短路電流的分析計(jì)算

短路電流的分析計(jì)算第1頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)概述故障:一般指短路和斷線,分為簡(jiǎn)單故障和復(fù)雜故障簡(jiǎn)單故障:電力系統(tǒng)中的單一故障復(fù)雜故障:同時(shí)發(fā)生兩個(gè)或兩個(gè)以上故障短路:指一切不正常的相與相之間或相與地之間（對(duì)于中性點(diǎn)接地的系統(tǒng)）發(fā)生通路的情況。第2頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月各種短路的示意圖和代表符號(hào)短路種類示意圖代表符號(hào)三相短路f(3)

兩相短路接地f(1,1)

兩相短路f(2)

單相短路f(1)一、短路的類型

第3頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月①絕緣材料的自然老化，設(shè)計(jì)、安裝及維護(hù)不良所帶來的設(shè)備缺陷發(fā)展成短路。②惡劣天氣：雷擊造成的閃絡(luò)放電或避雷器動(dòng)作，架空線路由于大風(fēng)或?qū)Ь€覆冰引起電桿倒塌等。③人為誤操作，如運(yùn)行人員帶負(fù)荷拉刀閘，線路或設(shè)備檢修后未拆除地線就加上電壓引起短路。④挖溝損傷電纜，鳥獸跨接在裸露的載流部分等。二、短路的主要原因第4頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)損壞設(shè)備：設(shè)備發(fā)熱增加，若短路持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，可能使設(shè)備過熱甚至損壞;由于短路電流的電動(dòng)力效應(yīng)，導(dǎo)體間還將產(chǎn)生很大的機(jī)械應(yīng)力，致使導(dǎo)體變形甚至損壞。(2)電壓大幅度下降，對(duì)用戶影響很大。(3)破壞系統(tǒng)穩(wěn)定：當(dāng)短路發(fā)生地點(diǎn)離電源不遠(yuǎn)而持續(xù)時(shí)間又較長(zhǎng)時(shí)，并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)可能失去同步，破壞系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，造成大面積停電，這是短路最嚴(yán)重的后果。(4)干擾通信：發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí),三相不平衡電流會(huì)在相鄰的通訊線路感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì),影響通訊.三、短路的危害第5頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月四、計(jì)算短路電流的目的短路電流計(jì)算結(jié)果是選擇電氣設(shè)備（斷路器、互感器、瓷瓶、母線、電纜等）的依據(jù)；是電力系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)計(jì)和整定的基礎(chǔ)；是比較和選擇發(fā)電廠和電力系統(tǒng)電氣主接線圖的依據(jù)，根據(jù)它可以確定限制短路電流的措施。第6頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月五、限制短路電流措施加裝限流電抗器采用快速的繼電保護(hù)和斷路器第7頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)無限大功率電源供電的三相短路電流分析定義：在此電路中假設(shè)電源電壓幅值和頻率均為恒定。這種電源稱為無限大功率電源。這個(gè)名稱從概念上是不難理解的：（1）電源功率為無限大時(shí)，外電路發(fā)生短路(—種擾動(dòng))引起的功率改變對(duì)于電源來說是微不足道的，因而電源的電壓和頻率(對(duì)應(yīng)于同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速)保持恒定；（2)無限大功率電源可以看作是由無限多個(gè)有限功率電源并聯(lián)而成，因而其內(nèi)阻抗為零，電源電壓保持恒定。第8頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)際中是以供電電源的內(nèi)阻抗與短路回路總阻抗的相對(duì)大小來判斷電源能否作為無限大功率電源。若供電電源的內(nèi)阻抗小于短路回路總阻抗曲10%時(shí)，則可認(rèn)為供電電源為無限大功率電源。第9頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月一、三相短路的暫態(tài)過程分析

簡(jiǎn)單三相電路短路第10頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月短路前電路處于穩(wěn)態(tài)：（以a相為例）第11頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月a相的微分方程式如下：其解就是短路的全電流，它由兩部分組成：周期分量和非周期分量。

假定t＝0時(shí)刻發(fā)生短路，短路暫態(tài)過程的分析與計(jì)算只針對(duì)左邊回路。由于電路仍為對(duì)稱．可以只研究其中的一相。第12頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月短路電流的強(qiáng)制分量,并記為

周期分量：第13頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月非周期電流：短路電流的自由分量,記為

—

特征方程

的根。—非周期分量電流衰減的時(shí)間常數(shù)

（C為由初始條件決定的積分常數(shù)）第14頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月短路的全電流可表示為：

短路電流不突變短路前電流積分常數(shù)C的求解第15頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月短路電流波形圖

第16頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)三相線路的對(duì)稱性：第17頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月1、由公式可見。短路至穩(wěn)態(tài)時(shí)，三相中的穩(wěn)態(tài)短路電流為三個(gè)幅值相等、相角相差1200的交流電流，其幅值大小取決于電源電壓幅值和短路回路的總阻抗。從短路發(fā)生至穩(wěn)態(tài)之間的暫態(tài)過程中，每相電流還包含有逐漸衰減的直流電流，它們出現(xiàn)的物理原因是電感中電流在突然短路瞬時(shí)的前后不能突變；很明顯。三相的直流電流是不相等的。討論第18頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月2、三相短路電流波形由于有了直流分量，短路電流曲線便不與時(shí)間軸對(duì)稱，而直流分量曲線本身就是短路電流曲線的對(duì)稱軸。因此，當(dāng)已知—短路電流曲線時(shí)，可以應(yīng)用這個(gè)性質(zhì)把直流分量從短路電流曲線中分離出來，即將短路電流曲線的兩根包絡(luò)線間的垂直線等分。3、直流分量起始值越大．短路全電流瞬時(shí)值越大。什么時(shí)候、什么情況下短路電流最大？第19頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月二、產(chǎn)生最大短路短路全電流的條件非周期電流有最大初值的條件應(yīng)為：2）短路回路為純電感回路（X>>R），

一般電力系統(tǒng)中，短路回路的感抗比電阻大得多故可近似認(rèn)為1）短路前電路空載（Im=0),3）短路發(fā)生時(shí)，電源電勢(shì)過零（α＝0）第20頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月將，和＝0代入式短路全電流表達(dá)式：指短路電流最大可能的瞬時(shí)值，用表示。其主要作用是校驗(yàn)電氣設(shè)備的電動(dòng)力穩(wěn)定度。三、短路沖擊電流由上面公式知：短路電流的最大瞬時(shí)值在短路發(fā)生后約半個(gè)周期時(shí)出現(xiàn)。若頻率f=50Hz，這個(gè)時(shí)間約為0.01秒，將其代入上式，可得短路沖擊電流：第21頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月定義：為沖擊系數(shù),實(shí)用中，kch=1.8對(duì)變壓器高壓側(cè)短路；

kch=1.9對(duì)機(jī)端短路。

沖擊電流對(duì)周期電流幅值的倍數(shù)（1<kch<2）

：短路電流周期分量的幅值：短路電流周期分量的有效值值第22頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月四、短路全電流的最大有效值Ich在短路過程中，任意時(shí)刻t的短路電流有效值，是指以時(shí)刻t為中心的一個(gè)周期內(nèi)瞬時(shí)電流的均方根值，即

短路電流最大有效值出現(xiàn)在第一周期，其中心為：t=0.01s第23頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月因此，短路電流的最大有效值：

短路電流的最大有效值常用于某些電氣設(shè)備的熱穩(wěn)定校驗(yàn)

沖擊電流常用于某些電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)。短路電流周期分量有效值第24頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月短路容量也稱為短路功率，它等于短路點(diǎn)短路電流有效值同短路處的正常工作電壓（一般用平均額定電壓）的乘積，即用標(biāo)幺值表示時(shí)

（取UB=Uav）短路容量主要用來校驗(yàn)開關(guān)的切斷能力。

四、短路容量另外，短路容量標(biāo)么值和短路電流標(biāo)么值相等。第25頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

計(jì)算短路電流周期分量時(shí)，通常取短路點(diǎn)所在那一段網(wǎng)絡(luò)的平均額定電壓為電源電壓。然后求出整個(gè)系統(tǒng)歸算到短路點(diǎn)所在電壓等級(jí)的總阻抗（忽略電阻）。利用以下公式求短路電流：五、短路電流周期分量有效值的計(jì)算

Uav:短路點(diǎn)所在電壓等級(jí)平均電壓

:歸算到短路點(diǎn)所在電壓等級(jí)的總阻抗用有名值表示時(shí)：第26頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月用標(biāo)幺值表示時(shí)

（取UB=Uav）由此得：為了求短路回路的總阻抗的標(biāo)么值，一般采用標(biāo)么值的近似計(jì)算法來形成網(wǎng)絡(luò)的等值電路，然后通過網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化短路回路的總阻抗。第27頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)無窮大系統(tǒng)三相短路電流計(jì)算一、 短路電流的計(jì)算的步驟（標(biāo)么值法）求：短路電流周期分量，沖擊電流、短路功率1、繪制等值電路圖GGX1X2E1’’E2’’只考慮元件電抗，不計(jì)電阻，不計(jì)勵(lì)磁支路求出各元件歸算到同一基準(zhǔn)值下的的電抗標(biāo)么值，得到短路計(jì)算用的等值電路。第28頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月各元件標(biāo)么值計(jì)算的公式（近似計(jì)算法）換算至系統(tǒng)統(tǒng)一基準(zhǔn)值下：(SB,UB)發(fā)電機(jī)變壓器電抗器線路第29頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）星網(wǎng)變換

求出短路回路的總阻抗標(biāo)么值XdΣ*2、網(wǎng)絡(luò)變換與化簡(jiǎn)（1）串聯(lián)、并聯(lián)等值第30頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第31頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月Z6Z5

f

Z7

Z4

Z2

Z3

Z1

Z10Z5

f

Z7

Z8

Z2

Z9

Z1

f

Z13Z11

Z12

Z2

Z1

f

Z2f

Z1f

f

ZfΣ

EfΣ

輸入阻抗例:求短路回路阻抗的過程第32頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）.利用網(wǎng)絡(luò)的對(duì)稱性化簡(jiǎn)對(duì)稱性：指網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)相同，電源一樣，阻抗參數(shù)相等（或其比值相等）以及短路電流的走向一致等。在對(duì)應(yīng)的點(diǎn)上，電位必然相同。同電位點(diǎn)之間的電抗可根據(jù)需要短接或斷開。例新書P171例舊書P95第33頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月網(wǎng)絡(luò)接線圖(b)等值電路

(c)簡(jiǎn)化后的等值電路利用電路的對(duì)稱性進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化第34頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

3、求短路電