供电第5章短路电流及其效应的计算.ppt

1、第第5章短路电流及其效应的计算章短路电流及其效应的计算第第5章短路电流及其效应的计算章短路电流及其效应的计算5.1短路的基本概念短路的基本概念5.2三相短路过程的简化分析三相短路过程的简化分析5.3无穷大容量系统三相短路电流计算无穷大容量系统三相短路电流计算5.4低压电网中的短路计算低压电网中的短路计算5.5*两相和单相短路电流计算两相和单相短路电流计算5.6短路电流的效应短路电流的效应5.1短路的基本概念短路的基本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。相与相之间或相与地之间发生通路的情况。短路的主要原因：短

2、路的主要原因：1.1.电气设备、元件的损坏。电气设备、元件的损坏。设设备备绝绝缘缘损损坏坏：自自然然老老化化、操操作作过过电电压压、大大气气过过电电压压、机械损伤机械损伤 2.2.自然原因自然原因 ：鸟兽跨接裸导体：鸟兽跨接裸导体,风灾，雷击，冻雨风灾，雷击，冻雨 3.3.人人为为事事故故误误操操作作：带带负负荷荷拉拉、合合隔隔离离开开关关，检检修修后后忘忘拆除地线合闸拆除地线合闸 1、系统的总阻抗显著减少，短路所产生的系统的总阻抗显著减少，短路所产生的电流随之剧烈电流随之剧烈增加增加。导体温度升高，将导体温度升高，将绝缘损坏绝缘损坏。2、短路产生巨大的电动力，使电气设备受到、短路产生巨大的电

3、动力，使电气设备受到机械损坏机械损坏。3、短路使系统电压降低，电流升高，电器设备、短路使系统电压降低，电流升高，电器设备正常工作正常工作受到破坏受到破坏。4、严重的短路将、严重的短路将电力系统运行的稳定性电力系统运行的稳定性，使，使同步发电机同步发电机失步。失步。5、单相短路产生的不平衡磁场，对通信线路和弱电设备、单相短路产生的不平衡磁场，对通信线路和弱电设备产生严重的产生严重的电磁干扰电磁干扰。6、在短路附近电压显著下降。、在短路附近电压显著下降。7、短路造成、短路造成停电停电，给国民经济带来损失，给人民生活带，给国民经济带来损失，给人民生活带来不便。来不便。短路的危害短路的危害两相短路两相

4、短路三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路三、短路的种类三、短路的种类四、短路电流计算的目的四、短路电流计算的目的确保电器设备在短路情况下不致损坏，确保电器设备在短路情况下不致损坏，减轻短路危害和防止故障扩大减轻短路危害和防止故障扩大1、正确地选择和校验各种电器设备正确地选择和校验各种电器设备2、计算和整定保护短路的继电保护装置计算和整定保护短路的继电保护装置3、选择限制短路电流的电器设备、选择限制短路电流的电器设备5.2三相短路过程的简化分析三相短路过程的简化分析短路发生后，系统就由工作状态经短路发生后，系统就由工作状态经过一个暂态过程，然后进入

5、短路后的稳过一个暂态过程，然后进入短路后的稳定状态。电力系统的短路故障往往是突定状态。电力系统的短路故障往往是突然发生的。暂态过程虽然时间很短，但然发生的。暂态过程虽然时间很短，但它对电气设备的危害远比稳态短路电流它对电气设备的危害远比稳态短路电流要严重得多。要严重得多。短路电流的暂态过程的变化与电源短路电流的暂态过程的变化与电源系统的容量有关，一般分成无限大容量系统的容量有关，一般分成无限大容量电源系统和有限容量电源系统电源系统和有限容量电源系统一一、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：

6、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。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，或电力系统容量超过用户系统容量的时，或电力系统容量超过用户系统容量

7、的50倍时，就倍时，就可认为该电源是无限大功率电源。可认为该电源是无限大功率电源。阻抗角式中，电流幅值正常运行电流为正常运行电流为1、正常运行、正常运行设电源相电压为设电源相电压为无限大容量系统三相短路图无限大容量系统三相短路图（b）三相电路图三相电路图（c）单相等效电路图单相等效电路图2、三相短路分析、三相短路分析（1）定性分析：三相短路，阻抗突变，发生暂态过渡过程，）定性分析：三相短路，阻抗突变，发生暂态过渡过程，k k点右侧，没有电源，电流衰减到零，点右侧，没有电源，电流衰减到零，k k点左侧有电源，点左侧有电源，L,I,L,I,其中电感的其中电感的I I不能突变，产生一个非周期分量的电

8、不能突变，产生一个非周期分量的电流维持原来的电流。流维持原来的电流。（2）定量分析：短路电流应满足微分方程）定量分析：短路电流应满足微分方程式中，式中，相电流瞬时值相电流瞬时值由电源至短路点之间的电阻由电源至短路点之间的电阻由电源至短路点之间的电感由电源至短路点之间的电感设在图中设在图中K点发生三相短路。点发生三相短路。其解为其解为式中，式中，由电源至短路点之间的阻抗由电源至短路点之间的阻抗短路电流与电压之间的相位差角，短路电流与电压之间的相位差角，非周期分量电流衰减时间常数非周期分量电流衰减时间常数常数，其值由初始条件决定常数，其值由初始条件决定周期分量电流幅值周期分量电流幅值电路中存在电感

9、，而电感中的电流不能突变，电路中存在电感，而电感中的电流不能突变，在短路瞬在短路瞬间间t=0时，短路前工作电流与短路后短路电流相等，即时，短路前工作电流与短路后短路电流相等，即短路全电流瞬时值为：短路全电流瞬时值为：非周期分量电流的初始值非周期分量电流的初始值式中，式中，短路前电流与电压之间的相位差角短路前电流与电压之间的相位差角式中，式中，i ip p为短路电流周期分量为短路电流周期分量;i inpnp为短路电流非周期分量。为短路电流非周期分量。i,u 无限大容量系统发生三相短路时的电压、电流曲线如下图：无限大容量系统发生三相短路时的电压、电流曲线如下图：产生最严重短路电流的条件：产生最严重

10、短路电流的条件：(1)短路前空载或短路前空载或cos=1(2)短路瞬时电压过零短路瞬时电压过零=0或或1800(3)短路回路纯电感短路回路纯电感将将Im=0,=0,代入，得代入，得无载线路合闸严重短路无载线路合闸严重短路四四、三相短路的有关物理量三相短路的有关物理量1、短路冲击电流、短路冲击电流短路冲击电流是短路全电流的最大瞬时值，出现短路冲击电流是短路全电流的最大瞬时值，出现在短路后半个周期，即在短路后半个周期，即t=0.01秒时，得秒时，得为短路电流冲击系数。为短路电流冲击系数。纯电阻性电路，纯电阻性电路，kch=1；纯电感性电路，纯电感性电路，kch=2。因此因此0kch2。高压高压Kc

11、h=1.8低压低压Kch=1.32 2、短路冲击电流有效值短路冲击电流有效值Ich是短路后第一个周期的短路是短路后第一个周期的短路全电流有效值。全电流有效值。高压系统高压系统 Kch=1.8低压低压系统系统 Kch=1.33、次暂态短路电流、次暂态短路电流I次暂态短路电流是短路电流周期分量在短路后第一个次暂态短路电流是短路电流周期分量在短路后第一个周期的有效值周期的有效值,用用I表示。表示。在无限大容量系统中，在无限大容量系统中，短路电流周期分量不衰减，短路电流周期分量不衰减，即即I I=I=IP P；4、短路电流周期分量有效值、短路电流周期分量有效值IP式中，式中，Uav=1.05UN（kV

12、）线路平均额定电压；线路平均额定电压；()为短路回路总阻抗。为短路回路总阻抗。5、稳态短路电流、稳态短路电流I稳态短路电流有效值是短路电流非周期分量衰减稳态短路电流有效值是短路电流非周期分量衰减完后的短路电流有效值，用完后的短路电流有效值，用I表示。在无限大容量系表示。在无限大容量系统中，统中，IIp。6、短路容量、短路容量SK三相短路容量是选择断路器时，校验其断路能力的三相短路容量是选择断路器时，校验其断路能力的依据，它根据计算电压即平均额定电压进行计算，即依据，它根据计算电压即平均额定电压进行计算，即式中，式中，SK为三相短路容量（为三相短路容量（MVA）；）；Uav为短路点所在级为短路点

13、所在级的线路平均额定电压（的线路平均额定电压（kV）；）；Ik为短路电流（为短路电流（kA）。）。5.3 5.3 无限大容量系统三相短路电流计算无限大容量系统三相短路电流计算通常采用标幺值计算，以简化计算，便于比较分析。通常采用标幺值计算，以简化计算，便于比较分析。一、标幺制一、标幺制用相对值表示元件的物理量，称为标幺制。用相对值表示元件的物理量，称为标幺制。容量、电压、电流、阻抗的标幺值分别为容量、电压、电流、阻抗的标幺值分别为通常先选定基准容量通常先选定基准容量Sd和基准电压和基准电压Ud，则基准电流，则基准电流Id和基和基准电抗准电抗Xd分别为：分别为：常取基准容量常取基准容量Sd=10

14、0MVA，基准电压用各级线路的平均额基准电压用各级线路的平均额定电压，即定电压，即。线路的额定电压与平均额定电压线路的额定电压与平均额定电压额定电压额定电压UN/kV0.220.3836103560110220330平均额定电压平均额定电压Uav/kV0.230.43.156.310.53763115230345u基准值的选取基准值的选取u线路平均额定电压：线路平均额定电压：指线路始端最大额定电压与末端最小指线路始端最大额定电压与末端最小额定电压的平均值。取线路额定电压的额定电压的平均值。取线路额定电压的1.05倍。倍。3 3、不同、不同准标幺值之间的换算准标幺值之间的换算 电力系统中各电气设

15、备如发电机、变压器、电抗电力系统中各电气设备如发电机、变压器、电抗器等所给出的标幺值都是额定标幺值器等所给出的标幺值都是额定标幺值，进行短路电流，进行短路电流计算时必须将它们换算成统一基准值的标幺值。计算时必须将它们换算成统一基准值的标幺值。换算方法是：换算方法是：先将以额定值为基准的电抗标幺值先将以额定值为基准的电抗标幺值还原为有名值，还原为有名值，即即选定选定Sd和和Ud，则以此为基准的电抗标幺值为：则以此为基准的电抗标幺值为：若取若取，则，则 4 4、电力系统各元件电抗标幺值的计算、电力系统各元件电抗标幺值的计算 发电机：发电机：通常给出通常给出SN、UN和额定电抗标幺值，则和额定电抗标

16、幺值，则变压器：变压器：通常给出通常给出SN、UN和短路电压百分数和短路电压百分数，由于由于 所以所以式中，式中，为变压器的额定电抗标幺值。为变压器的额定电抗标幺值。电抗器：电抗器：通常给出通常给出INL、UNL和电抗百分数，其中和电抗百分数，其中 式中，式中，为电抗器的额定容量。为电抗器的额定容量。输电线路：输电线路：通常给出线路长度和每公里的电抗值，则通常给出线路长度和每公里的电抗值，则 5 5、不同电压等级电抗标幺值的关系、不同电压等级电抗标幺值的关系设设k点发生短路，取点发生短路，取，则线路，则线路WL1的电抗的电抗X1折算到折算到短路点的电抗短路点的电抗为：为：则则X1折算到第三段的标幺值为：折算到第三段的标幺值为：此式说明：不论在哪一电压级发生短路，各此式说明：不论在哪一电压级发生短路，各段元件参数的标幺值只需用元件所在级的平段元件参数的标幺值只需用元件所在级的平均电压作为基准电压来计算，而无需再进行均电压作为基准电压来计算，而无需再进行电压折算。即电压折算。即任何一个用标幺值表示的量，任何一个用标幺值表示的量，经变压器变换后数值不变。经变压器变换后数值不变。图图3-2具有