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短路电流的基本概念 产生短路电流的原因 1、什么是短路? 短路,就是指供电系统中不等电位的导体在 电气上被短接,如相与相之间、相与地之间的短 接等。短接后显著电流增大。 2、什么是短路电流? 指供电系统短路时产生超出规定值许多倍大电流。 3、短路产生的原因 ①电气设备载流部分的绝缘材料老化、损坏。 ②雷击或过电压击穿、风灾引起断线等。 ③工作人员误操作,如带负荷拉刀闸、检修线 路或设备未拆除地线就合闸供电。 ④其他外来物体搭在裸线上。 ⑤挖沟损伤电缆。 在供电系统实际运行中,发生单相接地短路 的几率最大,发生三相对称短路的几率最小。 短路的危害 ①热效应:短路电流通常是正常工作电流值的十几倍或几十倍,使设备过热,导致绝缘加速老化或损坏。 ②电动力效应:短路电流产生巨大的电动力,使设备机械变形、扭曲甚至损坏。 ③磁效应:不对称短路电流产生不平衡的交变磁场,通讯、控制设备造成影响。 ④电压降低:很大的短路电流在线路上造成很大的电压降,影响用电设备的使用。 短路电流暂态过程 暂态过程产生的原因是什么? 根据楞次定律,在发生突然短路的瞬间(t=0),线 路中的电流不能突变。 我们的供电系统呈感性,而感性负载的电流不能 突变,因此在短路的瞬间线路中的电流不突变。 短路使线路负荷突然减少,势必造成短路电流的 增大,但是感性负载抵制电流的突变,这对矛盾的 存在导致了电力系统暂态过程的发生。 短路电流暂态过程分析 短路电流的暂态过程时间很短,在工程上一般 在0.2s后即可认为暂态过程结束。 暂态过程虽然历时很短,但突然增大几倍、几 十倍的短路电流对电力系统能产生极大的危害。因 此,研究短路的暂态过程具有重要意义。 暂态过程,不仅与供电系统的阻抗参数有关, 而且还与系统的电源容量大小有关。 我们分别讨论无限大容量电源系统及有限容量 电源系统的短路暂态过程。 无限大容量电源供电系统 短路电流暂态过程分析 所谓无限大容量系统,是指当电力系统的电源距短路点 的电气距离较远时,由短路而引起的电源输出功率的变化 ΔS=√(ΔP2+ΔQ2)远小于电源的容量S,即S≥ΔS,所以可 设S→∞。 由于P ≥ΔP,可认为在短路过程中无限大容量电源系统 的频率是恒定的。又由于Q≥ΔQ,所以可以认为在短路过 程中无限大容量电源系统的端电压是恒定的。 什么是无限大容量电源? 所谓“无限大容量系统”指端电压保持恒定,没有内部 阻抗以及容量无限大的系统。 无限大容量系统:US=常数,XS=0, SS=∞ 1. 短路暂态过程的简单分析 当发生三相短路时,图示的电路将被分成两个独立的 回路,一个仍与电源相连接,另一个则成为没有电源的 短接回路。 在没有电源的短接回路中,电流将从短路发生瞬间的 初始值按指数规律衰减到零。在衰减过程中,回路磁场 中所储藏的能量将全部转化成热能。 与电源相连的回路由于负荷阻抗和部分线路阻抗被短 路,所以电路中的电流要突然增大。但是,由于电路中存 在着电感,根据楞茨定律,电流又不能突变,因而引起 一个过渡过程,即短路暂态过程,最后达到一个新稳定 状态。 1. 短路暂态过程的简单分析 将c代入,得短路全电流的瞬时表达式: 短路电流各分量的波形图 上图表示了无限大容量电源系统发生三相短路前后电流、 电压的变化曲线。 从图中可以看出,与无限大容量电源系统相连电路的电流 在暂态过程中包含两个分量,即周期分量和非周期分量。 周期分量属于强制电流,它的大小取决于电源电压和短路 回路的阻抗,其幅值在暂态过程中保持不变; 非周期分量属于自由电流,是为了使电感回路中的磁链和 电流不突变而产生的一个感生电流,它的值在短路瞬间最大, 接着便以一定的时间常数按指数规律衰减,直到衰减为零。 此时暂态过程即告结束,系统进入短路的稳定状态。 ?短路电流各分量的相量图 在三相电路中,各相的非 周期分量电流大小并不相等。 初始值为最大或者为零的 情况,只能在一相中出现, 其它两相因有120°相角差, 初始值必不相同,因此,三 相短路全电流的波形是不对 称的。 在最严重短路情况下,三相短路电流的最大瞬时值为 冲击电流ish。 在T/2处,出现短路电流的幅值最大。即: t=0.01s时出现冲击电流。 将上述条件代入短路全电流的瞬时表达式: 3.?短路全电流的最大有效值 短路电流在某一时刻的有
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