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1、第四章电力系统短路,4.1.1短路的一般概念,一、短路的原因,短路,是指一切不正常的相与相之间或相与地之间发生通路的情况,短路是电力系统的严重故障。,短路原因,元件损坏,绝缘材料的自然老化等,气候条件恶化,雷电造成的闪络放电,违规动作,运行人员带负荷拉闸等,其他,挖沟损伤电缆,鸟兽跨接在裸露的载流部分,4.1概 述,在各种短路中,单相短路占大多数,两相短路较少,三相短路机会更少。但三相短路虽然很少发生,但情况较严重,短路有:三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路,三相短路也称为对称短路,系统各相处于对称状态,其他类型的短路称为不对称短路,三相短路,两相短路,两相接地短路,单相接地短路,
2、f(3),f(1,1),f(2),f(1),各种短路示意图及代表符号,二后果(1)短路时有电弧产生,不仅能烧坏故障元件本身,也可能烧坏周围设备和人员。(2)巨大的短路电流通过导体时,一方面会使导体大量发热,造成导体过热甚至熔化,以及使绝缘体损坏;另一方面,巨大的短路电流还将产生很大的电动力作用于导体,使导体变形或损坏。(3)短路时系统电压将大幅度下降,特别是靠近短路点处电压降低很多,可能破坏部分或全部用户的供电。(4)短路时,系统功率分布的突然变化和电压严重下降,可能破坏各种电厂并联工作的稳定性,使整个系统被解列。,三、短路计算的目的,选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备,合理配置各种继电
3、保护和自动装置,确定是否需要采取限制短路电流的措施,研究短路对用户工作的影响,4.1.2恒定电势源电路的三相短路,所谓无限大容量电源,或称为无限大容量系统,是指这种电源供电的电路内发生短路时,电源的端电压在短路时恒定不变,即电压的幅值和频率都恒定不变。,一、短路的暂态过程,电路如图所示,短路前电路处于稳态,由于电路对称,写出一相电势和电流,短路后,阻抗值从,a相电路列写微分方程,解得,特解为强制分量,通解为自由分量,电感电流不能跳变,即,则有,短路电流各分量之间的关系可以用相量图表示,非周期电流初值的大小与短路发生的时刻有关当相量Iapm与时间轴平行时,iap0的值最大;与时间轴垂直时,iap
4、0=0,二、短路冲击电流,短路电流最大可能的瞬时值称为短路冲击电流,以iim表示,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越大,因此短路冲击电流iim出现的条件为,有最大可能值,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,短路恰好发生在短路周期电流取幅值的时刻。,t=0时,与时间轴平行时,其电流波形如图所示:短路电流的最大瞬时值在短路发生后约半个周期出现。由此,冲击电流的算式为:,三、短路电流的有效值,在短路过程中,任一时刻t的短路电流有效值It,是指以时刻t为中心的一个周期内瞬时电流的均方根值,在电力系统中,短路电流周期分量的幅值在一般情况下是衰减的。为了简化
5、计算,规定:非周期电流在以时间t为中心的一个周期内恒定不变,因此其在时间t的有效值就等于它的瞬时值,即:,对于周期电流认为,在以时间t为中心的一个周期内幅值恒定,因此t时刻的周期电流有效值为:,短路电流最大有效值:,短路容量等于短路电流有效值同短路处的正常工作电压的乘积,即:,四、短路功率,用标幺值表示为:,4.4电力系统三相短路的实用计算,一、有关短路的物理量:假设在U=0、t=0、的条件下,短路次暂态电流有效值,即短路后第一个周期的短路电流周期分量的有效值,无限大容量系统,(一)短路电流周期分量,(二)短路电流非周期分量,(三)短路全电流,(四)短路冲击电流,在高压电路发生三相短路时,冲击
6、系数为.,(五)短路稳态电流,在及以下的电力变压器二次侧及低压电路中发生三相短路时,冲击系数为.,二、用有名值法进行短路计算,在无限大容量系统中发生三相短路时,其三相短路电流周期分量有效值按下式计算,三相短路容量为,1.电力系统的阻抗计算,电力系统的电阻相对于电抗来说很小,一般不予考虑,2.电力变压器的阻抗计算,(1)变压器的电阻,(2)变压器的电抗,必须注意:在计算短路电路的阻抗时,假如电路内含有电力变压器时,电路内各元件的阻抗都应统一换算到短路点的短路计算电压去;阻抗等效换算的条件是元件的功率损耗不变:,只有电力线路的阻抗需要换算,三、用标幺制法进行短路计算,工程计算中常取SB=100MVA UB=Uav,(1)电力系统的电抗标么值,(2)电力变压器的电抗标么值,(3)电力线路的电抗标么值,无限大容量系统三相短路电流周期分量有效值的标么值按下式计算,由此可求得三相短路电流周期分量有效值,三相短路容量为,