短路电流及其计算Word下载.docx
《短路电流及其计算Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《短路电流及其计算Word下载.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
鸟兽跨接裸露的导电部分而发生短路。
（4）在含有损坏绝缘的气体或固体物质地区，而未考虑电气间隙与爬电距离（应符合相关国家标准）等。
4.短路的后果
在供.电系统中发生短路将产生以下破坏性的后果：
（1）电流的热效应
由于短路电流比正常工作电流大几十倍至几百倍，这将使电气设备过热，绝缘损坏，甚
至把电气设备烧毁。
（2）电流的电动力效应
巨大的短路电流通过电气设备将产生很大的电动力，可能引起电气设备的机械变形、扭
曲甚至损坏。
（3）电流的电磁效应
交流电通过导线时，在线路的周围空间产生交变电磁场，交变电磁场将在邻近的导体中
产生感应电动势。
当系统正常运行或对称短路时，三相电流是对称的，在线路的周围空间各
点产生的交变电磁场彼此抵消，在邻近的导体中不会产生感应电动势；
当系统发生不对称短
路时，短路电流产生不平衡的交变磁场，对线路附近的通信线路信号产生干扰。
（4）电流产生电压降
巨大的短路电流通过线路时，在线路上产生很大的电压降，特别是靠近短路点处电压降
低很多，使用户的电压降低，影响负荷的正常工作（电动机转速降低或停转，白炽灯变暗或熄灭），还可能破坏部分或全部用户的供电。
在煤矿供电系统中，短路电流可达数千安培至数万安培的数值，如此巨大的短路电流通过电气设备导体时，必然产生很大的电动力和热的破坏作用。
随着短路点距电源的远近和持续时间的长短不同，其破坏作用可能局限于一部分，也可能影响整个电力系统。
短路电流越大，持续时间越长，对政障设备的破坏程度越大。
短路电流所产生的电动力能形成很大的破坏力，如果导体和它们的支架不够坚固，可能遭到难以修复的破坏。
这样大的短路电流即使通过的时间很短，也会使设备和导体引起不能允许的发热，从而损坏绝缘，甚至使金属部分退火、变形或烧坏。
供电系统发生短路时将产生上述后果，故在供电系统的设计和运行中，必须设法消除可
能引起短路的切因素。
为了尽可能减轻短路所引起的后果和防止故障的扩大，一方面，要计算短路电流以便正确选择和校验各电气设备，保证在发生短路时各电气设备不致损坏；
另一方面，一旦供电系统要发生短路故障，.应能迅速、准确地把故障线路从电网中切除，以减小短路所造成的危害和损失。
二、计算短路电流的目的
为了防止发生短路所造成的危害及限制故障范围的扩大，需要进行一系列的计算及采取
相应措施，以保证供电系统在正常或故障的情况下：
安全、可靠地运行，减小短路所来的损失和影响。
掌握短哮电流的计暮方法很重要.，车票用于解决下列技术问题号
1.选择校验电气设备
在选择电气设备时，需要计算出可能通过电气设备的最大短路电流及其短路电产生的
热效应及电动力效应，；
以便校验电气设备的热稳定性和动稳定性，确保电气设备在运行中不受短路电流的冲击而损坏。
2.确定选择和校验继电保护装且以及所帘的各种参数上
为了确保继电保护装置灵敏、可靠、有选择性地切除电网故障。
，在选择、整定雏电保护装置时，需计算出保护范围末端可能产生的最小两相短路电流，用于校验继电保护装置动作灵敏度是否满足要求。
3.选择限流的措施和限流装置
当短路电流过大造成电气设备选择困难或不经济时，可在供电线路串接限流装置来限制
短路电流。
是否采用限流装置，须通过短路电流的计算来决定，同时确定限流装置的参数，以确保电气设备不被蟑路电流损坏。
4.选择供电系统的主接线和运行方式。
不同的接线和浑行方式，短路电流的大小也不同。
在判断接线及运行方式是否合理时，
必须计算出在某种接线和运行方式下的短路电流才能确定，以便判断哪种主接线方式更能保
障供电的安全和可靠，然后再决定系统的主要运行方式。
5.确定事故原因
根据故障的实际情况，进行故障分析，找出事故的发生原因。
三.、计算短离电流时的基本假设和简化条件
因为电力系维的实际情况比较复杂，在实际计算中常采用近似计算的方法,L将计算条件进行假设和简化。
其计算条件简化如下：
1.系统在正常运行时是三相对称的，计算短路电流时忽略负荷电流。
2.不考虑铁磁饱和现象，认为电抗是常数；
系统各元件的磁路不饱邴，即各元件电抗值与电流大小无关，所以在计算可以庳用叠加原理。
3.当短路系统中的电阻值小于电抗值的1/3时.,电阻值可以忽略，按纯电抗电路计算。
4.除远距离高压输电线路外，一般不考虑电网电容电流。
5.变压器的励磁电满略去不计，相当于励磁由坑回断开，这样可简化变压器的等值电路。
6.在1140V以下的低压电网中发生短路时，可认为变压'
器上次侧电压末变。
按假设简化条件计算的短路电流值偏大，其误差为l0%~15%。
第二节。
短路电流的计算
一、短路电流的过渡过程
电力系统短路的因素往往是逐渐形成的，由故障因素转变成短路故障往往是突然的。
在发生突然短路时，系统总是由工作状态经过一个暂态过程进入短路稳定状态，电流也由正常
值突然增大，经过暂态过程达到新的稳态值。
而暂态过程中的短路电流值，比其稳态值大得
多；
虽然它经历的时间很短，但它对电气设备的危害性远比稳态短路电流严重得多。
所以了解短路电流的暂态过程具有重要意义。
短路电流的暂态过程与系统的电源容量有关。
对于无限大容量系统暂态过程比较简单，
而有限容量系统暂态过程要复些，现讨论无限大电源容量系统短路电流暂态过程。
所谓无限大头电源系统是一个相对的概念，它是电源额定容量大于系统短路容量3倍时的电源。
就是说短路点距电源轻远，短路回路的阻抗较大，短路点的短路舂虽比电源容量小得多，实际上短路点的短路容量小于电源容量的1/3时，电力系统可认为是无限大电源容量系统。
在这样电源的系统中，若发生三相突然短路，。
由于电源系统阻抗比起变压器、电抗器、
鳃政等夫件的阻抗小很多，而容量支大得多。
因此在暂态过程中，短路电流在电源系统内部
产生的压降很小，所以电源母线电压变动甚微。
在分析短路电流变化规律时，可以认为系统母线电压维持不变。
当供电系统正常运行时，电路中流过的电流是负荷电流.系统在稳定状态下二作。
当供
电线路发生兰相短路故障后，系统将进入新的稳定状态，即系境由正常士作稳态过渡到短路
后的稳态，这一变化过程称为短路电流的暂态过程，或称为短路电辑的过渡过程。
二、有关短路计算的物理昼
1.稳态短路电流Iss
当非周期分量衰减到零后，短路故障的曹态过程即告结束，此时进入短路的稳定状态，
这时的电流称为稳态短路电流，其有效值用Iss，.表示。
当系统容量为无限大时，稳态短路电流Iss。
就等于短路电流周期分量有效值Ipe也等于带计算的短路电流有效值Id，Id是短路保护装置整定和校验的依据，也是选择、校验电气设备的依据。
2.短路电流冲击值iim
短路电流可能的最大瞬时值，称为冲击电流，用iim表示iim是用来校验电气设备和母线动稳定的重要数据。
在实际计算中，对于高压供电系统，短路电流冲击值为：
（3——1）
对于低压电网，则短路电流冲击值为：
（3——2）
如果短路是在产生最大瞬时值的条件下发生，则在短路后第一个周期内的短路电流有效值将最大，该值称为短路全电流的最大有效值（又称冲击电流有效值），用I：
m表示。
llm常用
来校验电气设备的动稳定性。
在高压电网中为：
（3——3）
在低压电网中为：
（3——4）
4.短路容量Sd
在短路计算和电气设备选择时，常通勤短路牢直的概念，它定义为短路回路的电源电压Ud和短路电流Jd所构成的三相视在功率，即=
（3——5）
额定电压下的最大开断电流Ioc表示，或者用额定断容量来表示，即Soc=
UNIoc,它应大于电网的短路容量才能选用。
三、矿井高压电网短路计算
在煤矿企业的供电系统中，大多属于无限大电源容重系统。
对无限大电源容量系统短路电流的计算方法常用欧姆法和标么制法。
有限大电源容量系统短路电流计算，一般采用查串线和查表法。
这里只介绍最简单的欧姆法，又称有名制法，即根据电源电压及回路阻抗按欧姆定律什
算。
因其在短路计算的阻抗，都采用有名单位“欧姆”而得名占计算的主要任务是求出短路意态电流lss=Id（含三相和两相）、冲击电流Iim、冲击电流有效值Ii和短路容量Sd的具体数据。
在高压电路的短路电流计算时，通常总电抗X
远比总电阻R
大，所以一般只计电抗，
不计电阻。
在计算低压侧短路时，也只有当R
>
X
/3时，才需计人电阻。
1.高压电网短路计算的基本公式
高压电网短路计算的基本公式如下
式中Id（3）——稳态三相短路电流，kA；
Uc一一短路点所在处线路的平均电压，kV；
Xz——短路回路的总电抗
Id
（2）——稳态两相短路电流，kA，Id
（2）；
的表达式可由对称分量法导出。
为了简化计算，式（3__6）中的电源电压通常采用各级线路始末两端额定电压的平均值，用“Uc”表示，称为平均额定电压。
由于线路首端发生短辑时，危害最大，因此Uc一般接线路首端电压考虑，其取值比线路额定电压UN高5%。
其数据见表3—l。
表3—1标准电压等级的平均电压值
标准电压（kV）
0.127
0.32
0.38
o.66
LX4
6
10
35
平·
均电压Uc（kV）
0.133
0.23
o.4
0.69
1.2
6.3
10.5
37
2.短路电流的计算步骤
（1）绘制短路计算电路图，选定短路计算点
要计算短路电流，首先必须绘制出短路计算电路图，如图3—2所录。
在计算电路国上，只需绘制出与短路计算有关的元件及线路，并在国中标出与短路计算有关的参数，再将各元
件和线路依次编号。
然后，选定并标出所需计算的短路计算点，短路计算点的选择，要使需
进行短路校验的电气设备有最大可能的短路电流通过。
短路计算的是否合理，关键在于短路计算点的选择是否合理。
这是因为短路计算的目的，主要是用来选择和校验电器和导体。
为了使电器和导体选择的安全可靠，因此作为选择校验用的短路计算点应选择为使电器和导体可能通过最大短路电流的地点。
一般来讲，用来选择校验高压侧设备的短路计算，应选高压母线为短路计算点；
用来选择校验低压侧设备的短路计算，应选低压母线为短路计算点。
但是，如果线路上装设有限电抗器（专用来限制短缸电流的电抗器），则用来选择校验该线路设备的短路计算点，应选在限流电抗器之后。
（2）绘制计算用的等效电路图
按照所选择的短，路计算点，用电抗符号表示电路中的各电气设备（元件），如图3—3
所示在等效电路国上，只需将被计算的短路电流所经过的一些元件绘出，并标明其编号和电抗值，其中分数的分子为标编号，分母为计算出的元件电抗值。
根据等效电路就可以计算
短路回路的总电抗和各短路参数。
（3）元件电抗的计算
I）系统电抗XSY。
有两种计算方法。
如果上，级供电部门提供了电源母线上的短路容量，则系统电抗可由下式求得：
如果不知Sd，而知电源线出口断路器的断流容量Soc，由于Soc可以看做是电力系统供电母线上的极限短路容量，故XSY可接下式求得：
（3—8）
⑩知识拓展
Soc为断路器的断流容量，可查有关手册得到。
如果只有断路器的开断电流I，则其流容量Soc=
IocUN，共中UN为断路器的额定电压。
2）电力架空线路和电缆线路的线路电抗X。
可由给定截面和线距的架空线或给定截L面积和电压的电缆线单位长度电抗Xo的值求得：
XW=XOL（3---9）
式中Xo——导线或电缆单位长度的电抗。
其值与导线直径和相间距离等因素有关，不同
电压等级的各种线路电抗平均值因为同类线路的电抗值一般变动范围不大，
故可采用以下每相平均单位电抗值：
6kv及以上高压架空线路Xo=0
.4/km;
6~I0kV电缆线路Xo=0.08
/km；
。
L——架空线或电缆线路长度km。
3）电力变压器的电抗XT。
可由变压器的短路电压百分数（即阻抗电压）UK来近似计
由UK的定义可知：
式中ZT-一变压器等效阻抗，
；
ST——变压器额定容量，MV.A；
UNT——变压器额定电压，kV；
INT——变压器额定电流，kA。
由于容量较大的变压器其电阻远小于电抗，故变压器电抗T就近似等于其阻抗Z，则有：
（3—11）
式中用bc的原因是因为变压器的电抗，垃折算到短路点所在的线路电压等级，以便计算短
路电流。
4）电抗器的电抗。
电抗器是用来限制短路电流的电器，其电抗值公式为：
（3—12）
式中Xr——电抗器的电抗，
Xr——电抗器的百分数电抗，给出电抗器的电抗百分值，可查电抗器的技术参数，一
般x%约为3%~10%；
Unt——电抗器的额定电压，kV；
INT——电抗器的额定电流，kA。
注意
变压器的阻抗电压和电抗可直接从其技术参数表中查出。
5）元件电抗的折算。
在计算短路回路的总阻抗时，短路回路中各元件所在线路可能不
属同一电压等级，所以还应把不同电压等级电路的元件阻抗折算到短路点所在电路的电压等
级上，然后才能进行总阻抗的计算。
阻抗的折算应满足折算前后元件消耗的功率不变原则进
行。
因此，由无功功率损耗公式厶Q=U2/X可知，元件的电抗是与电压的平方成正比的，
所以折算的电抗为（带“*”者为折算后的参数）：
（3—13）
式中X*——折算后电抗，
X——折算前电路元件实际电抗，
Uc1——元件所在电网的平均电压，kV；
Uc2——短路点所在电网的平均电压，kV。
就短路计算中的几个主要元件来说，只有电力线路的电抗有时需要折算，例如在国3—2
中计算d2点的短路参数时。
架空线
（2）的电抗就需要折算到6.3kV级。
对于系统电抗和电力变压器电抗，由于它们的计算公式中均含有Uc2，因此在实际计算时只需代人短路点所在线路的平均电压，就相当于其电抗已经折算到短路点所在线路的电压级别了。
车考虑电阻的短路计集中，折算的原则、方法与电抗相同。
（4）把短路回路化街和将不同电压等级元件阻抗折算后，就可计算短路回路的总阻抗。
按串、并联法计算各短路点短路回路总电抗X
单位是
，并代人式（3__6）中计算各短
路参数。
确定短路点的原则：
若需要计算、选择与校验电气设备所需的短路参数，以及计算
继电保护装置整定值所需的短路参数时，就应将短路点定在该电气设备或保护装置与电
网连接的母绒i处；
如果需要计算、枚验保护装置灵敏度所需的短路参教时，则应将短路
点定在读保护装置保护范围的最远点。
例3—1荞供电系统接线图如图3—2所示，各元件参数如图所示，求在d1，d2点发生三相短路时的各短路参数。
解：
（1）求dl点的短路参数
1）绘制等效计算图如图3—3所示。
2）元件电抗的计算如下：
系统电抗由式（3—8）可得：
架空线电抗由式（3一10）可得：
3）dl点短路回路总电抗为：
4）dl点短路参数式由式（3—6）可得：
（2）求dz点的短路参数
1）绘制等效计算图如图3—3b所示。
2）元件电抗的计算如下：
系统折算电抗由式（3——13）可得：
架空线折算电抗由式（3——l3）.可得：
变压器电抗由式（3一11）可得：
电缂线电抗由式（3一9）可得：
3）dz点短破回路总电抗为：
4）d2点的短路参数由式.（3__6）可得：
将上述计算结果列入表3—2中。
短路计算点
短路电流（kA）
短路容量（MVA）
Id（3）
Iim
Id
（2）
●
d1
d2
3.4
3.22
8.67
8.21
5.17
4.89
2.94
2.79
218
35
表3—2倒3—1短路计算结果
四、井下低压电网短跆电流的计算
1.计算井下低压电网短路电流的特点和要求
煤矿井下低压电网是中性点绝缘的供电系统，只可能发生三相短路或两相短路，为此井下低压电网需计算的短路参数只有Id（3）、和Id
（2）两个。
其中，最大三相短路电流主要用来校验设备及电缆的分断能力及热稳定；
最小两相短路电流主要用来校验保护装置的灵敏度。
井下低压电网的短路计算与高压电网的短路计算有以下几点不同.：
{1）元件电阻不能忽略
煤矿井下供电电网为电缆线路，其电阻比电抗大。
所以在计算井下电网，尤其是计算低压电网的短路电流时，必须考虑电阻。
其单位长度电阻ro，据电缆截面.查有电工手册得出厂再乘以电缆的长度即得电缆电阻。
电缆电阻也可以接下式计算：
式中L——线路长度，m；
A——导线截面积，mm2；
sc——电导率，m/（
·
mm2）。
⑩注意
在计算井下低压最小两相短路电流时，需考虑电揽在经路负荷电流而使温升高，造成电导率下降以及囚多股级使电增大等因素。
所以，电缆的电阻应按最高工作温度下的电导率计算，其值见表3—3。
（2）井下低压缆的电抗可由式（3—10）求得，平均电抗x.o取0.06-0.08
/km。
（3）考虑电弧电阻，Rea=0.01
（4）井下变压器阻抗的计算
井下变压器因容量小，故每鹆组的电阻也大于电抗，敌不能角计算其阻&
I公式来讣
算电抗。
其完整的公式为：
式中
PNt____变压器的短路损耗〔铜损），W、
PNt设备产品样本提供；
UNt——变压器二次额定电压，kV。
实际计算时.矿用变压器的每相电阻和电抗，可直接由有关电工手册查出。
（5）需计算的珲路参数与短路点
井下低压电网采用中性点不直接接地的运行方式,短路故障只有三相短路和两相短路两种类型。
短路回路电压与每相阻抗相同的情况，三相短路电流大于两相短路电流。
由于线路始端的三相短路电流值最大，末端的两相短路电流值最小，故短路计算点通常
选择在各捍电缆线路的始、末端。
距离很近的放射式馈出线始端可只选一个短路计算点。
2.井下低压电网的短路计算方法和步骤
井下低压电网短路电流可以用解析法或表格法求出，丙种方法的实质都是欧姆定律的应
用。
表格法较为简单，使用时可参考有关资料，这里主要介绍解析法。
对无限大电源容量系统发生三相短路时，其短路属对称短路，解析法计算三相短路电流
的基本公式为：
（3—16）
计算同一短路短路电流的公式为：
（3—17）
式中UC——短路点所在线路的平均电压，kV；
Z
——短路回路的每相总阻抗
R
——短路回每相总电阻，
;
X
——短路回路每相总电抗，
例3—2某井低压供电系统如图3_4所示。
其中电缆W1为6kV铝芯铠装电缆，相组额定电压为660V，变压器的Uk=4.5%，
Pnt=6070W，线路参数如图示。
试计算d点的最小两相短路电流。
解：
（1）.根据题意绘出筹效计算图如图3——5所示。
图3—5等效计算圈
（2）各元件阻抗计算
1）系统折算电抗为：
2）电缆W1折算阻抗为：
3）变压器阻抗由式（3一15）求得；
4）电缆W2的阻抗为：
5）电缆W3的阻抗为：
6）电缆W4的阻抗为：
（3）d点短路时回路总阻抗为：
（4）d点两相短路电流为：
第三节短路电流的效应和稳定度校验
当供电系统发生短路故障时，通过导体的短路黾流要比正常：
上作电流大很多倍。
虽然有继电保护装置能在很短时间内切除故障，但短路电流通过电气设备及载流导体时，导体的温度仍有可能被加热到很高的程度，导致电气设备的损坏。
短路电流通过电气设备及载流导体时，一方面要产生很大的电动力，即电动力效应；
另一方面要产生根高的热量，即热效应。
一、短路电流的力效应
由电工基础可知，供电系统中的串气设备和载流导体，当电流流过时相互间存在作用力，即一相电流所产生的磁场对其他相电流的作用力，圭称为电动力。
正常时因负载电流不大，所以电动力很小。
当系统某处发生短路时，特别是流过冲击电流的瞬间，产生
升级会员 