高压电器第二章ppt课件.ppt

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1、第二章短路故障的关合与开断第一节综述一、短路故障关合与开断电路时电弧的燃烧与熄灭：1.断路器关合和开断电力系统某些元件时，都会出现电弧。关合与开断的电流愈大，电弧愈强烈，工作条件也愈严重，尤以开断为甚。2.介质强度uj（指触头间能承受的电压值）和恢复电压uhf（电流过零后在断口两端出现的外加电压）是影响电力系统开断的两个重要因素，分别用uj（t）和uhf（t）表示，如图2-1所示。①当恢复电压的上升速度比介质强度的增长快时，uj（t）和uhf（t）两曲线将相交（图2-1，a），电弧会重燃，电流继续以电弧的形式通过断口，电路不能开断。②当介质强度的增长比恢复电压的上升快时，uj（t）和uhf（t

2、）两曲线将不会相交（图2-1，b），电弧不再重燃，电路即被开断。二、断路器在开断小电感电流（如空载变压器、电抗器或电动机）、电容性电流（如空载长线或电容器组），以及关合电容性电流时常产生过电压，危及包括断路器本身在内的电力系统中的各种电气设备。为此必须对各种关合和开断情况时电力系统中电压和电流的过渡过程进行研究。讨论可先从单相回路着手，阐明物理过程，然后再分析三相问题。第二节短路故障的关合一、电力系统的短路：1.定义：电力系统中一相或多相导体接地或互相短接而将负载阻抗短接掉。2.短路形式：单相接地短路、两相短路、两相不接地短路、三相接地短路、三相不接地短路和断路器异侧两相接地短路。理想的短路情

3、况：三相负载相等。3.电力系统的关合的两种类型；（1）正常关合：指关合前线路或电气设备不存在绝缘故障的情况；（2）短路故障的关合：指关合前线路或电气设备已存在绝缘故障，甚至处于短路状态的情况。因短路故障的关合最严重，因此只讨论短路故障的关合。4.出现接通短路故障的四种前提：已存在未被发现的“预伏故障”；“试探性自动重合闸”；“人为的接地短路”及“误操作”。二.短路电流id：参看图2-2（a）。设电源电压e=Emsin（ωt＋a），a为电源电压的初相角,忽略电源阻抗，可得图2-2（b）所示的计算短路关合电流的等值线路图。1.短路电流id的表达式：图中L、R分别为包括变压器和输电线回路的电感和电阻

4、。如果关合发生在t=0时，通过解微分方程,则短路电流id的表达式将为：2.回路的稳态短路电流iz：①（2-1）式右边第一项是回路的稳态短路电流iz，也称作短路电流的周期分量；②右边第二项是一个按指数规律衰减的非周期暂态电流，称为短路电流的非周期分量，用if表示。其衰减快慢由回路时间常数T决定。③图2-3中画出了短路电流的周期分量iz、非周期分量if和由它们所合成的短路电流id的波形。从图中可见，在暂态过程中，短路电流id是围绕非周期分量电流振荡的。一般高压电网，各元件的电抗均比电阻大得多，如果忽略回路电阻对稳态短路电流的影响，即认为Φ=90°，则式（2-1）可简化为当a=0°（即电源电压过零点

5、瞬间）关合时，短路电流的非周期分量（第二项）最大，它的初始值等于稳态短路电流的幅值Idm。此时式（2-2）可简化为图2-4为与之对应的波形图。3.短路电流的最大值Ich：也叫短路冲击电流。由于非周期分量的存在，短路电流的最大值一般在短路发生后的半个周期即t=π/ω=0.01s时出现。Ich可由下式求出：4.高压电器标准规定：短路冲击电流Ich一般为短路电流周期分量幅值的1.8倍，为短路电流周期分量有效值的2.55(=1.8×根号2)倍。证明：Kch由回路的时间常数T决定。在感抗较大的高压电网内，一般取T≈0.045s，此时冲击系数Kch将为：对断路器关合能力的要求要根据短路冲击电流提出。短路冲

6、击电流同时也决定了电力系统中电气设备所受的机械力。5.各电流额定值之间的相互关系：Idm=Icm；Ith=Ib式中，Idm：短路冲击电流（Ich）；Icm：额定短路关合电流（ING）；Ith：额定热稳定电流（It）；Ib：额定短路开断电流（INK）。（清华）第三节单相短路故障的开断电力系统各种开断中，短路故障的开断任务最艰巨。一、恢复电压图2-5（a）为开断中性点直接接地发电机电路中的母线单相接地故障。图2-5（b）为其等值线路图。图中L、R分别为发电机的电感和电阻，C为发电机的对地电容。设触头分离瞬间短路电流的非周期分量已衰减完，即不考虑短路电流的非周期分量。母线G发电机3.图2-6是短路电

7、流id和电源电压e的波形图。在t=t1时，断路器的触头开始分离而形成电弧。由于忽略电弧压降，此时断口两端的电压（也即电容C上的电压）仍然为零。在t=t2时，电流过零电弧熄灭，此时电源电压开始通过R与L对电容C充电，电容C上的电压uc将逐渐上升。uc也就是开关断口两端的恢复电压uhf。忽略电弧压降uh，则通过断口的短路电流id和电源电压e间将有以下的关系：4.电容性电路：实际使R-L-C电路。①这一