3短路电流和计算课后习题解析

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2023年大学_电气工程基础上册(陈慈萱著)课后习题答案下载

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2023年电气工程基础上册(陈慈萱著)课后习题答案下载电气工程基础上册(陈慈萱著)课后答案下载电气工程基础为21世纪高等学校规划教材。

本书共分10章,主要内容包括电力工程概论、电力网及其分析、变电站的一次设备、电气主接线与配电装置、电力系统短路分析、电气设备的选择、电力系统继电保护、二次系统与自动装置、接地与电气安全以及电力系统过电压保护。

本书全面论述了有关电力网分析、电力工程设计、电气设备制造与安装、电力系统运行等方面的基本知识,具有内容全面、实用性强资料最新、方便教学等特点。

书后还附有电力工程设计常用表格、课程设计参考题目以及习题参考答案。

本书共分12章,主要内容包括电力系统概述、电力系统设备、电气主接线、电气二次接线、电力系统的负荷、电力网络的稳态分析、电力系统的短路计算、电力系统的继电保护、电力系统的安全保护、电力系统电气设备的选择、电力工程设计以及电力系统运行。

本书以电力系统为主,全面论述了发电、输变电和配电系统的构成、设计、运行以及管理的基本理论和设计计算方法,具有内容全面、实用性强、方便教学等特点。

本书可供普通高等院校电气工程及其自动化、自动化等相关专业使用,同时也可供从事发电厂和变电站的电气设计、运行和管理的电气工程技术人员参考。

电气工程基础上册(陈慈萱著):内容简介第1章电力系统概述11.1电力系统的发展历程1 1.2电力系统基本概念11.3发电系统21.3.1发电能源简介21.3.2火力发电31.3.3水力发电61.3.4风力发电91.3.5核能发电101.3.6太阳能发电141.3.7生物质发电171.3.8潮汐发电191.4电能的质量指标201.5电力系统的电压等级22 1.6变电站及类型23__小结24习题25第2章电力系统设备262.1汽轮发电机262.2水轮发电机262.3风力发电机272.4输变电设备292.5配电装置322.6高压电器362.6.1断路器362.6.2互感器402.7接地保护44__小结47习题47第3章电气主接线483.1电气主接线概念483.2电气主接线的形式483.2.1概述483.2.2有汇流母线的电气主接线49 3.2.3无汇流母线的电气主接线54 3.3主变压器和主接线的选择56 3.4工厂供电系统主接线573.5建筑配电系统接线593.5.1城网主接线603.5.2农网主接线61__小结62习题62第4章电气二次接线634.1二次接线基本概念634.1.1原理接线图644.1.2安装接线图654.2控制回路674.2.1对控制回路的一般要求684.2.2控制回路的组成684.2.3控制回路和信号回路操作过程分析70 4.3信号回路724.3.1位置信号724.3.2事故信号724.3.3预告信号724.4变电站的综合自动化734.4.1变电站自动化的含义734.4.2变电站综合自动化的发展历程734.4.3变电站综合自动化的特点734.4.4变电站综合自动化的基本功能74 4.4.5变电站综合自动化的结构75__小结77习题77第5章电力系统的负荷795.1电力系统负荷的分类795.2电力系统负荷曲线805.3电力系统负荷的计算825.4电网损耗的计算885.5用户负荷的计算905.6尖峰电流的计算915.7功率因数的确定与补偿925.8电力系统负荷的特性955.8.1负荷的静特性与动特性955.8.2负荷的综合特性97__小结98习题99第6章电力网络的稳态分析1006.1输电线路的参数计算与等值电路1006.1.1参数计算1006.1.2等值电路1036.2变压器的参数计算与等值电路1046.2.1双绕组电力变压器1046.2.2三绕组电力变压器1066.2.3自耦变压器1096.2.4分裂绕组变压器1106.3电力网络元件的电压和功率分布计算1116.3.1输电线路1116.3.2变压器1136.4电力网络的无功功率和电压调整1146.4.1无功功率调整1146.4.2中枢点电压管理1176.4.3电力系统调压措施1196.5潮流计算1246.5.1同电压等级开式电力网络1246.5.2多电压等级开式电力网络1266.5.3两端供电电力网络功率分布1276.5.4考虑损耗时两端供电电力网络功率和电压分布1286.6直流输电简介1296.6.1艰难的发展史1296.6.2独特的功能1306.6.3两端直流输电系统1306.6.4直流输电特点及应用范围1316.6.5高压直流输电系统的主要电气设备1326.6.6光明的前景133__小结133习题134第7章电力系统的短路计算1357.1电力网络短路故障概述1357.2标幺值1377.3无限大功率电源供电网的三相短路电流计算141 7.4有限容量电力网三相短路电流的实用计算146 7.5电力系统各序网络的建立1547.6不对称短路的计算1587.7电力网短路电流的效应159__小结162习题162第8章电力系统的继电保护1648.1继电保护的基本概念1648.1.1继电保护的任务1658.1.2对继电保护装置的要求1658.2继电保护原理1678.3常用保护装置1678.4电流保护1698.4.1单侧电源电网相间短路的电流保护1698.4.2多侧电源电网相间短路的方向性电流保护174 8.4.3大电流接地系统零序电流保护1768.4.4小电流接地系统零序电流保护1808.5距离保护1838.5.1距离保护的基本原理1838.5.2距离保护的主要组成部分1848.5.3影响距离保护正常工作的因素及其防止方法184 8.5.4距离保护的整定1918.6电力系统中变压器的保护1968.6.1变压器的纵差动保护1978.6.2变压器的电流和电压保护2008.7电力电容器的`保护2058.8线路的自动重合闸2098.8.1自动重合闸的要求和特点2098.8.2单侧电源线路的三相一次自动重合闸2108.8.3双侧电源线路的三相一次自动重合闸2118.8.4具有同步检定和无电压检定的自动重合闸2138.8.5自动重合闸动作时限选定原则2148.8.6自动重合闸与继电保护的配合2158.8.7单相自动重合闸2168.8.8综合自动重合闸简介2188.8.9自动重合闸在750kV及以上特高压线路上的应用218 __小结219习题220第9章电力系统的安全保护2219.1防雷保护2219.1.1雷电的基本知识2219.1.2防雷保护装置2229.1.3输电线路的防雷保护2259.1.5变电站的防雷保护2319.2绝缘配合2349.3电气装置的接地236__小结237习题238第10章电力系统电气设备的选择23910.1电气设备选择遵循的条件23910.2高压电器的选择24010.2.1按正常工作条件选择高压电气设备240 10.2.2按短路条件校验24110.3低压电器的选择24210.4高压断路器的选择24510.5隔离开关及重合器和分段器的选择246 10.6互感器的选择24710.6.1电流互感器的选择24710.6.2电压互感器的选择24910.7限流电抗器的选择24910.8电力系统母线和电缆的选择25210.8.1母线的选择与校验25210.8.2电缆的选择与校验254__小结255习题256第11章电力工程设计25711.1电气工程绘图基本知识25711.2电气设备图形符号26011.3电力工程CAD介绍26911.3.1软件工程术语26911.3.2系统环境26911.4工厂供电设计示例27311.4.1工厂供电的意义和要求273 11.4.2工厂供电设计的一般原则274 11.4.3设计内容及步骤27411.4.4负荷计算及功率补偿27511.4.5变压器的选择27711.4.6短路计算27711.4.7导线、电缆的选择28011.4.8高、低压设备的选择28111.4.9变压器的继电保护28111.4.10变压器的瓦斯保护28311.4.11二次回路操作电源和中央信号装置28411.4.12电测量仪表与绝缘监视装置28711.4.13防雷与接地28811.5变电站电气主接线设计290__小结292习题292第12章电力系统运行29312.1有功功率及频率的调整29312.2无功功率及电压的调整29612.3系统运行的稳定性30612.4电网运行的经济性308__小结311习题311电气工程基础上册(陈慈萱著):目录点击此处下载电气工程基础上册(陈慈萱著)课后答案。

3短路电流及其计算课后习题解析(精选、)

3短路电流及其计算课后习题解析(精选、)

习题和思考题3-1.什么叫短路?短路的类型有哪些?造成短路故障的原因有哪些?短路有哪些危害?短路电流计算的目的是什么?答:所谓短路,就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、相与地之间的短接等。

其特征就是短接前后两点的电位差会发生显著的变化。

在三相供电系统中可能发生的主要短路类型有三相短路、两相短路、两相接地短路及单相接地短路。

三相短路称为对称短路,其余均称为不对称短路。

在供电系统实际运行中,发生单相接地短路的几率最大,发生三相对称短路的几率最小,但通常三相短路的短路电流最大,危害也最严重,所以短路电流计算的重点是三相短路电流计算。

供电系统发生短路的原因有:(1)电力系统中电气设备载流导体的绝缘损坏。

造成绝缘损坏的原因主要有设备长期运行绝缘自然老化、设备缺陷、设计安装有误、操作过电压以及绝缘受到机械损伤等。

(2)运行人员不遵守操作规程发生的误操作。

如带负荷拉、合隔离开关(内部仅有简单的灭弧装置或不含灭弧装置),检修后忘拆除地线合闸等;(3)自然灾害。

如雷电过电压击穿设备绝缘,大风、冰雪、地震造成线路倒杆以及鸟兽跨越在裸导体上引起短路等。

发生短路故障时,由于短路回路中的阻抗大大减小,短路电流与正常工作电流相比增加很大(通常是正常工作电流的十几倍到几十倍)。

同时,系统电压降低,离短路点越近电压降低越大,三相短路时,短路点的电压可能降低到零。

因此,短路将会造成严重危害。

(1)短路产生很大的热量,造成导体温度升高,将绝缘损坏;(2)短路产生巨大的电动力,使电气设备受到变形或机械损坏;(3)短路使系统电压严重降低,电器设备正常工作受到破坏,例如,异步电动机的转矩与外施电压的平方成正比,当电压降低时,其转矩降低使转速减慢,造成电动机过热而烧坏;(4)短路造成停电,给国民经济带来损失,给人民生活带来不便;(5)严重的短路影响电力系统运行稳定性,使并列的同步发电机失步,造成系统解列,甚至崩溃;(6)单相对地短路时,电流产生较强的不平衡磁场,对附近通信线路和弱电设备产生严重电磁干扰,影响其正常工作。

(完整版)电力系统暂态分析习题答案

(完整版)电力系统暂态分析习题答案

电力系统暂态分析李光琦 习题答案 第一章 电力系统分析基础知识1-2-1 对例1-2,取kV 1102=B U ,MVA S B 30=,用准确和近似计算法计算参数标幺值。

解:①准确计算法:选取第二段为基本段,取kV 1102=B U ,MVA S B 30=,则其余两段的电压基准值分别为:9.5kV kV 1101215.10211=⨯==B B U k U 电流基准值:各元件的电抗标幺值分别为:发电机:32.05.930305.1026.0221=⨯⨯=*x 变压器1T :121.05.3130110121105.02222=⨯⨯=*x 输电线路:079.011030804.023=⨯⨯=*x 变压器2T :21.01103015110105.02224=⨯⨯=*x电抗器:4.03.062.26.6605.05=⨯⨯=*x 电缆线路:14.06.6305.208.026=⨯⨯=*x 电源电动势标幺值:16.15.911==*E ②近似算法:取MVA S B 30=,各段电压电流基准值分别为:kV U B 5.101=,kA I B 65.15.103301=⨯=kV U B 1152=,kA I B 15.01153301=⨯=kV U B 3.63=,kA I B 75.23.63301=⨯=各元件电抗标幺值:发电机:26.05.1030305.1026.0221=⨯⨯=*x 变压器1T :11.05.3130115121105.0222=⨯⨯=*x 输电线路:073.011530804.023=⨯⨯=*x 变压器2T :21.01530115115105.0224=⨯⨯=*x电抗器:44.03.075.23.6605.05=⨯⨯=*x 电缆线路:151.03.6305.208.026=⨯⨯=*x 电源电动势标幺值:05.15.1011==*E 发电机:32.05.930305.1026.0221=⨯⨯=*x 变压器1T :121.05.3130110121105.02222=⨯⨯=*x 输电线路:079.011030804.023=⨯⨯=*x 变压器2T :21.01103015110105.02224=⨯⨯=*x电抗器:4.03.062.26.6605.05=⨯⨯=*x 电缆线路:14.06.6305.208.026=⨯⨯=*x 电源电动势标幺值:16.15.911==*E 1-3-1 在例1-4中,若6.3kV 母线的三相电压为:在空载情况下f 点突然三相短路,设突然三相短路时 30=α。

继电保护课后题答案

继电保护课后题答案

第1章习题和思考题1.简述继电保护的定义、任务。

答:定义:泛指继电保护技术和各种继电保护装置构成的继电保护系统,保护电力系统及其元件(发电机、变压器、输电线路等),使之免遭损害,称为继电保护任务:切除故障元件、反映不正常运行状态(跳闸并发信)即当电力系统发生故障或异常工况时,在可能实现的最短时间和最小区域,自动将故障设备从系统中切除,或发出信号由值班人员消除异常工况根源,以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。

2.保护的“四性”指的是什么?具体如何解释?答:是指可靠性、选择性、速动性、灵敏性。

可靠性是指在给定条件下的给定时间间隔,保护能完成所需功能的概率。

保护的安全性是指在给定条件下的给定时间间隔,保证不误动的概率。

保护的可信赖性是指在给定条件下的给定时间间隔,保证不拒动的概率。

选择性是指保护检出电力系统故障区和/或故障相的能力。

即故障时能够尽可能的缩小电力系统被停电的围,只将故障部分从系统中切除,最大限度的保证系统中无故障部分仍然可以安全运行。

速动性是指保护尽可能快的切除故障的能力。

灵敏性是指保护对于其保护围发生故障或者不正常运行状态的反应能力3.继电保护装置一般由哪几部分组成?答:继电保护装置由测量部分、逻辑部分、执行部分组成4.有人说电力系统继电保护就是指电力系统继电保护装置,这种说法对吗?答:这种说法不对。

电力系统继电保护泛指继电保护技术和由各种继电保护装置构成的继电保护系统。

继电保护装置可定义为在电力系统发生故障或不正常工作状态时,动作于断路器跳闸或发出告警信号的一种安全自动装置。

与继电保护相关的技术主要包含涉及继电保护装置本身的原理设计、配置与整定、调试等技术。

继电保护装置本身需要通过电流互感器、电压互感器采集电流量、电压量信息,并与断路器配合,实现跳闸。

因此,继电保护装置本身只是继电保护系统的一个重要组成部分,其它相关设备以及相互之间的联系对于机电保护系统也至关重要。

5.继电保护为什么要进行整定?答:因为电力线路的长度,负荷情况、线路电压、供电形势都是有所不同的。

电力系统分析第7章习题答案

电力系统分析第7章习题答案

第七章 思考题及习题答案7-1 电力系统短路的分类、危害及短路计算的目的是什么?答:短路的类型有三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地短路。

短路对电力系统的危害有:短路电流很大,并会电气设备使发热急剧增加,导致设备因过热而损坏;导体产生很大的电动力,有可能引起设备机械变形、扭曲甚至损坏;短路时系统电压大幅度下降,会影响电气设备的正常工作;发生不对称短路时,不平衡电流所产生的不平衡磁通会对邻近的通信系统造成干扰;短路情况严重时,会导致并列运行的发电厂失去同步,破坏系统的稳定性。

短路计算目的有:设计和选择合理的发电厂、变电所及电力系统的电气主接线;选择有足够动稳定度和热稳定度的电气设备及载流导体;合理配置各种继电保护和自动装置并正确地整定其参数;分析和计算在短路情况下电力系统的稳定问题。

7-2 无限大功率电源的含义是什么?由无限大电源供电的系统三相短路时,短路电流包括几种分量?有什么特点?答:无限大功率电源是指其容量为无限大、内阻抗为零的电源。

由无限大功率电源供电的系统三相短路时,短路电流包括周期分量和非周期分量。

其特点是在外电路发生短路时,电源电压基本上保持恒定,因此周期分量不随时间而变化。

7-3 什么叫短路冲击电流?它出现在短路后的哪一时刻?冲击系数的大小与什么有关? 答:短路冲击电流是指在最严重短路情况下三相短路电流的最大瞬时值。

它出现在短路发生半个周期(0.01s )时。

冲击系数与短路回路中电抗与电阻的相对大小有关。

7-4 什么是短路功率?在三相短路计算中,对某一短路点,短路功率的标幺值与短路电流的标幺值有何关系?答:短路功率等于短路电流有效值乘以短路处的正常工作电压(一般用平均额定电压)。

短路功率的标幺值与短路电流的标幺值相等。

7-5 什么是短路电流的最大有效值?与冲击系数有什么关系?答:短路电流的最大有效值是指短路后第一周的电流有效值。

它与冲击系数的关系为2)1(21−+=imp p imp K I I7-6 什么是电力系统三相短路的实用计算?分为几个方面的内容?答:电力系统三相短路的实用计算,主要是计算系统中含多台发电机、电源并非无限大功率电源供电时,三相短路电流周期分量的有效值。

电力系统继电保护课后习题解析答案(全)

电力系统继电保护课后习题解析答案(全)

电力系统继电保护课后习题答案1 绪论1.1电力系统如果没有配备完善的继电保护系统,想象一下会出现什么情景?答:现代的电力系统离开完善的继电保护系统是不能运行的。

当电力系统发生故障时,电源至故障点之间的电力设备中将流过很大的短路电流,若没有完善的继电保护系统将故障快速切除,则会引起故障元件和流过故障电流的其他电气设备的损坏;当电力系统发生故障时,发电机端电压降低造成发电机的输入机械功率和输出电磁功率的不平衡,可能引起电力系统稳定性的破坏,甚至引起电网的崩溃、造成人身伤亡。

如果电力系统没有配备完善的继电保护系统,则当电力系统出现不正常运行时,不能及时地发出信号通知值班人员进行合理的处理。

1.2继电保护装置在电力系统中所起的作用是什么?答:继电保护装置就是指能反应电力系统中设备发生故障或不正常运行状态,并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置.它的作用包括:1.电力系统正常运行时不动作;2.电力系统部正常运行时发报警信号,通知值班人员处理,使电力系统尽快恢复正常运行;3.电力系统故障时,甄别出发生故障的电力设备,并向故障点与电源点之间、最靠近故障点断路器发出跳闸指令,将故障部分与电网的其他部分隔离。

1.3继电保护装置通过哪些主要环节完成预定的保护功能,各环节的作用是什么?答:继电保护装置一般通过测量比较、逻辑判断和执行输出三个部分完成预定的保护功能。

测量比较环节是册来那个被保护电器元件的物理参量,并与给定的值进行比较,根据比较的结果,给出“是”、“非”、“0”或“1”性质的一组逻辑信号,从而判别保护装置是否应该启动。

逻辑判断环节是根据测量环节输出的逻辑信号,使保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围,最后确定是否应该使断路器跳闸。

执行输出环节是根据逻辑部分传来的指令,发出跳开断路器的跳闸脉冲及相应的动作信息、发出警报或不动作。

1.4 依据电力元件正常工作、不正常工作和短路状态下的电气量复制差异,已经构成哪些原理的保护,这些保护单靠保护整定值能求出保护范围内任意点的故障吗?答:利用流过被保护元件电流幅值的增大,构成了过电流保护;利用短路时电压幅值的降低,构成了低电压保护;利用电压幅值的异常升高,构成了过电压保护;利用测量阻抗的降低和阻抗角的变大,构成了低阻抗保护。

《工厂供电》(第3版)课后习题解答

《工厂供电》(第3版)课后习题解答

《工厂供电》课后习题解答第三版第一章习题解答1-1 试确定图1-25所示供电系统中的变压器T1和线路WL1、WL2的额定电压?图1-25 习题1-1的供电系统解:1.变压器T1的一次侧额定电压:应与发电机G的额定电压相同,即为10.5kV。

变压器T1的二次侧额定电压应比线路WL1末端变压器T2的一次额定电压高10%,即为242kV。

因此变压器T1的额定电压应为10.5/242kV。

2.线路WL1的额定电压:应与变压器T2的一次额定电压相同,即为220kV。

3.线路WL2的额定电压:应为35kV,因为变压器T2二次侧额定电压为38.5kV,正好比35kV高10%。

1-2 试确定图1-26所示供电系统中的发电机和各变压器的额定电压?图1-26 习题1-2的供电系统解:1.发电机G的额定电压应比6kV线路额定电压高5%,因此发电机G的额定电压应为6.3kV。

2.变压器T1的额定电压:一次额定电压应与发电机G的额定电压相同,因此其一次额定电压应为6kV。

T1的二次额定电压应比220/380V线路额定电压高10%,因此其二次额定电压应为0.4kV。

因此变压器T1的额定电压应为6/0.4kV。

3.变压器T2的额定电压:其一次额定电压应与发电机的额定电压相同,即其一次额定电压应为6.3kV。

T2的二次额定电压应比110kV电网电压高10%,即其二次额定电压应为121kV。

因此变压器T2的额定电压应为6.3/121kV。

4.变压器T3的额定电压:其一次额定电压应与110kV线路的额定电压相同,即其一次额定电压应为110kV。

T3的二次额定电压应比10kV电压高10%,即其二次额定电压应为11kV。

因此变压器T3的额定电压应为110/11kV。

1-3 某厂有若干车间变电所,互有低压联络线相连。

其中某一车间变电所装有一台无载调压型配电变压器,其高压绕组有+5%、0、—5% 三个电压分接头,现调在主接头“0”的位置(即U1 N )运行。

《短路电流及其计算》PPT课件

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图3-1 短路的形式(虚线表示短路电流路径) k ( 3 )-三相短路 k ( 2 ) -两相短路
k ( 1 )-单相短路 k (1 .1 ) -两相接地短路
第二节 无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程和物理量
一. 无限大容量电力系统及其三相短路的物理过程 无限大容量电力系统,是指供电容量相对于用户供电系统容量大得多的电力系统。其特点是:当用户供电系统的负荷变 动甚至发生短路时,电力系统变电所馈电母线上的电压能基本维持不变。如果电力系统的电源总阻抗不超过短路电路总阻抗 的5%~10%,或者电力系统容量超过用户供电系统容量的50倍时,可将电力系统视为无限大容量系统。
指数函数衰减到最大值的1/e =0.3679倍时所需的时间。
3. 短路全电流 短路电流周期分量 i p 与非周期分量i n p 之和,即为短路全电流 i k 。而某一瞬间t 的短路全电流有效值I k ( t ) ,则是以时间t 为中点的一个周期内的 i p 有效值I p ( t ) 与 i n p 在t 的瞬时值 i n p ( t ) 的方均根值,即
对一般工厂供电系统来说,由于工厂供电系统的 容量远比电力系统总容量小,而阻抗又较电力系统大 得多,因此工厂供电系统内发生短路时,电力系统变 电所馈电母线上的电压几乎维持不变,也就是说可将 电力系统视为无限大容量的电源。
图3-2a是一个电源为无限大容量的供电系统发生 三相短路的电路图。图中R W L 、X W L 为线路(WL)的 电阻和电抗,R L 、X L 为负荷(L)的电阻和电抗。由于 三相短路对称,因此这一三相短路电路可用图3-2b所 示的等效单相电路来分析研究。
二. 短路的后果 短路后,系统中出现的短路电流(short-circuit current)比正常负荷电流大得多。在大电力系统中,短路电流可达几 万安甚至几十万安。如此大的短路电流可对供电系统造成极大的危害: (1) 短路时要产生很大的电动力和很高的温度,而使故障元件和短路电路中的其他元件受到损害和破坏,甚至引发火 灾事故。 (2) 短路时电路的电压骤然下降,严重影响电气设备的正常运行。 (3) 短路时保护装置动作,将故障电路切除,从而造成停电,而且短路点越靠近电源,停电范围越大,造成的损失也 越大。 (4) 严重的短路要影响电力系统运行的稳定性,可使并列运行的发电机组失去同步,造成系统解列。 (5) 不对称短路包括单相和两相短路,其短路电流将产生较强的不平衡交流电磁场,对附近的通信线路、电子设备等 产生电磁干扰,影响其正常运行,甚至使之发生误动作。 由此可见,短路的后果是十分严重的,因此必须尽力设法消除可能引起短路的一切因素;同时需要进行短路电流的计 算,以便正确地选择电气设备,使设备具有足够的动稳定性和热稳定性,以保证它在发生可能有的最大短路电流时不致损 坏。为了选择切除短路故障的开关电器、整定短路保护的继电保护装置和选择限制短路电流的元件(如电抗器)等,也必 须计算短路电流。
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习题和思考题3-1.什么叫短路?短路的类型有哪些?造成短路故障的原因有哪些?短路有哪些危害?短路电流计算的目的是什么?答:所谓短路,就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、相与地之间的短接等。

其特征就是短接前后两点的电位差会发生显著的变化。

在三相供电系统中可能发生的主要短路类型有三相短路、两相短路、两相接地短路及单相接地短路。

三相短路称为对称短路,其余均称为不对称短路。

在供电系统实际运行中,发生单相接地短路的几率最大,发生三相对称短路的几率最小,但通常三相短路的短路电流最大,危害也最严重,所以短路电流计算的重点是三相短路电流计算。

供电系统发生短路的原因有:(1)电力系统中电气设备载流导体的绝缘损坏。

造成绝缘损坏的原因主要有设备长期运行绝缘自然老化、设备缺陷、设计安装有误、操作过电压以及绝缘受到机械损伤等。

(2)运行人员不遵守操作规程发生的误操作。

如带负荷拉、合隔离开关(部仅有简单的灭弧装置或不含灭弧装置),检修后忘拆除地线合闸等;(3)自然灾害。

如雷电过电压击穿设备绝缘,大风、冰雪、地震造成线路倒杆以及鸟兽跨越在裸导体上引起短路等。

发生短路故障时,由于短路回路中的阻抗大大减小,短路电流与正常工作电流相比增加很大(通常是正常工作电流的十几倍到几十倍)。

同时,系统电压降低,离短路点越近电压降低越大,三相短路时,短路点的电压可能降低到零。

因此,短路将会造成严重危害。

(1)短路产生很大的热量,造成导体温度升高,将绝缘损坏;(2)短路产生巨大的电动力,使电气设备受到变形或机械损坏;(3)短路使系统电压严重降低,电器设备正常工作受到破坏,例如,异步电动机的转矩与外施电压的平方成正比,当电压降低时,其转矩降低使转速减慢,造成电动机过热而烧坏;(4)短路造成停电,给国民经济带来损失,给人民生活带来不便;(5)严重的短路影响电力系统运行稳定性,使并列的同步发电机失步,造成系统解列,甚至崩溃;(6)单相对地短路时,电流产生较强的不平衡磁场,对附近通信线路和弱电设备产生严重电磁干扰,影响其正常工作。

计算短路电流的目的是:(1)选择电气设备和载流导体,必须用短路电流校验其热稳定性和动稳定性。

(2)选择和整定继电保护装置,使之能正确地切除短路故障。

(3)确定合理的主接线方案、运行方式及限流措施。

3-2什么叫无限大容量电力系统?无限大与有限电源容量系统有何区别?对于短路暂态过程有何不同?答:所谓无限大容量电源系统是指电源的阻抗为零,在短路过程中电源的端电压恒定不变,短路电流周期分量恒定不变。

事实上,真正无限大容量电源系统是不存在的,通常将电源阻抗小于短路回路总阻抗10%的电源看作无限大容量系统。

一般工矿企业供电系统的短路点离电源的电气距离足够远,满足以上条件,可作为无限大容量电源供电系统进行短路电流计算和分析。

所谓有限容量电源系统是指电源的阻抗不能忽略,且是变化的,在短路过程中电源的端电压是衰减的,短路电流的周期分量幅值是衰减的。

通常将电源阻抗大于短路回路总阻抗10% 的供电系统称为有限大电源容量系统。

有限大容量电源系统短路电流的周期分量幅值衰减的根本原因是:由于短路回路阻抗突然减小和同步发电机定子电流激增,使发电机部产生电磁暂态过程,即发电机的端电压幅值和同步电抗大小出现变化过程,由其产生的短路电流周期分量是变化的。

所以,有限容量电源系统的短路电流周期分量的幅值是变化的,历经从次暂态短路电流(I ")→暂态短路电流(I ')→稳态短路电流(I ∞)的衰减变化过程。

3-3解释和说明下列术语的物理含义:短路电流的周期分量p i ,非周期分量np i ,短路全电流,短路冲击电流sh i ,短路冲击电流有效值sh I ,短路次暂态电流"I ,短路稳态电流∞I ,短路容量k S 。

答:短路电流的周期分量:电力系统发生突然短路时,短路电流中所含的工频交流分量. 短路电流非周期分量是短路发生后大约十个周波时间,呈指数曲线衰减的暂态电流,因为短路电流有电抗,电路电流不可能突变,使其产生反向电流。

短路全电流k I 就是短路电流的周期分量和非周期分量之和np p k i i I +=。

短路电流最大可能的瞬时值,称为短路冲击电流,用sh i 表示。

如果短路时在最不利的条件下发生,在第一个周期的短路电流有效值最大,称为短路全电流的最大有效值,简称冲击电流的有效值,用sh I 表示。

短路次暂态电流是短路周期分量在短路后第一个周期的有效值,用"I 表示。

短路稳态电流是指短路电路非周期分量衰减完毕以后的短路全电流,其有效值用∞I 表示。

在无限大容量电源系统中pI I =∞。

短路容量是指电力系统在规定的运行方式下,关注点三相短路时的视在功率,它是表征 电力系统供电能力强弱的特征参数,其大小等于短路电流与短路处的额定电压的乘积。

3-4 试说明采用欧姆法和标幺值法计算短路电流各有什么特点?这两种方法各适用于什么场合?答:欧姆法就是用元件的实际工作的阻抗计算短路电流,再按照变压器变比逐级折算; 标幺值法是把各个电压等级的阻抗按统一标准比对得出一个虚拟的值(标幺值),短路计算后,在按电压等级分别归算。

标幺制法相对于欧姆法来说有3个主要的特点:采用标幺制易于比较电力系统各元件的特性及参数,能够简化计算公式,能在一定程度上简化计算工作。

系统大,电压等级多,用标幺值比较方便;系统小,直接使用欧姆法简便。

3-5在无限大容量供电系统中,两相短路电流和三相短路电流有什么关系?答:无限大功率电源供电系统短路时,两相短路电流较三相短路电流小,计算三相短路电流就可求得两相短路电流。

两相短路存在正序阻抗和负序阻抗,三相短路只有正序阻抗,所以两相短路电流比三相短路电流小。

3-6 什么是短路电流的热效应?为什么要用稳态短路电流I ∞和假想时间j t 来计算? 答:供配电系统发生短路时,短路电流非常大。

如此大的短路电流通过导体或电器设备,一方面会产生很大的电动力,即电动力效应;另一方面会产生很高的温度,即热效应。

在电路发生短路时,极大的短路电流将使导体温度迅速升高,称之为短路电流的热效应。

短路全电流的幅值和有效值都随时间变化,这就使热平衡方程的计算十分困难和复杂。

因此,一般采用一个恒定的短路稳态电流∞I 来等效计算实际短路电流所产生的热量。

由于通过导体的短路电流实际上不是∞I ,因此假定一个时间,在此时间,设导体通过∞I 所产生的热量,恰好与实际短路电流kt I 在实际短路时间k t 所产生的热量相等。

这一假定的时间,称为短路发热的假想时间,也称热效时间,用ima t 表示。

3-7 什么是短路电流的电动力效应?它应该采用哪一个短路电流来计算?答:供电系统在短路时,由于短路电流特别是短路冲击电流很大,因此相邻载流导体之间将产生强大的电动力,可能使电器和载流部分遭受严重的破坏。

因此,电气设备必须具有足够的机械强度,以承受短路时最大电动力的作用,避免遭受严重的机械性损坏。

通常把电气设备承受短路电流的电动效应而不至于造成机械性损坏的能力,称为电气设备具有足够的电动稳定度。

电气设备的动稳定性常用设备动稳定电流(即极限允许通过电流)来表示。

当电气设备的动稳定电流峰值m ax i (或最大值)大于)3(sh i 时,或动稳定电流有效值m ax I 大于)3(sh I 时,设备的机械强度就能承受冲击电流的电动力,即电气设备的动稳定性合格。

否则不合格,应按动稳定性要求进行重选。

3-8在短路点附近有大容量交流电动机运行时,电动机对短路电流计算有何影响? 答:供电系统中的负荷主要是异步电动机和同步电动机。

当系统突然发生三相短路时,电网电压的急剧下降,当运行电动机距短路点较近时,其反电势将大于外加电压,电动机变为发电运行状态,成为一个附加电源,向短路点馈送电流。

当短路点附近所接交流电动机的额定电流之和超过系统短路容量的1%时,或者交流电动机总容量超过100kW 时,应计入交流电动机在附近短路时的反馈冲击电流的影响。

只有在计算短路冲击电流时,才考虑异步电动机的影响。

同步电动机的运行状态分过激磁和欠激磁。

在过激磁状态下,当短路时,其次暂态电势E ''大于外加电压,不论短路点在何处,都可作为发电机看待。

对于欠激磁的同步电动机,只有在短路点附近,电压降低很多时,才能作为发电机看待。

一般在同一地点装机总容量大于1000kW 时,才作为附加电源考虑。

3-9对一般电器,其短路动稳定度和热稳定度校验的条件各是什么?对母线其短路动稳定度和热稳定度校验的条件是什么?答:(1)一般电器的热稳定度校验条件:ima tt I t I 2)3(2∞≥式中,t I 为电器的热稳定电流;t 为电器的热稳定试验时间。

以上的可t I 和t 由有关手册或产品样本查得。

(2)母线及绝缘导线和电缆等导体的热稳定度校验条件:k k θθ≥max .式中,m ax .k θ为导体在短路时的最高温度。

如前所述,要确定导体的比较k θ麻烦,因此也可根据短路热稳定度的要求来确定其最小截面。

由上式可得满足热稳定要求的最小允许截面(2mm )为Ct I A A t I S imaL k ima )3()3(min ∞∞=-=式中,)3(∞I 为三相短路稳态电流(A );C 为导体的热稳定系数(2/mm s A )。

将计算出的最小热稳定截面与所选用的导体截面比较,当所选标准截面min S S b ≥时,热稳定性合格,否则应重新选择截面。

(3)一般电器的动稳定度校验条件由上述可知,对于成套电气设备,因其长度l 、导线间的中心距a 、形状系数s k 均为定值,故此力只与电流大小有关。

因此,电气设备的动稳定性常用设备动稳定电流(即极限允许通过电流)来表示。

当电气设备的动稳定电流峰值m ax i (或最大值)大于)3(sh i 时,或动稳定电流有效值m ax I 大于)3(sh I 时,设备的机械强度就能承受冲击电流的电动力,即电气设备的动稳定性合格。

否则不合格,应按动稳定性要求进行重选。

即)3(max sh i i ≥ 或 )3(max sh I I ≥式中m ax i 、m ax I 分别为电器的动稳定电流峰值和有效值,可由有关手册或产品样本查得。

(4)硬母线的动稳定度校验条件 按下列公式校验)3(Cal σσ≥ 式中al σ为母线材料的最大允许应力(pa ),硬铜母线(TMY 型),140=al σMpa ,硬铝母线(LMY 型),70=al σMpa ,)3(C σ为母线通过)3(sh i 时所受到的最大计算应力。

上述最大计算应力按下式计算WM C =)3(σ式中M 为母线通过)3(sh i 时所受到的弯曲力矩;当母线档数为1~2时,8)3(max.l F M B =;当母线档数大于2时,10)3(max.l F M B =;这里的)3(max .B F 按式(3-67)计算,l 为母线的档距;W 为母线的截面系数;当母线水平放置时(如图3-18所示),2h b W =;这里的b 为母线截面的水平宽度,h 为母线截面的垂直宽度。

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