工廠供配電技術(shù)(第三章)課件

第三章短路電流及其計算內(nèi)容提要：本章首先介紹短路的原因、后果及其形式，接著分析無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的物理過程及有關(guān)物理量，然后重點講述工廠供電系統(tǒng)三相短路及兩相和單相短路的計算，最后講述短路電流的效應(yīng)及短路效驗條件。第三章短路電流及其計算內(nèi)容提要：本章首先介紹短路的原因、后第一節(jié)短路的原因、后果及其形式第二節(jié)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第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗第三章短路電流及其計算第一節(jié)短路的原因、后果及其形式第三章短路電流及其計算在工廠供配電系統(tǒng)的設(shè)計和運行中，不僅要考慮系統(tǒng)的正常運行狀態(tài)，還要考慮系統(tǒng)的不正常運行狀態(tài)和故障情況，最嚴重的故障是短路（shortcircuit）。短路是指不同相之間，相對中線或地線之間的直接金屬性連接或經(jīng)小阻抗連接。本章討論和計算供配電系統(tǒng)在短路故障情況下的電流（簡稱短路電流），短路電流計算的目的主要是供母線、電纜、設(shè)備的選擇和繼電保護整定計算之用。第一節(jié)短路的原因、后果及其形式在工廠供配電系統(tǒng)的設(shè)計和運行中，不僅要考慮系統(tǒng)的正常第一節(jié)短路的原因、后果及其形式一、短路的種類三相系統(tǒng)中，短路的基本類型分為：三相短路：是指供電系統(tǒng)中三相導(dǎo)線間發(fā)生對稱性的短路，用k(3)表示。兩相短路：是指三相供電系統(tǒng)中任意兩相間發(fā)生的短路，用k(2)表示。單相短路：是指供電系統(tǒng)中任一相經(jīng)大地與電源中性點發(fā)生短路，用k(1)表示。兩相接地短路：實質(zhì)是兩相短路.第一節(jié)短路的原因、后果及其形式一、短路的種類三相系統(tǒng)中第一節(jié)短路的原因、后果及其形式一、短路的種類第一節(jié)短路的原因、后果及其形式一、短路的種類

設(shè)備絕緣損壞：

自然老化、操作過電壓、大氣過電壓、機械損傷

誤操作：帶負荷拉、合隔離開關(guān)，檢修后忘拆除地線合閘

鳥獸跨接裸導(dǎo)體

第一節(jié)短路的原因、后果及其形式二、短路的原因

設(shè)備絕緣損壞：自然老化、操作過電壓、大氣過電壓、機第一節(jié)短路的原因、后果及其形式三、短路的危害

短路產(chǎn)生巨大的電動力，使電氣設(shè)備受到機械損壞。

短路使系統(tǒng)電壓嚴重降低，電器設(shè)備正常工作受到破壞。

嚴重的短路影響電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，使并列的同步發(fā)電機失步，造成系統(tǒng)解列，甚至崩潰。單相短路產(chǎn)生不平衡磁場，對附近通信線路和弱電設(shè)備產(chǎn)生嚴重電磁干擾，影響其正常工作。短路造成停電，給國民經(jīng)濟帶來損失，給人民生活帶來不便。短路產(chǎn)生很大的熱量，導(dǎo)體溫度升高，將絕緣損壞。第一節(jié)短路的原因、后果及其形式三、短路的危害

第一節(jié)短路的原因、后果及其形式四、防止短路的對策預(yù)防性實驗正確安裝和維護防雷設(shè)備文明施工嚴格遵守操作規(guī)程第一節(jié)短路的原因、后果及其形式四、防止短路的對策預(yù)防性第二節(jié)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一、無限大容量電力系統(tǒng)

無限大容量系統(tǒng)是指供電容量相對于用戶供電系統(tǒng)容量大得多的電力系統(tǒng)。其特點是，當(dāng)用戶供電系統(tǒng)的負荷變化時，系統(tǒng)母線電壓能基本維持不變，即Uxt=常數(shù)；當(dāng)系統(tǒng)短路時，系統(tǒng)母線電壓值也變化很少。在實際工程計算中，當(dāng)電力系統(tǒng)的阻抗不大于短路回路總阻抗的5%~10%，或者電力系統(tǒng)容量超過用戶供電系統(tǒng)容量的50倍時，可將該系統(tǒng)看作無限大容量供電系統(tǒng)。目的：在誤差允許的范圍簡化短路計算，計算偏于保守。第二節(jié)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二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程討論的對象：三相對稱電路第二節(jié)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二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程討論的對象：三相對稱電路第三相短路是對稱短路，三相短路回路中每相的阻抗相等，三相短路電流與三相電壓任保持對稱，因此采用一相來進行分析。二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程第二節(jié)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是對稱短路，三相短路回路中每相的阻抗正常工作時二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程第二節(jié)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正常工作時二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程第二節(jié)無限二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程k點三相短路定性分析：回路I：此回路被短接為無源回路，回路中的電流由原來的數(shù)值不斷地衰減，一直到磁場中所儲藏的能量全部變?yōu)樵摶芈分须娮杷牡臒崮転橹?，這個過程很短暫。回路II：此回路仍然與電源相聯(lián)，三相短路，由于阻抗變小，電路電流要變大，但由于電感的作用，電流不能突變，因而發(fā)生暫態(tài)過渡過程，最后短路電流達到一個新的穩(wěn)定狀態(tài)。第二節(jié)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二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程k點三相短路定性分析：回路二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程k點三相短路定量分析：根據(jù)基爾霍夫電壓定理可列出：整理得：第二節(jié)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二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程k點三相短路定量分析：根據(jù)解微分方程得到短路電流id的數(shù)學(xué)表達式：二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程k點三相短路定量分析：第二節(jié)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解微分方程得到短路電流id的數(shù)學(xué)表達式：二、無限大容量系統(tǒng)三二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程k點三相短路定量分析：第二節(jié)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二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程k點三相短路定量分析：第二三相短路由兩個分量組成：一個是按正弦規(guī)律變化的周期分量電流ip；另一個是按指數(shù)規(guī)律衰減的非周期分量電流inp。短路電流ik也稱為短路全電流(short-circuitwhole-current)。第二節(jié)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由兩個分量組成：一個是按正弦規(guī)律變化的周期分量電流i第二節(jié)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積分常數(shù)C的確定二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程當(dāng)短路發(fā)生的瞬間t=0時，短路電流為：設(shè)短路前瞬間的負荷電流瞬時值i|0|為：第二節(jié)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二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程積分常數(shù)C的確定由于電路中存在電感，電路不能突變，因此，短路前瞬間的正常工作電流值（i|0|）應(yīng)與短路發(fā)生瞬間的短路電流的瞬時值（ik0）相等，即：第二節(jié)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二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程積分常數(shù)C的確定二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程說明：1、上式中第一項為短路電流的周期分量，它是由系統(tǒng)電源電壓和短路回路阻抗所確定的一個按正弦規(guī)律作周期變化的電流。在無限大容量系統(tǒng)情況下，在整個短路過程中，其幅值不變。2、上式第二項為三相短路電流的非周期分量（inp），它是由短路過渡過程中感應(yīng)電勢和短路回路阻抗所確定的一個按指數(shù)規(guī)律衰減變化的電流。它的衰減速度由短路回路中的rK/L的比值來確定。第二節(jié)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二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程說明：第二節(jié)無限大容三、最嚴重三相短路時的短路電流短路電流非周期分量初值最大時短路電流瞬時值亦最大。最嚴重短路電流的條件為：（1）短路回路純電感，K=90°高壓網(wǎng)絡(luò)K=90°（2）短路瞬間電壓過零，α=0（3）短路前空載最嚴重短路電流的條件為：短路電流常用公式：第二節(jié)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、最嚴重三相短路時的短路電流短路電流非周期分量初值四、短路有關(guān)的物理量（1）短路電流周期分量

Uc短路計算電壓Uc≈1.05UN0.4，3.15，6.3，10.5，37，115，230kV第二節(jié)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四、短路有關(guān)的物理量（1）短路電流周期分量Uc短路計算電壓U四、短路有關(guān)的物理量短路電流周期分量的有效值短路次暫態(tài)電流I″短路后第一個周期短路電流周期分量之有效值。無限大容量系統(tǒng)I″=IP第二節(jié)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（1）短路電流周期分量四、短路有關(guān)的物理量短路電流周期分量的有效值四、短路有關(guān)的物理量（2）短路電流非周期分量短路電流非周期分量的初始絕對值第二節(jié)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四、短路有關(guān)的物理量（2）短路電流非周期分量四、短路有關(guān)的物理量（3）短路全電流短路電流周期分量ip與非周期分量inp之和即為短路全電流ik。某一瞬時t的短路全電流有效值Ik（t），是以時間t為中點的一個周期內(nèi)的ip有效值Ip（t）與inp在t的瞬時值inp（t）的方均根值，即第二節(jié)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四、短路有關(guān)的物理量（3）短路全電流（4）短路沖擊電流ish

(short-circuitshockcurrent)短路沖擊電流為短路全電流中的最大瞬時值。第二節(jié)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四、短路有關(guān)的物理量（4）短路沖擊電流ish短路沖擊電流為短（4）短路沖擊電流ish

沖擊電流ish的計算第二節(jié)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四、短路有關(guān)的物理量（4）短路沖擊電流ish四、短路有關(guān)的物理量（5）短路穩(wěn)態(tài)電流I∞短路穩(wěn)態(tài)電流是短路電流非周期分量衰減完畢以后的短路全電流，其有效值用I表示。（6）三相短路容量第二節(jié)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四、短路有關(guān)的物理量（5）短路穩(wěn)態(tài)電流I∞短第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算短路計算的方法簡介

有名值法標幺值法短路容量法如果各種電氣設(shè)備的電阻和電抗及其它電氣參數(shù)用短路容量表示，稱短路容量法。如果各種電氣設(shè)備的電阻和電抗及其它電氣參數(shù)用相對值表示，稱標幺值法。如果各種電氣設(shè)備的電阻和電抗及其它電氣參數(shù)用有名值即有單位的值表示，稱有名值法。第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算短路計算的（1）用有名值法進行短路計算的步驟歸納為：繪制短路回路等效電路計算短路回路中各元件的阻抗值求等效阻抗，化簡電路計算三相短路電流周期分量有效值及其它短路參數(shù)列短路計算表第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算短路計算的方法簡介

（1）用有名值法進行短路計算的步驟歸納為：第三節(jié)無限大（2）用標幺值法進行短路計算的步驟歸納為：選擇基準容量、基準電壓、計算短路點的基準電流繪制短路回路的等效電路計算短路回路中各元件的電抗標幺值求總電抗標幺值，化簡電路計算三相短路電流周期分量有效值及其他短路參數(shù)列短路計算表短路計算的方法簡介

第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算（2）用標幺值法進行短路計算的步驟歸納為：短路計算的方法簡介電力系統(tǒng)通常具有多個電壓等級，用有名值計算短路電流時，必須將有關(guān)參數(shù)折合到同一電壓等級才能進行計算，比較麻煩。同時，電力系統(tǒng)中各元件的電抗表示方法不統(tǒng)一，基值也不一樣。為此，在短路電流計算中采用標幺值可減輕計算并便于比較分析。第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算短路計算的方法簡介

電力系統(tǒng)通常具有多個電壓等級，用有名值計算短路三、采用標幺制法進行三相短路計算用相對值表示元件的物理量，稱為標幺制。任意一個物理量的有名值與基準值的比值稱為標幺值，標幺值沒有單位。即容量、電壓、電流、阻抗的標幺值分別為用符號A*表示某量A的標幺值，則第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算三、采用標幺制法進行三相短路計算用相對值表示元件的物理量，稱基準容量Sd，基準電壓Ud，基準電流Id和基準阻抗Zd亦應(yīng)遵守功率方程

和電壓方程

。故有按標幺制法進行短路計算時，一般是先選定基準容量Sd和基準電壓Ud通常Sd=100MVA；Ud=短路計算電壓為基準電壓。額定電壓0.3836103560110154220330基準電壓0.43.156.310.53763115162230345第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算三、采用標幺制法進行三相短路計算基準容量Sd，基準電壓Ud，基準電流Id和基準阻抗Z電氣元件電抗標幺值的計算1、電力系統(tǒng)的電抗標幺值短路電流計算時，需要計算短路回路中各個電氣元件的阻抗及短路回路總阻抗。（1）已知電力系統(tǒng)出口斷路器的斷路容量第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算三、采用標幺制法進行三相短路計算電力系統(tǒng)的電阻相對于電抗來說很小，一般不予考慮。電氣元件電抗標幺值的計算1、電力系統(tǒng)的電抗標幺值短1、電力系統(tǒng)的電抗標幺值（2）已知電力系統(tǒng)出口處的短路容量SK（3）已知電力系統(tǒng)電抗有名值XS第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算三、采用標幺制法進行三相短路計算電氣元件電抗標幺值的計算1、電力系統(tǒng)的電抗標幺值（2）已知電力系統(tǒng)出口處的短路容量對于發(fā)電機，廠家給出的參數(shù)是額定容量Sn、額定電壓Un和以Sn、Un為基準值的電抗標幺值X*n第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算三、采用標幺制法進行三相短路計算電氣元件電抗標幺值的計算對于發(fā)電機，廠家給出的參數(shù)是額定容量Sn、2、電力變壓器的電抗標幺值變壓器的阻抗電壓：在進行變壓器的短路試驗中，當(dāng)繞組中電流達到額定值時，加于原繞組的電壓，亦稱為短路電壓。阻抗電壓通常標示在變壓器銘牌上，它的大小反映了變壓器負載下運行時漏阻抗壓降的大小。從運行的觀點來看，希望阻抗電壓小一些。這樣，變壓器輸出電壓受負載波動的影響小一些。但阻抗電壓太小時，變壓器短路時的短路電流必然很大，可能損壞變壓器。第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算三、采用標幺制法進行三相短路計算電氣元件電抗標幺值的計算2、電力變壓器的電抗標幺值變壓器的阻抗電壓2、電力變壓器的電抗標幺值第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算三、采用標幺制法進行三相短路計算電氣元件電抗標幺值的計算2、電力變壓器的電抗標幺值第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中3、電力線路的電抗標幺值X0為導(dǎo)線電纜單位長度電抗，l為線路長度。第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算三、采用標幺制法進行三相短路計算電氣元件電抗標幺值的計算3、電力線路的電抗標幺值X0為導(dǎo)線電纜單位長度電抗，第三節(jié)三相短路電流周期分量有效值由于：則：第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算三、采用標幺制法進行三相短路計算電氣元件電抗標幺值的計算三相短路電流周期分量有效值由于：則：第三節(jié)無限大容量三相短路沖擊短路電流高壓系統(tǒng)：低壓系統(tǒng)：三相短路容量：第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算三、采用標幺制法進行三相短路計算電氣元件電抗標幺值的計算三相短路沖擊短路電流高壓系統(tǒng)：低壓系統(tǒng)：三相短路容量：第三節(jié)短路電流具體計算步驟：①根據(jù)短路計算要求畫出短路電流計算系統(tǒng)圖，該系統(tǒng)圖應(yīng)包含所有與短路計算有關(guān)的元件，并標出各元件的參數(shù)和短路點。②畫出計算短路電流的等效電路圖，每個元件用一個阻抗表示，電源用一個小圓表示，并標出短路點，同時標出元件的序號和阻抗值，一般分子標序號，分母標阻抗值。③選取基準容量和基準電壓，計算各元件的阻抗標幺值。④等效電路化簡，求出短路回路總阻抗的標幺值。⑤按前述公式由短路回路總阻抗標幺值計算短路電流標幺值，再計算短路各量，即短路電流、沖擊短路電流和三相短路容量。第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算三、采用標幺制法進行三相短路計算短路電流具體計算步驟：①根據(jù)短路計算要求畫出短路電流計算系統(tǒng)例第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算三、采用標幺制法進行三相短路計算某工廠供電系統(tǒng)如圖所示，已知電力系統(tǒng)出口斷路器為SN10-10II型。試求工廠變電所高壓10KV母線上K-1點短路喝低壓380V母線上K-2點短路的三相短路電流和短路容量。例第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算三、采用第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算四、兩相短路電流的計算無限大容量系統(tǒng)發(fā)生兩相短路時，其短路電流可由下式求得：式中UC為短路點的短路計算電壓，Z為短路回路一相總阻抗。兩相短路與三相短路的關(guān)系：第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算無限大容量系統(tǒng)中的兩相短路電流，可在求出三相短路電流后利用上式直接求得。第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算四、兩相短第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算四、單相短路電流的計算在工程計算中，大接地電流系統(tǒng)或三相四線制系統(tǒng)發(fā)生單相短路時，單相短路電流可用下式進行計算：RT、XT為變壓器的相等效電阻和電抗；R-0、X-0為相線與大地或中線回路的電阻和電抗。第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算四、單相短第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗一、概述供電系統(tǒng)中發(fā)生短路時，短路電流是相當(dāng)大的。如此大的短路電流通過電器和導(dǎo)體，一方面要產(chǎn)生很大的電動力，即電動效應(yīng)（electrodynamiceffect）;另一方面要產(chǎn)生很高的溫度，即熱效應(yīng)（thermaleffect）。這兩種短路效應(yīng)，對電器和導(dǎo)體的安全運行威脅極大。第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗一、概述第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗二、短路電流的電動效應(yīng)和動穩(wěn)定度導(dǎo)體通過電流時相互間電磁作用產(chǎn)生的力，稱為電動力。正常工作時電流不大，電動力很小。短路時，特別是短路沖擊電流流過瞬間，產(chǎn)生的電動力最大。1．兩平行載流導(dǎo)體間的電動力由電工基礎(chǔ)可知，位于空氣中的兩平行導(dǎo)體中流過的電流分別為i1和i2（A）時，i1產(chǎn)生的磁場在導(dǎo)體2處的磁感應(yīng)強度為B1，i2產(chǎn)生的磁場在導(dǎo)體1處的磁感應(yīng)強度為B2，兩導(dǎo)體間由電磁作用產(chǎn)生的電動力的方向由左手定則決定，大小相等，由下式?jīng)Q定，第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗二、短路電流的電動效應(yīng)二、短路電流的電動效應(yīng)和動穩(wěn)定度第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗2．三相平行載流導(dǎo)體間的電動力三相平行的導(dǎo)體中流過的電流對稱，且分別為iA、iB、iC，每兩導(dǎo)體間由電磁作用產(chǎn)生電動力，A相導(dǎo)體受到的電動力為FAB、FAC，B相導(dǎo)體受到的電動力為FBC、FBA，C相導(dǎo)體受到的電動力為FCA、FCB，如圖所示,經(jīng)分析可知中相導(dǎo)體受到的電動力最大.二、短路電流的電動效應(yīng)和動穩(wěn)定度第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗二、短路電流的電動效應(yīng)和動穩(wěn)定度第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗二、短路電流的電動效應(yīng)第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗3．短路電流的電動力計算三相短路產(chǎn)生的最大電動力為計算兩相短路產(chǎn)生的最大電動力為由于兩相短路沖擊電流與三相短路沖擊電流的關(guān)系為二、短路電流的電動效應(yīng)和動穩(wěn)定度第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗3．短路電流的電動力第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗兩相短路和三相短路產(chǎn)生的最大電動力也具有下列關(guān)系

由此可見，三相短路時導(dǎo)體受到的電動力比兩相短路時導(dǎo)體受到的電動力大。因此，校驗電器設(shè)備或?qū)w的動穩(wěn)定時，應(yīng)采用三相短路沖擊電流或沖擊電流有效值。3．短路電流的電動力二、短路電流的電動效應(yīng)和動穩(wěn)定度第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗兩相短路和三相短路產(chǎn)生第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗4.短路穩(wěn)定度的校驗條件（1）一般電器的校驗（2）絕緣子的動穩(wěn)定度校驗(3)硬母線的動穩(wěn)定度校驗條件（4）電纜的機械強度很好，無需校驗。二、短路電流的電動效應(yīng)和動穩(wěn)定度第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗4.短路穩(wěn)定度的校驗三、短路電流的熱效應(yīng)和熱穩(wěn)定度第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗1．短路發(fā)熱的特點導(dǎo)體通過電流，產(chǎn)生電能損耗，轉(zhuǎn)換成熱能，使導(dǎo)體溫度上升。正常運行時，導(dǎo)體通過負荷電流，產(chǎn)生的熱能使導(dǎo)體溫度升高，同時向?qū)w周圍介質(zhì)散失。當(dāng)導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的熱量等于向介質(zhì)散失的熱量，導(dǎo)體的溫度維持不變。短路時由于繼電保護裝置動作切除故障，短路電流的持續(xù)時間很短，可近似認為很大的短路電流在很短時間內(nèi)產(chǎn)生的很大熱量全部用來使導(dǎo)體溫度升高，不向周圍介質(zhì)散熱,即短路發(fā)熱是一個絕熱過程。由于導(dǎo)體溫度上升很快，導(dǎo)體的電阻和比熱不是常數(shù)，而是隨溫度變化。三、短路電流的熱效應(yīng)和熱穩(wěn)定度第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算三、短路電流的熱效應(yīng)和熱穩(wěn)定度2.短路熱穩(wěn)定度的校驗條件（1）一般電器的熱穩(wěn)定度效驗條件（2）母線及絕緣導(dǎo)線和電纜等導(dǎo)體的熱穩(wěn)定度校驗條件。第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算三、短路電第三章短路電流及其計算內(nèi)容提要：本章首先介紹短路的原因、后果及其形式，接著分析無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的物理過程及有關(guān)物理量，然后重點講述工廠供電系統(tǒng)三相短路及兩相和單相短路的計算，最后講述短路電流的效應(yīng)及短路效驗條件。第三章短路電流及其計算內(nèi)容提要：本章首先介紹短路的原因、后第一節(jié)短路的原因、后果及其形式第二節(jié)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第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計算第四節(jié)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗第三章短路電流及其計算第一節(jié)短路的原因、后果及其形式第三章短路電流及其計算在工廠供配電系統(tǒng)的設(shè)計和運行中，不僅要考慮系統(tǒng)的正常運行狀態(tài)，還要考慮系統(tǒng)的不正常運行狀態(tài)和故障情況，最嚴重的故障是短路（shortcircuit）。短路是指不同相之間，相對中線或地線之間的直接金屬性連接或經(jīng)小阻抗連接。本章討論和計算供配電系統(tǒng)在短路故障情況下的電流（簡稱短路電流），短路電流計算的目的主要是供母線、電纜、設(shè)備的選擇和繼電保護整定計算之用。第一節(jié)短路的原因、后果及其形式在工廠供配電系統(tǒng)的設(shè)計和運行中，不僅要考慮系統(tǒng)的正常第一節(jié)短路的原因、后果及其形式一、短路的種類三相系統(tǒng)中，短路的基本類型分為：三相短路：是指供電系統(tǒng)中三相導(dǎo)線間發(fā)生對稱性的短路，用k(3)表示。兩相短路：是指三相供電系統(tǒng)中任意兩相間發(fā)生的短路，用k(2)表示。單相短路：是指供電系統(tǒng)中任一相經(jīng)大地與電源中性點發(fā)生短路，用k(1)表示。兩相接地短路：實質(zhì)是兩相短路.第一節(jié)短路的原因、后果及其形式一、短路的種類三相系統(tǒng)中第一節(jié)短路的原因、后果及其形式一、短路的種類第一節(jié)短路的原因、后果及其形式一、短路的種類

設(shè)備絕緣損壞：

自然老化、操作過電壓、大氣過電壓、機械損傷

誤操作：帶負荷拉、合隔離開關(guān)，檢修后忘拆除地線合閘

鳥獸跨接裸導(dǎo)體

第一節(jié)短路的原因、后果及其形式二、短路的原因

設(shè)備絕緣損壞：自然老化、操作過電壓、大氣過電壓、機第一節(jié)短路的原因、后果及其形式三、短路的危害

短路產(chǎn)生巨大的電動力，使電氣設(shè)備受到機械損壞。

短路使系統(tǒng)電壓嚴重降低，電器設(shè)備正常工作受到破壞。

嚴重的短路影響電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，使并列的同步發(fā)電機失步，造成系統(tǒng)解列，甚至崩潰。單相短路產(chǎn)生不平衡磁場，對附近通信線路和弱電設(shè)備產(chǎn)生嚴重電磁干擾，影響其正常工作。短路造成停電，給國民經(jīng)濟帶來損失，給人民生活帶來不便。短路產(chǎn)生很大的熱量，導(dǎo)體溫度升高，將絕緣損壞。第一節(jié)短路的原因、后果及其形式三、短路的危害

第一節(jié)短路的原因、后果及其形式四、防止短路的對策預(yù)防性實驗正確安裝和維護防雷設(shè)備文明施工嚴格遵守操作規(guī)程第一節(jié)短路的原因、后果及其形式四、防止短路的對策預(yù)防性第二節(jié)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一、無限大容量電力系統(tǒng)

無限大容量系統(tǒng)是指供電容量相對于用戶供電系統(tǒng)容量大得多的電力系統(tǒng)。其特點是，當(dāng)用戶供電系統(tǒng)的負荷變化時，系統(tǒng)母線電壓能基本維持不變，即Uxt=常數(shù)；當(dāng)系統(tǒng)短路時，系統(tǒng)母線電壓值也變化很少。在實際工程計算中，當(dāng)電力系統(tǒng)的阻抗不大于短路回路總阻抗的5%~10%，或者電力系統(tǒng)容量超過用戶供電系統(tǒng)容量的50倍時，可將該系統(tǒng)看作無限大容量供電系統(tǒng)。目的：在誤差允許的范圍簡化短路計算，計算偏于保守。第二節(jié)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二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程討論的對象：三相對稱電路第二節(jié)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二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程討論的對象：三相對稱電路第三相短路是對稱短路，三相短路回路中每相的阻抗相等，三相短路電流與三相電壓任保持對稱，因此采用一相來進行分析。二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程第二節(jié)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是對稱短路，三相短路回路中每相的阻抗正常工作時二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程第二節(jié)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正常工作時二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程第二節(jié)無限二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程k點三相短路定性分析：回路I：此回路被短接為無源回路，回路中的電流由原來的數(shù)值不斷地衰減，一直到磁場中所儲藏的能量全部變?yōu)樵摶芈分须娮杷牡臒崮転橹?，這個過程很短暫?；芈稩I：此回路仍然與電源相聯(lián)，三相短路，由于阻抗變小，電路電流要變大，但由于電感的作用，電流不能突變，因而發(fā)生暫態(tài)過渡過程，最后短路電流達到一個新的穩(wěn)定狀態(tài)。第二節(jié)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二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程k點三相短路定性分析：回路二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程k點三相短路定量分析：根據(jù)基爾霍夫電壓定理可列出：整理得：第二節(jié)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二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程k點三相短路定量分析：根據(jù)解微分方程得到短路電流id的數(shù)學(xué)表達式：二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程k點三相短路定量分析：第二節(jié)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解微分方程得到短路電流id的數(shù)學(xué)表達式：二、無限大容量系統(tǒng)三二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程k點三相短路定量分析：第二節(jié)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二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程k點三相短路定量分析：第二三相短路由兩個分量組成：一個是按正弦規(guī)律變化的周期分量電流ip；另一個是按指數(shù)規(guī)律衰減的非周期分量電流inp。短路電流ik也稱為短路全電流(short-circuitwhole-current)。第二節(jié)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由兩個分量組成：一個是按正弦規(guī)律變化的周期分量電流i第二節(jié)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積分常數(shù)C的確定二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程當(dāng)短路發(fā)生的瞬間t=0時，短路電流為：設(shè)短路前瞬間的負荷電流瞬時值i|0|為：第二節(jié)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二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程積分常數(shù)C的確定由于電路中存在電感，電路不能突變，因此，短路前瞬間的正常工作電流值（i|0|）應(yīng)與短路發(fā)生瞬間的短路電流的瞬時值（ik0）相等，即：第二節(jié)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二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程積分常數(shù)C的確定二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程說明：1、上式中第一項為短路電流的周期分量，它是由系統(tǒng)電源電壓和短路回路阻抗所確定的一個按正弦規(guī)律作周期變化的電流。在無限大容量系統(tǒng)情況下，在整個短路過程中，其幅值不變。2、上式第二項為三相短路電流的非周期分量（inp），它是由短路過渡過程中感應(yīng)電勢和短路回路阻抗所確定的一個按指數(shù)規(guī)律衰減變化的電流。它的衰減速度由短路回路中的rK/L的比值來確定。第二節(jié)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二、無限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程說明：第二節(jié)無限大容三、最嚴重三相短路時的短路電流短路電流非周期分量初值最大時短路電流瞬時值亦最大。最嚴重短路電流的條件為：（1）短路回路純電感，K=90°高壓網(wǎng)絡(luò)K=90°（2）短路瞬間電壓過零，α=0（3）短路前空載最嚴重短路電流的條件為：短路電流常用公式：第二節(jié)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、最嚴重三相短路時的短路電流短路電流非周期分量初值四、短路有關(guān)的物理量（1）短路電流周期分量

Uc短路計算電壓Uc≈1.05UN0.4，3.15，6.3，10.5，37，115，230kV第二節(jié)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四、短路有關(guān)的物理量（1）短路電流周期分量Uc短路計算電壓U四、短路有關(guān)的物理量短路電流周期分量的有效值短路次暫態(tài)電流I″短路后第一個周期短路電流周期分量之有效值。無限大容量系統(tǒng)I″=IP第二節(jié)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（1）短路電流周期分量四、短路有關(guān)的物理量短路電流周期分量的有效值四、短路有關(guān)的物理量（2）短路電流非周期分量短路電流非周期分量的初始絕對值第二節(jié)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四、短路有關(guān)的物理量（2）短路電流非周期分量四、短路有關(guān)的物理量（3）短路全電流短路電流周期分量ip與非周期分量inp之和即為短路全電流ik。某一瞬時t的短路全電流有效值Ik（t），是以時間t為中點的一個周期內(nèi)的ip有效值Ip（t）與inp在t的瞬時值inp（t）的方均根值，即第二節(jié)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四、短路有關(guān)的物理量（3）短路全電流（4）短路沖擊電流ish

(short-circuitshockcurrent)短路沖擊電流為短路全電流中的最大瞬時值。第二節(jié)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四、短路有關(guān)的物理量（4）短路沖擊電流ish短路沖擊電流為短（4）短路沖擊電流ish

沖擊電流ish的計算第二節(jié)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四、短路有關(guān)的物理量（4）短路沖擊電流ish四、短路有關(guān)的物理量（5）短路穩(wěn)態(tài)電流I∞短路穩(wěn)態(tài)電流是短路電流非周期分量衰減完畢以后的短路全電流，其有效值用I表示。（6）三相短路容量第二節(jié)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四、短路有關(guān)的物理量（5）短路穩(wěn)態(tài)電流I∞短第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算短路計算的方法簡介

有名值法標幺值法短路容量法如果各種電氣設(shè)備的電阻和電抗及其它電氣參數(shù)用短路容量表示，稱短路容量法。如果各種電氣設(shè)備的電阻和電抗及其它電氣參數(shù)用相對值表示，稱標幺值法。如果各種電氣設(shè)備的電阻和電抗及其它電氣參數(shù)用有名值即有單位的值表示，稱有名值法。第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算短路計算的（1）用有名值法進行短路計算的步驟歸納為：繪制短路回路等效電路計算短路回路中各元件的阻抗值求等效阻抗，化簡電路計算三相短路電流周期分量有效值及其它短路參數(shù)列短路計算表第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算短路計算的方法簡介

（1）用有名值法進行短路計算的步驟歸納為：第三節(jié)無限大（2）用標幺值法進行短路計算的步驟歸納為：選擇基準容量、基準電壓、計算短路點的基準電流繪制短路回路的等效電路計算短路回路中各元件的電抗標幺值求總電抗標幺值，化簡電路計算三相短路電流周期分量有效值及其他短路參數(shù)列短路計算表短路計算的方法簡介

第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算（2）用標幺值法進行短路計算的步驟歸納為：短路計算的方法簡介電力系統(tǒng)通常具有多個電壓等級，用有名值計算短路電流時，必須將有關(guān)參數(shù)折合到同一電壓等級才能進行計算，比較麻煩。同時，電力系統(tǒng)中各元件的電抗表示方法不統(tǒng)一，基值也不一樣。為此，在短路電流計算中采用標幺值可減輕計算并便于比較分析。第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算短路計算的方法簡介

電力系統(tǒng)通常具有多個電壓等級，用有名值計算短路三、采用標幺制法進行三相短路計算用相對值表示元件的物理量，稱為標幺制。任意一個物理量的有名值與基準值的比值稱為標幺值，標幺值沒有單位。即容量、電壓、電流、阻抗的標幺值分別為用符號A*表示某量A的標幺值，則第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算三、采用標幺制法進行三相短路計算用相對值表示元件的物理量，稱基準容量Sd，基準電壓Ud，基準電流Id和基準阻抗Zd亦應(yīng)遵守功率方程

和電壓方程

。故有按標幺制法進行短路計算時，一般是先選定基準容量Sd和基準電壓Ud通常Sd=100MVA；Ud=短路計算電壓為基準電壓。額定電壓0.3836103560110154220330基準電壓0.43.156.310.53763115162230345第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算三、采用標幺制法進行三相短路計算基準容量Sd，基準電壓Ud，基準電流Id和基準阻抗Z電氣元件電抗標幺值的計算1、電力系統(tǒng)的電抗標幺值短路電流計算時，需要計算短路回路中各個電氣元件的阻抗及短路回路總阻抗。（1）已知電力系統(tǒng)出口斷路器的斷路容量第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算三、采用標幺制法進行三相短路計算電力系統(tǒng)的電阻相對于電抗來說很小，一般不予考慮。電氣元件電抗標幺值的計算1、電力系統(tǒng)的電抗標幺值短1、電力系統(tǒng)的電抗標幺值（2）已知電力系統(tǒng)出口處的短路容量SK（3）已知電力系統(tǒng)電抗有名值XS第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算三、采用標幺制法進行三相短路計算電氣元件電抗標幺值的計算1、電力系統(tǒng)的電抗標幺值（2）已知電力系統(tǒng)出口處的短路容量對于發(fā)電機，廠家給出的參數(shù)是額定容量Sn、額定電壓Un和以Sn、Un為基準值的電抗標幺值X*n第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算三、采用標幺制法進行三相短路計算電氣元件電抗標幺值的計算對于發(fā)電機，廠家給出的參數(shù)是額定容量Sn、2、電力變壓器的電抗標幺值變壓器的阻抗電壓：在進行變壓器的短路試驗中，當(dāng)繞組中電流達到額定值時，加于原繞組的電壓，亦稱為短路電壓。阻抗電壓通常標示在變壓器銘牌上，它的大小反映了變壓器負載下運行時漏阻抗壓降的大小。從運行的觀點來看，希望阻抗電壓小一些。這樣，變壓器輸出電壓受負載波動的影響小一些。但阻抗電壓太小時，變壓器短路時的短路電流必然很大，可能損壞變壓器。第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算三、采用標幺制法進行三相短路計算電氣元件電抗標幺值的計算2、電力變壓器的電抗標幺值變壓器的阻抗電壓2、電力變壓器的電抗標幺值第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算三、采用標幺制法進行三相短路計算電氣元件電抗標幺值的計算2、電力變壓器的電抗標幺值第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中3、電力線路的電抗標幺值X0為導(dǎo)線電纜單位長度電抗，l為線路長度。第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算三、采用標幺制法進行三相短路計算電氣元件電抗標幺值的計算3、電力線路的電抗標幺值X0為導(dǎo)線電纜單位長度電抗，第三節(jié)三相短路電流周期分量有效值由于：則：第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算三、采用標幺制法進行三相短路計算電氣元件電抗標幺值的計算三相短路電流周期分量有效值由于：則：第三節(jié)無限大容量三相短路沖擊短路電流高壓系統(tǒng)：低壓系統(tǒng)：三相短路容量：第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算三、采用標幺制法進行三相短路計算電氣元件電抗標幺值的計算三相短路沖擊短路電流高壓系統(tǒng)：低壓系統(tǒng)：三相短路容量：第三節(jié)短路電流具體計算步驟：①根據(jù)短路計算要求畫出短路電流計算系統(tǒng)圖，該系統(tǒng)圖應(yīng)包含所有與短路計算有關(guān)的元件，并標出各元件的參數(shù)和短路點。②畫出計算短路電流的等效電路圖，每個元件用一個阻抗表示，電源用一個小圓表示，并標出短路點，同時標出元件的序號和阻抗值，一般分子標序號，分母標阻抗值。③選取基準容量和基準電壓，計算各元件的阻抗標幺值。④等效電路化簡，求出短路回路總阻抗的標幺值。⑤按前述公式由短路回路總阻抗標幺值計算短路電流標幺值，再計算短路各量，即短路電流、沖擊短路電流和三相短路容量。第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算三、采用標幺制法進行三相短路計算短路電流具體計算步驟：①根據(jù)短路計算要求畫出短路電流計算系統(tǒng)例第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算三、采用標幺制法進行三相短路計算某工廠供電系統(tǒng)如圖所示，已知電力系統(tǒng)出口斷路器為SN10-10II型。試求工廠變電所高壓10KV母線上K-1點短路喝低壓380V母線上K-2點短路的三相短路電流和短路容量。例第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算三、采用第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算四、兩相短路電流的計算無限大容量系統(tǒng)發(fā)生兩相短路時，其短路電流可由下式求得：式中UC為短路點的短路計算電壓，Z為短路回路一相總阻抗。兩相短路與三相短路的關(guān)系：第三節(jié)無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計算無限大容量系統(tǒng)中的兩相短路電流，可在求出三相