电网短路电流计算.ppt
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1、第三章第三章电网短路电流计算电网短路电流计算 3.1概述概述电力系统和典型设备构成特点电力系统和典型设备构成特点 （1 1）电电力力系系统统根根据据中中性性点点接接地地与与否否分分为为中中性性点点不不接接地地系统及中性点接地系统。系统及中性点接地系统。abc中性点不接地中性点不接地abc中性点接地中性点接地 N220V第三章第三章电网短路电流计算电网短路电流计算 3.1概述概述（2 2）电力电缆构成：电力电缆构成：第三章第三章电网短路电流计算电网短路电流计算 3.1概述概述（3 3）电力变压器组成：）电力变压器组成：第三章第三章电网短路电流计算电网短路电流计算 3.1概述概述（4 4）三相电机
2、组成：）三相电机组成：聚氨酯漆包线聚氨酯漆包线 3.1概述概述3.1.2短路概念与短路类型短路概念与短路类型电电力力系系统统正正常常运运行行时时，相相与与相相之之间间和和在在中中性性点点接接地地系系统中相与地是通过负荷连接的。统中相与地是通过负荷连接的。三相负载三相负载中中性性点点不不接接地三相电源地三相电源单相负载单相负载中中性性点点接接地地三相电源三相电源3.1概述概述3.1.2短路概念与短路类型短路概念与短路类型所所谓谓短短路路，是是指指相相与与相相之之间间和和相相与与地地之之间间不不通通过过负负荷荷而而发发生生的的直直接接连连接接故故障障。电电力力系系统统运运行行的的破破坏坏绝绝大大多
3、多数是由短路故障引起的。数是由短路故障引起的。短路类型：短路类型：（1）中性点不接地系统）中性点不接地系统 三相短路三相短路二相短路二相短路3.1概述概述3.1.2短路概念与短路类型短路概念与短路类型（2）中性点接地系统）中性点接地系统 （其中单相接地发生概率最高，（其中单相接地发生概率最高，6070）单相对地单相对地二相对地二相对地三相短路三相短路二相短路二相短路（2）中性点接地系统）中性点接地系统三三相相短短路路又又称称对对称称短短路路，其其它它三三种种短短路路又又称称不不对对称称短短路路.在在所所有有各各种种短短路路情情况况中中，以以单单相相短短路路的的短短路路电电流流最最大大，但但在在
4、现现代代企企业业供供电电系系统统中中，往往往往采采用用措措施施减减小小单单相相短短路路的的短短路路电电流流值值（如如中中点点接接地地系系统统中中，中中点点加加电电抗抗器器接接地地，或或部部分分接接地地等等），所所以以单单相相短短路路电电流流最最大大值值通通常常不不超超过过三三相相短短路路，故故下下面面进进行行短短路路电电流流计计算算时时，均均按按三三相相短短路路来进行来进行。abc中性点接地中性点接地 N220V3.1概述概述短路发生的原因：短路发生的原因：主要原因主要原因电力系统中电气设备电力系统中电气设备载流部分绝缘的损坏载流部分绝缘的损坏。引起绝缘损坏的原因：引起绝缘损坏的原因：雷击过电
5、压；雷击过电压；绝缘材料自然老化；绝缘材料自然老化；设设计计、安安装装、运运行行维维护护不不良良，如如预预防防性性绝绝缘缘试试验验没没有有按按规律进行或不够仔细；规律进行或不够仔细；机械力引起的损伤；机械力引起的损伤；其其它它原原因因操操作作人人员员的的误误操操作作（如如隔隔离离开开关关操操作作不不正正确确，检检修修后后未未拆拆接接地地线线）引引起起操操作作过过电电压压，引引起起相相间间电电弧弧短路），短路），鸟兽跨接裸露的载流导线鸟兽跨接裸露的载流导线。3.1概述概述3.1.3短路的后果短路的后果电电力力系系统统发发生生故故障障时时，系系统统的的总总阻阻抗抗减减少少，短短路路点点及及其其附附
6、近近各各支支路路的的电电流流较较正正常常运运行行增增大大几几十十倍倍，系系统统各各点点的的电电压压降降低低，离离短短路路点点越越近近电电压压降降低低越越严严重重。这这可可招招致致下下列严重危害：列严重危害：元元件件发发热热：由由于于发发热热量量与与电电流流平平方方成成正正比比，因因此此强强大大的的短短路路电电流流即即使使流流过过的的时时间间很很短短也也会会使使电电机机、电电器器等等元件引起不能允许的过热，绝缘损坏。元件引起不能允许的过热，绝缘损坏。短短路路电电流流引引起起很很大大的的机机械械应应力力（或或称称电电动动力力）。机机械械应应力力与与电电流流的的平平方方成成正正比比。这这种种机机械械
7、力力引引起起电电气气设设备备载载流流部部件件变变形形，甚甚至至破破坏坏。（如如果果导导体体和和它它的的固固定定支支架架不够坚韧，遭破坏）不够坚韧，遭破坏）3.1概述概述 短短路路时时电电压压降降低低使使受受电电设设备备的的正正常常工工作作受受到到破破坏坏。例例如如感感应应电电动动机机，其其转转距距与与外外加加电电压压平平方方成成正正比比，当当电电压压降降低低很很多多时时，转转距距可可能能不不足足以以带带动动机机械械工工作作，而而使使电电动机停转。动机停转。严严重重的的短短路路必必将将影影响响电电力力系系统统运运行行的的稳稳定定性性，可可使并列运行的发电机组失步，造成与系统解列。使并列运行的发电
8、机组失步，造成与系统解列。当当发发生生单单相相对对地地短短路路时时，不不平平衡衡电电流流产产生生较较强强的的不不平平衡衡磁磁场场，对对附附近近的的通通讯讯线线路路，计计算算机机控控制制系系统统产产生生严重的电磁干扰。严重的电磁干扰。3.1.4 3.1.4 计算短路电流的目的计算短路电流的目的 正确选择和校验电气设备（包括限流设备）正确选择和校验电气设备（包括限流设备）进行继电保护装置的整定计算。进行继电保护装置的整定计算。3.1概述概述3.2 3.2 三相短路过渡过程分析三相短路过渡过程分析3.2.1 3.2.1 无限大容量电源系统三相交流电网短路的过渡过程无限大容量电源系统三相交流电网短路的
9、过渡过程 为为了了简简化化分分析析，假假设设短短路路发发生生在在一一个个无无限限大大容容量量电电源源供电系统。供电系统。所所谓谓无无限限大大容容量量电电源源指指它它的的端端电电压压为为恒恒定定值值，并并且且没有内部阻抗。没有内部阻抗。约约定定：向向工工业业企企业业供供电电的的电电力力系系统统的的母母线线电电压压不不随随用用户户负荷的变化而变化，即负荷的变化而变化，即 常数。常数。实实际际上上，无无论论电电力力系系统统的的容容量量多多大大，它它的的电电源源总总是是有有一一个个确确定定的的容容量量，并并且且有有一一定定的的阻阻抗抗。但但当当短短路路点点离离电电源源的的电电气气距距离离足足够够远远时
10、时，虽虽然然短短路路支支路路中中电电流流很很大大，电电压压降降低低，而而这这些些变变化化并并不不能能显显著著地地引引起起电电源源电电压压的的变变化化（供供电电电电网网的的阻阻抗抗比比电电力力系系统统的的阻阻抗抗一一般般要要大大得得多多），因因而而可可以以认认为为电源电压为恒定值。电源电压为恒定值。3.2 3.2 三相短路过渡过程分析三相短路过渡过程分析一、一、突然短路情况下电力系统的过渡过程分析突然短路情况下电力系统的过渡过程分析下图表示简单的三相电路，假设在下图表示简单的三相电路，假设在K K点发生三相短路点发生三相短路此时，电路被分成此时，电路被分成两个独立的回路两个独立的回路，其中一个回
11、路中，其中一个回路中的电流由原来的数值不断地衰减，一直到磁场中的能量全的电流由原来的数值不断地衰减，一直到磁场中的能量全部变为其中电阻所消耗的热能为止，这个过程很短暂。部变为其中电阻所消耗的热能为止，这个过程很短暂。由于由于三相短路电流是对称短路三相短路电流是对称短路，可，可取一相取一相进行深入的研进行深入的研究分析，以究分析，以A相为例。相为例。3.2 3.2 三相短路过渡过程分析三相短路过渡过程分析设电源电压为：设电源电压为：对对于于所所研研究究的的电电路路，只只含含电电阻阻，电电抗抗，所所以以发发生生三三相相突突然短路时，电流的变化应符合下列微分方程：然短路时，电流的变化应符合下列微分方
12、程：相电流瞬时值相电流瞬时值R由电源到短路点的电阻由电源到短路点的电阻L由电源到短路点的电抗由电源到短路点的电抗电压的初相角电压的初相角电压幅值电压幅值瞬时值瞬时值3.2 3.2 三相短路过渡过程分析三相短路过渡过程分析上面方程的解为：上面方程的解为：式中式中 Z Z电源至短路点的阻抗电源至短路点的阻抗 短路电流与电压之间的相位角短路电流与电压之间的相位角 非周期分量电流非周期分量电流衰减时间常数衰减时间常数 短路电流周期分量的幅值短路电流周期分量的幅值 A A常数，其值由初始条件决定常数，其值由初始条件决定3.2 3.2 三相短路过渡过程分析三相短路过渡过程分析下面确定常数下面确定常数A。当
13、短路发生的瞬间当短路发生的瞬间时时短路前的电流：短路前的电流：正常运行时的电流最大值正常运行时的电流最大值短路后的电流：短路后的电流：根根据据楞楞次次（磁磁链链）守守恒恒定定律律，短短路路瞬瞬间间前前、后后的的电电流相等（是连续的），流相等（是连续的），则：则：于是：于是：3.2 3.2 三相短路过渡过程分析三相短路过渡过程分析将将A代入公式（代入公式（3-1）：）：结论：短路电流包括两个部分：结论：短路电流包括两个部分：周期性分量，由于周期性分量，由于常数，所以不变常数，所以不变非非周周期期性性分分量量，经经过过几几个个周周期期以以后后，它它就就衰衰减减得得很很小小，直直至至消消失失，此此时
14、时，过过渡渡过过程程结结束束，短短路路中中的的电电流流进进入入稳稳态态，因此因此稳态电流就是短路电流的周期分量稳态电流就是短路电流的周期分量。3.2 3.2 三相短路过渡过程分析三相短路过渡过程分析波形图3.2 3.2 三相短路过渡过程分析三相短路过渡过程分析3.2.2产生最大短路电流的条件产生最大短路电流的条件电电气气设设备备所所受受到到的的最最大大电电动动力力与与短短路路电电流流可可能能出出现现的的最最大大瞬瞬时时值值（即即冲冲击击电电流流）有有关关。它它是是校校验验电电气气设设备备和和母线动稳定必须计算的数据。母线动稳定必须计算的数据。产生最大短路电流的条件为：产生最大短路电流的条件为：
15、短路电流近似等于纯感性电路，即短路电流近似等于纯感性电路，即 短路发生前，电路为空载，即短路发生前，电路为空载，即 在在发发生生短短路路瞬瞬间间（），电电压压瞬瞬时时值值恰恰好好过过零，零，即该相的即该相的“合闸相角合闸相角”等于零，即等于零，即这时这时3.2 3.2 三相短路过渡过程分析三相短路过渡过程分析例：某供电线路为纯感性负载例：某供电线路为纯感性负载()，开关合闸前（，开关合闸前（）线路上已存在着三相短路的隐患，这时该线路投入供电，）线路上已存在着三相短路的隐患，这时该线路投入供电，且合闸瞬间恰好赶上有且合闸瞬间恰好赶上有一相电压过零一相电压过零，这样就产生最大短，这样就产生最大短路
16、电流。路电流。三相负载三相负载中中性性点点不不接接地三相电源地三相电源3.2 3.2 三相短路过渡过程分析三相短路过渡过程分析有限容量电源供电系统三相短路的过渡过程有限容量电源供电系统三相短路的过渡过程（见后面）（见后面），的定义的定义在三相短路电流计算中，通常主要计算以下各量：在三相短路电流计算中，通常主要计算以下各量：1）次暂态短路电流次暂态短路电流 指指短短路路瞬瞬时时，短短路路电电流流周周期期分分量量电电流流为为最最大大幅幅值值时时所所对对应应的的有效值有效值。即当即当 时，短路电流时，短路电流周期分量的有效值：周期分量的有效值：短路瞬间周期分量的幅值短路瞬间周期分量的幅值 3.2 3
17、.2 三相短路过渡过程分析三相短路过渡过程分析2 2）短路冲击电流短路冲击电流 (shshock)(shshock)第一个周期全电流峰值。第一个周期全电流峰值。即即t=T/2带入（带入（3-2）式得：）式得：短路电流次暂态值短路电流次暂态值短路电流短路电流冲击系数冲击系数3.2 3.2 三相短路过渡过程分析三相短路过渡过程分析 即即 与短路网络的与短路网络的R,XR,X的大小有关，也就是说其值与短路的大小有关，也就是说其值与短路发生在什么地点有关发生在什么地点有关.假假设设短路点以前的网路短路点以前的网路为纯为纯感感时时(即即R=0)R=0)，则则 2 2如果短路发生在纯阻网络（即如果短路发生
18、在纯阻网络（即X=0X=0）则则1 1在近似计算时，可用下述数据在近似计算时，可用下述数据 高高压电压电网短路网短路时时，1000KV1000KV A A 变压器的后面发生短路时变压器的后面发生短路时，3.2 3.2 三相短路过渡过程分析三相短路过渡过程分析3)3)短路冲击电流有效值短路冲击电流有效值 指指发发生生短短路路后后的的第第一一个个周周期期，全全短短路路电电流流（包包括括周周期期，非周期）的非周期）的有效值有效值。根根据据有有效效值值的的定定义义，应应为为一一个个周周期期T T内内，两两个个分分量电流瞬时值的均方根值，即：量电流瞬时值的均方根值，即：3.2 3.2 三相短路过渡过程分
19、析三相短路过渡过程分析 是振幅不衰减的余旋函数是振幅不衰减的余旋函数 是一个指数函数。为计算简便起见，假设是一个指数函数。为计算简便起见，假设 的数的数值在计算值在计算所取的周期内恒定不变所取的周期内恒定不变的，等于它的的，等于它的 时时的瞬时值的瞬时值,即即 将将 ，代入上式，并经代数运算及积分后，则得：代入上式，并经代数运算及积分后，则得：在高压供电系统中，在高压供电系统中，在低在低压压供供电电系系统统中，中，3.2 3.2 三相短路过渡过程分析三相短路过渡过程分析4 4）短路电流稳态值短路电流稳态值指短路进入稳定状态后，短路电流的指短路进入稳定状态后，短路电流的稳态有效值。稳态有效值。如
20、如前前所所述述，无无限限大大容容量量电电源源供供电电系系统统发发生生三三相相短短路路时时，短短路路电流周期分量的幅值始终不变（电流周期分量的幅值始终不变（常数）则有常数）则有 短路电流周期分量在任意时刻短路电流周期分量在任意时刻t t的有效值的有效值 3.2 3.2 三相短路过渡过程分析三相短路过渡过程分析 ，计算的计算的目的目的 -用于继电保护的用于继电保护的整定计算整定计算和校验断路器的和校验断路器的额定断流量额定断流量.-用用来检验电器、母线的来检验电器、母线的动稳定动稳定 -用来检验电器、母线的用来检验电器、母线的动稳定动稳定以及断路器以及断路器额定断流量额定断流量 -用来用来检验电检
21、验电器和器和线线路中路中载载流部件的流部件的热稳热稳定性定性3.3 3.3 短路短路电电路元件参数路元件参数计计算算 从上面的公式推导看出，在无限大容量电源系统，从上面的公式推导看出，在无限大容量电源系统，恒定，恒定，因此，求出短路点以前的阻抗，就可计算出因此，求出短路点以前的阻抗，就可计算出:然然而而，供供电电网网路路中中某某处处发发生生短短路路时时，其其中中一一部部分分阻阻抗抗被被短短接接，网网路路的的阻阻抗抗发发生生变变化化，故故在在计计算算短短路路电电流流时时，应应先先计算各元件的阻抗。计算各元件的阻抗。3.3 3.3 短路短路电电路元件参数路元件参数计计算算 电力系统通常具有多个电压
22、等级，用电力系统通常具有多个电压等级，用有名值有名值计算短路电计算短路电流时，必须将有关参数折合到同一电压等级才能进行计算，流时，必须将有关参数折合到同一电压等级才能进行计算，比较麻烦。在短路电流实用计算中采用比较麻烦。在短路电流实用计算中采用标么值标么值可减轻计算可减轻计算量并便于比较分析。量并便于比较分析。*A AC CB BD DE E*F F分干线分干线F FG G*NO.2NO.2NO.1NO.1NO.3NO.3企压企压业变业变总电总电降站降站车车间间变变电电站站支线支线*干线干线3.3 3.3 短路短路电电路元件参数路元件参数计计算算 3.3.1 3.3.1 标么制的定义标么制的定
23、义1 1）标标么么制制就就是是相相对对单单位位值值。即即把把取取作作基基准准的的值值作作为为1 1，同类值和它进行比较得出的值就是标么值。同类值和它进行比较得出的值就是标么值。某量的基准标么值该量的实际值某量的基准标么值该量的实际值/该量的基准值该量的基准值即：即：A A有名值有名值 任意选定的基准值，与任意选定的基准值，与A A同单位（同单位（ddatum)ddatum)例例如如：有有名名值值为为360V360V及及400V400V的的电电压压值值，若若选选定定电电压压基基准准值值 时，则基准标么值时，则基准标么值 分别为分别为0.90.9及及1.01.0 如如果果基基准准值值取取设设备备的
24、的额额定定值值，则则其其标标么么值值叫叫做做额额定定标么值标么值，表示为，表示为 3.3.1 3.3.1 标么制的定义标么制的定义2)2)基准值的选择基准值的选择 应应用用标标么么值值计计算算时时，首首先先需需要要基基准准值值，然然后后将将网网络络中中电电气气元元件件的的同同一一类类参参数数都都换换算算成成所所选选定定的的基基准准值值为为基基准的标么值。那么，如何选择基准值呢？准的标么值。那么，如何选择基准值呢？对对于于三三相相供供电电系系统统，计计算算三三相相对对称称的的短短路路电电流流时时，可可按一相进行，各部分的阻抗也按按一相进行，各部分的阻抗也按一相一相来确定。来确定。根据功率方程和欧
25、姆定律，根据功率方程和欧姆定律，S S，I I（线电流），（线电流），U U（线电压）线电压），X X之间的关系如下：之间的关系如下：基准值之间也必须符合上述关系。所以当任意选定两基准值之间也必须符合上述关系。所以当任意选定两个量的基准值之后，其余的两个量也就确定了。个量的基准值之后，其余的两个量也就确定了。3.3 3.3 短路短路电电路元件参数路元件参数计计算算 3.3.1 3.3.1 标么制的定义标么制的定义在在计计算算中中，通通常常选选择择基基准准容容量量 和和基基准准电电压压 。则则基基准准电电流流 和基准电抗和基准电抗 分别为分别为:当当基基准准值值按按上上述述方方法法选选定定后后，
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