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文档简介
1、电气工程基础第十一章 电磁暂态过程与三相短路 电流计算电力系统短路的概念电气工程基础第十一章 电磁暂态过程与三相短路 电流计算电力系统的运行参数:电力系统的运行参数:电流、电压、频率、功率电流、电压、频率、功率 当运行参数在允许的范围之内,则电力系当运行参数在允许的范围之内,则电力系统运行正常。否则,电力系统出现故障,则运统运行正常。否则,电力系统出现故障,则运行状态发生急剧变化。由于系统中包括惯性元行状态发生急剧变化。由于系统中包括惯性元件(如电感、电容等),使得系统从一种状态件(如电感、电容等),使得系统从一种状态到另外一种状态需要一个过程。从微秒到十几到另外一种状态需要一个过程。从微秒到
2、十几毫秒是雷电或操作过电压造成的,从十几毫秒毫秒是雷电或操作过电压造成的,从十几毫秒到十几分钟是由电磁引起的。到十几分钟是由电磁引起的。 一般从微秒几十毫秒的过程被称为暂态一般从微秒几十毫秒的过程被称为暂态(瞬态)。(瞬态)。电气工程基础第十一章 电磁暂态过程与三相短路电流计算一、短路的原因和分类一、短路的原因和分类 电力系统可能发生的故障中,危害最大而电力系统可能发生的故障中,危害最大而且发生概率最高的是短路故障。且发生概率最高的是短路故障。 1. 什么叫短路故障什么叫短路故障 电力系统中相与相或相与地之间非正常接通电力系统中相与相或相与地之间非正常接通的现象叫做短路。的现象叫做短路。 2.
3、 引起短路的原因引起短路的原因 绝缘材料的自然老化;机械损伤;开关操绝缘材料的自然老化;机械损伤;开关操作冲击;雷电或操作过电压;鸟、兽、树、飞作冲击;雷电或操作过电压;鸟、兽、树、飞机等跨接裸露载流部分或毁坏支撑设备;自然机等跨接裸露载流部分或毁坏支撑设备;自然灾害。灾害。电气工程基础第十一章 电磁暂态过程与三相短路电流计算3. 短路的种类短路的种类(1)按照相与地、相与相短路分)按照相与地、相与相短路分 单相接地、两相接地、三相接地、单相接地、两相接地、三相接地、 两相间短路、三相间短路两相间短路、三相间短路(2)按照短路的对称性分)按照短路的对称性分 对称短路故障:三相系统同时短路对称短
4、路故障:三相系统同时短路 不对称短路故障不对称短路故障 :除对称外的其它短路:除对称外的其它短路(3)按照短路点的电阻大小分)按照短路点的电阻大小分 金属性短路:短路时电阻很小,电流很大金属性短路:短路时电阻很小,电流很大 过渡电阻短路过渡电阻短路 :短路时有一定的电阻:短路时有一定的电阻电气工程基础第十一章 电磁暂态过程与三相短路电流计算电气工程基础第十一章 电磁暂态过程与三相短路电流计算二、短路后果和预防措施二、短路后果和预防措施 1. 短路后果短路后果 (1)电流急剧增大,瞬间产生极大的热量而使)电流急剧增大,瞬间产生极大的热量而使导体或绝缘层破坏;导体或绝缘层破坏; (2)短路开始瞬间
5、,产生电动力,使导体变形)短路开始瞬间,产生电动力,使导体变形 (3)电网电压降低,影响设备的工作)电网电压降低,影响设备的工作 (4)引起发电机失步,从而大面积停电)引起发电机失步,从而大面积停电 (5)不对称短路会对通讯系统造成严重干扰)不对称短路会对通讯系统造成严重干扰 2. 措施措施 预防:预防:设计合理、元件质量好、安装防雷设设计合理、元件质量好、安装防雷设备、设计安全保护设备、加强运行管理。备、设计安全保护设备、加强运行管理。 排除:排除:发生短路故障时迅速隔离故障点、尽发生短路故障时迅速隔离故障点、尽快恢复其它正常网络,检修故障点。快恢复其它正常网络,检修故障点。电气工程基础第十
6、一章 电磁暂态过程与三相短路电流计算三、短路计算与目的三、短路计算与目的 1. 短路计算短路计算 在设计、选型、校核时以短路计算结果为依在设计、选型、校核时以短路计算结果为依据。据。 2. 短路计算的目的短路计算的目的 (1)选择的电气设备具有足够的机械稳定度和)选择的电气设备具有足够的机械稳定度和热稳定度热稳定度 (2)可以正确设定各种保护设备的参数)可以正确设定各种保护设备的参数 (3)便于确定电气主接线的接线图,并确定是)便于确定电气主接线的接线图,并确定是否需要采取限制短路电流的措施否需要采取限制短路电流的措施 (4)用于分析短路对用户的影响、对通讯系统)用于分析短路对用户的影响、对通
7、讯系统的干扰程度等的干扰程度等电气工程基础第十一章 电磁暂态过程与三相短路电流计算四、短路计算的简化假设四、短路计算的简化假设 计算条件包括短路时系统的运行方式、短路类计算条件包括短路时系统的运行方式、短路类型、发生地点和采取的措施。型、发生地点和采取的措施。 常采用的简化假设:常采用的简化假设: 短路过程中发电机转子间不摇摆,各发电机短路过程中发电机转子间不摇摆,各发电机电势同相位且数值恒定。电势同相位且数值恒定。 负荷为恒定阻抗。负荷为恒定阻抗。 不考虑磁路饱和。不考虑磁路饱和。 系统视为对称三相系统。系统视为对称三相系统。 发电机、输电线、变压器等元件均用纯电抗发电机、输电线、变压器等元
8、件均用纯电抗表示。表示。 电气工程基础第十一章 电磁暂态过程与三相短路电流计算一、无限大功率电源:是指端电压幅值和频率都保持恒一、无限大功率电源:是指端电压幅值和频率都保持恒定的电源,其内阻抗为零。定的电源,其内阻抗为零。二、三相短路的暂态过程二、三相短路的暂态过程 电气工程基础第十一章 电磁暂态过程与三相短路电流计算短路前电路处于稳态: 00sin()sin()amamuUtiIt 0222()()mmUIRRLL0()arctanLLRRsin()mdiRiLUtdta相的微分方程式如下:电气工程基础第十一章 电磁暂态过程与三相短路电流计算短路电流表达式如下: /00sin() sin()
9、sin()t TammmpaaaiItIIeii 短路电流由两部分组成:周期分量和非周期分量。 a、b、c三相短路电流的周期分量幅值相等,相位相差120。 非周期分量起始值大小与电源电压在短路开始时刻的相角、短路前回路中电流幅值有关。电气工程基础第十一章 电磁暂态过程与三相短路电流计算电气工程基础第十一章 电磁暂态过程与三相短路电流计算1.短路电流的最大值约在短路后的T/2时刻出现,称为短路冲击电流 。主要用来校验电气设备和载流导体的动稳定,是检验电气设备短路时机械应力的重要参数。Mi0.01/aTMmmiII e0.01/(1)aTmM meIK I 一般电力系统中,短路回路的感抗比电阻大得
10、多,即 ,故可近似认为 。因此,非周期电流有最大值的条件为:短路前电路空载(Im0=0),并且短路发生时,电源电势过零(0)。90RL 短路电流的最大瞬时值在短路发生后约半个周期时出现。若 Hz,这个时间约为0.01秒。综上可得短路冲击电流 :50f 电气工程基础第十一章 电磁暂态过程与三相短路电流计算在发电机端部发生短路时,在发电机端部发生短路时,K KM M=1.9 (=1.9 (容量大容量大于于12MW)12MW);在发电厂高压侧母线上短路时,在发电厂高压侧母线上短路时,K KM M=1.85;=1.85;其他地点短路时,其他地点短路时,K KM M=1.8=1.8。 电气工程基础第十一章 电磁暂态过程与三相短路电流计算2. 短路电流有效值It是指以任一时刻t为中心的一个周期内瞬时电流的均方根值。短路电流最大有效值主要用于校验某些电器的断流能力。2 /2 /22 /2 /211 ( ) ( )( )t Tt Ttjztt Tt TIit dti titdtTT为了简化计算,假定:非周期电流在以时间t为中心的一个周期内恒定不变,因而它在时间t的有效值就等于它的瞬时值。222222(2)(0.01)(2)(1)1 2(1)2Mmz
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