说说短路
建议看一句话经典语录。例:
1、你若安好,便是晴天。
2、人生没有彩排,每一天都是现场直播。
3、怕爹是孝顺,怕老婆是爱情。
4、我们走得太快,灵魂都跟不上了。
5、世界上唯一不变的,就是一切都在变。
6、人生就像一杯茶,不会苦一辈子,但总会苦一阵子。
7、人生如果错了方向,停止就是进步。
8、理想很丰满,现实很骨感。
9、男人一有钱就变坏,女人一边坏就有钱。
10、择一城终老,遇一人白首。
11、低头要有勇气,抬头要有底气。
12、忍无可忍,就重新再忍。
13、愿得一人心,白首不分离。
14、一个人炫耀什么,说明内心缺少什么。
15、试金可以用火,试女人可以用金,试男人可以用女人。
16、时间就像一张网,你撒在哪里,你的收获就在哪里。
17、学习要加,骄傲要减,机会要乘,懒惰要除。
18、攀比是产生烦恼的根源。
19、天下有钱人终成眷属。
20、过去酒逢知已千杯少,现在酒逢千杯知已少。
21、生气是拿别人的错误惩罚自己。
22、把事情变复杂很简单,把事情变简单很复杂。
23、爱情永远比婚姻圣洁,婚姻永远比爱情实惠。
24、叹气是最浪费时间的事情,哭泣是最浪费力气的行径。
25、怀才就象怀孕,时间久了会让人看出来。
26、世界上最远的距离,不是爱,不是恨,而是熟悉的人,渐渐变得陌生。
27、看别人不顺眼,是自己修养不够。
28、没有比脚更远的路,没有比人更高的山!
29、谈恋爱就像剥洋葱,总有一层会让你流泪。
30、人生两大悲剧:一是万念俱灰,一是踌躇满志。
31、人生和爱情一样,错过了爱情就错过了人生。
32、如果你简单,这个世界就对你简单。
33、微小的幸福就在身边,容易满足就是天堂。
34、当大部分人都在关注你飞的高不高时,只有少部分人关心你飞的累不累,这就是友情。
35、机会像个顽皮的孩子,在人生道路的某个路口与你捉迷藏。
36、敌人变成战友多半是为了生存,战友变成敌人多半是为了金钱。
37、任何人都可以变得狠毒,只要你尝试过嫉妒。
38、人之所以活得累,是因为放不下架子,撕不开面子,解不开情节。
39、成熟不是心变老,而是眼泪在眼里打转却还保持微笑。
40、你永远看不见我眼里的泪,因为你不在时我才会哭泣。
41、把一切平凡的事做好即不平凡,把一切简单的事做好即不简单。
42、探索的旅程不在于发现新大陆,而在于培养新视角。
43、成功有个副作用,就是以为过去的做法同样适应于将来。
44、不是人人都能活的低调,可以低调的基础是随时都能高调。
45、同样的一瓶饮料,便利店里2块钱,五星饭店里60块,很多的时候,一个人的价值取决于所在的位置。
46、真心等你的人,他总会真心等下去,不愿意等你的人,总是一转身就牵了别人的手。
47、爱情就像攥在手里的沙子,攥的越紧,流失的越快。
48、有人能让你痛苦,说明你的修行还不够。
49、让未来到来,让过去过去。
50、有时候,不是对方不在乎你,而是你把对方看的太重。
每个人都有一片海,自己不扬帆,没人帮你启航,久了就是一片死海。每个人心中都有一个梦,自己不去实现,没人替你绽放,久了心中就没了寄托。每个人心中都有一朵花,自己不浇水,没人帮你芳香,久了心中就会充满荒凉。所以,每天从自己的心开始,面向阳光,笑对人生!
不要过份在意一些人,过份在乎一些事,顺其自然,以最佳的心态面对。每个人的性格中,都有某些无法让人接受的部分,再美好的人也一样。所以不要苛求别人,不要埋怨自己。玫瑰有刺,因为是玫瑰。
建议看一句话经典语录。例:
1、你若安好,便是晴天。
2、人生没有彩排,每一天都是现场直播。
3、怕爹是孝顺,怕老婆是爱情。
4、我们走得太快,灵魂都跟不上了。
5、世界上唯一不变的,就是一切都在变。
当你达到了自己梦想的目标以后,希望你能够谦卑,牢记不论穷富、敌友,我们都属于人类,有钱并不会让你比别人高贵。切记,你自己也是人类的一员。
奔跑吧,少年
不管是什么品牌的滚筒洗衣机不转的原因有以下几种,我们一起进行分析吧! 洗衣机电机有运转声而滚筒不转故障分析 出现这种故障时,首先应检查一下是否洗涤物放置过多,而使滚筒的负荷过重,若是,则只需拿出一部分洗涤物即可正常工作。 其次,检查一下电压是否正常,因电压太低会使电机的输出扭矩达不到规定值,而不能带动滚筒运转,若是,则应暂停使用或用升压 器把电压调整到正常值。 排除上述可能性后,可以按以下顺序检查:首先,用螺丝刀把 洗衣机后盖板上的紧固螺钉旋下,拆下后盖板,便可以看到洗衣机的传动部分,检查三角皮带是否由于长期使用造成严重磨损或田其他原因而松脱,起不到传递扭矩的作用,若是,则需要更换新的三角皮带,或者调整电机位置,使三角皮带松紧适宜。 其次9检查 电容器是否正常,因为电容器的短路、断路、接地及老化都会使电机不能正常地启动运转,若电容器已不能正常使用,则须更换新的相同的电容器,电机就会正常地启动运转。最后,检查电机是否正常,特别是电机的启动绕组会不会已断路,而造成不能正常启动,若是不正常,则需维修或更换新的电机。
早上收到CNABB(ABB中国)同事发来的求答帖子。她说:期望能以中学的知识水平来回答这个问题。因为许多客户的物理水平不高,甚至还有不同专业的人员,大家都期望能了解短路有什么意义?开关电器与短路过程有何种关系?
从题主的本意看,他只是想知道负载的电源侧被短路的线路解释而已,根本就没有想到短路过程,显然同事的提问已经远远超出了题主的本意。
既然是同事提问,我就回答吧。
首先,我们来回答题主的问题:
将用电设备的两个电源接线用导线连接起来,就是短路。当然不是一边一个。
题主的问题回答完了,我们来回答主题。不过,这里的内容基本上是摘自我写的书稿《你所不知道的电气知识——电气世界漫游》。
我们这就开始。
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首先,我们来建立几个基本概念。
短路研究,如果只是拿个电池来摆弄,是毫无意义的。只有从配电电路的研究中才能看到短路的真正意义,以及短路电流对电器的影响。
既然是配电电路,那么它的电流就很大。在这里,用多少安来作为电流单位似乎不够,所以我们要用多少千安(kA)来作为单位。
其次,电源也要理解为电力变压器。事实上,我们日常所用的电绝大部分情况下都是来自电力变压器,而不是直接来自发电机。明白这一点很重要,它是我们理解配电系统短路现象的一条主线。
第一个概念:什么叫做配电电路
我们看图1:
(1)在图1的左上角我们看到了电力变压器T,它是低压配电网的电源,是电能的提供者。
在电力变压器T的左侧,我们看到了一些符号说明,其中Sn=1000kVA表示此电力变压器的容量是1000千伏安,Un=0.4kV表示此电力变压器低压侧绕组的额定线电压是400V,In=1443A表示此电力变压器的额定电流是1443A。
(2)低压配电网的三级配电系统
电能来自于电力变压器的一个点,而用电的地方却有几十处到几百上千处。所以,配电系统属于从一个点向多点散发状排列的系统。
一般地,配电按三级来安排。
第一级配电系统位于主配电室,它由主进线回路的断路器、主母线和若干馈电回路断路器共同构成。
第二级配电系统位于类似车间、大楼楼层或者某分配电室内,它也是由主进线断路器、主母线和若干馈电断路器共同构成。
第三级配电系统一般位于某个用电工位,或者某具体楼层,或者我们的家里。与一级配电系统和二级配电系统类似,第三级配电系统亦由主进线断路器、主母线和馈电断路器共同构成。
各级配电之间通过电缆连接。
第二个概念:导线都是有电阻的,不可忽略
在中学里学习电路时,由于电流很小,我们都认为导线是没有电阻的。但在配电系统中电流很大,导线电阻引起的发热不可避免。
因此,从现在开始,我们要明确:连接导线和电缆都是有电阻的。
第三个概念:对短路的认识
我们首先来看看中学阶段对短路的认识。我们看图2:
在图2中,电阻r是电源内阻和线路电阻之和,电流I是运行电流。我们看到,负载R两端的电压U为:
,式1
式1中,K是线路电阻与负载侧电阻之比。
我们看到,当我们将电阻为零的短路线把负载电阻R的两端短路后,电流直接从短路线流过,此时的K值为无穷大,于是负载所在的电路电压U=0。
我们看图3:
图3中,我们把左侧的电源换成交流电源,与图2类似,我们也用一根短路线把负载R短路,由于此时的K值趋于无穷大,所以负载侧的电压U=0。
注意到此时的电流是短路电流Ik。
我们看图3的右图,图中某处发生了短路事故。问题是:此处发生短路后,是否会引起全系统低电压?甚至变成电压为零?若确实如此,则短路故障被扩大化了。
也就是说:配电网对于短路事故所采取的措施是与中学生所认识到的措施是不一样的。
不一样之处为:
(1)无限大容量配电网的概念和K值
我们再看图3左侧的短路图。
如果期望即使在发生短路时,系统电压也和正常时差不多,做到短路前后U基本不变,则必须让线路电阻r远远小于负载侧短路线的电阻。
我们来设想,若短路线的电阻为Rx,而r=Rx/50,也即 ,我们把K值代入到式1中,看看有什么结果:
我们发现,若实际的线路电阻仅为短路点等效电阻的1/50,则短路前后系统电压基本不变。我们把具有这种性能的配电网叫做无限大容量配电网。
中压配电网(6kV到110kV)和高压配电网(110kV)以上的配电网是无限大容量配电网,低压配电网(0.4/0.23kV和0.38/0.22kV)配电网是有限容量配电网。
低压配电网在短路瞬间电压基本不变,之后则会下降。若线路对短路未作保护,则短路后在变压器的电源侧电压会降至额定电压的一半,而在线路侧和用户侧电压会降至额定电压的0.15倍。
显见,这里与中学生对短路现象的理解有本质的不同。
如此规定无限大容量配电网的意义何在?很简单,配电网某个系统发生短路及对应的保护操作时,它不会影响到同一个电网中其它系统的运行。例如某个小区配电室发生了短路事故,但相邻的小区甚至未能觉察到。这样一来,就避免了事故扩大化。
也因此,K值是区分无限大能量系统的重要参数。
(2)短路点的等效电阻比系统正常供电时的等效电阻要小很多,所以短路电流比正常运行电流要大很多
这一点实际情况与中学知识完全一致。
需要注意到的是:短路电流的最大值与电力变压器的容量和规格有关。变压器容量确定了,那么短路电流的最大值也是确定的。
在我的书《低压成套开关设备的原理及其控制技术》的表1-15可见变压器容量与短路电流的关系,见图4:
注意这里短路电流用的单位是千安(kA)。
需要注意的是短路点发生地点与短路电流大小关系密切。我们来看图5:
系统中的短路电流规模取决于配电系统的级别和系统参数。对于下级配电系统来说,电缆或者导电排规格和长度起到决定作用。
图5中,短路电流最大之处在短路点A,发生在此处的短路电流就是最大短路电流。
短路点B比A点要小一些,因为它们之间隔着母线槽。尽管母线槽导体的截面很粗,例如图示各相导体可用截面为60毫米X10毫米的铜排制成,但前面已经说过,导体是有电阻的,当发生短路事故时,导体电阻会起到限制短路电流的作用。
同理,短路点C的短路电流比A点和B点要低,一般按0.7到1倍A点短路电流值来计算。
在图5中,短路电流最小之处在短路点G,一般可按10kA短路电流规模来选配断路器等线路保护元件。
由于线路中各处的短路电流不尽相同,所以上下级断路器之间的线路保护配合关系就十分重要,需要仔细斟酌选取元件参数。同时,选配电缆时也必须进行短路电流热冲击的耐受能力校核。
(3)电力变压器绕组感性对短路电流的影响
不管是电力变压器也好,是发电机也好,它们都存在线圈绕组,也因此当发生短路时,由楞次定律,系统中必然会出现反向电动势。
在中学的物理课程中,变压器绕组的反向电动势在发生短路时会对短路电流起到何种作用,完全未提及。
我们还是从我的书《老帕讲低压电器技术》中的一幅图来讲起吧,见图6:
常看我写的帖子的人对这张图肯定十分熟悉,因为它经常出现。由此可见此图的重要性。
(4)我们先看图6的左侧灰色部分,这就是电路处于正常运行时的电压和电流波形图。我们看到电压与电流波形的零点不重合,说明系统中存在感性负载。
(5)在t=0时刻,发生了短路。
我们先看电压U的曲线,它未发生任何变化。由此前讨论可知,图6所对应的是无限大容量配电网。
我们再看电流,我们发现电流发生了巨变,电流值极大地增加。
注意到图中有两个电流,一个是短路电流交流分量Ip,另一个是短路电流直流分量Ig。
Ip产生的原因就是短路点电阻相对负载电阻减小了,而电压又不变,因而产生的短路电流。
Ig产生的原因就是变压器绕组的反向电动势。当电流因为短路电流周期分量发生剧变时,变压器的绕组电感反向电动势为 ,我们看到它与电流对时间的改变量有关。因为反向电动势仅在电流发生剧变时产生,产生后对应的直流分量Ig连同反向电动势一起逐渐衰减。见图中红色的部分。
注意到短路电流的交流分量和直流分量相互叠加,于是短路电流的周期分量的第一个峰值被提高,由此出现了冲击短路电流峰值Ipk。
按常规参数计算,冲击短路电流峰值Ipk出现的时间是在短路后10毫秒时。
冲击短路电流和短路电流稳态值有何意义?
我们知道,短路电流会对导体产生巨大的电动力冲击,会对导体产生强烈的发热。前者使得线路机械结构受损,甚至造成系统解体;后者则使得导体系统的绝缘破坏,机械强度下降,严重时造成导体材料熔融变形。
我来举个例子:
设图1的一级配电系统所用的主母线是40X10的铜排,它的宽度是40毫米,厚度是10毫米,长度假定是10米。铜排断面竖直安装,铜排的中心距是40毫米。见图7。
由比奥萨法尔定律我们得到下式:
式中,F是母线间的电动力(N),I是电流,L是母线长度,d是母线中心距,Kc是截面系数。查阅相关图表,得知这里的截面系数Kc=1.15。
我们把两种不同的电流代入上式,看看有什么结果:
我们已经知道,1000kVA变压器的额定运行电流是1443A,我们有:
我们还知道,1000kVA变压器的冲击短路电流峰值为50.51kA,我们来计算:
很惊人的数字!说明短路电流的电动力是多么巨大。
再看母线的发热。母线的发热计算公式如下:
这个公式比较复杂,具体参数我不仔细介绍,只讲几个有关的参数:
是母线的最高温度, 当然就是环境温度啦;Ik是最终短路电流,也就是Ip;tk是短路电流作用的时间,我们取值为1秒,C是铜排的比热容、 是铜排密度、 是铜的电阻温度系数, 是铜的电阻率,S是铜排断面截面积,并设环境温度为40度。我们把1000kVA变压器的短路电流周期分量Ip=24.5kA代入公式,得到:
我们看到此铜排流过短路电流1秒钟后,温度升高到61.4度,还在容许范围之内。可见短路电流对铜排的作用主要是短路电动力。
(6)如果线路未对短路线路执行保护,则当短路电流直流分量消失后,系统中只剩下短路电流的交流分量。我们说,此时配电网进入到深层短路状态。
(7)短路电流稳态值(周期分量)与冲击短路电流的关系
我们从以上描述中能看到,短路电流稳态值的重要性,事实上在计算短路电流,绝大多数情况下我们都是用短路电流稳态值来计算的。但我们还看到,短路电动力是用冲击短路电流峰值来计算的。问题来了,这两者之间有何种关系
国家标准已经为我们建立好关系了。事实上,在许多标准都有。我在此处把GB14048.1-2012《低压开关设备和控制设备 第1部分:总则》中的相关内容罗列如下:
左边的试验电流就是短路电流稳态值范围,右边的n叫做峰值系数。
以下我从变压器参数开始,来解释如何得到上述这些关系。
设变压器的容量为Sn,且有: ,这里的Un是变压器的额定线电压,In是额定电流。
于是,我们就可以从变压器容量来求得变压器的额定电流: 。
为了求得变压器的短路电流,我们需要在变压器铭牌上查它的阻抗电压Uk。所谓阻抗电压是指,变压器低压侧流出短路电流稳态值时,变压器一次侧的电压与额定电压的百分比。因此阻抗电压是个比值。
由此我们可以知晓,变压器的短路电流Ik为: 。
变压器短路电流求得后,到上述表格中左栏中查询它的范围,在查到峰值系数n。得到n后,利用下式: ,由此求得冲击短路电流峰值Ipk。
例如某变压器的容量为1250kVA,阻抗电压是6%。我们来求它的参数,如下:
额定电流:
短路电流:
查表,得到峰值系数n=2.1,于是有:
这就是变压器的冲击短路电流峰值。
总结:
经过如此这般的分析,我们会发现有关配电网短路电流的知识背后有许多物理道理,也有许多工程知识,与中学的物理概念相比,涉及到的知识面已经极大地加深和拓广了。
我们来总结一下:
第一:配电网属于无限大容量配电系统或者准无限大容量配电系统,并由此得知短路前后系统电压基本不变。
第二:短路电流具有系统特性,是由电力变压器规格参数决定的,与负载无关。
第三:短路电流由交流分量和直流分量构成,在短路后10毫秒出现短路电流最大值。
第四:如果线路未施加线路保护,则短路电路最终进入到深层短路状态。对于低压配电网来说,变压器低压侧最终电压为0.5倍额定电压,而线路侧最终电压为0.15倍额定电压。
第五:短路电流在各级配电系统中的值不一样,越接近电源电力变压器短路电流值越大,越往下就越小。
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与短路电流相关的知识还很多,例如三相短路、相间短路、相对零或对N短路、单相接地故障、电器开断电弧、短路电流的电动力计算、短路电流的热冲击计算、开关电器的动热稳定性、电机向短路点回馈能量、开关电器的开断能力等等。
这些知识已经远远超过了中学知识范畴,故忽略。若知友们感兴趣,可以写问题贴提问,或者在评论区中提出疑问,我来回答。