工厂供配电技术习题5.doc

工厂供配电技术教案 机电工程系 思考题与习题五5-1什么叫短路？短路的类型有哪些？造成故障的原因是什么，短路有什么危害？5-2什么叫无限大容量系统？它有什么特征？为什么工厂供配电系统短路时可将电源看作无限大容量系统？ 5-3无限大容量三相短路时短路电流如何变化？5-4产生最严重三相短路电流的条件是什么？5-5什么是次瞬态短路电流？什么是冲击短路电流？什么是稳态短路电流？它们与短路电流周期分量有效值有什么关系？P965-6什么叫标幺制？如何选取基准值？5-7如何计算三相短路电流？5-8电动机对短路电流有什么影响？5-9在无限大容量系统中两相短路电流与三相短路电流有什么关系？5-10什么叫短路电流的电动力效应？如何计算？5-11什么叫短路电流的热效应？如何计算？5-12试求图5-38所示供电系统中k1和k2点分别发生三相短路时的短路电流、冲击短路电流和短路容量？图5 -38习题5- 12图5-13试求图5-39所示无限大容量系统k点发生三相短路时的短路电流、冲击短路电流和短路容量以及变压器T2 -次侧流过的短路电流。各元件参数如下：P 变压器Tl：SN=31. 5 MVA，Uk%=10. 5. 10. 5/121 kV; 变压器T2、T3: SN =15 MVA, Uk%= 10. 5. 110/6.6kV; 线路WLl、WL2: l=100 km,X0=0.4/km; 电抗器L：UNL=6kv，INL=1.5 kAXNL %=8。图5 -39习题5 13图5-14电流互感器按哪些条件选择？变流比又如何选择？二次绕组的负荷怎样计算？ 5-15低压线路中，前、后级熔断器间在选择性方面如何进行配合？5-16低压断路器选择的一般原则是什么？5-17某10 kV线路计算电流为150 A，三相短路电流为9 kA，冲击短路电流为23 kA，假想时间为1.4s，试选择隔离开关、断路器，并校验它们的动稳定度和热稳定度。5-18继电保护装置的作用是什么？5-19什么是继电保护的选择性？5-20什么是速断保护的“死区” ？如何弥补？5-21过电流保护和速断保护各有何优、缺点？ 5-22为什么有的配电线路只装过电流保护，不装速断保护？5-23在单相接地保护中，电缆头的接地线为什么一定要穿过零序电流互感器后接地？5-24什么是瓦斯保护？它有几种动作类型？5-25对变压器低压侧的单相短路保护有几种方式？思考题与习题五及解答5-1什么叫短路？短路的类型有哪些？造成故障的原因是什么，短路有什么危害？ P89答：短路是指不同相之间，相对中性线或地线之间的直接金属性连接或经小阻抗连接。短路时不同电位的带电导体之间通过电弧或其他较小阻抗非正常连接在一起。短路的种类在两相系统中，可能发生的短路类型有两相接地短路和单相短路。三相交流系统的短路主要有三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路几种。造成短路的主要原因，有电气设备载流部分的绝缘损坏、由于未遵守安全操作规程而发生误操作，还有电力线路发生断线和倒杆事故可能导致短路、或者误将低电压设备接人较高电压、鸟兽跨越在裸露的相线之间或相线与接地物体之间，或者咬坏设备导线的绝缘，也是导致短路的原因。短路造成严重危害有：(l)短路电流通过导体时，使导体大量发热，温度急剧升高，从而破坏设备绝缘。(2)短路产生巨大的电动力，使导体变形，使电气设备受到机械损坏。(3)短路使系统电压严重降低，电器设备正常工作受到破坏。例如异步电动机的转矩与外施电压的平方成正比，当电压降低时，其转矩降低使转速减慢，造成电动机过热烧坏。(4)短路造咸停电，而且越靠近电源，停电范围越大，给国民经济带来损失，给人民生活带来不便。(5)严重的短路将影响电力系统运行的稳定性，使并联运行的同步发电机失去同步，严重的可能造成系统解裂，甚至崩溃。(6)单相短路产生的不平衡磁场，对附近的通信线路和弱电设备产生严重的电磁干扰，使通信失真、控制失灵、设备产生误动作。影响其正常工作。(7)短路点的电弧可能烧毁电气设备的载流部分。5-2什么叫无限大容量系统？它有什么特征？为什么工厂供配电系统短路时可将电源看作无限大容量系统？P94答：所谓“无限大容量系统”是指端电压保持恒定、没有内部阻抗和容量无限大的系统。它的特征是系统的端电压保持恒定、没有内部阻抗和容量无限大。工厂供配电系统容量较电力系统容量小得多电力系统阻抗不超过短路回路总阻抗的5%-10%，工厂短路点离电源的电气距离也足够远，发生短路时电力系统母线电压降低很小，所以可将工厂供配电系统电源无限大容量系统。5-3无限大容量三相短路时短路电流如何变化？P94答：当短路突然发生时系统原来的稳定工作状态遭到破坏，需要经过一个瞬态过程，才能进入短路稳定状态。供电系统中的电流在短路发生时也要增大，经过瞬态过程达到新的稳定值。当发生三相短路时，电路将被分成两个独立的回路。一个仍与电源相连接，另一个则成为没有电源的短接回路。在这个没有电源的短接回路中，电流将从短路发生瞬间的初始值按指数规律衰减到零。在衰减过程中，回路磁场中所储藏的能量，将全部转化成热能。与电源相连的回路，由于负荷阻抗和部分线路阻抗被短路，所以电路中的电流要突然增大。但是，由于电路中存在着电感，根据楞次定律电流又不能突变，因而引起一个过渡过程，即短路瞬态过程，最后达到一个新的稳定状态。5-4产生最严重三相短路电流的条件是什么？P95答：最严重短路电流的条件为 短路前电路空载或cos=1。 短路瞬间电压过零、即t=0时=0o或180o。 短路回路为纯电感回路，即k=90。5-5什么是次瞬态短路电流？什么是冲击短路电流？什么是稳态短路电流？它们与短路电流周期分量有效值有什么关系？P96答：次瞬态短路电流又称为“超瞬变短路电流”即短路初瞬间的短路电流的周期分量有效值。短路冲击电流是短路全电流的最大瞬时值，短路全电流最大瞬时值出现在短路后半个周期。是短路全电流最大有效值的倍。短路电流非周期分量一般经过0 .2 s就衰减完毕，短路电流达到稳定状态，这时的短路电流称为短路稳态电流。是稳定状态的短路电流周期分量有效值。5-6什么叫标幺制？如何选取基准值？P98答：用相对值表示元件的物理量称为标幺制。这个相对值即任意一个物理量的有名值与基准值的比值称为标幺值，标幺值没有单位，基准值的选取是任意的，但为了计算方便，通常取100 MVA为基准容量，取线路平均电压为基准电压，一般为额定电压的110%。5-7如何计算三相短路电流？P99答：三相短路电流常用的计算方法有欧姆法和标幺制法两种。欧姆法是最基本的短路计算方法，适用于两个及两个以下电压等级的供电系统；而标幺制法适用于多个电压等级的供电系统。5-8电动机对短路电流有什么影响？P答：5-9在无限大容量系统中两相短路电流与三相短路电流有什么关系？P102答：无限大容量系统发生两相短路时，两相短路电流与三相短路电流的关系为： 5-10什么叫短路电流的电动力效应？如何计算？P91答：供配电系统发生短路时，短路电流非常大，短路电流通过导体或电器设备，会产生很大的电动力，称为短路的电动力效应。两短路相导体间产生最大的电动力计算式为：三相平行的导体短路产生的最大电动力计算式为：5-11什么叫短路电流的热效应？如何计算？P93答：短路电流通过导体或电器设备，会产生很高的温度，称为短路的热效应。短路电流通过导体在短路时间内产生的热量为：5-12试求图5-38所示供电系统中k1和k2点分别发生三相短路时的短路电流、冲击短路电流和短路容量？解：一、欧姆法：（1）冲击短路电流1：短路容量1：（2）短路电流2： 二、标幺法：（1）绘制短路电流计算电路图（如右），确定短路计算点：（2）确定标幺值的基准值，： Sd=100MVA，U=37KV，（3）绘制短路电路等效电路图：计算各元件的电抗标幺值：1-WL1：2-变压器：（4）根据不同短路计算点分别求出各自的总电抗标幺值，再计算各短路电流和短路容量： 计算k2点三相短路流经变压器T一次绕组的短路电流Ik2，5-13试求图5-39所示无限大容量系统k点发生三相短路时的短路电流、冲击短路电流和短路容量以及变压器T2一次侧流过的短路电流。各元件参数如下：P 变压器Tl：SN=31. 5 MVA，Uk%=10. 5. 10. 5/121 kV; 变压器T2、T3: SN =15 MVA, Uk%= 10. 5. 110/6.3kV; 线路WLl、WL2: l=100 km,X0=0.4/km; 电抗器L：UNL=6kv，INL=1.5 kAXNL %=8。 图5 -39习题5-13图解：取Sd=100MVA，系统G：无开关， 变压器T1，线路WL1，变压器T2、T3，电抗器：变压器T2一次侧流过的短路电流：5-14电流互感器按哪些条件选择？变流比又如何选择？二次绕组的负荷怎样计算？供配电手册P269答：（1）按电压选择：电流互感器的额定电压不小于电路的额定电压。（2）按电流选择：电流互感器的一次电流不小于电路的计算电流，其额定二次电流按其二次设备的电流负荷而定，一般为5A。（3）按准确级要求选择：电流互感器与满足准确级要求的条件，其二次负荷不得大于额定准确级所要求的额定二次负荷。变流比根据一次电路的计算电流大小，二次电流按其二次设备的电流负荷而定，一般为5A。二次绕组的总负荷阻抗为各负荷阻抗（仪表线圈阻抗、继电器线圈阻抗、连接导线的阻抗，接头的接触电阻）串联之和，总负荷阻抗不能大于二次侧额定阻抗。5-15低压线路中，前、后级熔断器间在选择性方面如何进行配合？P124答：为了保证动作选择性，也就是保证最接近短路点的熔断器熔体先熔断，以避免影响更多的用电设备正常工作，必须要考虑前、后熔断器熔体的配合。熔断器的选择性配合，应该是后级的熔断器先熔断，切除故障线路或设备，前级的熔断器不再熔断，线路正常运行。5-16低压断路器选择的一般原则是什么？P125答：选择低压断路器时应满足下列条件： (1)低压断路器的额定电压应不小于保护线路的额定电压。 (2)低压断路器的额定电流应不小于它所装设的脱扣器额定电流。 (3)低压断路器的类型应符合安装处条件、保护性能及操作方式的要求。 (4)低压断路器的断流能力应进行校验。 一般来说，为了满足前、后低压断路器的选择性要求，前一级低压断路器的脱扣器动作电流应比后一级低压断路器的脱扣器动作电流大一级以上；而前一级低压断路器宜采用带短延时的过电流脱扣器，后一级低压断路器则采用瞬时过电流脱扣器。5-17某10 kV线路计算电流为150 A，三相短路电流为9 kA，冲击短路电流为23 kA，假想时间为1.4s，试选择隔离开关、断路器，并校验它们的动稳定度和热稳定度。供配电手册P269、P175-176答：查高压开关技术数据可得： GW1-10/630隔离开关和ZW1-10/630等断路器可满足要求。也满足动稳定度（ImaxI（3）sh，40 kA23 kA）和热稳定度（I2tI（3）tima，1612.6（91.4）要求。见附表5-18继电保护装置的作用是什么？P126答：继电保护装置作用是在要求供电可靠性较高的高压供电系统中作过电流保护和速断保护，同时在切除故障部分或异常状态时发出信号，提醒运行人员及时处理事故。5-19什么是继电保护的选择性？P答：当供电系统发生故障时，只离故障点最近的保护装置动作，切除故障。而系统的其他部分仍能正常运行，保护装置满足这一要求就是继电保护的选择性。5-20什么是速断保护的“死区”？如何弥补？P111答：由于电流速断保护的动作电流是按被保护线路末端的最大短路电流来整定的，因而其动作电流会大于被保护范围末端的短路电流，这使得保护装置不能保护全段线路，出现一段死区。为了弥补死区得不到保护的缺点，在装设电流速断保护的线路上，必须配备带时限的过电流保护。在电流速断的保护区内，速断保护为主保护，过电流保护为后备保护；而在电流速断保护的死区内，过电流保护为基本保护。如果配电线路较短，配电线路可只装过电流保护，不装电流速断保护。5-21过电流保护和速断保护各有何优、缺点？P答：过电流保护装置分定时限过电流保护和反时限过电流保护。定时限过电流保护动作时间准确，容易整定，但继电器数目较多，接线比较复杂，在靠近电源处短路时，保护装置的动作时间太长。反时限过电流保护可采用交流操作，接线简单，所用保护设备数量少，但整定、配合较麻烦，继电器动作时限误差较大，当距离保护装置安装处较远的地方发生短路时，其动作时间较长，延长了故障持续时间。 电流速断保护装置可以克服过电流保护的缺陷，但其保护装置不能保护全段线路，出现一段“死区”。在装设电流速断保护的线路上，必须配备带时限的过电流保护。5-22为什么有的配电线路只装过电流保护，不装速断保护？P111答：如果配电线路较短，配电线路可只装过电流保护，不装电流速断保护。5-23在单相接地保护中，电缆头的接地线为什么一定要穿过零序电流互感器后接地？P113答：电缆线路在安装单相接地保护时，必须使电缆头与支架绝缘，并将电缆头的接地线穿过零序互感器后再接地，可消除电容电流等的影响，以保证保护可靠地动作。5-24什