《电气工程基础4电力系统短路讲解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电气工程基础4电力系统短路讲解（50页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电力系统短路电力系统短路 宁波大学信息学院宁波大学信息学院 2 2-50-50 内容 l4-1 故障概述 l4-2 无限大容量电源（恒定电势源） 电路的短路过程分析 l4-3 无限大容量电源条件下短路电流 的计算方法 l4-4 短路电流的效应 4-1 故障概述 l故障:一般指短路和断线,分为简单故障和复杂故障 l简单故障:电力系统中的单一故障 l复杂故障:同时发生两个或两个以上故障 l短路:指一切不正常的相与相之间或相与地之间（对于中性点 接地的系统）发生通路的情况。 表1-1 各种短路的示意图和代表符号 短路种类 示意图 代表符号 三 相 短 路 f(3) 两 相 短 路 接 地 f(1,1
2、) 两 相 短 路 f(2) 单 相 短 路 f(1) 一、短路的类型 5 5-50-50 对称短路： 不对称短路 ： 单相接地短路(65%) 两相短路(10%) 两相接地短路(20%) 三相短路(5%) 短路的种类 绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良所带 来的设备缺陷发展成短路。 恶劣天气：雷击造成的闪络放电或避雷器动作，架 空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等。 人为误操作，如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设 备检修后未拆除地线就加上电压引起短路。 挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。 二、短路的主要原因 (1)电流剧增：设备发热增加，若短路持续时间较长，可 能使设备过热甚至损
3、坏;由于短路电流的电动力效应， 导体间还将产生很大的机械应力，致使导体变形甚至 损坏。 (2)电压大幅度下降，对用户影响很大。 (3)当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时，并 列运行的发电机可能失去同步，破坏系统运行的稳定 性，造成大面积停电，这是短路最严重的后果。 (4)发生不对称短路时,三相不平衡电流会在相邻的通讯 线路感应出电动势,影响通讯. 三、短路的危害 最严重的后果 四、计算短路电流的目的 短路电流计算结果 是选择电气设备（断路器、互感器、瓷瓶、母线 、电缆等）的依据； 是电力系统继电保护设计和整定的基础； 是比较和选择发电厂和电力系统电气主接线图的 依据，根据它可以确定限制
4、短路电流的措施。 无限大功率电源（又称恒定电势源），是指端电压幅值 和频率都保持恒定的电源，其内阻抗为零。 4-2 4-2 无限大容量电源（恒定电势源恒定电势源）电路 的三相短路过程分析 电源的容量为无限大，内 阻抗为0S= 恒定电压源可看成是由恒定电压源可看成是由无限多个有限功率电源并联而成无限多个有限功率电源并联而成。实际电。实际电 力系统中恒定电压源是不存在的，而只能是一个相对的概念，往力系统中恒定电压源是不存在的，而只能是一个相对的概念，往 往是根据供电电源的内阻与短路回路总阻抗的相对大小来判别是往是根据供电电源的内阻与短路回路总阻抗的相对大小来判别是 否能看作是恒定电压源。若供电电源
5、的内阻抗小于短路回路阻抗否能看作是恒定电压源。若供电电源的内阻抗小于短路回路阻抗 的的10%10%时，则可认为供电电源为恒定电压源时，则可认为供电电源为恒定电压源 短路前电路处于稳态 ，以a相为例： 一、三相短路的暂态过程一、三相短路的暂态过程 短路前的稳态电流和阻抗角： a a相的微分方程式如下：相的微分方程式如下： 其解就是短路的全电流 i，它由两部分组成： 周期分量ip 和非周期分量iap 。 假定假定t t0 0时刻发生三相短路时刻发生三相短路 与电源相连接的有源电路 （需要计算短路电流） 无源电路:i 衰减 R 0 方程的特解 对应的齐次方程的通解 11南京理工大学 短路电流的强制分
6、量或稳态分量, 并记为 周期分量： 非周期电流 ： 短路电流的自由分量或直流分量,记为 特征方程 的根。 非周期分量电流衰减的时间常数，则 （C C为由初始条件决定的积分常数）为由初始条件决定的积分常数） 短路的全电流可表示为： 由于电感中的电流不能突变，短路前瞬 间的电流和短路发生后瞬间的电流应相 等。短路电流不突变短路电流不突变 短路前电流（短路前电流（t=0-） 积分常数的求解积分常数的求解 短路电流关系的相量图表示短路电流关系的相量图表示向量在时间轴上的向量在时间轴上的 投影代表各量的投影代表各量的瞬瞬 时值时值(t=0)(t=0) 为了保持电感中的电流在短路前后瞬为了保持电感中的电流
7、在短路前后瞬 间不发生突变，电路中必须产生一个间不发生突变，电路中必须产生一个 非周期自由电流，它的初值应为非周期自由电流，它的初值应为i i0 0和 和 i i p0p0之差 之差= =非周期电流的初值非周期电流的初值i iap0 ap0 短路前电流向量短路前电流向量I Im m在 在 时间轴上的投影时间轴上的投影 短路后的周期电流向量短路后的周期电流向量 I I pmpm的投影 的投影 指短路电流最大可能的瞬时值，用iim 表示。 其主要作用是校验电气设备的电动力稳定度（机械强度） 。当电路的参数确定并已知时，短路电流周期分量的幅值 是一定的，而短路电流的非周期分量则是按指数规律单调 衰减
8、的直流，因此，非周期电流的初值越大，暂态过程中 短路全电流的最大瞬时值也就越大。 (1) 相量差 有最大可能值； (2) 相量差 在t0时与时间轴 平行。 二、短路冲击电流二、短路冲击电流 非周期电流有最大初值的条件应为： 这就是说，非周期电流的初值既同短路 前和短路后电路的情况有关，又同短路 发生的时刻(或合闸角)有关。 16南京理工大学 图4-3 短路电流非周期分量有最 大可能值的条件图 非周期电流有最大值的条件为: （1）短路前电路空载（Im=0)； （2）短路发生时，电源电势过零（0）。 在电感性电路中，符合上述 条件的情况是：电路原来处 于空载状态(Im=0)，短路恰 好发生在短路周
9、期电流Ipm取 幅值的时刻。如果短路回路 的感抗比电阻大得多,即 LR，就可以近似地认为 90，则上述情况相当于 短路发生在电源电势刚好过 零值，即=0的时刻。 将 ， 和 0代入式短路全电流表达式： 短路电流的最大瞬时值在短路发生后约半个周期时出现（如 图4-4）。若f=50Hz，这个时间约为0.01秒，将其代入上式。 可得短路冲击电流 ： k k imim为冲击系数 为冲击系数, ,实用计算时，短路发生在实用计算时，短路发生在发电机电压发电机电压 母线母线时时k kim im 1.91.9；短路发生在；短路发生在发电厂高压母线 发电厂高压母线时时k kim im 1.851.85；在高压电
10、路；在高压电路其它地点其它地点短路短路k kim im 1.81.8。 图4-4 非周期分量有最大可能值时的短路电流波形图 2020-50-50 f1 ：kim=1.9 f1 f2 ：kim=1.85 f2f3 f3 ：kim=1.8 在在1000kv.A1000kv.A及以下及以下的电力变压器二次侧的电力变压器二次侧 及及低压电路低压电路中发生三相短路时一般中发生三相短路时一般k kim im 1.31.3。 注意注意 三、短路电流的有效值短路电流最大有效短路电流最大有效 值值 在短路过程中，任意时刻t的短路电流有效值，是 指以时刻t为中心的一个周期内瞬时电流的均方根值 ，即 为了简化计算，
11、通常假定：非周期电流在以时间t为 中心的一个周期内恒定不变，因而它在时间t的有效 值就等于它的瞬时值，即 对于周期电流，认为它在所计算的周期内是幅值恒 定的，其数值即等于由周期电流包络线所确定的t时 刻的幅值。因此，t时刻的周期电流有效值应为 图4-5 短路电流有效值的确定 2323-50-50 正弦函数ipt在一个 周期内的积分，其 值为0 短路电流的最大有效值： 短路电流的最大有效值常用于校验某些电气设备的断 流能力或耐力强度。 短路电流最大有效值出现在第一周期，其中短路电流最大有效值出现在第一周期，其中 心为：心为：t=0.01st=0.01s 2525-50-50 v 短路电流的最大有
12、效值 kim=1.8时，Iim=1.51Ip ， iim=2.55Ip kim=1.9时，Iim=1.62Ip ，iim=2.69Ip kim=1.3时，Iim=1.09Ip ，iim=1.84Ip v 短路冲击电流 短路容量也称为短路功率，它等于短路电流有效 值同短路处的正常工作电压（一般用平均额定电 压）的乘积，即 用标幺值表示时 短路容量主要用来校验开关的切断能力。 四、短路容量 把短路容量定义为短路电流和工作电压的乘积，是因为 一方面开关要能切断这样大的电流；另一方面，在开关 断流时其触头应经受住工作电压的作用。在短路的实用 计算中，常只用周期分量电流的初始有效值来计算短路 功能。 2
13、727-50-50 五、有关短路的物理量归纳 短路电流周期分量ip 短路电流非周期分量iap 短路全电电流 短路冲击电击电 流iim 短路稳态电稳态电 流I=周期电流有效值 短路冲击电流有效值Iim I= Ipt = Ip 2828-50-50 结论 l为了确定冲击电流、短路电流非周期分 量、短路电流的有效值以及短路功率等 ，都必须计算短路电流的周期分量。实 际上，大多数情况下短路计算的任务也 只是计算短路电流的周期分量。 2929-50-50 4-3 无限大容量电源条件下 短路电流的计算方法 一、标幺值法 在无限大容量电电源供电电系统统中发发生三相短路时时， 短路电电流的周期分量的幅值值和有
14、效值值是不变变的。 在高压电路的短路计算中，通常只计电抗，不计 电阻。故 按标幺值法进行短路计算时，一般是先选定基准容量 SB和基准电压UB。 3030-50-50 基准容量，工程设计中通常取 基准电流 二、供电系统各元件电抗标幺值 1）电力系统的电抗标幺值 基准电压电压 ，通常取元件所在处处的短路计计算电压为电压为 基 准电压电压 ，即取 基准电抗 Sk 为电电力系统变电统变电 所高压馈电线压馈电线 出口处处的短路容量 。 3131-50-50 2）电电力线线路的电抗标幺值 3）电电力变压变压 器的电抗标幺值 短路电路中各主要元件的电抗标么值求出以后，即可 利用其等效电路图进行电路化简求总电抗标么值。 3232-50-50 三、三相短路电流的计算 无限大容量系统统三相短路周期分量有效值值的标标么值值 按下式计计算: 由此可得三相短路电电流周期分量有效值值： 其他短路电电流： 三相短路容量： （对高压系统） （对低压系统） 3333-50-50 例题例题1 1：某厂一10/0.4kV车间变电所装有一台S9800型变压器（ uk%=5），由厂10kV高压配电所通过一条长0.5km的10kV电 缆（x00.08/km）供电。已知高压配电所10kV母线
