第三章__短路电流计算解析

第三章 短路电流计算
本章讨论供配电系统在短路故障情况下的短路电流计算方法， 其目的主要是供母线，电缆，设备的选择和继电保护整定计算用。
短路是指电力系统正常运行之外的相与相或相与地之间的 “短接”。短接包括：1.金属性连接 2.经小阻抗连接 第一节 概述 第二节 三相短路过渡过程分析 第三节 供电系统电气元件参数计算
电力系统正常运行时，消弧线圈装置工作在最大过补偿状态，保证电网中性点不高 于电网额定相电压的15%，控制器实时监测电网线路的对地总容抗，从而计算出所需 补偿的电感电流值。
调容式消弧线圈装置装置构成图
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第一节 概述
一 短路的种类
三相交流系统危害较大的短路类型主要有：三相短路 k(3，) 两相短路 k (2)，单相短路 k(1)和 两相接地短路 k (1,（1) 仅大接地系统有）。（a、b为小接地系统，c、d为大接地系统）
z
z
～ u Um sin(t )
短路时刻（t=0）前，供电回路的电压电流方程为：
u U i Im
m sin(t ) sin(t
)
其中：
为电源电压初相角 为电源电压角频率
Im
|
Um Z Z'
|
arctan (L L' ) R R
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第二节 三相短路过渡过程分析
一 无限大容量三相短路分析
3
接地电阻测量仪
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接地变压器
预备知识
为三相变压器（或三相电抗器），常用来为无中性点的系统提供一个人工的、 可带负载的中性点，供系统接地使用。
其接地方式有：直接接地，与接地电抗器、电阻或消弧线圈组合接地。 接地变压器可带一个供连续使用的低电压的二次绕组作为变电站辅助电源。
A
B C
接地变压器外部
AB C
从短路时刻（t=0）开始，短路回路的电压方程为：
Um
sin(t
)
R ik
L
dik dt
来自百度文库
为电源电压初相角
为电源电压角频率
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第二节 三相短路过渡过程分析
一 无限大容量三相短路分析
求解上述微分方程，得到： ik
Um sin(t
|Z|
k )
Rt
Ae L
Rt
I pm sin(t k ) Ae L
第四节 短路电流计算 第五节 电网短路电流计算中的特殊问题 第六节 短路电流力效应和热效应分析
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预备知识
小接地系统与大接地系统
❖ 小接地系统
❖ 大接地系统
电源中性点与大地隔离或经大电抗线圈连接。 电源中性点与大地直接金属性连接。
A
A
B
B
C
C
常用于工业企业供电系统
常用于高压输电系统
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接地装置
由接地连接线和接地体构成
接地变压器内部
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预备知识
消弧线圈
消弧线圈是一个装设于配电网中性点的可调电感线圈，当电网发生单相 接地故障时，消弧线圈的作用是提供一个电感电流，补偿单相接地的电容电 流，使电容电流减小到规定值以下；同时，也使得故障相接地电弧两端的恢 复电压速度降低，达到自动熄灭电弧的目的。
消弧线圈的电抗或电流通过有载(无载)分接开关调节。
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第二节 三相短路过渡过程分析
一 无限大容量三相短路分析
将A带入 ik 的表达式，得到短路后短路电流随时间变化的表达式：
t
ik I pm sin(t k ) [Im sin( ) I pm sin( k )]e Ta
周期分量部分ip
非周期分量部分iap
Ta
：非周期分量衰减时间常数，Ta
L R
检修后忘却拆除地线合闸等非正常操作(人员过失)。
（4）鸟兽跨越在裸露导体上等意外故障。
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第一节 概述
三 短路的危害
（1）短路产生很大的热量，导体温度升高，将导体绝缘破坏。 （2）短路产生巨大的电动力，使电气设备受到机械破坏。 （3）短路使系统电压降低，电流升高，电器设备正常工作受到破坏。 （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）严重的短路将影响电力系统运行的稳定性，使同步发电机失步。 （6）单相短路产生不平衡磁场，对通信线路和弱电设备产生严重电磁干扰。
当在t=0时刻，发生短路
K
ua U m sin(t )
负
ub U m sin(t 120 )
～
载
uc U m sin(t 240 )
K
(R, L)线路负载 (R, L)工作负载 ik
z
z
～ u Um sin(t )
M 图3-3无限大系统三相短路电路图
图3-4 无限大系统三相短路单相等值电路图
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原理——根据系统运行方式及发展情况，确定消弧线圈在过补偿条件下的额定容量， 即可确定在接地故障时可提供的电感电流。增设消弧线圈二次电容负荷绕组，同时在 该消弧线圈的二次绕组上并联若干只（一般为四至五只）低压电容器，通过控制器控 制二次电容器投入的数量，来调节消弧线圈二次容抗的大小，从而改变消弧线圈一次 侧电感电流的大小。
决定非周期分量按指数规律衰减的快慢
5%
10%
65%
8
20%
第一节 概述
二 短路的原因
元件损坏、气象条件恶化 、人员过失 、其他原因。
（1）电力系统中电器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绝缘自然老化，操作过电压，大气 过电压，绝缘受到机械损伤等。
（2）气象条件恶化 （3）运行人员不遵守操作规程，如带负荷拉、合隔离开关，
（3）Ish 短路电流最大有效值（有效值）。
（4）I 短路电流稳态值（有效值）。
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第二节 三相短路过渡过程分析
一 无限大容量三相短路分析
ua U m sin(t )
负
ub U m sin(t 120 )
～
载
uc U m sin(t 240 )
M
(R, L)线路负载 (R, L)工作负载 i
其中：
k
I pm
为为短短路路回电路流i的周p 阻期抗分ia角量p (，幅周值期k，分Iapmr量cta|UnZm非| R周L 期分量)
由于感性电路在短路瞬间电流不能突变i0 i0 ，由此特征求解A值：
Im sin(t ) I pm sin(t k ) A
得： A Im sin( ) I pm sin( k )
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第一节 概述
四 短路电流计算的目的
（1）正确选择和校验各种电器设备。 （2）计算和整定保护短路的继电保护装置。 （3）选择限制短路电流的电器设备。 （4）研究短路对用户工作的影响。
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第一节 概述
五 短路电流计算的主要参数
（1） I "次暂态短路电流（有效值）。
（2）ish短路电流最大值（瞬时值） 。