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1、第四章短路计算及电器的选择校验授课教师：XXXX目录/CONTENTS第1节短路的原因、后果及其形式第2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第3节无限大容量电力系统中的短路电流计算第4节短路电流的效应与校验第5节高低压电器的选择与校验第1节短路的原因、后果及其形式第1节一、短路的原因短路是指不同电位的导体之间的电气短接,这是电力系统中最常见的一种故障,也是最严重的一种故障。电力系统出现短路故障,究其原因,主要有以下三个方面:(1)电气绝缘损坏这可能是由于电气设备长期运行,其绝缘材料自然老化而损坏;也可能是由于设备本身质量不好,绝缘强度不够而
2、被正常电压击穿;也可能是设备绝缘层受到外力损伤而导致短路。第1节(2)误操作例如带负荷误拉高压隔离开关,很可能导致三相弧光短路。又如误将较低电压的设备投入较高电压的电路中而造成设备的击穿短路。(3)鸟兽害例如鸟类及蛇鼠等小动物跨越在裸露的不同电位的导体之间,或者被鼠类咬坏设备或导体的绝缘层,都会引起短路故障。第1节二、短路的后果电路短路后,其阻抗值比正常负荷时电路的阻抗值小得多,因此短路电流往往比正常负荷电流大许多倍。在大容量电力系统中,短路电流可高达几万安培或几十万安培。如此大的短路电流对电力系统可产生极大的危害:(1)短路电流的电动效应和热效应 短路电
3、流将产生很大电动力和很高的温度,可能造成电路及其中设备的损坏,甚至引发火灾事故。(2)电压骤降 短路将造成系统电压骤降,越靠近短路点电压越低,这将严重影响电气设备的正常运行。第1节(3)造成停电事故 短路时,电力系统的保护装置动作,使开关跳闸或熔断器熔断,从而造成停电事故。越靠近电源短路,引起停电的范围越大,从而给国民经济造成的损失也越大。(4)影响系统稳定 严重的短路可使并列运行的发电机组失去同步,造成电力系统解列,破坏电力系统的稳定运行。(5)产生电磁干扰 单相接地短路电流,可对附近的通信线路、信号系统及电子设备等产生电磁干扰,使之无法正常运行,甚至引
4、起误动作。第1节第1节第1节上述三相短路,属于“对称性短路”。其他形式的短路,均属“非对称性短路”。电力系统中,发生单相短路的可能性最大,而发生三相短路的可能性最小。但一般是三相短路电流最大,造成的危害也最严重。为了使电力系统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠地工作,因此作为选择校验电气设备用的短路计算中,以三相短路计算为主。实际上,非对称性短路也可按对称分量法分解为对称的正序、负序和零序分量来研究,所以对称性的三相短路分析也是分析非对称性短路的基础。第2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第2节一、无限大容量电力系统及其三相短路的物
5、理过程无限大容量电力系统,就是其容量相对于用户内部供配电系统容量大得多的电力系统,以致用户的负荷不论如何变动甚至发生短路时,电力系统变电所馈电母线的电压能基本维持不变。在实际的用户供电设计中,当电力系统总阻抗不超过短路回路总阻抗的5%10%,或者电力系统容量超过用户供配电系统容量的50倍时,可将电力系统视为“无限大容量电力系统”。凡不满足上述条件的电力系统,则称为“有限容量电力系统”。第2节图4-2a是一个电源为无限大容量的供电系统中发生三相短路的电路图。由于三相对称,因此这个三相电路图可用图4-2b所示等效单相电路图来研究。图4-2无限大容量系统中发生三
6、相短路RWL、XWL—线路阻抗RL、XL—负荷阻抗第2节正常运行时,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(用电设备)在内的总阻抗。当发生三相短路时,由于负荷阻抗和部分线路阻抗被短路,所以根据欧姆定律,电路中的电流(短路电流)要突然增大。但是,由于短路电路中存在着电感,根据楞次定律,电流又不能突变,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。第2节图4-3表示无限大容量系统中发生三相短路前后的电压和电流变动曲线。图4-3无限大容量系统中发生三相短路前后的电压电流曲线第2节第2节在无限大容量系统中,由于系统母线电压维持
7、不变,所以其短路电流周期分量有效值(习惯用Ik表示)在短路的全过程中也维持不变,即I″=I∞=Ik,这里的I∞为后面将要讲述的短路稳态电流有效值。第2节第2节第2节第2节第2节在高压电路发生三相短路时,一般取Ksh=1.8,因此ish=2.55I″(4-8)Ish=1.51I″(4-9)在低压电路和1000kVA及以下变压器二次侧发生三相短路时,一般取Ksh=1.3,因此ish=1.84I″(4-10)Ish=1.09I″(4-11)第2节(五)短路稳态电流短路稳态电流(short-circuitstaticcurrent)是短路电流非周期分量衰减完毕以后
8、的短路全电流,其有效值用I∞表示。在无限大容量系统中,I″=I∞=
