中国矿业大学-短路电流计算过流保护培训.ppt

中国矿业大学电气工程系 第三章 矿井低压电网过流保护 短路电流的计算 低压开关中电磁式过电流继电器的整定计算 电子式过电流保护器 熔断器熔体额定电流的选择 热继电器及其整定计算 概述 为了保障矿井供电安全，必须采取有效措施防止事故的发生。在低压供电系统中除采取保护接地和漏电保护措施外，还应装设过载、短路保护装置。目的是当低压供电系统中发生过载或短路故障时，保护装置动作，及时而可靠地切除故障。 煤矿井下低压电网过载、短路保护装置主要有 电子保护器 电磁式过电流继电器 热继电器 熔断器 智能型保护器尚处在发展阶段 短路电流计算 （一）计算短路电流的目的 矿井低压供电系统中短路电流、过载电流大小和持续时间长短，决定了对供电系统中电气设备的危害程度，必须采取有效措施将短路电流、过载电流的危害限制在最小程度。 选择各类开关设备时，其短路分断能力要大于所保护供电系统可能产生的最大短路电流。 正确整定各类开关设备的过电流、短路电流保护装置，并按其所保护电网的最小短路电流来校验其灵敏度，保证在开关所保护的供电系统产生最小短路电流时，保护装置也能可靠动作，切断故障。 计算短路电流的目的 矿井低压供电系统采用的是中性点不接地的供电方式，只能发生三相及两相短路。 分析可知，三相短路电流大于两相短路电流，因此： 在选择开关设备时采用最大三相短路电流； 校验开关装置过流保护灵敏度时，则用最小两相短路电流。 短路的原因、种类及危害 短路是指供电系统中不等电位的导体在电气上被短接，如相与相之间的短接、相与地之间的短接等。 产生短路的主要原因是由于电气设备载流部分绝缘损坏。绝缘损坏是由于绝缘老化、过电压、机械损伤等造成。 三相电网中，可能发生的主要短路类型有三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路。第一种短路称为对称短路，后三种通称为不对称短路。 短路的原因、种类及危害 短路产生的危害： （1）短路电流比正常电流一般要大几十倍甚至几百倍，这样大的短路电流对供电系统及电气设备要造成很大的危害。例如，强大的短路电流所产生的热和电动力效应会使电气设备受到破坏；短路点的电弧可能烧毁电气设备；短路点附近的电压显著降低，使供电受到严重影响或被迫中断；若在发电厂附近发生短路，还可能影响电力系统运行的稳定性，使并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列。 短路的原因、种类及危害 （2）不对称接地短路所造成的零序电流，会在附近的通讯线路内产生感应电动势，干扰通讯； （3）在井下，短路也是引起沼气煤尘爆炸和电气火灾的主要原因之一。 因此，在供电系统中必须设置短路保护，一旦发生短路，应尽快切断故障部分的电源。 1.三相短路电流暂态过程分析 供电系统发生三相短路的电路如图所示，R、L为线路的电阻和电感，Rlo和Llo为负载的电阻和电感。由于电路对称，可取一相来分析。 1.三相短路电流暂态过程分析 短路前电路中的电压和电流为 其中 1.三相短路电流暂态过程分析 在S处发生三相短路时，负载回路被短接，失去电源。S点处的电位为零，电源电压全部加在短路回路上。 在电源至短路点的回路内，电流将由原来的负载电流增大为短路电流，其瞬时值可由短路回路的微分方程来确定。 1.三相短路电流暂态过程分析 图中一相的回路方程式为 一阶常系数非齐次微分方程，由此可以解得短路全电流表达式为 三相短路电流暂态过程分析 对应的短路电流波形如图所示。图中iap为非周期分量， ipe 为周期分量。 三相短路电流暂态过程分析 短路电流暂态过程的特点是产生非周期分量电流，产生的原因是由于回路中存在电感。在发生突然短路的瞬间（即t=0时），短路前的电流与短路后的周期分量电流一般不相等。由楞次定律，为维持电流的连续性（即电感回路中电流不能突变），将在电感回路中产生一自感电流来阻止电流的突变，该电流就是非周期分量电流。它的初始值iap.0的大小与短路故障发生的时刻有关，即与电压V的初相角θ有关。 三相短路电流暂态过程分析 短路电流非周期分量是按指数规律衰减的。由于它是由电流突变感生而来，没有外加电压的维持，也就没有能量的补充；而短路回路为R-L电路，不断的消耗能量，所以iap按指数规律单调衰减。衰减的速度决定于回路时间常数Ts，一般非周期分量衰减很快，在0.2s后即衰减到初始值的2%，在工程上即可以认为已衰减结束。这也说明电力系统的暂态过程非常短暂。 有关短路计算的物理量 1）稳态短路电流Iss 当非周期分量衰减到零后，断路故障的暂态过程即告结束，此时进入短路的稳定状态，这使得电流成为稳态短路电流，其有效值用Iss表示。当系统容量为无限大时，稳态短路电流就等于短路电流周期分量有效值Ipe，也等于需计算的短路电流有效值Is。Is是短路保护装置整定和校验的依据，也是选择、校