第四章短路计算.ppt

《第四章短路计算.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章短路计算.ppt（36页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第四章 短路计算及电器的选择与校验本章主要内容：4.1、短路的原因、后果及其形式。4.2、无限大容量电力系统三相短路时的物理 过程及物理量。4.3、无限大容量电力系统中的短路电流计算。4.4、短路电流的效应与校验。4.5、高低压电器的选择与校验。4.1 短路的原因、后果及形式一、短路的原因 短短路路是是指指供供电电系系统统中中不不同同电电位位的的导导体体之之间间的的电气短接。电气短接。造成短路的主要原因是：造成短路的主要原因是：1、电气设备的绝缘损坏、电气设备的绝缘损坏2、误操作、误操作3、鸟兽害、鸟兽害 二、短路的后果1、短路的电动效应和热效应。2、电压骤降。3、造成停电事故。4、影响系统稳

2、定。5、产生电磁干扰。三、短路的形式三相短路两相短路单相短路两相接地短路 4.2、无限大容量电力系统三相短路 时的物理 过程及物理量一、无限大容量电力系统及其三相短路的物理过程 无限大容量电源，就是指电源内阻抗为零，供电容量相对于用户负荷容量大得多的电力系统，不管用户的负荷如何变动甚致发生短路时，电源内部均不产生压降，电源母线上的输出电压均维持不变。无限大容量电力系统中发生三相短路 a)三相电路图 b)等效单相电路图 无限大容量系统发生三相短路时的电压、电流变动曲线 电路中存在电感，发生短路后，电流不能突变，有一个过渡过程即短路暂态过程。二、短路有关的物理量 1、短路电流周期分量 2、短路电流

3、非周期分量（波形按指数函数衰减）（波形为正弦波）3、短路全电流4、短路冲击电流 高压三相短路 低压三相短路 5、短路稳态电流4.3、无限大容量电力系统中的短路 电流计算一、短路电流计算概述1、计算短路电流的目的：正确选择和检验电气设备 及其保护装置。三相短路电流是选择和检验电气设备的基本依据。2、短路电流计算过程：(1)绘出计算电路图(2)元件编号(3)绘等效电路(4)计算阻抗和总阻抗(5)计算短路电流和短路容量。二、采用欧姆法进行三相短路计算计算公式：1、电力系统的阻抗计算 电力系统的电阻相对于电抗很小，不予考虑。2、电力变压器的阻抗计算 短路损耗 电阻电抗3、电力线路的阻抗计算 电路内各元

4、件的阻抗都必须按照短路点的短路计算电压统一换算，换算的条件是元件功率损耗不变。4、阻抗换算（有变压器时）例例4.1 4.1 某供配电系统如图所示，已知电力系统出口断路器为某供配电系统如图所示，已知电力系统出口断路器为SN10-10SN10-10型。试求该用户变电所高压型。试求该用户变电所高压10kV10kV母线上母线上k-1k-1点短点短路和低压路和低压380V380V母线上母线上k-2k-2点短路的三相短路电流和短路容点短路的三相短路电流和短路容量。量。解解 1.1.求求k-1k-1点的三相短路电流和短路容量点的三相短路电流和短路容量(U(Uc1c1=10.5kV)=10.5kV)（1 1）

5、计算短路电路中各元件的电抗和总电抗）计算短路电路中各元件的电抗和总电抗电力系统的电抗电力系统的电抗 架空线路的电抗：由表架空线路的电抗：由表4-14-1查得查得X X0 0=0.35=0.35/km/km，因此，因此绘绘k-1k-1点短路的等效电路如下图所示，并计算其总电抗为点短路的等效电路如下图所示，并计算其总电抗为（2 2）计算三相短路电流和短路容量）计算三相短路电流和短路容量 三相短路电流周期分量有效值三相短路电流周期分量有效值 三相短路次暂态电流和稳态电流有效值三相短路次暂态电流和稳态电流有效值三相短路电流周期分量有效值三相短路电流周期分量有效值三相短路容量三相短路容量2.2.求求k-

6、2k-2点的三相短路电流和短路容量点的三相短路电流和短路容量(U(Uc2c2=0.4kV)=0.4kV)（1 1）计算短路电路中各元件的电抗和总电抗）计算短路电路中各元件的电抗和总电抗电力系统的电抗电力系统的电抗 架空线路的电抗：架空线路的电抗：电力变压器的电抗，由附表电力变压器的电抗，由附表2 2得得U UZ Z%=4.5%=4.5，因此，因此绘绘k-2k-2点短路的等效电路如上图所示，并计算其总电抗为点短路的等效电路如上图所示，并计算其总电抗为（2 2）计算三相短路电流和短路容量）计算三相短路电流和短路容量 三相短路电流周期分量有效值三相短路电流周期分量有效值 短路计短路计算点算点三相短路

7、电流三相短路电流/kA/kA三相短路容量三相短路容量K-1K-13.083.083.083.083.083.087.857.854.654.6556.056.0K-2K-231.431.431.431.431.431.457.857.834.234.221.821.8 三相短路次暂态电流和稳态电流有效值三相短路次暂态电流和稳态电流有效值三相短路电流周期分量有效值三相短路电流周期分量有效值三相短路容量三相短路容量在工程设计中，往往只列短路计算表格，如下表所示在工程设计中，往往只列短路计算表格，如下表所示 三、标幺制法进行三相短路电流计算1、标幺值概念 任一物理量的标幺值（实际值与基准值之比）基准

8、容量基准电压 （通常取短路计算电压）基准电流 基准电抗 2、元件标幺值：电力系统电抗标幺值：电力变压器电抗标幺值：电力线路电抗标幺值：3、短路电流标幺值及短路电流计算根据 可以计算出 。4、三相短路容量 例例4.2 4.2 试用标幺制法计算例试用标幺制法计算例4-14-1所示供配电系统中所示供配电系统中k-1k-1点和点和k-2k-2点的三相短路电流和短路容量。点的三相短路电流和短路容量。解解 （1 1）确定基准值）确定基准值 取取 ，U Ud1d1=U=Uc1c1=10.5kV=10.5kV，U Ud2d2=U=Uc2c2=0.4kV=0.4kV而而（2 2）计算短路电路中各元件的电抗标幺值

9、）计算短路电路中各元件的电抗标幺值 电力系统的电抗标幺值电力系统的电抗标幺值 架空线路的电抗标幺值：由表架空线路的电抗标幺值：由表4-14-1查得查得X X0 0=0.35=0.35/km/km，因此，因此电力变压器的电抗标幺值：由附表电力变压器的电抗标幺值：由附表2 2得得U UZ Z%=4.5%=4.5，因此，因此绘短路等效电路如下图所示：绘短路等效电路如下图所示：（3 3）求）求k-1k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量短路容量总电抗标幺值总电抗标幺值三相短路电流周期分量有效三相短路电流周期分量有效其它三相短路电流其它三相短路电流

10、三相短路容量三相短路容量 （4 4）求）求k-2k-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量短路容量总电抗标幺值总电抗标幺值三相短路电流周期分量有效三相短路电流周期分量有效其它三相短路电流其它三相短路电流三相短路容量三相短路容量 四、两相短路电流的计算 五、单相短路电流的计算大接地电流系统、三相四线制系统发生单相短路时 （要考虑正序、负序、零序阻抗）工程中简单计算 单相短路回路的阻抗：结论：在无限大容量系统中，两相短路电流和单相短路电流均比三相短路电流小，电气设备的选择与校验应采用三相短路电流，相间短路保护及灵敏度校验应采用两相短路电流，单相短

11、路电流主要用于单相短路保护的整定热稳定度的校验。4.4、短路电流的效应与校验 强大的短路电流通过电气设备和导体，将产生很大的电动力，即电动力效应，可能使电气设备和导体受到破坏或产生永久性变形。短路电流产生的热量，会造成电气设备和导体温度迅速升高，即热效应，可能使电气设备和导体绝缘强度降低，加速绝缘老化甚至损坏。为了正确选择电气设备和导体，保证在短路情况下也不损坏，必须校验其动稳定和热稳定。一、短路电流的电动效应和动稳定度1、短路时最大电动力 由计算可知：无限大容量系统发生三相短路时，中间相导体所受到的电动力比两相短路时导体所受到的电动力大，一般采用三相短路冲击电流校验电器的动稳定度。2、动稳定

12、度校验(1)一般电器的动稳定度校验条件为：(2)绝缘子的动稳定度校验条件为：（3）母线的动稳定度校验条件为：3、短路点附近交流电机反馈冲击电流的考虑 当短路点附近所接交流电动机的额定电流之和超过短路电流的1%时，按GB50054-95低压配电设计规范规定，应计入电动机反馈电流的影响。当交流电动机进线端发生三相短路时，它反馈的最大短路电流瞬时值（即电动机反馈冲击电流）可按下式计算：由于交流电动机在外电路短路后很快受到制动，因此它产生的反馈电流衰减很快，所以只有在考虑短路冲击电流的影响时，才需要计入电动机的反馈电流。此时短路点的短路冲击电流为 二、短路电流的热效应与热稳定度1、短路时的发热及计算短

13、路前后导体的温度变化 短路发热假想时间 短路发热的假想时间：短路时间 短路保护装置实际动作时间 断路器的断路时间 取0.10.2秒 2、短路热稳定度的校验条件（1）一般电器：（2）母线及绝缘导线和电缆等导体：和可由有关手册或产品样本查得。导体热稳定系数 ，可由附录表7查得。4.5、高低压电器的选择与校验一、选择校验项目及条件 电气设备的选择，必须满足供电系统正常工作条件下和短路故障条件下工作要求，同时电气设备应工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。1.按正常工作条件选择 按正常工作条件选择，就是要考虑电气设备的环境条件和电气要求。环境条件是指电气设备的使用场所、环境温度，海拔高度以及有无防

14、尘、防腐、防火、防爆等要求，据此选择电气设备结构类型。电气要求是指电气设备在电压、电流频率等方面的要求，即所选电气设备的额定电压应不低于所在线路的额定电压、电气设备的额定电流应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流；即 对对一一些些开开断断电电流流的的电电器器，如如熔熔断断器器、断断路路器器和和负负荷荷开开关关等等，则则还还有有断断流流能力的要求，即最大开断电流应不小于它可能开断的最大电流。能力的要求，即最大开断电流应不小于它可能开断的最大电流。1）对对断断路路器器，其其最最大大开开断断电电流流应应不不小小于于它它可可能能开开断断的的线线路路最最大大短短路路电电流。即流。即 2）对

15、对负负荷荷开开关关，其其最最大大开开断断电电流流应应不不小小于于它它可可能能开开断断的的线线路路最最大大负负荷荷电流。即电流。即 3）对对熔熔断断器器，其其最最大大开开断断电电流流应应不不小小于于它它可可能能开开断断的的线线路路最最大大短短路路电电流。即流。即（对非限流型熔断器）（对非限流型熔断器）（对限流型熔断器）（对限流型熔断器）按按短短路路故故障障条条件件校校验验，就就是是要要按按最最大大可可能能的的短短路路故故障障时时的的力力稳稳定定性性和和热稳定性进行校验。热稳定性进行校验。2.按短路故障条件校验按短路故障条件校验 对对于一般于一般电电器器，满足力稳定的条件是：，满足力稳定的条件是：

16、电器的额定峰值耐受电流电器的额定峰值耐受电流 对对于一般于一般电电器器，满足热稳定的条件是：，满足热稳定的条件是：电器的电器的额额定短定短时时耐受耐受电电流有效流有效值值 对对于于载流导体，满足热稳定的条件是：载流导体，满足热稳定的条件是：导体的热稳定系数导体的热稳定系数 二、高压断路器的选择与校验二、高压断路器的选择与校验 高高压压断断路路器器的的选选择择与与校校验验，主主要要是是按按环环境境条条件件选选择择结结构构类类型型，按按正正常常工工作作条条件件选选择择额额定定电电压压、额额定定电电流流并并校校验验开开断断能能力力，按按短短路路故故障障条条件件校校验验动稳定性和热稳定性，并同时选择其

17、操动机构和操作电源。动稳定性和热稳定性，并同时选择其操动机构和操作电源。例例4-1 4-1 试试选选择择某某1010KV KV 高高压压配配电电所所进进线线侧侧的的高高压压户户内内真真空空断断路路器器的的型型号号规规格格。已已知知该该进进线线的的计计算算电电流流为为295295A A，配配电电所所母母线线的的三三相相短短路路电电流流周周期期分分量量有效有效值值为为3 3.2kA 2kA，继电继电保保护护的的动动作作时间为时间为1.11.1s s。解：初步选解：初步选VS1-12/630-16VS1-12/630-16型进行校验，如表所示，所选正确。型进行校验，如表所示，所选正确。序序号号安装地

18、点的电气条件安装地点的电气条件VS1VS1-12/630-16型断路器型断路器项项 目目数数 据据项项 目目数数 据据结结 论论1UN10kVUN.QF12 kV合格合格2Ic295AIN.QF630A合格合格33.2kAIoc16kA合格合格42.553.2kA=8.16kAiet40kA合格合格5(3.2kA)2(1.1+0.2)s=13.3kA2s(16 kA)24s=1024 kA2s合格合格 三、高压熔断器的选择与校验三、高压熔断器的选择与校验 高高压压熔熔断断器器的的选选择择与与校校验验，主主要要是是按按环环境境条条件件选选择择结结构构类类型型，按按正正常常工作条件选择额定电压、额

19、定电流并校验开断能力。工作条件选择额定电压、额定电流并校验开断能力。高高压压熔熔断断器器的的额额定定电电流流应应不不小小于于它它所所安安装装的的熔熔体体电电流流。熔熔体体电电流流的的选选择应满足下列条件：择应满足下列条件：1 1）保保护护高高压压线线路路的的熔熔断断器器的的熔熔体体电电流流应应大大于于线线路路的的计计算算电电流流，一一般般取线路计算电流的取线路计算电流的1.11.11.31.3倍。倍。2）保保护护电电力力变变压压器器的的熔熔断断器器的的熔熔体体电电流流，考考虑虑到到变变压压器器的的正正常常过过负负荷荷电电流流、励励磁磁涌涌流流（即即空空载载合合闸闸电电流流）及及低低压压侧侧电电

20、动动机机自自起起动动引引起起的的尖尖峰峰电电流等因素，一般取一次侧额定电流的流等因素，一般取一次侧额定电流的1.52倍。倍。3）保保护护电电压压互互感感器器的的熔熔断断器器的的熔熔体体电电流流，因因互互感感器器二二次次侧侧负负荷荷很很小小，一般取为一般取为0.50.5A A。四、电流互感器的选择与校验四、电流互感器的选择与校验1.电压、电流的选择电压、电流的选择 电电流流互互感感器器的的额额定定电电压压应应不不低低于于装装设设地地点点电电路路的的额额定定电电压压；其其额额定定一一次电流应不小于电路的计算电流；而其额定二次电流一般为次电流应不小于电路的计算电流；而其额定二次电流一般为5A。2.2

21、.按准确级要求选择按准确级要求选择 电电流流互互感感器器满满足足准准确确级级要要求求的的条条件件，是是其其二二次次负负荷荷S2不不得得大大于于额额定定准准确级所要求的额定二次负荷确级所要求的额定二次负荷S2N，即即 S2NS2 目目前前电电流流互互感感器器的的新新产产品品直直接接给给出出了了短短路路力力稳稳定定电电流流峰峰值值和和1s热热稳稳定定电流有效值，因此其力稳定性与热稳定性可按下式校验。电流有效值，因此其力稳定性与热稳定性可按下式校验。3.短路稳定性的校验短路稳定性的校验 1.1.电压的选择电压的选择 五、电压互感器的选择与校验 电电压压互互感感器器的的额额定定一一次次电电压压，应应与与安安装装地地点点电电网网的的额额定定电电压压相相等等，其其额定二次电压一般为额定二次电压一般为100V。2.2.按准确级要求选择按准确级要求选择 电电压压互互感感器器满满足足准准确确级级要要求求的的条条件件，也也是是其其二二次次负负荷荷S2不不得得大大于于规规定定准确级所要求的额定二次容量准确级所要求的额定二次容量S2N，即即 S2NS2