第4章 短路電流計(jì)算.ppt

1、第四章 短路電流計(jì)算及電氣設(shè)備的選擇與校驗(yàn),短路電流,短路電流的基本概念 短路電流暫態(tài)過(guò)程 理想供電系統(tǒng)三相短路電流計(jì)算 短路電流的電動(dòng)力效應(yīng)及熱效應(yīng),第一節(jié) 概述,短路的定義,短路的定義 所謂短路是指電力系統(tǒng)中帶電部分與大地(包括設(shè)備的外殼、變壓器的鐵芯、低壓線路的中線等)之間，以及不同相之間的短接。(相與相或相與地短接) 這種短接可能是通過(guò)小阻抗的回路，或者是電弧的形式形成。 在中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)中，短路故障主要是各種相間短路，而單相接地不會(huì)造成短路，屬于一種運(yùn)行障礙。,短路原因,引起絕緣損壞的原因： 過(guò)電壓 絕緣的自然老化和污穢 運(yùn)行人員維護(hù)不周 直接的機(jī)械損傷 電力系統(tǒng)其他一些故障也

2、可能導(dǎo)致短路： 輸電線路斷線和倒桿事故 運(yùn)行人員違章操作 鳥(niǎo)和小動(dòng)物等跨接裸導(dǎo)體等。,短路種類(lèi),短路的危害 短路電流的熱效應(yīng)使設(shè)備急劇發(fā)熱，可能導(dǎo)致設(shè)備過(guò)熱損壞 ； 短路電流產(chǎn)生很大的電動(dòng)力，可能使設(shè)備永久變形或嚴(yán)重?fù)p壞 ； 短路時(shí)系統(tǒng)電壓大幅度下降，嚴(yán)重影響用戶的正常工作 ； 短路可能使電力系統(tǒng)的運(yùn)行失去穩(wěn)定 ； 不對(duì)稱短路產(chǎn)生的不平衡磁場(chǎng)，會(huì)對(duì)附近的通訊系統(tǒng)及弱電設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，影響其正常工作 。,短路電流基本概念短路危害,短路的預(yù)防和限制措施,認(rèn)真執(zhí)行運(yùn)行規(guī)程，不斷學(xué)習(xí)以提高電業(yè)人員的素質(zhì)。嚴(yán)格遵守操作規(guī)程和安全規(guī)程，避免誤操作；在短路發(fā)生時(shí)，采取有效的措施將短路的影響限制在最小的范圍

3、內(nèi)。 作好設(shè)備的維護(hù)、巡視、檢查，作好事故的預(yù)想和預(yù)防。 采用快速動(dòng)作的繼電保護(hù)和斷路器，迅速隔離故障。使系統(tǒng)電壓在較短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到正常值。 增大短路回路的阻抗，如在電路中裝設(shè)限流電抗器等。,短路電流研究目的,選擇：導(dǎo)體和設(shè)備 校驗(yàn)：短路時(shí)能承受瞬時(shí)沖擊及熱效應(yīng) 整定和保護(hù)：出現(xiàn)短路時(shí)能迅速和準(zhǔn)確地切除故障 確定限流措施：是否串聯(lián)電抗器 確定合理的主接線方式：分列運(yùn)行和并列運(yùn)行,第二節(jié) 無(wú)限大容量電源系統(tǒng)供電時(shí)短路過(guò)程的分析,無(wú)限大容量電源,特點(diǎn) 內(nèi)阻為零 輸出電壓不隨負(fù)載變化,工程中，當(dāng)供電的電力系統(tǒng)容量遠(yuǎn)大于企業(yè)負(fù)荷容量，系統(tǒng)阻抗小于短路回路總阻抗的10%時(shí)，可以看作無(wú)限大容量供電系統(tǒng)。

4、,短路過(guò)程分析,基本過(guò)程 正常運(yùn)行 -正常電流（負(fù)荷電流） -發(fā)生短路 -電流突然增大(周期分量加非周期分量) -穩(wěn)定新值(穩(wěn)態(tài)短路電流)。,短路過(guò)程分析,基本假設(shè) 忽略磁路的飽和與磁滯現(xiàn)象，認(rèn)為系統(tǒng)中的元件參數(shù)恒定 忽略元件的電阻R，只考慮元件的電抗X 當(dāng)R=X/3時(shí)，忽略電阻，誤差僅增大5%。 忽略短路點(diǎn)的過(guò)渡電阻 按對(duì)稱分析,無(wú)限大電源容量的暫態(tài)過(guò)程,電路對(duì)稱，可以只取一相討論,無(wú)窮大容量系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過(guò)程,短路前電路中的電流為：,式中： 短路前電流的幅值 短路前回路的阻抗角 電源電壓的初始相角，亦稱合閘角；,短路后電路中的電流應(yīng)滿足：,無(wú)窮大容量系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過(guò)程,短路的全電流

5、可以用下式表示,式中： 短路電流周期分量的幅值， 短路后回路的阻抗角， 短路回路時(shí)間常數(shù)， C 積分常數(shù)，由初始條件決定，即短路電流非周期分量的初始值。,無(wú)窮大容量系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過(guò)程,由于電路中存在電感，而電感中的電流不能突變，則短路前瞬間的電流應(yīng)該等于短路發(fā)生后瞬間）的電流，,因此，短路的全電流為,無(wú)窮大容量系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過(guò)程,Tfi與衰減時(shí)間的關(guān)系？,短路電流波形,黃色曲線為短路電流波形， 單調(diào)下降曲線為非周期分量。,產(chǎn)生最大短路電流的條件,滿足以上條件的情況為： （1）短路前電路處于空載狀態(tài)，即 （2）短路回路為純感性回路，即回路的感抗比電阻大得多，可以近似認(rèn)為阻抗角 ； （3）

6、短路瞬間電源電壓過(guò)零值，即初始相角 。,三相短路的有關(guān)物理量,1. 短路電流次暫態(tài)值 短路電流次暫態(tài)值是指短路以后幅值最大的一個(gè)周期（即第一個(gè)周期）的短路電流周期分量的有效值。在無(wú)限大容量系統(tǒng)中，短路電流周期分量幅值保持不變。,2. 短路電流穩(wěn)態(tài)值 短路電流穩(wěn)態(tài)值（steadystate value）是指短路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后短路電流的有效值。 無(wú)窮大容量電源系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)，短路電流周期分量的幅值恒定不變，則,三相短路的有關(guān)物理量,3. 短路電流沖擊值 短路電流沖擊值（shock value），即在發(fā)生最大短路電流的條件下，短路發(fā)生后約半個(gè)周期出現(xiàn)短路電流最大可能的瞬時(shí)值。,式中ksh稱為沖擊系數(shù)

7、，1 ksh 2。 在高壓供電系統(tǒng)中通常取ksh =1.8； 低壓供電系統(tǒng)中如容量為以下車(chē)間變電所的出口處發(fā)生短路，常取ksh =1.3。,三相短路的有關(guān)物理量,4.短路沖擊電流有效值 短路沖擊電流有效值指的是短路后的第一個(gè)周期內(nèi)短路全電流的有效值。 為了簡(jiǎn)化計(jì)算，可假定非周期分量在短路后第一個(gè)周期內(nèi)恒定不變，取該中心時(shí)刻t=0.01s的電流值計(jì)算。,三相短路的有關(guān)物理量,計(jì)算公式如下計(jì)算公式如下 在高壓系統(tǒng)（ksh=1.8） ish = 2.55Iz = 2.55I Ish = 1.51Iz = 1.51I,5.短路功率 短路功率又稱為短路容量，它等于短路電流有效值同短路處的正常工作電壓（一

8、般用平均額定電壓）的乘積。 在短路的實(shí)用計(jì)算中，常只用次暫態(tài)短路電流來(lái)計(jì)算短路功率，稱為次暫態(tài)功率，即,三相短路的有關(guān)物理量,Iz、ish、Ish和I的意義,短路電流次暫態(tài)值Iz ，它是指短路瞬時(shí)，短路電流周期分量電流為最大幅值時(shí)所對(duì)應(yīng)的有效值。此值通常用來(lái)作繼電保護(hù)的整定近似和校驗(yàn)斷路器的額定斷流量。 短路電流沖擊值ish，它是指在發(fā)生最大短路條件下，短路后0.01s時(shí)，短路電流所出現(xiàn)的最大瞬時(shí)值。此值通常用來(lái)校驗(yàn)電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定性。 短路電流沖擊有效值Ish，是指發(fā)生短路后的第一個(gè)周期內(nèi)，全短路電流的有效值。此值通常用來(lái)校驗(yàn)電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定性。 短路電流穩(wěn)態(tài)值I，它是指短路進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，

9、短路電流的穩(wěn)態(tài)有效值。對(duì)于無(wú)限大容量電源系統(tǒng)的三相短路，I= Iz。此值通常用來(lái)校驗(yàn)電器和線路中載流部分的熱穩(wěn)定性。,系統(tǒng)運(yùn)行方式,“運(yùn)行方式”是指由于電力系統(tǒng)各開(kāi)關(guān)狀態(tài)不同，造成短路回路阻抗的變化，分為最大運(yùn)行方式和最小運(yùn)行方式兩種。 前者用以計(jì)算可能出現(xiàn)的最大短路電流，作為選擇電氣設(shè)備的依據(jù)；后者用以計(jì)算可能出現(xiàn)的最小短路電流，作為校驗(yàn)繼電保護(hù)裝置動(dòng)作性能的依據(jù)。 最大運(yùn)行方式實(shí)際是將供電系統(tǒng)中的雙回路電力線路和并聯(lián)的變壓器均按并列運(yùn)行處理，從而得到由短路點(diǎn)至系統(tǒng)電源的總阻抗最小，短路電流最大。 同理，最小運(yùn)行方式按實(shí)際可能的單列系統(tǒng)供電，阻抗最大，短路電流最小。 主要在繼電保護(hù)中用到。,

10、第三節(jié) 無(wú)限大容量電源條件下短路電流的計(jì)算方法,通過(guò)對(duì)短路電流暫態(tài)過(guò)程的分析可知，在無(wú)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是不變的，因此它的有效值也是不變的。 如下圖: (三相對(duì)稱化歸一相計(jì)算),短路電流計(jì)算,求短路電流的基本原理,在K點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)，如短路回路的阻抗R，X以表示，則三相短路電流的有效值為 式中： Uav短路點(diǎn)所在線路的平均電壓，V R，X短路回路的總電阻和總電抗， 。均已折算到短路點(diǎn)所在處的電壓等級(jí)。 也即如果短路回路中有變壓器，就必須進(jìn)行折算。,求短路電流的基本原理,在工程設(shè)計(jì)中，高壓供電系統(tǒng)的RX，為簡(jiǎn)化計(jì)算，若RX/3，可忽略R，用X代替Z，同理在

11、低壓供電系統(tǒng)中XR，若XR/3，可忽略X，用R代替Z，在這樣的簡(jiǎn)化條件下求出的短路電流值，誤差不超過(guò)5%，在工程計(jì)算及選擇設(shè)備中是完全允許的。因此對(duì)高壓供電系統(tǒng)，上式可寫(xiě)成,求短路電流的基本原理,求短路電流的基本方法,標(biāo)么值法 將實(shí)際值與所選定的基準(zhǔn)值的比值來(lái)運(yùn)算。其特點(diǎn)是在多電壓等級(jí)系統(tǒng)中計(jì)算比較方便。 有名值法 短路計(jì)算中的各物理量均采用有名值(因各阻抗的單位都用歐姆，又有人稱之為歐姆法)。 對(duì)稱分量法 以三相對(duì)稱短路情況下的計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)，對(duì)不對(duì)稱短路情況，采用相應(yīng)的比例系數(shù)，得到不對(duì)稱短路電流。 兆伏安法 圖表法 計(jì)算曲線法,短路電流計(jì)算方法有名制法,原理：已知線路電壓，計(jì)算短路回路的

12、總阻抗，再根據(jù)歐姆定律求短路電流。 有名制：電流（安培）等于電壓（伏特）除以阻抗（歐姆）。 有名制法的實(shí)質(zhì)是歐姆定律 單線圖：三相系統(tǒng)中的三相用一根線表示。,單線圖,有名制法求三相短路電流公式,在K點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)，如短路回路的阻抗R,X以表示，則三相短路電流的有效值為 式中： Uav短路點(diǎn)所在線路的平均電壓，V R,X短路回路的總電阻和總電抗， 。均已折算到短路點(diǎn)所在處的電壓等級(jí)。 也即如果短路回路中有變壓器，就必須進(jìn)行折算。 對(duì)高壓供系統(tǒng)，電阻可以忽略，則有,短路計(jì)算的基本步驟,1.繪制計(jì)算電路圖，選定短路計(jì)算點(diǎn) 要計(jì)算短路電流，首先必須繪出計(jì)算電路圖，如圖所示。在計(jì)算電路圖上，將計(jì)算短路

13、電流時(shí)所需要的各元件的額定參數(shù)都表示出來(lái)，并將各元件依次編號(hào)。然后選定并標(biāo)出短路計(jì)算點(diǎn)。短路計(jì)算點(diǎn)要選擇的使需進(jìn)行短路校驗(yàn)的電氣設(shè)備有最大可能的短路電流通過(guò)。,短路計(jì)算的基本步驟,2.繪制計(jì)算用的等效電路圖 按照所選擇的短路計(jì)算點(diǎn)，用電抗符號(hào)表示電路中的各電氣設(shè)備（元件），如圖所示。在等效電路圖上，只需將被計(jì)算的短路電流所經(jīng)過(guò)的一些元件繪出，并表明其編號(hào)和電抗值，其中分?jǐn)?shù)的分子標(biāo)編號(hào)，分母標(biāo)計(jì)算出的元件電抗值。根據(jù)等效電路就可以計(jì)算短路回路的總電抗和各短路參數(shù)。,短路計(jì)算的基本步驟,3.元件電抗的計(jì)算 1）系統(tǒng)電抗 有兩種計(jì)算方法。如果上級(jí)供電部門(mén)提供了電源母線上的短路容量Ss，則系統(tǒng)電抗可由

14、下式求得 如果不知Ss而知電源母線出口斷路器的斷流容量Sbr，由于Sbr可以看作是電力系統(tǒng)供電母線上的極限短路容量，故可按下式求得,短路計(jì)算的基本步驟,2)電力線路電抗 Xw 電力線路的電抗，可由給定截面和線距的架空線或給定截面積和電壓的電纜線單位長(zhǎng)度電抗x0的值求得 Xw=x0L x0導(dǎo)線或電纜單位長(zhǎng)度的電抗； 因?yàn)橥?lèi)線路的電抗值一般變動(dòng)范圍不大，故可采用以下每相平均單位電抗值： 6kV及以上高壓架空線x0 =0.4/km ； 610kV電纜線 x0 =0.08/km,短路計(jì)算的基本步驟,3） 電力變壓器的電抗 電力變壓器的電抗，可由變壓器的短路電壓百分?jǐn)?shù)（即阻抗電壓） 來(lái)近似計(jì)算。 由

15、的定義可知， 式中 變壓器等效電抗， ； 變壓器額定容量，MV.A ； 變壓器額定電壓， kV ； 變壓器額定電流，kA 。,短路計(jì)算的基本步驟,由于容量較大的變壓器其電阻遠(yuǎn)小于電抗，故變壓器電抗XT就近似等于其阻抗ZT ，可得 式中 Var短路點(diǎn)所在線路的平均電壓，kV。 用Var的原因是因?yàn)樽儔浩鞯碾娍箲?yīng)折算到短路點(diǎn)所在的線路等級(jí)，以便計(jì)算短路電流。,短路回路中電氣元件的電抗計(jì)算,若需要考慮變壓器電阻RT時(shí)，可根據(jù)變壓器的短路損耗PK，按下式計(jì)算： 則： 4)電抗器的電抗 ,即有,短路計(jì)算的基本步驟,4) 元件電抗的折算 在計(jì)算短路回路中的電抗時(shí)，假如回路中含有變壓器，則回路內(nèi)元件的電抗都

16、應(yīng)該統(tǒng)一換算（折算）到短路點(diǎn)所在線路的平均電壓上去。,阻抗的折算,如圖所示的供電線路中存在變壓器，現(xiàn)在發(fā)生短路，如果按上面的公式計(jì)算，那么R1就必須進(jìn)行折算。 根據(jù)變壓器折算原理，有,短路計(jì)算的基本步驟,只有電力線路的電抗有時(shí)需要折算。對(duì)于系統(tǒng)電抗和電力變壓器電抗，由于它們的計(jì)算公式中均含有Var2，因此在實(shí)際計(jì)算時(shí)只需代入短路點(diǎn)所在線路的平均電壓，就相當(dāng)于其電抗已經(jīng)折算到短路點(diǎn)所在線路的電壓級(jí)了。 4.按串、并聯(lián)法計(jì)算各短路點(diǎn)短路回路總電抗，并代入公式計(jì)算各短路參數(shù)。,例 某供電系統(tǒng)接線圖如圖所示，各元件參數(shù)如圖所示，求在S1、S2點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)的各短路參數(shù).,解：1.求S1點(diǎn)的短路參數(shù)

17、1） 繪制等效計(jì)算圖如圖所示。 2）元件電抗的計(jì)算 系統(tǒng)電抗 架空線電抗 3）S1點(diǎn)短路回路總電抗,S1點(diǎn)的短路參數(shù),2.求S2點(diǎn)的短路參數(shù) 1) 繪制等效計(jì)算圖如圖所示。 2) 元件電抗的計(jì)算 系統(tǒng)折算電抗 架空線折算電抗 變壓器電抗 電纜線電抗,3) S2點(diǎn)短路回路總電流 =0.0662+0.116+0.8682+0.08=1.1304 4) S2點(diǎn)的回路參數(shù),有名制法的特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn) 物理意義明確 計(jì)算公式簡(jiǎn)單 對(duì)任何情況都適用 缺點(diǎn) 復(fù)雜系統(tǒng)中由于變壓器的存在，需要進(jìn)行電抗折算，有可能出錯(cuò) 電抗值有大有小，相加時(shí)位數(shù)可能影響結(jié)果。 不適合于估算,標(biāo)么值法,標(biāo)么值法是工程上計(jì)算短路電流的一種

18、常用方法，各元件阻抗值的標(biāo)么值是用標(biāo)么值法計(jì)算短路電流的基礎(chǔ)。 標(biāo)么制：用相對(duì)值表示元件的物理量。 標(biāo)么制的由來(lái)：如果把電氣量的額定值選為基準(zhǔn)值，而該量又處于額定狀態(tài)下，其標(biāo)么值為1，標(biāo)么值的名稱即由此而來(lái)。 標(biāo)么制屬于相對(duì)單位制的一種，在用標(biāo)么制計(jì)算時(shí)，各電氣元 件的參數(shù)都用標(biāo)么值表示，標(biāo)么值又稱相對(duì)值。,標(biāo)么制及其基值 標(biāo)么制 標(biāo)么制是用標(biāo)么值表示系統(tǒng)或元件參數(shù)，并用標(biāo)么值進(jìn)行分析計(jì)算的一套工程方法體系。 標(biāo)么值 是以某一量值大小為基準(zhǔn)的一個(gè)相對(duì)值，即：,標(biāo)么值法,采用標(biāo)么制的原因 由于工程上常會(huì)遇到各種電氣參量，這些參量在量值上可能差異很大，因此對(duì)其進(jìn)行對(duì)比分析就比較困難，計(jì)算上也甚為不

19、便。標(biāo)么制就是工程方法中對(duì)“量”進(jìn)行處理的一個(gè)典型體系。,標(biāo)么值法,標(biāo)么制的優(yōu)點(diǎn) 易于從量值上比較各種元件的特性參數(shù)。 便于從量值的角度判斷電氣設(shè)備和系統(tǒng)參數(shù)的好壞。 在有多個(gè)電壓等級(jí)的電網(wǎng)中，能極大地方便短路電流計(jì)算。,標(biāo)么值法,標(biāo)么制的基值 所謂基準(zhǔn)值是衡量某個(gè)物理量的標(biāo)準(zhǔn)或尺度。 例如我們選定：基準(zhǔn)容量Sj，基準(zhǔn)電壓Uj，基準(zhǔn)電流Ij和基準(zhǔn)電抗Xj，則供電系統(tǒng)中的容量S、電壓U、電流I和電抗X的標(biāo)么值可用上述的基準(zhǔn)值來(lái)表示。,標(biāo)么值法,標(biāo)么值法基準(zhǔn)量的選擇,1、基準(zhǔn)量的選?。汗灿泄β蔛j 、電壓Uj 、 電流Ij和電抗Xj等四個(gè)量。它們滿足 歐姆定律和功率方程式的關(guān)系 2、通常選擇Sj和

20、Uj：基準(zhǔn)電壓Uj選 線路各級(jí)平均電壓Uav；Sj=100MVA 選定基準(zhǔn)值后，S、U、I、X的標(biāo)么值 見(jiàn)右邊的公式。 3、式中各量的右上標(biāo)“*”表示標(biāo)么值 右下標(biāo)“j”表示基準(zhǔn)值,（一）輸電線路 架空線路阻抗計(jì)算 架空線路的阻抗中，電抗成分遠(yuǎn)大于電阻成分，可近似認(rèn)為其阻抗為純電抗。 架空線路的電抗有名值為(單位：)： 架空線路的標(biāo)么值為，取Uj=Uav，則有：,二、供電系統(tǒng)中各元件電抗標(biāo)么值的計(jì)算,電纜線路阻抗的計(jì)算 電纜線路中，電阻和電抗成分大致相當(dāng)，因此不能忽略電阻。 已知電纜線路的長(zhǎng)度為l(km)，每公里電阻和電抗分別為r0(km)、x0(km)，則電纜線路的阻抗有名值為(單位：)：,

21、二、供電系統(tǒng)中各元件電抗標(biāo)么值的計(jì)算,以Sj(MVA)、Uj(KV)為基值時(shí)的阻抗標(biāo)么值為,二、供電系統(tǒng)中各元件電抗標(biāo)么值的計(jì)算,變壓器耦合電路的標(biāo)么值計(jì)算,有名制：如果短路回路中存在變壓器，則必須把不同電壓等級(jí)的各個(gè)元件參數(shù)都折算短路點(diǎn)所在平均電壓下。 標(biāo)么制：取各線段的基準(zhǔn)功率相同，基準(zhǔn)電壓分別選擇為本線段的平均電壓，則可直接算得各元件的基準(zhǔn)標(biāo)么值，不需進(jìn)行電壓折算，從而使計(jì)算簡(jiǎn)化。,變壓器耦合電路的標(biāo)么值計(jì)算,在選擇基準(zhǔn)值時(shí)，可將其中的一段作為基本段，例如選擇線路l1為基本段，并取其基準(zhǔn)功率為Sd，基準(zhǔn)電壓等于該段的平均電壓，即取Ud=Uav。,變壓器耦合電路的標(biāo)么值計(jì)算（結(jié)論）,由上面

22、兩式可以看出，不同電壓等級(jí)下的元件參數(shù)變換為統(tǒng)一基準(zhǔn)值下的標(biāo)么值，計(jì)算時(shí)取各線段的基準(zhǔn)功率相同，基準(zhǔn)電壓分別選擇為本線段的平均電壓，則可直接計(jì)算得各元件的基準(zhǔn)標(biāo)么值，不需要進(jìn)行電壓折算，從而使計(jì)算簡(jiǎn)化。,（二） 變壓器,變壓器的電抗基準(zhǔn)標(biāo)幺值為,二、供電系統(tǒng)中各元件電抗標(biāo)么值的計(jì)算,二、供電系統(tǒng)中各元件電抗標(biāo)么值的計(jì)算,（三）串聯(lián)電抗器計(jì)算 串聯(lián)電抗器的主要作用是限制短路電流的大小，一般用混凝土澆灌固定，故又稱為水泥電抗，其銘牌上給出的參數(shù)為額定電壓UN.L(kV)、額定電流IN.L(kA)、電抗百分?jǐn)?shù)XLR%。其中XLR%是以UN.L、IN.L為基值的標(biāo)么值，當(dāng)以Sj(MVA)、Uj(kV)

23、為基值時(shí)，電抗標(biāo)么值為：,二、供電系統(tǒng)中各元件電抗標(biāo)么值的計(jì)算,（四）電源 Sk變電站出口斷路器的短路容量,三相短路電流的計(jì)算,無(wú)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)）,標(biāo)么值法計(jì)算的一般步驟,選擇基準(zhǔn)量，一般為基準(zhǔn)功率Sj和基準(zhǔn)電壓Uj。 Sj可選100MVA，或選系統(tǒng)中某個(gè)元件的額定容量?；鶞?zhǔn)電壓應(yīng)選短路點(diǎn)所在區(qū)段的平均電壓值。 計(jì)算系統(tǒng)各元件阻抗的標(biāo)么值。 繪制等效電路，圖上按順序標(biāo)出其阻抗值。 求電源點(diǎn)至短路點(diǎn)的總阻抗。 求短路電流的周期分量、沖擊電流和短路容量。,例題

24、,某供電系統(tǒng)：A是電源母線，l1為架空線，l2為電纜，L為電抗器，整個(gè)系統(tǒng)并列運(yùn)行。參數(shù)如下 ，試求短路點(diǎn)分別發(fā)生在K1、K2和K3點(diǎn)時(shí)的三相短路電流。 Sk=560MVA，l1=20km，x01=0.4/km，SNT=5600kVA，Uk%=7.5%，UNL=6kV，INL=200A，XL%=3，l2=0.5km，x02=0.08 /km,K1點(diǎn)等值電路圖： K2點(diǎn)等值電路圖：,標(biāo)么值法總結(jié),基準(zhǔn)值原則上可以任選，但一般有約定。 優(yōu)點(diǎn)：對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)計(jì)算方便，避免折算 缺點(diǎn)：物理意義不明顯，有時(shí)可能計(jì)算錯(cuò)誤。 由于計(jì)算短路電流時(shí)經(jīng)常采用標(biāo)么值法，為簡(jiǎn)化表達(dá)式，可以將上標(biāo)“*”省略，例如XS*可寫(xiě)

25、成XS,短路電流計(jì)算方法-兆伏安法,范圍：工程上，計(jì)算高壓短路電流時(shí)，常用MVA法。 原理：MVA法就是將供電系統(tǒng)中元件直接用其容量MVA表示，如電源元件，用系統(tǒng)短路容量表示，阻抗元件，則用Uav全部加在上面的短路容量表示。 方法：假設(shè)S1、S2分別代表元件1、2的短路容量； 1串聯(lián)時(shí)等效容量 2并聯(lián)時(shí)等效容量 3. 得到的電路總等效容量S，就是短路容量，因此短路電流,短路電流計(jì)算方法-兆伏安法,實(shí)質(zhì)：兆伏安法是有名制方法的變形。以元件串聯(lián)為例，有名制表現(xiàn)為X1+X2，而兆伏安法表現(xiàn)為(S1*S2)/(S1+S2)，兩者是一致的。,兆伏安法例題,圖表法,對(duì)于一定的電路，短路電流與電源到短路點(diǎn)的

26、阻抗有關(guān)。而若電源、變壓器等已經(jīng)確定，則短路電流就決定于線路的阻抗。而線路的阻抗和長(zhǎng)度及截面積有關(guān)。這就是圖表法的出發(fā)點(diǎn)。 將不同截面的導(dǎo)線長(zhǎng)度，在阻抗不變的原則下，折算成標(biāo)準(zhǔn)截面時(shí)的等效長(zhǎng)度。等效長(zhǎng)度與實(shí)際長(zhǎng)度之比稱換算系數(shù)。其值可查表。 將供電系統(tǒng)按照變壓器型號(hào)、容量、二次電壓等與線路等效長(zhǎng)度繪成曲線。計(jì)算時(shí)先算出等效長(zhǎng)度再查表。,兩相短路,無(wú)限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生兩相短路時(shí)的電路圖如圖所示。,其短路電流,兩相短路,如果忽略 而只計(jì)及 的影響，則短路電流為,所以有,其他兩相短路電流 、 、 等，同樣都是相應(yīng)的三相短路電流值的0.87倍。,兩相短路,三相短路時(shí)沖擊電流在各種情況下均大于兩相短路

27、時(shí)相應(yīng)的數(shù)值。 因此，用于校驗(yàn)電氣設(shè)備動(dòng)、熱穩(wěn)定度時(shí)所用的短路電流值，都以三相短路值考慮。 而校驗(yàn)繼電保護(hù)裝置對(duì)短路動(dòng)作靈敏度時(shí)所用的最小短路電流值，則采用兩相短路電流值。,第四節(jié) 低壓電網(wǎng)中短路電流的計(jì)算,第四節(jié) 低壓電網(wǎng)中短路電流的計(jì)算,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(wú)窮大容量電源供電來(lái)考慮； 2、電阻值較大，電抗值較?。?3、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。 5、考慮電弧電阻,第四節(jié) 低壓電網(wǎng)中短路電流的計(jì)算,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)、變壓器、低壓母

28、線及配電線路等元件的阻抗；開(kāi)關(guān)電器及導(dǎo)線等接觸電阻可忽略不計(jì)。,第六節(jié) 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)對(duì)短路電流的影響,電動(dòng)機(jī)對(duì)三相短路電流的影響,供配電系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)，從電源點(diǎn)到短路點(diǎn)的系統(tǒng)電壓下降，嚴(yán)重時(shí)短路點(diǎn)電壓可將為零。 接在短路點(diǎn)附近運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)的反電勢(shì)可能大于電動(dòng)機(jī)所在處的系統(tǒng)殘壓，此時(shí)電動(dòng)機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)，向短路點(diǎn)饋送短路電流。 同時(shí)電動(dòng)機(jī)迅速受到制動(dòng)，它所提供的短路電流很快衰減，一般只考慮對(duì)沖擊短路電流的影響。,電動(dòng)機(jī)對(duì)沖擊短路電流的影響示意圖,電動(dòng)機(jī)對(duì)三相短路電流的影響,電動(dòng)機(jī)提供 的沖擊短路電流為 式中：,電動(dòng)機(jī)對(duì)三相短路電流的影響,考慮電動(dòng)機(jī)的影響后，沖擊短路電流為 一般只在電動(dòng)機(jī)附近三

29、相短路時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)單機(jī)總?cè)萘看笥?00kW，或電動(dòng)機(jī)群總?cè)萘看笥?00kW，考慮電動(dòng)機(jī)的影響。,電動(dòng)機(jī)對(duì)三相短路電流的影響,第七節(jié) 供電系統(tǒng)中電氣設(shè)備的選擇及校驗(yàn),在空氣中平行放置的兩根導(dǎo)體中分別通有電流 和 ，導(dǎo)體間距離為a ，則兩導(dǎo)體之間產(chǎn)生電動(dòng)力為：,式中：k形狀系數(shù)。,當(dāng)導(dǎo)體長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于導(dǎo)體間距時(shí)，可以忽略導(dǎo)體形狀的影響，即k 1。,1.短路電流力效應(yīng),供配電系統(tǒng)中最常見(jiàn)的是三相導(dǎo)體平行布置在同一平面里的情況。,如圖所示當(dāng)三相導(dǎo)體中通以幅值的三相對(duì)稱正弦電流時(shí)，可以證明中間相受力最大，大小為：,1.短路電流力效應(yīng),考慮最嚴(yán)重的情形，即在三相短路情況下，導(dǎo)體中流過(guò)沖擊電流時(shí)，所承受的最

30、大電動(dòng)力為：,上式就是選擇校驗(yàn)電氣設(shè)備和母線在短路電流作用下所受沖擊力效應(yīng)的計(jì)算依據(jù)。,1.短路電流力效應(yīng),2.短路電流的熱效應(yīng),電流通過(guò)電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體時(shí)，由于電阻損耗、渦流以及磁滯損耗等轉(zhuǎn)變成熱能，使電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的溫度升高。 當(dāng)發(fā)熱溫度超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，就會(huì)引起導(dǎo)體機(jī)械強(qiáng)度的下降，絕緣材料的絕緣強(qiáng)度下降，導(dǎo)體連接部分的接觸情況惡化，從而使電氣設(shè)備的使用年限縮短，甚至損壞電氣設(shè)備。 因此，對(duì)電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體都有規(guī)定的最高允許溫度。,因?yàn)槎搪芬院罄^電保護(hù)裝置很快動(dòng)作，切除故障，因此短路持續(xù)時(shí)間很短，短路電流產(chǎn)生的大量熱量來(lái)不及散發(fā)到周?chē)橘|(zhì)中，可以認(rèn)為全部熱量被導(dǎo)體吸收，用來(lái)使導(dǎo)體的溫

31、度升高。 常用的不同金屬導(dǎo)體材料均有規(guī)定的短時(shí)發(fā)熱最高允許溫度。,熱穩(wěn)定校驗(yàn)實(shí)質(zhì)上就是比較短路后導(dǎo)體的最高發(fā)熱溫度與其短時(shí)發(fā)熱的最高允許溫度，若前者不超過(guò)后者則該設(shè)備熱穩(wěn)定性滿足要求，否則不滿足要求。,2.短路電流的熱效應(yīng),設(shè)備的熱穩(wěn)定校驗(yàn),設(shè)備的熱穩(wěn)定性可按右式校驗(yàn)： It為設(shè)備在t內(nèi)能承受的熱穩(wěn)定電流，可查產(chǎn)品樣本。,電氣設(shè)備選擇的一般原則 按正常工作條件下選擇額定電流、額定電壓及型號(hào)等， 按短路情況下校驗(yàn)開(kāi)關(guān)的開(kāi)斷能力、短路熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定。,二、供電系統(tǒng)中電氣設(shè)備的選擇及校驗(yàn),（一）按正常工作條件選擇電氣設(shè)備 （1）環(huán)境 選擇電氣設(shè)備時(shí)還應(yīng)考慮設(shè)備的安裝地點(diǎn)、環(huán)境及工作條件，合理地選擇設(shè)

32、備的類(lèi)型，如戶內(nèi)戶外、海拔高度、環(huán)境溫度及防塵、防腐、防爆等。 （2）電壓 電氣設(shè)備的額定電壓電氣設(shè)備的額定電壓不得低于所接電網(wǎng)的最高運(yùn)行電壓。 （3）電流 電氣設(shè)備的額定電流電氣設(shè)備的額定電流不小于該回路的最大持續(xù)工作電流或計(jì)算電流。,二、供電系統(tǒng)中電氣設(shè)備的選擇及校驗(yàn),二、供電系統(tǒng)中電氣設(shè)備的選擇及校驗(yàn),（二）按短路情況進(jìn)行校驗(yàn) 1短路動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) 當(dāng)短路電流通過(guò)電氣設(shè)備時(shí)，短路電流產(chǎn)生的電動(dòng)力應(yīng)不超過(guò)設(shè)備的允許應(yīng)力，即滿足動(dòng)穩(wěn)定的條件,2短路熱穩(wěn)定校驗(yàn) 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路，有短路電流通過(guò)電氣設(shè)備時(shí)，導(dǎo)體和電器各部件溫度(或熱量) 不應(yīng)超過(guò)允許值，即滿足熱穩(wěn)定的條件,二、供電系統(tǒng)中電氣設(shè)備的選擇

33、及校驗(yàn),3開(kāi)關(guān)設(shè)備斷流能力校驗(yàn) 對(duì)要求能開(kāi)斷短路電流的開(kāi)關(guān)設(shè)備，如斷路器、熔斷器，其斷流容量不小于安裝處的最大三相短路容量，即： 或 ， 三相最大短路電流與最大短路容量； ， 斷路器的開(kāi)斷電流與開(kāi)斷容量。,二、供電系統(tǒng)中電氣設(shè)備的選擇及校驗(yàn),（三）電氣設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 供配電系統(tǒng)中的各種電氣設(shè)備由于工作原理和特性不同，選擇及校驗(yàn)的項(xiàng)目也有所不同。,二、供電系統(tǒng)中電氣設(shè)備的選擇及校驗(yàn),高壓斷路器、負(fù)荷開(kāi)關(guān)、隔離開(kāi)關(guān)和熔斷器的選擇條件基本相同，除了按電壓、電流、裝置類(lèi)型選擇，校驗(yàn)熱、動(dòng)穩(wěn)定性外，對(duì)高壓斷路器、負(fù)荷開(kāi)關(guān)和熔斷器還應(yīng)校驗(yàn)其開(kāi)斷能力。,（三）電氣設(shè)備的選擇與校驗(yàn),（三）電氣設(shè)備的選擇與校驗(yàn),1. 斷路器 高壓斷路器運(yùn)行時(shí)應(yīng)可以開(kāi)斷短路電流，所以斷路器的額定開(kāi)斷電流應(yīng)不小于短路電流周期分量的有效值。 當(dāng)使用電壓低于額定電壓時(shí) 校驗(yàn)時(shí),2.高壓隔離開(kāi)關(guān)的選擇 例 試選擇如圖所示變壓器 10.5kV側(cè)高壓斷路器QF和高壓隔