第三章短路电流及其计算1.ppt

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工厂供电工厂供电武汉理工大学武汉理工大学自动化自动化学院学院工厂供电工厂供电绪论绪论-工厂供电及电力系统的基本知工厂供电及电力系统的基本知识识电力负荷及其计算电力负荷及其计算短路电流及其计算短路电流及其计算工厂变配电所及其一次系统工厂变配电所及其一次系统工厂电力线路工厂电力线路工厂供电系统的过电流保护工厂供电系统的过电流保护实验实验损耗损耗2010/2有关概念有关概念三相短路三相短路电流计算电流计算效应和稳定效应和稳定度校验度校验工厂供电工厂供电两相和单相两相和单相电流计算电流计算工厂供电工厂供电第三章第三章短路电流及其计算短路电流及其计算损耗损耗2010/2有关概念有关概念三相短路三相短路电流计算电流计算效应和稳定效应和稳定度校验度校验工厂供电工厂供电两相和单相两相和单相电流计算电流计算3.43.4短路电流的效应和稳定度校验短路电流的效应和稳定度校验3.33.3无限大容量电力系统中两相和单相短路无限大容量电力系统中两相和单相短路电流的计算电流的计算3.23.2无限大容量电力系统中三相短路电流的无限大容量电力系统中三相短路电流的计算计算3.13.1短路与短路电流有关概念短路与短路电流有关概念第三章第三章短路电流及其计算短路电流及其计算损耗损耗2010/2有关概念有关概念三相短路三相短路电流计算电流计算效应和稳定效应和稳定度校验度校验工厂供电工厂供电两相和单相两相和单相电流计算电流计算3.1短路与短路电流有关概念一.短路的原因、后果及其形式二.无限大容量电力系统中三相短路的物理过程三.与短路有关的物理量损耗损耗2010/2有关概念有关概念三相短路三相短路电流计算电流计算效应和稳定效应和稳定度校验度校验工厂供电工厂供电两相和单相两相和单相电流计算电流计算3.1短路与短路电流有关概念所谓短路所谓短路,是指电力系统中正常情况以外的一切相是指电力系统中正常情况以外的一切相与相之间或相与地之间发生通路的情况。

与相之间或相与地之间发生通路的情况。

一、短路的原因、后果及其形式一、短路的原因、后果及其形式1、短路的原因：

短路的原因：

2、短路的短路的后果后果：

F电气设备载流部分绝缘损坏；电气设备载流部分绝缘损坏；F运行人员误操作；运行人员误操作；F其他因素。

其他因素。

F电流剧烈增加；电流剧烈增加；F系统中的电压大幅度下降。

系统中的电压大幅度下降。

u短路的危害：

短路的危害：

F短路电流的热效应会使设备发热急剧增加，可能导致设备短路电流的热效应会使设备发热急剧增加，可能导致设备过热而损坏甚至烧毁；过热而损坏甚至烧毁；F短路电流产生很大的电动力，可引起设备机械变形、扭曲短路电流产生很大的电动力，可引起设备机械变形、扭曲甚至损坏；甚至损坏；F短路时系统电压大幅度下降，严重影响电气设备的正常工短路时系统电压大幅度下降，严重影响电气设备的正常工作；作；F严重的短路可导致并列运行的发电厂失去同步而解列，破严重的短路可导致并列运行的发电厂失去同步而解列，破坏系统的稳定性。

坏系统的稳定性。

F不对称短路产生的不平衡磁场，会对附近的通讯系统及弱不对称短路产生的不平衡磁场，会对附近的通讯系统及弱电设备产生电磁干扰，影响其正常工作电设备产生电磁干扰，影响其正常工作。

3.1短路与短路电流有关概念33、短路的种类短路的种类对称短路：

对称短路：

三相短路三相短路k（3）不对称短路：

不对称短路：

单相接地短路单相接地短路k

（1）两相接地短路两相接地短路k（1,1）两相短路两相短路k

（2）图图3-1短路的类型短路的类型a）三相短路）三相短路b）两相短路）两相短路c）单相接地短路）单相接地短路d）两相接地短路）两相接地短路e）两相接地短）两相接地短进行短路电流计算的目的：

进行短路电流计算的目的：

l选择合理的电气接线图选择合理的电气接线图l选择和校验各种电气设备选择和校验各种电气设备l合理配置继电保护和自动装置合理配置继电保护和自动装置3.1短路与短路电流有关概念二二、无限容量系统供电时三相短路的物理过程、无限容量系统供电时三相短路的物理过程1.无限容量系统的概念无限容量系统的概念说明：

无限大功率电源说明：

无限大功率电源是一个相对概念，真正是一个相对概念，真正的无限大功率电源是不的无限大功率电源是不存在的。

存在的。

2.由无限大功率电源供电的三相对称电路由无限大功率电源供电的三相对称电路图图3-2所示为一由无限大功率电源供电的三相对称电路。

所示为一由无限大功率电源供电的三相对称电路。

u无限容量系统（又叫无限大功率电源），是指无限容量系统（又叫无限大功率电源），是指系统的容量系统的容量为为，内阻抗为零。

，内阻抗为零。

u无限容量系统的特点：

在电源外部发生短路，电源母线上无限容量系统的特点：

在电源外部发生短路，电源母线上的的电压基本不变电压基本不变，即认为它是一个恒压源。

，即认为它是一个恒压源。

u在工程计算中，当电源内阻抗不超过短路回路总阻抗的在工程计算中，当电源内阻抗不超过短路回路总阻抗的5%10%时，就可认为该电源是无限大功率电源。

时，就可认为该电源是无限大功率电源。

3.1短路与短路电流有关概念损耗损耗2010/2有关概念有关概念三相短路三相短路电流计算电流计算效应和稳定效应和稳定度校验度校验工厂供电工厂供电两相和单相两相和单相电流计算电流计算图图3-2无限容量系统中的三相短路无限容量系统中的三相短路a）三相电路）三相电路b）等值单相电路）等值单相电路短路前，系统中的短路前，系统中的a相电压和电流分别为相电压和电流分别为短路后电路中的电流应满足：

短路后电路中的电流应满足：

3.1短路与短路电流有关概念解微分方程得：

解微分方程得：

由于电路中存在电感，而电感中的电流不能突变，则短由于电路中存在电感，而电感中的电流不能突变，则短路前一瞬间的电流应与短路后一瞬间的电流相等。

即路前一瞬间的电流应与短路后一瞬间的电流相等。

即则则3.1短路与短路电流有关概念在短路回路中，通常电抗远大于电阻，可认为，故在短路回路中，通常电抗远大于电阻，可认为，故由上式可知，当非周期分量电流的初始值最大时，短路全电由上式可知，当非周期分量电流的初始值最大时，短路全电流的瞬时值为最大，短路情况最严重，其必备的条件是：

流的瞬时值为最大，短路情况最严重，其必备的条件是：

F短路前空载（即短路前空载（即）F短路瞬间电源电压过零值，即初始相角短路瞬间电源电压过零值，即初始相角因此因此对应的短路电流的变化曲线如对应的短路电流的变化曲线如图图3-3所示。

所示。

3.1短路与短路电流有关概念图图3-3无限大容量系统三相短路时短路电流的变化曲线无限大容量系统三相短路时短路电流的变化曲线3.1短路与短路电流有关概念三三、三相短路冲击电流、三相短路冲击电流在最严重短路情况下，三相短路电流的最大瞬时值称为冲在最严重短路情况下，三相短路电流的最大瞬时值称为冲击电流，用击电流，用ish表示。

表示。

由由图图3-3知，知，ish发生在短路后约半个周期（发生在短路后约半个周期（0.01s）。

）。

其中，其中，短路电流冲击系数。

短路电流冲击系数。

意味着短路电意味着短路电流非周期分量流非周期分量不衰减不衰减当电阻当电阻R=0时，时，当电抗当电抗=0时，时，意味着不产生意味着不产生非周期分量非周期分量3.1短路与短路电流有关概念1Ksh2因此因此在高压电网中短路时，取在高压电网中短路时，取Ksh=1.8，则，则在发电机端部短路时，取在发电机端部短路时，取Ksh=1.9，则，则在低压电网中短路时，取在低压电网中短路时，取Ksh=1.3，则，则四四、三相短路冲击电流有效值、三相短路冲击电流有效值任一时刻任一时刻t的短路电流的有效值是指以时刻的短路电流的有效值是指以时刻t为中心的一个为中心的一个周期内短路全电流瞬时值的方均根值，即周期内短路全电流瞬时值的方均根值，即3.1短路与短路电流有关概念为了简化为了简化Ikt的计算，可假定在计算所取的一个周期内周的计算，可假定在计算所取的一个周期内周期分量电流的幅值为常数，而非周期分量电流的数值在该周期分量电流的幅值为常数，而非周期分量电流的数值在该周期内恒定不变且等于该周期中点的瞬时值，因此期内恒定不变且等于该周期中点的瞬时值，因此当当t=0.01s时，时，Ikt就是短路冲击电流有效值就是短路冲击电流有效值Ish。

当当Ksh=1.9时，时，;当当Ksh=1.3时，时，当当Ksh=1.8时，时，3.1短路与短路电流有关概念五五、三相短路稳态电流、三相短路稳态电流三相短路稳态电流是指短路电流非周期分量衰减完后的三相短路稳态电流是指短路电流非周期分量衰减完后的短路全电流，其有效值用短路全电流，其有效值用表示。

表示。

在无限大容量系统中，短路后任何时刻的短路电流周期在无限大容量系统中，短路后任何时刻的短路电流周期分量有效值（习惯上用分量有效值（习惯上用Ik表示）始终不变，所以有表示）始终不变，所以有式中，为次暂态短路电流或超瞬变短路电流，它是短路瞬式中，为次暂态短路电流或超瞬变短路电流，它是短路瞬间（间（t=0s）时三相短路电流周期分量的有效值；为短路后）时三相短路电流周期分量的有效值；为短路后0.2s时三相短路电流周期分量的有效值。

时三相短路电流周期分量的有效值。

3.1短路与短路电流有关概念损耗损耗2010/2有关概念有关概念三相短路三相短路电流计算电流计算效应和稳定效应和稳定度校验度校验工厂供电工厂供电两相和单相两相和单相电流计算电流计算3.2无限容量系统三相短路电流计算一、概述二、采用欧姆法进行短路计算三.采用标幺制法进行短路计算四.低压电网的短路计算损耗损耗2010/2有关概念有关概念三相短路三相短路电流计算电流计算效应和稳定效应和稳定度校验度校验工厂供电工厂供电两相和单相两相和单相电流计算电流计算一一、概述概述1计算电路图计算电路图或或2.等效电路图等效电路图3.2无限容量系统三相短路电流计算二二.采用欧姆法进行短路计算采用欧姆法进行短路计算欧姆法（Ohmsmethod），因其短路计算中的阻抗都采用有名单位“欧姆”而得名。

在无限大容量系统中发生三相短路时，其三相短路电流周期分量有效值可用下式计算：

（3-18）3.2无限容量系统三相短路电流计算式中Uc为短路点的短路计算电压（有的称为平均额定电压），取为线路首端电压，即取为比线路额定电压高5%（这是按最严重短路情况考虑的）。

按我国电压标准，Uc有0.4kV、0.69kV、3.15kV、6.3kV、10.5kV、37kV、69kV、115kV、230kV等。

损耗损耗2010/2有关概念有关概念三相短路三相短路电流计算电流计算效应和稳定效应和稳定度校验度校验工厂供电工厂供电两相和单相两相和单相电流计算电流计算在高压系统的短路计算中，由于总电抗值通常远大于总电阻值，因此一般只计电抗，不计电阻，只有在短路电路的RX/3时才需计入电阻。

如果不计电阻，则三相短路电流周期分量有效值为三相短路容量按下式计算：

3.2无限容量系统三相短路电流计算

（一）电力系统的阻抗电力系统的电阻相对于电抗来说很小，因此一般不计电阻，只计电抗。

电力系统的电抗，可由系统变电所高压馈电线出口断路器的断流容量Soc来估算。

因此电力系统的电抗为式中Uc为高压馈电线的短路计算电压，但为了便于短路电路总阻抗的计算，免去阻抗换算的麻烦，此式中Uc的可直接采用短路点的短路计算电压；Soc为系统出口断路器的断流容量，可查有关手册或产品样本（参看附录表12）。

如果只有开断电流Ioc数据，则可按式来计算其断流容量，这里UN为断路器额定电压。

3.2无限容量系统三相短路电流计算

（二）电力变压器的阻抗1.变压器的电阻RTRT可由变压器的短路损耗Pk近似计算。

式中Uc为短路点的短路计算电压；SN为变压器的额定容量；Pk为变压器的短路损耗（负载损耗），可查有关手册或产品样本（参看附录表8）。

2.变压器的电抗XTXT可由变压器的短路电压Uk%近似地计算。

式中Uk%为变压器的