供配電技術(shù)課件四

4.2三相短路暫態(tài)過程的分析無窮大容量系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過程產(chǎn)生最大短路電流的條件有限容量系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過程三相短路的有關(guān)物理量無窮大容量系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過程

無窮大容量系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過程

短路前電路中的電流為：(4.2.1)式中：——短路前電流的幅值——短路前回路的阻抗角——電源電壓的初始相角，亦稱合閘角；短路后電路中的電流應滿足：

方程式（4.2.2）的解就是短路的全電流，它由兩部分組成：第一部分是方程式（4.2.2）的特解，它代表短路電流的周期分量；第二部分是對應齊次方程的一般解，它代表短路電流的非周期分量。(4.2.2)無窮大容量系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過程

短路的全電流可以用下式表示

式中：——短路電流周期分量的幅值，——短路后回路的阻抗角，——短路回路時間常數(shù)，C——積分常數(shù)，由初始條件決定，即短路電流非周期分量的初始值。（4.2.3）無窮大容量系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過程

無窮大容量系統(tǒng)的概念

無窮大容量只是一個相對概念，指電源系統(tǒng)的容量相對于用戶容量大得多，在發(fā)生三相短路時電源系統(tǒng)的阻抗遠遠小于短路回路的總阻抗，以致無論用戶負荷如何變化甚至發(fā)生短路，系統(tǒng)的母線電壓都能基本維持不變。在工程計算中，當電源系統(tǒng)的阻抗不大于短路回路總阻抗的5%～10%，或者電源系統(tǒng)的容量超過用戶容量的50倍時，可將其視為無窮大容量電源系統(tǒng)。無窮大容量系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過程

由于電路中存在電感，而電感中的電流不能突變，則短路前瞬間（用下標0－表示）的電流i0－應該等于短路發(fā)生后瞬間（用下標0＋表示）的電流i0＋，將t＝0分別代入式（4.2.1）、式（4.2.3），可得因此，短路的全電流為(4.2.5)無窮大容量系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過程

無窮大容量電源系統(tǒng)中發(fā)生三相短路時短路電流的波形如右圖所示。無窮大容量系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過程

產(chǎn)生最大短路電流的條件當電路的參數(shù)已知時，短路電流周期分量的幅值不變，而短路電流非周期分量則是按指數(shù)規(guī)律單調(diào)衰減的直流電流。因此，非周期電流的初值越大，過渡過程中短路全電流的最大瞬時值也就越大。由圖4.2.3可知，非周期電流的初值取最大值的條件為：（1）相量差取最大值；（2）相量差在t＝0時刻與時間軸平行。產(chǎn)生最大短路電流的條件滿足以上條件的情況為：（1）短路前電路處于空載狀態(tài)，即（2）短路回路為純感性回路，即回路的感抗比電阻大得多，可以近似認為阻抗角；（3）短路瞬間電源電壓過零值，即初始相角。有限容容量系系統(tǒng)三三相短短路的的暫態(tài)態(tài)過程程有限容容量電源系統(tǒng)（（finitesystem）是相對對于無無窮大大容量量電源系統(tǒng)而言的。在分析無窮大容量量電源系統(tǒng)的三相相短路暫態(tài)過程時時，忽略了短路時時系統(tǒng)母線電壓幅幅值的變化。當計及電源母線電電壓變化時，短路路電流周期分量的的幅值也將隨著電電源母線電壓的變變化而變化。當電源容量比較小，或者短路點靠近電源時，短路引起的電電源母線電壓的變變化就不能忽略。。有限容量系統(tǒng)三相相短路的暫態(tài)過程程可以將有限容量系系統(tǒng)等效成一臺同同步發(fā)電機進行分分析。短路電流磁通方向與正常時的勵勵磁磁通相相反轉(zhuǎn)子里的勵磁繞組組和阻尼繞組感應應出自由電流和和產(chǎn)生與方方向相同的磁磁通和和維持總磁通不變有限容量系統(tǒng)三相相短路的暫態(tài)過程程實際上，發(fā)電機大大多裝有自動調(diào)節(jié)節(jié)勵磁裝置，也稱稱為自動電壓調(diào)整整裝置（auto－voltageregulator，AVR）。當發(fā)電機外部短路路時，發(fā)電機的端端電壓急劇下降，，自動調(diào)節(jié)勵磁裝裝置動作，迅速增增大勵磁電流，以以使發(fā)電機的端電電壓回升。但是由于自動調(diào)節(jié)節(jié)勵磁裝置本身的的反應時間以及發(fā)發(fā)電機勵磁繞組的的電感作用，使它它不能立即增大勵勵磁電流，而是經(jīng)經(jīng)過一段很短的時時間才能起作用。。因此短路電流周周期分量的幅值是是先衰減再上升逐逐漸進入穩(wěn)態(tài)，其其變化曲線如圖4.2.5（a）所示。有限容量系統(tǒng)三相相短路的暫態(tài)過程程三相短路的有關(guān)物物理量1.短路電流次暫態(tài)值值短路電流次暫態(tài)值值是指短路以后幅幅值最大的一個周周期（即第一個周周期）的短路電流流周期分量的有效效值。在無限大容容量系統(tǒng)中，短路路電流周期分量幅幅值保持不變，即即三相短路的有關(guān)物物理量2.短路電流穩(wěn)態(tài)值短路電流穩(wěn)態(tài)值（（steady－statevalue）是指短路進入穩(wěn)態(tài)態(tài)后短路電流的有有效值。無窮大容量電源系系統(tǒng)發(fā)生三相短路路時，短路電流周周期分量的幅值恒恒定不變，則（4.2.8）三相短路的有關(guān)物物理量3.短路電流沖擊值短路電流沖擊值（（shockvalue），即在發(fā)生最大短路路電流的條件下，，短路發(fā)生后約半半個周期出現(xiàn)短路路電流最大可能的的瞬時值。式中Ksh稱為沖擊系數(shù)，1≤Ksh≤2。在高壓供電系統(tǒng)中中通常取Ksh=1.8；低壓供電系統(tǒng)中如如容量為以下車間間變電所的出口處處發(fā)生短路，常取取Ksh=1.3。三相短路的有關(guān)物物理量4.短路沖擊電流有效效值短路沖擊電流有效效值指的是短路后后的第一個周期內(nèi)內(nèi)短路全電流的有有效值。為了簡化計算，可可假定非周期分量量在短路后第一個個周期內(nèi)恒定不變變，取該中心時刻刻t=0.01s的電流值計算。對對于周期分量，無無論是否為無窮大大容量電源系統(tǒng)，，在短路后第一個個周期內(nèi)都可認為為是幅值恒定的正正弦量。所以（4.2.1