华工自动化企业供电第3章短路电流及其效应的计算剖析.ppt

第三章 短路电流及其效应的计算 1．短路概念：相与相或者相与地之间不通过负荷而发生的直接连接的故障。 2．短路类型： 第三章 短路电流及其效应的计算 第一节 短路类型及其发生的原因和危害 3．短路产生的原因 （1）电气设备载流导体的绝缘破坏：绝缘自然老化、操作过电压、雷电过电压、绝缘受到机械损伤等。 （2）运行人员违规操作：带电拉、合开关，检修之后忘记拆除地线合闸等。 （3）鸟兽跨越不同相的裸露导体。 第一节 短路类型及其发生的原因和危害 4．短路的危害 短路时系统电流增大：比正常电流大数十倍，甚至数万倍；电压降低，距离短路点越近越低，三相短路时短路点电压甚至降到零。 （1）元件发热，导体温度升高，绝缘损坏； （2）电路电流引起较大的电动力，电气设备遭到机械破坏； （3）短路时电压降低，影响电气设备的正常运行。 （4）破坏系统的稳定性：使并联运行的同步发电机失去同步，甚至造成整个系统的解列和崩溃； 第一节 短路类型及其发生的原因和危害 （5）单相接地故障产生不平衡磁场，对附近的通信线路和弱电设备产生严重的电磁干扰，影响其正常工作； （6）短路故障造成停电，给国民经济带来损失，人民生活造成不便。 由此可见，短路产生的后果极为严重，在供配电系统的设计和运行中应采取有效措施，排除因素，保证安全可靠运行；同时为减轻后果并防止故障扩大，需要计算短路电流，用于正确选择和校验电气设备、计算整定保护短路的继电保护装置及选择限制短路电流的电气设备（电抗器）等。 三相短路是最严重的短路故障，而且三相短路的分析计算是其他短路分析的基础。本章着重分析三相短路故障的分析方法。 第二节 无限大容量供电系统三相短路分析 一．无限大容量系统（无穷大系统） 三个特征：端电压保持恒定；没有内阻抗；容量无限大——相当于理想的电压源。 在供电系统中： 供配电系统与电力系统相比容量小的多，供电系统的电源侧可以认为容量无限大；电力系统阻抗小于短路回路总阻抗的5%-10%，或者当短路点距离电源较远时，发生短路时电力系统母线电压降低很小。 供电系统可以认为是无限大容量供电系统，不考虑电源对于短路的影响，简化分析。但在电力系统中会考虑电源（发电机的暂态过程）。 第二节 无限大容量供电系统三相短路分析 三相短路是对称的，可以采用单相等值电路进行分析，三相短路的系统图和电路图，以及单相等值电路如图所示。 其中： 为短路回路的电阻和电抗， 为负载的电阻和电抗。 第二节 无限大容量供电系统三相短路分析 1．正常运行 正常运行时，设电源侧A相电压为： 第二节 无限大容量供电系统三相短路分析 2．三相短路分析 K处为三相短路点，此时电路被分成两部分： 右边：无源短路回路——零输入响应，纯衰减过程，最终数值衰减到零；将电感中的磁场能全部通过电阻消耗掉，不予深入讨论。 左边：与电源相联的短路回路——分析全响应；由于短路后回路的阻抗变小，电流增大，但由于电感的存在使得电流不能突变从而产生非周期分量电流，非周期分量电流不断衰减，电流最终达到稳态电路电流。（电路中的换路定则。） 第二节 无限大容量供电系统三相短路分析 第二节 无限大容量供电系统三相短路分析 根据初始条件确定积分常数。根据换路定则，电感中的电流不能突变，所以在短路瞬间 时，短路前工作电流与短路后电流相等，即： 第二节 无限大容量供电系统三相短路分析 第二节 无限大容量供电系统三相短路分析 三、三相短路的有关物理量 1．短路周期分量的有效值 第二节 无限大容量供电系统三相短路分析 2．次暂态短路电流 次暂态短路电流：短路电流周期分量在短路后第一个周期的有效值—— ； 在无穷大系统中： 第二节 无限大容量供电系统三相短路分析 3．短路全电流的有效值 短路电流中含有非周期分量，短路全电流不再是正弦波，故有： 若假设短路电流非周期分量在所取的周期内恒定不变，其值等于在该周期中心的瞬时值 ；周期分量的有效值为 ，则此时的全电流有效值，根据奇函数积分特点可得： 第二节 无限大容量供电系统三相短路分析 4．短路冲击电流和冲击电流的有效值 短路冲击电流是短路全电流的最大瞬时值，由图分析可知，短路全电流最大瞬时值出现在短路后半周期，即 时，由短路全电流表达式可得： 式中： 为短路电流冲击系数； 第二节 无限大容量供电系统三相短路分析 对于纯电阻性电路 ；纯电感性电路 ； 短路冲击电流的有效值 为短路后第一个周期的