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短路
(物理學術語)
鎖定
- 中文名
- 短路
- 外文名
- Short circuit
- 電源短路
- 電流不經用電器,直接連電源兩極
短路基本類型
電源短路
即電流不經過任何用電器,直接由正極經過導線流回負極。特別容易燒壞電源。
由於電源內阻Ro較小,短路電流Is較大,電源的端電壓為0,這時電源的電動勢全部降在內阻上。短路電流可能使電源遭受機械的與熱的損傷或毀壞,短路時電源所產生的電能全被內阻所消耗,短路通常是一種嚴重事故,應該盡力預防。
用電器短路
三相系統短路
三相系統中發生的短路有 4 種基本類型:三相短路,兩相短路,單相對地短路和兩相對地短路。其中,除三相短路時,三相迴路依舊對稱,因而又稱對稱短路外,其餘三類均屬不對稱短路。在中性點接地的電力網絡中,以一相對地的短路故障最多,約佔全部故障的90%。在中性點非直接接地的電力網絡中,短路故障主要是各種相間短路。
發生短路時,電力系統從正常的穩定狀態過渡到短路的穩定狀態,一般需3~5秒。在這一暫態過程中,短路電流的變化很複雜。它有多種分量,其計算需採用電子計算機。在短路後約半個周波(0.01秒)時將出現短路電流的最大瞬時值,稱為衝擊電流。它會產生很大的電動力,其大小可用來校驗電工設備在發生短路時機械應力的動穩定性。短路電流的分析、計算是電力系統分析的重要內容之一。它為電力系統的規劃設計和運行中選擇電工設備、整定繼電保護、分析事故提供了有效手段。 電氣線路上,由於種種原因相接或相碰,產生電流忽然增大的現象稱短路。相線之間相碰叫相同短路;相線與地線、與接地導體或與大地直接相碰叫對地短路。在短路電流忽然增大時,其瞬間放熱量很大,大大超過線路正常工作時的發熱量,不僅能使絕緣燒燬,而且能使金屬熔化,引起可燃物燃燒發生火災。
短路容量
短路容量是反映電力系統某一供電點電氣性能的一個特徵量。短路容量是對電力系統的某一供電點而言的,反映了該點的某些重要性能,如該點帶負荷的能力和電壓穩定性、該點與電力系統電源之間聯繫的強弱、該點發生短路時、短路電流的水平等。其次,短路容量也和整個系統的容量有關。隨着電力系統容量的擴大,系統短路容量的水平也會增大。高壓開關設備的額定容量中,已將短路容量改用短路電流值,如額定開斷電流。
短路原因
元件損壞
氣象條件影響
例如雷擊過後造成的閃爍放電,由於風災引起架空線斷線和導線覆冰引起電線杆倒塌等。
人為破壞
其他原因
挖溝損傷電纜,鳥獸風箏跨接在載流裸導體上等。
短路後果
產生大電流
造成低電壓
它會使電氣設備無法正常工作。這種危害在醫院礦山時會引起危險。
其他
短路時,電流會往電阻較小(或電阻忽略不記的導線)的用電器(或導線)流,導致被短路的用電器(或電源)無法正常工作。
短路之後燈泡兩端的電壓為0,燈泡不發光 ,此時迴路中的電流會很大(如果迴路中只有燈泡一個用電器),因此迴路中的電流表容易被燒壞,電源也容易被燒壞。
短路電流計算
短路計算條件
(1)正常工作時,三相系統對稱運行。
(6)同步發電機具有自動調整勵磁裝置。
(7)短路發電在電流為最大值瞬間。
(8)不考慮短路點電弧阻抗和變壓器的勵磁電流。
(9)除計算短路電流衰減時間和低壓網絡的短路電流外, 元件的阻抗略去不計。
(10)元件的計算參數都取其額定值。
(11)輸電線路的電容略去。
短路一般規定
(1)在驗算導體和電氣設備的動穩定, 熱穩定以及設備開斷電流時所用的短路電流, 應按可能發生最大短路電流的正常接線方式, 而不應僅按在切換過程中可能並列運行的接線方式。
(2)選擇導體和電氣設備用的短路電流, 在電氣連接的網絡中, 應考慮具有反饋作用的異步電動機的影響。
(3)選擇導體和電氣設備時, 對不帶電抗器迴路的網絡, 計算短路點應選擇在正常方式時的短路電流為最大的地點。
短路計算步驟
假設條件
(1)不考慮發電機的搖擺現象。
在進行短路電流計算以前, 應根據計算的目的收集有關資料, 確定計算等值條件, 然後根據運算條件作出計算電路圖, 再根據它對各故障點的情況作出等值電路圖,然後利用網絡化簡規則,將等值電路化簡,求出迴路總電抗。
網絡化簡時等值電源合併的原則
(1)與短路點的電氣距離相差不大的的同類型發電機可以合併。
(2)遠離短路點的同類型發電廠可以合併。
(3)直接連接於短路點上的發電機(或發電廠)應予以單獨考慮。
短路計算方法
電力系統短路電流的計算方法通常有三種, 即標幺值法, 短路容量法( 又稱MVA法)和有名單位制法(又稱歐姆法),高壓系統中,一般採用標幺值法。
(1)假設SB =100MVA, UB =Uav,Uav =1.05Ue
式中 SB—基準容量(MVA)
UB—基準電壓(kV)
Uav—各電壓級的平均額定電壓(kV)
Ue—各級額定電壓(kV)
(2)求變壓器電抗標幺值
式中 XT*—變壓器電抗標幺值
Ud%—變壓器短路電壓百分比
SN—變壓器額定容量( MVA)
兩台同型號變壓器並聯,總電抗標麼值為單台的一半。
(3)求線路電抗的標幺值
式中 XL*—線路電抗標幺值
X0—線路電抗(Ω/km)
L—線路長度(km)
注:兩條同型號架空線並聯,總電抗標幺值為單條的一半。
(4)求短路電流
式中 Id* —短路電流標幺值(kA)
(5)求衝擊短路電流
短路限制措施
為保證系統安全可靠地運行, 減輕短路造成的影響, 除在運行維護中應努力設法消除可能引起短路的一切原因外, 還應儘快地切除短路故障部分, 使系統電壓在較短的時間內恢復到正常值。為此,可採用快速動作的繼電保護和斷路器,以及發電機裝設自動調節勵磁裝置等。此外,還應考慮採用限制短路電流的措施,如合理選擇電氣主接線的形式或運行方式,以增大系統阻抗,減少短路電流值;加裝限電流電抗器;採用分裂低壓繞阻變壓器等。主要措施如下:
(1) 做好短路電流的計算,正確選擇及校驗電氣設備,電氣設備的額定電壓要和線路的額定電壓相符。
(2) 正確選擇繼電保護的整定值和熔體的額定電流,採用速斷保護裝置,以便發生短路時, 能快速切斷短路電流, 減少短路電流持續時間, 減少短路所造成的損失。
(4) 保證架空線路施工質量,加強線路維護,始終保持線路弧垂一致並符合規定。
(5) 帶電安裝和檢修電氣設備,注意力要集中,防止誤接線,誤操作,在帶電部位距離較近的部位工作,要採取防止短路的措施。
(6) 加強管理,防止小動物進入配電室,爬上電氣設備。
(7) 及時清除導電粉塵,防止導電粉塵進入電氣設備。
(8) 在電纜埋設處設置標記,有人在附近挖掘施工,要派專人看護,並向施工人員説明電纜敷設位置,以防電纜被破壞引發短路。
(9) 電力系統的運行、維護人員應認真學習規程,嚴格遵守規章制度,正確操作電氣設備, 禁止帶負荷拉刀閘、 帶電合接地刀閘。 線路施工, 維護人員工作完畢,應立即拆除接地線。要經常對線路、設備進行巡視檢查,及時發現缺陷,迅速進行檢修
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短路防護措施
除此之外,有很多限制短路電流的技術措施,如:
①合理的電源佈局與接入方式,以及合理的網架結構,這是採用其他限流措施之前的首選方案,不適用於已有電網;
②發展更高電壓等級的電網,已有電壓等級電網解列、分層、分區運行,具有明顯的限流效果,也是根本的限流措施,但犧牲了一定的供電可靠性;
③直流聯網限流效果明顯,但成本高,僅從限流角度考慮經濟性較差,而且多點直流輸電技術的實用化還需時間;
短路典型應用
並非所有短路都是壞事,有時還需要利用短路來實現保護或者工作。具體應用有以下幾個方面。
1 短路在保護接零系統(TN系統)中的應用
在圖3中,設備外殼通過保護線與線路中N線作電氣上的可靠連接,當設備的外殼與帶電體相碰(漏電)時,保護線起到製造短路的作用。電流將從設備外殼經由零線流回中性點。由於零線電阻很小,所以這一短路電流很大,而經由人體到中性點的這條通路電阻很大,電流幾乎為零。由此產生的大電流迫使線路中的保護元件作(如熔斷器或斷路器跳閘),使設備迅速脱離電源,從而避免觸電事故的發生。而且總希望此時短路電流越大越好,因為短路電流越大,保護元件動作越快。可見在這種情況下,就是依靠短路電流達到保護的目的。
2 短路在電流互感器運行中的應用
運行中的電流互感器二次側絕對不允許開路。因為它的一次繞組是與負載串聯的,其中電流
的大小取決於負載的大小。如果二次繞組電路斷開,二次繞組的電流和磁通勢立即消失,但一次繞組的電流
未變。這時鐵心內的磁通全由一次繞組的磁通勢
產生,結果造成鐵心內很大的磁通(因為此時二次繞組的磁通勢為零,不能對一次繞組的磁通勢起去磁作用了)。一方面使鐵心損耗急劇增加,造成鐵心過熱,燒燬繞組;另一方面在二次繞組上感應出很高的電動勢,可能使絕緣擊穿,並危及設備和人身安全。因此,二次側繞組不能接熔斷器,如果需要拆除運行中的電流互感器二次側的儀表如電流表、電能表等之前,必須先將其二次側短路。此時的短路不僅是允許的,而且是必須的。
3 短路在電力變壓器負載試驗中的應用
變壓器是一種常見的電氣設備,在電力系統和電子線路中應用廣泛。電力變壓器在投入運行前或在運行過程中,需要進行一些試驗,以保證電力變壓器安全運行。試驗項目包括:變壓器油的簡化試驗、絕緣吸收比試驗、耐壓試驗、空載試驗及負載試驗。其中負載試驗的目的是測量變壓器的負載損耗PK和阻抗電壓Uk,以檢查繞組實際結構是否符合技術要求。