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电力系统中短路电流的暂态波形

时间：2015-08-03来源：未知浏览次数

 
电力系统中可能由于下列原因发生短路而使开关电器中流过短路电流；
1．由于雷击、操作过电压、绝缘的自然老化或人为的过失造成正在运行的设备或线路发生
短路。
    2．在规定的运行条件下将接地短路器按地。
    3l当设备或线路由于某种原因已被短接的情况下，误将开关电器关合。
    按照短路的相数以及电源中点和短路地点是否按地的情况，可以分为单相接地短路、两相
接地短路、两相不接地短路、三相接地短路和三相不接地短路五种。它们分别如固2．1所示。
    按照短路电流各相数值和波形的不同，它们又可分为两大类；
    L远离发电厂的输配电电网中短路；2．发电厂附近电网中短路。前者的单相和三相短路电
流基本相等，而两相短路电流较小；后者则单相短路电流最大，两相短路电流次之，三相短路电
流最小。但是16于一般开关电器的设计和试验标准都是按三相短路制订的，所以对后一种情
况，运行部门都是采取措施将单相短路电流的数值降低到三相短路电流的水平。为此，下面我
们特只对三相不接地短路的俏况进行分析。在分析时并采用下列假定：
    1d三相同时发生短路，没有先后的时差。
    2．短路过程是理想的，即短路地点相当于金属短接，电路中不存在电弧。
    一、赖配电电网中短路电流的特点
    按上述假定，当三相交流电路巾发生三相短路时，短路电流的变化过程可用一相中的短路
电流进行分析、其余两相短路电流的变化过程，只要将时间‘换以d一2”／3和外2”／3即可。
    设短路电流周期分量的幅值为f”，短路发生瞬间电源电压的相角为。，每相电路的电阻为
    由于这些原因，将使灭弧装置的工作条件不同于短路电流中仅有周期分旦的情况。至于它
们是使得灭弧条件加重还是减轻，则要视灭弧装置所采用的灭弧介质、灭弧原理和具体结构而
定，理论上很难下一普遍适用的结论。当开关电器的触头在小半波期间分开时，所产生的现象
除1、2项外，均与上述相反，因而同样也将使灭弧装置的工作条件发生变化。
    二、发电厂附近电网中短路电流的特性 仿威图机柜
    由电机学可知，当同步发电机端子附近发生短路时，根据磁通量不能跃变的原理，流过定
于绕组的短路电流产生的反磁势，将在转子上的激磁绕组和阻尼绕组中激起附加磁势以抵消
定于磁势的作用，以致短路刚开始时，定子中的感应电势基本上保持不变。但激磁绕组和阻尼
绕组中的附加磁势是逐渐衰减的，因而定子中的感应电势也逐渐下降。这在短路电流上就表现
为其周期分量的幅值随时间逐渐减小，如图2．4所示。另外，由上面描写短路电流暂态过程
的式(2．U可知，在一般倩况下，b于“一P；60，短路电流中总有非周期分量i—存在，i—的起始
值等于／。5in(。一P)，这里J。应理解为短路开始时短路电流周期分量的幅值。这样一来，当电路
的功率固数较小(在发电机端子附近短路时xc、L 9，即c船p*o．03)，即时间常数L／B较大
时，就有可能发生这样一种俏况26于sin(。一9)数值较大和短路电流的非周期分量衰减较但，
而其周期性分量衰减较快，于是短路电流的波形变成如图2．5所示。由图可见，短路电流在最
初的几个周期内不过零点。根据计算表明，在现代大容量发电机端子附近短路时，在最不利的
情况下(即短路前供电给电容性负载的情况下)，短路电流不经过零值的时间可长达20一
150ms。这样一来，如果开关电器在此期间分开触头，电弧将因电流不过零点而不能熄灭。
    三、三相短路电流的波形
    在三相短路的情况下，设式(2．1)表示4相短路电流随时间变化的规律，则4、5、c三相短
路电流随时间变化的规律可写为
    b＝JMs5n(以十o—g)一J msln(n一9)c一2    (2．8)
    b＝Jmdn(心十。一2n／3一g)一J。dn(。一21／3一P)e一：    (2．9)
    L＝／*5In(毗十“十2n／3一g)一J“；n(o十22／3—9)6—2    (2．10)
    由此三式可见，无论。一p为何值，三相短路电流中的非周期分量总不可能全部为零，必有
一松或两相的非周期分量数值较大。固2．6表示当。＝o时，按式(2．8)一(2．10)作出的三相短
路电流起始部分的波形。这一情况，在计算三相式开关电器的导体和触头的电动力时，必须加
    在实际俏况中，d于断路B9接列分问命令后总要延迟一定的时间才能分开触头，因此，当
其触头分开时，短路电流中的非周期分量可能已衰减完。这样，当断路器开断三相短路时，由于
各相电流的对称性，在一相中电流过零时，另外两相中电流必然不过零。在分析问题时，可以认
为后两相的触头仍然是接触的。当熄弧条件(触头开距、介质的压力和速度等)具备时，首先电
流过零极的弧隙中电弧熄灭，经一定时间后，其余两极中电流才过零，弧隙中电弧熄灭。首先熄
灭电弧的一圾通常称为首开极。在这—‘情况下，d于各极熄弧时间的不一致，流过每一极弧隙
中的电流波形也不相同。下面，对此加以说明。
    图2．7(a)表示开关电器K开断三相短路的原理固。为便于说明，假定电路阻抗z为纯电
感性的，于是各相短路电流小b和b分别落后于各相电源电压ud必，和“G90。，
且短路电流的幅值
 
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