《工厂供电》试题库

1、第三章短路电流计算一、填空题1造成短路的原因有,。答：绝缘损坏，工作人员误操作，鸟兽破坏绝缘2、如果电力系统的电源总阻抗不超过短路电路总阻抗的 ，或电力系统容量超过用户供电系统容量 倍时，可将电力系统视为无限大容量系统。答：5%10%，503、 计算短路电流的方法有 和两种方法。答：欧姆法，标幺制法4、 短路时间tk是和之和。答：保护装置动作时间top,断路器断路时间toe5、 短路电流很大，一方面要产生很大的 ，另一方面要产生 ，对电器和导体的安全运行威胁极大，必须充分注意。答：电动力（电动效应），很高的温度（热效应）（）答案：（）答案：、判断题1、单相短路电流只用于单相短路保护整定及单相短

2、路热稳定度的校验。2、 短路电流的周期分量就是短路稳态电流。（）答案：3、短路次暂态电流I'是一个瞬时值（）答案：4、当发生三相短路时电力系统变电所馈电母线上的电压基本保护不变。5、三、选择题1、当发生三相短路时，导体中所承受的电动力 。A）两边相最大B）中间相最大C）三相均匀D ）不能确定答案：B2、主要用于选择电气设备和导体的短路稳定度校验的短路电流是。A）三相短路电流B）两相短路电流C）单相短路电流D ）不能确定答案：A3、 主要用于相间保护的灵敏度校验的短路电流是 。A）三相短路电流B）两相短路电流C）单相短路电流D ）不能确定答案：B4、下列哪一个电力系统不能视为无限大容量系

3、统？ A ）电力系统的电源总阻抗不超过短路总阻抗的510%B ）电力系统的电源总阻抗不超过短路总阻抗的10%C） 电力系统容量低于供电系统容量50倍时D） 电力系统容量超过供电系统容量50倍时答案：C5、下列哪一个设备的阻抗在短路计算时不会考虑的?A）电力系统答案：DB ）电力设备C）电力输送线D ）开关设备四、名词解释1、短路 答：短路就是指不同的电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短接。2、无限大容量电力系统答：无限大容量的电力系统， 是指供电容量相对于用户供电系统容量大得多的电力系统。3、短路冲击电流 ish答：短路后经半个周期， ik 达到最大植，此时的短路全电流即短路周期电流。

4、4、短路次暂态电流 I" 答：短路次暂态电流有效值，即短路后第一个周期的短路电流周期分量 ip 的有效值。5、短路稳态电流I g答：短路稳态电流I g是短路电流非周期分量衰减完毕以后的短路全电流。6、短路电流的电动力效应 答：短路电流的电动力效应是当电路短路时，短路冲击电流流过导体瞬间，导线间相互电磁作用产生的力。7、短路电流的热效应答：供配电系统发生短路时，短路电流非常大。短路电流通过导体或电气设备，会产生 很高的温度，称为热效应。8、假想时间 tima 答：由于通过导体的短路电流实际上不是 通过I g所产生的热量，恰好与实际短路电流 等。这一假定的时间称为短路发热的假想时间I g

5、,因此假定一个时间，在此时间内，设导体i k或i k（t）在实际短路时间t k内所产生的热量相tima。四、问答题1、短路故障产生的原因有哪些？短路对电力系统有哪些危害？ 答：短路的原因：绝缘损坏、过电压、外力损伤、违反操作规程、动物造成等。 短路对电力系统的危害：产生很大的电动力、很高温度、元器件损坏；电压骤停、影响 电气设备正常运行； 停电、 电力系统运行的稳定性遭到破坏； 不平衡电流、 不平衡逆变磁场、 电磁干扰等出现。2、短路有哪些形式？哪种短路形式的可能性最大？哪些短路形式的危害最为严重？答：短路的形式有：三相短路,两相短路,单相短路。发生单相短路可能性最大。三相 短路的短路电流最大

6、,因此造成的危害最大。3、无限大容量的电力系统有什么特点？在无限大容量系统中发生短路时,短路电流将 如何变化？能否突然增大？答：无限大容量的电力系统的特点是,当用户供电系统的负荷变动甚至发生短路时,电 力系统变电所馈电母线上的电压能基本维持不变。 在无限大容量系统中发生短路时, 由于负 荷阻抗和部分线路阻抗被短路, 所以电路电流根据欧姆定律要突然增大。 但是由于电路中存 在着电感, 电流不能突变,因而引起一个过度过程,即短路暂态过程。 最后短路电流达到一 个新的稳定状态。4、短路电流周期分量和非周期分量各是如何产生的？各符合什么定律？ 答：短路电流周期分量是因短路后电路阻抗突然减小很多倍,而按

7、欧姆定律应突然增大很多倍的电流。短路电流非周期分量是因短路电路存在电感，而按楞次定律产生的用以维持初瞬间电路电流不致突变的一个反向抵消inp且按指数函数规律衰减的电流。5、什么叫短路计算电压？它与线路额定电压有什么关系？答：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 UN高5%6、电动机对短路电流有什么影响？答：供配电系统发生短路时，从电源到短路点的系统电压下降，严重时短路点的电压可降为零。接在短路点附近运行的电动机的反电势可能大于电动机所在处系统的残压，此时电动机将和发动机一样， 向短路点馈送短路电流， 同时电动机迅速受到制动， 它所提供的短

8、路 电流很快衰减。7、产生最严重三相短路电流的条件是什么？答：(1)短路前电路空载或 cos=1; (2)短路瞬间电压过零，t=0时a=0度或180度; (3 )短路回路纯电感，即 k=90度。8、在无限大容量系统中，两相短路电流和单相短路电流各与三相短路电流有什么关系?答：lK2)/lK3)=3/2 =0.866工程中3U®Z Z Z3T(有正序、负序、零序阻抗)IK。=仝Z（p_08、对一般开关电器，其短路动稳定度和热稳定度校验的条件各是什么?答：动稳定度校验条件：热稳定度校验条件:im ai（3） ishx-Ish2:tima五、计算题1、某工厂供电系统如下图所示。已知电力系统

9、出口断路器为SNI0 10 II型。试求工厂变电所高压10kV母线上k-1点短路和低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路 容量。解：1.求k-1点的三相短路电流和短路容量(U d =10.5kV)(1) 计算短路电路中各元件的电抗及总电抗1) 电力系统的电抗：由附录表8查得SNI0-10H型断路器的断流容量Soc =500MV- A,Xiufi（10.5kV）2"500MV A= 0.22 门2) 架空线路的电抗：查表 3-1得X)=0.35 i】/kmX 2 =X ol =0.35（门 /km） 5km =1.75 门3）绘k-1点短路的等效电路，并计算其总电抗为X 7

10、（kjLX1X2=0.22J 1.7 -1.97'1flxLO-lflto(2) 计算三相短路电流和短路容量1) 三相短路电流周期分量有效值Uc13X10.5kV、3 1.97'.1=3.08kA2) 三相短路次暂态电流和稳态电流门3)=|(3)=|比=3.08kA3) 三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值iSh3)=2.551"=2.55 3.08kA =7.85kA lS：）=1.511"=1.51 3.08kA =4.65kA4）三相短路容量Sk? = 3Uc1lk2 二 3 10.5kV 3.08kA = 56.0MV A2. 求k-2点的短

11、路电流和短路容量（U C2=0.4kV）1）电力系统的电抗X UC2X 1 二Soc(04V)2.3.2 10 儿500MV A2）架空线路的电抗X2 =X0l(皿)2 =0.35/km) 5km ( 0.4kV )2 =2.54 10斗Uc110.5kV3）电力变压器的电抗：由附录表5 得 U k % =5Uk 00 U：23 = X 4 :100Sn亠(°.4kV)2 * 10 备1001000kV A4）绘k-2点短路的等效电路如上图b所示，并计算其总电抗:X3X4X、(2)X2 X3 X4 X2 x x8 工 10 C= 3.2 10斗2.54 10”6.86 10亠2（2）

12、计算三相短路电流和短路容量1）三相短路电流周期分量有效值k -20.4kV,3 6.86 10 3= 33.7kA2）三相短路次暂态电流和稳态电流I "(3)=1 (3) =1兀=33.7kA3）三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值iSh3)=1.841"=1.84 33.7kA =62.0kAI S3)=1.091"=1.09 33.7kA=36.7kA4) 三相短路容量Sk? = 3Uc2lk32 = 3 0.4kV 33.7kA =23.3MV A在工程设计说明书中，往往只列短路计算表，如下表所示。短路计算表短路 计算点三相短路电流/ kA三相短路容

13、量/ MV- AIk3)I "(3)1 (3)IoO(3) ishiSJSk3)k-13.083.083.087.854.6556.OSNIO 10 II型。试用标幺制2、某工厂供电系统如下图所示。电力系统出口断路器为 法计算系统中k-1点和k-2点的三相短路电流和短路容量。解:Sd =100MV A，Uc1 =10.5kV，Uc2 =0.4kVI diSd3Uci100MV A3 10.5kV= 5.50kAI d2Sd、3Uc2100MV A、3 0.4kV=144kAk-233.733.733.762.036.723.32. 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值(1)电力系统的

14、电抗标幺值由附录表8查得Soc =500MV Av*100MV AX1 U2500MV A(2)架空线路的电抗标幺值由表 3-1 查得 X0 =0.35/km*100MV AX2 = 0.35(i】/km) 5km牙=1.59(10.5kV)23) 电力变压器的电抗标幺值由附录表5查得，Uk % =5*=X45 100MV A100 1000kV A35 100 10 kV A100 1000kV A= 5.0绘短路等效电路图如下图所示:43. 计算k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 总电抗标幺值Xg) =x；X； =0.2 1.59 =1.79(2)三相短路电流周期分量有

15、效值(3)1 k 1I diX (k)5.50kA =3.07kA1.79(3) 其他三相短路电流"(3)I "(3) =1(3)旳=3.07kAiS3)=2.55 3.07kA =7.83kAI S3)=1.51 3.07kA=4.64kA(4) 三相短路容量Sdx、(k 勺100MV A-55.9MV A1.794. 计算k-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量(1)总电抗标幺值*5X、(k/)X2 X3/X4 =0.2 1.594.29(2)三相短路电流周期分量有效值1 d1(3) 其他三相短路电流"(3)I "(3) =1(3)=

16、1兀=33.6kAiSP =1.84 33.6kA =61.8kAl(：3)=1.09 33.6kA = 36.6kA(4) 三相短路容量(3)k -2SdX*(y100MV A4.29=23.3MV A由此可见，采用标幺制法的计算结果与欧姆法计算的结果基本相同。3、已知工厂变电所 380V侧母线上接有250kW感应电动机一台，平均cos = 0.7 ,效率LMY-100 X 10 的硬=0.75，380V母线的短路电流I k3) PBkAiSh3=62.0kA;该母线采用铝母线，水平平放，档距为 900mm档数大于2,相邻两相母线的轴线距离为160mm试求该母线三相短路时所受的最大电动力，并

17、校验其动稳定度。如果此母线的短路保护动作时间为0.6s，低压断路器的断路时间为0.1s。该母线正常运行时最高温度为55 C。校验其热稳定度。解：1.计算母线短路时所受的最大电动力电动机额定电流为250kW.3 380V0.7 0.75= 0.724kA由于Inm .0.011 k3)，该电动机的反馈电流冲击值为ishM =6.5 1 0.724kA = 4.7kA因此母线在三相短路时所受的最大电动力为F(3)=、3(iS3) ishM)2 丄 10N /A2a.一3320.9m_72h" 3(62.0 10 A 4.7 10 A)10 N / A =4334N0.16m2.校验母线短

18、路时的动稳定度母线在F(3)作用时的弯曲力矩为Fi M10母线的截面系数为b:64334N°9m =390N m106母线在三相短路时所受到的计算应力为(01m=1.667 10m3沪 d7=23"106Pa=23.4MPa硬铝母线(LMY)的允许应力为匚 ai =70MPa ；c =23.4MPa由此可见该母线满足短路动稳定度的要求。3.母线满足短路热稳定度的最小允许截面附录表 7C =87A 一 s/mm2，图 3-12 入=55 C 曲线得 KL : 0.5 104A2 s/mm4tima 二tk 0.05s 二 top t°c 0.05s 二 0.6s 0

19、.1s 0.05s 二 0.75s tima3vC-TSs2Ain = I (3) =33.7 103A2 =335mm2C87AUs/mm2母线截面为A=100x 10 mm2 =1000mm2 >Amin，该母线满足短路热稳定度要求。L1 , L3 为4、某供电系统如下图所示，电源容量为无限大。其余各元件参数如下：线路架空线，线路L3, L4电缆，Li=10km， L2 =15km， L3 = L4 =1km，变压器Ti,T2参数相同，St.n =10000kVA，Uk%=7.5 ;电抗器 L1,L2参数相同，UL.N=6kV，I L.N =500A，XL%=3。求：1. kihK点

20、的短路参数（1為5）;2. k3点发生三相短路对两段6kV母线上的残压U1和U2。6.3kV6.3kV37kV37kVSk2 =400MVA37kV6.3kV解：该题供电系统比较简单，供电电压等级只有35kV、6kV两种，敌可用绝对值法进行计算。首先，算出各元件的电抗，然后根据各点的等效计算图计算其短路回路总阻抗，最后就可以据公式算出题意所求的各短路参数。母线残压的计算关键是求出由该母线流向短路点的短路电流，。再乘以 3倍的母线至短路点的总电抗即可。本题可按以下三步求解。1.各元件电抗的计算；2各点等效计算图与短路参数的计算；3求k3点短路时两段6kV母线上的残压U1、U2。1 .各元件电抗的

21、计算1）系统电抗Xs1 =U；1,Sk1 =372 300 =4.536Xs2 7；皿S2 =372 400 = 3.4232）架空线电抗取架空线每km电抗值心=0.41，贝UX|1 = X01L - 0.4 10 = 4；X12 =冷丄2 = 0.4 15 = 6-3）电源、架空线的等效电抗Xi及其折算到变压器 6kV侧的等效电抗Xiv (Xsi +Xn)(Xs2+Xi2)(4.563 +4)(3.423 +6)入1 =(Xs1 Xl1) - (Xs2 Xl2)(4.563 4)(3.423 6)=4. 4 86Xi'=Xi'U av2 (U avi=4.486237-0.1

22、3'?4）变压器电抗由于变压器只通过 6kV侧的短路电流，故只须计算其折算到6kV的电抗。XtUk%U；2IOOSt.n7.5 6.32 -100 105）电抗器电抗XlUl%Ul.n10073Sl.n3 6100 3 0.56）电缆电抗取6kV电缆每km电抗X02 =0.81，则X| 3 = X|4 = x)2 L3 = 0.08 1 = 0.08l j2.各点短路的等效计算图与短路参数的计算1) k1点短路时，总电抗Xk厂 Xj =4.486故得I=37_ = 4.76kA寸 3Xk173x4.486ish1 =2.551； =2.55 4.75 = 12.14kASk1 i 3U

23、 av1l k? j 3 37 4.76 二 305MVA2）k2点短路时，其等效计算图如下图所示。6.3kVXtA/W回路总电抗XlXt2Xt 2X!3XkX!Xt |(Xt 2Xl X13)= 0.13 0.298| (0.2982 0.208 2 0.208)713°298 °.8740.298+0.874= 0.352"故得1 k2U av23Xk23 0.3526.3=10.33kAish2 =2.551 k? =2.55 10.33 = 26.34kA§2 = 3Uav2lk3) "3 6.3 10.33 = 113MVA3) k3

24、点短路时，其等效计算图如下图所示。I1VAX1XtXlI2WuXl2Xi3k3Xt回路总电抗Xk3 风 X2 风(XtXl)|(XtXl X13)二 0.13 (0.2980.208) | (0.298 0.208 2 0.08)0.506 0.666= 0.13°.506 °.666 =0.13 0.288= 0.418 门故得U av26.3ish33Xk3= 2.551 k?8.7kA,3 0.418= 2.55 8.7 = 22.19kA氏3= Qa/k? =73x6.3x8.7 = 95MVA3求k3点短路时的母线残压Ui和U2由图心短路点图可知，支路电流X2Xt

25、Xl8.7 0.2880.298 0.208= 4.95kA|2 =|詈一 h =8.74.95 = 3.75kA所以U .3I1X 3 4.95 0.208 = 1.78kVU2 = 3I2(XL 2Xl3)3 3.75 (0.208 2 0.08) = 2.39kV5、在图3-2所示的供电系统中，设在 k点短路时电源6.3KV母线电压能维持不变。若 要求k点的短路冲击电流不得超过 40KA，求允许并联的电缆根数是多少？各线路参数相同，即电抗器：Ul.n =6KV，Il.n =200A，Xl% =4 ；电缆：L = 1.25km,冷=0.08/km, r°=0.37/km。解：题目

26、限定短路时6.3KV母线电压不变，即表示是无限大电源系统。由于要求冲击电流0.01不得超过40KA，故对冲击电流应用较精确的计算公式Ksh =1 e Tk，因而还要算出短路回路的时间常数Tk。本题可按以下四步求解。1. 计算一条线路的阻抗；2. 计算Tk及Ksh ；3. 计算三相短路电流允许值Ik.al ；4.计算容许关联的线路数 N解1 计算一条线路的阻抗电抗器电抗Xl电缆的电阻与电抗r = r0L = 0.37 1.25 = 0.4631X| =冷 L = 0.08 1.25 = 0.1'.1一条线路的电阻、电抗及阻抗r =斤=0.463.1Xl%Ul.N4 60000.695&#

27、39;.1100 船lL.N 100妙200X =XL X =0.695 0.1 =0.795Z =£r2 x2 h：O4632 0.7952 =0.92"2计算Tk及KshLi4=0.式中J线路电感。X 13 1 40. 4630055应该指出，对于多路相同参数的线路并联，其并联路数并不影响Tk值的大小。冲击系数丿01 0.01Ksh = 1 e Tk =1 e-0 =1 e'"18 =1.1633 计算三相短路电流允许值Idy402 1.163二 24.3kA4 算容许关联的线路数 N 对于k点的最小容许阻抗为al minUav 、3I ky6.33

28、24.3= 0.15 门故得N =Z/Zalmin =0.92/0.15 = 6.13N =6(2)1)2)I ”( 3)U ci,3X 邛 a三相短路次暂态电流和稳态电流=Ioc（3） =Ik-i（3） =4.27KAI k-1( 3)何5®=4.27KA.31.42'.16、某供电系统，已知系统出口高压断路器为SN10-10II型，Soc=500MVA,。到工厂架空线路3KM，线路电抗X°=0.4 （ Q /km）,工厂变电所装有两台 750KVA变压器并联运行， Uk=4%，试求工厂变电所高压 10KV母线K-1点短路和380V母线上K-2点短路的三相短路 电

29、流和短路容量。解：1求K-1点的三相短路电流和短路容量（Ud=10.5KV ）（1）计算短路电路中各元件的电抗及总电抗。1）电力系统的电抗：SN10-10 n型断路器的断路容量 Soc=500MVA ,贝y :2 2U；i 10.5KVX -0.22 QSoc500MV A2) 架空线路的电抗：已知X0=0.4 ( Q/km)则:Xz=XdL=0.4 ( Q /km )X 3km=1.2 Q3)其总电抗：Xe(k-1 ) =X+X2=0.22 Q +1.2 Q =1.42 Q计算三相短路电流和短路容量三相短路电流周期分量有效值3 ）三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值ish =2.55

30、 I=2.55X 4.27KA=10.89KAIsh=1.51 I=1.51 X 4.27KA=6.45KA4）三相短路容量Sk-i =-310.5KV4.27KA=77.6MV A2. 求K-2点的短路电流和短路容量（ Uc2=0.4KV ）（1）计算短路电路中个元件的电抗及总阻抗1）电力系统的电抗XiUC2Soc(0.4KV)2500MVA4=3.2X 10 Q2）架空线路的电抗LJ c 22X2 =X 0L ()=0.4 ( Q /km ) X 3kmXUci0.4KV(10.5KV)2=2.9 X 10-3 Q3）电力变压器的电抗X3=X4=Uk%100UC2SN=_£ x

31、04KV =8.5 X 10 -6KQ =8.5 X 10 -3 Q100 750KVA4 ）计算总电抗(K-2)=X i+X 2+X3X4X3 X4=3.2 X10-4 Q +2.9 X10-3 Q + 8.5 10=7.47 X10%2（2）计算三相短路电流和短路容量1）三相短路电流周期分量有效值Ik-2(3)U C2，3X 邓 _2）0.4KV、3 7.47 10-3=30.92KA2）三相短路次暂态电流和稳态电流“"（3）（3）（3）I =Ioc =Ik-2=30.92KA3）三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值ish =2.55 I=2.55X 30.92KA=78

32、.85KAlsh（ 3） =1.51 l"（ 3） =1.51 X 30.92KA=46.69KA4）三相短路容量(3 )jSk-1=、, 3 0.4KV 30.92KA=21.42MV A7、试求下图所示无限大容量系统中K点发生三相短路电流，冲击短路电流和短路容量以及变压器2T 一次流过的短路电流.各元件参数如下：变压器 1T: SN=31.5MVA, UK%=10.5 , 10.5/121KV;变压器 2T, 3T: SN=15MVA, UK%=10.5 , 110/6.6KV;线路 1WL , 2WL : L=100KM , X=0.4O/KM电抗器 L : UNL=6KV , INL=1.5KA , XNL%=8.解：（1）由图所示的短路电流计算系统图画出短路电流计算等校电路图，如图所示。由 断路器断流容量估算系统电抗，用X表示：1/0.3331/0,7C'TTfXA91,827(2)取基准容量 Sd=100MVA，基准电压 UD=UAV，基准电压是 Ud1=121KV ,Ud2=6.6KV ,Ud3=6.6KV，则各元件电抗标夭值为变压器 1TX仁(Uk%/100)*(Sd/S