典型案例在《供電工程》教學(xué)研究中的應(yīng)用

張冉

摘? 要：供電工程是電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)必修課之一，由于學(xué)生缺乏電力系統(tǒng)基本原理和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的了解基礎(chǔ)較差，且該課程非考研科目，因此學(xué)生學(xué)習(xí)該課程知識(shí)的效率不高。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)供電工程的積極性和主動(dòng)性，將電力系統(tǒng)中的電氣安全和防雷過(guò)電壓等關(guān)鍵問(wèn)的的典型案例引入課程的教學(xué)中，講理論知識(shí)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際相結(jié)合，可以提高學(xué)生掌握相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的效率和積極性。

關(guān)鍵詞：案例法? 供電工程? 教學(xué)研究

中圖分類(lèi)號(hào)：G71 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）11（c）-0159-02

《供電工程》是高等學(xué)校工科電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)課。課程內(nèi)容涵蓋了電氣安全、負(fù)荷計(jì)算與分級(jí)、供配電系統(tǒng)與電氣設(shè)備選擇、電氣主接線、短路電流計(jì)算、電力線路選擇、二次回路、防雷及過(guò)電壓等電力系統(tǒng)基本內(nèi)容。為了建設(shè)以航空為主要特色的高水平應(yīng)用型大學(xué)，筆者學(xué)校電氣工程學(xué)院在大三上學(xué)期開(kāi)設(shè)了《供電工程》課程，共32學(xué)時(shí)，教材為機(jī)械工業(yè)出版社出版的國(guó)家十一五規(guī)劃教材《工廠供電》。由于該課程并非考研專(zhuān)業(yè)課，而且學(xué)生在未參加畢業(yè)實(shí)習(xí)時(shí)對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行原理和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的認(rèn)知基礎(chǔ)較差，學(xué)生普遍學(xué)習(xí)積極性不高。為此，該文將供電工程中的典型案例應(yīng)用于課程的教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)課程內(nèi)容。

1? 供電工程中的電氣安全案例

某座建筑物由一臺(tái)1000kVA變壓器采用TN-C-S系統(tǒng)供電，小間的移動(dòng)式設(shè)備由末端配電箱供電，回路首端裝有單相In=20A斷路器，建筑物做總等電位聯(lián)結(jié)，已知截面為50mm2、6mm2、2.5mm2銅電纜每芯導(dǎo)體在短路時(shí)每公里的熱態(tài)電阻值為：0.4Ω、3Ω、8Ω。

1.1? 故障電流

故障電流是指發(fā)生相線碰外殼接地故障時(shí)的電流。該移動(dòng)式設(shè)備發(fā)生相線碰外殼接地故障時(shí)，故障點(diǎn)阻抗、變壓器零序阻抗和電纜電抗可忽略不計(jì)的情況下分析計(jì)算回路故障電流Id。根據(jù)實(shí)際接線，可以根據(jù)對(duì)小間內(nèi)移動(dòng)設(shè)備發(fā)生相線碰外殼接地故障時(shí)的電路進(jìn)行分析。因此，故障電流Id為：Id=U0/（R建筑物外相線+R建筑物內(nèi)相線+R小間內(nèi)相線+? ? ?R小間內(nèi)PE+R建筑物內(nèi)PE+R建筑物外PEN）=220/[2×（0.15×0.4+0.07×3+0.02×8）]=255.81A。該案例給出了建筑物外PEN線與相線截面相同、建筑物內(nèi)PE線與相線截面相同和小間內(nèi)PE線與相線截面相同的條件，因此計(jì)算故障回路電阻時(shí)可以乘2。

1.2 接觸電壓

接觸電壓是指發(fā)生接地故障時(shí)，人體接觸的導(dǎo)電部位與大地之間的電壓。流過(guò)人體的故障電流應(yīng)該小于安全電流30mA。假設(shè)移動(dòng)設(shè)備相線碰外殼的接地故障電流為200A。在建筑物內(nèi)實(shí)施總等電位聯(lián)結(jié)MEB后，該移動(dòng)設(shè)備外殼上的預(yù)期接觸電壓Ut1為小間內(nèi)PE線上的電壓降加上建筑物內(nèi)PE線上的電壓降，即Ut1=Id×R小間內(nèi)PE+Id× R建筑物內(nèi)PE=200×0.07×3+200×0.02×8=74V。采用總等電位聯(lián)結(jié)后的預(yù)期接觸電壓為故障接地點(diǎn)到總等電位聯(lián)結(jié)的電壓，即PE小間內(nèi)PE線上的電壓降加上建筑物內(nèi)PE線上的電壓降。可以看出，總等電位聯(lián)結(jié)對(duì)于降低預(yù)期接觸電壓有一定的效果，但是預(yù)期接觸電壓仍然大于安全電壓50V。在小間內(nèi)實(shí)施局部等電位聯(lián)結(jié)LEB后，該移動(dòng)設(shè)備外殼上的預(yù)期接觸電壓Ut2僅為小間內(nèi)PE線上的電壓降，即：Ut2=Id×R小間內(nèi)PE=200×0.02×8=32V。采用局部等電位聯(lián)結(jié)后的預(yù)期接觸電壓為故障接地點(diǎn)到局部等電位聯(lián)結(jié)的電壓，即小間內(nèi)PE線上的電壓降。與總等電位聯(lián)結(jié)相比，減少了建筑物內(nèi)PE線上的壓降，因此也就有可能將預(yù)期接觸電壓降低到安全電壓50V以下。從該案例可以很好地說(shuō)明局部等電位聯(lián)結(jié)的作用。在移動(dòng)設(shè)備供電回路的首端安裝額定電流In為20A的斷路器，斷路器的瞬動(dòng)電流為12In，根據(jù)《GB 50054-2011低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》，短路電流應(yīng)不小于1.3×12×20=312A。

2? 供電工程中的防雷和過(guò)電壓案例

對(duì)注冊(cè)電氣工某廠根據(jù)負(fù)荷發(fā)展需要，擬新建一座110/10kV變電站，用于廠區(qū)內(nèi)10kV負(fù)荷的供電，變電所基本情況如下：（1）電源取自地區(qū)110kV電網(wǎng)（無(wú)限大電源容量）;（2）主變采用兩臺(tái)容量為31.5MVA三相雙繞組自冷有載調(diào)壓變電器，戶外布置。變壓器高、低壓側(cè)均采用架空套管進(jìn)線;（3）每臺(tái)變壓器低壓側(cè)配置兩組10kV并聯(lián)電容器，每組容量2400kVA，用單星形接線，配12%干式空芯電抗器，選用無(wú)重燃的真空斷路器進(jìn)行投切;（4）110kV設(shè)備采用GIS戶外布置，10kV設(shè)備采用中置柜戶內(nèi)雙列布置;（5）變電站接地網(wǎng)水平線地極采用?20熱鍍鋅圓鋼，垂直接地極采用L50×50×5熱鍍鋅角鋼，接地網(wǎng)埋深0.8m。

2.1 直擊雷防護(hù)措施

該變電站采用獨(dú)立避雷針進(jìn)行直擊雷保護(hù)，具體要求為：（1）獨(dú)立避雷針宜設(shè)獨(dú)立的接地裝置。在非高土壤電阻率地區(qū)，其接地電阻不應(yīng)超過(guò)10Ω;（2）獨(dú)立避雷針宜設(shè)獨(dú)立的接地裝置，接地電阻難以滿足要求時(shí)，該接地裝置可與主接地網(wǎng)連接，但避雷針與主接地網(wǎng)的地下連接點(diǎn)至35kV及以下設(shè)備與主接地網(wǎng)的地下連接點(diǎn)之間，沿接地體的長(zhǎng)度不得小于l5m;（3）獨(dú)立避雷針不應(yīng)設(shè)在人經(jīng)常通行的地方，避雷針及其接地裝置與道路或出入口等的距離不宜小于3m，否則應(yīng)采取均壓措施，或鋪設(shè)礫石或?yàn)r青地面，也可鋪設(shè)混凝土地面。架空線路防止雷電反擊的措施，依據(jù)《交流電氣裝置的過(guò)電壓和絕緣配合》DL/T 621-1997第5.1.2條c款。因雷擊架空線路避雷線、桿頂形成的作用于線路絕緣的雷電反擊過(guò)電壓，與雷擊參數(shù)、桿塔型式、高度和接地電阻有關(guān)，宜適當(dāng)選取桿塔接地電阻，減少雷電反擊過(guò)電壓的危害。

2.2 過(guò)電壓防護(hù)措施

依據(jù)《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》DL/T 620-1997中第4.2.1條，范圍I（系統(tǒng)最高電壓3.6～252kV）的線路合閘和重合閘過(guò)電壓一般不超過(guò)3.0倍，通常不需要采取限制措施。依據(jù)《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50227-95第4.2.10.3條：當(dāng)需要限制電容器極間和電源側(cè)對(duì)地過(guò)電壓，且電抗率為12%及以上時(shí)，可采用避雷器與電抗器并聯(lián)和中性點(diǎn)避雷器的接線。

3? 結(jié)語(yǔ)

該文將供電工程中電氣安全、防雷過(guò)電壓等常見(jiàn)問(wèn)題作為案例引入課堂教學(xué)，將教材的理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題相結(jié)合，從而使學(xué)生更透徹地理解課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，并學(xué)會(huì)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。此外，還可以將負(fù)荷分級(jí)和計(jì)算、電氣主接線等實(shí)際案例融入課堂的教學(xué)過(guò)程中，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

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