2016年高考语文专题训练与答案(12)

现代建筑电气-----2008年度建筑电气教案电气工程学院第三章供配电系统第三章供配电系统——短路电流计算第一节中性点运行方式一、供配电系统中性点运行方式n供配电系统中性点星形联结变压器或发电机的中性点。中性点是电气上的“点”，即从这点到各输出端之间的电压绝对值相等。n中性点运行方式供配电系统中性点与大地的电气联系方式。这里所讲的大地指电气上参考零电位的广阔大地。供配电系统的接地方式分为两类，即中性点接地系统和中性点不接地系统。（一）中性点接地系统中性点接地系统是指中性点直接或经小电阻接地的系统，也称大接地电流系统。第三章供配电系统优点：系统上发生单相接地故障时，由于系统中性点的嵌位作用，使非故障相的对地电压不会明显的上升，因而对系统绝缘是有利的。缺点：1.系统中一相接地时，出现了除中性点接地点以外的另一个接地点，构成了短路回路，接地故障相电流很大，为了防止设备损坏，必须迅速切断电源，因而供电可靠性低，易发生停电事故。2.发生单相接地故障时，很大的单相接地电流产生的磁场会对附近的通讯线路产生干扰。（二）中性点不接地系统中性点不接地系统中性点不接地或经过高阻抗（如消弧线圈）接地的系统，也称小电流接地系统。第三章供配电系统优点：系统发生单相接地故障时，只有比较小的导线对地电容电流通过故障点，系统仍可继续进行，这对提高供电可靠性是有利的。缺点：系统在发生单相接地故障时，系统中性点对地电压会升高到相电压，非故障相对地电压会升高到线电压；若接地点不稳定，产生间歇性电弧，过电压会更严重，对绝缘不利。n对于高压输配电网，由于传输功率大且传输距离长，一般都采用110kV及以上的电压等级，在这样高的电压等级下绝缘问题比较突出，一般都采用中性点接地系统。n在中压系统中，中性点不接地系统发生单相接地故障时的过电压对绝缘的威胁不大，中压系统的绝缘水平是根据更高的雷电过电压制定的，为了提高供电可靠性，中压系统较多地采用了中性点不接地系统。在我国，作为供配电系统主要电压等级的35kV、10kV、6kV等中压系统大多数是采用的中性点不接地系统。第三章供配电系统n对于1kV以下的低压配电系统，中性点运行方式与绝缘的关系已不是主要问题，这时中性点运行方式主要取决于供电可靠性和安全性。二、低压配电系统型式n低压配电系统有两种分类型式：带电导体系统型式和系统接地型式。带电导体系统型式带电导体：在正常运行中会有工作电流流过的导体，即相线和中性线。n常用的交流带电导体系统型式有：单相二线制、两相三线制、三相三线制及三相四线制。图4-1第三章供配电系统第二节短路发生的原因、种类、危害n供配电系统中短路：相导体之间或相导体与地之间不通过负载阻抗而发生的电气连接。一、短路发生的原因n短路发生的主要原因是系统中某一部位的绝缘遭到破坏。1.雷电或高电位侵入2.绝缘老化或外界机械损伤3.误操作4.动、植物造成的短路二、短路的形式n对于中性点接地系统：短路形式有三相短路k(3)、两相短路k(2)、单相接地短路k(1)和两相接地短路k(1+1)。两相接地短路是指两根相线和大地三者之间的短路。第三章供配电系统n对于中性点不接地系统：短路形式有三相短路k(3)、两相短路k(2)，异相接地短路（两相分别接地）k(1+1)。n三相短路为对称短路，两相短路和单相短路为非对称短路。在中性点不接地系统中，出现单相接地时，不属于短路故障；因为故障电流不大，叫不正常运行状态。短路类型第三章供配电系统三、短路故障造成的危害1.短路电流大大超过正常工作电流，必然会引起电气设备的过热甚至损害绝缘。n短路的后果是严重的，危害很大。2.短路产生的巨大电动力，将使设备变形甚至破坏。3.不对称短路，将对附近的通讯电路、自控系统、信号系统产生干扰。4.由于短路电压突然下降，将使同步电动机失步，异步电动机减速甚至停止运转，破坏生产流程，使生产停顿。5.短路点出可能产生电弧，可能引发火灾。第三章供配电系统四、短路电流计算的目的n短路电流是供配电系统的重要技术参数，短路是电力系统常见的故障，进行短路计算非常重要。1.计算短路电流是为了选择校验电气设备、载流导体和整定供配电系统继电保护装置。2.短路电流的大小可以判断供配电系统电气联系的程度，作为评价各种接线方案的依据之一。第三章供配电系统第三节无限大容量电源供电系统三相短路暂态过程分析n“无限大容量”电源电力系统中某局部无论发生了任何的扰动，电源的电压幅值与频率均保持恒定。供配电系统处于电力系统的末端，从工程的角度，当供配电系统发生短路时，总能在系统中找到一点，该点的电压变化小到可忽略不计。n定量地看，以供电电源的额定值为基准值，短路回路总阻抗的标幺值大于3，一般可认为供电电源为“无限大容量”电源。第三章供配电系统一、磁链守恒定理n磁链是磁通与链着磁通的回路匝数之积。n磁链守恒定律：1.任何一个闭合回路中磁链都不可能发生突变。2.当外力有迫使一个闭合回路中磁链发生突变的趋势时，回路中将产生一个自由电流来抵消这个突变的趋势。n强制电流：由电源产生并维持的电流。n自由电流：没有电源维持的电流。第三章供配电系统二、三相短路过程的分析1.短路前后系统分析系统电压，)sin()(tUtum系统是无限大容量电源，)(tu短路前后均保持不变。设在点发生三相短路，)3(k电路被分成为两个独立的回路，右端回路在短路以后，电流由原先数值不断衰减，一直衰减到磁场中所储存的能量全部转变为热能被电阻所消耗。左端回路与电源相连接，由于阻抗突然减小，电流会瞬间增大。由于三相对称，可取其中的一相进行讨论。第三章供配电系统n发生短路前电流的瞬时值为：)(ti)sin()()(000tItitim0220)(ZULRUImmm220)(LRZRLarctg0——短路前电流的瞬时值；)(0ti——电压的初相角；——一相回路的绝对值阻抗；0Z——电压与电流的相角差，即为回路的总阻抗角；0——电流的幅值。0mI第三章供配电系统2．发生短路后的短路暂态过程分析发生短路后电流的变化应符合下列方程：dttdiLRtitukkkk)()()(式中——相电压的瞬时值；)(tu——相电流的瞬时值；)(tik——由电源至短路点的电阻；kR)3(k——由电源至短路点的电感。kL)3(k微分方程式的解为：kTtkkmkAetZUti)sin()(kTtkpmAetI)sin(kkkRLT22)(kkkLRZkkkRLarctg第三章供配电系统式中——短路阻抗；kZ——短路电压与短路阻抗之间的相角，即短路阻抗角；k——时间常数；kT——常数，其值由初始条件确定；A——周期分量的极大值。pmI根据楞次定律（磁链守恒定律），在t=0+和t=0—时刻，短路前电流的瞬时值与短路发生瞬间电流的瞬时值相等，。)0(0i)0(ki)0()0(0kiiAIIkpmm)sin()sin(00或npmkpmmIIIA)sin()sin(00为短路电流中非周期分量的初值。npmI第三章供配电系统短路电流的全电流瞬时值为：kTtnpmkpmkeItIti)sin()(kTtkpmmkpmeIItI]sin()sin([)sin(00为非周期分量衰减的时间常数，与电源到短路点的电阻和电感有关。kT右端的第一项是短路电流中随正弦函数周期变化的部分。由于短路回路的阻抗远小于正常工作回路的阻抗，在系统无限大容量电源的作用下，将产生一个远大于正常工作电流的交流短路电流，这一电流因系电源产生，故称其为短路的强制分量，)(tip又因为这一电流为正弦交流电流，故又称其为短路电流的周期分量。第二项是短路电流中随指数曲线衰减的部分，由于短路后正弦交流电流幅值与相角都发生了变化，正弦交流电流会有突变产生，也即磁链会有突变的趋势，根据磁链守恒定律，短路回路中将产生一个自由电流来抵消这一突变。这个电流没有电源维持，故称之为短路电流的自由分量；)(tinp第三章供配电系统又由于它不是交变的，因此又称为短路电流的非周期分量。短路的强制分量：)sin()(kpmptIti短路电流的自由分量：kTtnpmnpeIti)(（短路前后）的电压、电流波形变化：短路电流有如下特征：1）是周期分量与非周期分量的叠加。)(tik)()()(tititinppk第三章供配电系统2）周期分量由电源维持恒定，非周期分量因在短路电阻上产生损耗而衰减，经过若干周期后，非周期分量衰减完毕，此后便只剩下周期分量。kR3）电流变化过程是短路前的稳态（小）交流电流到暂态电流最后至新的稳态交流（大）电流。由图可知，要使发生短路时短路全电流最大，在电源电压和短路地点不变的情况下，必然是短路电流的非周期分量最大。那么短路电流的非周期分量怎样才能最大，从而使短路全电流也最大。)(tik三、三相短路电流极值条件分析1．三相短路全电流最大值条件对全电流波形作以下几点分析：1）最大值出现在第一个峰值上，为周期分量幅值与非周期分量在该时刻的大小之和。2）周期分量大小只与短路阻抗有关，一旦短路点位置确定，周期分量的幅值大小也就确定了。第三章供配电系统3）非周期分量大小，与短路瞬间电流交流分量“突变”量的大小和衰减时间常数有关，后者取决于系统的阻抗参数，对一个给定的系统，衰减时间常数是确定的；而前者在短路点位置确定的情况下，与短路发生的时刻和短路前的电流大小有关。在架空线构成的高、中压系统中，线路阻抗中电抗成分远大于电阻成分，kkRL90kkkRLarctgkTtpmmpkeIItiti]cos)sin([)()(00则：求的最大值即是求的最大值。)(tik严格地说，应该通过对、、求导，并令导数等于零来求得极值条件，但求导所得方程为超越方程组，数学上求解十分困难。0mI0]cos)sin([00pmmII第三章供配电系统0mpmII第二项所占比重远大于第一项，先让第二项取得最大值。令，而意味着短路发生在电压过零的时刻，000000sin)sin(mmII第一项负载一般是感性的，，故第一项总是负值，它的作用总是使得两项之和减小。9000为了使两项之和取得最大，只有令第一项，由于的大小取决于短路前系统的阻抗参数，在高、中压系统回路总阻抗的阻抗角接近于，故只有才能使第一项为零，这就意味着短路前系统为空载。0sin00mI09000mI对一个感性（高、中压）系统，当短路前为空载，且相电压过零时发生短路，其短路电流将达到最大值：kTtpmpmkeItIti)90sin()(maxtLRpmpmkkeItIcos]cos)sin([00pmmII第三章供配电系统三相短路电流取得最大值时的波形图：2.三相短路全电流最小值条件短路电流的周期分量（强制分量）恒定，短路电流的非周期分量（自由分量）=0就是三相短路全电流最小值条件。)(tip)(tinp短路时刻电压初相位、短路前空载，即、时，。909000mI0)(tinp第三章供配电系统总之，产生三相短路全电流最大、最小值的条件：条件相同之处：对一个感性（高、中压）系统，短路前都是空载。条件不同之处：三相短路全电流达到最大值，条件是相电压的初相角为零并且相电压过零时发生短路；三相短路全电流达到最小值，条件是相电压的初相角为并且相电压时发生短路。9090三相短路全电流最大或最小的条件都只可能有一相满足，不可能三相同时满足。四、三相短路全电流的特征参数对发生短路时的过程进行分析可知，要想计算短路电流的全貌是十分复杂的，工程上为了简化计算，并不需要知道短路的复杂过程，而仅需要短路时的特征参数。第三章供配电系统1.三相短路全电流冲击值shi由三相短路电流取得最大值时的波形图可知，经过半个周期（t=0.5T=0.01秒），短路电流的幅值达到瞬时最大值（