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第三章短路电流及其计算 刘红宇 第三章短路电流及其计算 第一节短路的原因、后果及其形式 一、短路的原因 短路是系统常见的严重故障。所谓短路，就是系统中各种类型不正常的相与相之间或相与地之间的短接。系统发生短路的原因很多，主要有： (1)电气设备、元件的损坏。如：设备绝缘部分自然老化或设备本身有缺陷，正常运行时被击穿短路；以及设计、安装、维护不当所造成的设备缺陷最终发展成短路等。 (2)自然的原因。如：气候恶劣，由于大风、低温导线覆冰引起架空线倒杆断线；因遭受直击雷或雷电感应，设备过电压，绝缘被击穿等。 (3)人为事故。如：工作人员违反操作规程带负荷拉闸，造成相间弧光短路；违反电业安全工作规程带接地刀闸合闸，造成金属性短路；人为疏忽接错线造成短路或运行管理不善造成小动物进入带电设备内形成短路事故等等。 第三章短路电流及其计算 二、短路的后果 供电系统发生短路后，电路阻抗比正常运行时阻抗小很多，短路电流通常超过正常工作电流几十倍直至数百倍以上，它会带来以下严重的后果： 1．巨大的短路电流通过导体，短时间内产生很大热量，形成很高温度，极易造成设备过热而损坏。 2．由于短路电流的电动力效应，导体间将产生很大的电动力。如果电动力过大或设备构架不够坚固，则可能引起电气设备机械变形甚至损坏，使事故进一步扩大。 3．短路时系统电压突然下降，对用户带来很大影响。例如作为主要动力设备的异步电动机，其电磁转矩与端电压平方成正比。电压大幅下降将造成电动机转速降低甚至停止运 转，给用户带来损失；同时电压降低能造成照明负荷诸如电灯突然变暗及一些气体放电灯的熄灭等，影响正常的工作、生活和学习。 第三章短路电流及其计算 4．当系统发生不对称短路时，不对称短路电流的磁效应所产生的足够的磁通在邻近的电路内能感应出很大的电动势。这对于附近的通讯线路、铁路讯号系统及其他电子设备、自动控制系统可能产生强烈干扰。 5．短路时会造成停电事故，给国民经济带来损失。并且短路越靠近电源，停电波及的范围越大。 短路可能造成的最严重的后果就是使并列运行的各发电厂之间失去同步，破坏系统稳定，最终造成系统瓦解，形成地区性或区城性大停电。 第三章短路电流及其计算 三、短路的形式 在三相系统中，短路的形式有三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路等，如图所示。其中两相接地短路，实质是两相短路。 按短路电路的对称性来分，三相短路属对称性短路，其他形式短路均为不对称短路。 电力系统中，发生单相短路的可能性最大，而发生三相短路的可能性最小。但一般情况三相短路的短路电流最大，因此造成的危害也最为严重。因此作为选择和校验电气设备用的短路计算中，以三相短路计算为主。 第三章短路电流及其计算 第二节 无限大容量电力系统发生三相短路时的 物理过程和物理量 一、无限大容量电力系统及其三相短路的物理过程 无限大容量电力系统，是指供电容量相对于用户供电系统容量大得多的电力系统。其特点是，当用户供电系统的负荷变动甚至发生短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压能基本维持不变。 如果电力系统的电源总阻抗不超过短路电路总阻抗的5％～10％，或者电力系统容量超过用户供电系统容量的50倍时，可将电力系统视为无限大容量系统。 对一般电力用户内部的供配电系统来说，由于容量远比电力系统总容量小，而阻抗又较电力系统大得多，因此用户内部发生短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压几乎维持不变，也就是说可将电力系统视为无限大容量的电源。 图是一个电源为无限大容量的供电系统发生三相短路的电路图。 第三章短路电流及其计算 当发生三相短路时，由于负荷阻抗和部分线 路阻抗被短路，所以电路电流根据欧姆定律要突然增大。但是由于电路中存在着电感，根据楞次定律，电流不能突变，因而引起一个过渡过程，即短路暂态过程。最后短路电流达到一个新的稳定状态。 二、产生最大短路电流的条件 影响短路电流大小的因素很多，如短路发生的地点，短路点离电源越近则短路电流愈大，短路越严重等等。现需研究的是为短路的地点一定，在电路参数已知的情况下，短路电流最大可能的瞬时值所产生的条件。 从前面可知短路电流包括两个部分，在参数已知时，短路电流周期分量的振幅是一定的。这样，短路电流大小与短路电流非周期分量密切相关。由于短路电流非周期分量是一个按指数规律衰减的直流，其初始值越大，短路电流非周期分量越大，短路全电流越大。决定非周期分量初始值大小的条件可以用相量图进行分析。 第三章短路电流及其计算 如图，相量Um，Im，Ipm为别代表正弦的电源电压，短路前电流和短路后电流周期分量。短路电流非周期分量的出现是为保证短路