第3章短路電流及計算

1、2021-11-101第第3章章 短路電流及其計算短路電流及其計算第第1節(jié)節(jié) 短路的原因、后果及形式短路的原因、后果及形式第第2節(jié)節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的物無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的物理過程和物理量理過程和物理量第第3節(jié)節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算第第4節(jié)節(jié) 短路電流的效應和穩(wěn)定度校驗短路電流的效應和穩(wěn)定度校驗2021-11-102教學內(nèi)容：教學內(nèi)容：短路的原因、后果及其形式；短路的原因、后果及其形式；無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的物理過程和物理量；無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的物理過程和物理量；三相短路電流的計算；三相

2、短路電流的計算；兩相和單相短路電流的計算；兩相和單相短路電流的計算；短路電流的效應和穩(wěn)定度校驗。短路電流的效應和穩(wěn)定度校驗。教學重點：教學重點：短路的原因、后果及其形式；短路的原因、后果及其形式；三相短路電流的計算；兩相和單相短路電流的計算；三相短路電流的計算；兩相和單相短路電流的計算；短路電流的效應和穩(wěn)定度校驗。短路電流的效應和穩(wěn)定度校驗。教學難點：教學難點：三相短路電流和短路容量的計算；三相短路電流和短路容量的計算；短路電流的電動效應和熱效應2021-11-103 絕緣損壞、過電壓、外力損傷、違反操作規(guī)程、動物造成等二、短路的二、短路的后果后果 產(chǎn)生很大的電動力、很高溫度、元器件損壞；電壓

3、驟停、影響電氣設備正常運行；停電、電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性遭到破壞；不平衡電流、不平衡逆變磁場、電磁干擾等出現(xiàn)。 三、短路的形式三、短路的形式三相短路兩相短路 單相短路兩相接地短路)3(ki)2(ki)1(ki一、短路的原因一、短路的原因2021-11-104第第1節(jié)節(jié) 短路的原因、后果及形式短路的原因、后果及形式一、短路的原因一、短路的原因絕緣損壞、過電壓、外力損傷、違反操作規(guī)程、動物造成等二、短路的后果二、短路的后果產(chǎn)生很大的電動力、很高溫度、元器件損壞；電壓驟停、影響電氣設備正常運行；停電、電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性遭到破壞；不平衡電流、不平衡逆變磁場、電磁干擾等出現(xiàn)2021-11-105三、短路

4、的形式三、短路的形式三相短路三相短路兩相短路兩相短路2021-11-106單相短路單相短路2021-11-107三相短路三相短路為為對稱性短路對稱性短路,其他形式短路為其他形式短路為不對稱性短路不對稱性短路電力系統(tǒng)中發(fā)生單相短路的可能性最大電力系統(tǒng)中發(fā)生單相短路的可能性最大發(fā)生三相短路的可能性最小，但造成的危害最嚴重。發(fā)生三相短路的可能性最小，但造成的危害最嚴重。因此因此作為選擇和校驗電氣設備用作為選擇和校驗電氣設備用的短路計算中，以的短路計算中，以三相三相短路計算為主短路計算為主。計算短路電流目的：計算短路電流目的：1.選擇和校驗電氣設備。選擇和校驗電氣設備。2.整定繼電保護裝置的動作電流整

5、定繼電保護裝置的動作電流2021-11-108第第2節(jié)節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的物理過程和物理量短路時的物理過程和物理量一、一、無限大容量電力系統(tǒng)及其三相短路的物理過程無限大容量電力系統(tǒng)及其三相短路的物理過程無限大容量電力系統(tǒng)：無限大容量電力系統(tǒng)：指供電容量相對于用戶供電系統(tǒng)的用電容量大的多的指供電容量相對于用戶供電系統(tǒng)的用電容量大的多的電力系統(tǒng)，當用戶供電系統(tǒng)的負荷變動甚至發(fā)生短路時，電力系統(tǒng)，當用戶供電系統(tǒng)的負荷變動甚至發(fā)生短路時，電力系統(tǒng)變電所饋電母線上的電壓能基本維持不變。電力系統(tǒng)變電所饋電母線上的電壓能基本維持不變?；蛘唠娏ο到y(tǒng)容量大于用戶供電系

6、統(tǒng)容量或者電力系統(tǒng)容量大于用戶供電系統(tǒng)容量50倍時，倍時，可將電力系統(tǒng)視為無限大容量系統(tǒng)?？蓪㈦娏ο到y(tǒng)視為無限大容量系統(tǒng)。對于一般供電系統(tǒng)來說，可將電力系統(tǒng)看作無限大容量對于一般供電系統(tǒng)來說，可將電力系統(tǒng)看作無限大容量電源。電源。2021-11-109(二）無限大容量系統(tǒng)三相短路的物理過程二）無限大容量系統(tǒng)三相短路的物理過程wlwljxrz無限大容量電源供電的三相電路上發(fā)生三相短路的電路圖。從電源至短路點的阻抗：從短路點至負荷阻抗llxjrz2021-11-1010系統(tǒng)正常運行時：電路的負荷電流系統(tǒng)正常運行時：電路的負荷電流zzui3當系統(tǒng)發(fā)生三相短路時當系統(tǒng)發(fā)生三相短路時izuik32021

7、-11-1011（三）短路有關的電流量（三）短路有關的電流量2021-11-1012 1.短路電流周期分量：短路電流周期分量： 2.短路電流非周期分短路電流非周期分量：量： 3.短路全電流：短路全電流： 4.短路沖擊電流：短路沖擊電流： 5.短路穩(wěn)態(tài)電流短路穩(wěn)態(tài)電流iip 2)0(iinp 2)0(nppkiiiikishsh 2kiii 2021-11-1013第第3節(jié)節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算電流的計算一概述一概述首先要繪出計算電路圖。首先要繪出計算電路圖。并計算短路電路中各元件的阻抗。并計算短路電路中各元件的阻抗。在等效電路圖上，只需將被計算的

8、短路電流所流經(jīng)的在等效電路圖上，只需將被計算的短路電流所流經(jīng)的一些主要元件表示出來，一些主要元件表示出來，并標明其序號和阻抗值一般是分子標序號，分母標阻抗值并標明其序號和阻抗值一般是分子標序號，分母標阻抗值.短路電流計算過程：短路電流計算過程：繪出計算電路圖、元件編號、繪等效電路、計算阻抗和總阻抗、計算短路電流和短路容量。2021-11-1014短路計算的方法短路計算的方法歐姆法歐姆法標幺制法標幺制法工程設計中采用工程設計中采用的單位的單位電流單位:電壓單位:短路容量、斷流容量:設備容量單位為：阻抗單位為：kakvamv kwakv.2021-11-1015短路容量短路容量二、采用歐姆法進行三

9、相短路計算二、采用歐姆法進行三相短路計算22)3(33xruzuicck短路計算短路計算短路電流短路電流)3()3(3kckius2021-11-1016短路計算中三大主要元件短路計算中三大主要元件：（一）電力系統(tǒng)的阻抗：（二）電力變壓器的阻抗1.變壓器的電阻:2.變壓器的電抗:occssux2ncktsuux100%22)(ncktsupr2021-11-1017(三三)電力線路的阻抗電力線路的阻抗1.線路的電阻2.線路的電抗：注意：在計算短路電路的阻抗時，假如電路內(nèi)含有電力變壓器，則電路各元件的阻抗都應統(tǒng)一換算到短路點的短路計算電壓去。lrrwl0lxxwl022)()(ccccuuxxu

10、urr2021-11-1018電力線路每相的單位長度電抗平均值電力線路每相的單位長度電抗平均值 線路結(jié)構 架空線路 電纜線路線 路 電 壓 35kv及以上 0.40 0.12 610kv 0.35 0.08 220380v 0.32 0.0662021-11-1019 例例4-14-1 某供配電系統(tǒng)如圖所示。已知電力系統(tǒng)出口斷路器為sn10-10型。試求企業(yè)變電所高壓10kv母線上k-1點短路和低壓380v母線上k-2點短路的三相短路電流和短路容量。2021-11-1020 解解 1 1、求、求k-1k-1點的三相短路電流和短路容量點的三相短路電流和短路容量 （u uc1c1=10.5kv=1

11、0.5kv) (1)計算短路電路中各元件的電抗及總電抗 電力系統(tǒng)的電抗；電力系統(tǒng)的電抗；由附錄表3可查得sn10-10型斷路器的斷流容量soc=500mva，因此 架空線路的電抗架空線路的電抗： 由表4-1查得，因此 繪繪k-1k-1點短路的等效電點短路的等效電路如圖3-5a所示，并計算總電抗如下： 2021-11-1021(2)計算三相短路電流和短路容量計算三相短路電流和短路容量 三相短路電流周期分量有效值：kakvxuikck08. 397. 135 .103)1(1)3(12021-11-1022三相短路沖擊電流三相短路沖擊電流三相短路容量：三相短路容量：kakaiish85. 708.

12、 355. 255. 2)3()3( kakaiish65. 408. 351. 151. 1)3()3( amvkakviuskck5608. 35 .1033)3(11)3(12021-11-1023求求k-2k-2點的三相短路電流和短路容量點的三相短路電流和短路容量架空線路的電抗：架空線路的電抗：電力系統(tǒng)的電抗：電力系統(tǒng)的電抗：（1）計算短路電路中各元件的電抗及總電抗）計算短路電路中各元件的電抗及總電抗:kvuc4 . 024221102 . 3500)4 . 0(amvkvsuxocc32212021054. 25 .104 . 05)/(35. 0kvkvkmkmuulxxcc202

13、1-11-1024繪繪k-2點短路的等效電路如圖所示，并計算其總電抗如下：點短路的等效電路如圖所示，并計算其總電抗如下：電力變壓器的電抗：電力變壓器的電抗：有附錄表有附錄表2得得%=4.5,因此因此33344321)2(1086. 621081054. 2102 . 3/ xxxxxk3222431081000)4 . 0(1005 . 4100%akvkvsuuxxncz2021-11-1025（2 2）計算三相短路電流和短路容量）計算三相短路電流和短路容量 三相短路電流周期分量有效值：三相短路電流周期分量有效值：三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流有效值：kakvxuikck7 .331086.

14、634 . 033)2(2)3(2kaiiikk7 .33)3(2)3(2 2021-11-1026三相短路容量：三相短路容量：三相短路沖擊電流及第一周期短路全電流有效值三相短路沖擊電流及第一周期短路全電流有效值:kakaiish627 .3384. 184. 1)3()3( kakaiish7 .367 .3309. 109. 1)3()3( amvkakviuskck3 .237 .334 . 033)3(22)3(22021-11-1027三三. .采用標幺制法進行三相短路計算采用標幺制法進行三相短路計算1、標幺值概念 某一物理的標幺值某一物理的標幺值, ,為該物理量的實際值為該物理量的

15、實際值a a與所選定的基準值比值，與所選定的基準值比值，即即 按標幺制法進行短路計算時，一般先選定基準容量按標幺制法進行短路計算時，一般先選定基準容量和基準電壓和基準電壓基準容量，工程設計中通常取基準容量，工程設計中通常取基準電壓，通常取元件所在的短路計算電壓，取基準電壓，通常取元件所在的短路計算電壓，取選定了基準容量和基準電壓以后，選定了基準容量和基準電壓以后，可按下式計算基準電流：可按下式計算基準電流：按下式計算基準電抗：按下式計算基準電抗： ddaaa mvasd100cduu cddddususi33dcdddsuiux232021-11-10282、元件標幺值： 電力系統(tǒng)電抗標幺值：

16、 電力變壓器電抗標幺值： 電力線路電抗標幺值：3、短路電流標幺值及短路電流計算ocddcoccdsssssusuxxx/22ndkdcnckdttssususuuxxx100%/100%2222/cdodcodwlwluslxsulxxxx*)*3()3(2)3()3(13/3/xiiiixxsuusxuiiiddkkdccdcdkk2021-11-10294、三相短路容量、三相短路容量*)3()3(33xsxuiuisdcdckkzuick2)2(866. 02/3/)3()2(kkii四、四、兩相短路電流兩相短路電流的計算的計算五、單相短路電流的計算大接地電流系統(tǒng)、三相四線制系統(tǒng)發(fā)生單相短

17、路時 321)1(3zzzuik工程中簡單計算 由此可知：兩相短路電流和單相短路電流都比三相短路電流小，因此因此用于選擇電氣設備的短路穩(wěn)定度的短路電流，應采用三相短路電流用于選擇電氣設備的短路穩(wěn)定度的短路電流，應采用三相短路電流。0)1(zuik)3()1(kkii2021-11-1030結(jié)論：結(jié)論：1.單相短路電流主要用于：單相短路保護的整定及單相短路電流主要用于：單相短路保護的整定及單相短路穩(wěn)定度的校驗。單相短路穩(wěn)定度的校驗。2.兩相短路電流主要用于：相間短路保護靈敏度的兩相短路電流主要用于：相間短路保護靈敏度的校驗。校驗。3.三相短路電流主要用于：選擇電氣設備和導體的三相短路電流主要用于

18、：選擇電氣設備和導體的短路穩(wěn)定度校驗。短路穩(wěn)定度校驗。2021-11-1031第第4節(jié)節(jié) 短路電流的效應和穩(wěn)定度校驗短路電流的效應和穩(wěn)定度校驗 一、概述 發(fā)生短路后產(chǎn)生危害效應：電動效應 熱效應 二、短路電流的電動效應和動穩(wěn)定度二、短路電流的電動效應和動穩(wěn)定度 （一）短路時最大電動力 短路電流的電動效應與動穩(wěn)定度效驗 （一）短路電流的電動效驗 由電工基礎知，處于空氣中的兩平行直導體分別通過電流i1、i2（a），而導體間軸線距離為a，導體的兩支持點距離（檔距）為l,則導體間所產(chǎn)生的電磁互作用力即電動力為：2721210/1022anali iali if2021-11-10321.如果三相線路中

19、發(fā)生兩相短路，則兩相短路沖擊電流 通過兩相導體時產(chǎn)生的電動力最大，其值為：2.如果三相線路中發(fā)生三相短路則三相短路沖擊電流在中間相產(chǎn)生的電動力最大：)2(shi272)2(0)2(/10analifsh272)3()3(/103anaiifsh3.三相短路時的電動力與兩相短路時電動力的關系三相短路時的電動力與兩相短路時電動力的關系15. 132)2()3(ff2021-11-1033由此可見由此可見：三相線路發(fā)生三相短路時，中間相導體所受的電動力比兩相短路時導體所受的電動力大。因此，校驗電器和載流部分的動穩(wěn)定度，一般應采用三相短路沖擊電流)3(shi2021-11-1034（二）短路動穩(wěn)定度校

20、驗的條件（二）短路動穩(wěn)定度校驗的條件 1.一般電器的動穩(wěn)定度校驗一般電器的動穩(wěn)定度校驗（包括開關電器和電流互感器等）2.絕緣子的動穩(wěn)定度校驗條件絕緣子的動穩(wěn)定度校驗條件滿足動穩(wěn)定度校驗條件是滿足動穩(wěn)定度校驗條件是母線在絕緣子上平放：母線在絕緣子上平放：豎放豎放)3()3(maxshmxashiiii)3(calff )3()3(ffc)3()3(4 . 1 ffc2021-11-10353.硬母線的動穩(wěn)定度校驗條件硬母線的動穩(wěn)定度校驗條件滿足動穩(wěn)定度的校驗條件:硬銅（tmy）最大允許應力：硬鋁（lmy）最大允許應力：上述最大計算應力按右式計算：式中：m為母線通過三相短路沖擊電流時所受到的彎曲力

21、矩。 當母線擋數(shù)為12時， 當母線檔數(shù)大于2時w為母線的截面系數(shù)。calmpaal140mpaal70wmc8)3(lfm 10)3(lfm 2021-11-1036（三）電動機對三相短路電流的影響（三）電動機對三相短路電流的影響供配電系統(tǒng)發(fā)生三相短路時，從電源到短路點的系統(tǒng)電壓供配電系統(tǒng)發(fā)生三相短路時，從電源到短路點的系統(tǒng)電壓下降，嚴重時短路點的電壓可降為零。接在短路點附近運下降，嚴重時短路點的電壓可降為零。接在短路點附近運行行的電動機的反電勢可能大于電動機所在處系統(tǒng)的殘壓，此的電動機的反電勢可能大于電動機所在處系統(tǒng)的殘壓，此時時電動機將和發(fā)電機一樣，向短路點饋送短路電流。同時電電動機將和發(fā)電機一樣，向短路點饋送短路電流。同時電