短路电流的计算

4短路电流的计算4.1概述4.1.1短路及其原因、后果短路：指供电系统中不同电位的导电部分（各相导体、地线等）之间发生的低阻性短接。主要原因：电气设备载流部分的绝缘损坏，其次是人员误操作、鸟兽危害等。短路后果：短路电流产生的热量，使导体温度急剧上升，会使绝缘损坏；短路电流产生的电动力，会使设备载流部分变形或损坏；短路会使系统电压骤降，影响系统其他设备的正常运行；严重的短路会影响系统的稳定性；短路还会造成停电；不对称短路的短路电流会对通信和电子设备等产生电磁干扰等。三相短路负荷a)电源0CBA(3)k(3)k.AI(3)k.BI(3)k.CI4.1.2短路的类型b)电源0CBA负荷(2)k两相短路(2)k.AI(2)k.BI负荷0c)Ck(1)电源BA单相(接地)短路(1)kI负荷0d)NCk(1)电源BA单相短路(1)kIe)C0电源ABk负荷(1,1)两相接地短路(1,1)kIf)CA0电源B负荷(1,1)kk两相接地短路(1,1)kI为了选择和校验电气设备、载流导体和整定供电系统的继电保护装置，需要计算三相短路电流；在校验继电保护装置的灵敏度时还需计算不对称短路的短路电流值；校验电气设备及载流导体的力稳定和热稳定，就要用到短路冲击电流、稳态短路电流及短路容量；对瞬时动作的低压断路器，则需用冲击电流有效值来进行其动稳定校验。4.1.3计算短路电流的目的4.1.4三相短路时的电压、电流曲线无限大容量电源——内阻抗为零的电源。当电源内阻抗为零时，不管输出的电流如何变动，电源内部均不产生压降，电源母线上的输出电压维持不变。图无限大容量系统发生三相短路时的电压、电流曲线进行短路电流计算，首先要绘出计算电路图。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。4.2短路电流的计算方法在计算电路图上，将短路计算所需考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。在无限大容量电源供电系统中发生三相短路时，短路电流的周期分量的幅值和有效值是不变的。cN1.05UU短路点的短路计算电压:cU取为线路首端电压，即取为比线路额定电压高5%。:cU:X与短路点的短路计算电压相对应的等效电抗值之和。(3)3ckUIX三相短路容量)3()3(3kckIUS4.2.1标幺值法按标幺值法进行短路计算时，一般是先选定基准容量Sj和基准电压Uj。()()该量的实际值任意单位某量的标幺值该量的基准值与实际值同单位基准容量，工程设计中通常取Sj=100MVA。基准电压，通常取短路点处的短路计算电压，即取Uj=Uc。选定了基准容量Sj和基准电压Uj以后，jjj3SIU基准电抗：2jjjjj3UUXSI基准电流：基准容量，工程设计中通常取Sj=100MVA。基准电压，通常取短路点处的短路计算电压，即取Uj=Uc。1.电源22jjscjkjkSUSXUXXSSS4.2.2供电系统中各元件电抗标幺值通常取Uj=Uc。2cSkUXS系统变电所高压馈电线出口断路器的断流容量Sk2.变压器1001003%2TNTTNNTTTNkUXSUXIuTNjkjjTNTNkjTTSSuUSSUuXXX100%100%22XT可由变压器的短路电压百分值近似地计算。为变压器的短路电压（阻抗电压）百分值SNT%ku为变压器的额定容量3.电力线路2jj002jjjllUSXXxlxlXSU求出短路电路中各主要元件的电抗标幺值以后，即可利用其等效电路图进行电路化简，计算其总电抗标幺值。X无限大容量系统三相短路电流周期分量有效值的标幺值按下式计算：2(3)jj(3)kckjjj133SUIUIISXXXU由此可求得三相短路电流周期分量有效值为三相短路容量的计算公式为j(3)(3)kkjIIIIXjj(3)(3)kckc33ISSUIUXX(3)(3)kkj1IIIX2(3)jj(3)kckjjj133SUIUIISXXXU例某供电系统如图所示。已知电力系统出口断路器为SN10-10Ⅱ型。试求工厂变电所高压10kV母线上k-1点和低压380V母线上k-2点的三相短路电流和短路容量。（）解：(1).确定基准值取jj1c1j2c2100MVA10.5kV0.4kVSUUUU，，有jj1j1100MVA5.50kA3310.5kVSIU00.35/xkmjj2j2100MVA144kA330.4kVSIU(2).计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值1).电力系统的电抗标幺值:因此由表5-17查得SN10-10Ⅱ型断路器的oc500MVASj1oc100MVA0.2500MVASXS2).架空线路的电抗标幺值:j2022c1100MVA0.35(/km)5km1.5910.5kVSXxlU3).电力变压器的电抗标幺值:由表3-1查得因此绘短路等效电路图如图所示,并标出短路计算点k-1和k-2。k%4.5U3kd34N%4.510010kVA5.625100100800kVAUSXXS(3).计算k-1点的三相短路电流和短路容量1).总电抗标幺值(1)120.21.591.79kXXX2).三相短路电流周期器分量有效值j1(3)k-1(k-1)5.5kA3.07kA1.79IIX3).其他三相短路电流(3)(3)(3)k-13.07kAIII(3)(3)sh(3)(3)sh2.552.553.07kA7.83kA1.511.513.07kA4.64kAiIII4).三相短路容量(4).计算k-2点的三相短路电流和短路容量1).总电抗标幺值j(3)k-1(k-1)100MVA55.9MVA1.79SSX(k2)12345.625//0.21.594.602XXXXX2).三相短路电流周期分量有效值j2(3)k2(k2)144kA31.3kA4.60IIX4).三相短路容量3).其他三相短路电流(3)(3)(3)k131.3kAIII(3)(3)sh1.841.8431.3kA57.6kAiI(3)(3)sh1.091.0931.3kA34.1kAIIj(3)k2(k2)100MVA21.7MVA4.60SSX电力系统发生短路故障时，短路电流是相当大的，短路电流通过电器和导体，一方面要产生很大的电动力，即力效应；另一方面要产生很高的温度，即热效应。4.3电气设备的动稳定度和热稳定度校验4.3.1短路电流的力效应和热效应供电系统短路时，短路电流特别是短路冲击电流将使相邻导体之间产生很大的电动力，可使电器和载流导体遭受严重的机械性破坏。为此，要使电路元件能承受短路时最大电动力的作用，电路元件必须具有足够的电动稳定度。4.3.2短路电流的力效应和动稳定度的校验三相短路冲击电流。分别为电器的动稳定电流的峰值和有效值。maxmax:iI和(3)maxshii(3)sh:i(3)maxshII或三相短路冲击电流的有效值。(3)sh:I短路动稳定度的校验条件导体通过正常负荷电流时，由于导体具有电阻，因此要产生电能损耗。这种电能损耗转换为热能，一方面使导体温度升高，另一方面向周围介质散热。当导体内产生的热量与导体向周围介质散失的热量相等时，导体就维持在一定的温度值。由于短路后线路的保护装置很快动作，切除短路故障，所以短路电流通过导体的时间不会很长，一般不超过2～3s。因此在短路过程中，可不考虑导体向周围介质的散热，即近似地认为导体在短路时间内产生的热量，全部用来使导体温度升高。4.3.3短路电流的热效验和热稳定度校验θL：图短路前后导体的温度变化t1：θ0：导体在正常负荷时的温度发生短路的时刻t2：θk：保护装置动作，切除短路故障导体达到的最高温度值周围介质的温度假设在某一假想时间tima内导体内通过短路稳态电流I∞所产生的热量，恰好等于实际短路电流ik或Ik(t)在实际短路时间tk内在导体内产生的热量Qk，即k22kk()ima0ttQIRdtIRt式中R为导体的电阻；图短路发热的假想时间tima：为短路发热假想时间对于一般高压断路器（如油断路器），可取toc=0.2s；对于高速断路器（如真空断路器、六氟化硫断路器），可取toc=0.1～0.15s。tima=tk+0.05s短路时间tk，为短路保护装置实际最长的动作时间top与断路器的断路时间toc之和，即kopocttt一般电器的热稳定度的校验条件电器的热稳定试验时间:t22timaItIt三相短路稳态电流:I电器的热稳定电流:tI短路发热的假想时间ima:timak0.05sttkopocttt短路保护装置实际动作时间op:t断路器的断路时间oc:t