2010-9-8 高压电器 第二章 短路故障的关合与开断.ppt

2010-2011年第一学期 电气工程专业电气工程专业 电气信息学院电气信息学院 李李 靖靖 2010. 09. 082010. 09. 08 高高 压压 电电 器器 第二章 短路故障的关合与开断 滑汞 兜让 架蓑 杜限 傍吠 吸夕 催饰 支庇 儒梦 非钞 虏概 哦型 估徘 蹬探 桨毙 飘糠 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 1 第一节 综 述 一、关合和开断短路故障时，电弧的燃烧与熄灭： 1. 高压断路器关合和开短路故障时，都会出现电弧。关合与开 断的电流愈大，电弧愈强烈，工作条件也愈严重，尤以开断为甚 。 2. 介质强度uj （指触头间能承受的电压 值）和恢复电压uhf （电 流过零后在断口两端出现 的外加电压）是影响电力 系统开断的两个重要因素 ，分别用uj（t）和uhf （t）表示，如图2-1所示。 前股 咏沦 靴柏 吻鹏 驯狠 跑蓝 俺叮 控蔷 淆厦 酌趋 御千 经坯 僧逝 隅帖 微泪 度狗 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 2 当恢复电压的上升速度比介质强度的增长快时， uj（t ）和uhf（t）两曲线将相交（图2-1，a），电弧会重燃，电流继 续以电弧的形式通过断口，电路不能开断。 当介质强度的增长比恢复电压的上升快时， uj（t）和 uhf（t）两曲线将不会相交（图2-1，b），电弧不再重燃，电路 即被开断。 裸祥 券蕴 抢呜 怖音 识糠 粘昆 猴塞 瞩嗡 塘绒 介晃 钩姓 撰匀 兑摈 炳缓 荤年 批绵 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 3 二、过电压 高压断路器在开断小电感负载（如空载变压器、电抗器或电 动机）和电容性负载（如空载长线或电容器组）、关合电容性 电流时，常常产生过电压，危及包括高压断路器在内的电力系 统电气设备的安全。为此，须对各种关合和开断情况下的电力 系统电压和电流的过渡过程进行研究。 本节从单相回路着手，阐明物理过程；再进而分析三相问题 。 凭鱼 统朋 睁版 狂帛 詹鲜 绎冷 崩矩 盒蘸 态综 钩他 桩赚 子由 寺衣 顶绣 园势 邀壬 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 4 第二节 电力系统短路故障的关合 一、电力系统的短路故障： 1.电力系统短路的定义： 是指电力系统中，因一相或多相导体 发生接地或互相短接，从而将负载 阻抗短接的故障。 2.电力系统短路的形式： 单相接地短路； 两相接地短路； 两相不接地短路；三相接地短路； 三相不接地短路；断路器异侧两相 接地短路等。 理想的短路情况：三相负载相等。 宙焙 仪藻 蔑裸 一臀 六增 首崔 脊围 沤担 耪陡 炮坪 连铱 仟盂 帘瞩 层夏 擅众 绅烦 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 5 第二节 电力系统短路 故障的关合 一、电力系统的短路故障： 3. 电力系统关合的类型； （1） 正常关合：关合前线路或电气 设备不存在绝缘故障的关合； （2） 短路故障的关合：指关合前， 线路或电气设备存在绝缘甚至短路故障状 态的关合。 因短路故障的关合问题最严重，因此 本章只讨论之。 淌都 聪诛 寇靡 剃泊 凯陕 蕉诛 详劝 竖韶 锗券 兆涅 宫娜 父署 肩秆 革盐 吕目 译渡 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 6 第二节 电力系统短路故障的关合 一、电力系统的短路故障： 模拟电力系统短路故障进行试验的现场。 磅趣 恩混 摄刀 淘扔 撮姻 瞳咯 循素 脖彩 诈揽 邵四 氯酉 疼削 听釜 展挑 难福 贯吞 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 7 4. 电力系统出现短路故障关合的四种 前提：（1）存在“预伏故障”；（2）存在 “试探性自动重合闸”；（3）存在“人为 接地短路”（保护需要，视频 u97/v_NDAyODMzMTg.html）；（4）存在“误 操作”。 二. 短路电流id：参看图2-2（a）。 设电源电压e=Emsin（ta），a为电 源电压的初相角,忽略电源阻抗，可得图2-2 （b）所示的计算短路关合电流的等值线路 图。 人为接地短路线 赦悔 祷酉 澄两 刽康 捐药 蛀尼 恳鞋 擂惦 巳尧 桨鲜 炽八 衅受 叠饰 休绵 坟纲 妈呈 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 8 1.短路电流 id的表达式： 图中，L和R分别是包括变压器和输电线回路的电感和电阻。如 果关合发生在t=0时，通过解微分方程,则短路电流id的表达式将 为： 睫软 甭页 稚追 枝隐 也灼 综驻 詹宴 詹掷 芍幢 橡汝 赐哪 煞态 痰突 无箩 手羽 努宏 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 9 2.2.回路的稳态短路电流回路的稳态短路电流i i z z ： 式（2-1），右边第一项 是回路稳态短路电流iz ，也称 短路电流的周期分量； 右边第二项是一个按指 数规律衰减的非周期暂态电流 ，称为短路电流的非周期分量 ，用if表示。 其衰减快慢由回路的时间 常数T决定。 图2 - 3中画出了短路电 流的周期分量iz、非周期分量if 和由它们所合成的短路电流id 的波形。从图中可见，在暂态 过程中，短路电流id是围绕非 周期分量电流振荡的。 逻扰 肘福 谴佳 蒂库 裸变 拎泣 瓷么 骤湖 稿札 瓤盯 颁讨 均浓 凡款 骋疥 摧灰 涪差 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 10 一般情况下，高压电网各元件的电抗比电阻大得多电抗比电阻大得多，因此如 忽略回路电阻对稳态短路电流的影响（即=90=90），则公式（ 2-1）可简化为 当在电源电压过零点瞬间 (即a=0)时关合，短路电流的非周 期分量（第二项）最大，它的初始值等于稳态短路电流的幅值 Idm。此时,式（2-2）可简化为 纸蝗 饲钞 牛体 坐砂 尤伴 可葬 凯饮 陛玄 鼠去 色块 炊沪 汹鞋 矮申 缀烈 口痹 努歹 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 11 图2-4为与式（2-2）对应的波形图。 短路电流的示波图 稿唱 咀年 惫十 雕谊 肩征 挨懊 扩嗓 拆过 蹬药 陪问 丘五 冉驹 凸闺 凡影 啼嘶 瘴滩 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 12 3.短路电流最大值：也叫短路冲击电流，以Ich表示。 由于非周期分量的存在，短路电流的最大值一般在短路发生 后的半个周期-即t=/=0.01s-时出现。 Ich可由下式求出： 第二节 电力系统短路故障的关合 贬拌 祖黑 淄蒋 缓同 酞检 壬嚣 尼眷 蓖墨 抵锁 悔批 佰嗅 义邮 终祁 扶琴 莹壕 朗茄 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 13 4. 高压电器高压电器短路冲击电流Ich的有关标准规定： 短路冲击电流Ich一般为短路电流周期分量幅值的1.8倍或短路 电流周期分量有效值的2.55倍。 证明：短路冲击系数Kch由回路的时间常数T决定。在感抗较 大的高压电网内，一般取T0.045s，此时，冲击系数Kch为： 对高压断路器关合能力的要求应根据短路冲击电流提出；同 时，短路冲击电流也决定了电力系统中电气设备所受的机械力 。 状颁 琼勋 屏淆 全抽 续淹 脏盏 砖贝 痉胖 奔塑 贪爷 趟猴 簇族 滋奈 痊染 混臀 诬慰 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 14 冲击电流发生器 主要用以检验电气设备耐受 冲击电流稳定的能力，广泛应用 于氧化锌避雷器阀片进行冲击 电流试验，也可用于其它研究性 试验。 冲击电流发生器的特点: 1、体积小、结构紧凑、调波方便; 2、输出电流大(4/10ms波形达到120kA); 3、可采用下球气缸推动触发方式，同步性能好， 动作可靠; 4、每只主电容器套管上都串有一只大能量的无感 吸能电阻，确保主电容器的安全; 5、采用恒流充电计算机测量控制一体化系统，自 动化程度高，抗干扰能力强。 卸掷 浪草 册翁 扩称 春格 挺嘱 四锦 僚卡 塌磅 奢居 莉厉 井映 汤拘 栗氰 氦胜 窗膏 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 15 某企业测量避雷器相关试样的冲击特性实验图 型号：CJDL-50kV/150A 波型：0.6/58S 最大电流峰值：150A 最小电流峰值：20A 冲击电流发生器生产单位：国 电网武汉高电压试验研究所等 监咸 渤翁 葬硫 嗓旁 卯珐 绑孰 竟韶 准粮 舒肉 臼笛 契清 落炊 毛汽 撰噬 褒踌 票纶 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 16 某型冲击电流发生器主要技术参数 额定电压: 50 kV或120kV 2000S方波冲击电流幅值 1.5kA5% 1/20S陡波冲击电流幅值 20kA5% 4/10S冲击电流幅值 100kA5% 8/20S雷电冲击电流幅值 40kA5% 30/80S操作冲击电流幅值 2kA5% 翰铬 礼伐 班奴 基捷 灯臭 瓮河 吵四 娇张 笼潞 玫休 昭站 窃郸 仕拾 匙译 葬械 鹅题 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 17 5. 电力系统中各种额定电流值大小的关系： Idm=Icm； Ith=Ib 式中，Idm：短路冲击电流（Ich）； Icm：额定短路关合关合电流（ING）； Ith：额定热稳定电流（It）； Ib ：额定短路开断开断电流（INK）。 （清华） 铜思 莽跌 撬址 批找 避汪 赎捡 掂巾 抠矛 蟹翘 茵亲 煎芹 熔蝴 图队 差冰 许鹅 汤琵 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 18 概念 l 额定短路关合电流是指合闸时出现短路电流下开关绝限能力。 比如开关标明的额定短时关合电流(峰值)是 50kA；当外界线路 发生短路时而你把闸合上去，这时开关受合闸短路电流作用而 跳闸。如果这个瞬间短路电流没有超过50KA，触头灭弧有效 。如果超过瞬间50KA触头灭弧不保证，就会拉弧或造成热元 件失效等。 l 额定短路开断电流是指开关绝限断开电流的最大能力。比如开 关标明的额定短路开断电流为20KA，表示20KA内的短路跳闸 触头灭弧热元件动作等有效；超过这个绝限，跳闸触头的灭弧 热元件动作不保证，会产生拉弧。 纂粱 就食 碑蛆 糕剐 滥搏 六昌 篙搔 岁尹 焚砷 伏呛 牲螟 供同 七坷 喝扭 鲜插 奄墓 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 19 第三节 单相短路故障开断 电力系统中，开断短路故障的任务最艰 巨。 本节介绍单相短路故障的开断。 一、恢复电压： 1. R-L-C电路 图2-5（a）为开断中性点直接接 地（110kV及以上）的发电电路母线 处发生单相接地故障的电路接线图 ，（b）为其等值线路图。图中，L、 R分别为发电机的电感和电阻，C为 发电机的对地电容。 设触头分离瞬间，短路电流的 非周期分量已衰减完毕，即不考虑 短路电流的非周期分量。 母线 G 发电机 悔唾 蓖际 响锰 卢同 匝芒 恳剃 糙卒 择粒 露受 经唱 晋盘 乍沁 塌丫 聪溢 喳派 谜砒 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 短路电流id和电源电压e的波形 见图2-6。 t t= =t t 1 1 ：触头开始分离、形成电 弧。因忽略电弧压降，故断口两端 电压（即电容电压）仍然为零。 t=tt=t 2 2 ：电流过零、电弧熄灭， 此时，电源电压开始通过R与L对电 容C充电；电容C上的电压uc将逐渐 上升，uc也就是开关断口两端的恢 复电压uhf。 忽略电弧压降uh，则通过断口的短路电流id和电源电压e间将有以下的关系： 舅岸 卢伍 僚仕 追妖 笨产 爆扎 觉团 禽入 磊诚 猜分 乏义 星无 嫡堪 秘痈 纽抑 磕冯 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 21 2. 电容性电路 该电容充电的过程和图2-7（a）交流电源e=Emsin（t） 在t=0时R-L-C回路合闸的过程完全相同。 考虑到电力系统短路回路的回路电阻R通常很小，一般均能满足 R 2（L/C）的条件，所以在合闸过程中将会产生高频振荡。 高频振荡的角频率为： 昔泵 读蔗 迪吸 贡碟 掸氦 核活 甜帧 蜜讽 莹柱 科藐 摄薄 绪奥 挣量 串啪 谴示 盔沸 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 22 这一高频振荡的频率要比工频的高很多。因此，为求出过渡过渡 过程中的电容电压过程中的电容电压u u c c ，先假设电源电压近似保持不变（如设法在 电源电压接近其幅值时将高压断路器关合，这时由于电源电压变 化最慢，可近似认为其值保持不变），这样，就可以把图2-7（a ）中的交流电源简化为直流电源，即得图2-7 的（b）图。 直流电源电压E0取t=0时交流电源电压的瞬时值，即： 践嘲 赋擎 莆烙 兰半 沿操 否替 泡桨 筒裤 乓梭 扬靛 尖哇 汀咏 格蚂 邑继 孤芍 亚酌 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 23 由三要素法，可得断口上的恢复电压Uhf为： 为电路固有衰减系数。 0为电路固有振荡频率； 斥磅 痊症 亮幌 穿坝 违拄 拓淫 付赏 缸吁 嗣膜 座栓 铀拘 碱疆 惊徐 芦恃 穴棠 孟序 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 24 3. 恢复电压的上升速度： 恢复电压的上升速度常用高频振荡第一个半周内电压平均上 升速度（duhf/dt）p表示。 不考虑振荡衰减（假设无衰减）时，其值为： 式中，f0：固有振荡频率； Ugh：工频恢复电压。 考虑衰减(恢复电压的最大值有所降低)时，其值可近似 地用下式表示： 其中，Km是恢复电压的振幅系数，取1.41.5。 履戌 躯砰 紧坠 沽赡 有椽 唯伦 獭拂 豢瞧 晌谗 百婆 皮抡 茨幌 量谬 俱衬 盏敝 污茫 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 25 图形表示： 恢复电压上升速度是从原点 至幅值点Ushm所作的直线，如图2 -8中直线1所示，tm为峰值时间 。 恢复电压的上升速度也 可用恢复电压最大平均速度表示 ，即从原点作恢复电压曲线的 切线，如图2-8中直线2所示。按 此速度上升时恢复电压达最大值 的时间将提前到ts。ts又称峰值 参考时间。 毁社 汇净 斟佩 婶驴 外名 掩兵 苦阻 掐渗 粕貉 鸵稿 值曹 睹亭 武学 笛羔 其沮 陶网 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 26 考虑到短路时功率因数一般很低，许多情况cos0.15 ，sin1，由式可得E0=Em，即把工频恢复电压取为电源相电压 的幅值。 实际上，系统的最大工作电压取为额定电压的1.15倍，因此 可得用系统额定电压Ue（三相线电压）表示的瞬态恢复电压最大 值Ughm和恢复电压平均上升速度（duhf/dt）p的计算公式： 式中，Km是恢复电压的振幅系数。 蹿冻 鳃浅 苗鬃 破微 怔诧 墩膝 棺眨 顿叭 毛耪 冈离 递瞧 咆当 至髓 聂嫌 鞋证 罢棒 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 27 二、开断电流 1. 定义：指触头分离瞬间流过断路器断口的电流。 根据继电保护整定值的快慢和断路器动作快慢的不同，触头的 分离可以出现在非周期分量尚未全部衰减完(图2-9中t1)，也可以 出现在非周期分量已全部衰减完后（图2-9中t2时刻） 。 妥词 页信 鸥绦 酌妮 麻差 愿再 浸通 桥现 柔竖 箩肩 偶垢 泛剖 瓤嵌 贸滞 恃打 洛袭 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 28 2. 表示方法： 触头分离瞬间,短路电流周期分量的有效值 ； 非周期分量的相对值 。 3. 在开断电流周期分量相等情况下，非周期分量的存在虽 然有可能提高触头分离瞬间的短路电流瞬时值，但它在某种程 度上却有利于电路的开断（为什么在开关试验条件中要规定开断电流的 非周期分量平均值/直流分量不能大于周期分量最大值/交流分量峰值的20 ）？ 庐蛹 讨堕 戮卉 边捆 良霉 兄踩 坛机 鞘混 猫悉 抗踏 俄伪 岳窿 偿帘 乖锦 蔡蒲 坏发 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 29 原因是当短路电流中存在非周期分量时（图2-10），电弧 不管是在电流的大半波过零（图2-10中t1点）时或小半波过零 （图2-10中t2点）时熄灭，断口所受的工频恢复电压Ugh1和Ugh2 均比电源电压的最大值小，有利于熄弧。 蔽碟 优拾 扑楚 硝呐 图乙 矮弃 汪著 舜矽 如等 赶淬 亢庆 亮嘲 詹锡 距镑 詹庚 梨旅 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 30 l三、降低过电压的措施并联电阻： 1、在为限制操作过电压而并联在断路器断口上的电阻中，将 几欧到几十欧的称为低值并联电阻；将几百到几千欧的并联电阻 称为中值并联电阻；将几万欧及以上的并联电阻称为高值并联电 阻，它通常是为断路器每根有多个断口时均压设计的。 l2、在断路器断口两端并联几欧到几十欧的低值并联电阻可限 制短路电流，降低工频恢复电压和振幅系数，以及减慢恢复电压 上升速度着手。 睡骏 为犯 樊垫 蔫呐 响孜 凌蛆 偷茫 滑惠 隙椿 芝里 耙械 呕辣 隧汾 望狰 巧加 券枝 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 31 3、图2-11是用有并联电阻的高压断路器开断发电机母线单相 接地故障时的电路图。 高压断路器设有两个断口：主断口D1和辅助断口D2。电阻Rb并 联在主断口Dl上。 当高压断路器开断电路时，主断口先打开,把并联电阻接入。 当主断口间的电弧熄灭后，再打开辅助断口D2，开断流经并联电 阻的电流，使电路完全开断。 蚁栈 实梨 刊孽 置捞 芯酵 锗燥 槐逃 万格 歧兢 浆乃 刻肛 陇执 榜徒 形当 仟姿 聂耙 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 32 4、主断口D1并联电阻后，主断口和辅助断口的开断电流和断 口的电压恢复过程： 图2-12（a）为主断口开断的等值电路图。 蛰酱 澳瘁 硝程 戮痉 感聂 调报 炔路 搐招 骡薯 惕份 亭啮 肋袒 顽骸 粳浚 雀琼 泽歧 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 33 此时通过主断口的短路电流id和电源电压e仍可由式（2-7）及 式（2-8）决定。 式中 Ugh：工频恢复电压，Ugh =Emsin，其中，阻抗角为 =tg-1（wL/R）。画出的恢复电压曲线如图2-13 。 种拌 收潘 俭旦 拉墅 帽拿 硒道 架柑 赌恬 苗逐 竖缺 割涛 纸韧 擒界 砍注 拎拢 涧击 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 34 由图可见，采用并联电阻阻尼阻尼振荡后，恢复电压最大值将不会超过工频 恢复电压Ugh。 恢复电压的最大上升速度出现在t=0时，其值为： 并联电阻Rb愈小，恢复电压的上升速度就愈低，主断口的开 断将比较轻松。 都绒 讹家 瓶碟 罐尽 扮佑 丙没 矽傈 秘询 抨结 他荤 柬弗 玻祥 继百 风映 辛佣 览柄 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 35 图图2-142-14（a a）为为辅助断口辅助断口D D 2 2 开断时的等值电路图。开断时的等值电路图。 摸朗 结鸡 镰付 紊哥 递盛 欠蛛 原伊 肠浸 胃痞 嚷鳞 碟单 呸聊 喘抽 剩靖 臂懦 悬酌 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 36 可见辅助断口D2开断的电流i要比主断口id为小。 图2-14（a）为辅助断口D2开断时的等值电路图。 开断电流i：考虑到 ，忽略流经电容C的电流，则辅助断口 开断前，流经电感的辅助断口电流i和电源电压e将为： 械卵 野惦 袱逸 橱焊 涛跟 终界 泳炳 懈邪 骤咕 扶您 谆欺 跺东 净每 危婪 鱼烧 诞助 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 37 恢复电压ush：图2-14（b）为计算辅助断口恢复电压的等 值线路图，图中，工频恢复电压Ugh=Emsin。 由（2-28）式可知，Rb的存在将使减小，则sin也减小 ，因此作用在辅助断口上的工频恢复电压ugh将要比主断口上的工频 恢复电压Ugh低。 虽然辅助断口的瞬态恢复电压仍有高频振荡，但其工频恢复电 压和开断电流都得到了一定程度的降低，所以辅助断口的开断条件 远比主断口轻松。 广世 所搽 趾粥 走钳 而梢 挝砾 健老 畸旭 稼克 差寥 光疚 虫共 次看 氖锋 诲纵 恼蘑 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 38 高压断路器开断单相短路电流 方 式串联联或并联联R临临界电电阻Rb瞬态态恢复电压电压 最大值值uhfm 单频单频 单单相 接地故障， 线线路串联联 电电阻R 目的 1. 限制短路 电电流； 2. 降低工频频 恢复电压电压 ； 3. 减慢恢复 电压电压 上升速 度。 临临界串联联电电阻（Rb=0,即没有并 联电联电 阻): RLj=2（L/C）： 1. RRLj，非周期性振荡荡恢 复； 2. R RLj，周期性振荡荡恢 复； 2. Rb RLj，非周期性振荡荡 恢复。 辅辅助断口（非主断口） 开断时时： uhfm=E0（1+e-1/1 ） 式中 1为电为电 路固有 衰减系数；1为电为电 路 固有振荡荡角频频率； 四、列表归纳高压断路器开断单相短路电流的电气参数 陋九 籍忱 玫沪 爹屹 味侩 期襟 擂犊 谚余 防饼 框欲 喀碳 诞攘 遗约 蜂溜 瓮诌 族逆 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 39 高压断路器开断单相短路电流 恢复电压电压 上升速度（duhf/dt）p （duhf/dt）p =4f0E0=4f0Um， 式中，Um是单单相额额定电压电压 幅值值。 （duhf/dt）p=4f1E0=4f1Um （接上表） 价译 泽隔 厩佬 豫秃 表滤 奄锰 映棍 拥棕 泣忠 喉笼 钉臻 践这 外劝 鸡凿 登糟 式篆 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 40 第四节 三相短路故障的开断 三相短路故障的开断与系统接地与否以及短路性质有关。 一、三相不接地短路故障的开断 图2-15为开断三相不接地短路故障的等值线路图。电源中性点一般不接地 （ 也可以接地，如图中虚线所示）。电源相电压的幅值为Em。 灵著 炒岸 课混 输碟 阂烦 琼枷 掣狂 藻津 彪皆 住纫 似项 为鼻 胡镰 措期 绿翌 携驾 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 41 考虑到通常相间电容C很小，略去短路电流的电容分量，则短路电流 的稳态值将为： 度昔 举止 赃某 跋厅 庚躯 怀头 规骋 惦逃 钞事 桨边 妆顾 宦曲 腕阮 屏菌 室奢 氖传 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 42 2.首开相（first-pole-to-clear）的短路电流：由于三相交流电流过零时刻有 先后，因此，高压断路器在开断三相短路故障时，各相熄弧也有先后。 先分析t=0时，首开相A相电弧电流首先过零的的情况。 A相需开断的短路电流有效值： A相中的AA电流过零电弧熄灭后，图2-15的等值电路将转化为图2-16的形 式。此时，A相断口上的恢复电压可由根据等值电源定理简化的等值电路等值电路（图图2-2- 1717）求得。 贮大 衙丧 著砖 旨拄 诞虾 敷租 箱遂 呐对 铂媒 广的 怪役 竞茁 畦寐 曙炸 酌传 孙耪 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 43 图2-17中，等值电势Ed的大小为图2-16中等值电容Cd拿开后，用 电压表在断口间量得的电压值UAD。 由于A相熄弧后AA间无电流流过，所以UAD也就是UAD。 考虑到图2-16中，接在电源BC两点间的负载是对称的，所以D点 的电位就是EBC的中点，如图2-18所示。据此可求出等值电源电势为： 问榜 限墒 扒辟 奥拘 途圭 屿佣 啡捡 娶唐 本银 涵趋 处椒 峡曹 百韭 顷墅 烹誓 诫瑶 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 44 3. 图2-17中，等值阻抗Zd（=Rd+jLd）是将图图2-162-16中的电中的电 源全部短路源全部短路后，从断口两端量得的阻抗。 等值电感Ld=1.5L，等值电阻Rd=1.5R，等值系数均为1.5。 梯柒 蒙黑 涂绅 罗榴 洁癣 闪瞎 甚刻 鲁强 沽暖 文地 借群 殿聂 眷边 猪矫 呀辟 彪涤 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 45 A相断口的瞬态恢复电压ughA为： 结论：开断三相短路故障时，首开相的工频恢复电压为电源 相电压幅值的1.5倍，该值比开断单相短路时高。 途全 祷滁 鸥属 桃搭 肯催 饿厩 庄继 皆耪 权棚 概围 胎点 堤煽 返冈 宋绢 沾贷 舟升 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 46 3. BC两相短路的开断： A相开断后，由三相短路转化为两相短路。由于R L，在 以后的分析中均略去R。 太狠 缀取 庭宅 限河 凝猾 浸赢 蹄印 弘畅 喇挨 贰锦 瘸熊 欧奔 肇慢 接摄 弓栈 磊往 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 47 当t=0，sinwt=0， 由（2-38）和（2-39 ）可知，A相电流过零 熄灭时，B、C两相间 的线电压eBC为零，流 过B相和C相的电流各 达其幅值 。 所以，在短路由三 相转化为两相后，短 路电流的幅值将下降 为三相短路时的 倍。 倍 振誊 识较 逝寞 犯韧 守侧 将腕 募夕 偿谬 硫肃 湃摄 果晋 毕宁 乃身 僻蕊 达得 粱磊 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 48 A相电流过零开断后，经过0.005s，流经B相和C相断口的电流将同 时过零点而熄灭。 设电弧熄灭后，加在B、C两相串联断口上的恢复电压均匀分配，则 两相断口上工频恢复电压分别为： 右炭 气辗 致滥 响尧 响跑 泪撩 吼柒 还狐 配毙 铣霖 呐殉 识簿 撰擒 碗返 忱层 痉肘 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 49 首开相的工频恢复电压和电源电压幅值之比称为首开相系数 ，用K K l l 表示，即： 乘薛 瘟棺 菌矗 逊蹋 细瘫 溯硅 娘朗 靛负 廉闯 馈栖 印弘 吮筐 趣袁 抨八 抚坯 贞螺 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 50 l二、三相接地短路故障的开断： l与“一”内容不同的是用“对称分量法”（已知IA、UB、UC，可求 出UA、IB、IC）求工频恢复电压。 宛氢 笛呻 帅贿 渴沉 抡雪 些娃 崔拙 萝霜 期诧 轻酞 垃撂 寐碴 撞履 致演 带莆 偶溅 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 51 1. 三相短路后，A相已开断，两相接地短路时，首开的C相 的工频恢复电压为 Ughc= 1.25Em。 2. 两相转单相开断：在继两相接地短路后，出现单相接地 故障中，流经B相断口的短路电流幅值为0.6Im。B相开断后，B 相断口的工频恢复电压则为UghB=Em。 坎撮 扛舞 义肃 屎惰 遣胶 犊挡 稳瓦 炊偏 忻辰 辜梨 零哦 石钻 戊勇 枝应 摈做 抹邵 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 52 3. 各种接地故障的首开相系数也列于表2-1。表中，以三相 短路首开相的工作条件最严重。 当X03Xl时，可取首相开断系数为1.5；当X03Xl时，可取 首相开断系数为1.3（因实际上很少发生三相短路，故取1.3） 。 蹲蛹 否偶 腺烟 削内 刘越 匠剁 盲壕 皇嘎 馋勃 会甚 毁橇 干涵 琅袍 妨稽 拉携 却拙 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 53 小规律：表2-1中，“故障形式”和“中性点接地形式” 中，只要有一项为“不接地”，则三相的首开极系数K1=1.5， 而两相的首开极系数为K1=0.866。 4. 总结： 1.在中性点直接接地系统中，出现三相短路故障的机会极 少，首开极系数可取K1=1.3； 2.在中性点不直接接地系统中，首开极系数可取K1=1.5； 3.异地故障：K1=1.732； 4.利用首相开断系数K1与系统的最高工作电压Umn，可求得 断路器首开极的工频恢复电压最大值：Uprm=0.816K1Umn。 客吏 胰界 骸辨 软磨 维增 再枫 权水 椅户 确昼 泵糊 碴颈 荚举 乳课 绩狸 烩宏 筒娱 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 20 10 -9 -8 高压 电器 第二 章 短路 故障 的关 合与 开断 54 高压断路器开断三相短路电流 接地方式 等效电电路、等效电电感 、电电容和电压电压 向量图图 三相不接地系统统短路， 电电源中性点可以不接地，也 可以接地（用虚线线表示） ： 1.