《工厂供电》第三章教案

湖北水利水电职业技术学院

教师授课教案

课程名称：工厂供电2006 年至2007 年第 1 学期第17 次课班级：05电气1－2班编制日期：20 06 年11 月12 日教学单元（章节）：第三章短路电流及其计算

第一节短路的原因、后果及其形式

第二节无限大容量电力系统三相短路的物理过程及物理量

目的要求：1. 了解短路的原因、后果及其形式

2. 了解电力系统三相短路的物理过程及其物理量

知识要点：1. 短路的形式

2. 短路过程中涉及到的物理量

技能要点：

教学步骤：1. 介绍短路的原因及造成的后果

2. 短路的形式

3. 短路的物理过程及其涉及到的物理量

教具及教学手段：多媒体课堂教学；讲述、分析、图示、举例。

作业布置情况：思考题2、3、4

课后分析和小结：

授课教师：陈剑授课日期：2006 年11 月15 日

第一节短路的原因、后果及其形式

一、短路的原因

短路就是指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短接。

造成短路的主要原因：1）是电气设备载流部分的绝缘损坏；2）工作人员由于违反安全操作规程而发生误操作，或者误将低电压设备接人较高电压的电路中，也可能造成短路；3）鸟兽跨越在裸露的相线之间或者相线和接地物体之间，或者咬坏设备和导线电缆的绝缘，也是导致短路一个原因。

二、短路的后果

短路后，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产生极大的危害：

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短路和两相短路，其短路电流将产生较强的不平衡交变电磁场，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。

三、短路的形式

在三相系统中，短路的形式有三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路等。

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。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 WL 、X WL 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。供电系统正常运行时，电路中的电

流取决于电源电压和电路中所有元件包括负荷在内的所有阻抗。当发

生三相短路时，由于负荷阻抗和部分线路阻抗被短路，所以电路电流

根据欧姆定律要突然增大。但是由于电路中存在着电感，根据楞次定

律，电流不能突变，因而引起一个过渡过程，即短路暂态过程。最后

短路电流达到一个新的稳定状态。

二、短路有关的物理量

（－）短路电流周期分量

假设在电压u=0时发生三相短路，如图3-3所示。短路电流周期

分量为 （3-1）

式中， 为短路电流周期分量幅值，其中

为短路电路的总阻抗［模］； 为短路电路

的阻抗角。由于短路电路的 ，因此 。故短路初瞬

间（t=0时）的短路电流周期分量为

（3-2）

式中，I ″为短路次暂态电流有效值，即短路后第一个周期的短路电流

周期分量i p 的有效值。

（二）短路电流非周期分量

由于短路电路存在电感，因此在突然短路时，电感上要感生一个

电动势，以维持短路初瞬间（t=0时）电路内的电流和磁链不致突变。

电感的感应电动势所产生的和初瞬间短路电流周期分量反向的这一电

流，即为短路电流非周期分量。

短路电流非周期分量的初始绝对值为

教 学 内 容 板书或旁注

（3-3

）

短路电流非周期分量是按指数函数衰减的，其表达式为

（3-4）

式中 称为短路电流非周期分量衰减时

间常数，或称为短路电路时间常数，它就是使i np 由最大值按指数函数

衰减到最大值的1/e ＝0.3679倍时所需的时间。

（三）短路全电流

短路电流周期分量i p 和非周期分量i np 之和即为短路全电流i k 。某

一瞬时t 的短路全电流有效值I k(t)，是以时间t 为中点的一个周期内的

i p 有效值I p(t)和i np 在t 的瞬时值i np(t)的方均根值，即

（四）短路冲击电流

短路冲击电流为短路全电流中的最大瞬时值。由图3-3所示短路全

电流i k 的曲线可以看出，短路后经半个周期（即0.01s ），i k 达到最大值，

此时的短路全电流即短路冲击电流i sh 。

短路冲击电流按下式计算

或

式中，K sh 称为短路电流冲击系数。

（五）短路稳态电流

短路稳态电流是短路电流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。

在无限大容量系统中，由于系统馈电母线电压维持不变，所以其

短路电流周期分量有效值（习惯上用I k 表示）在短路的全过程中维持

不变，即

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