建筑供配電系統(tǒng)短路電流及其計(jì)算

建筑供配電系統(tǒng)短路電流及其計(jì)算第1頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)概述一短路原因、類(lèi)型、后果及計(jì)算短路電流的目的（一）主要原因：1.電氣設(shè)備、元件的損壞。2.自然原因3.人為事故

第2頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（二）類(lèi)型：1.三相短路2.兩相短路3.單相短路第3頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第4頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（三）后果：1.產(chǎn)生很大的電動(dòng)力和很高的溫度，使故障元件和短路電路中的其它元件損壞。2.電壓驟降，影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。3.造成停電事故。4.造成不對(duì)稱(chēng)電路，其電流將產(chǎn)生較強(qiáng)的不平衡磁場(chǎng)，對(duì)附近的通信設(shè)備、信號(hào)系統(tǒng)及電子設(shè)備等產(chǎn)生干擾。5.嚴(yán)重的短路運(yùn)行電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，使并列運(yùn)行發(fā)電機(jī)組失去同步，造成系統(tǒng)解列。第5頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（四）目的：1.選擇和校驗(yàn)電氣設(shè)備。2.繼電保護(hù)裝置的整定計(jì)算。3.設(shè)計(jì)時(shí)作不同方案的技術(shù)比較。第6頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二.電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式（一）類(lèi)型三相交流電力系統(tǒng)中，供電電源的發(fā)電機(jī)和變壓器的中性點(diǎn)運(yùn)行方式：

1.小電流接地電源中性點(diǎn)不接地電源中性點(diǎn)經(jīng)消弧圈接地2.大電流接地電源中性點(diǎn)直接接地第7頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（二）電源中性點(diǎn)不接地電力系統(tǒng)1.當(dāng)發(fā)生一相接地故障時(shí)，其三相電壓無(wú)論其相位和量值均保持不變。因此，該系統(tǒng)三相用電設(shè)備仍可照常運(yùn)行，但這種故障系統(tǒng)不允許長(zhǎng)期運(yùn)行，以免另一相又發(fā)生接地故障時(shí)形成兩相短路，這時(shí)將產(chǎn)生很大的短路電流，可能損壞線

路和設(shè)備。因此這種系統(tǒng)中，應(yīng)裝設(shè)專(zhuān)門(mén)的絕緣監(jiān)測(cè)裝置或單相接地保護(hù)以便第8頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一發(fā)生一相接地故障時(shí)，發(fā)出警報(bào)，通知運(yùn)行值班人員注意和處理。如一時(shí)檢修不好應(yīng)將重要負(fù)荷轉(zhuǎn)移切除故障線路。2.發(fā)生一相接地故障時(shí)另兩個(gè)完好相的對(duì)地電壓為正常對(duì)地電壓的倍。第9頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（三）電源中性點(diǎn)經(jīng)消弧圈接地的電力系統(tǒng)為防止一相接地時(shí)，接地點(diǎn)出現(xiàn)斷續(xù)電弧，引起過(guò)電壓，在單相接地電容電流大于一定值時(shí)，必須采用。第10頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（四）電源中性點(diǎn)直接接地的電力系統(tǒng)1.發(fā)生一相接地故障時(shí),其三相電壓的對(duì)稱(chēng)關(guān)系完全破壞，因此，該系統(tǒng)三相用電設(shè)備不能繼續(xù)運(yùn)行，由于單相接地電流很大，將使過(guò)電流保護(hù)裝置動(dòng)作，迅速切除線路。2.發(fā)生一相接地故障時(shí)，另兩個(gè)完好相的對(duì)地電壓不會(huì)升高，仍維持相電壓值，因此對(duì)線路的絕緣水平要求相對(duì)較低。第11頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（五）建筑供配電系統(tǒng)分為T(mén)N、TT、IT系統(tǒng)。對(duì)于低壓系統(tǒng)（TN)：中性線（N)

保護(hù)線(PE)

三相四線制第12頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)三相交流電網(wǎng)短路的過(guò)渡過(guò)程一短路電流的過(guò)渡過(guò)程的分析“無(wú)限大容量電源”：系統(tǒng)內(nèi)部短路發(fā)生變化，系統(tǒng)電源電壓維持不變。在考慮產(chǎn)生最大短路的條件下，短路全電流為：第13頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

在電源電壓及短路地點(diǎn)不變的情況下，要使短路全電流達(dá)到最大值。必需具備以下的條件：短路前為空載。設(shè)電路的感抗要比電阻好大得多，即短路阻抗角為900。短路發(fā)生于某相電壓瞬時(shí)值過(guò)零值時(shí)。第14頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二電流沖擊系數(shù)和沖擊電流沖擊電流出現(xiàn)在短路后第一個(gè)半周時(shí)間

為短路電流沖擊系數(shù)短路電流周期分量的有效值。第15頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一實(shí)際中：高壓系統(tǒng)

τ＝0.05s,=1.8，低壓系統(tǒng)

τ＝0.008s,=1.3，

第16頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、短路電流最大有效值：實(shí)際中：＝1.8，

=1.3，四、短路穩(wěn)態(tài)電流：經(jīng)過(guò)t=0.2s后，短路電流非周期分量衰減完畢，短路電流為穩(wěn)態(tài)短路電流，在無(wú)限大容量系統(tǒng)中，短路電流周期分量有效值在電流全過(guò)程中始終不變，則：

第17頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)三相短路電流的計(jì)算一概述（一）步驟1.繪出計(jì)算電路圖2.通過(guò)計(jì)算，繪制短路計(jì)算點(diǎn)等效電路圖3.等效電路化簡(jiǎn)4.求短路電流

第18頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（二）方法:歐姆法（有名單位法〕

通常用于1000V以下低壓供電系統(tǒng)的短路計(jì)算。標(biāo)幺法（相對(duì)單位法〕

常用在高壓系統(tǒng)短路電流計(jì)算。第19頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（三）短路電流計(jì)算的幾點(diǎn)說(shuō)明說(shuō)明由電力系統(tǒng)供電的民用建筑內(nèi)部發(fā)生短路時(shí)，其容量遠(yuǎn)比系統(tǒng)容量要小，而阻抗則較系統(tǒng)阻抗大得多，短路時(shí)，系統(tǒng)母線上的電壓變動(dòng)很小，可認(rèn)為電壓維持不變，即系統(tǒng)容量為無(wú)限大。第20頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一在計(jì)算高壓電路中的短路電流時(shí)，只需考慮對(duì)短路電流值有重大影響的電路元件。由于發(fā)電機(jī)、變壓器、電抗器的電阻遠(yuǎn)小于其本身電抗，因此可不予考慮。但當(dāng)架空線和電纜較長(zhǎng)，使短路電路的總電阻大于總電抗的1/3時(shí)，仍需計(jì)入電阻。短路電流計(jì)算按金屬性短路進(jìn)行。第21頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二采用歐姆法進(jìn)行短路計(jì)算無(wú)限大容量系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)三相短路電流周期分量有效值：

Uav---需要計(jì)算那一級(jí)的平均電壓,為該級(jí)電網(wǎng)電壓UN

的1.05倍。例10.5KV,0.4KV.

－－分別為短路電路的總阻抗、總電阻、總電抗。第22頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

高壓電路的短路計(jì)算只計(jì)電抗。低壓側(cè)短路時(shí)，當(dāng)時(shí)，才考慮電阻。所以，1KV以上高壓系統(tǒng)：

第23頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（一）電力系統(tǒng)的阻抗電力系統(tǒng)阻抗的電阻一般很小不予考慮，其電抗可由電力系統(tǒng)變電站高壓饋線出口斷路器的斷流容量來(lái)估算。（二）發(fā)電機(jī)電抗－－次暫態(tài)電抗百分值。第24頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（三）電力變壓器阻抗

變壓器的短路電壓。第25頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（四）電力線路的阻抗（五）電抗器阻抗電抗器銘牌標(biāo)有，和繞組電抗百分?jǐn)?shù)。第26頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（六）如計(jì)算低壓側(cè)的短路電流時(shí)，高壓側(cè)的線路阻抗就需要換算到低壓側(cè)，其等效換算的條件是元件的功耗不變。第27頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三采用標(biāo)幺制法進(jìn)行短路計(jì)算標(biāo)幺制是一種相對(duì)單位制，其定義為：該物理量的實(shí)際值所選定的基準(zhǔn)值

如任一物理標(biāo)幺值＝第28頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一按標(biāo)幺制法進(jìn)行短路計(jì)算時(shí)，一般先選定基準(zhǔn)容量和基準(zhǔn)電壓，則（一）短路電路中的各元件標(biāo)幺值的計(jì)算通常選取=100MVA,=。第29頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值2.發(fā)動(dòng)機(jī)的電抗標(biāo)幺值

第30頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.電力變壓器的電抗標(biāo)幺值4.電力線路的電抗標(biāo)幺值如有必要計(jì)算電阻標(biāo)幺值時(shí)，第31頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5.電抗器電抗標(biāo)幺值－－電抗器額定電抗標(biāo)幺值；－－電抗器額定電壓標(biāo)幺值；－－電抗器額定電流標(biāo)幺值。第32頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第33頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第34頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（二）短路電路總阻抗當(dāng)時(shí),

當(dāng)時(shí),第35頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（三）無(wú)限大容量三相短路電流計(jì)算

第36頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第37頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第38頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第39頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第40頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第41頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第42頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)兩相短路電流的近似計(jì)算一計(jì)算為不對(duì)稱(chēng)短路，一般要使用對(duì)稱(chēng)分量法。一實(shí)用簡(jiǎn)單的方法為

只有電抗時(shí)：第43頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二與三相短路電流計(jì)算的關(guān)系

因此，三相短路電流比兩相短路電流大。在考慮短路效應(yīng)時(shí)，只考慮三相短路電流。在校驗(yàn)保護(hù)相間短路靈敏度時(shí)，用末端兩相短路電流。第44頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第五節(jié)低壓電網(wǎng)短路電路計(jì)算一低壓電網(wǎng)短路電流計(jì)算的特點(diǎn)：一般容量不大于高壓供電電源容量的5%按無(wú)限大電源考慮。各元件電阻值相對(duì)較大，一般不能忽略。沖擊系數(shù)在1～1.3范圍內(nèi)電壓只有一級(jí)，采用有名法較為方便第45頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二各元件阻抗與歐姆法介紹計(jì)算方法一樣，并可查表求得。它包括：系統(tǒng)電源阻抗變壓器阻抗母線阻抗配電線路阻抗低壓電器阻抗第46頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三短路電流計(jì)算（一）三相短路電流計(jì)算和兩相短路電流計(jì)算與歐姆法介紹計(jì)算方法一樣。（二）單相短路電流周期分量計(jì)算低壓380/220三相四線制配電網(wǎng)絡(luò)中，常發(fā)生相—零之間單相短路，其計(jì)算公式為：第47頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一∑R0,∑X0—為“相—零”回路中電阻與電抗之和，可查表獲得。

Up—電源的相電壓。

第48頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第六節(jié)短路電流的效應(yīng)一短路電流的電動(dòng)效應(yīng)（一）原理相鄰載流導(dǎo)體之間的電磁互作用力即電動(dòng)力。短路時(shí)，特別是沖擊電流通過(guò)瞬間，其電動(dòng)力則非常大，所以三相短路沖擊電流為校驗(yàn)電器和載流部分的動(dòng)穩(wěn)定依據(jù)。第49頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（二）短路動(dòng)穩(wěn)定度的校驗(yàn)條件1.一般電器

imax—電器的極限通過(guò)電流（峰值〕;Imax—電器的極限通過(guò)電流（有效值〕。第50頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.對(duì)絕緣子動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)

Fal≥Fc(3)Fal—絕緣子的最大允許載荷,由產(chǎn)品樣本查得;Fc(3)—短路時(shí)作用在絕緣子上的計(jì)算力;第51頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

三相短路沖擊電流在中間相產(chǎn)生的電動(dòng)力最大,其計(jì)算公式為:

兩導(dǎo)體的軸線距離,(m)；檔距（即相鄰的兩支點(diǎn)間距離〕,(m)；母線在絕緣子上為平放：母線在絕緣子上為豎放：第52頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.對(duì)母線等硬導(dǎo)體一般按短路時(shí)所受到的最大應(yīng)力來(lái)校驗(yàn)。－－母線材料的最大允許應(yīng)力，硬銅：硬鋁：第53頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

—母線通過(guò)是所受到的最大應(yīng)力。

—母線通過(guò)是所受到的彎曲力矩，單位N·m,

當(dāng)母線的檔數(shù)為1～2時(shí),

當(dāng)母線的檔數(shù)為>2時(shí),

第54頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

W—母線截面系數(shù)，，單位：M3

b－截面水平寬度,h－截面水平高度4.電纜本身的機(jī)械強(qiáng)度很好，不必校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定。第55頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（三）大容量電動(dòng)機(jī)對(duì)短路沖擊電流的影響當(dāng)短路計(jì)算點(diǎn)附近有大容量電機(jī)(總?cè)萘砍^(guò)100KW)時(shí),其反饋沖擊電流使短路點(diǎn)沖擊電流增大。工程設(shè)計(jì)中可近似取為：

第56頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一－短路電流沖擊系數(shù)，高壓電動(dòng)機(jī)一般取1.4~1.6；低壓電動(dòng)機(jī)一般取1。－電動(dòng)機(jī)的額定電流。

第57頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一短路電流的熱效應(yīng)（一）短路時(shí)導(dǎo)體的發(fā)熱過(guò)程與計(jì)算1.過(guò)程：－－短路前正常負(fù)荷時(shí)的溫度；－－發(fā)生短路；－－切除故障時(shí)間；－－時(shí)導(dǎo)體溫度。

第58頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.計(jì)算即計(jì)算的值。與相對(duì)應(yīng)的熱量為由于計(jì)算困難，一般采用等效方法，為短路發(fā)熱假想時(shí)間。第59頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

對(duì)無(wú)限大系統(tǒng)，則當(dāng)1s時(shí)，而－－保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間；

第60頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一－－斷路器斷路時(shí)間，(固有分閘時(shí)間＋電弧延續(xù)時(shí)間〕