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1、第七章 短路电流分析与计算,本章主要内容有：关于短路的一些基本概念、常用的三相短路电流的计算方法、简单不对称短路时短路点的电流和电压。,第一节 概述,一.短路类型 短路是指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。 三相系统短路故障的类型,对称短路：三相短路； 其它短路称为不对称短路。 最常见的短路：单相接地短路，约65； 三相短路：约5，但对电力系统影响最严重。 二.短路发生的原因 产生短路的主要原因是电气设备和载流导体的绝缘被损坏。 三.短路对设备及系统的危害 1. 短路电流将引起发热效应 2短路电流将引起电动力效应 3短路使网络电压降低 4短路可能使系统运行的稳定性遭
2、破杯 5短路可能干扰通信系统,短路回路的三相阻抗基本相同，因此电压电流仍是对称的。,第二节 无限大容量电源供电系统,无限大容量电源：简称无限大电源，指S、U常数、等值内阻抗Z0（或X0）的电源。 “无限大”容量电源仅是一种相对概念。当电源容量足够大时，若等值内阻抗不超过短路回路总阻抗的（510） ，在电源外部发生短路时则电源母线上的电压变化甚微，即可认为它是一个恒压源(无限大容量电源)。,一、无限大容量系统三相短路,三相短路电流的计算公式： Ik: 突然短路电流的瞬时值 短路发生时的电源电压相位角,冲击短路电流ish,短路电路ich最大可能的瞬时值叫短路冲击电流(在短路发生后半个周期是0.01
3、s瞬间。总的短路电流将达到最大，值略小于周期分量幅值的两倍，这个短路电流称为冲击短路电流。 冲击短路电流与回路中的电抗和电阻的相对大小有关) 短路全电流最大有效值Ich 短路电流的最大有效值，也叫冲击电流的有效值,短路前 电路处于稳定状态。由于三相对称，可只讨论单相电路如A相，另外两相由对称关系来决定。短路前A相的电压、电流为,假定t0时刻发生三相短路 A相的微分方程式为 其解就是短路的全电流，它由两部分组成： id=idz+idf 周期分量idz ：又称短路电流的强制分量,非周期分量idf：又称短路电流的自由分量,由i0i0，得,短路全电流为,短路全电流的瞬时值是周期分量与非周期分量之和；周
4、期分量的幅值是不变的常数，而非周期分量是按指数规律衰减的直流电流，经过几个周期后，它就衰减得很小直至为0；短路全电流是一个以非周期分量为对称轴变化的非周期函数。当非周期分量衰减至0时，过渡过程结束。电路中的电流进入稳态，稳态电流就是短路电流的周期分量。,二.产生最大短路全电流条件 短路全电流最大必须非周期分量最大。非周期电流有最大初值的条件应为 (1) 相量差 有最大可能值； (2) 相量差 在t0时与时间轴平行。,短路全电流最大的条件： 1)短路前电路为空载，即Im0； 2)短路回路近似等于纯电感回路，即d/2; 3)在发生短路瞬间，电压瞬时值恰好过0，即电压的合闸相角=0。 最大短路全电流
5、： 短路后经过半个周期即 出现短路全电流的最大 瞬时值 ，例如“无载合 闸严重短路”。,三.短路冲击电流ich和冲击系数Kch 短路冲击电流：指短路电流最大可能的瞬时值，用ich表示。 其主要作用是校验电气设备的电动力稳定度。,冲击系数与短路网络的参数R、X的大小有关，即与短路的地点有关。 Kch的取值范围为1 Kch 2（R0时取2，X0时取1）。,四.短路全电流最大有效值 也叫冲击电流有效值，指第一个周期内瞬时电流的均方根值，即,假定非周期电流在第一个周期内恒定不变，等于它在T/2的瞬时值，则,短路全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。 无限大电源系统，若求ich和
6、Kch，只需求出周期分量有效值Idz即可。 Upj网络的平均电压，kV。 求Idz的关键是计算短路回路总阻抗|Zd|。,第三节 短路回路总阻抗求取,一.计算短路电流基本假设 1以网络的平均电压Upj取代元件的额定电压 为简化计算，假定各元件额定电压相等（等于额定电压平均值）， Upj 1.05UB 2高压电网只计及电抗（且变压器不计励磁支路，线路不计对地电容）。 只有当Rd1/3Xd时高压电网才计及电阻。1kV以下低压系统才计及电阻。,二.各元件统一基准值电抗标么值的计算 不同基准值的电抗标么值换算公式为： 短路计算中，采用近似计算法，即同一标称电压电网中的元件，额定电压都等于网络的平均电压，
7、基准电压也取平均电压，故,有限容量电源供电的电力系统三相短路电流,系统的母线的端电压换或等值发电机的电势在整个短路的暂态过程是一个变化值 三相短路电流周期分量幅值换偶有效值变化的情况还与同步发电机是否装有自动调节励磁装置有关 三相短路电流的一般计算方法 （1）。去发电机的次暂态电势的标幺值EG=1或短路点k短路前瞬间发电机正常运行电压标幺值Un*（0）=1。 （2）。由于正常的符合电流较短路电流的电流小的多。故不考虑负荷电流的影响，当有大让两电机时则考虑 （3）。平均额定电压之比进 行网路参数的标幺计算。 Ik*=1/X和,应用运算求任意时刻短路电流周期分量的有效值 （1）运算曲线的绘制及其应
8、用 （2）运算曲线法的应用,第四节 异步电动机对短路电流的影响,三相突然短路，接在短路点附近的异步电动机因端电压消失而有停止运行的趋势，但是电动机转子有较大的惯性，因此电动机的反电势大于电网的剩余电势，（一般短路点的电压大于1000kw）考虑 ishM= kshMIM,1.同步电机 短路电流计算中使用同步电机的次暂态电抗Xd，由以额定值为基准值的标么值Xd.N归算为电网统一基准值的电抗标么值为 2.变压器 以变压器额定值为基准的电抗标么值XT*N即为短路电压百分比Uk/100。归算为电网统一基准值的电抗标么值为,三绕组变压器有,3.线路,Uj取线路所在电压等级的平均电压Upj。,4.电抗器 厂
9、家给出的参数一般是额定电压UN、额定电流IN和电抗百分数XR%。,以电抗器额定值为基准的电抗标么值XR*N即为短路电抗百分比XR/100。归算为电网统一基准值的电抗标么值为,注意：电抗器有时不按额定电压使用，故不可将UN与Uj约分。,三.具有变压器的多电压级网络标么值等值电路的建立(近似法) 取第段作为基本电压级，同一电压级各元件额定电压等于平均电压，变压器变比取近似变比。 发电机：,结论： 1.采用近似法计算时，各电压等级的基准值就等于各自电压网络的平均电压，即在多电压等级网络中，发电机、变压器的统一基准值的电抗标么值计算与电压无关，仅需进行功率归算；线路电抗有名值按所在电压级的平均电压就地
10、归算。 2.各元件按所在电压等级求出电抗标么值后，无需再考虑变压器变比进行归算，直接按接线图连接成等值电路即可。,四.短路回路总电抗标么值计算 计算步骤： 1.绘制计算电路图。 画出单相接线图，各元件按顺序编号，注明各元件额定参数， 每一电压级用平均电压表示，电抗器标明其额定电压。 2.短路计算点和系统运行方式确定。 系统运行方式分最大运行方式和最小运行方式。 3.绘制等值电路图。 A计算出各元件的电抗标么值； B根据指定的短路点分别绘制出等值电路。等值电路中，只画出该点短路时流过短路电流的元件的电抗。 4.等值电路归并与简化。,（5）利用网络的对称性化简。 对称性是指网络的结构相同，发电机、
11、变压器、阻抗参数相等、以及短路电流的走向一致等。,利用网络的对称性化简网络 （a)网络接线;(b)等值电路;（c）化简后的等值短路,电力系统短路的种类有那几种？ 答：电力系统短路有，三相短路，相相短路，单相短路，单相接地短路，约65；三相短路：约5，但对电力系统影响最严重。 什么叫无限大容量电源 答：是指当电力系统的电源距短路点的电气距离比较远时，有短路而引起的电晕送出的功率变化s远小于电源的容量S，即可认为该电源是无限大容量电源。 无限大容量电源是个相对的概念 什么叫短路冲击电流？ 答：短路电路ich最大可能的瞬时值叫短路冲击电流(在短路发生后半个周期是0.01s瞬间。总的短路电流将达到最大
12、，值略小于周期分量幅值的两倍，这个短路电流称为冲击短路电流。 冲击短路电流与回路中的电抗和电阻的相对大小有关) 短路电流和那些因素有关？ 答： 和突然短路的电流的瞬时值和短路时的电源电压的相位角有关 冲击电流什么时候最大 答：在短路发生后半个周期即0.01s,异步电动机对短路电流的影响 答：一般电动机的功率大于1000kw时才考虑 根据公式ishM= kshMIM ， 和异步电动机的冲击系数有关 但在下列情况下不用考虑、 1 异步电动机的单机容量小于100kw或电动机与短路点至少 经过一次变压时 2 不论异步电动机的容量大小如何，电动机共给的冲击短路电流与系统中的冲击短路电流方向和路径一致时 3 在电动机出线附近，发生不对称短路时。,
