工厂供电 短路电流

信息工程与自动化学院.工厂供电.工厂供配电第4章短路电流计算信息工程与自动化学院.工厂供电.在工厂供配电系统的设计和运行中，不仅要考虑系统的正常运行状态，还要考虑系统的不正常运行状态和故障情况，最严重的故障是短路故障。本章讨论和计算供配电系统在短路故障情况下的电流（简称短路电流），短路电流计算的目的主要是供母线、电缆、设备的选择和继电保护整定计算之用。信息工程与自动化学院.工厂供电.第4章短路电流计算4.1概述4.2无限大容量电源系统短路过程分析4.3短路电流计算4.4短路电流的热效应和力效应课堂练习信息工程与自动化学院.工厂供电.4.1概述1.短路的概念所谓短路（shortcircuit），是指电力系统中不同电位的导电部分之间的低阻性短接。也就是指电力系统中相与相之间，或相与地之间通过导体、电弧或小阻抗短接而形成的非正常运行状态。信息工程与自动化学院.工厂供电.2.短路的原因•电气设备载流部分的绝缘损坏（自然老化、操作过电压、大气过电、机械损伤）运行人员误操作（带负荷拉、合隔离开关，检修后忘拆除地线合闸）其他因素（鸟兽跨接裸导体或咬坏设备、电缆的绝缘）信息工程与自动化学院.工厂供电.3.短路的类型对称短路：三相短路不对称短路：单相短路两相短路两相接地短路发生可能性最小，短路电流最大！发生的可能性最大！信息工程与自动化学院.工厂供电.三相短路示意图三相短路负荷a)电源0CBA(3)k(3)k.AI(3)k.BI(3)k.CIa）三相短路(3)k.AI(3)k.BI(3)k.CI信息工程与自动化学院.工厂供电.两相短路示意图(2)k.AI(2)k.BIb)电源0CBA负荷(2)k两相短路(2)k.AI(2)k.BI信息工程与自动化学院.工厂供电.单相短路示意图负荷0c)Ck(1)电源BA单相(接地)短路(1)kI信息工程与自动化学院.工厂供电.两相接地短路示意图e)C0电源ABk负荷(1,1)两相接地短路(1,1)kId）信息工程与自动化学院.工厂供电.4.短路的危害短路电流的热效应使设备急剧发热，可能导致设备过热损坏；短路电流产生很大的电动力，可能使设备永久变形或严重损坏；短路时系统电压大幅度下降，严重影响用户的正常工作；短路可能影响电力系统运行的稳定性；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。信息工程与自动化学院.工厂供电.5.短路电流计算的意义巨大的短路电流（short-circuitcurrent）将对电气设备及人身安全带来极大的危害和威胁。为了预防短路及产生的危害，需要对供电系统中可能产生的短路电流数值预先加以计算，根据计算的结果作为选择电器设备及供电设计的依据。信息工程与自动化学院.工厂供电.6.短路电流计算的目的为了选择电气设备、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。信息工程与自动化学院.工厂供电.7.短路电流计算的基本假设工程上多采用近似计算法，计算结果偏大，作为计算基础的基本假设有：认为系统中各元件参数恒定；当短路回路的总电阻小于总电抗的1/3时，忽略回路中各元件的电阻；忽略短路点的过渡电阻，短路点均以金属性短路对待；除不对称故障处出现局部不对称之外，电力系统通常都看做三相对称的。信息工程与自动化学院.工厂供电.8.防止短路对策预防性试验正确安装和维护防雷设备文明施工严格遵守操作规程信息工程与自动化学院.工厂供电.4.2无限大容量电源系统的短路过程分析无限大容量系统的三相短路过程分析无限大容量系统的两相短路过程分析感应电动机对短路电流的影响信息工程与自动化学院.工厂供电.4.2.1无限大容量电源系统的三相短路过程分析无限大容量电源系统三相短路过渡过程分析有关短路的物理量信息工程与自动化学院.工厂供电.1.无限大容量电源系统理想的无限大容量电源是指内阻抗为零的电源。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。信息工程与自动化学院.工厂供电.在工程实际应用中，无限大容量只是一个相对概念，指电源系统的容量相对于用户容量大得多，在发生三相短路时，电源系统的阻抗远远小于短路回路的总阻抗，以致无论用户负荷如何变化甚至发生短路，系统的母线电压都能基本维持不变。在等值电路图中表示为S=∞和X=0。信息工程与自动化学院.工厂供电.在工程计算中，当电源系统的阻抗不大于短路回路总阻抗的5%～10%，或者电源系统的容量超过用户容量的50倍时，可将其视为无限大容量电源系统。提示信息工程与自动化学院.工厂供电.2.三相短路过渡过程分析短路发生以后，系统电流将由原来的正常负荷电流突然增大，经过暂态过程后达到短路后的稳定值。由于暂态过程的短路电流比稳态值大得多，它对电气设备的危害也很严重，因此有必要对三相短路电流的暂态过程加以分析。信息工程与自动化学院.工厂供电.短路电流暂态过程短路电流最大值条件信息工程与自动化学院.工厂供电.（1）短路电流暂态过程图1三相短路时的三相等效电路图信息工程与自动化学院.工厂供电.图2分析三相短路时的单相等效电路图信息工程与自动化学院.工厂供电.当t＝0时刻，发生三相短路，则图2所示等效电路的电压方程为：解微分方程得短路全电流为：)1()sin(11tUdtdiLiRmkkkk)2(sinsinfifiklzmklklmkTtTtcetIcetZUi信息工程与自动化学院.工厂供电.当t＝0时刻，发生三相短路，由于短路电路存在电感，电流不能突变，因此引起一个过渡过程，即“短路暂态过程”。短路前，电路中的正常负荷电流为：当t＝0时刻，发生三相短路)3(sinsinsinklzmm00klzm0cIIiicIitIisinm0信息工程与自动化学院.工厂供电.解方程（3）得：代入公式（2）可得短路全电流瞬时值为：式（5）中，右端第一项为短路电流周期分量;第二项为短路电流非周期分量。)4(sinsinfi0klzmmiIIc)5(sinfizfi0klzmkfiiieitIiTt信息工程与自动化学院.工厂供电.由式（5）可以看出，非周期分量在短路后按指数曲线衰减，经历（3~5）Tfi即衰减至零，暂态过程结束，短路进入稳态，稳态短路电流只含有短路电流的周期分量。上述现象的电流波形图如图3所示。信息工程与自动化学院.工厂供电.图3三相短路电流过渡过程波形图正常运行状态短路暂态过程短路稳态过程信息工程与自动化学院.工厂供电.（2）短路电流最大值的条件：当电路的参数不变时，短路电流周期分量幅值不变，而短路电流非周期分量则是按指数规律单调衰减。因此，非周期电流的初值越大，过渡过程中短路全电流的最大瞬时值也就越大。信息工程与自动化学院.工厂供电.由公式（4）分析可知，短路电流非周期分量的初值取最大值的条件为：短路前为空载，即Im=0，这时设电路的感抗X比电阻R大得多，即短路阻抗角kl≈90。短路发生于某相电压瞬时值过零值时，即当t=0时，初相角=0。klzmfi0sinIi信息工程与自动化学院.工厂供电.3.有关短路的物理量短路电流稳态值短路冲击电流瞬时值短路冲击电流有效值短路功率信息工程与自动化学院.工厂供电.•短路电流稳态值指短路进入稳态后,短路电流的有效值,用I∞表示。短路电流达到稳定过程时，短路电流非周期分量衰减为零，短路全电流只含有周期分量，所以zII信息工程与自动化学院.工厂供电.•短路冲击电流瞬时值即在发生最大短路电流的条件下，这时，从公式（4）、（5）得fiTtfizmkzmfieitIiIi00cos信息工程与自动化学院.工厂供电.当短路发生后约半个周期：时，出现的短路电流最大瞬时值，即短路电流的幅值达到冲击电流值。sfTtN01.05021212)1(fifi01.0zm01.0_fi0zmshTTeIeiIi信息工程与自动化学院.工厂供电.令冲击系数冲击系数取决于即取决于电网的阻抗比或电网短路点的阻抗比，冲击系数取值范围为1≤Ksh≤2。短路冲击电流瞬时值是用来校验电气设备力稳定的重要数据。fi01.01TsheK)/(11kkfiRXT信息工程与自动化学院.工厂供电.在高压供电系统中取Ksh=1.8在低压供电系统中取Ksh=1.3zzshshIIKi55.22zzshshIIKi84.12为什么高/低压电网中的Ksh取值不同？信息工程与自动化学院.工厂供电.短路电流的衰减速度与短路电路的阻抗有关。高压电网的电阻与电抗之比值小于低压电网的电阻与电抗之比值，这就使高压电网中短路电流的衰减速度比低压电网中短路电流的衰减速度慢。所以计算高压电网短路电流冲击系数比计算低压电网短路电流的冲击系数要大。信息工程与自动化学院.工厂供电.短路冲击电流有效值短路冲击电流有效值指的是短路后的第一个周期内短路全电流的有效值。短路冲击电流有效值也是校验电气设备力稳定的重要数据。信息工程与自动化学院.工厂供电.由于短路全电流的有效值为：当t=0.01s时，短路全电流的有效值就是对应于冲击电流ish时的有效值，用Ish表示：fiziiik2tfi2zktiII2shz01.0.201.0.2sh)1(212)1(KIIIKiiIIshzshtfitfiz信息工程与自动化学院.工厂供电.在高压供电系统中取Ksh=1.8，在低压供电系统中取Ksh=1.3，zshII51.1zshII09.1信息工程与自动化学院.工厂供电.短路功率短路功率又称为短路容量，它等于短路电流有效值同短路点处的正常工作电压（一般用平均额定电压）的乘积。即：zavKIUS3信息工程与自动化学院.工厂供电.4.2.2无穷大容量电源系统两相短路分析图4两相短路时三相等效电路图ik(2)信息工程与自动化学院.工厂供电.87.02333/2)3()2()3()2(KKLLKLLKIIXUXUIXUXXUI)3()2()3()2(87.087.02KKKLKiiIXUI在进行继电保护灵敏度校验时，需要知道供电系统最小运行方式下发生两相短路时的两相短路电流值。若忽略电路电阻值，则：信息工程与自动化学院.工厂供电.4.2.3感应电动机对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。如图5所示。信息工程与自动化学院.工厂供电.图5计算感应电动机端点上短路时的短路电流信息工程与自动化学院.工厂供电.电动机向短路点反馈的冲击电流为因为感应电动机供给的反馈短路电流衰减很快，所以只考虑对短路冲击电流的影响。当计及感应电动机的反馈冲击电流，系统短路电流冲击值为MNMshMMMsh2IkXEiMsh(3)sh(3)shiii信息工程与自动化学院.工厂供电.令则其中：C------反馈冲击系数ksh.M------短路电流冲击系数IN.M------电动机额定电流MNMshshMshshshIkCiiii)3()3()3(MM2XEC信息工程与自动化学院.工厂供电.在实际的工程计算中，如果在短路点附近所接的容量在100kW以上的感应电动机或总容量在100kW以上的电动机群，当值为短路冲击电流ish(3)的5％以上时需考虑其影响。反馈冲击系数C感应电动机6.5同步电动机7.8同步补偿机10.8综合负荷3.2信息工程与自动化学院.工厂供电.4.3短路电流计算短路电流的计算方法有：欧姆法（有名单位制法）标幺制法（相对单位制法）短