《工廠供電》試題庫(第三章)

第3章 短路電流計算二、判斷題1、單相短路電流只用于單相短路保護(hù)整定及單相短路熱穩(wěn)定度的校驗。（ ）答案：2、短路電流的周期分量就是短路穩(wěn)態(tài)電流。（ ）答案：3、短路次暫態(tài)電流I是一個瞬時值（ ）答案：4、當(dāng)發(fā)生三相短路時電力系統(tǒng)變電所饋電母線上的電壓基本保護(hù)不變。（ ）答案：5、三、選擇題1、當(dāng)發(fā)生三相短路時，導(dǎo)體中所承受的電動力 。A）兩邊相最大B）中間相最大C）三相均勻D）不能確定答案：B2、主要用于選擇電氣設(shè)備和導(dǎo)體的短路穩(wěn)定度校驗的短路電流是 。A）三相短路電流B）兩相短路電流C）單相短路電流D）不能確定答案：A3、主要用于相間保護(hù)的靈敏度校驗的短路電流是 。A）三相短路電流B）兩相短路電流C）單相短路電流D）不能確定答案：B4、下列哪一個電力系統(tǒng)不能視為無限大容量系統(tǒng)？ A）電力系統(tǒng)的電源總阻抗不超過短路總阻抗的510%B）電力系統(tǒng)的電源總阻抗不超過短路總阻抗的10%C）電力系統(tǒng)容量低于供電系統(tǒng)容量50倍時D）電力系統(tǒng)容量超過供電系統(tǒng)容量50倍時答案：C5、下列哪一個設(shè)備的阻抗在短路計算時不會考慮的？ A）電力系統(tǒng)B）電力設(shè)備C）電力輸送線D）開關(guān)設(shè)備答案：D四、名詞解釋1、短路答：短路就是指不同的電位的導(dǎo)電部分包括導(dǎo)電部分對地之間的低阻性短接。2、無限大容量電力系統(tǒng)答：無限大容量的電力系統(tǒng)，是指供電容量相對于用戶供電系統(tǒng)容量大得多的電力系統(tǒng)。3、短路沖擊電流ish答：短路后經(jīng)半個周期，ik達(dá)到最大植，此時的短路全電流即短路周期電流。4、短路次暫態(tài)電流I答：短路次暫態(tài)電流有效值，即短路后第一個周期的短路電流周期分量ip的有效值。5、短路穩(wěn)態(tài)電流I答：短路穩(wěn)態(tài)電流I是短路電流非周期分量衰減完畢以后的短路全電流。6、短路電流的電動力效應(yīng)答：短路電流的電動力效應(yīng)是當(dāng)電路短路時，短路沖擊電流流過導(dǎo)體瞬間，導(dǎo)線間相互電磁作用產(chǎn)生的力。7、短路電流的熱效應(yīng)答：供配電系統(tǒng)發(fā)生短路時，短路電流非常大。短路電流通過導(dǎo)體或電氣設(shè)備，會產(chǎn)生很高的溫度，稱為熱效應(yīng)。8、假想時間tima答：由于通過導(dǎo)體的短路電流實際上不是I，因此假定一個時間，在此時間內(nèi)，設(shè)導(dǎo)體通過I所產(chǎn)生的熱量，恰好與實際短路電流ik或ik(t)在實際短路時間tK內(nèi)所產(chǎn)生的熱量相等。這一假定的時間稱為短路發(fā)熱的假想時間tima。四、問答題1、短路故障產(chǎn)生的原因有哪些？短路對電力系統(tǒng)有哪些危害？答：短路的原因：絕緣損壞、過電壓、外力損傷、違反操作規(guī)程、動物造成等。短路對電力系統(tǒng)的危害：產(chǎn)生很大的電動力、很高溫度、元器件損壞；電壓驟停、影響電氣設(shè)備正常運(yùn)行；停電、電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性遭到破壞；不平衡電流、不平衡逆變磁場、電磁干擾等出現(xiàn)。2、短路有哪些形式？哪種短路形式的可能性最大？哪些短路形式的危害最為嚴(yán)重？答：短路的形式有：三相短路，兩相短路，單相短路。發(fā)生單相短路可能性最大。三相短路的短路電流最大，因此造成的危害最大。3、無限大容量的電力系統(tǒng)有什么特點(diǎn)？在無限大容量系統(tǒng)中發(fā)生短路時，短路電流將如何變化？能否突然增大？答：無限大容量的電力系統(tǒng)的特點(diǎn)是，當(dāng)用戶供電系統(tǒng)的負(fù)荷變動甚至發(fā)生短路時，電力系統(tǒng)變電所饋電母線上的電壓能基本維持不變。在無限大容量系統(tǒng)中發(fā)生短路時，由于負(fù)荷阻抗和部分線路阻抗被短路，所以電路電流根據(jù)歐姆定律要突然增大。但是由于電路中存在著電感，電流不能突變，因而引起一個過度過程，即短路暫態(tài)過程。最后短路電流達(dá)到一個新的穩(wěn)定狀態(tài)。4、短路電流周期分量和非周期分量各是如何產(chǎn)生的？各符合什么定律？答：短路電流周期分量是因短路后電路阻抗突然減小很多倍，而按歐姆定律應(yīng)突然增大很多倍的電流。短路電流非周期分量是因短路電路存在電感，而按楞次定律產(chǎn)生的用以維持初瞬間電路電流不致突變的一個反向抵消inp且按指數(shù)函數(shù)規(guī)律衰減的電流。 5、什么叫短路計算電壓？它與線路額定電壓有什么關(guān)系？答：由于線路首端短路時其短路最為嚴(yán)重，因此按線路首端電壓考慮，即短路計算電壓取為比線路額定電壓UN高5%。6、電動機(jī)對短路電流有什么影響？答：供配電系統(tǒng)發(fā)生短路時，從電源到短路點(diǎn)的系統(tǒng)電壓下降，嚴(yán)重時短路點(diǎn)的電壓可降為零。接在短路點(diǎn)附近運(yùn)行的電動機(jī)的反電勢可能大于電動機(jī)所在處系統(tǒng)的殘壓，此時電動機(jī)將和發(fā)動機(jī)一樣，向短路點(diǎn)饋送短路電流，同時電動機(jī)迅速受到制動，它所提供的短路電流很快衰減。7、產(chǎn)生最嚴(yán)重三相短路電流的條件是什么？答：（1）短路前電路空載或cos=1；（2）短路瞬間電壓過零，t=0時a=0度或180度；（3）短路回路純電感，即k=90度。8、在無限大容量系統(tǒng)中，兩相短路電流和單相短路電流各與三相短路電流有什么關(guān)系？ 答： （有正序、負(fù)序、零序阻抗）工程中 8、對一般開關(guān)電器，其短路動穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度校驗的條件各是什么？ 答：動穩(wěn)定度校驗條件： 熱穩(wěn)定度校驗條件： 五、計算題1、某工廠供電系統(tǒng)如下圖所示。已知電力系統(tǒng)出口斷路器為SNl010 II型。試求工廠變電所高壓10kV母線上k-1點(diǎn)短路和低壓380V母線上k-2點(diǎn)短路的三相短路電流和短路容量。解：1.求k-1點(diǎn)的三相短路電流和短路容量(=10.5kV)(1)計算短路電路中各元件的電抗及總電抗1)電力系統(tǒng)的電抗：由附錄表8查得SNl0-10型斷路器的斷流容量=500MVA，2)架空線路的電抗：查表3-1得X0=0.35/km3）繪k-1點(diǎn)短路的等效電路，并計算其總電抗為 (2)計算三相短路電流和短路容量1)三相短路電流周期分量有效值2)三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流3)三相短路沖擊電流及第一個周期短路全電流有效值4)三相短路容量2.求k-2點(diǎn)的短路電流和短路容量(=0.4kV)1)電力系統(tǒng)的電抗2)架空線路的電抗 3)電力變壓器的電抗：由附錄表5得=5 4)繪k-2點(diǎn)短路的等效電路如上圖b所示，并計算其總電抗：/(2)計算三相短路電流和短路容量1)三相短路電流周期分量有效值2)三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流3)三相短路沖擊電流及第一個周期短路全電流有效值4)三相短路容量在工程設(shè)計說明書中，往往只列短路計算表，如下表所示。短路計算表短路計算點(diǎn)三相短路電流kA三相短路容量MVAk-13.083.083.087.854.6556.Ok-233.733.733.762.036.723.32、某工廠供電系統(tǒng)如下圖所示。電力系統(tǒng)出口斷路器為SNl010 II型。試用標(biāo)幺制法計算系統(tǒng)中k-1點(diǎn)和k-2點(diǎn)的三相短路電流和短路容量。解：1.確定基準(zhǔn)值， 2.計算短路電路中各主要元件的電抗標(biāo)幺值(1)電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值由附錄表8查得 (2)架空線路的電抗標(biāo)幺值由表3-1查得3)電力變壓器的電抗標(biāo)幺值由附錄表5查得，=5 繪短路等效電路圖如下圖所示：3.計算k-1點(diǎn)的短路電路總電抗標(biāo)幺值及三相短路電流和短路容量(1)總電抗標(biāo)幺值 (2)三相短路電流周期分量有效值(3)其他三相短路電流 (4)三相短路容量 4.計算k-2點(diǎn)的短路電路總電抗標(biāo)幺值及三相短路電流和短路容量(1)總電抗標(biāo)幺值 (2)三相短路電流周期分量有效值 (3)其他三相短路電流 (4)三相短路容量 由此可見，采用標(biāo)幺制法的計算結(jié)果與歐姆法計算的結(jié)果基本相同。3、已知工廠變電所380V側(cè)母線上接有250kW感應(yīng)電動機(jī)一臺，平均，效率=0.75，380V母線的短路電流；該母線采用LMY-10010的硬鋁母線，水平平放，檔距為900mm，檔數(shù)大于2，相鄰兩相母線的軸線距離為160mm。試求該母線三相短路時所受的最大電動力，并校驗其動穩(wěn)定度。如果此母線的短路保護(hù)動作時間為0.6s，低壓斷路器的斷路時間為0.1s。該母線正常運(yùn)行時最高溫度為。校驗其熱穩(wěn)定度。解：1.計算母線短路時所受的最大電動力電動機(jī)額定電流為由于，該電動機(jī)的反饋電流沖擊值為 因此母線在三相短路時所受的最大電動力為 2.校驗?zāi)妇€短路時的動穩(wěn)定度 母線在作用時的彎曲力矩為 母線的截面系數(shù)為 母線在三相短路時所受到的計算應(yīng)力為 硬鋁母線(LMY)的允許應(yīng)力為 由此可見該母線滿足短路動穩(wěn)定度的要求。3.母線滿足短路熱穩(wěn)定度的最小允許截面附錄表7，圖3-12曲線得 =母線截面為A=10010=1000，該母線滿足短路熱穩(wěn)定度要求。4、某供電系統(tǒng)如下圖所示，電源容量為無限大。其余各元件參數(shù)如下：線路為架空線，線路電纜，=10km，=15km，=1km，變壓器參數(shù)相同，=10000kVA，=7.5；電抗器參數(shù)相同，=6kV，=500A，=3。求： 1點(diǎn)的短路參數(shù)(); 2點(diǎn)發(fā)生三相短路對兩段6kV母線上的殘壓和。解：該題供電系統(tǒng)比較簡單，供電電壓等級只有35kV、6kV兩種，敵可用絕對值法進(jìn)行計算。首先，算出各元件的電抗，然后根據(jù)各點(diǎn)的等效計算圖計算其短路回路總阻抗，最后就可以據(jù)公式算出題意所求的各短路參數(shù)。母線殘壓的計算關(guān)鍵是求出由該母線流向短路點(diǎn)的短路電流，。再乘以倍的母線至短路點(diǎn)的總電抗即可。本題可按以下三步求解。1各元件電抗的計算；2各點(diǎn)等效計算圖與短路參數(shù)的計算；3求點(diǎn)短路時兩段6kV母線上的殘壓、。 1各元件電抗的計算 1) 系統(tǒng)電抗 2) 架空線電抗 取架空線每km電抗值，則 3) 電源、架空線的等效電抗及其折算到變壓器6kV側(cè)的等效電抗 4) 變壓器電抗 由于變壓器只通過6kV側(cè)的短路電流，故只須計算其折算到6kV的電抗。 5) 電抗器電抗 6) 電纜電抗 取6kV電纜每km電抗，則 2. 各點(diǎn)短路的等效計算圖與短路參數(shù)的計算 1）點(diǎn)短路時，總電抗故得 2）點(diǎn)短路時，其等效計算圖如下圖所示。回路總電抗 故得 3）點(diǎn)短路時，其等效計算圖如下圖所示。 回路總電抗 故得 3求點(diǎn)短路時的母線殘壓和由圖K2短路點(diǎn)圖可知，支路電流 所以 5、在圖3-2所示的供電系統(tǒng)中，設(shè)在點(diǎn)短路時電源6.3KV母線電壓能維持不變。若要求點(diǎn)的短路沖擊電流不得超過40KA，求允許并聯(lián)的電纜根數(shù)是多少？各線路參數(shù)相同，即電抗器：，；電纜： 。解：題目限定短路時6.3KV母線電壓不變，即表示是無限大電源系統(tǒng)。由于要求沖擊電流不得超過40KA，故對沖擊電流應(yīng)用較精確的計算公式，因而還要算出短路回路的時間常數(shù)。本題可按以下四步求解。 1.計算一條線路的阻抗； 2.計算及； 3.計算三相短路電流允許值； 4.計算容許關(guān)聯(lián)的線路數(shù)N。 解 1計算一條線路的阻抗 電抗器電抗 電纜的電阻與電抗 一條線路的電阻、電抗及阻抗 2計算及 式中線路電感。 應(yīng)該指出，對于多路相同參數(shù)的線路并聯(lián)，其并聯(lián)路數(shù)并不影響值的大小。 沖擊系數(shù) 3計算三相短路電流允許值 4算容許關(guān)聯(lián)的線路數(shù)N 對于點(diǎn)的最小容許阻抗為 故得 6、某供電系統(tǒng)，已知系統(tǒng)出口高壓斷路器為SN10-10II型，SOC=500MVA，。到工廠架空線路3KM，線路電抗X0=0.4（/km），工廠變電所裝有兩臺750KVA變壓器并聯(lián)運(yùn)行，UK=4%，試求工廠變電所高壓10KV母線K-1點(diǎn)短路和380V母線上K-2點(diǎn)短路的三相短路電流和短路容量。解：1.求K-1點(diǎn)的三相短路電流和短路容量（Uc1=10.5KV）（1） 計算短路電路中各元件的電抗及總電抗。1） 電力系統(tǒng)的電抗：SN10-10型斷路器的斷路容量SOC=500MVA，則：0.222） 架空線路的電抗：已知X0=0.4（/km）則：X2=X0L=0.4（/km） 3km=1.23） 其總電抗：X（K-1）=X1+X2=0.22+1.2=1.42（2） 計算三相短路電流和短路容量1） 三相短路電流周期分量有效值IK-1（3）=4.27KA2） 三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流 I（3）=IOC（3）=IK-1（3）=4.27KA 3）三相短路沖擊電流及第一個周期短路全電流有效值 iSh（3）=2.55 I（3）=2.554.27KA=10.89KA ISh（3）=1.51 I（3）=1.514.27KA=6.45KA 4）三相短路容量 SK-1（3）=10.5KV4.27KA=77.6MVA2. 求K-2點(diǎn)的短路電流和短路容量（UC2=0.4KV）（1） 計算短路電路中個元件的電抗及總阻抗1） 電力系統(tǒng)的電抗 X1，=3.2 10-42） 架空線路的電抗 X2=X0L（）2=0.4（/km） 3km（）2=2.910-33） 電力變壓器的電抗 X3=X4=8.5 10-6K=8.5 10-34） 計算總電抗 X（K-2）=X1+X2+=3.2 10-4+2.910-3+=7.4710-3（2） 計算三相短路電流和短路容量1）三相短路電流周期分量有效值 IK-2（3）=30.92KA 2）三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流I“（3）=IOC（3）=IK-2（3）=30.92KA3）三相短路沖擊電流及第一個周期短路全電流有效值 iSh（3）=2.55 I（3）=2.5530.92KA=78.85KA ISh（3）=1.51 I（3）=1.5130.92KA=46.69KA 4）三相短路容量 SK-1（3）=0.4KV30.92KA=21.42MVA7、試求下圖所示無限大容量系統(tǒng)中K點(diǎn)發(fā)生三相短路電流,沖擊短路電流和短路容量,以及變壓器2T一次流過的短路電流.各元件參數(shù)如下：變壓器1T：SN=31.5MVA，UK%=10.5，10.5/121KV;變壓器2T，3T：SN=15MVA，UK%=10.5，110/6.6KV;線路1WL，2WL：L=100KM，X=0.4O/KM電抗器L：UNL=6KV，INL=1.5KA，XNL%=8.解：(1)由圖所示的短路電流計算系統(tǒng)圖畫出短路電流計算等校電路圖，如圖所示。由斷路器斷流容量估算系統(tǒng)電抗，用X表示：(2)取基準(zhǔn)容量Sd=100MVA，基準(zhǔn)電壓UD=UAV，基準(zhǔn)電壓是Ud1=121KV，Ud2=6.6KV，Ud3=6.6KV，則各元件電抗標(biāo)夭值為變壓器1T X1=(Uk%/100)*(Sd/Sn)=(10.5/100)*(100/31.5)=0.333線路W1，W2 X2=X3=X0*L1*Sd/Ud/Ud=0.4*100*100/6.6/6.6=91.827變壓器2T，3T X4=X5=Uk%*Sd/100/Sn=10.5*100/100/15=0.7 電抗器：X6=Xl%*Uln*Sd/100/1.732/Iln/Ud/Ud=8*6*100/100/1.732/1.5/6.6/6.6=0.424當(dāng)K點(diǎn)發(fā)生三相短路時： 一 短路回路總阻抗標(biāo)夭值 Xk=X1+(X2+X4+X6)/(X3+X5)=0.333+(91.827+0.7+0.424)/(91.827+0.7)=0.355 二 K點(diǎn)所在電壓基準(zhǔn)電流 Id=Sd/1.732/