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1、工厂供电第章教案 作者： 日期：2 个人收集整理 勿做商业用途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 17 次课班 级： 05电气12班 编制日期:20 06 年 11 月 12 日教学单元（章节)：第三章 短路电流及其计算第一节 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：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:教学步骤：1。 介绍短路的原因及造成的后果 2。 短路的形式
2、 3。 短路的物理过程及其涉及到的物理量教具及教学手段：多媒体课堂教学；讲述、分析、图示、举例。作业布置情况:思考题2、3、4课后分析与小结：授课教师： 陈剑 授课日期:2006 年 11 月 15 日第 页教 学 内 容板书或旁注第一节 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.
3、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
4、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510，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
5、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.教 学 内 容板书或旁注图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32b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
6、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。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 （31)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 （32）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
7、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教 学 内 容板书或旁注（33）短路电流非周期分量是按指数函数衰减的，其表达式为 （3-4）式中 称为短路电流非周期分量衰减时间常数，或称为短路电路时间常数，它就是使i np由最大值按指数函数衰减到最大值的1/e0.3679倍时所需的时间。(三）短路全电流短路电流周期分量ip与非周期分量inp之和即为短路全电流ik。某一瞬时t的短路全电流有效值Ik(t），是以时间t为中点的一个周期内的ip有效值Ip(t)与inp在t的瞬时值inp（t)的方均根值，即（四)短路冲击电流短路冲击电流为短路全电流
8、中的最大瞬时值。由图3-3所示短路全电流ik的曲线可以看出，短路后经半个周期(即0.01s），ik达到最大值,此时的短路全电流即短路冲击电流ish。短路冲击电流按下式计算 或式中，Ksh称为短路电流冲击系数。 （五)短路稳态电流短路稳态电流是短路电流非周期分量衰减完毕以后的短路全电流，其有效值用I表示。在无限大容量系统中，由于系统馈电母线电压维持不变,所以其短路电流周期分量有效值(习惯上用Ik表示）在短路的全过程中维持不变，即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 18 次课班 级： 05电气12班 编制日期：20 06 年
9、 11 月 12 日教学单元（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）目的要求：1。 掌握用欧姆法进行三相短路计算知识要点:1。 欧姆法 2。 电力系统的阻抗计算 3. 电力变压器的阻抗计算 4. 电力线路的阻抗计算技能要点：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：多媒体课堂教学;讲述、分析、举例。作业布置情况：思考题37 习题31课后分析与小结：授课教师： 陈剑 授课日期：2006 年 11 月 17 日第 页教 学 内 容板书或旁注一、概述进行短路电流计算,
10、首先要绘出计算电路图，如后面图35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3-6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RjX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Z和R、X分别为短路电路的总
11、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
12、统的极限短路容量Sk.因此电力系统的电抗为此式中的Uc可直接采用短路点的短路计算电压；Soc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）。教 学 内 容板书或旁注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）；l为线路长度.（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）；l为线路长度。如果线路的结构数据不详时，X0可按表31取其电抗平均值.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
