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1、Wednesday, October 16, 2019,1,第二章 短路电流的计算,1、概述 2、电网的等值电路 3、短路计算中的网络化简 4、三相短路的计算方法 5、不对称短路的计算方法,复习与思考,Wednesday, October 16, 2019,2,第一节 概述,返回,短路：电力系统中一切不正常的相与相之间或相与地之间发生通路或接触的情况。 一、短路的原因 二、短路的后果 三、短路的类型 四、短路电流计算的目的 五、短路电流计算的假设 六、典型的短路电流波形曲线,Wednesday, October 16, 2019,3,一、短路的原因,电气设备及载流导体因绝缘老化，或遭受机械损伤
2、，或因雷击、过电压引起绝缘损坏； 架空线路因大风或导线履冰引起电杆倒塌等，或因鸟兽跨接裸露导体等； 电气设备因设计、安装及维护不良所致的设备缺陷引发的短路； 运行人员违反安全操作规程而误操作，如带负荷拉隔离开关，线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压等。,返回,Wednesday, October 16, 2019,4,二、短路的后果,1、强大的短路电流通过电气设备使发热急剧增加，短路持续时间较长时，足以使设备因过热而损坏甚至烧毁； 2、巨大的短路电流将在电气设备的导体间产生很大的电动力，可能使导体变形、扭曲或损坏； 3、短路将引起系统电压的突然大幅度下降，系统中主要负荷异步电动机将因转矩下降
3、而减速或停转，造成产品报废甚至设备损坏； 4、短路将引起系统中功率分布的突然变化，可能导致并列运行的发电厂失去同步，破坏系统的稳定性，造成大面积停电。这是短路所导致的最严重的后果； 5、巨大的短路电流将在周围空间产生很强的电磁场，尤其是不对称短路时，不平衡电流所产生的不平衡交变磁场，对周围的通信网络、信号系统、晶闸管触发系统及自动控制系统产生干扰。,返回,Wednesday, October 16, 2019,5,三、短路的类型,1、 对称短路 三相短路 三相电流和电压仍是对称的,2、 不对称短路 ： 两相短路：,单相接地短路：,两相短路接地：,3、 相间短路与接地短路 ： 相间短路：三相短路
4、、两相短路 接地短路：单相接地短路、两相短路接地,返回,Wednesday, October 16, 2019,6,四、短路电流计算的目的,（1）电气主接线方案的比较和选择； （2）电气设备和载流导体选择； （3）继电保护装置的选择和整定计算； （4）接地装置的设计； （5）系统运行故障情况的分析等。,返回,Wednesday, October 16, 2019,7,五、短路电流计算的假设,在短路过程中，所有发电机电势的相位及大小都相同。因此所有负荷支路都认为已经断开。 不计磁路饱和。因此可以应用叠加定理。 不计变压器励磁电流。 认为系统中各元件参数恒定，在高压网络中不计元件的电阻和导纳，即各
5、元件均用纯电抗表示。 短路为金属性短路。因此可以不考虑过渡电阻的影响。 三相系统是对称的。因此计算可以在单相电路中进行。,返回,Wednesday, October 16, 2019,8,六、典型的短路电流波形曲线,电力系统根据电源的容量不同分为：无限大功率电源供电系统和有限容量系统供电。 1、无限大功率电源供电网络的波形曲线 2、有限容量系统供电网络的波形曲线 3、短路冲击电流和最大有效值电流 4、短路功率（短路容量）,返回,Wednesday, October 16, 2019,9,无限大功率电源供电网络的波形曲线,1、无限大功率电源 容量无限大，内阻抗为零。端电压保持恒定。短路计算中，当
6、电源内阻抗不超过短路回路总阻抗的5%10%时，就可以近似认为此电源为无限大功率电源。 2、短路暂态过程分析（三相短路） 1）短路前,下一页,返回,Wednesday, October 16, 2019,10,无限大功率电源供电网络的波形曲线,2）设在t = 0秒发生三相短路时的微分方程,其解为： 周期分量ip：,非周期分量inp：,Ta L / R,短路全电流表达式,上一页,返回,Wednesday, October 16, 2019,11,短路前后瞬间电感中电流不能突变，故有,a相短路电流,Wednesday, October 16, 2019,12,无限大功率电源供电网络的波形曲线图,We
7、dnesday, October 16, 2019,13,有限容量系统供电网络的波形曲线,1、含义： 2、两部分组成：周期性分量和非周期性分量。 3、有限容量系统供电网络的波形曲线（P15）,返回,Wednesday, October 16, 2019,14,返回,有自动电压调节器的电流波形图,Wednesday, October 16, 2019,15,短路冲击电流和最大有效值电流,短路冲击电流ish短路电流最大可能的瞬时值,当t0.01s时，出现最大值：,出现条件：90 短路前空载（Im=0） 合闸角=0,冲击系数Ksh：,且有：1Ksh2 工程计算时：,ish用途：校验电气设备和载流导体
8、在短路时的电动力稳定性。,下一页,返回,在发电机电压母线短路，取Ksh=1.9； 在发电厂高压侧母线或发电机出线电抗器后发生短路时，Ksh=1.85； 在其他地点短路时，Ksh=1.8,Wednesday, October 16, 2019,16,短路冲击电流和最大有效值电流,最大有效值电流Ish短路全电流的最大有效值,短路全电流的有效值It ：是指以 t 时刻为中心的一周期内短路全电流瞬时值的均方根值，即,短路全电流的最大有效值Ish ：出现在短路后的第一周期内，又称为冲击电流的有效值。,当Ksh=1.9时，Ish=1.62Ip；Ksh=1.8时，Ish=1.51Ip。,上一页,返回,Ish
9、用途 ：校验电气设备的断流能力或耐力强度。,Wednesday, October 16, 2019,17,Wednesday, October 16, 2019,18,短路功率（短路容量）,短路功率等于短路电流有效值乘以短路处的正常工作电压（一般用平均额定电压），即,也就是说，当假设基准电压等于正常工作电压时，短路功率的标幺值与短路电流的标幺值相等。因此 StIt*Sd 短路功率的含义：一方面开关要能切断这样大的短路电流；另一方面，在开关断流时，其触头应能经受住工作电压的作用。 因此，短路功率只是一个定义的计算量，而不是测量量。,返回,Wednesday, October 16, 2019,1
10、9,第二节 电网的等值电路,一、元件的计算方法 二、同步发电机的等值电路及计算 三、变压器的等值电路及计算 四、电抗器的等值电路及计算 五、输电线路的等值电路及计算 六、异步电动机的等值电路及计算 七、计算举例,返回,Wednesday, October 16, 2019,20,一、元件的计算方法,1、参与短路计算的常用元件： 同步发电机、变压器、电抗器、线路、异步电动机。 2、元件常用的计算方法： 1）有名值：因要计算元件的电阻和电抗，常用在低压系统中。 2）标么值：常用在高压系统中。 3、标么值计算方法： 4、标么值计算方法的特点,返回,Wednesday, October 16, 201
11、9,21,3、标么值计算方法,1）标么值的定义,2）常用电气元件标么值的表示 常用电气元件有电压U、电流I、功率S、电抗X。 它们的标么值的表示如下：,下一页,返回,Wednesday, October 16, 2019,22,3、标么值计算方法,3）标么值计算方法的说明 （1）标么值是相对值，无单位。 （2）各元件的基准值可以为任意值（如电压可以取50v，100v 等） （3）但一般在短路计算中，由于电路要满足欧姆定理和功率方程，故电路中的四个物理量只有两个是自由的。它们的基准值选择也是如此。一般取容量基准值为100MVA，各级电压的基准值取各级平均电压，即： Sd=100（MVA） Ud=
12、Uav（kv） （4）用标么值计算方法计算各元件的标么值后，无需折算；相电压等于线电压；三相功率等于单相功率。,上一页,下一页,返回,Wednesday, October 16, 2019,23,表2-2 常用电压级的各项基准值,上一页,返回,Wednesday, October 16, 2019,24,4、标么值计算方法的特点,1）线电压标么值与相电压标么值相等； 2）三相功率的标么值与单相功率的标么值相等； 3）三相电路的欧姆定律、功率方程式与单相功率的标么值相等； 4）当U=1时，则功率的标么值等于短路电流的标么值，并等于电抗标么值的倒数。,返回,Wednesday, October 1
13、6, 2019,25,二、同步发电机的等值电路及计算,1、同步发电机的等值电路 如图右图所示 2、同步发电机的电抗计算,返回,式中： XG%为发电机的次暂态电抗百分数 COS为发电机的功率因数,Wednesday, October 16, 2019,26,三、变压器的等值电路及计算,1、双绕组变压器 1）等值电路图同发电机 2）标么值计算公式：,返回,2、三绕组变压器 1）等值电路图如（c）图 2）标么值计算公式： 分别按双绕组变压器 标么值计算公式求出X1、X2、X3,Wednesday, October 16, 2019,27,四、电抗器的等值电路及计算,1、电抗器的等值电路 电抗器是用来
14、限制短路电流的电器，电抗器的等值电路是一个电抗，如同发电机的等值电路。 2、电抗器的标么值计算公式：,返回,式中：XR% 为电抗百分数。,Wednesday, October 16, 2019,28,五、输电线路的等值电路及计算,返回,1、输电线路的等值电路 输电线路的等值电路也是一个电抗，如同发电机的等值电路。 2、输电线路的标么值计算公式：,式中：架空线路x1=0.4（/km），电缆线路x1 =架空线路电抗的1/41/6。,Wednesday, October 16, 2019,29,六、异步电动机的等值电路及计算,1、异步电动机的等值电路 异步电动机在稳定运行时，相当于一个电阻。但在短路
15、点附近的较大容量异步电动机却相当于一台发电机，也能向短路点提供短路电流，其等值电路同发电机。 2、异步电动机的标么值计算公式：,返回,式中：Kst为电动机启动电流倍数，一般为56.5。,Wednesday, October 16, 2019,30,例：如图所示，选取 ，求图中各元件的电抗标么值,返回,Wednesday, October 16, 2019,31,第三节短路计算中的网络化简,1、等值电势法 2、星形-三角形变换法 3、利用电路的对称性化简 4、星网变换法 5、转移阻抗的概念,返回,Wednesday, October 16, 2019,32,一、等值电势法,等效变换的原则应使网络
16、中其他部分的电压、电流在变换前后保持不变。,合并电源的主要原则是： 距短路点电气距离（即相联系的电抗值）大致相等 的同类型发电机可以合并； 远离短路点的不同类型发电机可以合并； 直接与短路点相连的发电机应单独考虑； 无限大功率系统因提供的短路电流周期分量不衰减 而不必查计算曲线，应单独计算。,返回,Wednesday, October 16, 2019,33,二、星形-三角形变换法,常用 Y-变换公式：,- Y变换公式：,返回,Wednesday, October 16, 2019,34,三、利用电路的对称性化简,电位相等的节点， 可直接相连； 等电位点之间的 电抗，可短接后 除去。,返回,Wednesday, October 16, 2019,35,四、星网变换法,返回,Wednesday, October 16, 2019,36,五、转移阻抗的概念,定义 如果只在第i个电源节点加电势Ei，其他电势为零，则与从第k个节点流出网络的电流Ik之比值，即为i节点与k节点
