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1、 第二章 船舶电力系统短路计算 1 短路种类： 三相短路d（3） 两相短路d （2） 单相短路d （1） 两相接地短路d （1，1） 陆地上110kV及以上系统都采用架空线路且 都是中性点直接接地系统，发生单相接地 短路的故障率最高65%）。船舶电力系统 都采用电缆线路，并大多采用中性点绝缘 系统，发生三相对称短路的故障率最高（ 80%）。D（3）D（2）D（1，1）D（1）短路的原因： 1）绝缘损坏； 2）误操作； 3）气候等影响 3 短路产生的后果: 短路电流的热效应: 通电导体产生的热量，由于 短路电流很大，即使短路电流持续时间很短，也 将使设备、导线急剧发热，甚至损坏设备，或引 起火灾
2、。 2) 短路电流的电动力效应: 平行导体通过大电流时 ，导体间产生的电动力冲击很大，可使导体变形 ，甚至损坏，使事故扩大。 3) 短路时系统电压 大幅度下降: 母线电压大幅度下 降。这样使用电设备不能正常工作。如异步电动 机的力矩与电压的平方成正比，电压下降使电动 机电磁力矩显著减小，转速随之下降，甚至停转 ，造成严重后果。 4) 由于短路，引起并联的发电机失去同步，破坏 了同步发电机并联运行的稳定性，使系统产生振 荡，甚至引起整个系统瓦解。 4 船舶电力系统短路计算目的1) 校核所选用的配电电器： 自动空气断路器：短路接通能力 短路T/2 时，短 路电流可能达到的峰值（即最大非对称短路电流
3、 ） 短路分断能力 短路T/2 时，对称短路电流（有效 值）。2）校验和确定自动空气断路器瞬时脱扣器动作电 流整定值，为电力系统选择性保护的设计和整定 提供依据。3）为校核汇流排、支持绝缘子、互感器等电器元 件的热稳定和电动力稳定提供依据。 5 三相交流电网短路的过渡过程 1） 短路的过渡过程 假设 ： 电力系统的容量 Sx = ，电力系统 的内部阻抗Zx = 0 ，（无限大容量的电力系 统）则 U , f 恒定U aUbUcLLLRRRLLLRRRiaibicf u a =U m Sin ( t + )u b =Um Sin ( t + - 120)u c= Um Sin (t + + 12
4、0)短路前，电路处于稳态：u =U m Sin ( t + ) i = Im Sin ( t + - ) 式中 Im = Um / ( R + R ) + ( L+ L ) = t g ( L+L ) / (R+ R ) 设 ： t = 0 时发生短路，A 相的电压方程为： R i + L d i / d t = Um Sin ( t + ) (2) 方程 （2）的特解 短路电流的周期分量 i Z: i Z =I Zm Sin ( t + - ) (3) 式中 I Zm = Um / R + ( L ) 短路电流周期分量 的幅值 = t g L/ R 电路阻抗角 电源电压的初始相角，即t =
5、0 时， A相电压的相位角，又称合闸角 。 (1 ) 方程 （2）对应的齐次方程的通解 非周期分量 电流 if - Z : 由 R i + L di / dt = 0 得到 if - Z =C e p t = Ce t / T a ( 4) 式中 p = -R / L，是特征方程 R + P L = 0 的根 T a = - 1 / p = L / R 时间常数 C 积分常数，即非周期电流的起始值if - Z （0） 短路的全电流 i d = iz + i f-z = Izm Sin ( t + - ) + Ce t / T a (5) i (0-) = i (0+) Im Sin ( - )
6、 =Izm Sin ( - ) + C C = if - Z （0） = Im Sin ( - ) Izm Sin ( - ) 将上式代入（5）式 ： id = Izm Sin ( t + - )+ Im Sin ( - ) - Izm Sin ( - ) e t / T a (6) 短路稳态电流 I 就是短路电流的周期分量 I = IZ相量图 （ 旋转相量m 、 m 、 Zm在虚轴上的投影， 分 别为 电源电压、短路前电 流、短路后周期电流的瞬 时电流。） t = 0 时刻2） 短路冲击电流 短路冲击电流 短路电流 的最大瞬时值 i c jmmZmm-Zm+1ji(0)i f-Z(0)i Z
7、 (0)产生短路冲击电流的条件： （外部条件） （1）短路电路近似为纯感性电路， = 90 ； （2）短路发生前，电路为空载，I m= 0 ； （3）发生短路的瞬间 （t = 0），电压瞬时值 为零， 或该相的合闸相角 = 0 。 将 = 90 ， I m= 0 ， = 0 代入 （6）式： i d = -I Zm Cos t + I Zm e t / T a (7) 在 Im = 0， = 0, = 90, t = 0 时刻， 短路电流的波形 tidiZif-ZT/2i cji f-Z(0)i Zmi 短路电流的最大瞬时值发生在 路短后半个 周期的时刻 （产生冲击电流的内部条件） 若 f = 50 H z ，t = T / 2 = 1 / 2f = 0. 01 s 将 t =0. 01 s 代入 （7）式 i c j = - I Zm Cos 2f (1 / 2 f ) + I Zm e-0. 01/ Ta = I Zm + I Zm e-0. 01/ Ta = I Zm ( 1+ e-0. 01/ Ta ) = K cj I Zm (8) K cj 冲击系数
