建筑供配电系统短路电流及其计算.ppt

第三章 建筑供配电系统短路电流及其计算,第一节 概述,一 短路原因、类型、后果及计算短路电流的目的 （一）主要原因： 1.电气设备、元件的损坏。 2.自然原因 3.人为事故,（二）类型： 1.三相短路 2.两相短路 3.单相短路,（三）后果： 1.产生很大的电动力和很高的温度，使故障元件和短路电路中的其它元件损坏。 2.电压骤降，影响电气设备的正常运行。 3.造成停电事故。 4.造成不对称电路，其电流将产生较强的不平衡磁场，对附近的通信设备、信号系统及电子设备等产生干扰。 5.严重的短路运行电力系统运行的稳定性，使并列运行发电机组失去同步，造成系统解列。,（四）目的： 1.选择和校验电气设备。 2.继电保护装置的整定计算。 3.设计时作不同方案的技术比较。,二.电力系统的中性点运行方式 （一）类型 三相交流电力系统中，供电电源的发电机和变压器的中性点运行方式： 1.小电流接地 电源中性点不接地 电源中性点经消弧圈接地 2.大电流接地 电源中性点直接接地,（二 ） 电源中性点不接地电力系统 1.当发生一相接地故障时，其三相电压无论其相位和量值均保持不变。因此，该系统三相用电设备仍可照常运行，但这种故障系统不允许长期运行，以免另一相又发生接地故障时形成两相短路，这时将产生很大的短路电流，可能损坏线 路和设备。因此这种系统中，应装设专门的绝缘监测装置或单相接地保护以便,发生一相接地故障时，发出警报，通知 运行值班人员注意和处理。如一时检修不 好应将重要负荷转移切除故障线路。 2.发生一相接地故障时另两个完好相的对 地电压为正常对地电压的 倍。,（三 ） 电源中性点经消弧圈接地的电力系统 为防止一相接地时，接地点出现断续 电弧，引起过电压，在单相接地电容电 流大于一定值时，必须采用。,（四） 电源中性点直接接地的电力系统 1.发生一相接地故障时,其三相电压的对称关系完全破坏，因此，该系统三相用电设备不能继续运行，由于单相接地电流很大，将使过电流保护装置动作，迅速切除线路。 2.发生一相接地故障时，另两个完好相的对地电压不会升高，仍维持相电压值，因此对线路的绝缘水平要求相对较低。,（五）建筑供配电系统分为TN、TT、IT系统。 对于低压系统（TN)： 中性线（N) 保护线(PE) 三相四线制,第二节 三相交流电网 短路的过渡过程,一 短路电流的过渡过程的分析 “无限大容量电源”：系统内部短路发生变化，系统电源电压维持不变。 在考虑产生最大短路的条件下，短路全电流为：,在电源电压及短路地点不变的情况下，要使短路全电流达到最大值。必需具备以下的条件： 短路前为空载。 设电路的感抗要比电阻好大得多，即短路阻抗角为900。 短路发生于某相电压瞬时值过零值时。,二 电流冲击系数和冲击电流 冲击电流出现在短路后第一个半周时间 为短路电流冲击系数 短路电流周期分量的有效值。,实际中： 高压系统 0.05s , =1.8， 低压系统 0.008s, =1.3，,三 、短路电流最大有效值 ： 实际中： 1.8， =1.3 ， 四、短路稳态电流 ： 经过 t=0.2s后，短路电流非周期分量衰减完毕，短路电流为稳态短路电流，在无限大容量系统中，短路电流周期分量有效值在电流全过程中始终不变，则：,第三节 三相短路电流的计算,一 概述 （一）步骤 1.绘出计算电路图 2.通过计算，绘制短路计算点等效电路图 3.等效电路化简 4.求短路电流,（二）方法: 欧姆法（有名单位法 通常用于1000V以下低压供电系统的短路计算。 标幺法（相对单位法 常用在高压系统短路电流计算。,（三）短路电流计算的几点说明说明 由电力系统供电的民用建筑内部发生短路时，其容量远比系统容量要小，而阻抗则较系统阻抗大得多，短路时，系统母线上的电压变动很小，可认为电压维持不变，即系统容量为无限大。,在计算高压电路中的短路电流时，只需考虑对短路电流值有重大影响的电路元件。由于发电机、变压器、电抗器的电阻远小于其本身电抗，因此可不予考虑。但当架空线和电缆较长，使短路电路的总电阻大于总电抗的1/3时，仍需计入电阻。 短路电流计算按金属性短路进行。,二 采用欧姆法进行短路计算 无限大容量系统发生三相短路时三相短路电流周期分量有效值： Uav-需要计算那一级的平均电压,为该级电网电压UN 的1.05 倍。例10.5KV,0.4KV. 分别为短路电路的总阻抗、总电阻、总电抗。,高压电路的短路计算只计电抗。 低压侧短路时，当 时，才考虑电阻。所以，1KV以上高压系统：,（一）电力系统的阻抗 电力系统阻抗的电阻一般很小不予考虑，其电抗可由电力系统变电站高压馈线出口断路器的断流容量 来估算。 （二）发电机电抗 次暂态电抗百分值。,（三）电力变压器阻抗 变压器的短路电压。,（四）电力线路的阻抗 （五）电抗器阻抗 电抗器铭牌标有 ， 和绕组电抗百分数 。,（六）如计算低压侧的短路电流时，高压侧的线路阻抗就需要换算到低压侧，其等效换算的条件是元件的功耗不变。,三 采用标幺制法进行短路计算 标幺制是一种相对单位制，其定义为： 该物理量的实际值 所选定的基准值 如,任一物理标幺值 ,按标幺制法进行短路计算时，一般先选定基准容量 和基准电压 ，则 （一）短路电路中的各元件标幺值的计算 通常选取 =100MVA, = 。,1.电力系统的电抗标幺值 2.发动机的电抗标幺值,3.电力变压器的电抗标幺值 4.电力线路的电抗标幺值 如有必要计算电阻标幺值时，,5.电抗器电抗标幺值 电抗器额定电抗标幺值； 电抗器额定电压标幺值； 电抗器额定电流标幺值。,（二）短路电路总阻抗 当 时, 当 时,（三）无限大容量三相短路电流计算,第四节 两相短路电流的近似计算,一 计算 为不对称短路，一般要使用对称分量法。 一实用简单的方法为 只有电抗时：,二 与三相短路电流计算的关系 因此，三相短路电流比两相短路电流大。 在考虑短路效应时，只考虑三相短路电流。 在校验保护相间短路灵敏度时，用末端两 相短路电流。,第五节 低压电网短路电路计算,一 低压电网短路电流计算的特点： 一般容量不大于高压供电电源容量的5 %按无限大电源考虑。 各元件电阻值相对较大，一般不能忽略。 冲击系数在11.3范围内 电压只有一级，采用有名法较为方便,二 各元件阻抗 与欧姆法介绍计算方法一样，并可查表求得。它包括： 系统电源阻抗 变压器阻抗 母线阻抗 配电线路阻抗 低压电器阻抗,三 短路电流计算 （一）三相短路电流计算和两相短路电流 计算与欧姆法介绍计算方法一样。 （二）单相短路电流周期分量计算 低压380/220 三相四线制配电网络中，常发生相 零之间单相短路，其计算公式为：,R0, X0为“相 零”回路中电阻与 电抗之和，可查表获得。 Up 电源的相电压。 ,第六节 短路电流的效应,一 短路电流的电动效应 （一）原理 相邻载流导体之间的电磁互作用力即电动力。 短路时，特别是冲击电流通过瞬间，其电动力则非常大，所以三相短路冲击电流为校验电器和载流部分的动稳定依据。,（二）短路动稳定度的校验条件 1.一般电器 imax 电器的极限通过电流（峰值; Imax 电器的极限通过电流（有效值。,2.对绝缘子动稳定校验 Fal Fc(3) Fal 绝缘子的最大允许载荷,由产品 样本查得; Fc(3)短路时作用在绝缘子上的计算力;,三相短路冲击电流在中间相产生的电动力最大,其计算公式为: 两导体的轴线距离,(m)； 档距（即相邻的两支点间距离 , (m)； 母线在绝缘子上为平放： 母线在绝缘子上为竖放：,3.对母线等硬导体 一般按短路时所受到的最大应力来校验。 母线材料的最大允许应力， 硬铜： 硬铝：,母线通过 是所受到的最大应力。 母线通过 是所受到的弯曲力矩， 单位 Nm, 当母线的档数为12时, 当母线的档数为2时,W母线截面系数， ，单位：M3 b 截面水平宽度, h截面水平高度 4.电缆本身的机械强度很好，不必校验动稳定。,（三）大容量电动机对短路冲击电流的影响 当短路计算点附近有大容量电机(总容量超过100KW)时,其反馈冲击电流使短路点冲击电流增大。 工程设计中可近似取为：, 短路电流冲击系数， 高压电动机一般取1.41.6； 低压电动机一般取 1。 电动机的额定电流。,短路电流的热效应 （一）短路时导体的发热过程与计算 1.过程： 短路前正常负荷时的温度； 发生短路； 切除故障时间； 时导体温度。,2.计算 即计算 的值。与 相对应的热量为 由于计算困难，一般采用等效方法， 为短路发热假想时间。,对无限大系统，则 当 1s时， 而 保护装置动作时间 ；,断路器断路时间，(固有分闸时间 电弧延续时间 （固有分闸时间,可由产品样本查得） 一般高压断路器 0.2s 高速断路器： 0.10.15s 低压断路器电弧延续时间： 0.010.02s,3.工程设计方法 利用导体温度 与导体加热系数 的关系曲线,来确定 。 步骤： (1)利用 查得 (2)利用下式求得 (3)利用 得到 。,（二）短路热稳定度的校验 1.一般电器 电器热稳定试验电流； 电器热稳定试验时间。 （可由产品样本查得,2.母线及绝缘导线和电缆等导体 导体在短路时的最高允许温度。 可查得。,因确定 较麻烦，也可根据短路动稳定度要求来确定其最小允许截面 。 导体热稳定系数，可查得。 则,肚松衯宸/ERP鏂噡1/2001骞寸15鏈?-灏忕櫧榧犲拰ERP.files/cio.gif冩?=/ERP鏂噡1/2001骞寸15鏈?-灏忕櫧榧犲拰ERP.files/email.gif冩?A/ERP鏂噡1/2001骞寸15鏈?-灏忕櫧榧犲拰ERP.files/imgr_logo.gif冭聖杁/ERP鏂噡1/2001骞寸15鏈?-灏忕櫧榧犲拰ERP.files/logo.gif冩碝?D/ERP鏂噡1/2001骞寸15鏈?-灏忕櫧榧犲拰ERP.files/logo_compute.gif冭?疘:/ERP鏂噡1/2001骞寸17鏈?-鏂版湇鍔粡娴庢诞鐜?files/ F/ERP鏂噡1/2001骞寸17鏈?-鏂版湇鍔粡娴庢诞鐜?files/astd_oct.gif冮烜?E/ERP鏂噡1/2001骞寸17鏈?-鏂版湇鍔粡娴庢诞鐜?files/biaoshi.gif凅?C/ERP鏂噡1/2001骞寸17鏈?-鏂版湇鍔粡娴庢诞鐜?files/email.gif冮?G/ERP鏂噡1/2001骞寸17鏈?- 潕,肚松衯?雎挥=?牓2d?h糖 =M痞 ?(瘣滸?(h?棧哐锒$*?z3蓚W傯=%u旄 冏?塧?腦?U ZYYh?鹁?镁+x脲燴哠K?q梽桃羀徬 ?w?錭X?C?e ?gei鎃+,nit噈鲃c?u锳9硄轻儍L8踇縎;W岐?u rH?Wx鵛8吷y兞恋W 六堲?-猴w兂.+嬼?墎娮?嗠鸊GiJ倭rJ ?侜!?u?“唻蕛?凓|?縖鸹嬔r責| A伾鼐*?%磣嬓冴苻高Hv霼?m |兪T?4撠?聝 ?飌Z0?t蕞筍讧?3髀続c?p?t 壉鄪Mr+?p; 8齚 p蕞驱_嬝3? ?%?佝較#?u嬻芺婩*?莀X_? 萄阯K詴qM?x拱曃?鳡?+腰+?艃?U?葭?橗?岶%媗祆?呿祴?峙%Ms?叫篂?X?$?F笂斚汶弸邏s?苾铏p荫渌?呉坡Y询生蓯籀塡塠=?鬋昆?SZ?|?匡?(別?鲩Z0l慶琶 5艭危?內? g?a? J?$孅?0lH効譱蘑?R?;N?囏a杸)G?t$撈-0?c+僿?v胐顑o2?刻 N稍嶀?寃?泲?a碍鹄YZF猏虓贋用 拷T,V3B励=桽= ?ST傄u烶輤腙鲳0_儖?絅=计裌巹4飪秞?塀墕銒t隿+废榰N82)撅?uG? 儅導鴣鮁 e5?O轴C冾:_)5隠瑾.觠0峗E ?