【正文】 算低壓電網(wǎng)短路電流時(shí)，線路電阻不能忽略，線 路每相電阻值可用下式計(jì)算： AlRl ??0RRl l? 電 纜 名 稱 電 導(dǎo) 率 γ /（ m/Ω 如果在 某些場(chǎng)合需要使用實(shí)際數(shù)值計(jì)算，當(dāng)然要換算，其公式為 : 2avT T kNT%? ? ? UX Z u S51 3. 電抗器的電抗 電抗器是用來限制短路電流的電感線圈，只有 當(dāng)短路電流過大造成開關(guān)設(shè)備選擇困難或不經(jīng)濟(jì) 時(shí)，才在線路中串接電抗器。 它對(duì)于變壓器在二次側(cè)發(fā)生突然短路時(shí)，會(huì)產(chǎn)生多大的短路電 流有決定性的意義，對(duì)變壓器制造價(jià)格大小和變壓器并列運(yùn)行也有 重要意義。它是指將變壓器二次繞阻短路，在一次繞阻施加電壓，當(dāng)二次 繞阻通過額定電流時(shí)，一次繞阻施加的電壓與額定電壓之比的百分 數(shù)。 如何求出短路回路中各元件的阻抗？ 下面介紹供電系統(tǒng)中常用元件阻抗的計(jì)算方法。 即 Uar ＝ 我國(guó)電力系統(tǒng)各電壓等級(jí)的平均額定電壓規(guī)定如下 ： 電網(wǎng)額定電壓（ kV） 6 10 35 110 220 330 500 電網(wǎng)平均額定電壓（ kV） 37 115 230 345 525 44 ② 由電源至短路點(diǎn)之間的短路阻抗 : k l k l1XR3?22k l k l k lZ R X??k l k l1RX3?在高壓電網(wǎng)有 ： 可忽略 Rkl kl klZX?在低壓電網(wǎng)有： 可忽略 Xkl kl klZR?klXklRklZ分別是 電源至短路點(diǎn)之間的總短路阻抗、 總短路電抗、總短路電阻 有名值計(jì)算法 ( 3 ) av22av33???kkl klklUIRXUZ 有名值法又稱歐姆法，是因其短路計(jì)算中的阻抗都采用有名 單位 “ 歐姆 ” 而得名。 A ” ； 阻抗為 “ Ω” 等。 短路計(jì)算中有關(guān)物理量一般采用以下單位： 電流為 “ kA” ；電壓為 “ kV” ； 短路容量和斷流容量為 “ MV 無限大容量電源供電系統(tǒng)短路電流計(jì)算 42 三相短路電流常用的計(jì)算方法有歐姆法和標(biāo)幺制法 兩種。 dT?)3~(??dT)~(??dTI?E?dX?41 為方便計(jì)算，假設(shè)電源相對(duì)我們的供電系統(tǒng)是一個(gè)無窮 大系統(tǒng)，電路發(fā)生短路時(shí)，電源電壓保持不變。 通常稱這個(gè)最大起始值為次暫態(tài)電流，其有效值 為 。 水輪發(fā)電機(jī)， s； 汽輪發(fā)電機(jī)， s。 對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)， s； 對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)， s。 在 衰減完后，激磁繞組的感應(yīng)電流 繼續(xù)衰減的過 程稱為暫態(tài)過程，衰減完后，短路便進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。 有限大容量電源供電系統(tǒng)短路電流 暫態(tài)過程分析 jci znijcΦ znΦ 當(dāng)發(fā)電機(jī)的端電壓降到某一規(guī)定值時(shí)，強(qiáng)制勵(lì)磁裝置自 動(dòng)投入，發(fā)電機(jī)的端電壓逐漸恢復(fù)，短路電流的周期分量 的幅值逐漸增加，最終趨于穩(wěn)定。 故在短路瞬間，發(fā)電機(jī)端電壓不會(huì)突變。 ，故其方向與轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的主磁通 相反，產(chǎn)生強(qiáng)去磁作用，使發(fā)電機(jī)氣隙中的合成磁場(chǎng)削 弱，端電壓下降。 因?yàn)閷?duì)電源來說，相當(dāng)于在發(fā)電機(jī)的端頭處短路， 這 使同步發(fā)電機(jī)的定子電流激增，產(chǎn)生很強(qiáng)的電樞反應(yīng)磁通 。 kk0 . 0 1 0 . 0 1TTe 2 ea p ( t= 0 .0 1 ) p m pI = I I???其中： 34 在短路計(jì)算和電氣設(shè)備選擇時(shí)，常遇到短路容 量的概念，其定義為短路點(diǎn)的 平均 電壓與短路電流 周期分量所構(gòu)成的三相視在功率，即 4. 短路容量 ( 3 )k a v pS 3U I? 計(jì)算短路容量的目的是在選擇開關(guān)設(shè)備時(shí)，用來校驗(yàn)其分?jǐn)嗄芰?。 22222211d ( ) dTTt+ t+k t k p t a p tTTt tI = i t i i tTT???? 簡(jiǎn)化計(jì)算，取 時(shí)刻的瞬時(shí)值作為一個(gè)周期內(nèi)的有效值，得短路全電流有效值近似式子： tI 22k t p t a p tII??? ? 222 a p 0 . 0 1 pI 1 2 1s h p t s hI I I k?? ? ? ? ?1 . 8 , 1 . 5 21 . 3 , 1 . 0 9s h s h ps h s h pk I Ik I I????在 高 壓 系 統(tǒng) 中 ，在 低 壓 系 統(tǒng) 中 ， 短路電流最大有效值發(fā)生在短路后第一個(gè)周期內(nèi)，稱為短路全電流的最大有效值，簡(jiǎn)稱沖擊電流的有效值。 k??1e kTshk??＝計(jì)算沖擊電流用于校驗(yàn)電氣設(shè)備和導(dǎo)體的動(dòng)穩(wěn)定性。 得 最大短路電流的沖擊電流： 高、低壓電路 的取值與 電流沖擊值 shksh sh p pi 2 k I = 5I? s shT 。 2. 短路電流的沖擊值 shi29 短路電流最大可能的瞬時(shí)值，稱為 短路電流的沖擊值 ，用 表示。 在 T/2處，出現(xiàn)短路電流的幅值最大。 相角差， 初始值必不相同，因此，三 相短路全電流的波形是不對(duì) 稱的。 27 在三相電路中，各相的非 周期分量電流大小并不相等。 這個(gè)自感電流就是非周期分量，其初值的大小與短路發(fā)生的時(shí)刻有關(guān)，即與電源電壓的初相位有關(guān)。 故在發(fā)生突然短路的瞬間（ 0時(shí)），由于短路后的周期分量電流突然增大，與短路前的電流不等。 26 短路電流暫態(tài)過程的突出特點(diǎn)就是產(chǎn)生非周期分量電流，產(chǎn)生的原因是由于短路回路中存在電感。 ?短路電流各分量的相量圖 )s i n ( ??? ?? tUu m圖中表明：一相的短路電流情況，其他兩相只是在相位上相差 120176。 周期分量屬于強(qiáng)制電流，它的大小取決于電源電壓和短路 回路的阻抗，其幅值在暫態(tài)過程中保持不變； 非周期分量屬于自由電流，是為了使電感回路中的磁鏈和 電流不突變而產(chǎn)生的一個(gè)感生電流，它的值在短路瞬間最大， 接著便以一定的時(shí)間常數(shù)按指數(shù)規(guī)律衰減，直到衰減為零。 短路電流各分量的波形圖 ? ?si nmi I t? ? ?? ? ? k p spi i i??kpii?正常 m sin( )uU ω t α??23 上圖表示了無限大容量電源系統(tǒng)發(fā)生三相短路前后電流、 電壓的變化曲線。 非周期分量，是幅值隨短路回路的 Tfi呈指數(shù)曲線衰減。 定量分析： 三相對(duì)稱，取 A相分析。 17 1. 短路暫態(tài)過程的簡(jiǎn)單分析 電源的相電壓 線路電流 線路阻抗 m sin( )uU ω t α??m si n( )iI ω t α φ? ? ?kl klZ ( R R ) j ( L L )??? ? ? ? ?設(shè)短路前： 18 在 k點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí) ,電流與電壓的關(guān)系 設(shè)在 K點(diǎn)發(fā)生三相短路。 與電源相連的回路由于負(fù)荷阻抗和部分線路阻抗被短 路 ,所以電路中的電流要突然增大。 在沒有電源的短接回路中，電流將從短路發(fā)生瞬間的 初始值按指數(shù)規(guī)律衰減到零。 設(shè)取 A相分析。 15 1. 短路暫態(tài)過程的簡(jiǎn)單分析 設(shè)供電系統(tǒng)在 K點(diǎn)處發(fā)生三相短路。 然而對(duì)于容量相對(duì)于用戶供電系統(tǒng)容量大得多的電力 系統(tǒng)，當(dāng)用戶供電系統(tǒng)的負(fù)荷變動(dòng)甚至發(fā)生短路時(shí)，電力 系統(tǒng)變電所饋電母線上的電壓能基本維持不變。 什么是無限大容量電源？ 所謂 “ 無限大容量系統(tǒng) ” 指端電壓保持恒定，沒有內(nèi)部 阻抗以及容量無限大的系統(tǒng)。 由于 P ≥ΔP，可認(rèn)為在短路過程中無限大容量電源系統(tǒng) 的頻率是恒定的。 13 無限大容量電源供電系統(tǒng) 短路電流暫態(tài)過程分析 為了便于分析問題，假設(shè)系統(tǒng)電源電勢(shì)在短路過程中近 似地看做不變，因而便引出了無限大容量電源系統(tǒng)的概念。 暫態(tài)過程，不僅與供電系統(tǒng)的阻抗參數(shù)有關(guān)， 而且還與系統(tǒng)的電源容量大小有關(guān)。 暫態(tài)過程雖然歷時(shí)很短，但突然增大幾倍、幾 十倍的短路電流對(duì)電力系統(tǒng)能產(chǎn)生極大的危害。 短路使線路負(fù)荷突然減少 ， 勢(shì)必造成短路電流的 增大 ， 但是感性負(fù)載抵制電流的突變 ， 這對(duì)矛盾的 存在導(dǎo)致了電力系統(tǒng)暫態(tài)過程的發(fā)生 。 短路電流暫態(tài)過程分析 11 短路電流暫態(tài)過程分析 暫態(tài)過程產(chǎn)生的原因是什么 ？ 根據(jù)楞次定律 ， 在發(fā)生突然短路的瞬間 (t=0)， 線 路中的 電流不能突變 。 什么是短路電流的暫態(tài)過程 ？ 短路發(fā)生后 ， 電流在短時(shí)間內(nèi)突然增大 ， 經(jīng)過 一段時(shí)間 ， 短路電流有所減少 ， 系統(tǒng)又重新穩(wěn)定 在一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài) 。 10 當(dāng)短路突然發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)原來的穩(wěn)定工作狀態(tài)遭到破壞，需要經(jīng)過一個(gè)暫態(tài)過程才能進(jìn)入短路穩(wěn)定狀態(tài)。 ④ 保護(hù)電力系統(tǒng)的電氣設(shè)備在最嚴(yán)重的短路狀態(tài) 下不損壞，盡量減少因短路故障產(chǎn)生的危害。 ② 整定繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的參數(shù)。 短路的危害 9 計(jì)算短路電流的目的 在供電系統(tǒng)和變電所的設(shè)計(jì) 、 運(yùn)行中，進(jìn)行短路電流計(jì)算 用于 ： ①作為選擇電氣設(shè)備的依據(jù)。 ③磁效應(yīng)： 不對(duì)稱短路電流產(chǎn)生不平衡的交變磁場(chǎng)，通訊、控制設(shè)備造成影響。 短路的危害 8 ① 熱效應(yīng)： 短路電流通常是正常工作電流值的十幾倍或幾十倍，使設(shè)備過熱，導(dǎo)致絕緣加速老化或損壞。 7 發(fā)生短路故障時(shí)，由于短路回路中的阻抗大大 減小，短路電流與正常工作電流相比增加很大 （通常是正常工作電流的十幾倍到幾十倍）。 其中三相短路為對(duì)稱短路 ， 其余均稱為不對(duì)稱短路。 ⑤挖溝損傷電纜。 ③ 工作人員誤操作 ， 如帶負(fù)荷拉刀閘 、 檢修線 路或設(shè)備未拆除地線就合閘供電 。 4 短路產(chǎn)生的原因 ① 電氣設(shè)備載流部分的絕緣材料老化 、 損壞 。其特征就是短接前后兩點(diǎn)的電位差會(huì)發(fā)生 顯著的變化，電流增大 。第 3章 短路電流計(jì)算 2 第 3章 短路電流計(jì)算 本章學(xué)習(xí)內(nèi)容 短路電流暫態(tài)過程的分析； 無限大容量電源系統(tǒng) 有限容量電源系統(tǒng)短路電流的計(jì)算； 大容量電動(dòng)機(jī)對(duì)短路電流的影響； 短路電流的力、熱效應(yīng)分析等。 3 短路電流的基本概念 產(chǎn)生短路電流的原因 什么是短路？ 短路，就是指供電系統(tǒng)中不等電位的導(dǎo)體在 電氣上被短接，如相與相之間、相與地之間的短 接等。 什么是短路電流？ 短路電流是指供電系統(tǒng)短路時(shí)產(chǎn)生超出規(guī)定值 許多倍的大電流。 ② 雷擊或過電壓擊穿 、 風(fēng)災(zāi)引起斷線等 。 ④ 其他外來物體搭在裸線上。 短路的基本類型： 短路的種類 ④ 兩相接地短路 (1,1)k① 三相短路 (3)k ② 兩相短路 (2)k③ 單相短路 (1)k6 短路可分為 對(duì)稱短路和不對(duì)稱短路兩大類 型。 在供電系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，發(fā)生單相接地短路 的幾率最大，發(fā)生三相對(duì)稱短路的幾率最小。強(qiáng) 大的短路電流在其回路中所產(chǎn)生的熱及電動(dòng)力效 應(yīng)會(huì)使電氣設(shè)備受到破懷。 ②電動(dòng)力效應(yīng)： 短路電流產(chǎn)生巨大的電動(dòng)力，使設(shè)備機(jī)械變形、扭曲甚至損壞。 ④電壓降低 ： 很大的短路電流在線路上造成很大的電壓降，影響用電設(shè)備的使用。例如選擇斷路器、 隔離開關(guān)、絕緣子、母線、電纜等。 ③ 確定主接線方案、運(yùn)行方式及限流措施 等。造成的影響，需要計(jì)算三相短路電流。 供電系統(tǒng)中的電流在短路發(fā)生時(shí)也要增大，經(jīng)過暫態(tài)過程達(dá)到新的穩(wěn)定值。 從短路發(fā)生到系統(tǒng)重新穩(wěn)定的這段過程 ， 叫系統(tǒng)的暫態(tài)過程 。 我們的供電系統(tǒng)呈感性 ， 而感性負(fù)載的電流不能 突變 ， 因此在短路的瞬間線路中的電流不突變 。 12 短路電流暫態(tài)過程分析 短路電流的暫態(tài)過程時(shí)間很短， 在工程上一般 在 暫態(tài)過程 結(jié)束。因 此，研究短路的暫態(tài)過程具有重要意義。 我們分別 討論 無限大容量電源系統(tǒng) 及 有限容量 電源系統(tǒng) 的短路暫態(tài)過程 。 所謂無限