第3章短路电流计算-PPT文档资料

发布时间:2021-07-30 14:33:10

第3章 短路电流计算 短路是指不同相之间,相对中线或地线之 间的直接金属性连接或经小阻抗连接。本章讨 论和计算供配电系统在短路故障情况下的电流 (简称短路电流),短路电流计算的目的主要 是供母线、电缆、设备的选择和继电保护整定 计算之用。 第1节 概述 第2节 无限大容量系统三相短路分析 第3节 无限大容量系统三相短路电流计算 第4节 两相和单相短路电流计算 第5节 短路电流的效应 第1节 概述 短路的概念: 运行中的电力系统或工厂供配电系统的相与相或者相 与地之间发生的金属性非正常连接。 原因: (1)电力系统中电器设备载流导体的绝缘损坏。 造成绝缘损坏的原因主要有设备绝缘自然老化,绝缘 受到机械损伤,设备本身的质量问题;操作过电压或大气过 电压引起的过电压击穿等。 (2)人为故障,包括:设计、安装和维护不良,及误操作。 如运行人员不遵守操作规程操作,如带负荷拉、合隔离 开关,检修后忘拆除地线合闸。 (3)动、植物造成的短路,鸟兽跨接在裸露导体上。 短路故障的种类: 短路名称 表示符号 示 图 短路性质 特点 单相短路 k (1) 不对称短路 短路电流仅在故障相中 流过,故障相电压下降, 非故障相电压会升高 两相短路 k (2) 不对称短路   短路回路中流过很大 的短路电流,电压和电流 的对称性被破坏 两相短路接地 k (1,1) 不对称短路  短路回路中流过很大 的短路电流,故障相电压 为零 三相短路 k ( 3) 对称短路   三相电路中都流过很 大的短路电流,短路时电 压和电流保持对称,短路 点电压为零 短路的危害 1. 短路热效应:短路产生很大的热量,导体温度升 高,将绝缘损坏。 2. 短路电动力效应:短路产生巨大的电动力,使电 气设备受到机械损坏。 3. 短路时,短路点附*母线电压严重下降,使接在 母线上的其他回路电压严重低于正常工作电压,影 响电气设备的正常工作,甚至可能造成电机烧毁等 事故。 4. 短路造成停电,给国民经济带来损失,给人民生 活带来不便。 短路的危害 5. 短路点处可能产生电弧,电弧高温对人身安全及 环境安全带来危害。如误操作隔离开关产生的电弧 常会使操作者严重灼伤,低压配电系统的不稳定电 弧短路可能引发火灾等。 6. 严重的短路将影响电力系统运行的稳定性,使并 列运行的同步发电机失去同步, 造成系统解列。 7. 不对称短路产生的不*衡磁场,对通信线路和电 子设备产生严重的电磁干扰,造成空间电磁污染。 四、防止短路对策 预防性试验 正确安装和维护防雷设备 文明施工 严格遵守操作规程 五、短路电流计算的目的 1. 正确地选择和校验各种电器设备 2. 计算和整定保护短路的继电保护装置 3. 选择限制短路电流的电器设备 第2节 无限大容量系统三相短路分析 “无限大容量”电源——指电力系统中某局部无论发生了什么 扰动,电源的电压幅值与频率均保持恒定。 从电路角度看,无限大容量电源是一个理想的电压源,内 阻抗等于零。实际电力系统中真正的无限大容量电源不存在, 但由于供配电系统处于电力系统末端,尽管短路故障对系统中 靠*短路点的局部系统影响很大,但对距短路点很远的系统, 其扰动相对较小。 从工程角度看,总能在系统中找到一点,当供配电系统发 生短路时,该点的电压变化小到可忽略不计,则这一点就可以 看成是无限大容量电源的输出点。 无限大容量系统的概念: (1)理论上满足以下条件:端电压保持恒定,没有内部阻抗以及 容量无限大的系统。US=常数; XS=0; SS=∞ (2)实际中满足以下条件: * 电力系统容量>>用户供电系统容量(50倍); * 短路点离电源的电气距离足够远,发生负荷变动和短路 时,电力系统变电所馈电母线上的电压基本保持不变; * 电力系统的电源总阻抗不超过短路电路总阻抗的5%~10% (3)当实际系统不满足上述条件时,称为有限容量系统,可以 按照无限容量系统来*似计算,则选择的设备线路可扩展性好: 实际XS≠0而理论上XS=0; 则Zk实>Zk理,当Us不变时,Ik实< Ik理 以最严重的短路情况: 三相短路分析 (a)系统图 (b)三相电路图 (c)单相等效电路图 设在图中K点发生三相短路。 ? 定性分析:三相短路,阻抗突变,发生暂态过渡 过程,k点右侧为无源电路,电流衰减到零;k点 左侧有源电路,阻抗↓,电流↑,由于存在电感因此电 流不能突变,出现非周期容量,不断衰减达到稳定. 该有源电路为短路回路。 ? 定量分析:短路电流应满足微分方程 非齐次一阶微分方程, 其解为 : 其中 时间常数τ=LK/RK 短路电流有以下特征。 ? i(t)是周期分量与非周期分量的叠加; ? 周期分量由电源维持恒定,非周期分量因在短路电阻Rk上产 生损耗而衰减,经过若干周期后,非周期分量衰减完毕,此 后便只剩下周期分量。 ? 电流变化过程为:稳态交流电流(小)→暂态电流→稳态交流 电流(大)。 u, i u i inp ik ip t 最严重情况时短路全电流的波形曲线图 产生最严重短路电流的条件:(1)短路瞬时电压过零 α=0或1800 (2)短路前空载或 cosΦ=1 (3)短路回路纯电感 ΦK=900 短路计算的短路参数 短路电流周期分量有效值, 短路计算电压Uc=线路 *均额定电压Uav =1.05UN, 短路总阻抗 短路后第一个周期的短路电流周期分量的有效值,称 为次暂态短路电流有效值,无限大容量系统中=IP 三相短路全电流有效值, I∞三相稳态短路电流有效值 为非周期分量衰减完后的稳态有效值(当短路发生很 久,一般5~7个周波以后,可认为短路电流的非周期分 量已衰减完毕, 剩下的只有短路电流的周期分量) 。 无限大容量系统中周期分量有效值不变,有I∞ = IP = IK 短路后经过半个周期(即0.01s)时的短路电流峰值, 是整个短路过程中的最大瞬时电流称为短路冲击电流。 三相短路

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