短路电流及其计算

2020/2/261第3章短路电流及其计算第1节短路的原因、后果及形式第2节无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程和物理量第3节无限大容量电力系统中短路电流的计算第4节短路电流的效应和稳定度校验2020/2/262教学内容：短路的原因、后果及其形式；无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程和物理量；三相短路电流的计算；两相和单相短路电流的计算；短路电流的效应和稳定度校验。教学重点：短路的原因、后果及其形式；三相短路电流的计算；两相和单相短路电流的计算；短路电流的效应和稳定度校验。教学难点：三相短路电流和短路容量的计算；短路电流的电动效应和热效应2020/2/263•绝缘损坏、过电压、外力损伤、违反操作规程、动物造成等二、短路的后果•产生很大的电动力、很高温度、元器件损坏；电压骤停、影响电气设备正常运行；停电、电力系统运行的稳定性遭到破坏；不平衡电流、不平衡逆变磁场、电磁干扰等出现。•三、短路的形式三相短路两相短路单相短路两相接地短路)3(kI)2(kI)1(kI一、短路的原因2020/2/264第1节短路的原因、后果及形式一、短路的原因绝缘损坏、过电压、外力损伤、违反操作规程、动物造成等二、短路的后果产生很大的电动力、很高温度、元器件损坏；电压骤停、影响电气设备正常运行；停电、电力系统运行的稳定性遭到破坏；不平衡电流、不平衡逆变磁场、电磁干扰等出现2020/2/265三、短路的形式三相短路两相短路2020/2/266单相短路2020/2/267三相短路为对称性短路,其他形式短路为不对称性短路电力系统中发生单相短路的可能性最大发生三相短路的可能性最小，但造成的危害最严重。因此作为选择和校验电气设备用的短路计算中，以三相短路计算为主。计算短路电流目的：1.选择和校验电气设备。2.整定继电保护装置的动作电流2020/2/268第2节无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程和物理量一、无限大容量电力系统及其三相短路的物理过程无限大容量电力系统：指供电容量相对于用户供电系统的用电容量大的多的电力系统，当用户供电系统的负荷变动甚至发生短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压能基本维持不变。或者电力系统容量大于用户供电系统容量50倍时，可将电力系统视为无限大容量系统。对于一般供电系统来说，可将电力系统看作无限大容量电源。2020/2/269(二）无限大容量系统三相短路的物理过程WLWLjXRZ无限大容量电源供电•的三相电路上发生•三相短路的电路图。从电源至短路点的阻抗：从短路点至负荷阻抗LLXjRZ2020/2/2610•系统正常运行时：电路的负荷电流ZZUI3•当系统发生三相短路时IZUIk32020/2/2611（三）短路有关的电流量2020/2/2612•1.短路电流周期分量：•2.短路电流非周期分量：•3.短路全电流：•4.短路冲击电流：•5.短路稳态电流Iip2)0(Iinp2)0(nppkiiiIkishsh2kiII2020/2/2613第3节无限大容量电力系统中三相短路电流的计算一概述首先要绘出计算电路图。并计算短路电路中各元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值一般是分子标序号，分母标阻抗值.短路电流计算过程：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容量。2020/2/2614短路计算的方法欧姆法标幺制法工程设计中采用的单位电流单位:电压单位:短路容量、断流容量:设备容量单位为：阻抗单位为：kAkVAMVkWAkV.2020/2/2615短路容量二、采用欧姆法进行三相短路计算22)3(33XRUZUIcck短路计算短路电流)3()3(3kckIUS2020/2/2616短路计算中三大主要元件：（一）电力系统的阻抗：（二）电力变压器的阻抗1.变压器的电阻:2.变压器的电抗:occSSUX2NckTSUUX100%22)(NckTSUPR2020/2/2617(三)电力线路的阻抗1.线路的电阻2.线路的电抗：注意：在计算短路电路的阻抗时，假如电路内含有电力变压器，则电路各元件的阻抗都应统一换算到短路点的短路计算电压去。lRRWL0lXXWL022)()(ccccUUXXUURR2020/2/2618电力线路每相的单位长度电抗平均值线路电压线路结构35kV及以上6～10kV220／380V架空线路电缆线路0.400.120.350.080.320.0662020/2/2619•例4-1某供配电系统如图所示。已知电力系统出口断路器为SN10-10Ⅱ型。试求企业变电所高压10KV母线上k-1点短路和低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。2020/2/2620•解1、求k-1点的三相短路电流和短路容量（UC1=10.5KV)•(1)计算短路电路中各元件的电抗及总电抗•①电力系统的电抗；由附录表3可查得SN10-10Ⅱ型断路器的断流容量SOC=500MVA，因此•②架空线路的电抗：由表4-1查得，因此•③绘k-1点短路的等效电路如图3-5a所示，并计算总电抗如下：2020/2/2621(2)计算三相短路电流和短路容量①三相短路电流周期分量有效值：kAkVXUIKCk08.397.135.103)1(1)3(12020/2/2622③三相短路冲击电流④三相短路容量：kAkAIish85.708.355.255.2)3()3(kAkAIIsh65.408.351.151.1)3()3(AMVkAkVIUSkCK5608.35.1033)3(11)3(12020/2/2623求k-2点的三相短路电流和短路容量②架空线路的电抗：①电力系统的电抗：（1）计算短路电路中各元件的电抗及总电抗:kVUC4.024221102.3500)4.0(AMVkVSUXOCC32212021054.25.104.05)/(35.0kVkVkmkmUUlXXCC2020/2/2624④绘k-2点短路的等效电路如图所示，并计算其总电抗如下：③电力变压器的电抗：有附录表2得%=4.5,因此33344321)2(1086.621081054.2102.3//XXXXXk3222431081000)4.0(1005.4100%AkVkVSUUXXNCZ2020/2/2625（2）计算三相短路电流和短路容量①三相短路电流周期分量有效值：②三相短路次暂态电流和稳态电流有效值：kAkVXUIkCk7.331086.634.033)2(2)3(2kAIIIkk7.33)3(2)3(22020/2/2626④三相短路容量：③三相短路冲击电流及第一周期短路全电流有效值:kAkAIish627.3384.184.1)3()3(kAkAIIsh7.367.3309.109.1)3()3(AMVkAkVIUSkCK3.237.334.033)3(22)3(22020/2/2627三.采用标幺制法进行三相短路计算1、标幺值概念•某一物理的标幺值,为该物理量的实际值A与所选定的基准值比值，即••按标幺制法进行短路计算时，一般先选定基准容量•和基准电压•基准容量，工程设计中通常取•基准电压，通常取元件所在的短路计算电压，取•选定了基准容量和基准电压以后，•可按下式计算基准电流：•按下式计算基准电抗：ddAAAMVASd100cdUUCddddUSUSI33dCdddSUIUX232020/2/26282、元件标幺值：•电力系统电抗标幺值：•电力变压器电抗标幺值：•电力线路电抗标幺值：3、短路电流标幺值及短路电流计算OCddCOCCdSSSSSUSUXXX//22NdKdCNCKdTTSSUSUSUUXXX100%/100%2222/CdOdCOdWLWLUSlXSUlXXXX*)*3()3(2)3()3(13/3/XIIIIXXSUUSXUIIIddKKdCCdCdKK2020/2/26294、三相短路容量**)3()3(33XSXUIUISdcdCKKZUICK2)2(866.02/3/)3()2(KKII四、两相短路电流的计算五、单相短路电流的计算大接地电流系统、三相四线制系统发生单相短路时321)1(3ZZZUIK工程中简单计算由此可知：两相短路电流和单相短路电流都比三相短路电流小，因此用于选择电气设备的短路稳定度的短路电流，应采用三相短路电流。0)1(ZUIK)3()1(kkII2020/2/2630结论：1.单相短路电流主要用于：单相短路保护的整定及单相短路稳定度的校验。2.两相短路电流主要用于：相间短路保护灵敏度的校验。3.三相短路电流主要用于：选择电气设备和导体的短路稳定度校验。2020/2/2631第4节短路电流的效应和稳定度校验•一、概述•发生短路后产生危害效应：电动效应•热效应•二、短路电流的电动效应和动稳定度•（一）短路时最大电动力•短路电流的电动效应与动稳定度效验•（一）短路电流的电动效验•由《电工基础》知，处于空气中的两平行直导体分别通过电流i1、i2（A），而导体间轴线距离为a，导体的两支持点距离（档距）为l,则导体间所产生的电磁互作用力即电动力为：2721210/1022ANaliialiiF2020/2/26321.如果三相线路中发生两相短路，则两相短路冲击电流通过两相导体时产生的电动力最大，其值为：2.如果三相线路中发生三相短路则三相短路冲击电流在中间相产生的电动力最大：)2(shi272)2(0)2(/10ANaliFsh272)3()3(/103ANaiiFsh3.三相短路时的电动力与两相短路时电动力的关系15.132)2()3(FF2020/2/2633由此可见：三相线路发生三相短路时，中间相导体所受的电动力比两相短路时导体所受的电动力大。因此，校验电器和载流部分的动稳定度，一般应采用三相短路冲击电流)3(shi2020/2/2634（二）短路动稳定度校验的条件•1.一般电器的动稳定度校验（包括开关电器和电流互感器等）2.绝缘子的动稳定度校验条件满足动稳定度校验条件是母线在绝缘子上平放：竖放)3()3(maxshmxashIIii)3(calFF)3()3(FFc)3()3(4.1FFc2020/2/26353.硬母线的动稳定度校验条件满足动稳定度的校验条件:硬铜（TMY）最大允许应力：硬铝（LMY）最大允许应力：上述最大计算应力按右式计算：式中：M为母线通过三相短路冲击电流时所受到的弯曲力矩。当母线挡数为1~2时，当母线档数大于2时W为母线的截面系数。calMPaal140MPaal70WMc8)3(lFM10)3(lFM2020/2/2636（三）电动机对三相短路电流的影响供配电系统发生三相短路时，从电源到短路点的系统电压下降，严重时短路点的电压可降为零。接在短路点附近运行的电动机的反电势可能大于电动机所在处系统的残压，此时电动机将和发电机一样，向短路点馈送短路电流。同时电动机迅速受到制动，它所提供的短路电流很快衰减，一般只考虑电动机对冲击短路电流的影响，如下图所示。2020/2/2637•当短路点附近所接交流电动机的容量超过100kW，或者额定电流之和超过系统短路电流的1%时，应计入电动机反馈电流的影响。MNMshMshICKi...2020/2/2638三、短路电流的热效应和热稳定度（一）短路时导体的发热过程和发热计算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