第2章矿山供电系统故障分析

1、矿山电工学矿山电工学主讲：唐轶主讲：唐轶上页上页下页下页目录目录第二章第二章 矿山供电系统故障分析矿山供电系统故障分析 本章重点：本章重点：p分析两个常见故障：漏电故障和短路故障。分析两个常见故障：漏电故障和短路故障。p回答一个重要问题：为什么回答一个重要问题：为什么“向井下供电的电网向井下供电的电网不允许直接接地不允许直接接地”。p重点介绍两种故障计算：人身触电电流（含单相重点介绍两种故障计算：人身触电电流（含单相接地电流）计算和短路电流计算。接地电流）计算和短路电流计算。p分析矿井电网发生单相漏电和单相接地故障时电分析矿井电网发生单相漏电和单相接地故障时电网中零序电流的分布。网中零序电流的

2、分布。 上页上页下页下页目录目录第一节第一节 漏电电流及其危害漏电电流及其危害p泄漏电流：正常情况下除用电负荷工作电流以外泄漏电流：正常情况下除用电负荷工作电流以外的电流。的电流。p漏电电流：发生漏电故障流入大地的电流。漏电电流：发生漏电故障流入大地的电流。p漏电故障：电网对地绝缘阻抗下降，泄漏电流增漏电故障：电网对地绝缘阻抗下降，泄漏电流增加到危及人身和电气设备安全的故障形式。加到危及人身和电气设备安全的故障形式。 包括单相接地、两相及三相对地绝缘下降、人包括单相接地、两相及三相对地绝缘下降、人身触电等。身触电等。上页上页下页下页目录目录第一节第一节 漏电电流及其危害漏电电流及其危害p电网漏

3、电故障等值示意电路电网漏电故障等值示意电路p图中：图中：Ua、Ub和和Uc是三相电源电压，是三相电源电压，ZL为负荷阻抗，为负荷阻抗，Ca、Cb、Cc和和ra、rb、rc分别是分别是a、b和和c相导线对地电容和绝缘电阻，相导线对地电容和绝缘电阻，ZN为为变压器中性点接地元件（若中性点不接地，变压器中性点接地元件（若中性点不接地，ZN=，若中性点经电，若中性点经电抗接地，则抗接地，则ZN为接地电抗的阻抗），为接地电抗的阻抗），Rr是漏电故障电阻（若单相是漏电故障电阻（若单相直接接地，则直接接地，则Rr=0）。）。 上页上页下页下页目录目录第一节第一节 漏电电流及其危害漏电电流及其危害p 漏电电流

4、的危险：漏电电流的危险： (1)(1)增加人身触电伤亡的可能。增加人身触电伤亡的可能。 (2)(2)引燃或引炸瓦斯和煤尘。引燃或引炸瓦斯和煤尘。 (3)(3)烧损电气设备。烧损电气设备。 (4)(4)引起电气雷管的无准备引爆。引起电气雷管的无准备引爆。 p造成人体触电危害的最主要因素有：造成人体触电危害的最主要因素有：通过人体的触电电流的大小。电流越大越危险。通过人体的触电电流的大小。电流越大越危险。人身触电的持续时间。时间越长越危险。人身触电的持续时间。时间越长越危险。上页上页下页下页目录目录电流对人体的影响电流对人体的影响电流电流mA50Hz交流交流直流直流0.61.5始有感觉，手指有麻刺

5、感始有感觉，手指有麻刺感无感觉无感觉23手指有强烈麻刺感，颤抖手指有强烈麻刺感，颤抖无感觉无感觉57手部痉挛手部痉挛感觉痒、刺痛、灼热感觉痒、刺痛、灼热810手难以摆脱带电体，手指到手手难以摆脱带电体，手指到手腕有剧痛腕有剧痛热感增加热感增加2025手迅速麻痹，不能摆脱带电体，手迅速麻痹，不能摆脱带电体，剧痛，呼吸困难剧痛，呼吸困难热感觉增强较大，手部肌肉热感觉增强较大，手部肌肉不强烈收缩不强烈收缩5080呼吸麻痹心室开始震颤呼吸麻痹心室开始震颤有强烈热感觉，手部肌肉收有强烈热感觉，手部肌肉收缩，痉挛，呼吸困难缩，痉挛，呼吸困难90100呼吸麻痹，持续呼吸麻痹，持续3s以上则心脏以上则心脏麻痹

6、，心室颤动麻痹，心室颤动呼吸麻痹呼吸麻痹100300时间时间0.1s以上则呼吸心脏麻痹，以上则呼吸心脏麻痹，肌体受电流热破坏肌体受电流热破坏上页上页下页下页目录目录第一节第一节 漏电流及其危害漏电流及其危害通过人体的触电电流大小影响：通过人体的触电电流大小影响：p 1、感知电流：平均值为、感知电流：平均值为1.1mA，女性约为，女性约为0.7mA。p 2、反应电流：能引起预料不到的不自主反应，并有、反应电流：能引起预料不到的不自主反应，并有可能造成事故。可能造成事故。p 3、摆脱电流：人体能忍受的最大电流，在这一电流、摆脱电流：人体能忍受的最大电流，在这一电流作用下，人体受刺激的肌肉能摆脱带电

7、体。反复经作用下，人体受刺激的肌肉能摆脱带电体。反复经受不会对人体有不良后果；不用借助于他人的帮助受不会对人体有不良后果；不用借助于他人的帮助而自主脱离危险。是一个人身触电的绝对安全的极而自主脱离危险。是一个人身触电的绝对安全的极限电流。正常男性为限电流。正常男性为9mA，女性，女性6mA。p 4、心室颤动电流。心室颤动除电流大小因素外，触、心室颤动电流。心室颤动除电流大小因素外，触电时间的影响也很大。电时间的影响也很大。 上页上页下页下页目录目录第一节第一节 漏电流及其危害漏电流及其危害p人体的电气安全参量人体的电气安全参量 F9mA摆脱电流是绝对安全电流，是最为保险的。摆脱电流是绝对安全电

8、流，是最为保险的。F我国一直延用的我国一直延用的30mA极限安全电流。极限安全电流。 F30mAs是人体触电的极限电气安全参量，是国标。是人体触电的极限电气安全参量，是国标。 F取人体电阻为取人体电阻为l000为计算参考值。为计算参考值。上页上页下页下页目录目录第一节第一节 漏电流及其危害漏电流及其危害p人身触电的预防人身触电的预防 人身接触到正常情况下不带电，由于绝缘损坏人身接触到正常情况下不带电，由于绝缘损坏可能带电的各种电气设备的金属外壳。采用保护接可能带电的各种电气设备的金属外壳。采用保护接地解决。地解决。p人身接触到正常带电的导体。有人身接触到正常带电的导体。有6 6条预防措施：条预

9、防措施： (1)(1)将带电导体、电器元件和电缆的接插头等，都封闭在坚固的将带电导体、电器元件和电缆的接插头等，都封闭在坚固的外壳内。外壳内。并在电气设备的外壳与盖之间设置可靠的机械闭锁装置。并在电气设备的外壳与盖之间设置可靠的机械闭锁装置。从而保证末合上外盖时，不能送上电；当给上电源时，便不能打从而保证末合上外盖时，不能送上电；当给上电源时，便不能打开外盖，暴露带电体。开外盖，暴露带电体。(2)(2)对于那些不能被封闭在外壳内的裸露带电导体，如电机车用的对于那些不能被封闭在外壳内的裸露带电导体，如电机车用的架空线，应将其悬挂在一定高度，勿使人身触电。架空线，应将其悬挂在一定高度，勿使人身触电

10、。按照按照煤矿安煤矿安全规程全规程规定，在一般的行人巷道内，高度不得低于规定，在一般的行人巷道内，高度不得低于2m2m；在井底；在井底车场，从井底到乘车场的巷道内，不得低于车场，从井底到乘车场的巷道内，不得低于2 22m2m。上页上页下页下页目录目录第一节第一节 漏电流及其危害漏电流及其危害(3)(3)加强手持式电动工具（如煤电钻等加强手持式电动工具（如煤电钻等) )手柄的绝缘，以手柄的绝缘，以免带电时引起触电事故。免带电时引起触电事故。(4)(4)对于人身触电机会较多的电气设备，应采用较低的对于人身触电机会较多的电气设备，应采用较低的供电电压，以减少触电的危险。供电电压，以减少触电的危险。例

11、如，控制电源等的额例如，控制电源等的额定电压为定电压为36V36V。(5)(5)按照按照煤矿安全规程煤矿安全规程规定：向井下供电的变压器规定：向井下供电的变压器的中性点禁止直接接地，以减小人身触电电流。的中性点禁止直接接地，以减小人身触电电流。同时，同时，也禁止使用地面上中性点直接接地的变压器或发电机直也禁止使用地面上中性点直接接地的变压器或发电机直接向井下供电。接向井下供电。(6)(6)装设灵敏可靠的漏电保护装置，一旦发生漏电或人装设灵敏可靠的漏电保护装置，一旦发生漏电或人身触电事故，立即切除故障线路电源，以保证人身的安身触电事故，立即切除故障线路电源，以保证人身的安全。全。上页上页下页下页

12、目录目录第二节第二节 井下供电的变压器中性点井下供电的变压器中性点禁止直接接地分析禁止直接接地分析 p向井下供电的变压器向井下供电的变压器中性点接地方式是影中性点接地方式是影响人身触电电流、漏电故障电流和单相接地响人身触电电流、漏电故障电流和单相接地故障电流大小的最重要因素之一故障电流大小的最重要因素之一，进而也是，进而也是影响人身触电危险程度和井下电火灾与瓦斯、影响人身触电危险程度和井下电火灾与瓦斯、煤尘爆炸危险程度的最重要因素之一，因此，煤尘爆炸危险程度的最重要因素之一，因此，很有必要对向井下供电的变压器中性点接地很有必要对向井下供电的变压器中性点接地方式作一分析。方式作一分析。上页上页下

13、页下页目录目录变压线中性点直接接地的供电系统变压线中性点直接接地的供电系统 p人触及一相带电导体时人触及一相带电导体时 p电网单相接地故障电网单相接地故障 3()phNRrErEUUIRRRR6600.38A380mA3(10002)RI 660190A32kI 上页上页下页下页目录目录变压器中性点绝缘的供电系统变压器中性点绝缘的供电系统p忽略电网对地电容忽略电网对地电容 0/3aaRrrUUUIRRr6600.03A30mA3(100035000/3)RI 上页上页下页下页目录目录变压器中性点绝缘的供电系统变压器中性点绝缘的供电系统p考虑电网对地分布电容考虑电网对地分布电容 上页上页下页下页

14、目录目录22222222/3(6)(6)119(1)9(1)phNRRrrrrrrUUIIr rRr rRRRRC rRC r22622660/335000(350006 1000)1000 19 10001 314(0.5 10 )35000 154mA30mARI 上页上页下页下页目录目录变压器中性点采用电感接地变压器中性点采用电感接地 p全补偿全补偿上页上页下页下页目录目录变压器中性点采用电感接地变压器中性点采用电感接地222222/331311 ()21 ()2113131()(31/) ()(31/) phNRRrrNNrrrNrNNNUUIIRRrRrRRRRCLRCLrRrR22

15、62660/36 10001350001000 1311000 ()(3 314 0.5 10) 35000314 6.761630mARI上页上页下页下页目录目录电网单相接地故障电网单相接地故障 p不考虑电网分布电容，取不考虑电网分布电容，取Rr=1 p考虑电网分布电容，取考虑电网分布电容，取Rr=1p全补偿，取全补偿，取Rr=1 6600.0326A32.6mA3(1 35000/3)RI 2622660/3182.4mA35000(350006)19 1 1 314(0.5 10 )35000 RI 622660/3=32.6mA35000(350006)119 1 1(314 0.5

16、10)35000 3 314 6.7616RI 上页上页下页下页目录目录分析结论分析结论1 1、变压器中性点、变压器中性点直接接地方式比中性点不接地和电感直接接地方式比中性点不接地和电感接地方式的人身触电电流或单相接地故障电流要大得多，接地方式的人身触电电流或单相接地故障电流要大得多，人身触电电流大会增大人的生命安全的威胁，漏电流和人身触电电流大会增大人的生命安全的威胁，漏电流和单相接地故障电流大会增大点燃瓦斯、煤尘的可能。并单相接地故障电流大会增大点燃瓦斯、煤尘的可能。并且，煤矿井下空气湿度大，巷道狭窄，大的人身触电电且，煤矿井下空气湿度大，巷道狭窄，大的人身触电电流和单相接地故障电流对人身

17、和设备的安全是极为不利流和单相接地故障电流对人身和设备的安全是极为不利的，因此，的，因此，煤矿安全规程煤矿安全规程规定：规定：“严禁井下配电变严禁井下配电变压器中性点直接接地压器中性点直接接地”。2 2、由于电网接地电容的影响，人身触电电流有较大的、由于电网接地电容的影响，人身触电电流有较大的增长，这时增长，这时人身触电电流中主要是电容电流分量人身触电电流中主要是电容电流分量，提高提高电网的绝缘水平对减小人身触电电流影响不大电网的绝缘水平对减小人身触电电流影响不大。上页上页下页下页目录目录分析结论分析结论3、当电网供电距离比较长，供电容量比较大，即、当电网供电距离比较长，供电容量比较大，即电缆

18、电缆比较长、截面积比较大时，人身触电电流比较大时，可比较长、截面积比较大时，人身触电电流比较大时，可采用变压器中性点电感接地方式，只要补偿电感值选择采用变压器中性点电感接地方式，只要补偿电感值选择得当，它对减小人身触电电流是有利的得当，它对减小人身触电电流是有利的。4、电感接地方式对减小单相接地故障电流效果明显电感接地方式对减小单相接地故障电流效果明显。对于煤矿井下高压（对于煤矿井下高压（6kV或或10kV）电网，大的接地电流）电网，大的接地电流对井下安全供电威胁极大，因此，对单相接地故障电流对井下安全供电威胁极大，因此，对单相接地故障电流比较大的井下高压电网，应该采用电感（消弧线圈）接比较大

19、的井下高压电网，应该采用电感（消弧线圈）接地方式，以限制煤矿井下高压电网的单相接地故障电流。地方式，以限制煤矿井下高压电网的单相接地故障电流。煤矿安全规程煤矿安全规程规定：规定：“矿井高压电网，必须采取措矿井高压电网，必须采取措施限制单相接地电容电流不超过施限制单相接地电容电流不超过20A。” 上页上页下页下页目录目录第三节第三节 单相漏电或接地故障时电网中单相漏电或接地故障时电网中零序电流的分布零序电流的分布p基于稳态分析的选择性漏电保护原理都是依据零基于稳态分析的选择性漏电保护原理都是依据零序电流的大小或是依据零序电流和零序电压的相位序电流的大小或是依据零序电流和零序电压的相位关系来选择故

20、障线路的关系来选择故障线路的，因此，要理解选择性漏电，因此，要理解选择性漏电保护的工作原理，首先必须清楚发生单相漏电故障保护的工作原理，首先必须清楚发生单相漏电故障和单相接地故障时，电网中的零序电流是如何分布和单相接地故障时，电网中的零序电流是如何分布的。本节讨论单相漏电故障或单相接地故障时，电的。本节讨论单相漏电故障或单相接地故障时，电网中零序电流的分布。网中零序电流的分布。 上页上页下页下页目录目录对称分量法简介对称分量法简介 p 对称分量法相量图对称分量法相量图 0021122211111AAABaaAXACaaAA0121221111131AAAAXBaaBACaaC2211111Xa

21、aaa01201322jaej 上页上页下页下页目录目录对称分量法简介对称分量法简介 p不对称电网不对称电网021221111131abcUUUaaUUaaU021221111131abcIIIaaIIaaI0212211111abcUUUaaUUaaU0212211111abcIIIaaIIaaI上页上页下页下页目录目录对称分量法在单相漏电和接地故障分析中的应用对称分量法在单相漏电和接地故障分析中的应用 p单相漏电故障电网单相漏电故障电网上页上页下页下页目录目录故障点的边界条件为：故障点的边界条件为：000aEaarbEbcEcUUUIRUUUUUU0bcaRIIII 上页上页下页下页目录目

22、录对称分量法在单相漏电和接地故障分析中的应用对称分量法在单相漏电和接地故障分析中的应用 p不对称的电流相量分解为正序、负序和零序三组对称不对称的电流相量分解为正序、负序和零序三组对称电势源和相应的对称电流相量电势源和相应的对称电流相量 0221222111111331aEaEbEcEbEaEbEcEcEaEbEcEUUUUUUaaUUaUa UUaaUUa UaU0212211111103310RRRRIIIIaaIIaaI上页上页下页下页目录目录对称分量法在单相漏电和接地故障分析中的应用对称分量法在单相漏电和接地故障分析中的应用 p根据线性电路的叠加原理分解为正序、负序和零序回路。根据线性电

23、路的叠加原理分解为正序、负序和零序回路。上页上页下页下页目录目录对称分量法在单相漏电和接地故障分析中的应用对称分量法在单相漏电和接地故障分析中的应用 p正序电路、负序电路和零序电路的单相分析电路正序电路、负序电路和零序电路的单相分析电路 只有零序电流流过故障点只有零序电流流过故障点 11()/()aaawWIUURjX11110abcEIIII22/()aawWIURjX 22220abcEIIII0(/3)/ /(1/)(/3)/ /(1/)NwWNZZRjXrj CZrj C000/IUZ上页上页下页下页目录目录1、在变压器中性点不接地或经电感接地的电网中（更、在变压器中性点不接地或经电感

24、接地的电网中（更一般地说，所有一般地说，所有“非有效接地非有效接地”电网中，只要满足电网中，只要满足Z0RW和和Z0XW条件），分析单相接地故障或单相漏条件），分析单相接地故障或单相漏电故障时，可以将单相故障的不对称电路利用对称分量电故障时，可以将单相故障的不对称电路利用对称分量法分解为三个对称电路来分析。法分解为三个对称电路来分析。由于正序和负序电路的由于正序和负序电路的对称性，对称性，正序和负序电流对单相接地故障或是单相漏电正序和负序电流对单相接地故障或是单相漏电故障电流没有影响故障电流没有影响，因此，因此，只要单纯地分析零序电路就只要单纯地分析零序电路就可准确地分析单相接地故障或是单相漏

25、电故障电路可准确地分析单相接地故障或是单相漏电故障电路。分析结论：分析结论：上页上页下页下页目录目录2、零序相量是、零序相量是3个大小相等方向相同的分量，依据结论个大小相等方向相同的分量，依据结论1，下图可准确描述变压器中性点不接地或经电感接地，下图可准确描述变压器中性点不接地或经电感接地的电网中单相接地故障或是单相漏电故障电路。图中，的电网中单相接地故障或是单相漏电故障电路。图中，ZN为变压器中性点接地元件，为变压器中性点接地元件，r是每相对地绝缘电阻，是每相对地绝缘电阻，C是每相对地分布电容，是每相对地分布电容，ZN、r和和C准确地描述了电网的准确地描述了电网的零序元件；零序元件；U0是不

26、对称故障点的等效电势源，是由单相是不对称故障点的等效电势源，是由单相接地故障或是单相漏电故障产生的。接地故障或是单相漏电故障产生的。 分析结论分析结论上页上页下页下页目录目录分析结论分析结论3 3、由故障点的边界条件得：、由故障点的边界条件得： 单相漏电故障点单相漏电故障点 等值电路等值电路 单相漏电故障单相漏电故障 等值计算电路等值计算电路 0aRrUUIR 上页上页下页下页目录目录单相漏电或接地故障时电网中零序电流的分布单相漏电或接地故障时电网中零序电流的分布 p借助于以上分析结论借助于以上分析结论单纯零序电路就单纯零序电路就可准确地描述和分析单相接地故障或是单相可准确地描述和分析单相接地

27、故障或是单相漏电故障电路，零序电压漏电故障电路，零序电压U0是不对称故障点是不对称故障点的等效电势源，复杂电网中单相接地故障或的等效电势源，复杂电网中单相接地故障或是单相漏电故障时的零序电流便可得到清楚是单相漏电故障时的零序电流便可得到清楚的描述的描述 。上页上页下页下页目录目录变压器中性点不接地电网变压器中性点不接地电网 p变压器中性点不接地电网变压器中性点不接地电网 上页上页下页下页目录目录变压器中性点不接地电网变压器中性点不接地电网 所有非故障馈出线的零序电流所有非故障馈出线的零序电流故障馈出线的零序电流故障馈出线的零序电流0.01(),1,2,3iiiIUj Cir0.40.10.20

28、.30123123()111()IIIIUj Cj Cj Crrr 上页上页下页下页目录目录变压器中性点不接地电网变压器中性点不接地电网1 1、所有非故障馈出线的零序电流的大小与该、所有非故障馈出线的零序电流的大小与该馈出线的每相对地（零序）导纳成正比，方馈出线的每相对地（零序）导纳成正比，方向为由母线流向馈出线（即与零序电压同方向为由母线流向馈出线（即与零序电压同方向）。向）。2 2、故障馈出线的零序电流的大小是所有非故、故障馈出线的零序电流的大小是所有非故障馈出线的零序电流大小的总和，方向为由障馈出线的零序电流大小的总和，方向为由该故障馈出线流向母线（即与零序电压同方该故障馈出线流向母线（

29、即与零序电压同方向相反）。向相反）。 这这2 2条结论是变压器中性点不接地电网设条结论是变压器中性点不接地电网设计选择性漏电保护的依据。计选择性漏电保护的依据。 上页上页下页下页目录目录变压器变压器中性点中性点经电感经电感接地电接地电网网 上页上页下页下页目录目录变压器中性点经电感接地电网变压器中性点经电感接地电网所有非故障馈出线的所有非故障馈出线的零序电流零序电流故障馈出线的零序电流故障馈出线的零序电流 0.01(),1,2,3iiiIUj Cir0.40.10.20.30.30144041144()111()3311111()33NiiiNNiiiiNNIIIIIUj CjrRLUjCj

30、CrrRLr 上页上页下页下页目录目录变压器中性点经电感接地电网变压器中性点经电感接地电网1 1、所有非故障馈出线的零序电流的大小仍然与该馈出线的每相对、所有非故障馈出线的零序电流的大小仍然与该馈出线的每相对地（零序）导纳成正比，方向为由母线流向馈出线（即与零序电地（零序）导纳成正比，方向为由母线流向馈出线（即与零序电压同方向）。压同方向）。2 2、故障馈出线的零序电流的大小和方向不仅与所有非故障馈出线、故障馈出线的零序电流的大小和方向不仅与所有非故障馈出线的每相对地（零序）导纳大小有关，而且还与变压器中性点补偿的每相对地（零序）导纳大小有关，而且还与变压器中性点补偿电感的补偿度有关（见图电感

31、的补偿度有关（见图2-222-22相量图），因此，一般用于变压器相量图），因此，一般用于变压器中性点不接地电网的选择性漏电保护原理对变压器中性点经补偿中性点不接地电网的选择性漏电保护原理对变压器中性点经补偿电感接地的电网是不适用的。电感接地的电网是不适用的。3 3、故障馈出线的零序电流有功分量的大小为所有非故障馈出线和故障馈出线的零序电流有功分量的大小为所有非故障馈出线和变压器中性点补偿电流有功分量的总和，并其方向与所有非故障变压器中性点补偿电流有功分量的总和，并其方向与所有非故障馈出线零序电流有功分量反方向。馈出线零序电流有功分量反方向。这是变压器中性点经补偿电感这是变压器中性点经补偿电感接

32、地电网采用的接地电网采用的“零序电流有功分量选择性漏电保护原理零序电流有功分量选择性漏电保护原理”的保的保护依据。护依据。上页上页下页下页目录目录第四节第四节 短路的原因、危害和物理过程短路的原因、危害和物理过程 p在供电系统中，短路时最严重的故障之一，煤矿在供电系统中，短路时最严重的故障之一，煤矿井下电网若发生短路故障，更是危害极大。掌握电井下电网若发生短路故障，更是危害极大。掌握电网发生短路时短路电流的变化规律、稳态短路参数网发生短路时短路电流的变化规律、稳态短路参数的计算及短路电流的破坏效应等知识，有助于电气的计算及短路电流的破坏效应等知识，有助于电气设备的正确选择和过流保护装置的设置与

33、整定，在设备的正确选择和过流保护装置的设置与整定，在矿井电网的故障分析中有重要作用。矿井电网的故障分析中有重要作用。上页上页下页下页目录目录短路的原因、种类及危害短路的原因、种类及危害短路是指供电系统中不等电位的导体在电气上被短接，如相与相之间短路是指供电系统中不等电位的导体在电气上被短接，如相与相之间的短接、相与地之间的短接等。的短接、相与地之间的短接等。 产生短路的主要原因是由于电气设备载流部分绝缘损坏。绝缘损坏是产生短路的主要原因是由于电气设备载流部分绝缘损坏。绝缘损坏是由于绝缘老化、过电压、机械损伤等造成。由于绝缘老化、过电压、机械损伤等造成。 三相电网中，可能发生的主要短路类型有三相

34、短路、两相短路。第一三相电网中，可能发生的主要短路类型有三相短路、两相短路。第一种短路称为种短路称为对称短路对称短路，其它为，其它为不对称短路不对称短路。 上页上页下页下页目录目录短路的原因、种类及危害短路的原因、种类及危害p在供电系统中，发生在供电系统中，发生单相短路的可能性最大单相短路的可能性最大，但，但一般一般三相短路的短路电流值最大三相短路的短路电流值最大。p为了使电气设备在最严重的短路情况下不致损坏，为了使电气设备在最严重的短路情况下不致损坏，常用常用三相短路电流来校验电气设备承受短路的能力三相短路电流来校验电气设备承受短路的能力。p两相短路电流数值最小，常用来校验短路保护装两相短路

35、电流数值最小，常用来校验短路保护装置的灵敏度置的灵敏度，使保护装置对最轻的短路故障也有较，使保护装置对最轻的短路故障也有较强的反应能力。强的反应能力。上页上页下页下页目录目录短路的原因、种类及危害短路的原因、种类及危害p短路产生的危害：短路产生的危害：（1 1）对供电系统及电气设备造成危害。对供电系统及电气设备造成危害。短路电流比正常电流一般大几十至几百倍，强大的短路电短路电流比正常电流一般大几十至几百倍，强大的短路电流所产生的流所产生的热和电动力效应热和电动力效应会使电气设备受到破坏；会使电气设备受到破坏；短路点的电弧短路点的电弧可能烧毁电气设备；可能烧毁电气设备；短路点附近的短路点附近的电

36、压显著降低电压显著降低，使供电受到严重影响或被迫，使供电受到严重影响或被迫中断；中断；若在发电厂附近发生短路，还可能若在发电厂附近发生短路，还可能影响电力系统运行的稳影响电力系统运行的稳定性定性，使并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列。，使并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列。上页上页下页下页目录目录短路的原因、种类及危害短路的原因、种类及危害2 2）不对称接地短路所造成的零序电流，会在附近的）不对称接地短路所造成的零序电流，会在附近的通讯线路内产生感应电动势，通讯线路内产生感应电动势，干扰通讯干扰通讯；3 3）在井下，短路也是）在井下，短路也是引起沼气煤尘爆炸和电气火灾引起沼气煤尘爆

37、炸和电气火灾的主要原因之一。的主要原因之一。 因此，在供电系统中必须设置短路保护，一旦因此，在供电系统中必须设置短路保护，一旦发生短路，应尽快切断故障部分的电源。发生短路，应尽快切断故障部分的电源。上页上页下页下页目录目录无限大电源容量系统短路电流暂态过程及参数无限大电源容量系统短路电流暂态过程及参数p无限大电源容量无限大电源容量是一个相对的概念，它是是一个相对的概念，它是指电源指电源距短路点的距短路点的“电气距离电气距离”较远、电源额定容量远大较远、电源额定容量远大于系统供给短路点的短路容量的电源于系统供给短路点的短路容量的电源，常用，常用S=S=表表示。示。p“电气距离电气距离”较远较远，

38、是指电源阻抗小于短路回路，是指电源阻抗小于短路回路总阻抗总阻抗10%10%的情况。的情况。p对于无限大电源容量系统，在分析短路暂态过程对于无限大电源容量系统，在分析短路暂态过程中，中，可以不考虑电源内部的参数，可以认为电源电可以不考虑电源内部的参数，可以认为电源电压维持不变压维持不变。 上页上页下页下页目录目录三相短路电流暂态过程分析三相短路电流暂态过程分析p供电系统发生三相短路的电路如图所示，供电系统发生三相短路的电路如图所示，RWL、LWL为线为线路的电阻和电感，路的电阻和电感，RL和和LL为负载的电阻和电感。为负载的电阻和电感。由于电路对由于电路对称，可取一相来分析。称，可取一相来分析。

39、上页上页下页下页目录目录三相短路电流暂态过程分析三相短路电流暂态过程分析p短路前电路中的电压和电流为短路前电路中的电压和电流为 其中其中sin()amuUtsin()amiIt22()()mmWLLWLLUIRRLLWLLWLLLLarctgRR上页上页下页下页目录目录三相短路电流暂态过程分析三相短路电流暂态过程分析p在在k k处发生三相短路时，负载回路被短接，失去电处发生三相短路时，负载回路被短接，失去电源。源。k k点处的电位为零，电源电压全部加在短路回路点处的电位为零，电源电压全部加在短路回路上。上。p 在电源至短路点的回路内，电流将由原来的负载在电源至短路点的回路内，电流将由原来的负载

40、电流增大为短路电流，其瞬时值可由短路回路的微电流增大为短路电流，其瞬时值可由短路回路的微分方程来确定。分方程来确定。 上页上页下页下页目录目录三相短路电流暂态过程分析三相短路电流暂态过程分析p可得一相的回路方程式为可得一相的回路方程式为解一阶常系数非齐次微分方程，可得短路全电流表达解一阶常系数非齐次微分方程，可得短路全电流表达式为式为 sin()kWLWL kmdiLR iUtdt.sin() sin()sin()kkpeappe mktTmpe mkiiiItIIe上页上页下页下页目录目录三相短路电流暂态过程分析三相短路电流暂态过程分析式中式中:Ipe 短路后的稳态电流值，称周期分量；短路后

41、的稳态电流值，称周期分量；Iap 短路电流非周期分量；短路电流非周期分量；Ipe.m 短路电流周期分量幅值；短路电流周期分量幅值； 短路回路的阻抗角，短路回路的阻抗角，Tk 短路回路的时间常数，短路回路的时间常数，k.22()mpe mWLWLUIRLWLkWLLarctgRWLkWLLTR上页上页下页下页目录目录三相三相短路电流波形图短路电流波形图上页上页下页下页目录目录三相短路电流暂态过程分析三相短路电流暂态过程分析短路电流暂态过程短路电流暂态过程特点特点：产生非周期分量电流产生非周期分量电流产生原因产生原因：回路中存在电感：回路中存在电感。在发生突然短路的瞬。在发生突然短路的瞬间（即间（

42、即t=0时），短路前的电流与短路后的周期分量电时），短路前的电流与短路后的周期分量电流一般不相等。由楞次定律，为维持电流的连续性（即流一般不相等。由楞次定律，为维持电流的连续性（即电感回路中电流不能突变），将在电感回路中产生一自电感回路中电流不能突变），将在电感回路中产生一自感电流来阻止电流的突变，该电流就是非周期分量电流。感电流来阻止电流的突变，该电流就是非周期分量电流。它的初始值它的初始值iap.0的大小与短路故障发生的时刻有关，即的大小与短路故障发生的时刻有关，即与电压与电压U的初相角的初相角有关。有关。上页上页下页下页目录目录三相短路电流暂态过程分析三相短路电流暂态过程分析短路电流非周

43、期分量按指数规律衰减短路电流非周期分量按指数规律衰减。由于它是由电流突。由于它是由电流突变感生而来，没有外加电压的维持，也就没有能量的补充；变感生而来，没有外加电压的维持，也就没有能量的补充；而短路回路为而短路回路为R-L电路，不断的消耗能量，所以电路，不断的消耗能量，所以iap按指数规按指数规律单调衰减。律单调衰减。衰减的速度决定于回路时间常数衰减的速度决定于回路时间常数Tk，一般非周期分量衰减，一般非周期分量衰减很快，在很快，在0.2s（10个周期）后即衰减到初始值的个周期）后即衰减到初始值的2%，在工程，在工程上即可以认为已衰减结束。这也说明电力系统的暂态过程非上即可以认为已衰减结束。这

44、也说明电力系统的暂态过程非常短暂。常短暂。上页上页下页下页目录目录有关短路计算的物理量有关短路计算的物理量1.稳态短路电流稳态短路电流Ik 当非周期分量衰减到零后，短路故障的暂态过程即告当非周期分量衰减到零后，短路故障的暂态过程即告结束，此时进入短路的稳定状态，这使得电流成为稳态结束，此时进入短路的稳定状态，这使得电流成为稳态短路电流，其有效值用短路电流，其有效值用Iss表示。当系统容量为无限大时，表示。当系统容量为无限大时，稳态短路电流就等于短路电流周期分量有效值稳态短路电流就等于短路电流周期分量有效值Ipe，也等，也等于需计算的短路电流有效值于需计算的短路电流有效值Ik。Ik是短路保护装置

45、整定是短路保护装置整定和校验的依据，也是选择、校验电气设备的依据和校验的依据，也是选择、校验电气设备的依据。 上页上页下页下页目录目录有关短路计算的物理量有关短路计算的物理量2.2.短路电流冲击值短路电流冲击值ish：短路电流可能的最大瞬时值短路电流可能的最大瞬时值 用来用来校验电气设备和母线动稳定校验电气设备和母线动稳定的重要数据。的重要数据。p冲击系数冲击系数Ksh： 表示冲击电流比周期分量幅值大的表示冲击电流比周期分量幅值大的倍数，取决于系统时间常数的大小倍数，取决于系统时间常数的大小 。p对高压供电系统，可取对高压供电系统，可取Ksh=1.8， ish=2.55 Ipep对低压供电电网

46、，可取对低压供电电网，可取Ksh =1.3；ish=1.84Ipe 2shshpeiK I上页上页下页下页目录目录有关短路计算的物理量有关短路计算的物理量3.3.短路电流的最大有效值：短路电流的最大有效值：最不利条件下发生的短最不利条件下发生的短路在第一个周期内短路电流有效值为最大，即短路路在第一个周期内短路电流有效值为最大，即短路最大有效值最大有效值Ish。常用于校验电气设备的电动力稳定常用于校验电气设备的电动力稳定性。性。当当Ksh=1.8=1.8（高压电网）时，（高压电网）时，Ish=1.51=1.51Ipe当当Ksh=1.3=1.3（低压电网）时，（低压电网）时，Ish=1.09=1.

47、09Ipe212(1)shpeshIIK上页上页下页下页目录目录有关短路计算的物理量有关短路计算的物理量4.4.短路容量短路容量S Sk k：表示短路处的平均额定电压：表示短路处的平均额定电压Uav和短和短路电流周期分量路电流周期分量Ik(3)(3)所构成的三相功率。即所构成的三相功率。即p短路容量常用来选择和校验电气设备的开断能力短路容量常用来选择和校验电气设备的开断能力（如断路器）（如断路器）。 3kavkSU I（3）上页上页下页下页目录目录矿井高压电网短路计算矿井高压电网短路计算欧姆法：根据电源电压和回路阻抗按欧姆定律计欧姆法：根据电源电压和回路阻抗按欧姆定律计算。算。主要任务：求出短

48、路稳态电流、冲击电流、冲击主要任务：求出短路稳态电流、冲击电流、冲击电流有效值、短路容量。电流有效值、短路容量。对无限大容量对无限大容量高压电网高压电网的短路计算，一般假设：的短路计算，一般假设：1 1）忽略短路点的过渡电阻，按金属性短路计算；）忽略短路点的过渡电阻，按金属性短路计算；2 2）发生短路时电源电压保持不变；）发生短路时电源电压保持不变；3 3）短路前电网参数三相对称；）短路前电网参数三相对称；4) 4) 忽略短路回路中各元件的电阻。忽略短路回路中各元件的电阻。上页上页下页下页目录目录矿井高压电网短路计算矿井高压电网短路计算为简化计算，计算公式中的电源电压通常采用各级线路始为简化计

49、算，计算公式中的电源电压通常采用各级线路始末两端额定电压的末两端额定电压的平均值平均值，其数据如表，其数据如表2-21所示。所示。（Uav1.05*UN）标准电压标准电压UN (kV)0.1270.220.380.66平均电压平均电压Uav(kV)0.1330.230.40.69标准电压标准电压UN (kV)1.1461035平均电压平均电压Uav(kV)1.26.310.537上页上页下页下页目录目录矿井高压电网短路计算矿井高压电网短路计算p稳态三相短路电流稳态三相短路电流: : p短路电流冲击值为：短路电流冲击值为： p冲击电流有效值：冲击电流有效值：p两相短路电流两相短路电流: :p短路

50、容量：短路容量： (3)3kavUIX(3)2.55shkiI(3)1.52shkII(3)23/kavkavSU IUX(2)(3)(3)30.86622avkkkUIIIX上页上页下页下页目录目录短路计算的基本步骤短路计算的基本步骤1.1.绘制计算电路图，选定短路计算点绘制计算电路图，选定短路计算点 1 1）绘出计算电路图。将各元件的额定参数标）绘出计算电路图。将各元件的额定参数标识出，并将各元件依次编号。识出，并将各元件依次编号。 2 2）选定并标出短路计算点。短路计算点要选）选定并标出短路计算点。短路计算点要选择使需进行短路校验的电气设备有最大可能的短路择使需进行短路校验的电气设备有最

51、大可能的短路电流通过。电流通过。上页上页下页下页目录目录上页上页下页下页目录目录短路计算的基本步骤短路计算的基本步骤2.2.绘制计算用的等效电路图绘制计算用的等效电路图 按照所选择的短路计算点，用电抗符号表示电按照所选择的短路计算点，用电抗符号表示电路中的各电气设备。路中的各电气设备。 在等效电路图上，只将被计算的短路电流所经在等效电路图上，只将被计算的短路电流所经过的元件绘出，并标明编号和电抗值，其中分数的过的元件绘出，并标明编号和电抗值，其中分数的分子标编号，分母标计算出的元件电抗值。分子标编号，分母标计算出的元件电抗值。 根据等效电路就可以计算短路回路的总电抗和根据等效电路就可以计算短路

52、回路的总电抗和各短路参数。各短路参数。上页上页下页下页目录目录等效电路图等效电路图上页上页下页下页目录目录短路计算的基本步骤短路计算的基本步骤3.3.元件电抗的计算元件电抗的计算1 1）系统电抗）系统电抗 若已知电源母线上的短路容量若已知电源母线上的短路容量S Sk k或断路器断流容量或断路器断流容量S Sbrbr，则系统电抗：则系统电抗： 2)电力线路电抗电力线路电抗 Xw Xw=x0L x0导线或电缆单位长度的电抗；导线或电缆单位长度的电抗； 6kV及以上高压架空线及以上高压架空线x0 =0.4/km ； 610kV电缆线电缆线 x0 =0.08/km222(3)(3)kbr33avava

53、vavSkavkUUUUXSSIU I上页上页下页下页目录目录短路计算的基本步骤短路计算的基本步骤3）电力变压器的电抗）电力变压器的电抗 由变压器的短路电压百分数（短路电压与额定电压之由变压器的短路电压百分数（短路电压与额定电压之比，即阻抗电压）比，即阻抗电压）uk%来近似计算。由于来近似计算。由于 式中式中 ZT 变压器等效电抗，变压器等效电抗，； ST 变压器额定容量，变压器额定容量，MV.A ； UN.T 变压器额定电压，变压器额定电压， kV ； IN.T 变压器额定电流，变压器额定电流，kA 。.2.3%100%100%N TN TTkTTN TISuZZUU上页上页下页下页目录目录

54、短路计算的基本步骤短路计算的基本步骤p大容量变压器大容量变压器RT XT，故变压器电抗，故变压器电抗XT ZT ，可，可得得 Uav短路点所在线路的平均电压，短路点所在线路的平均电压，kV。2%avTkTUXuS上页上页下页下页目录目录短路计算的基本步骤短路计算的基本步骤4）电抗器的电抗）电抗器的电抗XL 式中：式中：xL%电抗器的电抗百分值；电抗器的电抗百分值； UN.L电抗器的额定电压，电抗器的额定电压，kV； IN.L电抗器的额定电流，电抗器的额定电流，kA。.%3N LLLN LUXxI上页上页下页下页目录目录短路计算的基本步骤短路计算的基本步骤5 5）元件电抗的折算）元件电抗的折算p

55、假如回路中含有变压器，回路各元件的电抗都应假如回路中含有变压器，回路各元件的电抗都应统一折算到统一折算到短路点短路点所在线路的平均电压上去所在线路的平均电压上去。p折算前后元件的功率损耗不变，由无功功率损耗折算前后元件的功率损耗不变，由无功功率损耗公式公式Q=U2/X 可知，元件的电抗是与电压的平方成可知，元件的电抗是与电压的平方成正比。正比。p折算公式：折算公式：2avavUXXU （）上页上页下页下页目录目录短路计算的基本步骤短路计算的基本步骤p只有电力线路的电抗有时需要折算。只有电力线路的电抗有时需要折算。p系统电抗和电力变压器电抗，由于它们的计算公系统电抗和电力变压器电抗，由于它们的计

56、算公式中均含有式中均含有Uav2 ，在实际计算时只需代入短路点所，在实际计算时只需代入短路点所在线路的平均电压。在线路的平均电压。4.按串、并联法计算各短路点短路回路总电抗，并按串、并联法计算各短路点短路回路总电抗，并代入公式计算各短路参数。代入公式计算各短路参数。上页上页下页下页目录目录p例例2-1 2-1 某供电系某供电系统接线图如图所示，统接线图如图所示，各元件参数如图所各元件参数如图所示，求在示，求在k1k1、k2k2点点发生三相短路时的发生三相短路时的各短路参数各短路参数. .上页上页下页下页目录目录解：解：1.求求k1点的短路参数点的短路参数1） 绘制等效计算图如图所示。绘制等效计

57、算图如图所示。短路点的平均电压为短路点的平均电压为Uav1=37kV上页上页下页下页目录目录2）元件电抗的计算元件电抗的计算 系统电抗系统电抗 架空线电抗架空线电抗 3 3）k1k1点短路回路总电抗点短路回路总电抗 22v.1/37 /6002.2817syabrXUS1010.4 104wXx L 112.281746.2817sywXXX上页上页下页下页目录目录S1S1点的短路参数点的短路参数 (3)1v.11/337/( 3 6.2817)3.4kAkaIUX(3).112.552.55 3.48.67kAshkiI(3).111.511.51 3.45.13kAshkII221v.1/

58、37 /6.2817218MVAkaSUX(2)(3)110.8660.866 3.42.94kAkkII上页上页下页下页目录目录 2. 2.求求k2k2点的短路参数点的短路参数 1) 绘制等效计算图。短路点绘制等效计算图。短路点Uav2=6.3kV 2) 元件电抗的计算元件电抗的计算 系统折算电抗系统折算电抗 架空线折算电抗架空线折算电抗 变压器电抗变压器电抗 电缆线电抗电缆线电抗22v.2/6.3 /6000.0662sasXUS22v.2L1L1v.16.3()4 ()0.11637awwaUXXU22v.26.30.070.86821003.2kaTTuUXS202 20.08 10.

59、08wLXx l 上页上页下页下页目录目录3) k23) k2点短路回路总电流点短路回路总电流4) k24) k2点的回路参数点的回路参数 2L1L2.swTwXXXXX0 06620 1160 86820 081 1304(3)2v.22/36.3/( 3 1.1304)3.22kAkaIUX(3).222.552.55 3.228.21kAshkiI(3).221.511.51 3.224.86kAshkII222v.22/6.3 /1.130435MVAkaSUX(2)(3)220.8660.866 3.222.79kAkkII上页上页下页下页目录目录井下低压电网短路计算井下低压电网短路

60、计算井下低压电网与高压电网的短路计算的不同点：井下低压电网与高压电网的短路计算的不同点： 1.元件电阻不能忽略元件电阻不能忽略。煤矿井下供电电网为电缆线路，。煤矿井下供电电网为电缆线路，其电阻比电抗大。所以在计算井下电网的短路电流时，其电阻比电抗大。所以在计算井下电网的短路电流时，必须考虑电阻。必须考虑电阻。（1）据电缆截面查有关电工手册得出其单位长度电阻）据电缆截面查有关电工手册得出其单位长度电阻r0，再乘以电缆的长度即得电缆电阻。再乘以电缆的长度即得电缆电阻。 R = r0 . L（2）电缆电阻也可以按下式计算：）电缆电阻也可以按下式计算：式中：式中：L线路长度，线路长度，m； A导线截面