类。
按绕组导体材质分，有铜绕组变压器和铝绕组变压器两大类。
按绕组型式分，有双绕组、三绕组和自耦变压器。
按绕组绝缘和冷却方式分，有油浸式、干式和充气式等变压器。
按用途分，有普通式、全封闭式和防雷式等。
二、电力变压器的结构和型号
电力变压器的基本结构，包括铁心和绕组两大部分。
绕组又分高压和低压或一次和二次绕组等。
三、电力变压器的联结组别及其选择
电力变压器的联结组别，是指变压器一、二次（或一、二、三次）绕组因采取不同的联结方式而形成变压器一、二次（或一、二、三次）侧对应的线电压之间不同相位关系。
（－）配电变压器的联结组别
6～10kV配电变压器（二次侧电压为220／380V）有Yyn0（即Y／Y0-12）和Dyn11（即△/Y0-11）两种常见的联结组。
配电变压器采用Dyn11联结较之采用Yyn0联结有下列优点：
1）对Dyn11联结变压器来说，其3n次（n为正整数）谐波电流在其三角形接线的一次绕组内形成环流，从而不致注人公共的高压电网中去，这较之一次绕组接成星形接线的Yyn0联结变压器更有利于抑制高次谐波电流。
2）Dyn11联结变压器的零序阻抗较之Yyn0联结变压器的零序阻抗小得多，从而更有利于低压单相接地短路故障的保护和切除。
3）当接用单相不平衡负荷时，由于Yyn0联结变压器要求中性线电流不超过二次绕组额定电流的25％，因而严重限制了接用单相负荷的容量，影响了变压器设备能力的充分发挥。
为此，GB50052—1995《供配电系统设计规范》规定，低压为TN及TT系统时，宜于选用Dyn11联结变压器。
（二）防雷变压器的联结组别
防雷变压器通常采用Yzn11联结组，其结构特点是每一铁心柱上的二次绕组都分为两半个匝数相等的绕组，而且采用曲折形（Z形）联结。
教学内容
板书或旁注
四、变电所主变压器台数和容量的选择
（－）变电所主变压器台数的选择
选择主变压器台数时应考虑下列原则：
1）应满足用电负荷对供电可靠性的要求。
2）对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，也可考虑采用两台变压器。
3）除上述两种情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。
但是负荷集中且容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可以采用两台或多台变压器。
4）在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。
（二）变电所主变压器容量的选择
1．只装一台主变压器的变电所
主变压器容量SN·T应满足全部用电设备总计算负荷S30的需要，即
2．装有两台主变压器的变电所
每台变压器的容量SN·T应同时满足以下两个条件：
1）任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷S30的大约60％～70％的需要，即
2）任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要，即
3．车间变电所主变压器的单台容量上限
车间变电所主变压器的单台容量，一般不宜大于1000kV·A（或1250kV·A）。
对装设在二层以上的电力变压器，应考虑其垂直与水平运输对通道及楼板荷载的影响。
如果采用干式变压器时，其容量不宜大于630kV·A。
对居住小区变电所内的油浸式变压器单台容量，不宜大于630kV·A。
4．适当考虑负荷的发展
应适当考虑今后5～10年电力负荷的增长，留有一定的余地。
干式变压器的过负荷能历较小，更宜留有较大的裕量。
这里必须指出：
电力变压器的额定容量SN·T是在一定温度条件下（例如户外安装，年平均气温为20℃）的持续最大输出容量（出力）。
教学内容
板书或旁注
如果安装地点的年平均气温θ0.av≠20℃时，则年平均气温每升高1℃，变压器容量相应地减小1％。
因此户外电力变压器的实际容量（出力）为：
对于户内变压器，由于散热条件较差，一般变压器室的出风口与进风口问有约15℃的温差，从而使处在室中间的变压器环境温度比户外变压器环境温度要高出大约8℃，因此户内变压器的实际容量（出力）较之上式所计算的容量（出力）还要减小8％。
还要指出：
由于变压器的负荷是变动的，大多数时间是欠负荷运行，因此必要时可以适当过负荷，并不会影响其使用寿命。
油浸式变压器，户外可正常过负荷30％，户内可正常过负荷20％。
但干式变压器一般不考虑过负荷。
五、电力变压器并列运行条件
两台或多台变压器并列运行时，必须满足三个基本条件：
（1）并列变压器的额定一、二次电压必须对应相等亦即并列变压器的电压比必须相同，允许差值不超过±5％。
（2）并列变压器的阻抗电压（即短路电压）必须相等
（3）并列变压器的联结组别必须相同这也就是所有并列变压器一、二次电压的相序和相位都必须对应地相同，否则不能并列运行。
此外，并列运行的变压器容量应尽量相同或相近，其最大容量与最小容量之比，一般不能超过3∶1。
如果容量相差悬殊，不仅运行很不方便，而且在变压器特性稍有差异时，变压器间的环流将相当显著，特别是容量小的变压器容易过负荷或烧毁。
湖北水利水电职业技术学院
教师授课教案
课程名称：
工厂供电2006年至2007年第1学期第10次课
班级：
05电气1－2班编制日期：
2006年10月8日
教学单元（章节）：
第四章工厂变配电所及其一次系统
第六节电流互感器和电压互感器
目的要求：
1.了解电流、电压互感器的基本结构原理和接线方案
2.了解电流、电压互感器的类型和型号
3.掌握电流、电压互感器的选择和校验
4.掌握电流、电压互感器的使用注意事项
知识要点：
1.电流、电压互感器的基本结构原理
2.电流、电压互感器的选择和校验
3.电流、电压互感器的使用注意事项
技能要点：
教学步骤：
1.概述互感器的概念及主要功能。
2.电流互感器结构原理，类型，选择校验等。
3.电压互感器的结构原理，类型，选择校验等。
教具及教学手段：
多媒体课堂、现场教学；讲述、分析、图示。
作业布置情况：
课后习题4－4
课后分析与小结：
授课教师：
陈剑授课日期：
20年月日
教学内容
板书或旁注
一、概述
电流互感器又称仪用变流器。
电压互感器又称仪用变玉器。
它们合称仪用互感器或简称互感器。
从基本结构和工作原理来说，互感器就是一种特殊变压器。
互感器的功能主要是：
（1）用来使仪表、继电器等二次设备与主电路绝缘
（2）用来扩大仪表、继电器等二次设备的应用范围
二、电流互感器
（－）电流互感器的基本结构原理和接线方案
电流互感器的一次电流I1，与其二次电流I2，之间有下列关系：
式中，N1，N2，分别为电流互感器一、二次绕组匝数；Κi为电流互感器的电流比，一般表示为其一、二次的额定电流之比，即Κi＝I1N/I2N，例如100A/5A。
电流互感器在三相电路中的几种常见接线方案：
（1）一相式接线
（2）两相V形接线
（3）两相电流差接线（4）三相星形接线
（二）电流互感器的类型和型号
电流互感器的类型很多。
按一次绕组的匝数分，有单匝式（包括母线式、芯柱式、套管式）和多匝式（包括线圈式、线环式、串级式）。
按一次电压分，有高压和低压两大类。
按用途分，有测量用和保护用两大类。
按准确度级分，测量用电流互感器有0.1、0.2、0.5、1、3、5等级，保护用电流互感器有5P、l0P两级。
（四）电流互感器使用注意事项
1．电流互感器在工作时其二次侧不得开路
2．电流互感器的二次侧有一端必须接地
3．电流互感器在连接时，要注意其端子的极性
教学内容
板书或旁注
三、电压互感器
（－）电压互感器的基本结构原理和接线方案
电压互感器的一次电压U1与其二次电压U2之间有下列关系：
式中，N1、N2，为电压互感器一次、二次绕组的匝数；Κu为电压互感器的电压比，一般表示为其额定一、二次电压比，即Ku＝U1N/N2N，例如10000V／100V。
电压互感器在三相电路中有几种常见的接线方案。
（1）一个单相电压互感器的接线供仪表、继电器接于一个线电压。
（2）两个单相电压互感器接成V／V形供仪表、继电器接于三相三线制电路的各个线电压，广泛用在工厂变配电所的6～10kV高压配电装置中。
（3）三个单相电压互感器接成Y0/Y0形供电给要求线电压的仪表、继电器，并供电给接相电压的绝缘监视电压表。
（4）三个单相三绕组电压互感器或一个三相五芯柱三绕组电压互感器接成Y0/Y0/△（开口三角）形其接成Y0的二次绕组，供电给需线电压的仪表、继电器及需线电压的绝缘监视用电压表；接成△（开口三角）形的辅助二次绕组，接电压继电器。
（二）电压互感器的类型和型号
电压互感器按相数分，有单相和三相两类。
按绝缘及其冷却方式分，有干式（含环氧树脂浇注式）和油浸式两类。
（四）电压互感器的使用注意事项
1．电压互感器工作时其二次侧不得短路
2．电压互感器的二次侧有一端必须接地
3．电压互感器在连接时也应注意其端子的极性
湖北水利水电职业技术学院
教师授课教案
课程名称：
工厂供电2006年至2007年第1学期第24次课
班级：
05电气1－2班编制日期：
2006年11月30日
教学单元（章节）：
第四章高、低压电气设备的选择和校验
目的要求：
1
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