第三章短路电流及其计算.ppt

1、第三章第三章 短路电流及其计算短路电流及其计算本章主要内容：本章主要内容：无限大容量无限大容量电力系统三相短路时的电力系统三相短路时的物理过物理过程程及物理量及物理量 三相短路及两相和单相短路的计算三相短路及两相和单相短路的计算 短路电流的短路电流的效应效应及短路及短路校验校验条件条件第一节第一节 短路的原因、后果、形式及几率短路的原因、后果、形式及几率一、短路的原因一、短路的原因 1）主要原因）主要原因 电气设备载流部分的绝缘损坏。电气设备载流部分的绝缘损坏。引起绝缘损坏的原因：引起绝缘损坏的原因：（1）绝缘自然老化未被发现；）绝缘自然老化未被发现；（2）绝缘强度不够受电击穿；）绝缘强度不够

2、受电击穿；（3）过电压（如雷击等）；）过电压（如雷击等）；（4）人为的机械损伤；）人为的机械损伤；（5）鼠咬等。）鼠咬等。2）其他原因）其他原因（1）工作人员误操作（如带负荷拉隔离等）；）工作人员误操作（如带负荷拉隔离等）；（2）鸟、兽跨接裸露的载流导线等。）鸟、兽跨接裸露的载流导线等。二、短路的二、短路的后果后果三、短路的形式及几率三、短路的形式及几率（1）可产生巨大的热的破坏作用；）可产生巨大的热的破坏作用；（2）可产生巨大的力的破坏作用；）可产生巨大的力的破坏作用；（3）短路后电压下降，影响其他电气设备正常运行；）短路后电压下降，影响其他电气设备正常运行；（4）可产生电磁干扰，影响数字设

3、备工作。）可产生电磁干扰，影响数字设备工作。短路类型单相接地短路 两相短路两相接地短路三相短路符号几率87%8%2%3%示意 短路的形式(虚线表示短路电流路径)第二节第二节 无限大容量电力系统三相短路时的物理过程无限大容量电力系统三相短路时的物理过程一、无限大容量电力系统三相短路时的物理过程一、无限大容量电力系统三相短路时的物理过程 1、无限大容量的特点、无限大容量的特点 SS=；US=C（常数）；（常数）；ZS=0 a)a)三相电路图三相电路图 b)b)等效单相电路图等效单相电路图无限大容量电力系统中发生三相短路无限大容量电力系统中发生三相短路 无限大容量系统发生三相短路时的电压、电流变化曲

4、线 电路中存在电感，发生短路后，电流不能突变，有一个过渡过程即短路暂态过程。二、与短路有关的物理量二、与短路有关的物理量 1 1、短路电流、短路电流周期分量周期分量 （波形为正弦波）2 2、短路电流、短路电流非周期分量非周期分量 （波形按指数函数衰减）4 4、短路冲击电流、短路冲击电流 3 3、短路瞬时电流、短路瞬时电流（瞬时值）（有效值）5 5、冲击系数、冲击系数 而式中，式中，为短路电流的次暂态值，它是短路电流周期分量在第一个为短路电流的次暂态值，它是短路电流周期分量在第一个周期的有效值。周期的有效值。在高在高压电路中，往往路中，往往在低在低压电路中，往往路中，往往，在在高高压电路中路中发

5、生短路生短路时，常取，常取所以：所以：则则则则因此因此而而在在低低压电路中路中发生短路生短路时，常取，常取在无限大容量系在无限大容量系统中有：中有：所以：所以：第三节第三节 无限大容量系统短路电流的计算无限大容量系统短路电流的计算短路电流计算过程短路电流计算过程：绘出计算电路图、元件编号、绘：绘出计算电路图、元件编号、绘等效电路、计算阻抗和总阻抗、计算短路电流和短路等效电路、计算阻抗和总阻抗、计算短路电流和短路容量、汇总出计算结果表格。容量、汇总出计算结果表格。短路电流计算方法：短路电流计算方法：欧姆法、标幺制法（常用）欧姆法、标幺制法（常用）。短路电流计算的目的短路电流计算的目的：选择和校验

6、开关和设备；选择和校验开关和设备；选择限流电抗器；选择限流电抗器；继电保护整定。继电保护整定。一、欧姆法进行三相短路计算一、欧姆法进行三相短路计算计算公式计算公式 在高压电路中，由于在高压电路中，由于式中，式中，为短路回路的总电阻和电抗；为短路回路的总电阻和电抗；UcUc为短路点的计为短路点的计算电压算电压（或平均额定电压），（或平均额定电压），按高于按高于5%5%额定电压取值额定电压取值，如：，如：0.40.4、6.36.3、10.5kV10.5kV等。等。和一般只计入电抗；一般只计入电抗；在低压电路中，由于在低压电路中，由于才需计入电阻。才需计入电阻。1 1、电力系统的阻抗、电力系统的阻抗

7、电力系统的电力系统的电阻电阻相对于电抗很小，相对于电抗很小，不予考虑不予考虑。式中，式中，Soc 为系统出口断路器的断流容量，参看附录表为系统出口断路器的断流容量，参看附录表2 2、电力变压器的阻抗、电力变压器的阻抗短路损耗短路损耗 电阻电阻为变压器的短路损耗，参看附录表为变压器的短路损耗，参看附录表3 3、电力线路的阻抗计算、电力线路的阻抗计算也可查下表：也可查下表：电抗电抗为变压器短路电压（或阻抗电压）的百分值，参看附录表为变压器短路电压（或阻抗电压）的百分值，参看附录表为导线或电缆单位长度的电阻，参看附录表为导线或电缆单位长度的电阻，参看附录表为导线或电缆单位长度的电抗，参看附录表为导线

8、或电缆单位长度的电抗，参看附录表电力线路每相的单位长度电抗平均值电力线路每相的单位长度电抗平均值(/km)/km)线 路 电 压 线路结构 35kV及以上 610kV 220380V 架空线路 电缆线路 0.40 0.12 0.35 0.08 0.32 0.0664 4、阻抗换算（有变压器时）、阻抗换算（有变压器时）电路内各电路内各元件的阻抗都必须按照短路点的短路计算电压统一换算，元件的阻抗都必须按照短路点的短路计算电压统一换算，换算的条件是换算的条件是元件功率损耗不变元件功率损耗不变。例题例题 31，P57式中，式中，R、X、UC为换算前参数，为换算前参数，以以表示的为换算后的参数。表示的为

9、换算后的参数。二、标幺制法进行三相短路电流计算二、标幺制法进行三相短路电流计算1 1、标幺值概念、标幺值概念 任意一个物理量的标幺值任意一个物理量的标幺值（实际值与基准值之比）（实际值与基准值之比）基准容量基准容量 （可以任意选取，一般取（可以任意选取，一般取100MVA100MVA）基准电压基准电压 （通常取短路计算电压）（通常取短路计算电压）基准电流基准电流 基准电抗基准电抗 2 2、各元件标幺值、各元件标幺值1 1）电力系统）电力系统 2）电力变压器）电力变压器3）电力线路）电力线路3、三相短路电流计算、三相短路电流计算根据根据 可以分别计算出可以分别计算出 。Uc为元件所在处的计算电压

10、。为元件所在处的计算电压。4 4、三相短路容量、三相短路容量（1）确定各基准值；）确定各基准值；（2）分别计算各元件电抗标幺值；）分别计算各元件电抗标幺值；（3）根据计算电路绘出等效电路，并将各元件电抗标幺值和短路）根据计算电路绘出等效电路，并将各元件电抗标幺值和短路计算点一一标出在等效电路上；计算点一一标出在等效电路上；（4）分别求出各短路计算点的总电抗标幺值；）分别求出各短路计算点的总电抗标幺值；（5）分别计算各短路计算点的各短路参数值；）分别计算各短路计算点的各短路参数值；（6）将各计算结果列表。）将各计算结果列表。5、计算步骤、计算步骤例题例题 32，P606、计算示例、计算示例例题：

11、已知供电系统如图所示，系统出口断路器的断路容量为500MVA。求：1）工厂配电所10kV母线上k1点和车间变电所低压380V母线上k2点短路回路的总电抗标幺值，2）k1，k2两点的，及值。，值；解：1、先求k1点的短路回路阻抗、短路电流及短路容量取：算出各元件电抗标么值：k1点等效电路短路回路阻抗、短路电流及短路容量：2、再求k2点的短路回路阻抗、短路电流及短路容量算出各元件电抗标么值：k2点的等效电路短路回路阻抗、短路电流及短路容量：3、将计算结果列下表短路计算点电抗标幺值短路电流（kA）短路容量（MVA）k11.922.867.2952k26.4622.34115.48三三、两相短路电流计

12、算、两相短路电流计算如如图，因，因为：又因又因为：所以：所以：四、四、单相短路电流单相短路电流的计算的计算大接地电流系统、三相四线制系统发生单相短路时大接地电流系统、三相四线制系统发生单相短路时 式中式中Z 1，Z 2，Z 3分别为分别为正序、负序、零序总阻抗。正序、负序、零序总阻抗。工程中简单计算工程中简单计算 式中式中U线路的相电压；线路的相电压；Z N为为相线与相线与N线短路回路的阻抗；线短路回路的阻抗；Z PE为为相线与相线与PE线短路回路的阻抗；线短路回路的阻抗；Z PEN为相线与为相线与PEN线短路回路的阻抗。线短路回路的阻抗。应用：应用：在无限大容量系统中，两相短路电流在无限大容

13、量系统中，两相短路电流和单相短路电流均比三相短路电流小，电气设备和单相短路电流均比三相短路电流小，电气设备的选择与校验应采用三相短路电流，相间短路保的选择与校验应采用三相短路电流，相间短路保护及灵敏度校验应采用两相短路电流，单相短路护及灵敏度校验应采用两相短路电流，单相短路电流主要用于单相短路保护的整定热稳定度的校电流主要用于单相短路保护的整定热稳定度的校验。验。第四节第四节 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发生短路后产生的危害效应有：发生短路后产生的危害效应有：电动力效应电动力效应 热效应热效应一、短路电流的电动力效应和动稳定度一、短路电流的电动力效应和动稳定度1、电动力

14、效应、电动力效应 如如图，两跟平行，两跟平行导体之体之间的受力，由物理学公式得：的受力，由物理学公式得：式中，式中，a为两根导体的轴线间距离；为两根导体的轴线间距离；l为导体的两相邻支点间为导体的两相邻支点间距离（档距）。距离（档距）。如果考虑到导体的形状，则引入形状系数如果考虑到导体的形状，则引入形状系数 ，有：，有：式中，式中，形状系数，与形状系数，与导体的形状和相体的形状和相对位置有关。位置有关。两相短路时，有：两相短路时，有：如图，三相短路时，有：如图，三相短路时，有：aishC C l A B ishAishB FBA FB Ca由于：由于：所以：所以：两相和三相短路时最大电动力两相

15、和三相短路时最大电动力 由计算可知：由计算可知：中间相导体所受到的电动力比两相短路中间相导体所受到的电动力比两相短路时导体所受到的电动力大，一般采用三相短路冲击电流校时导体所受到的电动力大，一般采用三相短路冲击电流校验电器的动稳定度。验电器的动稳定度。2 2、动稳定度校验、动稳定度校验 1 1）一般电器）一般电器（QF、QS、TA）：和和分别为电器的极限通过电流的峰值和有效值，分别为电器的极限通过电流的峰值和有效值，式中，式中，可查有关手册或产品样本，或书后相关附录表。可查有关手册或产品样本，或书后相关附录表。例如例如:SN10-10II:SN10-10II的的imaximax=80kA=80

16、kA。2 2）绝缘子（瓷瓶）：）绝缘子（瓷瓶）：应满足：应满足：式中：式中：为绝缘子的最大允子的最大允许载荷，荷，查有关有关资料；料；为三相短路三相短路时作用于作用于绝缘子上的子上的计算力，由下式算力，由下式计算：算：导体平放体平放时（a图）有：）有：导体体竖放放时（b图）有：图）有：a)平放 b)竖放3 3）硬母线：）硬母线：应满足：应满足：式中：式中：为母母线材料的最大允材料的最大允许应力（力（Pa），它与），它与导线的材的材质有关：有关：为母母线所受最大所受最大计算算应力，由下式求的：力，由下式求的：式中，式中，M为母线的弯曲力矩，与档数和最大三相电动力有关：为母线的弯曲力矩，与档数和最大三相电动力有关：档数档数为12时：档数大于档数大于2时：W为母母线截面系数：截面系数：（见上母上母线放置放置图）硬铝母线硬铝母线（LMY）为）为70 M Pa；硬铜母线（；硬铜母线（TMY）为为140M Pa。3 3、短路点附近交流电机反馈冲击电流的考虑、短路点附近交流电机反馈冲击电流的考虑 （1）条件：）条件：20m内（距离近），内（距离近），100kW以上（容量大）的电动机。以上（容量大）的