3短路电流及其计算课后习题解析
9页1、习题和思考题3-1.什么叫短路?短路的类型有哪些?造成短路故障的原因有哪些?短路有哪些危害?短路电流计算的目的是什么?答:所谓短路,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。在三相供电系统中可能发生的主要短路类型有三相短路、两相短路、两相接地短路及单相接地短路。三相短路称为对称短路,其余均称为不对称短路。在供电系统实际运行中,发生单相接地短路的几率最大,发生三相对称短路的几率最小,但通常三相短路的短路电流最大,危害也最严重,所以短路电流计算的重点是三相短路电流计算。供电系统发生短路的原因有:(1)电力系统中电气设备载流导体的绝缘损坏。造成绝缘损坏的原因主要有设备长期运行绝缘自然老化、设备缺陷、设计安装有误、操作过电压以及绝缘受到机械损伤等。(2)运行人员不遵守操作规程发生的误操作。如带负荷拉、合隔离开关(内部仅有简单的灭弧装置或不含灭弧装置),检修后忘拆除地线合闸等;(3)自然灾害。如雷电过电压击穿设备绝缘,大风、冰雪、地震造成线路倒杆以及鸟兽跨越在裸导体上引起短路等。发生短路故障时,由于短路回路中的
2、阻抗大大减小,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)。同时,系统电压降低,离短路点越近电压降低越大,三相短路时,短路点的电压可能降低到零。因此,短路将会造成严重危害。(1)短路产生很大的热量,造成导体温度升高,将绝缘损坏;(2) 短路产生巨大的电动力,使电气设备受到变形或机械损坏;(3)短路使系统电压严重降低,电器设备正常工作受到破坏,例如,异步电动机的转矩与外施电压的平方成正比,当电压降低时,其转矩降低使转速减慢,造成电动机过热而烧坏;(4)短路造成停电,给国民经济带来损失,给人民生活带来不便;(5)严重的短路影响电力系统运行稳定性,使并列的同步发电机失步,造成系统解列,甚至崩溃;(6)单相对地短路时,电流产生较强的不平衡磁场,对附近通信线路和弱电设备产生严重电磁干扰,影响其正常工作。 计算短路电流的目的是:(1)选择电气设备和载流导体,必须用短路电流校验其热稳定性和动稳定性。(2)选择和整定继电保护装置,使之能正确地切除短路故障。(3)确定合理的主接线方案、运行方式及限流措施。3-2什么叫无限大容量电力系统?无限大与有限电源容量系统有何区别?对于短
3、路暂态过程有何不同? 答:所谓无限大容量电源系统是指电源的内阻抗为零,在短路过程中电源的端电压恒定不变,短路电流周期分量恒定不变。事实上,真正无限大容量电源系统是不存在的,通常将电源内阻抗小于短路回路总阻抗10的电源看作无限大容量系统。一般工矿企业供电系统的短路点离电源的电气距离足够远,满足以上条件,可作为无限大容量电源供电系统进行短路电流计算和分析。所谓有限容量电源系统是指电源的内阻抗不能忽略,且是变化的,在短路过程中电源的端电压是衰减的,短路电流的周期分量幅值是衰减的。通常将电源内阻抗大于短路回路总阻抗10% 的供电系统称为有限大电源容量系统。有限大容量电源系统短路电流的周期分量幅值衰减的根本原因是:由于短路回路阻抗突然减小和同步发电机定子电流激增,使发电机内部产生电磁暂态过程,即发电机的端电压幅值和同步电抗大小出现变化过程,由其产生的短路电流周期分量是变化的。所以,有限容量电源系统的短路电流周期分量的幅值是变化的,历经从次暂态短路电流(I)暂态短路电流(I)稳态短路电流(I)的衰减变化过程。3-3解释和说明下列术语的物理含义:短路电流的周期分量,非周期分量,短路全电流,短路冲击电
4、流,短路冲击电流有效值,短路次暂态电流,短路稳态电流,短路容量。答:短路电流的周期分量:电力系统发生突然短路时,短路电流中所含的工频交流分量.短路电流非周期分量是短路发生后大约十个周波时间内,呈指数曲线衰减的暂态电流,因为短路电流有电抗,电路电流不可能突变,使其产生反向电流。短路全电流就是短路电流的周期分量和非周期分量之和。短路电流最大可能的瞬时值,称为短路冲击电流,用表示。如果短路时在最不利的条件下发生,在第一个周期内的短路电流有效值最大,称为短路全电流的最大有效值,简称冲击电流的有效值,用表示。短路次暂态电流是短路周期分量在短路后第一个周期的有效值,用表示。短路稳态电流是指短路电路非周期分量衰减完毕以后的短路全电流,其有效值用表示。在无限大容量电源系统中 。短路容量是指电力系统在规定的运行方式下,关注点三相短路时的视在功率,它是表征电力系统供电能力强弱的特征参数,其大小等于短路电流与短路处的额定电压的乘积。 3-4 试说明采用欧姆法和标幺值法计算短路电流各有什么特点?这两种方法各适用于什么场合? 答:欧姆法就是用元件的实际工作的阻抗计算短路电流,再按照变压器变比逐级折算;标幺值法是
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