串联电路和并联电路十篇

串联电路和并联电路篇1

教学目标

1.理解串联电路和并联电路的连接特点.

2.会连接简单的串联电路和并联电路．

3.会画简单的串、并联电路图．

4.通过实验与观察培养学生的分析和概括能力．

教学建议

教材分析

本节的教学内容有：串联电路和并联电路的连接特点、连接简单的串联电路和并联电路、画简单的串、并联电路图．教材首先提出了"如何将两个灯泡连在电路中，要求一只灯泡亮时另一只也亮，一只熄灭时另一只也熄灭"以及"两个灯泡，要求各自开关、互不影响"两个问题，作为讨论两种最基本的电路：串联电路和并联电路的出发点．初中阶段只学习简单电路，这是学生学习电路知识的开始．能辨认出实际的电路是串联还是并联，会画出合乎要求的电路图以及根据电路图来连接电路，这对刚学电路知识的学生来说都是比较困难的．教学中应充分利用教材中的插图、习题，并通过教师的示范及学生亲自动手等，使学生逐步掌握这些技能．要注意教给学生连接电路的方法，提高演示实验的可见度．演示实验最好利用示教板进行，将平铺在讲台上的器材悬挂在示教板上，边讲解，边操作．教师的演示将对学生起示范作用，因此要注意操作的规范性．

教法建议

教学中不要引入混联电路知识．对于串联电路及并联电路的定义，不必追求严谨，只要指出电路元件的连接特点，即把电路元件逐个顺次连接起来的电路叫做串联电路，在串联电路中通过一个电路元件的电流，同时也通过另一个；把元件并列地连接起来的电路叫做并联电路，在并联电路中干路里的电流再分支而分为两部分（两路并联的情况），一部分流过第一条支路中的元件，另一部分流过第二条支路的元件．对于串联电路要强调"逐个顺次"，对于并联电路要强调"并联在两分支处"．不要简单地把串联电路说成是连在一串，把并联电路说成是并排连接．教材中介绍的电流的流向特点，是判断串联或是并联的重要依据，要多举实例介绍．

电路连接是一个很实际的问题，作为实例，教材列举了节日装饰用的小彩灯、家用电器及电冰箱内的压缩机和照明灯泡．如果这些实例在当地不常见，教师应联系当地的常见实例来讲解，不要硬讲一些学生不熟悉的实例．

对于初学电路的学生来说，正确画出电路图和根据电路图连接电路都是不容易的．因此建议把教师的讲述和学生自己的动手紧密结合起来，如介绍串联电路后，就让学生做串联电路的实验，画串联电路的实物连接图和电路图；介绍完并联后，就让学生做并联电路的实验，画并联电路的实物连接图和电路图，使学生有较多的在教师指导下自己动手练习的机会

教学设计方案

1.复习提问：

(1)用磁性黑板上如图4-6的电路，复习上一节电路的知识．

(2)利用投影仪、投影胶片，复习电路元件的符号．

(3)请同学画图4-6的电路图．

(4)找出几个错误的电路图，指出不合要求的地方．

2.引入新课

(1)提出问题：在图4-6的电路里，我们只用了一个用电器，可是在一个实际电路里，用电器往往不只一个有时有两个、三个，甚至更多个，那么怎样将它们连入电路呢?

(2)让学生连接电路并画出电路图：用一个电池阻，两个灯泡L1和L2，一个开关和几根导线组成一个电路．要求闭合开关时，两灯都亮，开关断开时，两灯都熄灭，想想看，有几种连接方法，画出电路图(可画在玻璃纸上，以便于在投影仪上进行分析和订正)．

(3)分析几位学生所画的电路图，引出"串联电路和并联电路"课题

3.进行新课

(1)串联电路和并联电路：

串联电路：把电路元件逐个顺次连接起来．

并联电路：把电路元件并列连接起来．

练习1：如图4-19(事先复印在投影胶片上)．请同学们用笔迹代替导线，将L1和L2组成串联电路，画出它们的连接图，并画出它的电路图．

(2)讨论串联电路的特点

实验：请一位同学在磁性黑板上把图4-19中的元件连成串联电路．

①合上、打开开关S，观察现象．

②提问：看到什么现象了?--两灯同时亮，同时熄灭．

③调换开关S的位置对串联电路有无影响?可能有学生说："开关必须接在电源正极和灯之间才起作用，若将开关放在灯和负极之间，即使开关打开，灯也能亮，因为电流已经流到灯泡那了．"这种说法对吗?为什么?让学生实验操作证明一下?．

小结：串联电路的特点：电流只有一条路径，通过一个元件的电流同时也通过另一个；电路中只需要一个开关，且开关的位置对电路没有影响．

想一想，你日常生活中见到哪些电路属于串联电路?教室里的灯能用串联的方法吗?

(3)讨论并联电路：

练习2：将图4-19中的笔迹用湿布擦掉，再用新的笔迹代替导线，将L1和L2组成并联电路，开关S同时控制两盏灯，画出它的实际连接图．（可将几位同学所画的连接图，在投影仪上进行评析．）

练习3：找出几个存在短路、部分短路、导线交叉等错误的电路连接图，指出电路连接图中的错误和不足．

实验：找一位同学到磁性黑板上连接课本上图4-20的并联电路．

①闭合、断开开关，观察开关S控制几盏灯?

②熄灭一盏灯，观察另一盏灯的发光情况．

③分析电流有几条路径．

④利用投影片，在并联电路图上标出电流方向，找到分、合点．在并联电路中，电流没有分支的地方叫干路，分开以后的路径叫支路．观察实验2中的开关S是在干路上还是在支路上?若想方便地控制使用每一盏灯，应该怎么办?(做课本上在干路和支路上都有开关的演示)

小结：并联电路的特点：

①电流有两条(或多条)路径；

②各元件可以独立工作；

③干路的开关控制整个干路，支路的开关只控制本支路．

试分析教室里的灯是怎样连接的?

指导学生看①课本中家用电器的连接图的和电冰箱内的电路图．

串联电路和并联电路篇2

一、串、并联电路中的电流特点

1.探究串联电路中的电流

把用电器逐个顺次连接起来组成的电路叫串联电路.它的基本特征是整个电路只有一条回路，没有“分支点”.电流的方向是，电流从电源的正极流出，通过用电器流回电源的负极.那么在串联电路中各处的电流大小有怎样的关系呢？请同学们猜想：

（1）串联电路中电流通过用电器后可能越来越小；

（2）串联电路中电流通过用电器后可能越来越大；

（3）串联电路中电流大小通过用电器后可能不变.

如何设计和进行实验验证呢？

（1）按图1所示的电路图连接好电路.若测A处电流就把该处接线断开，把电流表串联接入A处，选择合适的量程，使电流从“+”接线柱流入，从“-”接线柱流出.闭合开关S，测出A处的电流为IA.然后用同样的方法测出B、C处的电流分别为IB、IC，并把测得的数据记录在表一中.

表一

（2）换上不同规格的小灯泡或改变电源电压，至少测量3组数据.若实验次数太少，得出的结论具有偶然性.

根据测得的多组实验数据分析，即可得出串联电路中的电流特点：串联电路中电流处处相等.表达式为：IA=IB=IC（或I1=I2，I1、I2分别表示为通过灯泡L1、L2的电流）.

2.探究并联电路中的电流

把用电器并列地连接在电路的两点间所组成的电路叫并联电路.它的基本特征是由两条及以上支路组成，有“分支点”.每条支路都和干路形成回路，有几条支路，就有几条回路.那么在并联电路中各处的电流大小又有怎样的关系呢？请同学们再猜想：

（1）干路上的电流与各支路上的电流可能相等；

（2）干路上的电流可能等于各支路上的电流之和.

如何设计和进行实验验证呢？

（1）按图2所示电路连接好电路.在电路中的A、B、C处先后串联接入电流表，选择合适的量程，测出各处的电流大小分别为IA、IB、IC，并把测得的数据记录在表格中（设计实验记录表格同表一，略）.

（2）换上不同规格的小灯泡或改变电源电压，再测量几组数据.

根据测得的多组实验数据分析，即可得出并联电路中的电流特点：干路中的电流等于各支路中的电流之和.表达式为：IA

=IB+IC（或I=I1+I2）.

二、串、并联电路中的电压特点

1.探究串联电路中的电压

串联电路两端的总电压和各用电器两端的电压之间有什么关系呢？我们把电压类比为水压（水位差），猜想：串联电路两端的总电压可能等于各用电器两端的电压之和.

如何设计和进行实验验证呢？

（1）按图3所示的电路图连接好电路.先将电压表并联在L1的两端（即连接在A、B两点间），选择合适的量程，注意电压表“+”“-”接线柱接法正确.闭合开关S，测出L1两端的电压为U1.然后用同样的方法测出L2两端的电压为U2和A、C两点间的电压为U，并将测得的数据记录在表二中.

表二

（2）换上不同规格的灯泡或改变电源电压，再测几组数据.

分析测得的实验数据，即可得出串联电路中的电压特点：串联电路两端的总电压等于各用电器两端的电压之和.表达式为：U=U1+U2.

2.探究并联电路中的电压

在并联电路中，各支路两端的电压跟总电压之间有什么关系呢？猜想：并联电路两端的总电压可能跟各支路两端的电压相等.

如何设计和进行实验验证呢？

（1）按图4所示的电路图连接好电路.先将电压表并联在L1的两端，测出L1两端的电压U1.然后用同样的方法测出L2两端的电压U2和A、B两点间的电压U，并将测得的数据记录在表格中（设计实验记录表格基本同表二，略）.

（2）换上不同规格的灯泡或改变电源电压，再测几组数据.

分析测得的实验数据，即可得出并联电路中的电压特点：并联电路两端的总电压和各支路两端的电压相等.表达式为：U=U1=U2.

三、串联分压与并联分流特点

1.串联电路的分压作用

如图5所示，电阻R1和R2串联，设电路中的电流为I，R1两端的电压为U1，R2两端的电压为U2，串联电路两端的总电压为U.

因为串联电路中电流处处相等，故通过R1和R2的电流相同，都为I.由欧姆定律得I=■=■，故■=■，这个公式称为分压公式.即在串联电路中，各个电阻分配的电压跟它们的阻值成正比.此规律也可以通过实验探究获得.

例1 一只小灯泡的额定电压为8V，正常发光时的电阻为20Ω，现将该小灯泡接在12V的电源上，为使其正常发光，应

联一个 Ω的电阻.

分析 小灯泡的额定电压为8V，而电源电压为12V，高于小灯泡正常工作时的电压，故不能直接接到电源上.我们应该想到串联电路具有分压作用，用一个电阻和小灯泡串联，分担多余的电压，就可以保证小灯泡正常工作.串联一个阻值多大的电阻呢？直接利用分压公式进行计算，也可以利用欧姆定律和串联电路电流电压特点进行计算.

解答 方法一：应串联一个电阻R，它应分担的电压为UR=U-UL=12V-8V=4V，

利用分压公式，得：■=■，

故R=■RL=■×20Ω=10Ω.

方法二：小灯泡的额定电压UL=8V，串联电阻分担的电压为UR=U-UL=12V-8V=4V，小灯泡正常发光时的电流是I=■=■

=0.4A，而串联电路中通过每个用电器的电流相等，故应串联一个阻值为R=■=■=10Ω的电阻.

2.并联电路的分流作用

如图6所示，电阻R1和R2并联在电压为U的电路中，设通过R1支路的电流为I1，通过R2支路的电流为I2.

因为并联电路中总电压和各支路两端的电压相等，故U=U1=U2.由欧姆定律得I1R1=I2R2，故■=■，这个公式称为分流公式.即并联电路支路中的电流跟它们的阻值成反比.此规律同样可以通过实验探究获得.

例2 一只量程为500mA的电流表表头，它的内阻只有0.2Ω，若要把它的量程扩大为3A，该怎样做？

分析 电流表表头的量程和内阻一般都很小，直接使用只能测量较小的电流.若要测量较大的电流，必须将表头和一个电阻并联.我们知道，并联电路有分流作用，通过与一个电阻并联，可以分走多余的电流，从而确保电流表表头的安全.我们使用的双量程电流表，就是将同一个表头和不同的电阻并联，从而扩大为不同的量程.

串联电路和并联电路篇3

知识目标

1．巩固串联电路的电流和电压特点.

2．理解串联电路的等效电阻和计算公式.

3．会用公式进行简单计算.

能力目标

1．培养学生逻辑推理能力和研究问题的方法.

2．培养学生理论联系实际的能力.

情感目标

激发学生兴趣及严谨的科学态度，加强思想品德教育.

教学建议

教材分析

本节从解决两只5Ω的定值电阻如何得到一个10Ω的电阻入手引入课题，从实验得出结论.串联电路总电阻的计算公式是本节的重点，用等效的观点分析串联电路是本书的难点，协调好实验法和理论推导法的关系是本书教学的关键．

教法建议

本节拟采用猜想、实验和理论证明相结合的方式进行学习.

实验法和理论推导法并举，不仅可以使学生对串联电路的总电阻的认识更充分一些，而且能使学生对欧姆定律和伏安法测电阻的理解深刻一些．

由于实验法放在理论推导法之前，因此该实验就属于探索性实验，是伏安法测电阻的继续．对于理论推导法，应先明确两点：一是串联电路电流和电压的特点．二是对欧姆定律的应用范围要从一个导体扩展到几个导体（或某段电路）计算串联电路的电流、电压和电阻时，常出现一个“总”字，对“总”字不能单纯理解总和，而是“总代替”，即“等效”性，用等效观点处理问题常使电路变成简单电路．

教学设计方案

1．引入课题

复习巩固，要求学生思考，计算回答

如图所示，已知，电流表的示数为1A，那么

电流表的示数是多少？

电压表的示数是多少？

电压表的示数是多少？

电压表V的示数是多少？

通过这道题目，使学生回忆并答出串联电路中电流、电压的关系

（1）串联电路中各处的电流相等．

（2）串联电路两端的总电压等于各支路两端的电压之和．

在实际电路中通常有几个或多个导体组成电路，几个导体串联以后总电阻是多少？与分电阻有什么关系？例如在修理某电子仪器时，需要一个10的电阻，但不巧手边没有这种规格的电阻，而只有一些5的电阻，那么可不可以把几个5的电阻合起来代替10的电阻呢？

电阻的串联知识可以帮助我们解决这个问题．

2．串联电阻实验

让学生确认待测串联的三个电阻的阻值，然后通过实验加以验证．指导学生实验．按图所示，连接电路，首先将电阻串联入电路，调节滑动变阻器使电压表的读数为一整数（如3V），电流表的读数为0．6A，根据伏安法测出.

然后分别用代替，分别测出．

将与串联起来接在电路的a、b两点之间，提示学生，把已串联的电阻与当作一个整体（一个电阻）闭合开关，调节滑动变阻器使电压示数为一整数（如3V）电流表此时读数为0．2A，根据伏安法测出总电阻．

引导学生比较测量结果得出总电阻与、的关系.

再串入电阻，把已串联的电阻当作一个整体，闭合开关，调节滑动变阻器，使电压表的示数为一整数（如3V）电流表此时示数为0．1A，根据伏安法测出总电阻．

引导学生比较测量结果，得出总电阻与的关系：.

3．应用欧姆定律推导串联电路的总电阻与分电阻的关系：

作图并从欧姆定律分别求得

在串联电路中

所以

这表明串联电路的总电阻等于各串联导体的电阻之和．

4．运用公式进行简单计算

例一把的电阻与的电阻串联起来接在6V的电源上，求这串联

电路中的电流

让学生仔细读题，根据题意画出电路图并标出已知量的符号及数值，未知量的符号．

引导学生找出求电路中电流的三种方法

（1）（2）（3）

经比较得出第（3）种方法简便，找学生回答出串联电路的电阻计算

解题过程

已知V，求I

解

根据得

答这个串联电路中的电流为0.3A.

强调欧姆定律中的I、U、R必须对应同一段电路.

例二有一小灯泡，它正常发光时灯丝电阻为8.3，两端电压为2.5V.如果我们只有电压为6V的电源，要使灯泡正常工作，需要串联一个多大的电阻？

让学生根据题意画出电路图，并标明已知量的符号及数值，未知量的符号.

引导学生分析得出

（1）这盏灯正常工作时两端电压只许是2.5V，而电源电压是6V，那么串联的电阻要分担的电压为

（2）的大小根据欧姆定律求出

（3）因为与串联，通过的电流与通过的电流相等.

（4）通过的电流根据求出.

解题过程

已知，求

解电阻两端电压为

电路中的电流为

串联电路和并联电路篇4

关键词： 线路绝缘并联间隙防雷保护

中图分类号：F532.7 文献标识码：A 文章编号：

1、前言

东莞市地处我国南部，毗邻南海，属于低纬度亚热带季风区，雷暴活动剧烈，雷电强度大。根据当地气象部门统计年平均雷暴日在90天左右。东莞市的输电线路绝缘配置几乎100％采用复合绝缘子，线路在遭受雷击闪络后，绝缘子及附件有损坏现象，特别是复合绝缘子的均压环局部损坏严重，加装并联间隙对绝缘子及其附件可起到保护的作用，减轻了线路运行人员巡线的工作量。目前，在国内江苏省电力公司和北京供电公司陆续在一些220kV和110kV输电线路安装试用了绝缘子并联间隙，国外欧洲国家和日本等国家在线路设计时开始考虑安装并联间隙，但国内并联间隙尚未在如东莞这样雷电活动如此强烈的地区得到应用。

为了减少东莞市110kV架空输电线路的雷电灼烧绝缘子，引起局部停电的恶性事故。东莞供电局要求对110kV架空输电线路进行加装并联间隙防雷研究，分析现运行线路加装并联间隙防雷对线路跳闸率的影响，并在相应提高线路绝缘配置基础上，结合现有运行的杆塔条件及复合绝缘子串等相关参数作线路电气计算和技术经济对比，确定加装并联间隙防雷的线路设计方案。

2、并联间隙防雷保护原理

110kV架空输电线路并联间隙防雷是一种疏导式的防雷保护，其思路是将绝缘子串并联加装上一种间隙装置，缩短雷电放电距离，疏导雷电能量放电释放，减少工频电弧。110kV架空输电线路绝缘子串加装并联间隙防雷必须是供电部门允许输电线路有一定程度的雷击跳闸率增加，但雷击闪络必须马上重合闸能够成功，不会对线路设备造成破坏，不影响正常供电。

110kV架空输电线路加装并联间隙防雷是在线路绝缘子串的两端并联一对金属棒型电极，形成防雷保护间隙，又称招弧角，悬垂串、耐张串加装并联间隙示意图见图2-1和图2-2，加装线路保护间隙后绝缘子串的雷电放电距离小于正常绝缘子串的串长，约为绝缘子串长的85~90%。正常运行时，绝缘子并联间隙装置具有均匀工频电场的作用；架空输电线路在遭受雷击时，绝缘子串上产生很高的雷电过电压，但因并联保护间隙的雷电冲击放电电压低于绝缘子串的放电电压，故保护间隙首先放电，接续的工频电弧在电动作用力和热应力共同作用下，通过并联间隙上下两端部形成的放电通道，被引导至并联间隙电极端头，固定在并联间隙电极端头上燃烧，并最终借助电动力沿电极端头吹开及消散，从而保护绝缘子免于电弧灼烧绝缘子或附件，减少了雷击造成线路绝缘破坏，并联间隙电极端头上燃烧形成的黑斑，巡线人员用望远镜在塔下非常容量发现，从而大大减少线路人员巡线工作量。

图2-1110kV复合绝缘子悬垂串用并联间隙

图2-2110kV复合绝缘子耐张串用并联间隙

3、东莞110kV架空输电线路加装并联间隙防雷的设计方案

3.1现运行的110kV架空输电线路加装并联间隙防雷的设计方案

在现运行的110kV架空输电线路直接加装并联间隙防雷，由于直接加装并联间隙将原有的绝缘子串短接较多，试装线路加装并联间隙前后的绝缘子串绝缘高度比Z/Z0控制在85~90%范围，加装后将导致线路的雷击跳闸率比规程值大大提高。

为了让线路加装并联间隙后线路的雷击跳闸率又不会很大程度提高，应对110kV输电线路的绝缘配置在满足设计规程规范的要求基础上，相应提高线路的绝缘水平，以满足加装并联间隙防雷的要求。经对东莞市现运行的110kV输电线路杆塔结构及线路绝缘配置进行调查，现运行的双回路或四回路直线塔导线横担间距为3.5米，ZGu2、ZGu3、ZGuS 导线横担为捏型横担（单挂点），ZGuS6301导线横担为鸭嘴型双角钢横担（双挂点）。110kV输电线路设计按加装并联间隙后绝缘子串的缩短配置线路绝缘，取Z/Z0的大值90%配置线路绝缘水平，进行塔头电气间隙校验，对耐张铁塔加长1片绝缘子再加装并联间隙，塔头均满足电气间隙要求；对直线铁塔加长1片绝缘子再加装并联间隙，塔头电气间隙校验如下：

1、杆塔全高在40米及以下的绝缘子串加长1片绝缘子后，单导线单联悬垂复合绝缘子串全串长为1837 mm，对应单导线双联悬垂复合绝缘子串全串长为1947 mm。经塔头电气间隙校验，ZGu2、ZGu3、ZGuS 、ZGuS6301四种塔型均满足电气间隙要求。

2、杆塔全高在40~50米内的绝缘子串加长1片绝缘子后，单导线单联悬垂复合绝缘子串全串长为1982 mm，对应单导线双联悬垂复合绝缘子串全串长为2092 mm。经塔头电气间隙校验，对单联串ZGu2、ZGu3、ZGuS 、ZGuS6301四种塔型均满足电气间隙要求；对双联串ZGu2、ZGu3、ZGuS 、ZGuS6301四种塔型均不能满足电气间隙要求。

修改方案：将原单挂点双联悬垂复合绝缘子串改为双联双挂点悬垂复合绝缘子串，对ZGu2、ZGu3、ZGuS 三种塔型需对导线横担修改为鸭嘴型双角钢横担（双挂点），修改后每相横担约增加约100kg。ZGuS6301塔型导线横担不需要修改。

3、杆塔全高在50~60米内的绝缘子串加长1片绝缘子后，对应单导线单联悬垂复合绝缘子串全串长为2148 mm，对应单导线双联悬垂复合绝缘子串全串长为2258 mm。经塔头电气间隙校验，对单联、双联串ZGu2、ZGu3、ZGuS 、ZGuS6301四种塔型均不满足电气间隙要求。

修改方案：加装并联间隙防雷改为加装线路避雷器，增加费用5000~6000元。

3.2新建110kV架空输电线路加装并联间隙防雷的设计方案

新建110kV架空输电线路基建工程设计应执行南方电网公司标准化设计铁塔，直线和耐张铁塔导线横担间距均为4.0米，导线横担为鸭嘴型双角钢横担（双挂点）。110kV输电线路设计按加装并联间隙后绝缘子串的缩短配置线路绝缘，取Z/Z0的值上限90%配置线路绝缘水平，进行塔头电气间隙校验，对直线铁塔、耐张铁塔加长1片绝缘子进行配置线路绝缘（复合绝缘子提高一绝缘级别选型）再加装并联间隙，塔头均满足电气间隙要求，因此线路设计可以按加长1片绝缘子配置绝缘，再直接加装并联间隙设计。

4、存在问题分析

1、110kV架空输电线路加装并联间隙防雷，可以减少雷击造成线路绝缘破坏，引起局部停电的恶性事故，同时大大减轻线路运行人员巡线的工作量，但由于加装了并联间隙缩短了雷电绝缘放电水平，导致雷击跳闸率增加约10~35%，虽然雷击闪络基本上可以重合闸能够成功，不影响正常供电，但南方电网公司对雷击跳闸率考核指标会有所上升。

2、对现运行110kV架空输电线路加装并联间隙防雷，需长时间停电作业施工，对供电用户的正常生产的生活以及供电局的供电量带来一定的影响。

3、新建110kV架空输电线路加装并联间隙防雷，技术上可行，也不需要增加很多费用，只是绝缘配置与南网标准化设计要求不一致，需在可研阶段取得审查专家同意。

5、结论及建议

1、对现运行的110kV架空输电线路杆塔全高在50米以内加装并联间隙，尽量通过修改并联间隙设计结构，使加装并联间隙后绝缘子串的绝缘距离缩短值缩小，以保证 Z/Z0的值大于90%，采用不增加绝缘子串长直接加装并联间隙防雷的设计方案。

2、对现运行的110kV架空输电线路加装并联间隙杆塔全高在50米及以上，加装并联间隙改为加装线路避雷器。

3、新建110kV架空输电线路加装并联间隙防雷，配置绝缘按绝缘子串加长1片绝缘子设计（复合绝缘子提高一绝缘级别选型），再加装并联间隙防雷。

参与文献：

串联电路和并联电路篇5

本节课要突出的重点是串联电路的电流、电压和电阻的三个特点和串联电路的分压作用。方法是为了突出重点，首先设计学生活动，让学生们在实验探究的过程中记录数据、分析数据、归纳得出结论。

本节课要突破的另一个难点是总电阻（等效电阻）的概念、串联电路电阻关系的实验测定和理论推导。方法是引导学生思考，然后实验探究，通过电流值的比较找到等效电阻。原来的教学流程是各环节活动安排（见图1）。

一、活动1：探究串联电路中电流和电压的规律

（1）猜测：在图2所示电路中，通过A、B、C各点的电流之间可能有怎样的大小关系？AB、BC、AC两点之间的电压可能有怎样的大小关系？

（2）按电路图连接电路，用电流表测量电路中通过A、B、C三点的电流，并填入表1。

由此可以得出初步结论：________________________________________。

（3）用电压表测出电路中AB、BC、AC两点之间的电压，并填入表2。

由此可以得出初步结论：________________________________________。

二、活动2：寻找5欧和10欧两个串联电阻的等效电阻

思考：寻找一个新的电阻替代原来电路中的R1和R2，使得在电源电压保持不变的条件下，电路中的电流与原来串联电路中的电流相等。（见表3）

实验结果表明：________________________________________________。

三、活动3：探究串联电路与电阻的关系

例题1：甲、乙两个导体的阻值分别为R1=10欧、R2=20欧，串联在电压为3伏的电源上，求两个导体两端的电压U1和U2。

该教学设计也是在充分考虑到教材、课程标准和学生的学情等方面的因素，经过一次试讲后成形的。在正式上课的过程中自己觉得时间有点紧张，给予学生思考交流的时间、空间不够，评委老师对此的指导意见是：

（1）教学过程有点头重脚轻的感觉，等效电阻的实验探究老师的指导不够，对于等效的意义解释不够清楚。

（2）教学内容有点多，教材处理方面可以灵活，比如电流和电压的特点探究放在课前，这样就能更充分地探究串联电路的等效电阻和推导分压作用。

后来我对自己的教学流程做了改进，直接用小彩灯做实验并有意破坏其中一个灯，对比前后的实验现象，判断小灯的连接方式，结合前面电路学习时测量的电流和电压数据直接归纳出电流和电压的规律，“请同学们根据我们前面学习的电阻大小与导体长度的关系猜想一下串联电路中电阻的特点”，一个提问直接过渡到学生对电阻的探究，提出猜测，实验探究，记录数据。然后各小组交流数据，分析归纳，采取等效替代的方法实验探究得出电阻的规律。通过例题巩固串联电路的特点，引出电阻大的导体两端电压多，利用欧姆定律和串联电路中电流规律推导电压的分配规律。（见图3）

改进后的各个环节活动安排：

活动1： 小组交流电路学习时测量的电流和电压数据直接归纳出电流和电压的规律。

活动2：寻找5欧和10欧两个串联电阻的等效电阻。（见图4和表4）

思考：寻找一个新的电阻替代原来电路中的R1和R2，使得在电源电压保持不变的条件下，电路中的电流与原来串联电路中的电流相等。

实验结果表明：________________________________________________。

活动3：练一练。

例题2：甲、乙两个导体的阻值分别为R1=10欧、R2=20欧，串联在电压为3伏的电源上，求通过两个导体的电流和两端的电压U1和U2。

“大家发现哪个电阻两端的电压分得多？”通过计算分析得出猜想“串联电路中导体电阻越大，两端分得电压越多”，利用欧姆定律和串联电路中电流规律推导串联电路的分压作用。

串联电路和并联电路篇6

授课时间：      授课地点:

授课教师：      授课课题:串并联电路的电阻关系

一  教学目标

知识与技能

1.培养学生理论联系实际，学以致用的科学思想。

过程与方法

1.体会等效电阻的含义，学会等效替代的研究方法。

情感态度与价值观

1． 能根据欧姆定律以及电路 的特点，得出串、并联电路中电阻的关系。

2．能进行两个电阻的串、并联电路的分析和计算。

二 教学重难点

重点：欧姆定律在串、并联电路中的应用。

难点：串、并联电路计算中公式的选择。

三 课前准备

电池组、开关、导线、电流表、定值电阻等。

四 教学过程

1. 复习回顾

2. 新课引入

演示：（1）将一个电阻接入电路，读出电流表示数

（2）将两个电阻接入电路，读出电流变示数

现象：一个电阻和两个电阻电流表示数一样，效果相同

阅读课本p93问题与思考，解释什么叫做等效电阻 

1. 串联电路中的电阻规律：

推论：串联电路的总电阻比任何一个分电阻都大。

例题1：把一个4Ω的电阻R1和一个5Ω的电阻R2串 联在电路中，如图12-7所示，电源两端的电压为 6V。这个电路中的电流是多大？

2. 并联电路中的电阻规律：

推论：并联电路中，总电阻比任何一个分电阻都小。

练习课本p96例题2，并用不同的方法解答

五 课堂总结：

1．串联电路中电流、电压和电阻的关系。

2．并联电路中电流、电压和电阻的关系。

串联电路和并联电路篇7

关键词：并联电容器组；串联电抗器；电抗率；谐波

0前言

目前，随着电力电子技术的广泛应用与发展，电力系统中的非线性负载大量增加，由于它们多以开关方式工作，会很容易引起电网内电流、电压的波形发生畸变，从而引起电网谐波“污染”；另外，随着各级各类用户的不断增加，为了提高电压质量，减少无功损耗，提高电网的安全、经济运行，从而需要增加大量的无功电源来提高电网的功率因数，因此，通过加装并联电容器组来进行无功补偿，这是最为经济和有效的措施。

由于电容器组是容性负荷，其很容易与系统中的感性负荷形成一个振荡回路，从而在电容器组投入时会产生一个高倍的合闸涌流，对电容器组造成很大的冲击；另外，由于电容器组的容抗与频率成反比，其谐波容抗和系统的谐波感抗配合，将造成并联谐振和谐波成倍放大，从而严重损坏电网中的电气设备，破坏电网的正常运行。因此，在并联电容器组的设计中应考虑限制涌流和抑制谐波的问题，而合理地配置串联电抗器就能较好地解决这些问题。

1 限制涌流

电网是一个很复杂的系统，其由很多设备元件组成，但我们可以通过等效电路的方法，将其简化为如下图的回路。

图1 并联电容器组与串联电抗回路图

如图1所示，Ls可忽略不计，Ls、L分别为系统的感抗和串联电抗器的电抗。

1.1 根据国标GB/11024.1-2001“附录D”中的规定，电容器合闸涌流的计算方法为：

r）

将电容器组中已投入运行的电容器并联：

Is=(U√Z)/( √Xc*Xl)

其中Xc=3U2(1/Q1+Q2)*10-6

按上面的计算办法是在没有串联电抗器的情况下，如补偿装置的接入处短路容量很大，而电容器组的容量很小，那么电容器的合闸涌流可达几十倍的额定电流都有可能的。

1.2 限制合闸涌流电抗率的计算：

根据电容器装置的设计标准要求，电容器组的合闸涌流必须限制在额定电流的20倍以内。根据资料在工程上这样计算的：

从式中可以看出λ≤20就可满足要求。那么电抗率K= Xl /Xc

将K代入上式得：λ=1+√（Xc/Xl），设λ≤20，即得K≥0.3%

由此可见，并联补偿电容器组中串联一定电抗值的电抗器，就可以把涌流限制在一定的倍数内，而且只要串联较小的电抗值的电抗器，补偿支路的合闸涌流就已经有限了。

2 抑制谐波

在并联电容器组接入谐波“污染”的系统前，如果不采取必要的措施，并联电容器组的容性负荷性质，就会很容易与系统中的感性负荷形成振荡回路，将电网的谐波放大。谐波电流叠加在电容器组的基波电流上，使电容器组的运行电流有效值增大，温度升高，甚至引起过热而降低电容器组的使用寿命或使电容器损坏。叠加在电容器组基波电压上的谐波电压，不仅使电容器组运行电压的有效值增大，而且可能使峰值电压增大很多，导致电容器组在运行中发生局部放电而不能熄灭，造成电容器组的损坏。解决这一问题的有效措施是在并联电容器组回路中串联电抗器。但是串联的电抗器绝不能与电容器组随意组合，更不能不考虑系统的谐波。

因此，在探讨谐波与电容器的相互影响时，要认识谐波对电容器组、电抗器的影响及电容器组、电抗器承受谐波的能力；更重要的，是要认识电容器组对谐波电流的放大作用。合理地配置电容器组和电抗器，才能避免谐振，控制其谐波电流放大。

图2 串联电抗器计算电路图

如图2所示。In为谐波源电流，相对于n次谐波，系统感抗、电抗器感抗、电容器组容抗分别为nXs、nXl、Xc/n,由此可得：

Isn=In(nXl-Xc/n)/(nXs+nXl-Xc/n)…………..(1)

Icn=In*nXs/(nXs+nXl-Xc/n)………… (2)

由公式（1）、（2）可知：

a：当nXl-Xc/n=0时，即nXl=Xc/n，电容器组支路的阻抗为0时，电容器组支路发生串联谐振，其支路为滤波回路。

b：当nXl-Xc/n＞0时，即nXl＞Xc/n，电容器组支路呈现感性时，不会和系统的感性负荷产生谐振而造成谐波放大。

c：当nXl-Xc/n

当电容器组电抗率a= Xl / Xc *100%, nXl-Xc/n=0时，n=√Xc/Xl=1/√a得出a=1/n2

对于电容器在支路而言，要抑制n次谐波，其支路的电抗率需满足条件：a＞1/n2，因此，在变电站设计中，为抑制3次谐波，我们通常串联a=12%的电抗器，为抑制5次谐波，我们通常串联a=6%的电抗器。

2.1以下数据为某变电站35kV系统并联电容器组在投运前后，对系统的谐波变化情况的测试，其中1号电容器组串联a=12%的电抗器，2号电容器组串联a=6%的电抗器。

上表中的测试结果表明，当电抗率a=12%的电容器组投入运行时，系统的3次谐波明显减少；当电抗率a=6%的电容器组投入运行时，系统的5次谐波明显减少，但是引起了3次谐波的放大，从而导致系统的电压总畸变率变大。因此，在安装电容器组前，应先对系统谐波进行测试，然后对主要“污染”谐波有针对性地进行串联电抗器的配置。

在变电站进行投切并联电容器组时，考虑抑制高次谐波原因，在允许的情况下应优先投入串抗电抗值大的电容器组（a=12%），退出时相反。

2.2 500kVxx变电站的35kV并联电容器组电抗率的配置情况：

2.2.1 以35kV 11C电容器组为例说明其接线方式。为双星形接线，其中每八只电容器并联而成一个电容器单元（双星形接线的另外一边为每七只电容器并联而成一个电容器单元），每相由四个这样的电容器单元串联而成，然后每相串联一组电抗器（CKK型）。并联电容器与串联电抗器的接线，如图：

2.2.2 CKK型串联电抗器作电容器组限流和滤波用,其中电抗值较小的串联电抗器用于抑制五次谐波；电抗值较大的串联电抗器用于抑制三次谐波。

2.2.3 35kV 11C并联电容器组间隔设备的相关参数：串联电抗器的型号CKK-2405/35-12，额定电抗值Xl=3.45欧；单台电容型号BAM6-334-1W，单台电容量C=30uF，经过计算，11C电容器组单相的容抗Xc=31欧。

35kV 21C电容器组间隔设备的相关参数：串联电抗器的型号CKK-1002/35-5，额定电抗值Xl=1.21欧；单台电容器BAM5.5-334-1W，单台电容量C=35uF，经过计算，21C电容器组单相的容抗Xc=24.3欧。

2.2.4 根据计算公式：Xc=1/2πfc=1/314c；a=Xl/Xc*100%

可得，11C电容器组间隔的电抗率a=11.13%，21C电容器组间隔的电抗率a=4.98%。经验算，以上结果基本满足要求。

3 结论

串联电抗器是无功补偿电容器组的重要组成部分，并联电容器组的电抗率的选择对并联电容器的运行及对系统谐波的抑制有很大的影响。因此，在配置串联电抗器时，必须对系统谐波进行测试，从而做出对并联电容器电抗率的合理选择。

参考文献

[1]方朝旭。电力系统谐波技术[M]。黑龙江科学技术出版社，1996.

串联电路和并联电路篇8

【关键词】谐波电流；危害；电容器；放大；对策

生产和生活中为提高电气设备的效率和可靠性，大量使用变频器等非线性设备，导致电网电压电流都含有程度不等的谐波分量。并联电容器组在电力系统无功补偿环节起着保证电压质量的重要作用。但实际运行中，电容器经常会出现熔断器发热、绝缘下降、电容值变化等故障。分析其原因，谐波电流危害占很大的比例。另外，无功补偿并联电容器对谐波电流还具有放大作用，电容器对谐波电流放大一般为2到3倍，谐振时可达20倍以上。因此，须对谐波电流与电容器无功补偿之间的影响进行分析，进而采取必要的防范对策。

1.电网谐波的产生及其影响

在工业和民用建筑电气设备中，有许多非线性负载，这些非线性负载能产生各次的高次谐波，被称为谐波电流源。公用电网中的谐波源主要是各种电力电子装置、变压器、发电机、电弧炉和荧光灯等。工业用电系统中，大多数为三相负载，其三相整流装置所产生的特征谐波主要是5次及5次以上的高次谐波，而在民用建筑电气设备中，多数为单相负载。这些单相整流装置产生的特征谐波主要是3次及3次以上的特征谐波。另外由于变压器磁化曲线的非线性，其励磁电流也含有高次谐波分量，其主要是3次谐波和5次谐波。

谐波电流和谐波电压的出现对公用电网是一种污染，它使用电设备所处的环境恶化，也对周围的通讯系统和公用电网以外的设备带来危害。谐波的危害有很多方面，如谐波电流会使输电损耗变大，使电动机过热和运行不稳定，造成继电保护装置误动作等。这里我们主要讨论非线性负载所产生的高次谐波电流对无功补偿电容器的影响。

2.谐波的放大现象

在配电系统中常常会出现这种情况，当并联电容器投入运行时，会使并联电容器回路中流入的谐波电流大于非线性负载所产生的谐波电流，这就是所谓的谐波放大现象。

现在我们用供电系统与并联电容器的简化电路来进行分析，见图1。（简化电路的前提是：线性负载的阻抗比系统阻抗大很多，因此线性负载支路的分流很少，为了简化起见在简化电路中忽略了线性负载支路）图中，In为谐波源的n次谐波电流；Isn为进入电网的谐波电流；Icn为进入电容器的谐波电流。

如图所示，忽略系统的n次谐波电阻Rsn，则：

（1）

（2）

图1a系统图

图1bn次谐波电流等效电路

式中：Xsn—n次谐波电抗（Ω），Xsn=nXs；

Xs—工频短路电抗（Ω）；

Xcn—并联电容器n次谐波电抗（Ω），Xcn=（n/1）Xc；

Xc—并联电容器基波电抗（Ω）。

由式（1）、（2）可见，Isn和Icn方向相反，且|In|=|Ins+Inc|。可见，由于并联了电容器，使得流过系统的电流和流过电容器的电流可能大于谐波电流，这种现象称为谐波电流放大。仅当Isn>In时，称系统谐波电流放大；当Icn>In时，称电容谐波电流放大；当Isn、Icn同时大于In时，称谐波电流严重放大。最为严重的是，当Xsn=Xcn时，并联电容器与系统对次谐波产生并联谐振，此时，Isn、Icn均远大于In。谐振点谐波次数为n0=（Xc/Xs）0.5，若谐波源中含有次数接近n0的谐波，虽不谐振，但也会导致该次谐波被放大。

上述分析表明，当为提高系统功率因数而进行电容无功补偿时，如果电容补偿装置参数选择不当，就可能产生电容器谐波电流放大或谐振现象，致使电容器因长时间处于过负荷工作情况下而烧毁，或者工作在过电压的情况下而击穿。

3.防范对策

3.1抑制并联电容器谐波电流的方法

由前述分析可知，在有谐波源的系统中，单独使用电容器进行无功补偿，会造成谐波电流通过并联电容器使其过载。为防止这种情况发生，一般采取以下三种方式抑制并联电容器谐波电流：

减少使用或不使用产生谐波的电气设备；

（2）改变电网的参数；

（3）在并联电容器支路中串联一个电抗器。

上述三种方法中只有第三种是切实可行的，也就是在并联电容器支路中串联电抗器，用来抑制流向并联电容器中的谐波电流。现在我们用图2来分析串联电抗器之后的情况。如图2所示，串接电抗器之后，Isn和Icn变为：

（3）

（4）

图2a串联电抗器后的系统图

图2b串联电抗器的次谐波电流等效电路

式中：XL—串联电抗器的基波电抗（Ω）。

当nXL-（Xc/n）>0时，此时支路成感性，In电流是在两个感性支路间分配，所以Isn和Icn均小于In，这就有效防止了n次谐波被放大。

3.2串联电抗器的参数选择

3.2.1串联电抗器的电抗率计算

电抗率就是串联电抗器的感抗与并联电容器的容抗之比，用百分数表示。在无功补偿并联电容器回路中串联一组电抗器，其感抗值的选择应使在可能产生的各次谐波下均使电容器回路中的总阻抗为感性，而不是容性，这就从根本上消除了产生谐波的可能。串联电抗器感抗的计算如下：

XL=KXc/n2 （5）

式中：XL—串联电抗器的工频感抗（Ω）；

n—可能产生的最低次谐波次数；

K—可靠系数（一般取1.2～1.5）；

X—补偿并联电容器的工频容抗（Ω）。

在《并联电容器装置设计规范》GB50227-2008中，对于抑制次谐波的串联电抗器的电抗率都有推荐值。例如，抑制5次谐波的串联电抗器推荐的电抗率为4.5%～5.0%，抑制3次谐波的串联电抗器推荐的电抗率为12%。

3.2.2串抗器与电容器额定电压的匹配问题

当无功补偿电容器支路串联电抗器之后，会使并联电容器的端电升高。根据《并联电容器装置设计规范》中3.0.1条规定：电容器端子运行电压应计入接入串联电抗器引起的电容器运行电压升高，其端电压升高值按下式计算：

（6）

式中：Uc—电容器端子运行电压（kV）；

S—电容器组每相串联段数；

Us—并联电容器装置母线电压（kV）；

K—串抗的电抗率（%），k=XL/XC。

按《电力系统电压和无功电力技术导则》规定，变电站母线电压有一定的允许范围。例如，变电站10kV母线电压合格范围应为10～10.7kV。所以，串联电抗器的电抗率的选择还要与电容器的额定电压和母线电压的允许范围相匹配。除此之外，还要注意电抗率对谐振点谐波次数的影响，要使串抗器参数的选择避免使并联和串联谐振点及谐波电流严重放大区的谐波次数接近该系统主要谐波源的谐波次数。

4.结语

综上所述，电容器对谐波电流的放大作用，不仅危害电容器本身，而且会危及电网中的其它电气设备，严重时会造成电气设备损坏，甚至破坏电网的正常运行，因此，必须要解决好电容器对谐波电流的放大问题，加强谐波的抑制与防范。笔者认为，无功补偿装置的参数选择十分重要，应进行定量分析，只有确保参数选择得当，才能保证无功补偿装置起到应有作用的同时更加安全稳定地运行。

参考文献：

[1] 刘庆伟；刘向东.谐波的危害与治理[J].机械制造与自动化，2011年03期.

串联电路和并联电路篇9

关键词：500kV；补偿装置；技术特点

高压输电系统使用串联补偿装置能够有效地降低输电系统间的电抗值，提高输电能力和系统运行的稳定性，降低输电系统工程造价。自1950年第一套220kV串联补偿装置在瑞典投入运行以来，高压串联补偿装置在全世界得到了广泛的应用。据不完全统计，目前全世界运行的高压串联补偿装置总容量已达到80Gvar，电压等级从220kV发展到750kV。我国分别在1966年和1972年投入使用了第一套220kV和第一套330kV串联补偿装置，其中330kV串联补偿装置的技术水平当时在世界上还有一定的先进之处。后来随着电网网架结构的加强和电网运行方式的改变，这些串联补偿装置相继退出运行，此后在长达20多年的时间里，高压串联补偿装置在我国出现了空白。2000年，借助于阳城―淮安500kV输电系统的建设，国内首次在徐州500kV三堡开关站使用了二套500kV固定串联补偿装置，这二套500kV串联补偿装置已于2000年11月30日投入试运行。以下主要针对500kV固定串联补偿装置的技术特点进行简要介绍分析。

一、串补装置技术特点分析

500kV串补装置主要由串联电容器组、非线性电阻（MOV）、放电间隙、阻尼装置、旁路断路器、继电保护装置六大部分组成，装置采用分相布置，除旁路断路器和隔离开关设备以外，其它设备均分别安装在三个绝缘平台上。现分别分析各组成部分的技术特点。

1.1串联电容器组

串联电容器每相串联电容器组由320台单元串联电容器（40并8串）组成，这320台单元串联电容器又分成4个接线臂，电气上接成H型接线方式（见图2）。每个接线臂上有80台单元串联电容器，接线为20并4串，先并后串。每20台并联的单元串联电容器预先在制造厂集中安装在一个金属框架内，整体运输到安装现场，安装工作非常简便。金属框架内的单元串联电容器分成两列并排布置，每列10台，两列之间排列方式为尾对尾。四个金属框架之间上下叠装，其中第二和第四个金属框架下部安装有陶瓷支持绝缘子。

串联电容器的熔丝配置方式有内熔丝和外熔丝两种。外熔丝方式的优点是不存在保护死区，熔丝熔断后运行人员能方便的发现故障电容器：缺点是单元串联电容器内部元件损坏会造成整台单元串联电容器退出运行，安装尺寸较大。内熔丝方式的优点是结构紧凑，安装尺寸较小，少量内部元件损坏由内熔丝动作切除，不会造成整台单元串联电容器退出运行；缺点是存在保护死区，当出线套管闪络或内部引出线对壳击穿时会造成串联电容器短路故障，此时内熔丝又无法动作。此外，不平衡保护动作后查寻故障电容器的工作量很大，需要对320台单元串联电容器逐台进行检查，对于对称性单元电容器故障，不平衡保护无法正确动作，只有通过每年测试每台单元串联电容器的电容量才能发现问题以消除隐患。

单套管加内熔丝结构的单元串联电容器存在的最大问题是：一旦发生出线套管闪络或内部引出线对壳击穿就会造成串联电容器极间短路。一台单元串联电容器极间短路后，在串补装置满负荷运行（2360A）情况下，通过故障单元串联电容器的负荷电流达到1349A，加上其它健康单元串联电容器的高频放电电流，要求单元串联电容器的外壳耐爆容量至少应大于18kJ。如外壳耐爆容量不能满足要求，则串联电容器极间短路后极易造成故障单元串联电容器外壳爆裂起火，烧毁临近的设备。采用国产双套管加外熔丝电容器进行更换的做法值得借鉴。

1.2非线性电阻（MOV）

MOV是为保护串联电容器组而设置的，其技术要求是将串联电容器组的过电压水平限制在2．3pu（230kV峰值）以下。外部故障情况下串联电容器组不退出运行；内部故障情况下串联电容器组退出运行，故障切除后串联电容器组快速投入运行以提高系统稳定性。17个MOV瓷套的总能量吸收能力为56MJ，计及MOV电流分配的不平衡性以后，MOV的总能量吸收能力仍有一定的裕度。

由于MOV的总能量吸收能力很大，因此其投资在串补装置总造价中占较大的比例。造成MOV的总能量吸收能力很大的原因是中方提供的故障持续时间过长，考虑了两套线路主保护全部拒动和断路器拒动等多种因素。实际上500kV线路从保护到电源均采取双重化配置，断路器的分闸线圈也采取双重化配置，各种拒动因素同时出现的概率非常之小，如果只考虑断路器拒动的因素则故障持续时间可缩短为350ms，MOV的总能量吸收能力可以显著降低从而降低设备造价。

1.3阻尼装置

旁路间隙或旁路断路器动作后，串联电容器组将对其放电。放电电流为高频高幅值振荡电流，对旁路间隙或旁路断路器的安全运行威胁很大，必须配置阻尼装置抑制放电电流，使放电电流的第二个幅值降低到第一个幅值的50％以下。阻尼装置由阻尼电抗器、阻尼电阻和石墨火花间隙组成。阻尼电抗器采用干式空芯电抗器，电感值为0．4mH。为降低阻尼电阻的热容量，采用石墨火花间隙与阻尼电阻串联连接。串联电容器组放电时石墨火花间隙击穿将阻尼电阻投入运行；放电结束后，石墨火花间隙熄弧将阻尼电阻退出运行，线路故障电流只通过阻尼电抗器。阻尼电阻由5个并联连接的电阻元件组成，采用非磁性不锈钢带制做，电阻值为3Ω，最大热容量为7MJ，最大放电电流63．5kA。

1.4继电保护

为保护串补装置安全运行，采用双重化配置方案共配置了6套继电保护装置（按动作原理划分实际为3套）。对于这些继电保护装置本文不作过多分析，仅重点介绍分析其互感器和信号传输部分。

1.4.1电流互感器

电容器不平衡保护所采用的电流互感器一次侧额定电流很小。这是因为正常及个别电容器元件损坏的情况下，通过电流互感器一次侧的电流很小，根据计算结果，某一单元电容器内有6个元件损坏时通过电流互感器一次侧的电流只有1．31A，而此时与故障元件并联的正常元件承受的过电压系数已经达到1．54，要求保护动作跳闸。所以该电流互感器一次侧额定电流只能很小以保证保护装置正确动作。当发生单元电容器极间故障时通过电流互感器一次侧的电流很大，远远超过其额定电流，此时电流互感器极易损坏造成保护拒动，因此必须在其二次侧配置保护装置如空气间隙、非线性电阻等。电容器不平衡保护所采用的电流互感器通过故障电流时发生爆炸损坏的事故已发生过几起，对此问题必须引起足够的重视。

1.4.2信号传输

串补装置配置的电流互感器与常规电流互感器的不同之处在于：由于其安装在对地绝缘的平台上，因此其二次侧电流信号不能直接传输给安装在地面上的控制保护装置。所以串补装置配置的电流互感器其二次侧均有并联电阻器，将电流信号转换为电压信号，再通过光电传感器将电压信号转换为光信号（波长为850nm）通过光柱输送到地面上的光接收器，接收器收到的光信号后采用数字信号处理技术（DSP）将光信号转换为电信号输送给保护控制装置。平台上的光电传感器工作所需要的能量由地面上的激光发生器通过光柱输送。并联电阻器和光电传感器安装在平台上的光柱端子箱内，在光电传感器两侧配置了非线性电阻器用以保护光电传感器免受过电压损坏。

二、串补装置存在的问题

主要问题有：两台串联电容器存在渗油现象（占总台数的0．1％），12台MOV的硅橡胶裙由于运输原因存在不同程度的破损。但其保护与控制装置存在问题较多，主要有：间隙触发装置的触发盒监视不正常，造成一次误合串补装置旁路开关，后来在现场处理触发盒问题时又造成误跳运行的500kV线路。串补电容器电流显示零飘过大，电容器未运行而显示器上已经有近50A的电容电流。串补装置投入运行时要求控制系统先送电源，保护系统后送电源，否则保护装置发生误动等，这些问题均已找到原因并得到处理。

参考文献

串联电路和并联电路篇10

【关键词】OrCAD电路仿真RLC串 并联电路电路参数

1 引言

伴随着大规模集成电路以及计算机技术的快速发展，特别是互联网+提出之后，利用计算机软件对电子电路进行分析与设计的方法越来越广泛的应用。目前OrCAD/Pspice电路设计软件是一个应用广泛的对电子线路进行分析设计的软件，它有强大的电路设计与仿真能力的能力，对电子线路进行直流、交流和瞬态分析，以及更为复杂的傅里叶分析、谐波失真分析操作简单，易于得到仿真结果。本文借助OrCAD/Pspice电路设计软件，通过分析RLC串、并联电路的频率响应对电路的频率特性的影响，调整RLC电路的元器件参量，进而对电路进行优化。

2 OrCAD/Pspice在RLC电子线路仿真中的优势作用

因为在RLC电路中有电容元件和电感元件，所以当给定得激励源的频率f发生改变时，RLC电路中的感抗和容抗相应的也会发生改变，进而影响电路的工作状态。严重的时候，RLC电路将不能正常工作，并对其他电路模块造成影响。例如当激励源的频率f的改变超过正常工作的范围时，RLC电路将会偏离其应该正常的工作范围，从而出现电路失效的状况，甚至电路被损坏。因此通过对电路的频率特性进行分析从而保证电路能正常工作就很重要。通过对OrCAD电路进行仿真，观察仿真图，对电路中的的重要功能和特性指标进行分析，这样就能找到合适的L、C的值，进而保证电路能正常工作。

3 RLC串联电路分析

3.1 RLC串联电路的交流扫描分析

交流扫描分析的输出波形图横纵轴分别表示的是激励源的频率和对应的电流大小。当电阻R=1Ω，感抗L=40mH，容抗C=0.25uF，交流电压源Ui=1V时，首先通过理论分析，当电路的频率f=f 0 =1.59 kHz时，RLC电路将会串联谐振。利用Pspice软件对电路进行交流分析，L、C值不变，改变电阻值R，得到电路在不同参数下的电流响应曲线。图1、2分别是RLC串联电路图和它在不同的电阻值R下电流随频率变化的曲线图，分析仿真图可知，当改变电阻的阻值时，RLC电路中的电流I将会发生变化，但谐振频率f不受影响。通过查阅资料知，RLC串联电路的品质因数为Q=ωR0L，由公式知，当电阻的阻值越小，质因数Q值越大，通频带则变得越窄，电路选择性越好，抑非能力越强。当RLC电路谐振时电感L和电容C上将会出现超过外加电压Q倍的高电压，它会对RLC串联电路造成严重破坏，因此需要避免RLC串联电路发生谐振。

3.2 RLC串联电路的瞬态分析

在不同信号的影响下，对RLC串联电路进行瞬态分析，图3是RLC串联电路，R1=2kΩ，L1=40mH ，C1=0.25uF，正弦电压源的电压为U=10V，电源频率f1=1.59kHz。

通过对RLC串联电路进行瞬态分析，观察到电阻的电流与电源的电压相位相同，如图4所示。图5为输出电压波形，当电路处于谐振状态，电阻上的电压等于电源的电压，而且电容电压与电感电压在相同的时刻对应的数值相等、极性相反，说明当RLC电路发生谐振时电容C和电感L没有从电源获取能量，而是两者之间发生了能量的相互传递。

4 RLC并联电路分析

4.1 RLC并联电路的交流扫描分析

RLC并联电路如图6所示，其中电阻R2=20kΩ，感抗L2=140mH，容抗C2=0.25uF，电流源I2=1A。当电路的频率

f==f 0=1.59kHz时，

U（N1）=1×20×103=20kV ，电路发生并联谐振。

图7时RLC并联电路发生谐振时电阻电流随频率变化的曲线，分析仿真图可以看出，电感的电流和电容的电流在相同时刻数值大小相等，相位相反，两者的和始终为0，电阻中流过的电流的最大值为I=1A。电流源的电压的最大值为20kV，如图8所示。

4.2 RLC并联电路的参数分析

在其他元件的参数不变，通过改变电路中某个元件值或某个模型参数使得电路的效应发生改变，通过分析比较，选取最优的方案进行电路设计。PSpice有参数分析的功能，通过设置好想要改变的元件值或模型参数，然后进行仿真，就可得到结果然后与原始结果进行分析比较优劣。对RLC并联电路的电阻值进行参数扫描分析容抗，选定感抗L2=1mH，C2=1000pF，恒流源的输出电流I2=1mA，对电阻值R2分别为 20kΩ，50kΩ和100kΩ时进行仿真分析，电路图如图9所示。

利用OrCAD/Pspice电路设计软件进行参数扫描分析，当电路的频f=1.59 kHz时，RLC并联电路发生并联谐振，如图 10所示。从图10中可看出，RLC并联电路的电阻值越大，品质因数Q（并联电路的品质因数 Q =ω0CR）R值越大，通频带越窄，电路的选择性越好。

5 结语

通过OrCAD/Pspice软件对RLC串、并联电路的频率特性的分析可知，针对不仅的信号源，当信号源的内阻很小时选取RLC串联谐振电路，这是选用的电阻的阻值越小，质因数Q值越大，电路选择性越好，而当信号源的内阻较大时，选取RLC并联电路，发生谐振时，选取的电阻阻值值越大，品质因数Q越大，通频带越窄，电路的选择性越好。

参考文献

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[4]刘岚，叶庆云.电路分析基础[M].北京：高等教育出版社，2010.