短路电流实用计算中对发电机如何考虑

第五章 短路电流实用计算第一节 短路的基本概念 第二节 标么值 第三节 电力系统中各元件的电抗标么值的计 算 第四节 短路电流计算的程序 第五节 由无限大容量系统供电的三项短路 第六节 由发电机供电的三相短路的实用计算 第七节 电力系统中各元件的序参数和序网络 第八节 不对称短路电流的计算

第一节 短路的基本概念一、短路的定义及其种类 短路的定义及其种类 短路的 二、发生短路的原因 三、短路的后果 四、短路计算的目的与计算假设

一、短路的 一、短路的定义及其种类 短路的定义及其种类在电力系统中，短路是最常见而且对电力系统 运行产生严重影响的故障。所谓短路是指相与 相或相与地之间直接金属性连接。短路种类主 要有三相短路、两相短路、单相接地短路和两 相接地短路等四种。三相短路属对称短路，其 它属不对称短路。 系统中各种短路、代表符号及事故机率如表5-1 所示。

短路种类代表符号及事故机率 短路种类代表符号及事故机率

二、发生短路的原因 二、发生短路的原因(1)设备或装置存在隐患。如绝缘材料陈旧老 化、绝缘机械损伤、设备缺陷未发现消除、设 计安装有误等。 (2)运行、维护不当。如运行人员不遵守操作 规程，出现误操作，技术水平低，管理不善， 机械损伤等。 (

第五章 短路电流实用计算第一节 短路的基本概念 第二节 标么值 第三节 电力系统中各元件的电抗标么值的计 算 第四节 短路电流计算的程序 第五节 由无限大容量系统供电的三项短路 第六节 由发电机供电的三相短路的实用计算 第七节 电力系统中各元件的序参数和序网络 第八节 不对称短路电流的计算

第一节 短路的基本概念一、短路的定义及其种类 短路的定义及其种类 短路的 二、发生短路的原因 三、短路的后果 四、短路计算的目的与计算假设

一、短路的 一、短路的定义及其种类 短路的定义及其种类在电力系统中，短路是最常见而且对电力系统 运行产生严重影响的故障。所谓短路是指相与 相或相与地之间直接金属性连接。短路种类主 要有三相短路、两相短路、单相接地短路和两 相接地短路等四种。三相短路属对称短路，其 它属不对称短路。 系统中各种短路、代表符号及事故机率如表5-1 所示。

短路种类代表符号及事故机率 短路种类代表符号及事故机率

二、发生短路的原因 二、发生短路的原因(1)设备或装置存在隐患。如绝缘材料陈旧老 化、绝缘机械损伤、设备缺陷未发现消除、设 计安装有误等。 (2)运行、维护不当。如运行人员不遵守操作 规程，出现误操作，技术水平低，管理不善， 机械损伤等。 (

变压器短路电流的实用

计算方法

-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1

变压器短路电流的实用计算方法

胡浩，杨斌文，李晓峰

（湖南文理学院，湖南常德415000）

基金项目：湖南省科技厅计划项目（2007FJ3046）

1前言

在电力系统中，对于电气设备的选用、电气接线方案的选择、继电保护装置的设计与整定以及有关设备热稳定与动稳定的校验等工作，都需要对变压器的短路电流进行计算。短路电流的计算，一般采用有名制或标幺值算法，再者是应用曲线法。然而,无论哪种方法应用起来都比较繁琐，尤其是对于企业的技术人员与农村的电工，因缺乏相应的技术资料，又不能从变压器铭牌上查到所有计算短路电流的数据，所以想快速算出短路电流值是相当困难的。笔者在多年的实际工作中，依据变压器的基本原理与基本关系式，总结出快速计算短路电流值的实用方法，以满足现场与工程上的需要。

2变压器低压三相短路时高压侧短路电流的计算

变压器的阻抗电压是在额定频率下，变压器低压绕组短接，高压绕组施加逐步增大的电压，当高压绕组中的电流达到额定电流时，所施加的电压为阻抗电压Ud，一般以高压侧额定电压U1N为基础来表示：

Ud%=Ud/U1N×100%

教学目标：掌握短路电流热效应和电动力效应的实用计算。 重点：短路电流的效应实用计算方法。 难点：短路电流的效应计算公式。 一、短路电流电动力效应

1.电动力：载流导体在相邻载流导体产生的磁场中所受的电磁力。

当电力系统中发生三相短路后，导体流过冲击短路电流时必然会在导体之间产生最大的电动力。 2．电动力的危害：引起载流导体变形、绝缘子损坏，甚至于会造成新的短路故障。 3．两平行导体间最大的电动力

载流导体之间电动力的大小，取决于通过导体电流的数值、导体的几何尺寸、形状以及各相安装的相对位置等多种因素。

（N）

式中：i1 、i2—通过两根平行导体的电流瞬时最大值，A； L—平行导体长度，（m）； ɑ—导体轴线间距离，（m）； Kf—形状系数。

形状系数Kf：表明实际通过导体的电流并非全部集中在导体的轴线位置时，电流分布对电动力的影响。 实际工程中，三相母线采用圆截面导体时，当两相导体之间的距离足够大，形状系数Kf取为1；对于矩形导体而言，当两导体之间的净距大于矩形母线的周长时，形状系数Kf可取为1。

电动力的方向：两

教学目标：掌握短路电流热效应和电动力效应的实用计算。 重点：短路电流的效应实用计算方法。 难点：短路电流的效应计算公式。 一、短路电流电动力效应

1.电动力：载流导体在相邻载流导体产生的磁场中所受的电磁力。

当电力系统中发生三相短路后，导体流过冲击短路电流时必然会在导体之间产生最大的电动力。 2．电动力的危害：引起载流导体变形、绝缘子损坏，甚至于会造成新的短路故障。 3．两平行导体间最大的电动力

载流导体之间电动力的大小，取决于通过导体电流的数值、导体的几何尺寸、形状以及各相安装的相对位置等多种因素。

（N）

式中：i1 、i2—通过两根平行导体的电流瞬时最大值，A； L—平行导体长度，（m）； ɑ—导体轴线间距离，（m）； Kf—形状系数。

形状系数Kf：表明实际通过导体的电流并非全部集中在导体的轴线位置时，电流分布对电动力的影响。 实际工程中，三相母线采用圆截面导体时，当两相导体之间的距离足够大，形状系数Kf取为1；对于矩形导体而言，当两导体之间的净距大于矩形母线的周长时，形状系数Kf可取为1。

电动力的方向：两

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6.3 同步发电机突然三相短路的物理过程及短路电流分析

6.3.1 同步发电机在空载情况下突然三相短路的物理过程

上一节讨论了无限大电源供电电路发生三相对称短路的情况。实际上电力系统发生短路故障时，大多数情况下作为电源的同步发电机不能看成无限大容量，其内部也存在暂态过程，因而不能保持其端电压和频率不变。所以一般在分析和计算电力系统短路时，必须计及同步发电机的暂态过程。由于发电机转子的惯量较大，在分析短路电流时可以近似地认为发电机转子保持同步转速，只考虑发电机的电磁暂态过程。

同步发电机稳态对称运行时，电枢磁势的大小不随时间而变化，在空间以同步速度旋转，由于它与转子没有相对运动，因而不会在转子绕组中感应出电流。但是在发电机端突然三相短路时，定子电流在数值上将急剧变化。由于电感回路的电流不能突变，定子绕组中必然有其它自由电流分量产生，从而引起电枢反应磁通变化。这个变化又影响到转子，在转子绕组中感生出电流，而这个电流又进一步影响定子电流的变化。定子和转子绕组电流的互相影响是同步电机突然短路暂态过程区别于稳态短路的显著特点，同时这种定、转子间的互相影响也使暂态过程变得相当复杂。

图6-6 凸极式同步发电机示意图

图6-6为凸极同步发电机的示意图。定子

6.3 同步发电机突然三相短路的物理过程及短路电流分析 6.3.1 同步发电机在空载情况下突然三相短路的物理过程

上一节讨论了无限大电源供电电路发生三相对称短路的情况。实际上电力系统发生短路故障时，大多数情况下作为电源的同步发电机不能看成无限大容量，其内部也存在暂态过程，因而不能保持其端电压和频率不变。所以一般在分析和计算电力系统短路时，必须计及同步发电机的暂态过程。由于发电机转子的惯量较大，在分析短路电流时可以近似地认为发电机转子保持同步转速，只考虑发电机的电磁暂态过程。 同步发电机稳态对称运行时，电枢磁势的大小不随时间而变化，在空间以同步速度旋转，由于它与转子没有相对运动，因而不会在转子绕组中感应出电流。但是在发电机端突然三相短路时，定子电流在数值上将急剧变化。由于电感回路的电流不能突变，定子绕组中必然有其它自由电流分量产生，从而引起电枢反应磁通变化。这个变化又影响到转子，在转子绕组中感生出电流，而这个电流又进一步影响定子电流的变化。定子和转子绕组电流的互相影响是同步电机突然短路暂态过程区别于稳态短路的显著特点，同时这种定、转子间的互相影响也使暂态过程变得相当复杂。

图6-6 凸极式同步发电机示意图

图6-6为凸极同步发电

步进电机的计算与选型

对于步进电动机的计算与选型，通常可以按照以下几个步骤：

1) 根据机械系统结构，求得加在步进电动机转轴上的总转动惯量eq J ;

2) 计算不同工况下加在步进电动机转轴上的等效负载转矩eq T ；

3) 取其中最大的等效负载转矩，作为确定步进电动机最大静转矩的依据；

4) 根据运行矩频特性、起动惯频特性等，对初选的步进电动机进行校核。

1. 步进电动机转轴上的总转动惯量eq J 的计算

加在步进电动机转轴上的总转动惯量eq J 是进给伺服系统的主要参数之一，它对选择电动机具有重要意义。eq J 主要包括电动机转子的转动惯量、减速装置与滚珠丝杠以及移动部件等折算到电动机转轴上的转动惯量等。

2. 步进电动机转轴上的等效负载转矩eq T 的计算

步进电动机转轴所承受的负载转矩在不同的工况下是不同的。通常考虑两种情况：一种情况是快速空载起动（工作负载为0），另一种情况是承受最大工作负载。

（1）快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩eq1T

eq1amax f 0T =T +T +T (4-8)

式中 amax T ——快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩，单位为N ·m ；

柴油发电机容量如何选择

1、设置原则一类高层建筑应按一级负荷要求供电，二类高层建筑应按二级负荷要求供电。《民用建筑电气设计规范》JGJ／T16—92 3.1条规定：一级负荷应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏；二级负荷条件允许时，也宜采用二路电源来供电，特别是消防用的二级负荷，更应该按两个回路要求供电；一级负荷中的特别重要负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源。根据这些规定，笔者总结了自备柴油发电机组的设置原则：（1）当民用建筑需按一级负荷要求供电时，若城市电网能提供二路独立电源（一用一备或相互备用），则可不设柴油发电机组；但当一级负荷中有特别重要的负荷时，则一般应设柴油发电机组作为应急电源。（2）当电网只能提供一路电源时，为满足对一、二级负荷的供电要求，一般应设置柴油发电机组，此时柴油发电机组将作备用电源及应急电源使用。（3）大、中型商业建筑中为确保市电中断时不造成较大的经济损失，也宜设柴油发电机组。由于城市电网不可能完全独立，有时一个电源故障或检修时，另一电源有可能同时故障，因此，即使有两路或以上电源供电，为确保民用建筑中消防及其他重要设备（如智能化设备、通讯设备等）的可靠供电，一般都设置柴油发电机组。

三相同步发电机的突然短路实验

一、实验目的

1、掌握超导体闭合回路磁链守恒原则。

2、熟悉三相突然短路的物理分析，短路电流及时间常数的计算。 3、了解瞬变电抗和超瞬变电抗及其测定方法。

4、 观察三相同步发电机在空载状态下突然短路时定子绕组以及励磁绕组通过的瞬间电流波

形。

二、预习要点

1、三相同步电机突然短路的数学分析

三、实验项目

1、观察突然短路时定子绕组以及励磁绕组的瞬间电流。

四、实验方法

1、实验设备 序 号 1 2 3 4 5 6 D52

3、 观察三相同步发电机突然短路瞬间的电流波形

（1）、按照图5-9接线，其中校正直流测功机的励磁电阻Rf1选用R1上的900Ω加900Ω共1800Ω阻值，限流电阻选用R2上的90Ω串联90Ω共180Ω阻值。电阻R选用R上的650Ω并联650Ω共325Ω阻值，再调到5Ω。Rf2选用R3上900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。交流电流表选用MET01上的数模双显智能交流电流表，开关S选用D52上的交流接触器。同步机的励磁电源选用D52上提供的电源。启动之前电阻R1调至最大位置，Rf1调至最小位置，电阻Rf2调至最大位置。开关S处于断开状态。

（2）、先接通校正直流测功机的励磁电源