第三章__短路电流的计算.doc

三、简化电路 其简化电路如下： 短路阻抗可由短路试验求得 设串联绕组和公共绕组的变比为 关系： 四、电磁容量、标称容量 普通双绕组变压器： 额定容量即电磁容量 自耦变压器：额定容量≠电磁容量 额定容量：通过容量 电磁容量（绕组容量）：绕组上电压与电流之积 串联绕组： 公共绕组： 所以：串联部分与公共部分的电磁容量相等， 通过容量与电磁容量之差称传导容量： 五、自耦变压器的有缺点及应用范围 优点： 因为公共部分电流减小 所以： 使用较细的导线 （省材料） 用同样的材料 （s变大） 效率高 使 可变，可造成调压器。1.短路短路时线路中的电流一般增加几倍至几十倍，急剧产生大量热能，这些热量可使导体的绝缘立即烧穿。当负载有严重短路时，流过线路的电流很大，流过电磁脱扣器线圈的电流也很大，线圈产生很强的磁场并通过铁芯吸引衔铁，衔铁动作，带动杠杆上移，两个搭钩脱离，依靠反力弹簧的作用，三个主触点的动、静触点断开，从而切断电源以保护短路的负载。

中性点接地的机组会掩盖负荷的漏电故障及接地错误，而这些故障和错误在市电大电流供电情况下无法暴 露 送电。地线是保护用，正常工作没有电流，只有短路和漏电时才有电流，要求接地电阻很小，设备端一般外壳保护接地。e6表示功率管超温保护家电维修论坛:雅乐思故障代码表序号 故障 数码机型显示 发光管机型显示1 电流过大 e0 70℃灯闪亮2 电压过低 e1 100℃灯闪亮3 电压过高 e2 140℃灯闪亮4 igbt热敏电阻开路、短路 e3 200℃灯闪亮5 电流信号过零检测 e4 270℃灯闪亮6 炉面热敏电阻开路、短路 e5 火锅灯闪亮7 炉面干烧引起的超温保护 e6 保温灯闪亮72:跃龙故障代码表序号 故障 数字代码 备注1 无锅 e12 电压过低 e23 电压过高 e34 锅超温 e45 vce过高 e56 锅空烧 e67 th开路 e78 th短路 e89 锅传感器开路 e910 igbt e011 锅传感器短路 ee73:易厨与galanz相同代码显15分 短路或风机不转30分 风机问题 电流偏大45分 开路60分 温感问题74:志高电磁炉故障代码e0 无锅或检不到锅。

（2）选择和整定继电保护装置：为了确保继电保护装置灵敏、可靠、有选择性地切除电网故障，在选择、整定继电保护装置时，需计算出保护范围末端可能产生的最小两相短路电流，用于校验继电保护装置动作灵敏度是否满足要求。 （3）选择限流装置：当短路电流过大造成电气设备选择困难或不经济时，可在供电线路串接限流装置来限制短路电流。是否采用限流装置，必须通过短路电流的计算来决定，同时确定限流装置的参数。 （4）选择供电系统的接线和运行方式：不同的接线和运行方式，短路电流的大小不同。在判断接线及运行方式是否合理时，必须计算出在某种接线和运行方式下的短路电流才能确定。三、计算短路电流时的简化条件因为电力系统的实际情况比较复杂。在实际的计算中常采用近似计算的方法，将计算条件简化。按简化条件计算的短路电流值偏大，其误差为10%～15%。其计算条件简化如下： （1）不考虑铁磁饱和现象，认为电抗是常数； （2）变压器的励磁电流忽略不计； （3）除高压远距离输电线路外，一般不考虑电网电容电流； （4）计算短路电流时忽略负荷电流； （5）当短路系统中的电阻值小于电抗值的1/3时，电阻值忽略； （6）在1140V以下的低压电网中发生短路时，认为变压器的一次侧电压不变。

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因此，电流从一个稳态过渡到另一个稳态时，电路内必然存在一个由感应电动势产生的按指数规律变化的非周期电流分量iap来保持短路瞬间的电流不变。由电工基础中的R、L电路接到恒定的正弦交流电源上的过渡过程得三相交流电路短路时的单相等值电路图3-4。1.短路电流的过渡过程对图3-4所示电路，每相短路电流is都应满足以下方程式(3-1)式中，u为系统电源电压，取A相分析，上式可写成(3-2)设电路正常工作时的负荷电流（即短路前）瞬时值表达式为is=Imsin(ωt+-)解式(3-2)一阶线性非齐次微分方程式或按一阶电路暂态过程的三要素法得短路电流的表达式(3-3)式中：Um为电源相电压的幅值；Im为短路前负荷电流的幅值；乒为负载的阻抗角；φ为发生短路瞬间电源电压的初相角；ipe为短路电流周期分量，它随时间按正弦规律变化，即ipe=；Ipe·m为短路电流周期分量幅值，即；iap为短路电流非周期分量，它按时间指数规律衰减，即；为短路回路的阻抗角，即；Ts为短路回路的时间常数,即Ts=L/R。式(3-3)说明三相短路电流is由两个分量组成：一个是按正弦规律变化的周期分量电流ipe其幅值Ipe·m由电源电压和短路回路的总阻抗决定。

在无限大容量系统中，由于电源电压不变，所以在整个短路的过程中其幅值（或有效值）是不变的，故称为稳态分量。另一个是按指数规律衰减变化的非周期分量电流iap其幅值由短路过渡过程中感应电动势和回路总阻抗所决定，只出现在过渡过程中，是由电路中储存的磁场能量转换而来，故称为过渡分量或自由分量。非周期分量衰减的快慢由回路中的电阻和电感所决定，即短路回路的时间常数。非周期分量电流流过短路回路的电阻将产生能量损耗，所以非周期分量电流是一个衰减电流。短路电流波形如图3-5所示。2.短路电流冲击值(1)产生短路电流冲击值的条件从图3-5可以看出，由于短路电流非周期分量的存在，发生短路后经过半个周期的时间就会出现一个比短路电流周期分量幅值大得多的最大瞬时值，把出现这一瞬时极限值称为短路电流的冲击值。短路电流最大瞬时值的大小与短路前后的回路阻抗角和短路瞬间电压的初相角有关。其最大瞬时值由短路电流周期分量的幅值与非周期分量经相应时间衰减后的数值叠加而成。当电力系统的运行方式和短路点确定之后，系统的电压值和短路回路的阻抗是一个确定的数值，短路电流周期分量的幅值也是一个确定的值。所以短路电流的最大瞬时值只取决于非周期分量的大小，而非周期分量的大小又取决于非周期分量的初始值和短路回路的时间常数。

由于电力系统的运行方式和短路点已确定，时间常数也是一个定值，短路电流的最大瞬时值仅取决于非周期分量初始值。对于高压电网，由于ωL>>r，在短路计算时近似认为。将代入式(3-3)得(3-4)分析式(3-4)可知，is在下述情况短路时最为严重：①当短路前负荷电流为零，即i=Imsin(-)=0；②短路瞬间电压瞬时值为零，即t=0时，=0。将上述两条件代人式(3-4)得短路电流冲击值计算公式(3-5)当t=0时发生短路，非周期分量的初始幅值等于周期分量的幅值，而相位相反。(2)三相短路电流冲击值iim计算短路电流的冲击值iim，主要用于校验电气设备的动稳定性。在暂态过程中，短路电流最大可能出现的瞬时值，即为短路冲击电流。当短路前负荷电流为零，短路瞬间电压瞬时值为零，短路后经过半个周期（t=0.01s），就会出现短路电流冲击值。将t=0.01s代入式(3-5)得(3-6)式中：为短路电流周期分量有效值；Kim为短路电流冲击系数，即Kim=l+。冲击系数Kim的数值随短路回路的时间常数Ts的变化而变化，当短路回路为纯电阻时，Ts=L/R=0，Kim=1，此时没有非周期分量；当短路回路为纯电感电路时，Ts=L/R=∞，Kim=2，此时非周期分量不衰减。

3.不会影响其他家电正常工作：定速空调开机启动时电流很大，会对电网造成冲击，而变速空调可选择在低频及与之相应的低压条件下启动，电流较低，避免了对电网的冲击及其他家用电器正常工作的影响。铁心中有剩磁,且剩磁方向与励磁电流中直流分量产生的磁通方向相同,在短路电流直流分量和剩磁的共同作用下,铁心在短路后不到半个周期就饱和了。把缓慢变化的动作电流值设定在200 或300ma（分挡可调），避开电网正常泄漏电流的 误动作，把突然变化的动作电流值设定在50ma 左右，一定程度上可提高农村低压电网剩余电流保护器的 的组合式保护或具有短路、过载以及多等级延时的延时型剩余电流断路器。

在无限大电源容量系统中，次暂态电流等于短路稳态电流，即，由容量计算表达式有。4.短路发生后0.2s时的短路电流周期分量有效值和短路容量由于短路发生后0.2s时，短路电流的非周期分量基本上衰减完，此时的短路电流有效值I0.2和短路容量S0.2常用于校验开关电器的额定断开电流和额定断流容量。在无限大电源容量系统则有(3-12)（二）有跟大电源容量系统短路电流的暂态过程在电源容量较小或短路点距发电机较近时，短路电流将使电源母线电压下降，这不仅使短路电流的非周期分量按指数规律衰减，而且短路电流的周期分量幅值也将随时间发生变化，这样的电源系统称为有限大电源容量系统。有限大电源容量系统短路电流非周分量的变化规律与无限大电源容量系统完全相同。有限大电源容量系统短路电流周期分量的变化规律：在发生短路时，短路电流流过发电机的定子绕组，由于短路电流呈感性，其电枢反应具有去磁作用，使发电机内部的合成磁场削弱，其端电压下降。但是，发电机端电压并不是突然下降，由于同步发电机的电枢反应也有过渡过程。发生短路时，短路电流is产生磁通函Фs，φs在转子绕组（激磁绕组）中感应出一个自由电流ies，ies产生磁通Фes，Фes与Фs方向相反，如图3-6所示。

在短路瞬间，发电机内部总的合成磁通不会发生突变，发电机端电压也不会突然下降。由于转子绕组内的感应电流ies随短路时间的增加而逐渐衰减，Фes逐渐减小，于是合成磁通因Фs的去磁作用而逐步减弱，使端电压随之降低，短路电流周期分量的幅值也因发电机端电压的降低而逐渐变小。当ies衰减完毕，发电机电枢反应的过渡过程结束，发电机瑞电压稳定，短路电流周期分量的幅值不再发生变化。一般同步发电机都装有自动电压调整装置，当发电机端电压开始下降0.5s后，在自动装置的作用下，自动增加激磁电流，发电机端电压逐渐上升到正常值。短路电流周期分量的幅值也由衰减转为增加，最后稳定下来。装有自动调整装置的同步发电机短路电流变化波形图如图3-7所示。二、短路电流的计算在煤矿企业的供电系统中，大多属于无限大电源容量系统。对无限大电源容量系统短路电流的计算方法常用相对值法和绝对值法。相对值法多用于高压电网的短路电流计算，绝对值法一般用于低压电网的短路电流计算。有限大电源容量系统短路电流计算，一般采用查曲线和查表法。本节只讨论无限大电源容量系统短路电流的计算方法。为了计算短路电流，应先求出短路点以前短路回路的总阻抗。在计算高压电网中的短路电流时，一般情况只需计算各主要元件的电抗而忽略其电阻（即发电机、变压器、架空线路、电缆线路、电抗器等）。

当架空线路、电缆线路较长并使短路回路总电阻大于总电抗的三分之一时，才需计其电阻。（一）相对值法1.相对值相对值又称为标么值。相财值是任意一个物理量的实际值与选定的该量基准值的比值。由于实际值的单位与选定的基准值的单位相同，故相对值无单位。在用相对值法计算短路电流时，常用到四个物理量，即用有名单位表示的容量S、电压U、电流I、阻抗Z，与相应有名单位表示的基准容量Sda、基准电压Uda、基准电流Ida、基准阻抗Zda。由此计算出各量的相对值。容量相对值(3-13)电压相对值(3-14)电流相对值(3-15)阻抗相对值(3-16)电抗相对值（阻抗忽略电阻）(3-17)当选定基准容量Sda、基准电压Uda之后，根据电工原理可得基准电流Ida与基准电抗Xda（忽略电阻）：基准电流(3-18)基准电抗(3-19)基准值是可以任意选择的，为了计算的方便一般取基准容量Sda=100MV·A，基准电压用各级线路或短路点所在线路的平均电压，即Uda=Udv。线路额定电压和平均电压对照值见表3-1。表3-l线路额定电压和平均电压(kV) 额定电压0.220.380.661.1436103560110154220330平均电压0.230.40.691.23.156.310.53763115162230345一般在计算短路电流时，计算哪一级的短路电流就选取该级线路的平均电压作为基准电压（如计算35kV级线路的短路电流时就取37kV作为基准电压）。