短路电流计算好好好

1、2010.11工业企业供电工业企业供电工业企业供电光源类别光源类别需要系需要系数数Kdcosj j白炽灯白炽灯荧光灯荧光灯高压汞灯高压汞灯高压钠灯高压钠灯金属卤化物灯金属卤化物灯生产车间办公生产车间办公室室0.8110.9(0.55)0.450.650.450.400.61变配电所、仓变配电所、仓库库0.50.710.9(0.55)0.450.650.450.400.61生活区宿舍生活区宿舍0.60.810.9(0.55)0.450.650.450.400.61室外室外110.9(0.55)0.450.650.450.400.61通常，车间的照明设备容量都不会超过车间三相设备容量的15%。因此

2、，我们可在确定了车间照明设备总容量后，按需要系数法单独计算车间照明设备的计算负荷。照明设备组的需要系数及功率因数1用需要系数法计算全厂计算负荷在已知全厂用电设备总容量Pe的条件下，乘以一个工厂的需要系数Kd即可求得全厂的有功计算负荷，即 ed30PKP 工厂类别工厂类别需要系数需要系数功率因数功率因数工厂类别工厂类别需要系需要系数数功率因数功率因数汽轮机制造厂汽轮机制造厂0.380.88石油机械制造厂石油机械制造厂0.450.78锅炉制造厂锅炉制造厂0.270.73电线电缆制造厂电线电缆制造厂0.350.73柴油机制造厂柴油机制造厂0.320.74电器开关制造厂电器开关制造厂0.350.75重

3、型机床制造厂重型机床制造厂0.320.71橡胶厂橡胶厂0.50.72仪器仪表制造厂仪器仪表制造厂0.370.81通用机械厂通用机械厂0.40.72电机制造厂电机制造厂0.330.814.2.6用需要系数法计算全厂荷第第3章章 短路电流计算短路电流计算主要内容主要内容短路概述无限大容量供电系统三相短路分析无限大容量供电系统三相短路电流的计算两相和单相短路电流的计算短路电流的效应3.1 短路概述短路概述p定义：电力系统中一切不正常的相与相之间或相与地之间直接金属性连接或经小阻抗连接的情况。正常的电力系统中，除中性点之外，相与相和相与地之间是绝缘的，不论由于何种原因使绝缘遭到破坏,不同电位的导电部分

4、之间的不同电位的导电部分之间的低阻抗短接低阻抗短接而构成通路，即所谓电力系统发生了短路故障。p原因： 1）电气绝缘损坏 2）误操作 3）自然灾害（大风、雨雪、地震、鸟兽害等） 3.1 短路概述短路概述p种类： 1）三相短路：供配电系统三相导体间的短路；对称短路，其他均为非对称短路。 2）两相短路：三相供配电系统中任意两相导体间的短路；3.1 短路概述短路概述p种类： 3）单相短路：供配电系统中任一相经大地与中性点或与中线发生的短路。 4）两相接地短路：中性点不接地系统中，任意两相发生单相接地而产生的短路。3.1 短路概述短路概述p种类：3.1 短路概述短路概述p后果： （1） 短路的电动效应和

5、热效应 （2） 电压骤降 （3） 造成停电事故 （4） 影响系统稳定 （5） 产生电磁干扰3.1 短路概述短路概述p短路电流计算目的： （1） 选择和校验电气设备 （2） 继电保护装置的整定计算 （3） 设计时不同方案的技术比较电力系统中，发生在中性点接地系统中的单相短路电流有可能最大，而在中性点接地系统中都采取了限制单相短路电流的措施，因此，单相短路电流不可能最大。一般企业电网都是中性点不接地的635kV电网，距电源较远，因而实际上三相短路电流最大，造成危害也最重，所以短路电流计算的重点是三相短路电流计算。3.2 无限大容量供电系统三相短路分析无限大容量供电系统三相短路分析3.2.1无限大容

6、量供电系统的概念无限大容量供电系统的概念无限大容量电力系统，就是端电压保持稳定，没有内部阻抗和容量无限大（相对于用户内部供配电系统容量大）的电力系统，以致用户的负荷不论如何变动甚至发生短路时，电力系统变电所馈电母线的电压能基本维持不变。 在发生短路时，发电机发生的电磁暂态变化过程复杂，为简化分析，假设发生在无限大容量系统中。 目的：简化短路计算SS= ZS=0 US=const 合理性：STSS误差在允许范围误差在允许范围 在实际用户供电设计中，当电力系统总阻值不超过短路电路总阻值的5%-10%，或电力系统容量超过用户供配电系统容量的50倍时，可将电力系统视为“无限大容量电源”。 对一般企业供

7、配电系统来说，对一般企业供配电系统来说，由于企业供配电系统的容量远比电力系统总容量小，而其阻抗又较电力系统大得多，因此企业供配电系统内发生短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压几乎维持不变，也就是说，可将电力可将电力系统看作无限大容量的电源。系统看作无限大容量的电源。3.2.1 无限大容量供电系统的概念无限大容量供电系统的概念STSS误差在允许范围误差在允许范围偏保守偏保守无限大容量系统发生三相短路3.2.2 无限大容量供电系统三相短路暂态过程无限大容量供电系统三相短路暂态过程 发生短路后，由于负荷阻抗和部分线路阻抗被短路，所以电路电流要突然增大； 但由于电路中存在电感，电流不能突变，引起一个

8、过渡过程。 由于暂态过程中的短路电流比起稳态值要大很多，所以暂态过程虽然时间很短，但它对电器设备的危害却远比稳态短路电流要严重得多。3.2.2 无限大容量供电系统三相短路暂态过程无限大容量供电系统三相短路暂态过程p1）正常运行：电源相电压：运行电流：sin()muUwtajjsin()miIwtaj阻抗角11()arctan()kkxxrrj电流幅值：2211/()()mmkkIUrrxxj等效成单相电路分析3.2.2 无限大容量供电系统三相短路暂态过程无限大容量供电系统三相短路暂态过程p2）三相短路分析：k点右侧，没有电源，电流衰减到零；k点左侧有电源，阻抗突变Z,I；I不突变，出现非周期分

9、量电流，不断衰减（暂态过渡过程），最终达到稳定值。 定性分析 定量分析sin()KKK KmdiLr iUwtadtj非齐次一阶微分方程该方程式的解就是短路的全电流，它由两部分组成：第一部分是方程式的特解，代表短路电流的周期分量；第二部分是对应齐次方程的一般解，代表短路电流的非周期分量。0sin()tKpmKnpiIwtaiej 短路电流周期分量幅值； 短路回路阻抗角； 短路回路时间常数； 短路电流非周期分量初始值22/pmmkkIUrxjarctan(/)Kkkxrj/kkLr0npi由初始条件决定，即在短路瞬间t=0时，短路前工作电流与短路后工作电流相等。0sin()sin()mpmKnp

10、IaIaijj0sin()sin()npmpmKiIaIajj非周期分量，自由分量，按指数衰减，最终为0周期分量，稳态分量3.2.2 无限大容量供电系统三相短路暂态过程无限大容量供电系统三相短路暂态过程sin() ( sin()sin()tKpmKmpmKpnpiIwt aIaIaeiijjj 3.2.2 无限大容量供电系统三相短路暂态过程无限大容量供电系统三相短路暂态过程p3）最严重三相短路时的短路电流：短路地点：距离电源越近，则短路电流越大；cos2 cos2ttKpmpmppiIwt I eIwtI e.sin()mmUUwt aj.sin()mmIIwt aj .sin()pmpmkI

11、Iwt aj 0npI短路回路纯电感，即 。90kj在短路瞬间t=0时，A相电压过零；aj短路前，电路空载 或 ；cos1j0mI 3.2.3 三相短路的有关物理量三相短路的有关物理量p1）短路电流周期分量有效值：/ 2ppmII221.0533avNpKKKUUIZrx短路点的短路计算电压短路点的短路计算电压（或称平均额定电压），由于线路首端短路时其短路最为严重，因此按线路首端电压考虑，即短路计算电压取为比线路额定电压高5%，按我国标准有0.4,0.69, 3.15,6.3,10.5,37,69,短路电流非周期分量最大值：02nppmpiIIsin() ( sin()sin()tKpmKmp

12、mKpnpiIwt aIaIaeiijjj 3.2.3 三相短路的有关物理量三相短路的有关物理量p2）次暂态短路电流：短路电流周期分量在短路后第一个周期的有效值。2pmpIIIp3）短路全电流有效值：指以时间t为中心的一个周期内，短路全电流瞬时值的均方根值。2222( )2211()TTttTTK tKpnpttIi dtiidtTT22( )( )Kpnp tI tIi无限大容量系统发生三相短路时，短路电流周期分量有效值保持不变。3.2.3 三相短路的有关物理量三相短路的有关物理量p4）短路冲击电流和冲击电流有效值：最严重三相短路时短路全电流最大瞬时值发生时刻3.2.3 三相短路的有关物理量

13、三相短路的有关物理量p4）短路冲击电流和冲击电流有效值：短路冲击电流：短路全电流的最大瞬时值0.01(0.01)(0.01)2 (1)2shpnppsh piiiIek I出现在短路后半个周期，t=0.01s短路电流冲击系数；对于纯电阻电路，取1；对于纯电感性电路，取2；因此，介于1和2之间。1.82.551.52shshpshpkiIII高压系统发生三相短路时1.31.841.09shshpshpkiIII低压系统发生三相短路时222(0.01)(0.01)1 2(1)shpnpshshpIIiIkI或冲击电流有效值：短路后第一个周期的短路全电流有效值。3.2.3 三相短路的有关物理量三相短

14、路的有关物理量p6）三相短路容量：3Kav KSU I选择断路器时，校验其断路能力的依据p5）稳态短路电流有效值：短路电流非周期分量衰减后的短路电流有效值pII3avpkKUIIIIZ无限大容量系统发生三相短路时，短路电流周期分量有效值保持不变。3.3 无限大容量供电系统三相短路电流的计算无限大容量供电系统三相短路电流的计算p短路电流计算步骤短路计算电路图短路等效电路图3.3 无限大容量供电系统三相短路电流的计算无限大容量供电系统三相短路电流的计算p短路电流计算方法 （1） 有名单位制法欧姆法2ccUURR2ccUUXX注意：在计算短路电路的阻抗时，假如电路内含有电力变压器，则电路内各元件的阻

15、抗都应统一换算到短路点的短路计算电压去。阻抗等效换算的条件是元件的功率损耗不变。阻抗等效换算的条件是元件的功率损耗不变。(3)2233cckUUZRXI(3)3XRCkIXU 短路计算中，电气设备各元件短路计算中，电气设备各元件的阻抗及其电气参数用的阻抗及其电气参数用有名单有名单位位（欧、安、伏）来计算（欧、安、伏）来计算 （2）相对单位制法标幺值法需考虑变压器变比和需考虑变压器变比和电气设备参数的归算电气设备参数的归算问题，不方便问题，不方便3.3.1 标幺制标幺制p概念：用相对值表示元件的物理量p步骤选定基准值(,)(,)MVA kV kAMVA kV kA物理量的有名值标幺值物理量的基准

16、值基准容量、基准电压、基准电流、基准阻抗基准容量、基准电压、基准电流、基准阻抗dSdUdIdZ33ddddddSU IUI ZdS通常选定通常选定 、dU2/( 3)/ddddddISUZUS计算标幺值*2ddddddSSIUZSIUZZSIUZU1001.05ddavNSMVAUUU注：标幺值是一个没有单位的相对值，通常用带*的上标以示区别。换算到短路点电压等级的等效电抗222223441111231()()()()avavavavWLWLWLavavavavUUUUXXXUUUU换算到短路点电压等级的等效电抗标幺值*22212341112241234112211()()()WLdavava

17、vdWLWLWLddavavavavddWLWLavdXSUUUSXXXZUUUUUSSXXUU用基准容量和元件所在电压等级的基准电用基准容量和元件所在电压等级的基准电压计算的阻抗标幺值压计算的阻抗标幺值，和和将元件阻抗换到将元件阻抗换到短路点所在的电压等级，再用基准容量和短路点所在的电压等级，再用基准容量和短路点所在电压等级基准电压计算的阻抗短路点所在电压等级基准电压计算的阻抗标幺值标幺值相同，相同，即变压器变比标幺值为即变压器变比标幺值为1.3.3.2 短路回路元件的标幺值阻抗短路回路元件的标幺值阻抗p1、线路的电阻标幺值和电抗标幺值*0022WLdWLdWLWLddddRSXSRR lX

18、X lZUZU电力线路阻抗有名值：00WLWLRR lXX l给定参数：电力线路长度、单位长度电阻和电抗3.3.2 短路回路元件的标幺值阻抗短路回路元件的标幺值阻抗p2、变压器的电抗标幺值22*%/100100NTddTKKTdNTdNTUUSXUUXZSSS变压器阻抗有名值：2222%,100,3,kNTTNTkTNTTTTUUZSPRIXZR电阻很小，可以忽略不计给定参数：额定容量和阻抗电压换算到变压器一次换算到变压器一次侧的等值阻抗侧的等值阻抗3.3.2 短路回路元件的标幺值阻抗短路回路元件的标幺值阻抗p3、电抗器的电抗标幺值2*%/1003LNdLLLddLNUUXXXZSI给定参数：

19、电抗器的额定电压、额定电流、电抗百分数用来限制短路电流的电感线圈电抗器电抗有名值为： %,1003LNLLLNUXXI注意：安装电抗器的网注意：安装电抗器的网路电压不一定和电抗器路电压不一定和电抗器的额定电压相等。的额定电压相等。3.3.2 短路回路元件的标幺值阻抗短路回路元件的标幺值阻抗p4、电力系统的电抗标幺值*2dSSdSXXU1）给定参数：电力系统电抗有名值Xs2）给定参数：电力系统出口断路器断流容量2*22ddddSSdocdocSUSSXXUSUS3）给定参数：电力系统出口处的短路容量*dSKSXS3ococavSI U若电力部门提供相关参数，则考虑3.3.2 短路回路元件的标幺值

20、阻抗短路回路元件的标幺值阻抗p5、短路回路的总阻抗标幺值* 2* 2KKKZRX给定参数：总电阻标幺值和总电抗标幺值高压系统：只计及电抗而忽略电阻；*13KKRX若 ，可忽略电阻，即 。 *KKZX低压系统：往往需计及电阻；3.3.3 三相短路电流的计算三相短路电流的计算p三相短路电流周期分量有效值* 2* 2KKKZRX总阻抗标幺值*1KKIZ2*1133333avdddddKddKKKdKKdUUUUSSIZUZZZ ZZZU*KdKII IdI3.3.3 三相短路电流的计算三相短路电流的计算p冲击短路电流2.551.52shKshKiIII高压系统：1.841.09shKshKiIII低

21、压系统：p三相短路容量*133dKavKddKdKKKKISU IUS ISZZSIp由短路回路总阻抗标幺值计算短路电流标幺值，再计算短路各量，即短路电流、冲击短路电流和三相短路容量。短路电流具体计算步骤：短路电流具体计算步骤：p画出短路电流计算系统图；包含所有与短路计算有关的元件，并标出各元件的参数和短路点；p画出等效电路图；每个元件用一个阻抗表示，电源用一个小圆表示，并标出短路点，同时标出元件的序号和阻抗值，一般分子标序号，分母标阻抗值；p选取基准容量和基准电压，计算各元件的阻抗标幺值；p等效电路化简，求出短路回路总阻抗的标幺值；例题：已知电力系统出口断路器为例题：已知电力系统出口断路器为

22、SN10-10型。试求企业变电所型。试求企业变电所高压高压10KV母线上母线上k-1点短路和低压点短路和低压380V母线上母线上k-2点短路的三相短点短路的三相短路电流和短路容量。路电流和短路容量。解解 （1）绘制计算电路图三相绘成单相电路各元件额定参数加以标明（3）确定基准值AMVSd1001110.5davUUkV220.4davUUkV111005.5033 10.5dddSMVAIkAUkV2210014433 0.4dddSMVAIkAUkV（2）绘制等效电路图只绘出短路电流通过的元件阻抗，顺序编号，作为分子。解解 （4）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由附录

23、表A-4 可查得SN10-10型断路器的断流容量SOC=500MVA2 . 05001001AMVAMVSSXocd架空线路电抗标幺值610kv架空线路每相单位长度电抗202211000.35(/) 51.59(10.5)ddSMVAXX lkmkmUkVkmX/35. 00电力变压器电抗标幺值由附录表A-3可查得5 . 4% ZU625. 5800100101005 . 4100%343AkVAkVSSUXXNdZ解解 （5）k-1点总电抗标幺值三相短路电流周期分量有效值其他三相短路电流79. 159. 12 . 0211XXXK）（kAkAXIIkdk07. 379. 150. 51131

24、）（）（kAIIIk07. 3)3(1)3()3( kAkAIish83. 707. 355. 255. 2)3()3( 三相短路容量AMVAMVXSSkdk9 .5579. 1100)1()3(1解解 （6）k-2点总电抗标幺值三相短路电流周期分量有效值其他三相短路电流三相短路容量60. 42625. 559. 12 . 0|4321)2XXXXXk（322214431.34.60dkkIkAIkAX（ ）（）kAIIIk3 .31)3(2)3()3( kAkAIish6 .573 .3184. 184. 1)3()3( AMVAMVXSSkdk7 .2160. 4100)2()3(2 异步

25、电动机是供电系统中最主要的负荷之一。当供电系统发生短路时，短路点的电压为零，而接在短路点附近的电动机的转速又不能立即降至零，其反电势大于机端残压，此时电动机就会像发电机一样，向短路点馈送电流。当电动机容量较大时，这一反馈电流数值较大，不能忽略。由于该反馈电流使电动机迅速制动，由于该反馈电流使电动机迅速制动，其值也快速衰减，所以只需考虑对其值也快速衰减，所以只需考虑对短路电流冲击值的影响。短路电流冲击值的影响。3.3.4 大型电动机对三相短路电流的影响大型电动机对三相短路电流的影响电动机额定电流；电动机次暂态电势和次暂态电抗的标幺值；电动机发出的短路冲击电流可按下式计算：NMMshMshIKXE

26、i 2 E XNMIMshK式中：、电动机反馈电流冲击系数，高压电动机一般 取1.41.6，低压电动机一般取1.0。3.3.4 大型电动机对三相短路电流的影响大型电动机对三相短路电流的影响一般取一般取0.9和和0.17shshsh Miii短路电流总冲击值：3.4 两相和单相短路电流的计算两相和单相短路电流的计算p两相短路电流在无限大容量系统中发生两相短路时，其两相短路电流周期分量有效值（简称“两相短路电流”）为：(2)/(2)kavIUZ(3)/( 3)kavIUZ(2)(3)(3)30.8662kkkIII因此无限大容量系统中的两相短路电流 ，可在求出三相短路电流后直接求得 若只计电抗3.

27、4 两相和单相短路电流的计算两相和单相短路电流的计算p单相短路电流(1)03dkPUIZ在远离发电机的无限大容量系统发生短路时，单相短路电流较三相短路电流小。选择电气设备和导体的短路稳定度校验的短路电流，应该采取三相短路电流。两相短路电流主要用于相间短路保护的灵敏度校验，而单相短路电流主要用于单相短路保护的整定及单相短路热稳定度的校验。变压器单相等效电阻和电抗、相线与大地或中线的电阻和电抗在大接地电流系统或三相四线制系统中发生单相短路时，单相短路电流可用下式计算： 22000()()PTPTPZRRXX3.5 短路电流的效应短路电流的效应p1）短路电流的电动力效应导体通过电流时相互间电磁作用产

28、生的力，称为电动力；导体通过电流时相互间电磁作用产生的力，称为电动力；正常工作时，电动力不大；正常工作时，电动力不大；短路时，电动力较大；短路时，电动力较大；短路冲击电流流过瞬间，电动力最大；短路冲击电流流过瞬间，电动力最大；电动力p2）短路的热效应3.5.1 短路电流的电动力效应短路电流的电动力效应 （1）两平行载流导体间的电动力）两平行载流导体间的电动力由由电工基础电工基础知，处于空气中的两平行直导体分别通过电流知，处于空气中的两平行直导体分别通过电流i1、i2（A），而导体间轴线距离为），而导体间轴线距离为a，导体的两支持点距离（档距）为，导体的两支持点距离（档距）为l,则则导体间所产生

29、的电磁互作用力即电动力导体间所产生的电磁互作用力即电动力F（N）为：）为：71 2210flFK ii形状系数，圆形、管形导体形状系数，圆形、管形导体为为1；适用于实心或空心圆；适用于实心或空心圆截面导体，也适用于导体间截面导体，也适用于导体间的净空距离大于导体截面周的净空距离大于导体截面周长的矩形截面导体。长的矩形截面导体。3.5.1 短路电流的电动力效应短路电流的电动力效应 （2）三相平行载流导体间的电动力）三相平行载流导体间的电动力中相导体受到的电动力最大：中相导体受到的电动力最大：27max310BfmlFK I72()10BABCf BAClFFFK iii3.5.1 短路电流的电动

30、力效应短路电流的电动力效应 （3）短路电流的电动力）短路电流的电动力三相短路产生的最大电动力(2)(2)27210f shlFK i(3)27310fmlFK I(3)(3)(3)27310mshIif shlFK i (2)(3)32FF(2)(3)32shshii 两相短路产生的最大电动力校验电气设备或导体的动稳定时，校验电气设备或导体的动稳定时，应采用三相短路冲击电流或冲击电流有效值。应采用三相短路冲击电流或冲击电流有效值。3.5.2 短路电流的热效应短路电流的热效应 （1）短路发热的特点t1时刻：线路发生短路时，短路电流将使导体温度迅速升高。t2时刻后：导体无电流流过，不再产生热量，向周围介质散热，温度下降。 t1时刻前：导体在短路前正常负荷时温度为Lt2时刻：线路的保护装置动作，切除短路故障，这时导体温度达到 。由于短路电流通过导体的时间很短，通常不会超过