第三章短路电流的计算精选文档.ppt
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1、第三章短路电流的计算本讲稿第一页,共七十一页内容提要:内容提要:本章概述短路电流的计算。首先说明无限大容量电源系统供电时短路过本章概述短路电流的计算。首先说明无限大容量电源系统供电时短路过程的分析和无限大容量电源条件下短路电流的计算方法,低压配电网中短路电流的程的分析和无限大容量电源条件下短路电流的计算方法,低压配电网中短路电流的计算,不对称短路电流的计算方法,介绍了感应电动机对短路电流的影响,最后介计算,不对称短路电流的计算方法,介绍了感应电动机对短路电流的影响,最后介绍了供电系统中电气设备的选择与校验。绍了供电系统中电气设备的选择与校验。第三章第三章 短路电流的计算短路电流的计算本讲稿第二
2、页,共七十一页第三章 短路电流的计算第一节第一节 概述概述第二节第二节 无限大容量电源系统供电时短路过程的分析无限大容量电源系统供电时短路过程的分析第三节第三节 无限大容量电源无限大容量电源条件下短路电流的计算方法条件下短路电流的计算方法第四节第四节 低压配电网中短路电流的计算低压配电网中短路电流的计算 第五节第五节 不对称短路电流的计算方法不对称短路电流的计算方法 第六节第六节 感应电动机对短路电流的影响感应电动机对短路电流的影响第七节第七节 供电系统中电气设备的选择与校验供电系统中电气设备的选择与校验本讲稿第三页,共七十一页第一节第一节 概述概述 本讲稿第四页,共七十一页一、短路及其原因、
3、后果一、短路及其原因、后果 短短路路:指指供供电电系系统统中中不不同同电电位位的的导导电电部部分分(各各相相导导体体、地地线线等等)之之间间发发生的低阻性短接。生的低阻性短接。主要主要原因原因:电电气气设备载设备载流部分的流部分的绝缘损绝缘损坏坏,其次是人其次是人员误员误操作、操作、鸟兽鸟兽危害等。危害等。短路短路后果后果:短路电流短路电流产产生的生的热量,使导体热量,使导体温度急温度急剧剧上升,会使上升,会使绝缘损绝缘损坏;坏;短路电流短路电流产产生的生的电动电动力,会使力,会使设备载设备载流部分流部分变变形或形或损损坏;坏;短路会使系短路会使系统电压骤统电压骤降,影响系降,影响系统统其他其
4、他设备设备的正常运行;的正常运行;严严重的短路会影响系重的短路会影响系统统的的稳稳定性;定性;短路短路还还会造成停会造成停电电;不不对对称短路的短路称短路的短路电电流会流会对对通信和通信和电电子子设备设备等等产产生生电电磁干磁干扰扰等。等。本讲稿第五页,共七十一页二、短路的类型二、短路的类型三相短路三相短路本讲稿第六页,共七十一页两相短路两相短路本讲稿第七页,共七十一页单相单相(接地接地)短路短路单相短路单相短路两相接地短路两相接地短路两相接地短路两相接地短路本讲稿第八页,共七十一页为为了了选选择择和和校校验验电电气气设设备备、载载流流导导体体和和整整定定供供电电系系统统的的继继电电保保护护装
5、装置置,需需要要计计算算三三相相短短路路电电流流;在在校校验验继继电电保保护护装装置置的的灵灵敏敏度度时时还还需需计计算算不不对对称称短短路路的的短短路路电电流流值值;校校验验电电气气设设备备及及载载流流导导体体的的力力稳稳定定和和热热稳稳定定,就就要要用用到到短短路路冲冲击击电电流流、稳稳态态短短路路电电流流及及短短路路容容量量;但但对对瞬瞬时时动动作作的的低低压压断断路路器,则需用冲击电流有效值来进行其动稳定校验。器,则需用冲击电流有效值来进行其动稳定校验。三、计算短路电流的目的本讲稿第九页,共七十一页第二节第二节 无限大容量电源系统供电时短无限大容量电源系统供电时短路过程的分析路过程的分
6、析本讲稿第十页,共七十一页一、无限大容量电源供电系统的概念一、无限大容量电源供电系统的概念 无无限限大大容容量量电电源源内内阻阻抗抗为为零零的的电电源源。当当电电源源内内阻阻抗抗为为零零时时,不不管管输输出出的的电电流流如如何何变变动动,电电源源内内部部均不产生压降,电源母线上的输出电压维持不变。均不产生压降,电源母线上的输出电压维持不变。二、短路过程的简单分析二、短路过程的简单分析图3-2 分析三相短路时的三相等效电路图和单相等效电路图a)三相等效电路图本讲稿第十一页,共七十一页图3-2 分析三相短路时的三相等效电路图和单相等效电路图b)单相等效电路图 本讲稿第十二页,共七十一页等效电路的电
7、压方程为等效电路的电压方程为 解之得解之得,短路电流为短路电流为则则得短路得短路电电流流 当当t0时时刻,刻,发发生三相短路,由于短路生三相短路,由于短路电电路存在着路存在着电电感,因此感,因此电电流不会突流不会突变变式中,右端第一部分为短路电流式中,右端第一部分为短路电流周期分量周期分量;第二项为短路电流第二项为短路电流非周期分量非周期分量。短路前负载电流为短路前负载电流为解得解得本讲稿第十三页,共七十一页 无限大容量系统发生三相短路时的电流曲线如下图:无限大容量系统发生三相短路时的电流曲线如下图:图33 短路时电流波形图 本讲稿第十四页,共七十一页 在电源电压及短路地点不变的情况下,要使短
8、路全电流达到最大值,必须具备以下的条件:1)短路前为空载,即Im=0,这时2)设电路的感抗X比电阻R大得多,即短路阻抗角kl90。3)短路发生于某相电压瞬时值过零值时,即当t=0时,初相角=0。本讲稿第十五页,共七十一页三、有关短路的物理量三、有关短路的物理量 短路电流周期分量短路电流周期分量:短路电流非周期分量短路电流非周期分量:短路全短路全电电流流:短路冲短路冲击电击电流流:短路短路稳态电稳态电流流:短路冲击电流有效值短路冲击电流有效值:本讲稿第十六页,共七十一页第三节第三节 无限大电源条件下短路电流的计算方法无限大电源条件下短路电流的计算方法本讲稿第十七页,共七十一页一、一、标幺值法标幺
9、值法 在在无无限限大大容容量量电电源源供供电电系系统统中中发发生生三三相相短短路路时时,短短路路电电流流的的周周期期分分量量的的幅幅值值和和有效有效值值是不是不变变的。的。在高压电路的短路计算中,通常只计电抗,不计电阻。故在高压电路的短路计算中,通常只计电抗,不计电阻。故 按按标标幺幺值值法法进进行行短短路路计计算算时时,一一般般是是先先选选定定基基准准容容量量Sj和和基基准准电电压压UjUj,基基准准电电流流IjIj和基准电抗和基准电抗XjXj 本讲稿第十八页,共七十一页二、供电系统中各元件电抗标幺值二、供电系统中各元件电抗标幺值 1 1)输电线路)输电线路复数量的标幺值表示法可分别用其实部
10、和虚部或模数对基准值的标幺值来表示 图35 多级电压的供电系统示意图 本讲稿第十九页,共七十一页 结论结论:不论短路发生在哪一电压等级区段,只要选取短路段的平均电压为基准电压,则:不论短路发生在哪一电压等级区段,只要选取短路段的平均电压为基准电压,则任一段线路电抗任一段线路电抗(欧姆值欧姆值)对基准值的标幺值,等于该电抗有名值乘以基准容量后,被该线路所在对基准值的标幺值,等于该电抗有名值乘以基准容量后,被该线路所在区间段的平均电压的平方值去除。即选取了短路段的平均电压为基准电压后,元件电抗的标幺值区间段的平均电压的平方值去除。即选取了短路段的平均电压为基准电压后,元件电抗的标幺值就只与元件所在
11、段的平均电压有关,而与短路点发生在哪一段无关。这也是用标幺值法进行短路就只与元件所在段的平均电压有关,而与短路点发生在哪一段无关。这也是用标幺值法进行短路计算的特点之一。计算的特点之一。本讲稿第二十页,共七十一页 2 2)变压器)变压器 3 3)电抗器)电抗器 4 4)电源)电源本讲稿第二十一页,共七十一页三、求电源至短路点的总电抗三、求电源至短路点的总电抗 计算出每个元件的电抗后,就可以画出由电源至短路点的等效电路图。图3-6就是图3-5的等效电路图。求总电抗时,可根据元件间的串、并联关系求出总的电抗标幺值。图36 图35所示系统的等效电路图 本讲稿第二十二页,共七十一页四、短路参数的计算四
12、、短路参数的计算 三相短路容量,用来校验所选断路器的断流能力或断开容量(或称遮断容量)是否满足可靠工作的要求。供电系统的短路短路电电流大小流大小与系系统统的运行方式的运行方式有很大的关系。系统的运行方式可分为最大运最大运行方式行方式和最小运行方式最小运行方式。最大运行方式下电源系统中发电机组投运多,双回输电线路及并联变压器均全部运行。此时,整个系统的总的短路阻抗最小,短路电流最大;反之,最小运行方式下由于电源中一部分发电机、变压器及输电线路解列,一些并联变压器为保证处于最佳运行状态也采用分列运行,这样将使总的短路阻抗变大,短路电流也相应地减小。在用户供电系统中,用最小运行方式求,供继电保护校验
13、灵敏度用。本讲稿第二十三页,共七十一页 标幺值法计算短路电流公式简明、清晰、数字简单,特别是在大型复杂、短路计标幺值法计算短路电流公式简明、清晰、数字简单,特别是在大型复杂、短路计算点多的系统中,优点更为突出。所以标幺值法在电力工程计算中应用广泛。算点多的系统中,优点更为突出。所以标幺值法在电力工程计算中应用广泛。本讲稿第二十四页,共七十一页例:设供电系统图如图3-7a所示,数据均标在图上,试求处的三相短路电流。图37 例31的供电系统图a)电路图本讲稿第二十五页,共七十一页1)选处,取Uj1=6.3kV 则对于处,取Uj2=0.4kV 则2)计算系统各元件阻抗的标幺值,绘制等效电路图,图上按
14、顺序标出其阻抗值。解:本讲稿第二十六页,共七十一页图37 例31的供电系统图b)等效电路图 3)求电源点至短路点的总阻抗。本讲稿第二十七页,共七十一页4)求短路电流的周期分量,冲击电流及短路容量。处的短路参数:最大运行方式时:最小运行方式时:本讲稿第二十八页,共七十一页同理点的短路参数为:本讲稿第二十九页,共七十一页第四节第四节 低压配电网中短路电流的计算低压配电网中短路电流的计算本讲稿第三十页,共七十一页一、低压电网短路计算的特点 l kV以下的低压配电网中短路电流计算具有以下的特点:1)配电变压器一次侧可以作为无穷大功率电源供电来考虑。2)低压配电网中电气元件的电阻值较大,电抗值较小,当X
15、R3时才计算X的影响。因X=R3时,用R代替Z,误差5.4%,在工程允许范围内。3)低压配电网电气元件的电阻多以m计,因而用有名值比较方便。4)因低压配电网的非周期分量衰减快,值在11.3范围。可通过求出XR比值后在图3-8中的曲线查出,也可按下式直接计算图3-8 本讲稿第三十一页,共七十一页二、低压配电网中各主要元件的阻抗计算二、低压配电网中各主要元件的阻抗计算 1 1高压侧系统的阻抗高压侧系统的阻抗2 2配电变压器的阻抗配电变压器的阻抗应计应计及的及的电电阻、阻、电电抗(抗(单单位均位均为为 )有)有 归归算到低算到低压侧压侧的高的高压压系系统统阻抗可按下式阻抗可按下式计计算:算:归归算到
16、低算到低压侧压侧的的变压器变压器阻抗可按下式阻抗可按下式计计算:算:变压器的电抗 变压器电阻 变压器阻抗 本讲稿第三十二页,共七十一页母线的电阻 3 3母线的阻抗母线的阻抗 水平排列的平放矩形母线,每相母线的电抗在工程实用计算中,母线的电抗亦可采用以下近似公式计算:母线截面积在500 mm2以下时 母线截面积在500 mm2以上时 4.电流互感器一次线圈的阻抗、低压断路器过流线圈的阻抗以及刀开关和低压断路器的触头接触电流互感器一次线圈的阻抗、低压断路器过流线圈的阻抗以及刀开关和低压断路器的触头接触电阻电阻通常由制造厂家提供,计算时可参考相应的产品手册。本讲稿第三十三页,共七十一页三、低压配电网
17、的短路计算三、低压配电网的短路计算 三相阻抗相同的低压配电系统、短路电流 图3-9 三相系统中只有A、C两相装设电流互感器 校验低压断路器的最大短路容量时要用没有装设电流互感器那一相(如B相)的短路电流 校验电流互感器的稳定度时,可按AB或BC相间的短路电流值算 本讲稿第三十四页,共七十一页 例例:某某用用户户10/0.38kV变变电电所所的的变变压压器器为为SCB10-1000/10型型,Dyn11联联结结,已已知知变变压压器器高高压压侧侧短短路路容容量量为为150MVA,其其低低压压配配电电网网络络短短路路计计算算电电路路如如图图所所示示。求求短短路点路点k-1处的三相和单相短路电流。处的
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