《工厂供电》_第三章短路电流及其计算.pptx

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1、第三章 短路电流及其计算主讲人：田行军主讲人：田行军2023/5/2813第三章第三章 短路电流及其计算短路电流及其计算第一节第一节 短路电流计算目的、条件及其特征值短路电流计算目的、条件及其特征值第二节第二节 无限大容量电力系统中三相短路电流的计算无限大容量电力系统中三相短路电流的计算 第第三三节节 无无限限大大容容量量电电力力系系统统中中两两相相和和单单相相短短路路电电流流的的计计算算第四节第四节 短路电流的效应和稳定度校验短路电流的效应和稳定度校验133.1 短路电流计算目的、条件及其特征值短路电流计算目的、条件及其特征值第一节第一节 短路电流计算目的、条件及其特征值短路电流计算目的、条

2、件及其特征值第二节第二节 无限大容量电力系统中三相短路电流的计算无限大容量电力系统中三相短路电流的计算 第第三三节节 无无限限大大容容量量电电力力系系统统中中两两相相和和单单相相短短路路电电流流的的计计算算第四节第四节 短路电流的效应和稳定度校验短路电流的效应和稳定度校验133.1 短路电流计算目的、条件及其特征值短路电流计算目的、条件及其特征值一、短路的危害一、短路的危害 1、短路电流的热效应使设备急剧发热，可能导致设备过热、短路电流的热效应使设备急剧发热，可能导致设备过热 损坏；损坏；2、短路电流产生电动力，可能使设备永久变形或严重损坏；、短路电流产生电动力，可能使设备永久变形或严重损坏；

3、3、短路时系统电压大幅度下降，严重影响用户的正常工作、短路时系统电压大幅度下降，严重影响用户的正常工作；4、短路可能使电力系统的运行失去稳定；、短路可能使电力系统的运行失去稳定；5、不对称短路产生的不平衡磁场，会对附近的通讯系统及、不对称短路产生的不平衡磁场，会对附近的通讯系统及弱弱 电设备产生电磁干扰，影响其正常工作电设备产生电磁干扰，影响其正常工作。133.1 短路电流计算目的、条件及其特征值短路电流计算目的、条件及其特征值二、短路电流计算的目的二、短路电流计算的目的 1、选择和校验各种电气设备；、选择和校验各种电气设备；2、合理配置继电保护和自动装置、合理配置继电保护和自动装置；3、作为

4、选择和评价电气主接线方案的依据、作为选择和评价电气主接线方案的依据。133.1 短路电流计算目的、条件及其特征值短路电流计算目的、条件及其特征值三、计算条件三、计算条件1、忽略磁路的饱和与磁滞现象，认为系统中的元件参数恒定、忽略磁路的饱和与磁滞现象，认为系统中的元件参数恒定.2、忽略元件的电阻、忽略元件的电阻R，只考虑元件的电抗，只考虑元件的电抗X(高压电网的各种高压电网的各种 电气元件，其电阻一般都比电抗小的多电气元件，其电阻一般都比电抗小的多)。计算短路电流时，即使计算短路电流时，即使RX/3时，忽略电阻，误差仅增大时，忽略电阻，误差仅增大5%。3、忽略短路点的过渡电阻、忽略短路点的过渡电

5、阻 过渡电阻是指相与相之间短接所经过的电阻，如被外来物体短接时，过渡电阻是指相与相之间短接所经过的电阻，如被外来物体短接时，外来物的电阻、接地短路的接地电阻、电弧短路的电弧电阻等。外来物的电阻、接地短路的接地电阻、电弧短路的电弧电阻等。4、按对称分析、按对称分析 除不对称故障处出现局部不对称外，实际的电力系统通常都可以当除不对称故障处出现局部不对称外，实际的电力系统通常都可以当 作三相对称的。作三相对称的。133.1 短路电流计算目的、条件及其特征值短路电流计算目的、条件及其特征值 无限大容量系统发生三相短路时的电压、电流曲线如下图：无限大容量系统发生三相短路时的电压、电流曲线如下图：i,u1

6、33.1 短路电流计算目的、条件及其特征值短路电流计算目的、条件及其特征值四、有关短路的物理量四、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：短路次暂态电流短路次暂态电流由于短路电路的电抗一般远大于电阻，由于短路电路的电抗一般远大于电阻，k=900 ，短路瞬间，短路瞬间，t=0,电流为电流为负的最大值：负的最大值：由于由于133.1 短路电流计算目的、条件及其特征值短路电流计算目的、条件及其特征值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：短路冲短路冲击击系数系数ksh 可查曲线或

7、计算可查曲线或计算 在高压电网发生三相短路时，一般在高压电网发生三相短路时，一般ksh=1.8,因此因此在在1000kVA及以下的电力变压器二次侧及低压电网发生三相短路时，一及以下的电力变压器二次侧及低压电网发生三相短路时，一般可取般可取ksh=1.3,因此因此133.2 无限大容量电力系统中三相短路电流无限大容量电力系统中三相短路电流的计算的计算二、二、欧姆法欧姆法一、概述一、概述短路短路电电流的流的计计算方法主要有：算方法主要有：欧姆法欧姆法(或有名或有名单单位制法位制法)和和标标幺幺值值法法(或相或相对单对单位制法和位制法和标标幺制法）幺制法）在无限大容量电源供电系统中发生三相短路时，短

8、路电流的周期分量在无限大容量电源供电系统中发生三相短路时，短路电流的周期分量的幅值和有效值是不变的。的幅值和有效值是不变的。Uc为短路点的短路计算电压（平均额定电压）。取线路首端电压，即为短路点的短路计算电压（平均额定电压）。取线路首端电压，即比线路额定电压比线路额定电压UN高高5%。133.2 无限大容量电力系统中三相短路电流无限大容量电力系统中三相短路电流的计算的计算 一一般般短短路路电电流流计计算算中中，应应考考虑虑电电力力系系统统、电电力力变变压压器器和和电电力力线线路路的的阻阻抗抗计算：计算：在在高高压压电电路路的的短短路路计计算算中中，通通常常只只计计电电抗抗，而而不不计计电电阻阻

9、(低低压压电电网网则则需需要计及电阻要计及电阻)，故，故不计及电阻的三相短路电流周期分量有效值为不计及电阻的三相短路电流周期分量有效值为：电电力力系系统统的的电电阻阻相相对对于于电电抗抗来来说说很很小小，一一般般只只计计电电抗抗。电电力力系系统统的的电电抗抗可可由由系系统统变变电电所所高高压压馈馈出出线线出出口口断断路路器器的的断断流流容容量量Soc来来估估算算。Soc就就视视为为系统极限短路容量系统极限短路容量Sk。电力系统的阻抗电力系统的阻抗三相短路容量为三相短路容量为3.2 无限大容量电力系统中三相短路电流无限大容量电力系统中三相短路电流的计算的计算1、电力系统的电抗为、电力系统的电抗为

10、2、电力变压器的阻抗、电力变压器的阻抗变压器的电阻变压器的电阻RT。RT可由变压器的短路损耗可由变压器的短路损耗Pk近似计算近似计算变压器的电抗变压器的电抗XT 可由变压器的短路电压可由变压器的短路电压Uk%近似计算近似计算3.2 无限大容量电力系统中三相短路电流无限大容量电力系统中三相短路电流的计算的计算3、电力线路的阻抗、电力线路的阻抗线路的电阻线路的电阻RWL:RWL可由导线电缆的单位长度电阻可由导线电缆的单位长度电阻R0计算计算线路的电抗线路的电抗XWL：XWL可由导线电缆的单位长度电阻可由导线电缆的单位长度电阻X0计算计算 4、阻抗换算、阻抗换算 计算短路电路阻抗时，电路内含有电力变

11、压器，则电路内各元件的计算短路电路阻抗时，电路内含有电力变压器，则电路内各元件的阻抗都应统一到阻抗都应统一到短路点的短路计算电压短路点的短路计算电压去。去。阻抗变换的条件是：阻抗变换的条件是：元件的功率损耗维持不变元件的功率损耗维持不变。为转换后短路计算电压，为转换后短路计算电压，为待转换的短路计算电压为待转换的短路计算电压3.2 无限大容量电力系统中三相短路电流无限大容量电力系统中三相短路电流的计算的计算三、采用标幺制法进行三、采用标幺制法进行短路计算短路计算1 1、标幺值法、标幺值法 标标幺幺制制法法计计算算短短路路电电流流是是电电力力工工程程计计算算的的一一种种广广泛泛应应用用的基本方法

12、，是我的基本方法，是我们们学学习习的重点的重点。按标幺值法进行短路计算时，按标幺值法进行短路计算时，一般是先选定基准容量一般是先选定基准容量Sd和基准电压和基准电压Ud。标幺值标幺值某量的标幺值某量的标幺值=该量的实际值该量的实际值(任意单位任意单位)/)/该量的基准值该量的基准值(与实际值同单位与实际值同单位)3.2 无限大容量电力系统中三相短路电流无限大容量电力系统中三相短路电流的计算的计算基准容量取基准容量取基准电流基准电流 2、供电系统各元件电抗标幺值供电系统各元件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 基准基准电压电压取元件所在取元件所在处处的短路的短路计计算算电压为电压

13、为基准基准电压电压，即，即基准电抗基准电抗 式中，式中，Sk为为电电力系力系统变电统变电所高所高压馈电线压馈电线出口出口处处的短路容量的短路容量。3.2 无限大容量电力系统中三相短路电流无限大容量电力系统中三相短路电流的计算的计算电电力力线线路的路的电抗标幺值电抗标幺值式中，式中，L为线路长度，为线路长度，x0为线路单位长度的电抗，可查手册。为线路单位长度的电抗，可查手册。电电力力变压变压器的器的电抗标幺值电抗标幺值因因为为 所以所以 标标幺幺值值 3.2 无限大容量电力系统中三相短路电流无限大容量电力系统中三相短路电流的计算的计算3 3、三相短路电流的计算、三相短路电流的计算三相短路三相短路

14、电流电流周期分量有效周期分量有效值值的的标标么么值值:由此可得三相短路由此可得三相短路电电流周期分量有效流周期分量有效值值：其他其他短路短路电电流：流：三相三相短路短路容量容量：（对高压系统）（对高压系统）（对低压系统）（对低压系统）3.2 无限大容量电力系统中三相短路电流无限大容量电力系统中三相短路电流的计算的计算 例例3-1 某某供供电电系系统统如如图图所所示示。己己知知电电力力系系统统出出口口处处的的短短路路容容量量Sk=250MVA，试试求求工工厂厂变变电电所所10kV母母线线上上k-1点点短短路路和和两两台台变变压压器器并并联联运运行行、分列运行两种情况下低压分列运行两种情况下低压3

15、80V母线上母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。点短路的三相短路电流和短路容量。解：1.1.确定基准确定基准值值 3.2 无限大容量电力系统中三相短路电流无限大容量电力系统中三相短路电流的计算的计算2.2.计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值 电力系统的电抗标幺值电力系统的电抗标幺值电电力力线线路的路的电抗标幺值电抗标幺值 电电力力变压变压器的器的电抗标幺值电抗标幺值3.2 无限大容量电力系统中三相短路电流无限大容量电力系统中三相短路电流的计算的计算3.求求k-1点的短路电路总阻抗标么值及三相短路电流和短路容量点的短路电路总阻抗标么值及三相短路电流和

16、短路容量总电抗标么值总电抗标么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其他三相短路电流其他三相短路电流 三相短路容量三相短路容量 3.2 无限大容量电力系统中三相短路电流无限大容量电力系统中三相短路电流的计算的计算4求求k-2点的短路电路总电抗标么值三相短路电流和短路容量点的短路电路总电抗标么值三相短路电流和短路容量 两台变压器并联运行情况下：两台变压器并联运行情况下：总电抗标么值总电抗标么值 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其他三相短路电流其他三相短路电流三相短路容量三相短路容量 3.2 无限大容量电力系统中三相短路电流无限大容量电力系统中三相短路电流的计算

17、的计算两台变压器分列运行情况下：两台变压器分列运行情况下：总电抗标么值总电抗标么值 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其他三相短路电流其他三相短路电流 三相短路容量三相短路容量 3.2 无限大容量电力系统中三相短路电流无限大容量电力系统中三相短路电流的计算的计算四四 低压电网短路电流的计算（有兴趣时自学）低压电网短路电流的计算（有兴趣时自学）1 1、低压电网短路计算的特点、低压电网短路计算的特点 配电变压器一次侧可以作为无穷大容量电源供电来考虑；配电变压器一次侧可以作为无穷大容量电源供电来考虑；电阻值较大，电抗值较小；电阻值较大，电抗值较小；低压系统元件电阻多以毫欧计，用有名

18、值法比较方便。低压系统元件电阻多以毫欧计，用有名值法比较方便。因低因低压压系系统统的非周期分量衰减快，的非周期分量衰减快，ksh值值在在11.3范围范围。在在计计算算单单相短路相短路电电流流时时，假，假设计设计算温度升高，算温度升高，电电阻阻值值增大增大。2 2、三相短路电流的计算、三相短路电流的计算 电电源源至至短短路路点点的的总总阻阻抗抗包包括括变变压压器器高高压压侧侧系系统统、变变压压器器、低低压压母母线线及配及配电线电线路等元件的阻抗；开关路等元件的阻抗；开关电电器及器及导线导线等接触等接触电电阻可忽略不阻可忽略不计计。3.2 无限大容量电力系统中三相短路电流无限大容量电力系统中三相短

19、路电流的计算的计算高压侧系统的阻抗。高压侧系统的阻抗。母母线线及及电缆电缆的阻抗的阻抗，其，其单单位位长长度度值值可可查查手册手册。变压器的阻抗。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：3.3 无限大容量电力系统中两相和无限大容量电力系统中两相和单相短路电流的计算单相短路电流的计算一、两相短路电流的计算一、两相短路电流的计算 在在远远离离发发电电机机的的无无限限大大容容量量系系统统中中发发生生两两相

20、相短短路路时时，其其两两相短路电流可由下式求得相短路电流可由下式求得:而三相短路电流而三相短路电流 3.3 无限大容量电力系统中两相和无限大容量电力系统中两相和单相短路电流的计算单相短路电流的计算 根根据据对对称称分分量量法法，单相短路电流为单相短路电流为工程计算公式为工程计算公式为正序阻抗正序阻抗负序阻抗负序阻抗零序阻抗零序阻抗高压系统、变压器、母线及电缆高压系统、变压器、母线及电缆的相零电阻的相零电阻高压系统、变压器、母线及电缆高压系统、变压器、母线及电缆的相零电抗的相零电抗负荷负荷ABCNO电源电源3.3 无限大容量电力系统中两相和无限大容量电力系统中两相和单相短路电流的计算单相短路电流

21、的计算单相短路电流与三相短路电流的关系单相短路电流与三相短路电流的关系 在在远远离离发发电电机机的的用用户户低低压压侧侧发发生生单单相相短短路路时时,Z1Z2,因因此有：此有：由于远离发电机发生短路时由于远离发电机发生短路时,因此因此3.4 短路电流的效应和稳定度校验短路电流的效应和稳定度校验一、短路电流的电动力效应一、短路电流的电动力效应 强大的短路电流通过电器和导体，将产生强大的短路电流通过电器和导体，将产生:(1)(1)电动力效应电动力效应，可能使电器和导体受到破坏或产生永久性变形，可能使电器和导体受到破坏或产生永久性变形;(2)(2)热效应热效应，可能使其绝缘强度降低，加速绝缘老化甚至

22、损坏，可能使其绝缘强度降低，加速绝缘老化甚至损坏。为为了了正正确确选选择择电电器器和和导导体体，保保证证在在短短路路情情况况下下也也不不损损坏坏，必必须须校校验验其其动动稳定和热稳定。稳定和热稳定。对对于于两两根根平平行行导导体体，通通过过电电流流分分别别为为i1和和i2，其其相相互互间间的的作作用用力力F(单单位位N）可用下面公式来计算：可用下面公式来计算：1 1、短路时的最大电动力、短路时的最大电动力 当当发发生生三三相相短短路路故故障障时时，短短路路电电流流冲冲击击值值通通过过中中间间相相导导体所产生的最大电动力为：体所产生的最大电动力为：kf为为导导体体的的形形状状系系数数，与与导导体

23、体的的形形状状和和相相对对位位置置有有关关；l为为导导体的两相邻支持点间距离，即档距；体的两相邻支持点间距离，即档距；a为两导体的轴线间距离。为两导体的轴线间距离。3.4 短路电流的效应和稳定度校验短路电流的效应和稳定度校验 2、短路短路动稳动稳定的校定的校验验条件条件 电电器器应应能能承承受受短短路路电电流流电电动动力力效效应应的的作作用用，不不致致产产生生永永久久变形或遭到机械损伤，即具有足够的动稳定性。变形或遭到机械损伤，即具有足够的动稳定性。载载流流导导体体和和电电器器承承受受短短路路电电流流作作用用时时满满足足电电动动力力稳稳定定的的原原始条件是始条件是 工工程程上上，电电器器的的动

24、动稳稳定定通通常常用用电电器器的的极极限限通通过过电电流流（即即额定峰值耐受电流）来表示。满足动稳定的等效条件是：额定峰值耐受电流）来表示。满足动稳定的等效条件是：绝缘子的最大允许载荷绝缘子的最大允许载荷3.4 短路电流的效应和稳定度校验短路电流的效应和稳定度校验二、二、短路点附近交流电动机的反馈冲击电流影响短路点附近交流电动机的反馈冲击电流影响 当当短短路路点点附附近近所所接接交交流流电电动动机机的的额额定定电电流流之之和和超超过过短短路路电电流的流的1%时，按时，按规规定，定，应计应计入入电动电动机反机反馈电馈电流的影响。流的影响。当当交交流流电电动动机机进进线线端端发发生生三三相相短短路

25、路时时，它它反反馈馈的的最最大大短短路路电电流瞬流瞬时值时值（即（即电动电动机反机反馈馈冲冲击电击电流）可按下式流）可按下式计计算：算：定定子子电电压压高高于于短短路路点点电电压压，电电流倒灌流倒灌 3.4 短路电流的效应和稳定度校验短路电流的效应和稳定度校验 由由于于交交流流电电动动机机在在外外电电路路短短路路后后很很快快受受到到制制动动，因因此此它它产产生的反生的反馈电馈电流衰减很快。流衰减很快。此此时时短路点的短路冲短路点的短路冲击电击电流流为为 为为电电动动机机次次暂暂态态电电动动势势标标幺幺值值；为为电电动动机机次次暂暂态态电电抗抗标标幺幺值值；C为为电电动动机机反反馈馈冲冲击击系系

26、数数；电电动动机机短短路路电电流流冲冲击击系数；系数；为电动为电动机机额额定定电电流。流。3.4 短路电流的效应和稳定度校验短路电流的效应和稳定度校验三、短路电流的热效应三、短路电流的热效应1 1、短路时导体的发热、短路时导体的发热 在在线线路路发发生生短短路路时时，强强大大的的短短路路电电流流将将产产生生很大的热量。很大的热量。工工程程上上，可可近近似似地地认认为为导导体体在在短短路路时时间间内内是与周围介质绝热的。是与周围介质绝热的。规规范范要要求求，导导体体在在正正常常和和短短路路情情况况下下的的温温度度都都必必须须小小于于所所允许的最高温度。允许的最高温度。短路前后短路前后导导体的温度

27、体的温度变变化化kL03.4 短路电流的效应和稳定度校验短路电流的效应和稳定度校验3.4 短路电流的效应和稳定度校验短路电流的效应和稳定度校验 根根据据Qk值值可可以以确确定定出出短短路路时时导导体体所所达达到到的的最最高高温温度度k。也也可根据曲线来确定（见课本可根据曲线来确定（见课本P68）.发热假想时间发热假想时间继电保护动作时间继电保护动作时间断路器开断时间断路器开断时间 在实际短路时间在实际短路时间tk内内,短路电流的热量短路电流的热量为为工程计算公式工程计算公式短路稳态电流短路稳态电流短路时间短路时间3.4 短路电流的效应和稳定度校验短路电流的效应和稳定度校验 载流导体和电器承受短

28、路电流作用时满足热稳定的原始条件是载流导体和电器承受短路电流作用时满足热稳定的原始条件是 2 2、短路、短路热稳热稳定的校定的校验验条件条件 工程上，对于一般电器，满足热稳定的等效条件是：工程上，对于一般电器，满足热稳定的等效条件是：电器的热稳定电流和电器的热稳定实验时间电器的热稳定电流和电器的热稳定实验时间 对对于于载流导体截面，满足热稳定的等效条件是：载流导体截面，满足热稳定的等效条件是：导体的热稳定系数导体的热稳定系数3.4 短路电流的效应和稳定度校验短路电流的效应和稳定度校验导体种类和材料导体种类和材料最高允许温度最高允许温度/热稳定系数热稳定系数C/Amm2额定负荷时额定负荷时短路时短路时母线或绞线母线或绞线铜铜70300171铝铝7020087500V橡皮绝缘导线和橡皮绝缘导线和电力电缆电力电缆铜芯铜芯65150131500V聚氯乙烯绝缘导线和聚氯乙烯绝缘导线和16kV电力电缆电力电缆铜芯铜芯70160115110kV交联聚乙烯绝缘电力电交联聚乙烯绝缘电力电缆，乙丙橡胶电力电缆缆，乙丙橡胶电力电缆铜芯铜芯90250143附录表附录表7 7 导体在正常和短路时的最高允许温度及热稳定系数导体在正常和短路时的最高允许温度及热稳定系数3.4 短路电流的效应和稳定度校验短路电流的效应和稳定度校验作业：3-1、2、3、4