在短路瞬刻哪些电势变化电分

如题所述

图1:什么叫做无限大容量电力系统?什么叫做短路?
图1中的1图,左侧的电源既可能是直流的,也可能是交流的。另外,注意到电源与负载之间的接线存在电阻,我们把它叫做线路电阻r。线路电阻r不得忽略,因为发生短路时电流很大,线路电阻会起作用。

我们设线路电阻为r,设负载电阻为R,设电源电动势为E,则负载侧的路端电压U

当系统处于正常运行状态时,线路电阻r远远小于负载电阻R,线路电阻r可以忽略不计,也即r=0,于是式1变成:

现在,我们假定在负载侧发生了短路,见图1的2图中的红线,我们设这条红线的电阻是Rs,并且有  ,我们把具有这种特性的配电系统叫做第一类无限大容量配电系统。

注意到负载电阻R被短接线短接,由于Rs远远小于R,所以它们的并联值就是Rs。我们把r和Rs代入式1,得到:

比较式2和式3,我们发现短路前后,在负载端的路端电压居然均等于E。这告诉我们一条重要信息:对于第一类无限大容量配电系统,短路前后电压基本不变。

至此,题主的第一个问题有解答了:对于无限大容量配电系统来说,一旦发生短路,由于短路前后的路端电压基本不变,而短路电阻Rs远远小于负载电阻R,则短路电流  当然很大,它的值远远大于负载的运行电流。

注意,如果配电线路很长,线路电阻r远大于负载电阻R,则负载侧即便发生了短路,电流也不会增加多少,这种配电系统叫做第二类无限大容量配电系统。此时,题主的答案是:对于第二类无限大容量配电系统来说,短路后的电流与运行电流差不多,不会增大太多。

第一类无限大容量配电系统就是寻常的配电系统,而第二类无限大容量配电系统仅在配电线路很长的条件下才出现。因此,我们把第一类无限大容量配电系统就叫做无限大容量配电系统。

至此,题主的疑问已经得到部分解答。

注意看,图1的2图中,对照明负载HL,我们用了一条短接线把它短接,在这种情况下,短接线上的电流自然会增大一些,但不会发生短路。

我们一定要区分好短路与短接的区别。所谓短路,指的是电源侧的短路;所谓短接,指的是负载的某个局部被短接。短路与短接,两者的电流规模不同,基本概念也不同。

以上概念对于直流和交流通用。现在,我们仅仅对交流电来进一步考虑题主的问题。

我们知道,交流电的表达式为:  。在这里,U是电压有效值,u是瞬时值。当发生短路时,短路电阻是Us,于是就形成了短路电流  。

值得注意的是,对我们用电负荷端的用的人来说,我们看到的电力的源头不是发电厂,也不是变电站,而是终端的电力变压器,或者再上一级的中压配电系统和降压变电所。

图2:电力变压器
对于电力变压器,我们立刻就会想到,电力变压器的绕组具有感性特性,如此一来,当供配电末端发生短路时,会怎样呢?

我们知道,电感的特性是:  。当发生短路的瞬间,对于变压器来说,是一个突然事件,所以变压器会产生一个反向电动势,形成了一个非周期性的短路电流Ig。

同时,由于短路前后电压基本不变,于是电压在短路点电阻上形成了周期性的短路电流Ip。周期性短路电流Ip和非周期短路电流Ig会产生叠加,使得短路电流出现最大值,我们把它叫做冲击短路电流峰值Ipk,出现的时间是在短路后0.01秒。之后,Ig会逐渐衰减,最后仅仅剩下周期分量Ip。也因此,如果配电线路不执行短路保护的话,系统中就只剩下短路电流周期分量Ip。我们把短路电流周期分量Ip叫做短路电流的稳态分量Ik。

我们看下图:

图3:短路电流的图像,注意短路前后电压U基本不变
注意看图3中的短路在时刻0开始,之前的电压是u,电流是i。短路后,电压u的幅值不变,而电流则激增。我们看到了周期分量ip,还有分周期分量ig,两者的叠加在短路后10毫秒达到最大值,即冲击短路电流峰值ipk。当非周期分量衰减完毕后,系统中只剩下周期分量Ip。按照前面的定义,它就是短路电流的稳态值ik。

如果把上述瞬时值改用有效值,则要用Ip、Ig和Ipk来表示。

现在,我可以回答题主的问题了。对于配电网来说,短路后一定会出现短路电流,并且在短路后0.01秒到达最大值。这个值有多大呢?我们来简单计算一下:

如果终端的电力变压器的容量是1600kVA,低压侧的线电压是400V,相电压是230V,阻抗电压是6%,则此电力变压器的额定电流是:  。

我们再来计算它产生的短路电流,是:
这只是短路电流的稳态值,不是冲击短路电流峰值Ipk。根据国家标准,我们查的此时的冲击短路电流峰值相对短路电流稳态值之比是2.1,于是有:
也就是说,此时短路电流的最大峰值为81000A!如果题主是中学生,或者是一位外行者,会被这个电流给吓倒了。要知道,这台变压器只是普通工厂中的常用规格,也是中等小区中常用的电力变压器。
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