1、13.1 3.1 短路电流的基本概念短路电流的基本概念 产生短路电流的原因产生短路电流的原因 1 1、什么是短路？、什么是短路？短路，就是指供电系统中不等电位的导体在短路，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，电流增大显著的变化，电流增大。2 2、什么是短路电流？、什么是短路电流？短路电流是指供电系统短路时产生超出规定值短路电流是指供电系统短路时产生超出规定值许多倍的大电流。许多倍的大电流。23、短路产生的原因、短路产生的
2、原因 电气设备载流部分的绝缘材料老化、损坏。电气设备载流部分的绝缘材料老化、损坏。雷击或过电压击穿、风灾引起断线等。雷击或过电压击穿、风灾引起断线等。工作人员误操作，如带负荷拉刀闸、检修线工作人员误操作，如带负荷拉刀闸、检修线 路或设备未拆除地线就合闸供电。路或设备未拆除地线就合闸供电。其他外来物体搭在裸线上。其他外来物体搭在裸线上。挖沟损伤电缆。挖沟损伤电缆。短路的基本类型：短路的基本类型：短路的种类短路的种类 两相接地短路两相接地短路(1,1)k三相短路三相短路(3)k两相短路两相短路(2)k单相短路单相短路(1)k4 短路可分为短路可分为对称短路和不对称短路两大类对称短路和不对称短路两大
3、类类类型。型。其中三相短路为对称短路其中三相短路为对称短路，其余均称为不对称短路。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。的几率最大，发生三相对称短路的几率最小。5 发生短路故障时，由于短路回路中的阻抗大大发生短路故障时，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）。强（通常是正常工作电流的十几倍到几十倍）。强大的短路电流在其回路中所产生的热及电动力效大的短路电流在其回路中所产生的热及电动力效应会使电
4、气设备受到破怀。应会使电气设备受到破怀。短路的危害短路的危害 6热效应：热效应：短路电流通常是正常工作电流值的十几短路电流通常是正常工作电流值的十几倍或几十倍，使设备过热，导致绝缘加速老化或倍或几十倍，使设备过热，导致绝缘加速老化或损坏。损坏。电动力效应：电动力效应：短路电流产生巨大的电动力，使设短路电流产生巨大的电动力，使设备机械变形、扭曲甚至损坏。备机械变形、扭曲甚至损坏。磁效应：磁效应：不对称短路电流产生不平衡的交变磁场，不对称短路电流产生不平衡的交变磁场，通讯、控制设备造成影响。通讯、控制设备造成影响。电压降低电压降低：很大的短路电流在线路上造成很大的很大的短路电流在线路上造成很大的电
5、压降，影响用电设备的使用。电压降，影响用电设备的使用。短路的危害短路的危害 7计算短路电流的目的计算短路电流的目的 在供电系统和变电所的设计在供电系统和变电所的设计、运行中，进行运行中，进行短路电流计算短路电流计算用于用于：作为选择电气设备的依据。例如选择断路器、作为选择电气设备的依据。例如选择断路器、隔离开关、绝缘子、母线、电缆等。隔离开关、绝缘子、母线、电缆等。整定继电保护和自动装置的参数。整定继电保护和自动装置的参数。确定主接线方案、运行方式及限流措施确定主接线方案、运行方式及限流措施等。等。保护电力系统的电气设备在最严重的短路状态保护电力系统的电气设备在最严重的短路状态 下不损坏，尽量
6、减少因短路故障产生的危害。下不损坏，尽量减少因短路故障产生的危害。造成的影响，需要计算三相短路电流。8 当短路突然发生时，系统原来的稳定工作状态当短路突然发生时，系统原来的稳定工作状态遭到破坏，需要经过一个暂态过程才能进入短路稳遭到破坏，需要经过一个暂态过程才能进入短路稳定状态。定状态。供电系统中的电流在短路发生时也要增大，经过供电系统中的电流在短路发生时也要增大，经过暂态过程达到新的稳定值。暂态过程达到新的稳定值。什么是短路电流的暂态过程？什么是短路电流的暂态过程？短路发生后，电流在短时间内突然增大，经过短路发生后，电流在短时间内突然增大，经过一段时间，短路电流有所减少，系统又重新稳定一段时
7、间，短路电流有所减少，系统又重新稳定在一个稳定的状态。在一个稳定的状态。从短路发生到系统重新稳定的这段过程，叫系统从短路发生到系统重新稳定的这段过程，叫系统的暂态过程。的暂态过程。3.2 3.2 短路电流暂态过程分析短路电流暂态过程分析 93.2 3.2 短路电流暂态过程分析短路电流暂态过程分析暂态过程产生的原因是什么？暂态过程产生的原因是什么？根据楞次定律，在发生突然短路的瞬间根据楞次定律，在发生突然短路的瞬间(t=0)(t=0)，线线路中的路中的电流不能突变电流不能突变。我们的供电系统呈感性，而感性负载的电流不能我们的供电系统呈感性，而感性负载的电流不能突变，因此在短路的瞬间线路中的电流不
8、突变。突变，因此在短路的瞬间线路中的电流不突变。短路使线路负荷突然减少，势必造成短路电流的短路使线路负荷突然减少，势必造成短路电流的增大，但是感性负载抵制电流的突变，这对矛盾的增大，但是感性负载抵制电流的突变，这对矛盾的存在导致了电力系统暂态过程的发生存在导致了电力系统暂态过程的发生。103.2 3.2 短路电流暂态过程分析短路电流暂态过程分析 短路电流的暂态过程时间很短，短路电流的暂态过程时间很短，在工程上一般在工程上一般在在0.2s0.2s后即可认为后即可认为暂态过程暂态过程结束。结束。暂态过程虽然历时很短，但突然增大几倍、几暂态过程虽然历时很短，但突然增大几倍、几十倍的短路电流对电力系统
9、能产生极大的危害。因十倍的短路电流对电力系统能产生极大的危害。因此，研究短路的暂态过程具有重要意义。此，研究短路的暂态过程具有重要意义。暂态过程，不仅与供电系统的阻抗参数有关，暂态过程，不仅与供电系统的阻抗参数有关，而且还与系统的电源容量大小有关。而且还与系统的电源容量大小有关。我们分别我们分别讨论讨论无限大容量电源系统无限大容量电源系统及及有限容量有限容量电源系统电源系统的短路暂态过程的短路暂态过程。11无限大容量电源供电系统无限大容量电源供电系统 短路电流暂态过程分析短路电流暂态过程分析 为了便于分析问题，假设系统电源电势在短路过程中近为了便于分析问题，假设系统电源电势在短路过程中近似地看
10、做不变，因而便引出了无限大容量电源系统的概念。似地看做不变，因而便引出了无限大容量电源系统的概念。所谓无限大容量系统所谓无限大容量系统，是指当电力系统的电源距短路点是指当电力系统的电源距短路点的电气距离较远时，由短路而引起的电源输出功率的变化的电气距离较远时，由短路而引起的电源输出功率的变化S=(P2+Q2)远小于电源的容量远小于电源的容量S，即，即SS，所以可，所以可设设S。由于由于P P，可认为在短路过程中无限大容量电源系统，可认为在短路过程中无限大容量电源系统的频率是恒定的。又由于的频率是恒定的。又由于QQ，所以可以认为在短路过，所以可以认为在短路过程中无限大容量电源系统的端电压是恒定的
11、。程中无限大容量电源系统的端电压是恒定的。什么是无限大容量电源？什么是无限大容量电源？所谓所谓“无限大容量系统无限大容量系统”指端电压保持恒定，没有内指端电压保持恒定，没有内部部阻抗以及容量无限大的系统。阻抗以及容量无限大的系统。无限大容量系统：无限大容量系统：U US S=常数，常数，X XS S=0,S=0,SS S=实际上，真正的无限大容量电源系统是不存在的。实际上，真正的无限大容量电源系统是不存在的。然而对于容量相对于用户供电系统容量大得多的电力然而对于容量相对于用户供电系统容量大得多的电力系统，当用户供电系统的负荷变动甚至发生短路时，电力系统，当用户供电系统的负荷变动甚至发生短路时，
12、电力系统变电所馈电母线上的电压能基本维持不变。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如果电力系统的电源总阻抗不超过短路电路总阻抗的510，或当电力系统容量超过用户供电系统容量，或当电力系统容量超过用户供电系统容量50倍倍时，可将电力系统视为无限大容量系统。时，可将电力系统视为无限大容量系统。13 1.1.短路暂态过程的简单分析短路暂态过程的简单分析 设供电系统在设供电系统在K K点处发生三相短路。由于这是对称性故障，点处发生三相短路。由于这是对称性故障，三相的故障相同，取其一相分析。三相的故障相同，取其一相分析。设取设取A相分析。相分析。电源电
13、源 母线母线 线路线路k当发生三相短路时，图示的电路将被分成两个独立的当发生三相短路时，图示的电路将被分成两个独立的回路，一个仍与电源相连接，另一个则成为没有电源的回路，一个仍与电源相连接，另一个则成为没有电源的短接回路。短接回路。在没有电源的短接回路中，电流将从短路发生瞬间的在没有电源的短接回路中，电流将从短路发生瞬间的初始值按指数规律衰减到零。在衰减过程中，回路磁场初始值按指数规律衰减到零。在衰减过程中，回路磁场中所储藏的能量将全部转化成热能。中所储藏的能量将全部转化成热能。与电源相连的回路由于负荷阻抗和部分线路阻抗被短与电源相连的回路由于负荷阻抗和部分线路阻抗被短路路,所以电路中的电流要
14、突然增大。但是，由于电路中存所以电路中的电流要突然增大。但是，由于电路中存在着电感，根据楞茨定律，电流又不能突变，因而引起在着电感，根据楞茨定律，电流又不能突变，因而引起一个过渡过程，即短路暂态过程，最后达到一个新稳定一个过渡过程，即短路暂态过程，最后达到一个新稳定状态。状态。15 1.1.短路暂态过程的简单分析短路暂态过程的简单分析电源的相电压电源的相电压线路电流线路电流线路阻抗线路阻抗msin()uUtmsin()iItklklZ(RR)j(LL)设短路前：设短路前：16 1.1.短路暂态过程的简单分析短路暂态过程的简单分析 由电工基础知道当电源电压以正弦规律变化时电流由电工基础知道当电源
15、电压以正弦规律变化时电流也以正弦规律变化，但比电压落后一个相位角也以正弦规律变化，但比电压落后一个相位角。mImU短路前的矢量图：短路前的矢量图：o否则应重新选择导体截面。o对于供电系统来说，由于将电力系统当做无限大容量o在高压电路三相短路时：o的几率最大，发生三相对称短路的几率最小。o因其无源，故衰减很快，在0.o动投入，发电机的端电压逐渐恢复，短路电流的周期分量o取元件所在线段的平均电压为基准电压；o电力系统出口断路器为SNl010 II型。o7 短路电流的电动力效应与热效应o这样的一组三相对称相量o或按厂家提供的数据o将不对称的量，分解为三组对称量计算，最后o短路使线路负荷突然减少，势必
16、造成短路电流的o电抗等于正序电抗，这是因为上述元件的自感和o如何求出短路回路中各元件的阻抗？o和阻尼绕组中的感应电流由于没有外来电源的维持，且回o质中去，因此可以认为全部热量都用来升高导体o因此，只要求出由电源到短路点的总阻抗Zk，就可计算o确定主接线方案、运行方式及限流措施等。o(3-47)17在在k k点发生三相短路时点发生三相短路时,电流与电压的关系电流与电压的关系设在设在K点发生三相短路。点发生三相短路。定性分析：定性分析：三相短路，阻抗突变，发生暂态过渡过程，三相短路，阻抗突变，发生暂态过渡过程，k k点右侧，没点右侧，没有电源，电流衰减到零，有电源，电流衰减到零，k k点左侧有电源
17、，点左侧有电源，L,I,L,I,但因为是但因为是感性负荷，感性负荷，I I不突变，出现了周期分量。不突变，出现了周期分量。定量分析：定量分析：三相对称，取三相对称，取A相分析。相分析。A相短路电流应满足微分方程：相短路电流应满足微分方程：mdsin()dkklkl kliLR iUttusin()mUt 解这个标准非齐次一阶微分方程，得解这个标准非齐次一阶微分方程，得：sinsinfif ittTTmkklpmklklUitceItceZ短路前瞬间的电流短路前瞬间的电流：设在设在t0时短路时短路短路后瞬间的电流短路后瞬间的电流：pmklIsinc0i mmsin()sin()0-iItI解得常
18、数：解得常数：sinsinmpmklcII 00ii-因 将将c代入代入,得得短路全电流的瞬时表达式短路全电流的瞬时表达式:短路电流的周期分量：短路电流的周期分量：pmmpmsin()sin()sin()ektTkklklpspiItIIi+ippmsin()kliIt短路电流的短路电流的非非周期分量：周期分量：spmpmsin()sin()eftTkliII短路全电流短路全电流短路电流的周期分量短路电流的周期分量 短路电流的短路电流的非非周期分量周期分量 其中：其中：20 周期分量，是幅值不变，并以周期分量，是幅值不变，并以50Hz的频率呈周期的频率呈周期变化。变化。非非周期分量，是周期分量
19、，是幅值幅值随短路回路的随短路回路的Tfi呈指数曲线呈指数曲线衰减。衰减。在经历（在经历（35）Tfi后，非后，非周期分量周期分量衰减至零，衰减至零，此此时电路只含短路电流周期分量，进入短路的稳定状时电路只含短路电流周期分量，进入短路的稳定状态。态。短路电流各分量的波形图短路电流各分量的波形图tIimsinkpspiiikpii正常正常msin()uUt 上图表示了无限大容量电源系统发生三相短路前后电流、上图表示了无限大容量电源系统发生三相短路前后电流、电压的变化曲线。电压的变化曲线。从图中可以看出，与无限大容量电源系统相连电路的电流从图中可以看出，与无限大容量电源系统相连电路的电流在暂态过程
20、中包含两个分量，即周期分量和非周期分量。在暂态过程中包含两个分量，即周期分量和非周期分量。周期分量属于强制电流，它的大小取决于电源电压和短路周期分量属于强制电流，它的大小取决于电源电压和短路回路的阻抗，其幅值在暂态过程中保持不变；回路的阻抗，其幅值在暂态过程中保持不变；非周期分量属于自由电流，是为了使电感回路中的磁链和非周期分量属于自由电流，是为了使电感回路中的磁链和电流不突变而产生的一个感生电流，它的值在短路瞬间最大，电流不突变而产生的一个感生电流，它的值在短路瞬间最大，接着便以一定的时间常数按指数规律衰减，直到衰减为零。接着便以一定的时间常数按指数规律衰减，直到衰减为零。此时暂态过程即告结
21、束，系统进入短路的稳定状态。此时暂态过程即告结束，系统进入短路的稳定状态。短路电流各分量的相量图短路电流各分量的相量图)sin(tUum图中表明：一图中表明：一相的短路电流相的短路电流情况，其他两情况，其他两相只是在相位相只是在相位上相差上相差120120而而已。已。24 短路电流暂态过程的突出特点就是产生非周短路电流暂态过程的突出特点就是产生非周期分量电流，产生的原因是由于短路回路中存在期分量电流，产生的原因是由于短路回路中存在电感。根据楞次定律，短路电流不能突变。电感。根据楞次定律，短路电流不能突变。故在发生突然短路的瞬间（故在发生突然短路的瞬间（0 0时），由于短路时），由于短路后的周期
22、分量电流突然增大，与短路前的电流不后的周期分量电流突然增大，与短路前的电流不等。为了维持电流的连续性，将在短路回路中产等。为了维持电流的连续性，将在短路回路中产生一自感电流来阻止短路电流的突变生一自感电流来阻止短路电流的突变。这个自感电流就是非周期分量，其初值的大这个自感电流就是非周期分量，其初值的大小与短路发生的时刻有关，即与电源电压的初相小与短路发生的时刻有关，即与电源电压的初相位有关。因其无源，故衰减很快，在位有关。因其无源，故衰减很快，在0.2s0.2s后就衰后就衰减到初值的减到初值的2%2%，在工程上就认为衰减结束。，在工程上就认为衰减结束。25 在三相电路中，各相的在三相电路中，各
23、相的非周期分量电流大小并不非周期分量电流大小并不相等。初始值为最大或者相等。初始值为最大或者为零的情况，只能在一相为零的情况，只能在一相中出现，其它两相因有中出现，其它两相因有120120相角差，初始值必不相角差，初始值必不相同，因此，三相短路全相同，因此，三相短路全电流的波形是不对称的。电流的波形是不对称的。mpmsin()sin()ektTapkliII26 在最严重短路情况下，三相短路电流的最大瞬时值为在最严重短路情况下，三相短路电流的最大瞬时值为冲击电流冲击电流ish。在在T/2处，出现短路电流的幅值最大。即：处，出现短路电流的幅值最大。即：t=0.01s时出现冲击电流。时出现冲击电流
24、。2T2T2.2.短路电流的冲击值短路电流的冲击值 shio（2)变压器电抗标幺值（双绕组）o5)计算出短路电流周期分量标幺值：o已知系统母线的短路容量 ，则系统电抗的基准标幺o已知系统母线的短路容量 ，则系统电抗的基准标幺o短路电流是指供电系统短路时产生超出规定值o计算冲击电流有效值的目的主要是用于校验电气设备及载流导体的动稳定性。o6 不对称故障分析o幅值相等，相位互差120，相序为逆时针（与o的热量与实际短路电流在流过的时间内产生的热o因其无源，故衰减很快，在0.o设备容量为“kW”或“kV A”；o当供电系统发生不对称短路故障时，只是故障点的三相o从短路发生到系统重新稳定的这段过程，叫
25、系统的暂态过程。o在低压供电系统中，常采用电缆线路，因其电阻较大，o周期分量，是幅值不变，并以50Hz的频率呈周期变化。o短路电流各分量的相量图o异步电动机的次暂态电势:o因此，只要求出由电源到短路点的总阻抗Zk，就可计算o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 时，热稳定性合格。o当 时，得B相最大受力：27短路电流最大可能的瞬时值，称为短路电流最大可能的瞬时值，称为短路电流的冲击短路电流的冲击值值，用，用 表示。表示。在电源电压及短路点不变的情况下，要使短路在电源电压及短路点不变的情况下，要使短路全电流达到最大值，必须具备以下三个条件：全电流达到最大值，必须具备
26、以下三个条件：shi2.2.短路电流的冲击值短路电流的冲击值 m0I00时即t901klklklRLtg有2 2）因高压电网中感抗大）因高压电网中感抗大 大于电阻大于电阻 3 3）短路发生于相电压）短路发生于相电压 瞬时值过零时初相角瞬时值过零时初相角klklRL1）短路前为空载）短路前为空载将上述条件代入将上述条件代入短路全电流的瞬时表达式短路全电流的瞬时表达式：p mp mp mp mpsin(0.0 1)e21e2kk0.0 1Tsh0.0 1TshshiI2fIIkIkI为周期分量有效值为周期分量有效值pI1ef0.01Tshkpmmpmsin()sin()sin()ektTkklkl
27、iItII 为冲击系数，表示冲击电流与短路电流周期分为冲击系数，表示冲击电流与短路电流周期分 量幅值的倍数，其值取决于短路回路时间常数量幅值的倍数，其值取决于短路回路时间常数 的大小。的大小。得得最大短路电流的冲击电流：最大短路电流的冲击电流：高、低压电路高、低压电路 的取值与的取值与电流冲击值电流冲击值shkshshppi2k I=2.55I0.05s1.8kshT;k在高压电路三相短路时：在高压电路三相短路时：在低压电路三相短路时：在低压电路三相短路时：0.008s1.3kshT;k1ek0.01Tshk计算冲击电流用于校验电气设备和导体的动稳定性。计算冲击电流用于校验电气设备和导体的动稳
28、定性。shshppi2k I=1.84I30 3.3.短路全电流的最大有效值短路全电流的最大有效值 短路电流在某一时刻的有效值是以时间为中心的一个周期短路电流在某一时刻的有效值是以时间为中心的一个周期内内T T 短路全电流的均方根值。短路全电流的均方根值。22222211d()dTTt+t+ktkp tsp tTTt-t-I=itiitTT 简化计算，取简化计算，取 时刻的瞬时值作为一个周期内的有效值，时刻的瞬时值作为一个周期内的有效值，得短路全电流有效值近似式子：得短路全电流有效值近似式子：tI22ktptsptII222sp0.01pI121shptshIIIk1.8,1.521.3,1.
29、09shshpshshpkIIkII在高压系统中，在低压系统中，短路电流最大有效值发生在短路后第一个周期内，称为短路短路电流最大有效值发生在短路后第一个周期内，称为短路全电流的最大有效值，简称冲击电流的有效值。全电流的最大有效值，简称冲击电流的有效值。t=0.01st=0.01s时冲击电流有效值：时冲击电流有效值：2pmptpII=I 计算冲击电流有效值的目的主要是用于校验电气设备及载流计算冲击电流有效值的目的主要是用于校验电气设备及载流导体的动稳定性。导体的动稳定性。kk0.010.01TTe2esp(t=0.01)pmpI=II其中：其中：32 在短路计算和电气设备选择时，常遇到短路容在短
30、路计算和电气设备选择时，常遇到短路容量的概念，其定义为短路点的量的概念，其定义为短路点的平均平均电压与短路电流电压与短路电流周期分量所构成的三相视在功率，即周期分量所构成的三相视在功率，即 4.4.短路容量短路容量(3)kav pS3U I 计算短路容量的目的是在选择开关设备时，用来计算短路容量的目的是在选择开关设备时，用来校验其分断能力校验其分断能力。短路电流周期分量有效值：短路电流周期分量有效值：pkIII冲击电流的有效值：冲击电流的有效值：冲击电流瞬时值：冲击电流瞬时值：shIshi短路全电流电流：短路全电流电流：ki冲击系数：冲击系数：shk短路电流非周期分量瞬时值：短路电流非周期分量
31、瞬时值：spi短路电流周期分量（又称为稳态短路电流）瞬时值：短路电流周期分量（又称为稳态短路电流）瞬时值：pi短路容量：短路容量：kS三相短路电流的有关参数三相短路电流的有关参数34 当电源容量较小时，或者短路点距电源较近时，其短当电源容量较小时，或者短路点距电源较近时，其短路电流的非周期分量衰减，同时它的周期分量也衰减路电流的非周期分量衰减，同时它的周期分量也衰减。因为对电源来说，相当于在发电机的端头处短路，因为对电源来说，相当于在发电机的端头处短路，这这使同步发电机的定子电流激增，产生很强的电枢反应磁通使同步发电机的定子电流激增，产生很强的电枢反应磁通。因为短路回路几乎成纯电感性，短路电流
32、周期分量滞因为短路回路几乎成纯电感性，短路电流周期分量滞后发电机电势近后发电机电势近9090，故其方向与转子绕组产生的主磁通，故其方向与转子绕组产生的主磁通相反，产生强去磁作用，使发电机气隙中的合成磁场削相反，产生强去磁作用，使发电机气隙中的合成磁场削弱，端电压下降。弱，端电压下降。有限大容量电源供电系统短路电流有限大容量电源供电系统短路电流 暂态过程分析暂态过程分析 35 但是，根据磁链不能突变原则，在突然短路的瞬间，转但是，根据磁链不能突变原则，在突然短路的瞬间，转子上的激磁绕组和阻尼绕组都将产生感应电势，从而产生子上的激磁绕组和阻尼绕组都将产生感应电势，从而产生感应电流感应电流 和和 ，
33、它们分别产生与电枢反应磁通相反，它们分别产生与电枢反应磁通相反的附加磁通的附加磁通 和和 ，以维持定子与转子绕组间的磁链，以维持定子与转子绕组间的磁链不变。不变。故在短路瞬间，发电机端电压不会突变。然而激磁绕组故在短路瞬间，发电机端电压不会突变。然而激磁绕组和阻尼绕组中的感应电流由于没有外来电源的维持，且回和阻尼绕组中的感应电流由于没有外来电源的维持，且回路中又存在电阻，它们都要随时间按指数规律衰减，由它路中又存在电阻，它们都要随时间按指数规律衰减，由它们产生的磁通和也随之衰减；电枢反应的去磁作用相对增们产生的磁通和也随之衰减；电枢反应的去磁作用相对增强，发电机气隙合成磁场减弱，使发电机的端电
34、压降低，从强，发电机气隙合成磁场减弱，使发电机的端电压降低，从而引起短而引起短路电流周期分量的衰减。路电流周期分量的衰减。有限大容量电源供电系统短路电流有限大容量电源供电系统短路电流 暂态过程分析暂态过程分析 jciznijczn36 当发电机的端电压降到某一规定值时，强制励磁装置自当发电机的端电压降到某一规定值时，强制励磁装置自动投入，发电机的端电压逐渐恢复，短路电流的周期分量动投入，发电机的端电压逐渐恢复，短路电流的周期分量的幅值逐渐增加，最终趋于稳定。有自动电压调整器的发的幅值逐渐增加，最终趋于稳定。有自动电压调整器的发电机短路电流变化曲线如图：电机短路电流变化曲线如图：有限大容量电源供
35、电系统短路电流有限大容量电源供电系统短路电流 暂态过程分析暂态过程分析 o通常称这个最大起始值为次暂态o当成套设备的允许通过的极限电流峰值大于o生损坏、绝缘强度降低，并加速老化。o零序电抗主要由定子绕组所决定，一般为o暂态过程虽然历时很短，但突然增大几倍、几o无限大容量电源供电系统 短路电流暂态过程分析o有限大容量电源供电系统短路电流o计算不对称短路电流的步骤o它对于变压器在二次侧发生突然短路时，会产生多大的短路电o然而对于容量相对于用户供电系统容量大得多的电力o而标幺制法适用于多个电压等级的供电系统。o不对称故障分析的方法？o在衰减过程中，回路磁场o工程上为便于计算，把短路电流周期分量有效o
36、电枢反应的去磁作用相对增o与电源相连的回路由于负荷阻抗和部分线路阻抗被短o零序电流是否存在取决于：变压器绕组接线方式及其o已知电力系统电抗有名值 系统电抗标幺值为：o元件才考虑其零序电抗。o周期分量，是幅值不变，并以50Hz的频率呈周期变化。37 一般称阻尼绕组感应电流一般称阻尼绕组感应电流 的衰减过程为次暂态过程。的衰减过程为次暂态过程。在在 衰减完后，激磁绕组的感应电流衰减完后，激磁绕组的感应电流 继续衰减的过继续衰减的过程称为暂态过程，衰减完后，短路便进入稳定状态。程称为暂态过程，衰减完后，短路便进入稳定状态。阻尼绕组感应电流衰减得较快，其速度取决于阻尼绕组阻尼绕组感应电流衰减得较快，其
37、速度取决于阻尼绕组的等效电感和电阻的比值，该比值称为次暂态时间常数的等效电感和电阻的比值，该比值称为次暂态时间常数 。对于水轮发电机，对于水轮发电机，s s；对于汽轮发电机，对于汽轮发电机，s s。有限大容量电源供电系统短路电流有限大容量电源供电系统短路电流 暂态过程分析暂态过程分析 zniznijcidT )06.002.0(dT)11.003.0(dT38 激磁绕组感应电流衰减的较慢，因为其等效电感较大，激磁绕组感应电流衰减的较慢，因为其等效电感较大，其时间常数称为暂态时间常数其时间常数称为暂态时间常数 。水轮发电机，水轮发电机，s s；汽轮发电机，汽轮发电机，s s。同无限大容量系统的情
38、况一样，若短路前负荷电流为零，同无限大容量系统的情况一样，若短路前负荷电流为零，短路瞬间恰好发生在发电机电势过零点，则产生的短路电短路瞬间恰好发生在发电机电势过零点，则产生的短路电流周期分量起始值最大。通常称这个最大起始值为次暂态流周期分量起始值最大。通常称这个最大起始值为次暂态电流，其有效值电流，其有效值为为 。在次暂态过程中，发电机的电势。在次暂态过程中，发电机的电势称为次暂态电势称为次暂态电势 ,其定子的等效电抗称为次暂态电抗其定子的等效电抗称为次暂态电抗 ，这是短路计算中发电机的两个重要参数这是短路计算中发电机的两个重要参数。有限大容量电源供电系统短路电流有限大容量电源供电系统短路电流
39、 暂态过程分析暂态过程分析 dT)38.0(dT)6.14.0(dTI E dX 39 为方便计算，假设电源相对我们的供电系统是一个无穷为方便计算，假设电源相对我们的供电系统是一个无穷大系统，电路发生短路时，电源电压保持不变。大系统，电路发生短路时，电源电压保持不变。因此，只要求出由电源到短路点的总阻抗因此，只要求出由电源到短路点的总阻抗Z Zk k，就可计算，就可计算出短路电流周期分量的有效值出短路电流周期分量的有效值I Ip p(3)(3)，从而得出冲击电流，从而得出冲击电流i ishsh和稳态短路电流。和稳态短路电流。3.3 3.3 无限大容量电源供电系统短路电流计算无限大容量电源供电系
40、统短路电流计算 40三相短路电流常用的计算方法有欧姆法和标幺制法三相短路电流常用的计算方法有欧姆法和标幺制法两种。两种。欧姆法是最基本的短路计算方法，适用于两个及两欧姆法是最基本的短路计算方法，适用于两个及两个以下电压等级的供电系统；个以下电压等级的供电系统；而标幺制法适用于多个电压等级的供电系统。而标幺制法适用于多个电压等级的供电系统。短路计算中有关物理量一般采用以下单位：短路计算中有关物理量一般采用以下单位：电流为电流为“kA”；电压为；电压为“kV”；短路容量和断流容量为短路容量和断流容量为“MVA”；设备容量为设备容量为“kW”或或“kV A”；阻抗为阻抗为“”等。等。41为求短路电流
41、，在计算时规定两个假设：为求短路电流，在计算时规定两个假设：不管短路点发生在何处，在计算短路电流时均取该线路的不管短路点发生在何处，在计算短路电流时均取该线路的平均电压平均电压 Uar。即即Uar 1.05UN由电源至短路点之间的短路阻抗由电源至短路点之间的短路阻抗:klkl1XR322klklklZRXklkl1RX3在高压电网有在高压电网有：可忽略可忽略RklklklZX在低压电网有：在低压电网有：可忽略可忽略Xkl klklZRklXklRklZ分别是电源至短路点之间的总短路阻抗、电源至短路点之间的总短路阻抗、总短路电抗、总短路电阻总短路电抗、总短路电阻423.3 3.3 无限大容量电源
42、供电系统短路电流计算无限大容量电源供电系统短路电流计算 有名值计算法有名值计算法 在供电系统中，当在供电系统中，当k k点发生三相短路时，其短路电流周点发生三相短路时，其短路电流周期分量的有效值可由欧姆定律直接求得，即期分量的有效值可由欧姆定律直接求得，即:(3)av22av33kklklklUIRXUZ三相短路三相短路:上式中，上式中，为短路点所在线路的平均电压，为短路点所在线路的平均电压，为短路回路的总等值电阻为短路回路的总等值电阻 为短路回路的总等值电抗为短路回路的总等值电抗 为短路回路的总等值阻抗为短路回路的总等值阻抗 且均已归算到短路点所在的电压等级且均已归算到短路点所在的电压等级。
43、(3)ararkklklUUI3Z3X在高压电网有：在高压电网有：在低压电网有：在低压电网有：(3)ararkklklUUI3Z3RavUklRklXklZ(3)avav2233kklklklUUIZRX注意根据前面的约定：注意根据前面的约定：44两相短路两相短路:(2)(3)(3)arkkkklU3II0.866I2Z2=XlXfk)2(si1lUXlk)2(si1lU45供电系统中常用元件阻抗的计算方法供电系统中常用元件阻抗的计算方法 已知短路点的电压，若求短路电流，关键先求出短路回已知短路点的电压，若求短路电流，关键先求出短路回路中的阻抗，即可计算短路电流值。路中的阻抗，即可计算短路电流
44、值。如何求出短路回路中各元件的阻抗？如何求出短路回路中各元件的阻抗？下面介绍供电系统中常用元件阻抗的计算方法。下面介绍供电系统中常用元件阻抗的计算方法。GRL3k(3)avav2233kklklklUUIZRX461.1.系统（电源）电抗系统（电源）电抗 无限大容量系统的内部电抗分为两种情况：无限大容量系统的内部电抗分为两种情况：一种是当不知道系统（电源）的短路容量时一种是当不知道系统（电源）的短路容量时认为系统电抗为零；认为系统电抗为零；另一种情况是如果知道系统（电源）母线上的另一种情况是如果知道系统（电源）母线上的短路容量（即短路容量（即出口断路器的断流容量出口断路器的断流容量）及平均电及
45、平均电压时，则系统电抗可由下式求得压时，则系统电抗可由下式求得：22avavavs(3)(3)av33kkkUUUXSIIUsXo增大，但是感性负载抵制电流的突变，这对矛盾的o短路电流冲击系数（高压电机取1.o用对称分量法计算不对称短路电流的步骤大致如下：首先计算故障点处的各序电压和电流，代入各相电压、电流与其相应的各序电压、电流之间的矩阵方程，求出故障处的三相电压和电流。o短路暂态过程的简单分析o当导体为矩形导体时，需要加k系数进行修正o2s后就衰减到初值的2%，在工程上就认为衰减结束。o热效应：短路电流通常是正常工作电流值的十几倍或几十倍，使设备过热，导致绝缘加速老化或损坏。o图中表明：一
46、相的短路电流情况，其他两相只是在相位上相差120而已。o即一个不对称的实际网络，可用三个对称的假o由于这是对称性故障，三相的故障相同，取其一相分析。o正序网络是一个有源网络，可以用戴维南定理o下面介绍供电系统中常用元件阻抗的计算方法。o然而对于容量相对于用户供电系统容量大得多的电力o电动机次暂态电抗，为0.o电动机次暂态电抗，为0.o当 时，可认为短路点远离发电机，即短路电流o将不同电压等级下的电抗值，折算到短路点处的同o电流周期分量标幺值，横坐标表示以发电机额定o当 时，得B相最大受力：o计算不对称短路电流的步骤472.2.变压器电抗变压器电抗 变压器电抗由变压器的短路电压百分数的定义变压器
47、电抗由变压器的短路电压百分数的定义可得知可得知:NTTNTkT2NTNT3%IZSuZUU2NTTkNT%UZuS 2avTTkNT%UXZuS得变压器阻抗忽略电阻，得22TTTXZR得变压器电抗2NTTNT2NTURPS 式中TX22TTTZXR 变压器的短路阻抗百分比在数值上与变压器短路电压百分比相变压器的短路阻抗百分比在数值上与变压器短路电压百分比相等。它是指将变压器二次绕阻短路，在一次绕阻施加电压，当二次等。它是指将变压器二次绕阻短路，在一次绕阻施加电压，当二次绕阻通过额定电流时，一次绕阻施加的电压与额定电压之比的百分绕阻通过额定电流时，一次绕阻施加的电压与额定电压之比的百分数。数。变
48、压器的短路阻抗值百分比是变压器的一个重要参数，它表明变压器的短路阻抗值百分比是变压器的一个重要参数，它表明变压器内阻抗的大小，即变压器在额定负荷运行时变压器本身的阻变压器内阻抗的大小，即变压器在额定负荷运行时变压器本身的阻抗压降大小。抗压降大小。它对于变压器在二次侧发生突然短路时，会产生多大的短路电它对于变压器在二次侧发生突然短路时，会产生多大的短路电流有决定性的意义，对变压器制造价格大小和变压器并列运行也有流有决定性的意义，对变压器制造价格大小和变压器并列运行也有重要意义。重要意义。由于这些特点，于是短路阻抗值习惯使用百分比数值。如果在由于这些特点，于是短路阻抗值习惯使用百分比数值。如果在某
49、些场合需要使用实际数值计算，当然要换算，其公式为某些场合需要使用实际数值计算，当然要换算，其公式为:2avTTkNT%UXZuS493.3.电抗器的电抗电抗器的电抗 电抗器是用来限制短路电流的电感线圈，只有电抗器是用来限制短路电流的电感线圈，只有当短路电流过大造成开关设备选择困难或不经济当短路电流过大造成开关设备选择困难或不经济时，才在线路中串接电抗器。时，才在线路中串接电抗器。电抗器的电抗值是以其额定值的百分数形式给电抗器的电抗值是以其额定值的百分数形式给出，其值可由下式求出：出，其值可由下式求出：NLNL%3LLUXXILX504 4、线路电抗、线路电抗 线路电抗取决于导线间的几何均距、线
50、径及材线路电抗取决于导线间的几何均距、线径及材料。料。根据导线参数及几何均距可从手册中查得单位根据导线参数及几何均距可从手册中查得单位长度的电抗值长度的电抗值 ，由下式求出线路电抗，由下式求出线路电抗 ：lXXl0lX在工程计算中取：在工程计算中取：高压架空线高压架空线 1kV1kV以下电缆以下电缆 3 310kV10kV电缆电缆00.4/kmX 00.06/kmX 00.08/kmX Xl0X51单位长度电抗也可计算单位长度电抗也可计算0157.02lg1445.00dDX当三相线路为三角形排列时：当三相线路为三角形排列时：3321DDDDavDDDDDav26.123D1D2D3DD2D当
