第3章 短路电流及其计算-PPT文档资料

发布时间:2021-06-22 10:13:22

第三章 短路电流及其计算 2019/3/11 2019/3/11 第二章电力负荷及短路计算 第一节 短路故障的原因、后果及其形式 一、 短路故障的原因 在工厂供配电系统的设计和运行中,不仅要考虑 系统的正常运行状态,还要考虑系统的不正常运行状 态和故障情况,最严重的故障是短路故障。短路故障 是指运行中的电力系统或工厂供配电系统的相与相或 相与地之间发生的金属性非正常连接。即不同相之间, 相对中线或地线之间的直接金属性连接或经小阻抗连 接。短路产生的原因主要是系统中带电部分的电气绝 缘出现破坏。 2019/3/11 引起这种破坏的原因有过电压、雷击、绝 缘材料的老化,以及运行人员的误操作和 施工机械的破坏、鸟害、鼠害等。 2019/3/11 二、短路的后果 ? 短路电流的热效应使设备急剧发热,可能导致设备 过热损坏 ; ? 短路电流产生很大的电动力,可能使设备永久变形 或严重损坏 ; ? 短路时系统电压大幅度下降,严重影响用户的正常 工作 ; ? 短路可能使电力系统的运行失去稳定 ; ? 不对称短路产生的不*衡磁场,会对附*的通讯系 统及弱电设备产生电磁干扰,影响其正常工作 。 2019/3/11 第二章电力负荷及短路计算 三、短路故障的种类 ?对称短路:三相短路 ?不对称短路:两相短路、两相接地短路和 和单相短路 2019/3/11 短路名称 表示 符号 示 图 短路性质 特点 单相短 路 k (1 ) 短路电流仅在故障相中流 不对称短 过,故障相电压下降,非 路 故障相电压会升高 两相短 路 两相短 路接地 三相短 路 2019/3/11 k (2) 短路回路中流过很大的短 不对称短 路电流,电压和电流的对 路 称性被破坏 不对称短 短路回路中流过很大的短 路 路电流,故障相电压为零, 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 k (1,1) k (3) 对称短路 四.短路电流计算目的 ? 选择和校验各种电气设备,例如断路器、互感 器、电抗器、母线等 ; ? 合理配置继电保护和自动装置 ; ? 作为选择和评价电气主接线方案的依据 。 2019/3/11 第二节 无限大容量电力系统三相短路时的物理过程 ? 无限大容量系统的概念 无限大容量只是一个相对概念,指电源系统的容量相对 于用户容量大得多,在发生三相短路时电源系统的阻抗远远 小于短路回路的总阻抗,以致无论用户负荷如何变化甚至发 生短路,系统的母线电压都能基本维持不变。 在工程计算中,当电源系统的阻抗不大于短路回路总阻 抗的5%~10%,或者电源系统的容量超过用户容量的50 倍时,可将其视为无限大容量电源系统。 2019/3/11 第二节 无限大容量电力系统三相短路时的物理过程 一、无限大容量电力系统及其三相短路的物理过程 a)三相电路图 b)等效单相电路图 无限大容量电力系统中发生三相短路 2019/3/11 无限大容量系统发生三相短路时的电压、电流变动曲线 电路中存在电感,发生短路后,电流不能突变,有一个过渡过程即短路暂态过程。 2019/3/11 二、短路有关的物理量 短路前电路中的电流为: i ? I sin( ? t ? ? ? ? ) m (3-1) 2 2 ? ? ? U / ( R ? R ) ? ( X ? X ) 式中:I m ——短路前电流的幅值 I m m ? ? ? arctg ( X ? X ) /( R ? R ) ? ——短路前回路的阻抗角 ? ——电源电压的初始相角,亦称合闸角; ? 2019/3/11 无穷大容量系统三相短路的暂态过程 短路后电路中的电流应满足: di k Ri ? L ? U sin( ? t ? ? ) k m dt 方程式的解就是短路的全电流,它由两部分组成: 第一部分是方程式的特解,它代表短路电流的周期 分量;第二部分是对应齐次方程的一般解,它代表 短路电流的非周期分量。 2019/3/11 无穷大容量系统三相短路的暂态过程 短路的全电流可以用下式表示 i ? i ? i ? I sin( ? t ? ? ? ? ) ? Ce k p ap pm k 2 2 I ? U / R ? X I 式中: pm ——短路电流周期分量的幅值, pm m t ? T a ? k ——短路后回路的阻抗角, ?k ? arctg X L ——短路回路时间常数, Ta ? ?R ? R X R Ta C ——积分常数,由初始条件决定,即短路电流非周 期分量的初始值 i ap 0 。 2019/3/11 由于电路中存在电感,而电感中的电流不能突变,则短 路前瞬间(用下标0-表示)的电流i0-应该等于短路发生后 瞬间(用下标0+表示)的电流i0+,将t=0分别代入式方程 解,可得 C ? I s in( ? ) ? I s in( ? ) pm k m 因此,短路的全电流为 T a i ? i ? i ? I sin( t ? ? ) ? I sin( ? ) ? I sin( ? ) e k p ap pm k m pm k ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? t ? 2019/3/11 产生最大短路电流的条件 当电路的参数已知时,短路电流周期分量的幅 值不变,而短路电流非周期分量则是按指数规律单 调衰减的直流电流。 因此,非周期电流的初值越大,过渡过程中短 路全电流的最大瞬时值也就越大。由图3-3可知, 非周期电流的初值取最大值的条件为: (1)相量差 I 取最大值; ? ?I ? m pm (2)相量差 ? 在 ? t=0时刻与时间轴*行。 I m ? I pm 2019/3/11 产生最大短路电流的条件 满足以上条件的情况为: (1)短路前电路处于空载状态,即 ? ?0 I m

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