工厂供电-------------------第三章-短路电流计算.ppt
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1、工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑1 1 工厂供电系统要求工厂供电系统要求不间断地对用电负荷供电不间断地对用电负荷供电,以保证工厂,以保证工厂生产和生活的正常进行。生产和生活的正常进行。由于各种原因,难免出现故障,使系统的正常运行受到破由于各种原因,难免出现故障,使系统的正常运行受到破坏。其中对系统坏。其中对系统危害最大、最常见危害最大、最常见的故障就是的故障就是短路短路。第三章第三章 短路电流计算短路电流计算指指电力系统或供配电系统电力系统或供配电系统中,不同相之间,相与中线中,不同相之间,相与中线或地线之间的或地线之间的直接金属性连接或经小阻抗连接直接金属性连接或经小阻
2、抗连接。短路:短路:工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑2 2第一节第一节 短路概述短路概述第二节第二节 无限大容量系统无限大容量系统三相短路分析三相短路分析第三节第三节 无限大容量系统三相短路电流计算无限大容量系统三相短路电流计算第四节第四节 两相和单相短路电流计算两相和单相短路电流计算第五节第五节 短路电流的效应短路电流的效应工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑3 3第一节第一节 短路概述短路概述一、短路的种类一、短路的种类 对称短路:对称短路:三相短路三相短路k(3)不对称短路:不对称短路:单相接地短路单相接地短路k(1)两相接地短路两相接地短路k(1
3、,1)两相短路两相短路k(2)工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑4 4单相接地短路单相接地短路k(1)两相接地短路两相接地短路k(1,1)工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑5 5二、短路的原因二、短路的原因(3 3)鸟、兽跨越鸟、兽跨越在裸露导体上构成短路。在裸露导体上构成短路。(4 4)雷击或过电压击穿雷击或过电压击穿。(1 1)电力系统中电器设备及载流导体长期运行造成的)电力系统中电器设备及载流导体长期运行造成的绝缘损绝缘损坏坏。绝缘损坏的主要原因有:绝缘损坏的主要原因有:绝缘自然老化绝缘自然老化,操作过电压,大,操作过电压,大气过电压,气过电压,绝
4、缘受到机械损伤绝缘受到机械损伤等。等。(2 2)误操作误操作,工作人员未遵守安全操作规(如,工作人员未遵守安全操作规(如带负荷拉闸带负荷拉闸)而)而发生的误操作及误接线造成,这类故障占全部故障的发生的误操作及误接线造成,这类故障占全部故障的7070。在某热电厂高压配电室检修在某热电厂高压配电室检修508号油开关过程中,电工曲某下蹲时,号油开关过程中,电工曲某下蹲时,臀部无意中臀部无意中碰到碰到了了508号油开关上面编号为号油开关上面编号为5081的隔离刀闸的传力拐臂杆,导致的隔离刀闸的传力拐臂杆,导致5081隔离刀闸动、静隔离刀闸动、静触头接触,刀闸被误合,使该工厂电力系统触头接触,刀闸被误合
5、,使该工厂电力系统502、500油开关由于油开关由于“过流保护过流保护”装置装置动作而跳闸,动作而跳闸,6kV高压二段母线和部分高压二段母线和部分380V母线均失电,母线均失电,2号、号、3号锅炉停止工作号锅炉停止工作40多分钟,多分钟,1号发电机停止工作号发电机停止工作1小时。小时。某变电站接调度令,停某某变电站接调度令,停某10KV线路。操作员按照规定写好拉线路。操作员按照规定写好拉2#隔离开关操作票,与隔离开关操作票,与监护员一起进行了演练,拿着监护员一起进行了演练,拿着2#隔离开关的钥匙去现场操作。隔离开关的钥匙去现场操作。当时正在严令处理电气误操作问题。如果出现当时正在严令处理电气误
6、操作问题。如果出现误操作就会解除劳动合同误操作就会解除劳动合同。两人一边走。两人一边走一边议论,要小心一点,别把自己拉回家。说着错走到一边议论,要小心一点,别把自己拉回家。说着错走到1#隔离开关前面唱票,用隔离开关前面唱票,用2#钥钥匙开匙开1#锁,未开,回去换了锁,未开,回去换了1#钥匙,拉开钥匙,拉开1#隔离开关,造成线路停电,两人受到处隔离开关,造成线路停电,两人受到处分。分。工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑6 65.5.最严重的短路最严重的短路将破坏电力系统运行的稳定性,使将破坏电力系统运行的稳定性,使同步发电机同步发电机失步而解列失步而解列,破坏系统的稳定性。,
7、破坏系统的稳定性。三、短路的危害三、短路的危害短路时,短路时,短路电流短路电流可达可达几万安到几十万安几万安到几十万安。1.1.短路电流的短路电流的热效应热效应,导体温度急剧升高,将绝缘损坏,甚至,导体温度急剧升高,将绝缘损坏,甚至烧毁设备。烧毁设备。2.2.短路电流的短路电流的力效应力效应,短路产生巨大的,短路产生巨大的电动力电动力,使电气设备,使电气设备机机械变形、扭曲甚至损坏械变形、扭曲甚至损坏。3.3.短路的短路的压降效应压降效应,电流升高,电压骤降,严重影响电器设备,电流升高,电压骤降,严重影响电器设备的正常工作。的正常工作。4.4.不对称短路产生的不对称短路产生的不平衡磁场(磁效应
8、)不平衡磁场(磁效应),对附近的,对附近的通信线通信线路和弱电设备路和弱电设备产生严重的电磁干扰,产生严重的电磁干扰,影响其正常工作影响其正常工作。工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑7 7四、短路电流计算的目的四、短路电流计算的目的-供电系统设计的基本运算供电系统设计的基本运算 1.1.正确选择和校验各种电气设备;正确选择和校验各种电气设备;2.2.计算和合理整定保护短路的继电保护和自动装置;计算和合理整定保护短路的继电保护和自动装置;3.3.选择限制短路电流的电气设备;选择限制短路电流的电气设备;4.4.选择和评价电气主接线方案的依据。选择和评价电气主接线方案的依据。1
9、1、三相短路电流三相短路电流:选择或校验电气设备、载流导体和整定供:选择或校验电气设备、载流导体和整定供电系统的保护装置电系统的保护装置最大运行方式最大运行方式;2 2、不对称短路电流不对称短路电流:校验保护装置的灵敏度:校验保护装置的灵敏度-最小运行方式最小运行方式。3 3、在校验电气设备或载流导体的力、热稳定性时,用到、在校验电气设备或载流导体的力、热稳定性时,用到短路短路冲击电流、稳态短路电流和短路容量冲击电流、稳态短路电流和短路容量三相时三相时。4 4、对于瞬时动作的低压断路器,用、对于瞬时动作的低压断路器,用冲击电流有效值冲击电流有效值来进行其来进行其动稳定校验。动稳定校验。五、各种
10、短路电流的作用五、各种短路电流的作用 工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑8 8一、一、无限大容量供电系统无限大容量供电系统 指指端电压保持恒定端电压保持恒定,没有,没有内部阻抗内部阻抗以及以及容量无限大容量无限大的系的系统。统。特征:特征:U US S=常数常数,X XS S=0,S=0,SS S=,可,可认为是一个恒压源认为是一个恒压源 第二节第二节 无限大容量系统三相短路分析无限大容量系统三相短路分析u在工程计算中,在工程计算中,当供配电系统容量较电力系统当供配电系统容量较电力系统容量小得多容量小得多(5050倍),倍),电力系统阻抗不超过短路回路总阻抗的电力系统阻抗不
11、超过短路回路总阻抗的5-10%5-10%以上以上或短路点离电源的电气或短路点离电源的电气距离足够远距离足够远,发生短路时电力系统母,发生短路时电力系统母线电压降低很小,可将电力系统看作无限大容量系统。线电压降低很小,可将电力系统看作无限大容量系统。说明:无限大容量系说明:无限大容量系统是一个相对概念,统是一个相对概念,真正的无限容量系统真正的无限容量系统是不存在的。是不存在的。工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑9 9二、二、无限大容量系统三相短路无限大容量系统三相短路暂态过程暂态过程无无限限大大容容量量的的三三相相对对称称电电路路 r rk k、x xk k为短路回路的电阻
12、和电抗,为短路回路的电阻和电抗,r r1 1、x x1 1为负载为负载的电阻和电抗。的电阻和电抗。工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑1010阻抗角阻抗角 式中,电流幅值式中,电流幅值 正常运行电流为:正常运行电流为:1 1、正常运行、正常运行设电源相电压为:设电源相电压为:工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑11112 2、三相短路分析、三相短路分析 电路分析:电路分析:设在设在K K点发生三相短路,电路则被分为两个独立回路,短点发生三相短路,电路则被分为两个独立回路,短路点路点左侧左侧是一个与电源相连的是一个与电源相连的短路回路短路回路,短路点,短路点右
13、侧右侧是一个是一个无无电源的短路回路电源的短路回路。定性分析:定性分析:三相短路时,由于三相短路时,由于阻抗突变阻抗突变,将发生,将发生暂态过渡过程暂态过渡过程:k k点右点右侧无电源,电流衰减到零;侧无电源,电流衰减到零;k k点左侧有电源,回路阻抗急剧减小,点左侧有电源,回路阻抗急剧减小,故故I I急剧急剧。由于电路有电感作用,由于电路有电感作用,电流电流I I不能突变不能突变,出现非周期电流分,出现非周期电流分量,该分量不断衰减,电流最终达到量,该分量不断衰减,电流最终达到稳态短路电流稳态短路电流。工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑1212无限大容量供电系统发生三相短
14、路时前后无限大容量供电系统发生三相短路时前后电流、电压电流、电压的变化曲线的变化曲线暂态过程暂态过程:非周期分:非周期分量电流存在的那段时量电流存在的那段时间。间。周期分量:周期分量:因短路后因短路后电路阻抗突然减小很电路阻抗突然减小很多,而按欧姆定律应多,而按欧姆定律应突然增大很多倍的电突然增大很多倍的电流;流;非周期分量:非周期分量:因短路因短路电路含有感抗,电路电路含有感抗,电路电流不可能突变,而电流不可能突变,而按按楞次定律楞次定律感应的、感应的、用以维持短路初瞬间用以维持短路初瞬间电流不致突变电流不致突变的一个的一个反向衰减性电流。反向衰减性电流。此电流衰减完毕后,此电流衰减完毕后,
15、短路电流达到短路电流达到稳定状稳定状态态。t0工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑1313其解为:其解为:短路电流周期分量:短路电流周期分量幅值;幅值;定量分析定量分析:短路回路阻抗角;:短路回路阻抗角;:短路回路积分时间常数;:短路回路积分时间常数;短路前后,短路前后,短路回短路回路路应满足微分方程应满足微分方程短路电流短路电流非周期分非周期分量初值。量初值。工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑1414假设假设t=0t=0时发生短路,短路前后电流应时发生短路,短路前后电流应相等相等,即,即 由上式求出由上式求出i inp0np0可得短路可得短路全电流公式全
16、电流公式:工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑1515 故:三相短路电流由故:三相短路电流由周期分量周期分量i ip p和和非周期分量非周期分量i inpnp组成。组成。周期分量:周期分量:由电源电压和短路回路阻抗决定。在无限大容量由电源电压和短路回路阻抗决定。在无限大容量系统条件下,幅值不变,又称为系统条件下,幅值不变,又称为稳态分量。稳态分量。与电源具有相同的变与电源具有相同的变化规律,依然是正弦信号,频率与电源相同。化规律,依然是正弦信号,频率与电源相同。非周期分量:非周期分量:按指数规律衰减,按指数规律衰减,3 35 5个周期个周期后衰减到后衰减到0 0,又,又称称自
17、由分量,仅与电路参数有关。自由分量,仅与电路参数有关。因此:因此:稳态时,只包含短路电流的周期分量稳态时,只包含短路电流的周期分量。工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑1616短路电流的短路电流的相量表示法相量表示法:非周期分量幅值非周期分量幅值,等于相量,等于相量和和在纵轴上投影在纵轴上投影之差。之差。非周期分量幅值并不是固定的,与非周期分量幅值并不是固定的,与短路时刻短路时刻、初相位、短路前初相位、短路前工作电流工作电流等因素有关系。等因素有关系。t短路后阻抗角短路前阻抗角电源电压相位角旋转相量在时间轴的投影为其瞬时值。旋转相量在时间轴的投影为其瞬时值。工厂供电工厂供电2
18、024/5/22周三周三可编辑可编辑1717当当与与纵轴垂直纵轴垂直时,自由分量不存在,短路过程不时,自由分量不存在,短路过程不经过暂态而经过暂态而直接进入稳态直接进入稳态;短路电流短路电流非周期分量初始值最大非周期分量初始值最大时,短路电流最大,称为时,短路电流最大,称为最严最严重短路重短路情况。情况。一般情况下,电力系统设备的短路阻抗特性为感性,电抗值比一般情况下,电力系统设备的短路阻抗特性为感性,电抗值比电阻值大得多,因此,在忽略电阻时,电阻值大得多,因此,在忽略电阻时,短路阻抗角短路阻抗角三相短路时,三相短路时,周期分量对称,非周期分量不对称周期分量对称,非周期分量不对称。t短路后阻抗
19、角短路前阻抗角电源电压相位角工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑1818由短路全电流公式知,应该使由短路全电流公式知,应该使暂态暂态量最大,量最大,则则:(1 1)短路时电压过零)短路时电压过零 。(2 2),则,则I Im m=0=0,即,即短路前空载短路前空载,或,或cos=1cos=1。将将I Im m=0,=0,代入上式,得:代入上式,得:(3 3)短路回路纯电感)短路回路纯电感 。I IP P为短路电流周期分量有效值。为短路电流周期分量有效值。3.3.最严重三相短路的短路电流最严重三相短路的短路电流工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑1919最严重
20、三相短路时的电流波形图最严重三相短路时的电流波形图 工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑2020四、三相短路的有关物理量四、三相短路的有关物理量1.1.短路电流周期分量有效值短路电流周期分量有效值I IP P U Uavav=1.05U=1.05UN N(kVkV),线路平均额定电压线路平均额定电压;()(),短路回路总阻抗,短路回路总阻抗。2.2.次暂态短路电流有效值次暂态短路电流有效值 短路电流周期分量在短路后第一个周期的有效值短路电流周期分量在短路后第一个周期的有效值,用用 II表示。在无限大容量系统中,表示。在无限大容量系统中,短路电流周期分量不衰减,短路电流周期分量
21、不衰减,即即I=II=IP P工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑21213.3.短路全电流有效值短路全电流有效值i ik k为短路全电流瞬时值为短路全电流瞬时值,T,T为短路全电流周期为短路全电流周期 由于短路电流含有非周期性分量,由于短路电流含有非周期性分量,短路全电流不是正弦波短路全电流不是正弦波,短,短路过程中短路全电流的有效值路过程中短路全电流的有效值I Ik(t)k(t),是指以该时间,是指以该时间t t为中心的一个为中心的一个周期内短路全电流瞬时值的均方根值:周期内短路全电流瞬时值的均方根值:工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑2222 为简化
22、计算,假设非周期分量为简化计算,假设非周期分量i inpnp在所取周期内恒定不变,在所取周期内恒定不变,即即其值等于在该周期中心的瞬时值其值等于在该周期中心的瞬时值i inpnp(t)(t);周期分量;周期分量i ip p的幅值的幅值也为常数,其有效值为也为常数,其有效值为I Ip p(t)(t)。在该周期内非周期分量的有效值即为该时间在该周期内非周期分量的有效值即为该时间t t时的瞬时值时的瞬时值i inpnp(t)(t);周期分量有效值为;周期分量有效值为I Ip p(t t)那么短路全电流有效值那么短路全电流有效值 :工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑23234.4.
23、短路冲击电流和冲击电流有效值短路冲击电流和冲击电流有效值(1 1)短路冲击电流)短路冲击电流i ishsh-用于校用于校验电验电气和母气和母线线的的动稳动稳定定 最严重短路情况下,最严重短路情况下,短路全电流的最大瞬时值,出现在短短路全电流的最大瞬时值,出现在短路后半个周期,即路后半个周期,即t=0.01t=0.01秒秒时,得时,得 为短路电流冲击系数。为短路电流冲击系数。意味着短路电意味着短路电流非周期分量流非周期分量不衰减不衰减当电阻当电阻R=0时,时,当电抗当电抗=0时,时,意味着不产生意味着不产生非周期分量非周期分量1Ksh 2因此:因此:工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编
24、辑可编辑2424(2 2)短路冲击电流有效值)短路冲击电流有效值I Ishsh 短路后第一个周期的短路后第一个周期的短路全电流有效值短路全电流有效值。用于校验电气和。用于校验电气和母线的热稳定性。母线的热稳定性。高压系统发生三相短路,可取高压系统发生三相短路,可取K Kshsh=1.8=1.8,因此,因此 低压系统发生三相短路,可取低压系统发生三相短路,可取K Kshsh=1.3=1.3,因此,因此工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑25255.5.短路电流稳态有效值短路电流稳态有效值I I 短路电流非周期分量衰减完后的短路电流非周期分量衰减完后的短路电流有效值短路电流有效值
25、,用,用I I表示。表示。在无限大容量系统中,在无限大容量系统中,I II Ip p。6.6.短路容量短路容量S SK K 三相短路容量是选择断路器时,校验其断路能力或断流容三相短路容量是选择断路器时,校验其断路能力或断流容量的依据:量的依据:式中:式中:U Uavav:短路点所在级的线路平均额定电压(:短路点所在级的线路平均额定电压(kVkV)-切记切记;I Ik k:短路电流(:短路电流(kAkA)。)。工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑2626第三节第三节 无限大容量系统三相短路电流计算无限大容量系统三相短路电流计算u在短路电流计算中,各电气量的数值,可以用在短路电流
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