短路電流計(jì)算及電氣設(shè)備的選擇校驗(yàn)課件

1、第四章 短路電流計(jì)算 及電氣設(shè)備的選擇校驗(yàn)3.1 概述 3.2 無限大容量電源供電系統(tǒng)的短路過程分析 3.3 無限大容量電源條件下短路電流的計(jì)算方法3.4 低壓電網(wǎng)中短路電流的計(jì)算3.5 短路電流的效應(yīng)3.6 電氣設(shè)備的選擇與校驗(yàn)2022/10/14第四章 短路電流計(jì)算 及電氣設(shè)備的第一節(jié) 概 述一、短路及其原因、后果 短路是指供電系統(tǒng)中不同電位的導(dǎo)電部分（各相導(dǎo)體、地線等）之間發(fā)生的低阻性短接。 造成短路的主要原因是電氣設(shè)備載流部分的絕緣損壞，其次是人員誤操作、鳥獸危害等。 在供電系統(tǒng)中發(fā)生短路故障后，短路電流往往要比正常負(fù)荷電流大許多倍，有時(shí)高達(dá)幾十萬安培。 當(dāng)它通過電氣設(shè)備時(shí)，溫度急劇上

2、升，會(huì)使絕緣老化或損壞；同時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)力，會(huì)使設(shè)備載流部分變形或損壞；短路會(huì)使系統(tǒng)電壓驟降，影響系統(tǒng)其他設(shè)備的正常運(yùn)行；嚴(yán)重的短路會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性；短路還會(huì)造成停電；不對(duì)稱短路的短路電流會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的不平衡交變磁場(chǎng)，對(duì)通信和電子設(shè)備等產(chǎn)生電磁干擾等。2022/10/14第一節(jié) 概 述一、短路及其原因、后果 短路是二、短路的類型 在供電系統(tǒng)中，短路的基本類型有三相短路(a)、兩相短路(b)、單相短路(c,d)和兩相接地短路(e,f)。 2022/10/14二、短路的類型 在供電系統(tǒng)中，短路的基本類型有三相短路續(xù)上頁 進(jìn)行短路計(jì)算的目的是正確選擇和檢驗(yàn)電氣設(shè)備及其保護(hù)裝置。三相短路電流是選擇和檢驗(yàn)

3、電氣設(shè)備的基本依據(jù)。另外還要用到不對(duì)稱短路的短路電流、短路沖擊電流、穩(wěn)態(tài)短路電流等。三、計(jì)算短路電流的目的2022/10/14續(xù)上頁 進(jìn)行短路計(jì)算的目的是正確選擇和檢驗(yàn)電氣設(shè)備及其保護(hù)第二節(jié) 無限大容量電源供電系統(tǒng) 的短路過程分析一、無限大容量電源供電系統(tǒng)的概念 無限大容量電源，就是指電源內(nèi)阻抗為零，供電容量相對(duì)于用戶負(fù)荷容量大得多的電力系統(tǒng)，不管用戶的負(fù)荷如何變動(dòng)甚致發(fā)生短路時(shí)，電源內(nèi)部均不產(chǎn)生壓降，電源母線上的輸出電壓均維持不變。 二、短路過程的簡(jiǎn)單分析2022/10/14第二節(jié) 無限大容量電源供電系統(tǒng) 的短路過程續(xù)上頁等效電路的電壓方程為 解之得,短路電流為則得短路電流 當(dāng)t0時(shí)，由于短

4、路電路存在著電感，因此電流不會(huì)突變，即ik0=i0 ，可求得積分常數(shù)，即式中，iz為短路電流周期分量; ifi為短路電流非周期分量。短路前負(fù)荷電流為2022/10/14續(xù)上頁等效電路的電壓方程為 解之得,短路電流為則得短路電流 續(xù)上頁 無限大容量系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)的電壓、電流曲線如下圖：2022/10/14續(xù)上頁 無限大容量系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)的電壓、電流曲線如下三、有關(guān)短路的物理量 短路電流周期分量iz 短路電流非周期分量ifi 短路全電流ik.t 短路沖擊電流ish 短路穩(wěn)態(tài)電流I 短路沖擊電流有效值Ish I= Iz.t = Iz 2022/10/14三、有關(guān)短路的物理量 短路電流周期分量

5、iz 短路電流非周期分第三節(jié) 無限大容量電源條件下 短路電流的計(jì)算方法一、標(biāo)幺值法 在無限大容量電源供電系統(tǒng)中發(fā)生三相短路時(shí)，短路電流的周期分量的幅值和有效值是不變的。 在高壓電路的短路計(jì)算中，通常只計(jì)電抗，不計(jì)電阻。故按標(biāo)幺值法進(jìn)行短路計(jì)算時(shí)，一般是先選定基準(zhǔn)容量Sj和基準(zhǔn)電壓Uj。標(biāo)幺值2022/10/14第三節(jié) 無限大容量電源條件下 續(xù)上頁基準(zhǔn)容量，工程設(shè)計(jì)中通常取基準(zhǔn)電流 二、供電系統(tǒng)各元件電抗標(biāo)幺值 1）電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值基準(zhǔn)電壓，通常取元件所在處的短路計(jì)算電壓為基準(zhǔn)電壓，即取 基準(zhǔn)電抗 Sk為電力系統(tǒng)變電所高壓饋電線出口處的短路容量。 2022/10/14續(xù)上頁基準(zhǔn)容量，工程設(shè)計(jì)

6、中通常取基準(zhǔn)電流 二、供電系統(tǒng)各元件續(xù)上頁 2）電力線路的電抗標(biāo)幺值式中， L為線路長(zhǎng)度，x0為線路單位長(zhǎng)度的電抗，可查手冊(cè)。 3）電力變壓器的電抗標(biāo)幺值因?yàn)?所以 標(biāo)幺值 短路電路中各主要元件的電抗標(biāo)么值求出以后，即可利用其等效電路圖進(jìn)行電路化簡(jiǎn)求總電抗標(biāo)么值。2022/10/14續(xù)上頁 2）電力線路的電抗標(biāo)幺值式中， L為線路長(zhǎng)度，x0為三、三相短路電流的計(jì)算無限大容量系統(tǒng)三相短路周期分量有效值的標(biāo)么值按下式計(jì)算: 由此可得三相短路電流周期分量有效值： 其他短路電流： 三相短路容量： （對(duì)高壓系統(tǒng)）（對(duì)低壓系統(tǒng)）2022/10/14三、三相短路電流的計(jì)算無限大容量系統(tǒng)三相短路周期分量有效值

7、的 某廠一10/0.4kV車間變電所裝有一臺(tái)S9800型變壓器（uk%=5），由廠10kV高壓配電所通過一條長(zhǎng)0.5km的10kV電纜（x00.08/km）供電。已知高壓配電所10kV母線k-1點(diǎn)三相短路容量為52MVA，試計(jì)算該車間變電所380V母線k-2點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)的短路電流。 例題1解：1.確定基準(zhǔn)值 2.計(jì)算短路電路中各主要元件的電抗標(biāo)幺值 1）電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值2022/10/14 某廠一10/0.4kV車間變電所裝有一臺(tái)S9續(xù)上頁 2）電力線路的電抗標(biāo)幺值 3）電力變壓器的電抗標(biāo)幺值3求k-2點(diǎn)的短路電路總電抗標(biāo)么值三相短路電流的短路容量 1）總電抗標(biāo)么值 2) 三相短路電流

8、周期分量有效值3) 其他三相短路電流 2022/10/14續(xù)上頁 2）電力線路的電抗標(biāo)幺值 3）電力變壓器的電抗標(biāo)幺值 某供電系統(tǒng)如圖所示。己知電力系統(tǒng)出口處的短路容量為Sk=250MVA，試求工廠變電所10kV母線上k-1點(diǎn)短路和兩臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行、分列運(yùn)行兩種情況下低壓380V母線上k-2點(diǎn)短路的三相短路電流和短路容量。例題2解：1.確定基準(zhǔn)值 2022/10/14 某供電系統(tǒng)如圖所示。己知電力系統(tǒng)出口處的短路容量續(xù)上頁2.計(jì)算短路電路中各主要元件的電抗標(biāo)幺值 1）電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值 2）電力線路的電抗標(biāo)幺值 3）電力變壓器的電抗標(biāo)幺值2022/10/14續(xù)上頁2.計(jì)算短路電路中各主要元

9、件的電抗標(biāo)幺值 1）電力系續(xù)上頁3. 求k-1點(diǎn)的短路電路總阻抗標(biāo)么值及三相短路電流和短路容量1）總電抗標(biāo)么值2）三相短路電流周期分量有效值3）其他三相短路電流 4）三相短路容量 2022/10/14續(xù)上頁3. 求k-1點(diǎn)的短路電路總阻抗標(biāo)么值及三相短路電流和續(xù)上頁4求k-2點(diǎn)的短路電路總電抗標(biāo)么值三相短路電流的短路容量 兩臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行情況下： 1）總電抗標(biāo)么值 2) 三相短路電流周期分量有效值3) 其他三相短路電流 4） 三相短路容量 2022/10/14續(xù)上頁4求k-2點(diǎn)的短路電路總電抗標(biāo)么值三相短路電流的短路續(xù)上頁兩臺(tái)變壓器分列運(yùn)行情況下： 1）總電抗標(biāo)么值 2) 三相短路電流周期分

10、量有效值3) 其他三相短路電流 4） 三相短路容量 2022/10/14續(xù)上頁兩臺(tái)變壓器分列運(yùn)行情況下： 1）總電抗標(biāo)么值 2) 三四、兩相短路電流的估算 兩相短路電流 而三相短路電流 所以 2022/10/14四、兩相短路電流的估算 兩相短路電流 而三相短路電流 所以 第四節(jié) 低壓電網(wǎng)中短路電流的計(jì)算一、低壓電網(wǎng)短路計(jì)算的特點(diǎn) 1、配電變壓器一次側(cè)可以作為無窮大容量電源供電來考慮；2、電阻值較大，電抗值較?。?、低壓系統(tǒng)元件的電阻多以毫歐計(jì)，因此用有名值法比較方便。4、因低壓系統(tǒng)的非周期分量衰減快，ksh值在11.3范圍。 二、三相短路電流的計(jì)算 電源至短路點(diǎn)的總阻抗包括變壓器高壓側(cè)系統(tǒng)、變

11、壓器、低壓母線及配電線路等元件的阻抗；開關(guān)電器及導(dǎo)線等接觸電阻可忽略不計(jì)。 2022/10/14第四節(jié) 低壓電網(wǎng)中短路電流的計(jì)算一、低壓電網(wǎng)短路計(jì)算的特點(diǎn)續(xù)上頁1高壓側(cè)系統(tǒng)的阻抗3母線及電纜的阻抗，其單位長(zhǎng)度值可查手冊(cè)。 2變壓器的阻抗應(yīng)計(jì)及的電阻、電抗（單位均為 ）有 歸算到低壓側(cè)的高壓系統(tǒng)阻抗可按下式計(jì)算： 歸算到低壓側(cè)的變壓器阻抗可按下式計(jì)算： 2022/10/14續(xù)上頁1高壓側(cè)系統(tǒng)的阻抗3母線及電纜的阻抗，其單位長(zhǎng)度值三、單相短路電流的計(jì)算 根據(jù)對(duì)稱分量法，單相短路電流為工程計(jì)算公式為高壓系統(tǒng)的相零電阻變壓器的相零電阻母線及電纜的相零電阻正序阻抗負(fù)序阻抗零序阻抗低壓側(cè)單相短路電流的大小

12、與變壓器單相短路時(shí)的相零阻抗密切相關(guān)。各元件的相零電阻與電抗值可通過計(jì)算或查有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)。2022/10/14三、單相短路電流的計(jì)算 根據(jù)對(duì)稱分量法，單相短路電流為 某用戶10/0.38kV變電所的變壓器為SCB10-1000/10型，Dyn11聯(lián)結(jié)，已知變壓器高壓側(cè)短路容量為150MVA，其低壓配電網(wǎng)絡(luò)短路計(jì)算電路如圖所示。求短路點(diǎn)k-1處的三相和單相短路電流。例題3 解：1、計(jì)算有關(guān)電路元件的阻抗 1)高壓系統(tǒng)阻抗（歸算到400V側(cè)） 2022/10/14 某用戶10/0.38kV變電所的變壓器為SCB10續(xù)上頁相零阻抗(Dyn11聯(lián)接) 2）變壓器的阻抗（歸算到低壓側(cè)） 因零序電流不能在

13、高壓側(cè)流通，故高壓側(cè)系統(tǒng)的相零阻抗按每相阻抗值的2/3計(jì)算，即 2022/10/14續(xù)上頁相零阻抗(Dyn11聯(lián)接) 2）變壓器的阻抗（歸算到低續(xù)上頁2.三相短路回路總阻抗及三相短路電流 相零阻抗為 3) 母線的阻抗 2022/10/14續(xù)上頁2.三相短路回路總阻抗及三相短路電流 相零阻抗為 續(xù)上頁 3.單相短路回路總相零阻抗及單相短路電流 單相短路電流為 單相短路回路總相零電抗為單相短路回路總相零電阻為2022/10/14續(xù)上頁 3.單相短路回路總相零阻抗及單相短路電流 單相第五節(jié) 短路電流的效應(yīng)一、短路電流的力效應(yīng) 強(qiáng)大的短路電流通過電氣設(shè)備和導(dǎo)體，將產(chǎn)生很大的電動(dòng)力，即電動(dòng)力效應(yīng)，可能使

14、電氣設(shè)備和導(dǎo)體受到破壞或產(chǎn)生永久性變形。 短路電流產(chǎn)生的熱量，會(huì)造成電氣設(shè)備和導(dǎo)體溫度迅速升高，即熱效應(yīng)，可能使電氣設(shè)備和導(dǎo)體絕緣強(qiáng)度降低，加速絕緣老化甚至損壞。 為了正確選擇電氣設(shè)備和導(dǎo)體，保證在短路情況下也不損壞，必須校驗(yàn)其動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。 對(duì)于兩根平行導(dǎo)體，通過電流分別為i1和i2，其相互間的作用力F(單位 N）可用下面公式來計(jì)算： 2022/10/14第五節(jié) 短路電流的效應(yīng)一、短路電流的力效應(yīng) 強(qiáng)大的短 在三相系統(tǒng)中，當(dāng)三相導(dǎo)體在同一平面平行布置時(shí)，受力最大的是中間相。當(dāng)發(fā)生三相短路故障時(shí)，短路電流沖擊值通過導(dǎo)體中間相所產(chǎn)生的最大電動(dòng)力為：續(xù)上頁二、短路點(diǎn)附近交流電動(dòng)機(jī)的反饋沖擊電流影

15、響 當(dāng)短路點(diǎn)附近所接交流電動(dòng)機(jī)的額定電流之和超過短路電流的1%時(shí)，按GB50054-95低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，應(yīng)計(jì)入電動(dòng)機(jī)反饋電流的影響。 載流導(dǎo)體和電氣設(shè)備承受短路電流作用時(shí)滿足力穩(wěn)定的條件是2022/10/14 在三相系統(tǒng)中，當(dāng)三相導(dǎo)體在同一平面平行布置時(shí)，受力最 當(dāng)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)線端發(fā)生三相短路時(shí)，它反饋的最大短路電流瞬時(shí)值（即電動(dòng)機(jī)反饋沖擊電流）可按下式計(jì)算： 續(xù)上頁 由于交流電動(dòng)機(jī)在外電路短路后很快受到制動(dòng)，因此它產(chǎn)生的反饋電流衰減很快，所以只有在考慮短路沖擊電流的影響時(shí)，才需要計(jì)入電動(dòng)機(jī)的反饋電流。此時(shí)短路點(diǎn)的短路沖擊電流為 三、短路電流的熱效應(yīng)（一）短路時(shí)導(dǎo)體的發(fā)熱 在線路發(fā)生短路

16、時(shí)，強(qiáng)大的短路電流將使導(dǎo)體溫度迅速升高。 短路前后導(dǎo)體的溫度變化2022/10/14 當(dāng)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)線端發(fā)生三相短路時(shí)，它反饋的最大短路電續(xù)上頁在實(shí)際短路時(shí)間tk內(nèi),短路電流的熱量為根據(jù)Q值可以確定出短路時(shí)導(dǎo)體所達(dá)到的最高溫度k。 發(fā)熱假想時(shí)間繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間斷路器開斷時(shí)間工程計(jì)算公式 載流導(dǎo)體和電氣設(shè)備承受短路電流作用時(shí)滿足力穩(wěn)定的條件是2022/10/14續(xù)上頁在實(shí)際短路時(shí)間tk內(nèi),短路電流的熱量為根據(jù)Q值可以確定第六節(jié) 電氣設(shè)備的選擇及校驗(yàn)一、選擇校驗(yàn)項(xiàng)目及條件 電氣設(shè)備的選擇，必須滿足供電系統(tǒng)正常工作條件下和短路故障條件下工作要求，同時(shí)電氣設(shè)備應(yīng)工作安全可靠，運(yùn)行維護(hù)方便，投資經(jīng)濟(jì)合理

17、。 1. 按正常工作條件選擇 按正常工作條件選擇，就是要考慮電氣設(shè)備的環(huán)境條件和電氣要求。 環(huán)境條件是指電氣設(shè)備的使用場(chǎng)所、環(huán)境溫度，海拔高度以及有無防塵、防腐、防火、防爆等要求，據(jù)此選擇電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)類型。 電氣要求是指電氣設(shè)備在電壓、電流頻率等方面的要求，即所選電氣設(shè)備的額定電壓應(yīng)不低于所在線路的額定電壓、電氣設(shè)備的額定電流應(yīng)不小于該回路在各種合理運(yùn)行方式下的最大持續(xù)工作電流；即2022/10/14第六節(jié) 電氣設(shè)備的選擇及校驗(yàn)一、選擇校驗(yàn)項(xiàng)目及條件 續(xù)上頁 對(duì)一些開斷電流的電器，如熔斷器、斷路器和負(fù)荷開關(guān)等，則還有斷流能力的要求，即最大開斷電流應(yīng)不小于它可能開斷的最大電流。 1）對(duì)斷路器，其

18、最大開斷電流應(yīng)不小于它可能開斷的線路最大短路電流。即 2）對(duì)負(fù)荷開關(guān)，其最大開斷電流應(yīng)不小于它可能開斷的線路最大負(fù)荷電流。即 3）對(duì)熔斷器，其最大開斷電流應(yīng)不小于它可能開斷的線路最大短路電流。即（對(duì)非限流型熔斷器）（對(duì)限流型熔斷器）2022/10/14續(xù)上頁 對(duì)一些開斷電流的電器，如熔斷器、斷路器續(xù)上頁 按短路故障條件校驗(yàn)，就是要按最大可能的短路故障時(shí)的力穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性進(jìn)行校驗(yàn)。 2. 按短路故障條件校驗(yàn) 對(duì)于一般電器，滿足力穩(wěn)定的條件是： 電器的額定峰值耐受電流 對(duì)于一般電器，滿足熱穩(wěn)定的條件是： 電器的額定短時(shí)耐受電流有效值 對(duì)于載流導(dǎo)體，滿足熱穩(wěn)定的條件是： 導(dǎo)體的熱穩(wěn)定系數(shù)2022/

19、10/14續(xù)上頁 按短路故障條件校驗(yàn)，就是要按最大可能的短路故障二、高壓斷路器的選擇與校驗(yàn) 高壓斷路器的選擇與校驗(yàn)，主要是按環(huán)境條件選擇結(jié)構(gòu)類型，按正常工作條件選擇額定電壓、額定電流并校驗(yàn)開斷能力，按短路故障條件校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，并同時(shí)選擇其操動(dòng)機(jī)構(gòu)和操作電源。 例4-1 試選擇某10KV 高壓配電所進(jìn)線側(cè)的高壓戶內(nèi)真空斷路器的型號(hào)規(guī)格。已知該進(jìn)線的計(jì)算電流為295A，配電所母線的三相短路電流周期分量有效值為3.2kA ，繼電保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為1.1s。 解：初步選VS1-12/630-16型進(jìn)行校驗(yàn)，如表所示，所選正確。 序號(hào)安裝地點(diǎn)的電氣條件VS1-12/630-16型斷路器項(xiàng) 目數(shù)

20、據(jù)項(xiàng) 目數(shù) 據(jù)結(jié) 論1UN10kVUN.QF12 kV合格2Ic295AIN.QF630A合格33.2kAIoc16kA合格42.553.2kA=8.16kAiet40kA合格5(3.2kA)2(1.1+0.2)s=13.3kA2s(16 kA) 24s=1024 kA2s合格2022/10/14二、高壓斷路器的選擇與校驗(yàn) 高壓斷路器的選擇與校驗(yàn)，主三、高壓熔斷器的選擇與校驗(yàn) 高壓熔斷器的選擇與校驗(yàn)，主要是按環(huán)境條件選擇結(jié)構(gòu)類型，按正常工作條件選擇額定電壓、額定電流并校驗(yàn)開斷能力。 高壓熔斷器的額定電流應(yīng)不小于它所安裝的熔體電流。熔體電流的選擇應(yīng)滿足下列條件： 1）保護(hù)高壓線路的熔斷器的熔體電流應(yīng)大于線路的計(jì)算電流，一般取線路計(jì)算電流的1.11.3倍。 2）保護(hù)電力變壓器的熔斷器的熔體電流，考慮到變壓器的正常過負(fù)荷電流、勵(lì)