工厂供电短路电流计算

1、中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X内容提要：内容提要：无限大容量电源系统供电时短路过程的分析无限大容量电源系统供电时短路过程的分析无限大容量电源条件下短路电流的计算方法无限大容量电源条件下短路电流的计算方法低压配电网中短路电流的计算低压配电网中短路电流的计算感应电动机对短路电流的影响感应电动机对短路电流的影响供电系统中电气设备的选择与校验供电系统中电气设备的选择与校验中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X第一节第一节 概述概述第二节第二节 无限大容量电源系统供电时短路过程的分析无限大容量电源系统供电时短路过程的分析第三节第三节 无限大容量电源无限大容量电源条件下短路电流的计算方

2、法条件下短路电流的计算方法第四节第四节 低压配电网中短路电流的计算低压配电网中短路电流的计算 第六节第六节 感应电动机对短路电流的影响感应电动机对短路电流的影响第七节第七节 供电系统中电气设备的选择与校验供电系统中电气设备的选择与校验中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X第一节第一节 概述概述中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X1、短路的定义、短路的定义 短路的定义短路的定义所谓短路是指电力系统中带电部分与大地所谓短路是指电力系统中带电部分与大地(包括包括设备的外壳、变压器的铁芯、低压线路的中线等设备的外壳、变压器的铁芯、低压线路的中线等)之间，以及不同相之间的短接。之间，以及不

3、同相之间的短接。(相与相或相与相与相或相与地短接地短接) 这种短接可能是通过小阻抗的回路，或者是这种短接可能是通过小阻抗的回路，或者是电弧的形式形成。电弧的形式形成。 在中性点非有效接地系统中，短路故障主要在中性点非有效接地系统中，短路故障主要是各种相间短路，而单相接地不会造成短路，是各种相间短路，而单相接地不会造成短路，属于一种运行障碍。属于一种运行障碍。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X2、短路原因、短路原因 引起绝缘损坏的原因：引起绝缘损坏的原因：过电压过电压绝缘的自然老化和污秽绝缘的自然老化和污秽运行人员维护不周运行人员维护不周直接的机械损伤直接的机械损伤 电力系统其他一些故

4、障也可能导致短路：电力系统其他一些故障也可能导致短路：输电线路断线和倒杆事故输电线路断线和倒杆事故运行人员违章操作运行人员违章操作鸟和小动物等跨接裸导体等鸟和小动物等跨接裸导体等中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X3 3、短路的类型、短路的类型三相短路三相短路负荷a)电源0CBA(3)k(3)k.AI(3)k.BI(3)k.CI(3)k.AI(3)k.BI(3)k.CI中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X(2)k.AI(2)k.BIb)电源0CBA负荷(2)k两相短路两相短路(2)k.AI(2)k.BI中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X负荷0c)Ck(1)电源BA单相

5、单相( (接地接地) )短路短路(1)kI负荷0d)NCk(1)电源BA单相短路单相短路(1)kIe)C0电源ABk负荷(1,1)两相接地短路两相接地短路(1,1)kIf)CA0电源B负荷(1,1)k k两相接地短路两相接地短路(1,1)kI中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X3、短路类型、短路类型中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术Xu 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 ；u 短路电流产生很大的电动力，可能使设备永久变形或严重损坏 ；u 短路时系统电压大幅度下降，严重影响用户的正常工作 ；u 短路可能使电力系统的运行失去稳定 ；u 不对称短路产生的不平衡磁场

6、，会对附近的通讯系统及弱电设备产生电磁干扰，影响其正常工作 。4、短路危害、短路危害中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X5、短路的预防和限制措施、短路的预防和限制措施p 认真执行运行规程，不断学习以提高电业人员的素质。严认真执行运行规程，不断学习以提高电业人员的素质。严格遵守操作计数规程和安全规程，避免误操作；在短路发格遵守操作计数规程和安全规程，避免误操作；在短路发生时，采取有效的措施将短路的影响限制在最小的范围内。生时，采取有效的措施将短路的影响限制在最小的范围内。p 作好设备的维护、巡视、检查，作好事故的预想和预防。作好设备的维护、巡视、检查，作好事故的预想和预防。p 采用快速动

7、作的继电保护和断路器，迅速隔离故障。使系采用快速动作的继电保护和断路器，迅速隔离故障。使系统电压在较短的时间内恢复到正常值。统电压在较短的时间内恢复到正常值。p 增大短路回路的阻抗，如在电路中装设限流电抗器等。增大短路回路的阻抗，如在电路中装设限流电抗器等。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X6、短路电流研究目的、短路电流研究目的 选择：选择：导体和设备导体和设备 校验：校验：短路时能承受瞬时冲击及热效应短路时能承受瞬时冲击及热效应 整定和保护：整定和保护：出现短路时能迅速和准确地切出现短路时能迅速和准确地切除故障除故障 确定限流措施：确定限流措施：是否串联电抗器是否串联电抗器 确定合

8、理的主接线方式：确定合理的主接线方式：分列运行和并列运分列运行和并列运行行中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X第二节第二节 无限大容量电源系统供电无限大容量电源系统供电时短路过程的分析时短路过程的分析中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X一、无限大容量电源一、无限大容量电源 特点特点内阻为零内阻为零输出电压不随负载变化输出电压不随负载变化当用户的负荷容量远小于给它供电的电力系统容量时当用户的负荷容量远小于给它供电的电力系统容量时(1/50)；当系统阻抗不大于短路回路总阻抗的当系统阻抗不大于短路回路总阻抗的5%10%时。时。实际中可以看作无限大容量供电系统的条件：实际中可以看作无限

9、大容量供电系统的条件：中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X二、短路过程分析二、短路过程分析 基本过程基本过程 -正常运行（负荷电流）正常运行（负荷电流） -发生短路发生短路 -电流突然增大电流突然增大(周期分量加非周期分量周期分量加非周期分量) -稳定新值稳定新值(稳态短路电流稳态短路电流)中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X二、短路过程分析二、短路过程分析1、基本假设、基本假设u 忽略磁路的饱和与磁滞现象，认为系统中的元件参数忽略磁路的饱和与磁滞现象，认为系统中的元件参数恒定恒定u 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 当当R=X/3时，忽略电

10、阻，误差仅增大时，忽略电阻，误差仅增大5%。 u 忽略短路点的过渡电阻忽略短路点的过渡电阻u 按对称分析按对称分析22/390.95103331.053RXUUUIXXRXUIIX 假设不忽略电阻时三相短路电流忽略电阻时三相短路电流中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X2、无限大电源容量的暂态过程、无限大电源容量的暂态过程 电路对称，可以只取电路对称，可以只取一相讨论一相讨论中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X短路前电路中的电流为： )sin(tIim式中： 短路前电流的幅值 短路前回路的阻抗角 电源电压的初始相角，亦称合闸角；mI22/ ()()mmloloIUR RX X()

11、/()loloarctg XXRR中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X短路后电路中的电流应满足： udtdiLRikk中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X短路的全电流可以用下式表示短路的全电流可以用下式表示式中：式中： 短路电流周期分量的幅值，短路电流周期分量的幅值， 短路后回路的阻抗角，短路后回路的阻抗角， 短路回路时间常数，短路回路时间常数， c 积分常数，由初始条件决定，即短路电流非周期积分常数，由初始条件决定，即短路电流非周期分量的初始值。分量的初始值。 fiTtklzmkcetIi)sin(zmI22/XRUImzmklklXLarctgarctgRRfiTRLRXT

12、fi中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X由于电路中存在电感，而电感中的电流不能由于电路中存在电感，而电感中的电流不能突变，则短路前瞬间的电流应该等于短路发突变，则短路前瞬间的电流应该等于短路发生后瞬间）的电流，生后瞬间）的电流，因此，短路的全电流为因此，短路的全电流为0)sin()sin(fiklzmiIICmfiztfikzmkiieitIifiT0)sin(中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X3、短路电流波形、短路电流波形 黄色曲线为短黄色曲线为短路电流波形，路电流波形， 单调下降曲线单调下降曲线为非周期分量。为非周期分量。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X4、产

13、生最大短路电流的条件、产生最大短路电流的条件 在电源电压及短路地点不变的情况下，最大短路电流在电源电压及短路地点不变的情况下，最大短路电流和和Im、kl有关。有关。 产生最大短路电流的条件产生最大短路电流的条件 mmmm0 I0IIIfikzdidididdd0klklklkl0 90fikzdidididdd000ddiddiddifizkfiTtfikzmkeitIi0)sin(因为因为中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X4、产生最大短路电流的条件、产生最大短路电流的条件满足以上条件的情况为：满足以上条件的情况为：（1 1）短路前电路处于）短路前电路处于空载状态空载状态，即，即（2

14、 2）短路回路为）短路回路为纯感性回路纯感性回路，即回路的感抗比电阻大得多，即回路的感抗比电阻大得多，可以近似认为阻抗角可以近似认为阻抗角 ；（3 3）短路瞬间）短路瞬间电源电压过零值电源电压过零值，即初始相角，即初始相角 。90k00mI)sin(0klzmfiIi00cosfifizmtTkzmfiiIiIti e 中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X5、三相短路的有关物理量、三相短路的有关物理量 (1) 短路电流次暂态值短路电流次暂态值 短路电流次暂态值是指短路以后幅值最大的一个周期（即短路电流次暂态值是指短路以后幅值最大的一个周期（即第一个周期）的短路电流周期分量的有效值。在无

15、限大容第一个周期）的短路电流周期分量的有效值。在无限大容量系统中，短路电流周期分量幅值保持不变。量系统中，短路电流周期分量幅值保持不变。(2) 短路电流稳态值短路电流稳态值短路电流稳态值（短路电流稳态值（steadystate value）是指短路进入稳态后）是指短路进入稳态后短路电流的有效值。短路电流的有效值。无穷大容量电源系统发生三相短路时，短路电流周期分量的无穷大容量电源系统发生三相短路时，短路电流周期分量的幅值恒定不变，则幅值恒定不变，则 IIz中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X(3) 短路电流冲击值短路电流冲击值 短路电流冲击值（短路电流冲击值（shock value），即

16、在发生），即在发生最大短路电流的条件下，短路发生后约半个最大短路电流的条件下，短路发生后约半个周期出现短路电流最大可能的瞬时值。周期出现短路电流最大可能的瞬时值。(0.010 1/).0(1)2fishk tszmTshziiIIekn 式中式中ksh称为冲击系数，称为冲击系数，1 ksh 2。n 在高压供电系统中通常取在高压供电系统中通常取ksh =1.8；n 低压供电系统中如容量为以下车间变电所的出口处发生短低压供电系统中如容量为以下车间变电所的出口处发生短路，常取路，常取ksh =1.3；2.55shZiI1.84shZiI中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X(4)短路冲击电流有

17、效值（全电流有效值）短路冲击电流有效值（全电流有效值）短路冲击电流有效值指的是短路后的第一个周期内短路冲击电流有效值指的是短路后的第一个周期内短路全电流的有效值。短路全电流的有效值。为了简化计算，可假定非周期分量在短路后第一个为了简化计算，可假定非周期分量在短路后第一个周期内恒定不变，取该中心时刻周期内恒定不变，取该中心时刻t=0.01s的电流值计的电流值计算。算。220.01212(1)shzfi tzshIIiIk 1.511.09shZshZIIII高压：低压：中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X(5)短路功率短路功率短路功率又称为短路容量，它等于短路电流短路功率又称为短路容量，

18、它等于短路电流有效值同短路处的正常工作电压（一般用平有效值同短路处的正常工作电压（一般用平均额定电压）的乘积。均额定电压）的乘积。zavIUS3中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术XI、ish、Ish和和I的意义的意义 短路电流次暂态值短路电流次暂态值I ，它是指短路瞬时，短路电流周期分量，它是指短路瞬时，短路电流周期分量电流为最大幅值时所对应的有效值。此值通常用来作继电保电流为最大幅值时所对应的有效值。此值通常用来作继电保护的整定近似和校验断路器的额定断流量。护的整定近似和校验断路器的额定断流量。 短路电流冲击值短路电流冲击值ish，它是指在发生最大短路条件下，短路后，它是指在发生最大

19、短路条件下，短路后0.01s时，短路电流所出现的最大瞬时值。此值通常用来校时，短路电流所出现的最大瞬时值。此值通常用来校验电气设备的动稳定性。验电气设备的动稳定性。 短路电流冲击有效值短路电流冲击有效值Ish，是指发生短路后的第一个周期内，是指发生短路后的第一个周期内，全短路电流的有效值。此值通常用来校验电气设备的动稳定全短路电流的有效值。此值通常用来校验电气设备的动稳定性。性。 短路电流稳态值短路电流稳态值I，它是指短路进入稳定状态后，短路电流，它是指短路进入稳定状态后，短路电流的稳态有效值。的稳态有效值。对于无限大容量电源系统的三相短路，对于无限大容量电源系统的三相短路，I=I= Iz=I

20、k。此值通常用来校验电器和线路中载流部分的热。此值通常用来校验电器和线路中载流部分的热稳定性。稳定性。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X 短路的类型短路的类型 注意对称注意对称/不对称；中性点运行方式不对称；中性点运行方式 无限大容量电源系统无限大容量电源系统 暂态过程分析暂态过程分析 周期分量与非周期分量的叠加周期分量与非周期分量的叠加 周期分量由电源维持恒定，非周期分量衰减周期分量由电源维持恒定，非周期分量衰减 稳态稳态-暂态暂态-稳态稳态 最大值最大值 第一个峰值第一个峰值 条件：条件： 最大，最小运行方式最大，最小运行方式 线路平均电压线路平均电压 I ish Ish Sk9

21、0k00mI中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X第三节第三节 无限大容量电源条件下无限大容量电源条件下短路电流的计算方法短路电流的计算方法中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X 对于无限大容量电源系统的三相短路，对于无限大容量电源系统的三相短路，I=I= Iz=Ik。 为了简化计算，电压通常采用各级线路始末两端的平均电压为了简化计算，电压通常采用各级线路始末两端的平均电压Uav（线电压）（线电压）。标准电压等级的平均电压值标准电压等级的平均电压值(kV)标准电压0.1270.220.380.663平均电压0.1330.230.40.693.15标准电压61035110220平均电

22、压6.310.537115231中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X系统运行方式系统运行方式 “运行方式运行方式”是指由于电力系统各开关状态不同，造成短路是指由于电力系统各开关状态不同，造成短路回路阻抗的变化，分为回路阻抗的变化，分为最大运行方式最大运行方式和和最小运行方式最小运行方式两种。两种。 前者用以计算可能出现的最大短路电流，作为选择电气设备前者用以计算可能出现的最大短路电流，作为选择电气设备的依据；后者用以计算可能出现的最小短路电流，作为校验的依据；后者用以计算可能出现的最小短路电流，作为校验继电保护装置动作性能的依据。继电保护装置动作性能的依据。 最大运行方式实际是将供电系

23、统中的双回路电力线路和并联最大运行方式实际是将供电系统中的双回路电力线路和并联的变压器均按并列运行处理，从而得到由短路点至系统电源的变压器均按并列运行处理，从而得到由短路点至系统电源的总阻抗最小，短路电流最大。的总阻抗最小，短路电流最大。 同理，最小运行方式按实际可能的单列系统供电，阻抗最大，同理，最小运行方式按实际可能的单列系统供电，阻抗最大，短路电流最小。短路电流最小。 主要在继电保护中用到。主要在继电保护中用到。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X 通过对短路电流暂态过程的分析可知，在无限大容量电通过对短路电流暂态过程的分析可知，在无限大容量电源供电系统中发生三相短路时，短路电流

24、的周期分量是源供电系统中发生三相短路时，短路电流的周期分量是不变的，因此它的有效值也是不变的。不变的，因此它的有效值也是不变的。 如下图如下图: (三相对称化归一相计算三相对称化归一相计算)1、求短路电流的基本原理、求短路电流的基本原理中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术Xp在在K点发生三相短路时，如短路回路的阻抗点发生三相短路时，如短路回路的阻抗R，X以以 表示，则三相短路电流的有效值表示，则三相短路电流的有效值为为 式中：式中： pUav短路点所在线路的平均电压，短路点所在线路的平均电压，VpR，X短路回路的总电阻和总电抗，短路回路的总电阻和总电抗， 。p均已均已折算到短路点所在处的

25、电压等级。折算到短路点所在处的电压等级。 也也即如果短路回路中有变压器，就必须进行折即如果短路回路中有变压器，就必须进行折算算。22)3(3/XRUIavk中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X 在工程设计中，高压供电系统的在工程设计中，高压供电系统的RX 为简化计算，若为简化计算，若RX/3，可忽略，可忽略R，用，用X代代替替Z 同理在低压供电系统中同理在低压供电系统中XR，若，若XR/3时才计算时才计算X的影响。的影响。当当XR/3时，用时，用R代替代替Z，误差，误差5.4%，工程上允许。，工程上允许。p低压系统元件的电阻多以毫欧计，因此低压系统元件的电阻多以毫欧计，因此用有名值法用

26、有名值法比比较方便。较方便。p因低压系统的非周期分量衰减快，因低压系统的非周期分量衰减快，ksh值在值在11.3范围范围。 ksh值可通过求出值可通过求出XR比值后在图比值后在图3-8中的曲线查出，也中的曲线查出，也可按下式直接计算：可按下式直接计算： 一般可取为一般可取为1.3。p考虑电弧电阻考虑电弧电阻0.01eaRsh1RXke 中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X图图38 冲击系数冲击系数ksh与与XR比值的关系曲线比值的关系曲线中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X三相短路电流的计算三相短路电流的计算 (3)223 ()avzUIRX400avUV电源至短路点的总阻抗包

27、括变压器高压侧系统、电源至短路点的总阻抗包括变压器高压侧系统、变压器、低压母线及配电线路等元件的阻抗及开变压器、低压母线及配电线路等元件的阻抗及开关电器、导线等的接触电阻和电弧电阻。关电器、导线等的接触电阻和电弧电阻。 第六节第六节 感应电动机对短路电流感应电动机对短路电流的影响的影响中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X电动机对三相短路电流的影响电动机对三相短路电流的影响p供配电系统发生三相短路时，从电源点到短供配电系统发生三相短路时，从电源点到短路点的系统电压下降，严重时短路点电压可路点的系统电压下降，严重时短路点电压可将为零。将为零。p接在短路点附近运行的电动机的反电势可能接在短路

28、点附近运行的电动机的反电势可能大于电动机所在处的系统残压，此时电动机大于电动机所在处的系统残压，此时电动机工作在发电状态，向短路点馈送短路电流。工作在发电状态，向短路点馈送短路电流。p同时电动机迅速受到制动，它所提供的短路同时电动机迅速受到制动，它所提供的短路电流很快衰减，一般只考虑对冲击短路电流电流很快衰减，一般只考虑对冲击短路电流的影响。的影响。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X 电动机对冲击短路电流的影响示意图电动机对冲击短路电流的影响示意图中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X*ME 电动机提供电动机提供的冲击短路电流为的冲击短路电流为 式中：式中：电动机额定电流标么值

29、：电动机的次暂态电抗标么值：电动机的次暂态电势击系数：电动机的短路电流冲MNMMMshMNMMMshMshIXEkIXEki.*.*.2电机种类同步异步调相机综合负载1.10.91.20.80.20.20.160.35*MX高压电动机：高压电动机：1.4-1.6;高压电动机：高压电动机：1;中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X 考虑电动机的影响后，冲击短路电流为考虑电动机的影响后，冲击短路电流为 一般只在电动机附近三相短路时，感应电动机单机总一般只在电动机附近三相短路时，感应电动机单机总容量大于容量大于100kW，或电动机群总容量大于，或电动机群总容量大于100kW，考，考虑电动机的影

30、响。虑电动机的影响。Mshshshiii.第七节第七节 供电系统中电气设备的供电系统中电气设备的选择及校验选择及校验中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X 强大的短路电流通过电气设备和导体，将产生强大的短路电流通过电气设备和导体，将产生: :p电动力效应，可能使电气设备和导体受到破坏或产生永电动力效应，可能使电气设备和导体受到破坏或产生永久性变形久性变形; ;p热效应，可能使其绝缘强度降低，加速绝缘老化甚至损热效应，可能使其绝缘强度降低，加速绝缘老化甚至损坏。坏。p为了正确选择电气设备和导体，保证在短路情况下也不为了正确选择电气设备和导体，保证在短路情况下也不损坏，必须校验其动稳定和热稳

31、定。损坏，必须校验其动稳定和热稳定。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X一、短路电流的力效应和热效应一、短路电流的力效应和热效应在空气中平行放置的两根长度为在空气中平行放置的两根长度为l、间距为间距为a的导体中的导体中分别通有电流分别通有电流 i1和和i2，则其相互间的作用力则其相互间的作用力F(单位单位 N）可用下面公式来计算：可用下面公式来计算： ： 1 1、短路电流的力效应、短路电流的力效应 721102alikiFk：与载流体的形状和相对位置有关的：与载流体的形状和相对位置有关的形状系数形状系数。当导体长度远远大于当导体长度远远大于导体间距时，可以忽略导体形状的影响，即导体间距

32、时，可以忽略导体形状的影响，即k 1 。所以仅对母线需所以仅对母线需要确定其形状系数。要确定其形状系数。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X图图3-14 矩形母线的形状系数曲线矩形母线的形状系数曲线 中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术Xu供配电系统中最常见的是三相导体平行布置在同一平面里供配电系统中最常见的是三相导体平行布置在同一平面里的情况。的情况。 如图所示当三相导体中通以幅值的三相对称正弦电流时，如图所示当三相导体中通以幅值的三相对称正弦电流时，可以证明中间相受力最大，大小为：可以证明中间相受力最大，大小为：2727321021.73210 ,lFkialkiNa中国矿业

33、大学信电学院电气工程研究所供电技术Xu 考虑考虑最严重的情形最严重的情形，即在三相短路情况下，导，即在三相短路情况下，导体中流过冲击电流时，所承受的最大电动力为：体中流过冲击电流时，所承受的最大电动力为： u上式就是选择校验电气设备和母线在短路电流作上式就是选择校验电气设备和母线在短路电流作用下所受冲击力效应的计算依据。用下所受冲击力效应的计算依据。NalikFsh,10)(732. 172)3()3(中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术Xp对于成套电气设备，因其长度、导线间的中心距、形状对于成套电气设备，因其长度、导线间的中心距、形状系数均为定值，故此力只与电流大小有关。系数均为定值，

34、故此力只与电流大小有关。p因此成套电气设备动稳定的校验常用因此成套电气设备动稳定的校验常用设备极限通过电流设备极限通过电流表示。当成套设备允许表示。当成套设备允许极限通过电流峰值极限通过电流峰值大于大于短路电流短路电流冲击值冲击值时，或成套设备允许时，或成套设备允许极限通过电流有效值极限通过电流有效值大于大于短短路冲击电流有效值路冲击电流有效值时，设备的机械强度就能承受冲击电时，设备的机械强度就能承受冲击电流的电动力，即电气设备满足动稳定的要求。流的电动力，即电气设备满足动稳定的要求。NalikFsh,10)(732. 172)3()3(中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X2.短路电流

35、的热效应短路电流的热效应 电流通过电气设备和载流导体时，由于电阻电流通过电气设备和载流导体时，由于电阻损耗、涡流以及磁滞损耗等转变成热能，使损耗、涡流以及磁滞损耗等转变成热能，使电气设备和载流导体的温度升高。电气设备和载流导体的温度升高。 当发热温度超过一定数值时，就会引起导体当发热温度超过一定数值时，就会引起导体机械强度的下降，绝缘材料的绝缘强度下降，机械强度的下降，绝缘材料的绝缘强度下降，导体连接部分的接触情况恶化，从而使电气导体连接部分的接触情况恶化，从而使电气设备的使用年限缩短，甚至损坏电气设备。设备的使用年限缩短，甚至损坏电气设备。 因此，对电气设备和载流导体都有规定的最因此，对电气

36、设备和载流导体都有规定的最高允许温度。高允许温度。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术Xu 因为短路以后继电保护装置很快动作，切除故障，因为短路以后继电保护装置很快动作，切除故障，因此短路持续时间很短，短路电流产生的大量热因此短路持续时间很短，短路电流产生的大量热量来不及散发到周围介质中，可以认为全部热量量来不及散发到周围介质中，可以认为全部热量被导体吸收，用来使导体的温度升高。被导体吸收，用来使导体的温度升高。u 常用的不同金属导体材料均有规定的短时发热最常用的不同金属导体材料均有规定的短时发热最高允许温度。见表高允许温度。见表3 33 3。 u 热稳定校验实质上就是比较短路后导体的热

37、稳定校验实质上就是比较短路后导体的最高发最高发热温度热温度与其与其短时发热的最高允许温度短时发热的最高允许温度，若前者不，若前者不超过后者则该设备热稳定性满足要求，否则不满超过后者则该设备热稳定性满足要求，否则不满足要求。足要求。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X导体种类和材料短路时导体允许最 高 温 度 Nmax / 0c导体长期允许工 作 温 度N / 0c热稳定系数 C 值铝母线及导线、硬铝及铝锰合金硬铜母线及导线200300707087171钢母线（不与电器直接连接）钢母线（与电器直接连接）4103107070706310kV铝心油浸纸绝缘电缆10kV铜心油浸纸绝缘电缆200

38、2206060951656kV铝心油浸纸绝缘电缆及10kV铝心不滴流电缆20065906kV铜心油浸纸绝缘电缆及10kV铜心不滴流电缆220651503kV以下铝心绝缘电缆3kV以下铜心绝缘电缆2002508080铝心交联聚乙烯绝缘电缆铜心交联聚乙烯绝缘电缆200230909080135铝心聚氯乙烯绝缘电缆铜心聚氯乙烯绝缘电缆130130656565100表表3-3 导体或电缆的长期允许工作温度和短路时允许的最高温度导体或电缆的长期允许工作温度和短路时允许的最高温度中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X它表示载流导体的温度对时间的变化曲线。它表示载流导体通过短它表示载流导体的温度对时间的

39、变化曲线。它表示载流导体通过短路电流期间及切断电流后温度变化的情况。路电流期间及切断电流后温度变化的情况。0：导体周围介质温度；：导体周围介质温度； N：导体额定温度；：导体额定温度； k：导体最高温度；：导体最高温度； N：额定温升；：额定温升； k：短路：短路温升；温升；t0时刻发生短路，时刻发生短路，t1时刻短路被切除；时刻短路被切除；图图3-16 短路后导体温度对时间的变化曲线短路后导体温度对时间的变化曲线 中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术XRdtIQtt102ktk24. 022kjjzjfikzkfi0.240.24QI RtI R ttQQp 要求要求k，必先求，必先求

40、k。这便要求找出短路电流作用下发出的热量与。这便要求找出短路电流作用下发出的热量与导体温升之间的关系。导体温升之间的关系。p 短路作用时间为短路作用时间为t1 t0；则在此时间段产生的热量：；则在此时间段产生的热量：Ikt：短路全电流；：短路全电流；R：导体电阻：导体电阻p 由于由于Ikt在短路过程中并不是常数，其变化较复杂。工程上以短路在短路过程中并不是常数，其变化较复杂。工程上以短路稳态分量的有效值稳态分量的有效值I代替代替Ikt。将上式改为：。将上式改为：tj：短路电流作用的假想时间；：短路电流作用的假想时间；tjz：短路电流周期分量作用的时间；：短路电流周期分量作用的时间；tjfi：短

41、路：短路电流非周期分量作用的时间；电流非周期分量作用的时间；中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术XQFbjzttttiTteIifzfi2fi22z2fikfi)1 (24. 0)(24. 0fi10TeRIRdtiQTtttp 对于无限大容量电源系统，其短路电流周期分量保持不变，即对于无限大容量电源系统，其短路电流周期分量保持不变，即 I Iz，因此周期分量的假想时间，因此周期分量的假想时间tjz与短路电流的持续时间与短路电流的持续时间t相同，相同，也就是保护装置的动作时间也就是保护装置的动作时间tb和断路器切断电路的实际动作时间和断路器切断电路的实际动作时间(固有分闸时间固有分闸时间

42、)tQF之和。之和。tb:随保护种类不同而不同。随保护种类不同而不同。tQF:慢速动作取慢速动作取0.2s；其他取；其他取0.15s。p 对于非周期分量的假想时间对于非周期分量的假想时间tjfi可按下各式计算：可按下各式计算：中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术Xfi22z2fikfi)1 (24. 0)(24. 0fi10TeRIRdtiQTtttfi20tTet0.1s, 且且Tfi=0.05s时时 ，上式变为：，上式变为： jfi2kfi24. 0RtIQ故：故：tjfi=0.05s 2kfi0.240.05zQI R而由前式可知：而由前式可知：在无限大容量电源供电系统中，当在无限

43、大容量电源供电系统中，当tjz1s时，由于非周期分量衰减很快，产生的热量有限，相对时，由于非周期分量衰减很快，产生的热量有限，相对而言可忽略。而言可忽略。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术XkNj224. 0cdAllAtINk2j2MMAtIp 上述分析过程中，假设了短路过程是一个绝热过程，上述分析过程中，假设了短路过程是一个绝热过程，即短路电流作用产生的热量全部转化成了导体的温即短路电流作用产生的热量全部转化成了导体的温升。则可得短路过程的热平衡方程如下：升。则可得短路过程的热平衡方程如下：A：导体截面积：导体截面积l：导体长度；：导体长度；：导体材料电阻率；：导体材料电阻率；：导

44、体材料密度；：导体材料密度；c：导体的比热容；：导体的比热容；p 将上式整理可得：将上式整理可得：020020ln 10.24ln 10.24kkkNNNcMcM0000001:0:1:0:ooCcccCc 时的电阻率；的温度系数；导体时的比热容；的温度系数； 在导体材料确定后，在导体材料确定后，M值值仅为温度的函数；仅为温度的函数； Mk、MN值可查曲线。值可查曲线。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X图图3-17 M=f()关系曲线关系曲线 中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X图3-18 由N查k的步骤说明 利用图利用图3-17曲线求曲线求k的步骤的步骤 1)从纵坐标上找出

45、导体在正常负从纵坐标上找出导体在正常负荷电流时的温度荷电流时的温度N值。值。N)(fM 2)2)由由向右查得对应于该导体材料向右查得对应于该导体材料曲线上的曲线上的a点，进而求出点，进而求出3)根据式根据式 可求出可求出Nk2j2MMAtIj2Nk)(tAIMMkM)(fM 4)4)由计算出的由计算出的值查出对应值查出对应曲线上的曲线上的b点，进而求出纵坐标上的点，进而求出纵坐标上的k值。值。横坐标上的横坐标上的MN值。值。若若Nmaxk，导体及电气设备满足热稳定要求。，导体及电气设备满足热稳定要求。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术Xp工程设计中工程设计中，为了简化计算，对于，为了简

46、化计算，对于载流导体载流导体常采用在满足常采用在满足短路时发热的最高允许温度下所需导体的最小截面积短路时发热的最高允许温度下所需导体的最小截面积Amin来来校验导体的热稳定性。校验导体的热稳定性。min:jjkNIIAttCMMC与导体材料有关的热稳定系数。p对于对于电器设备电器设备，出厂前都要进行热稳定校验，从而确定了，出厂前都要进行热稳定校验，从而确定了设备在设备在t时间内允许通过时间内允许通过热稳定电流热稳定电流It的数值的数值，根据短路电，根据短路电流热效应的等效法，即：流热效应的等效法，即：ttIItItIjtjt22 It为设备在为设备在t内能承受的热稳定电流，内能承受的热稳定电流

47、，可查产品样本。可查产品样本。 t为为设备出厂时热稳定时间。设备出厂时热稳定时间。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X 电气设备选择的一般原则电气设备选择的一般原则按正常工作条件下选择额定电流、额定按正常工作条件下选择额定电流、额定电压及型号等，电压及型号等，按短路情况下校验热稳定和动稳定。按短路情况下校验热稳定和动稳定。二、供电系统中电气设备的选择二、供电系统中电气设备的选择及校验及校验中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X（一）按正常工作条件选择电气设备（一）按正常工作条件选择电气设备 （1 1）环境）环境: :选择电气设备时还应考虑设备的安装地点、环境及选择电气设备时还应考

48、虑设备的安装地点、环境及工作条件，合理地选择设备的类型，如户内户外、海拔高度、工作条件，合理地选择设备的类型，如户内户外、海拔高度、环境温度及防尘、防腐、防爆等。环境温度及防尘、防腐、防爆等。（2 2）电压）电压: :电气设备的额定电压电气设备的额定电压不得低于电气设备的额定电压电气设备的额定电压不得低于所接电网的最高运行电压。所接电网的最高运行电压。（3 3）电流）电流: :电气设备的额定电流不小于该回路的最大持续工作电气设备的额定电流不小于该回路的最大持续工作电流或计算电流。电流或计算电流。二、供电系统中电气设备的选择二、供电系统中电气设备的选择及校验及校验N etr maxIIN1N e

49、tN.maxN0rcIIII或目前我国普通电器产品的额定电流所规定的环境温度为目前我国普通电器产品的额定电流所规定的环境温度为40oC，应根据电气设备或载流导体所处的周围环境温度，应根据电气设备或载流导体所处的周围环境温度进行修正：进行修正：N etcII中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X二、供电系统中电气设备的选择二、供电系统中电气设备的选择及校验及校验（二）按短路情况进行校验（二）按短路情况进行校验1 1短路动稳定校验短路动稳定校验当短路电流通过电气设备时，短路电流产生的电动力应不超当短路电流通过电气设备时，短路电流产生的电动力应不超过设备的允许应力，即满足动稳定的条件：过设备的

50、允许应力，即满足动稳定的条件：某些设备某些设备(如电流互感器如电流互感器)由制造厂家提供动稳定倍数由制造厂家提供动稳定倍数kd，选，选择设备时要求：择设备时要求：(3)(3)etshetshiiii：设备出厂时的最大动稳定试验电流幅值；：设备安装处的短路电流冲击值(3)11TA2shdN TAN TAikII；：一次侧额定电流。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X2 2短路热稳定校验短路热稳定校验前边已经讲过！前边已经讲过！对电流互感器要满足如下的热稳定关系：对电流互感器要满足如下的热稳定关系： 2211()TAtN TAjtN TAk ItI tkIt：产品目录中给定的热稳定倍数；：

51、一次侧额定电流；：产品目录中给定的热稳定时间；二、供电系统中电气设备的选择二、供电系统中电气设备的选择及校验及校验中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X（三）电气设备的选择与校验（三）电气设备的选择与校验 供配电系统中的各种电气设备由于工作原供配电系统中的各种电气设备由于工作原理和特性不同，选择及校验的项目也有所理和特性不同，选择及校验的项目也有所不同。不同。 具体参考表具体参考表34。二、供电系统中电气设备的选择二、供电系统中电气设备的选择及校验及校验中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X（三）电气设备的选择与校验（三）电气设备的选择与校验1. 1. 断路器断路器 高压断路器运行

52、时应可以开断短路电流，所以断路器的额高压断路器运行时应可以开断短路电流，所以断路器的额定开断电流应不小于短路电流周期分量的有效值。定开断电流应不小于短路电流周期分量的有效值。 当使用电压低于额定电压时当使用电压低于额定电压时 校验时校验时)3(kQFkNIIQFkNQFNQFkNIUS3QFNNQFkNQFkUUSS)3(kQFkNSS中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X(三三)电气设备的选择与校验电气设备的选择与校验1.断路器断路器 在选择高压断路器时，除了考虑其额定电压、额定电流在选择高压断路器时，除了考虑其额定电压、额定电流及动稳定和热稳定等因素外，还应校验其断流容量。及动稳定和

53、热稳定等因素外，还应校验其断流容量。 （1）按工作环境选型）按工作环境选型 N QFUN QFI（2）按正常工作条件选择断路器的额定电压）按正常工作条件选择断路器的额定电压及额定电流及额定电流N QFUNUN QFIfz maxI （3）按短路电流校验动、热稳定性）按短路电流校验动、热稳定性max QFishi动稳定性校验动稳定性校验 若要断路器在通过最大短路电流时，不致损若要断路器在通过最大短路电流时，不致损坏，就必须要求断路器的最大动稳定试验电流峰值坏，就必须要求断路器的最大动稳定试验电流峰值不小于断路器安装处的短路电流冲击值不小于断路器安装处的短路电流冲击值 max QFishi 中国矿

54、业大学信电学院电气工程研究所供电技术X 热稳定性校验热稳定性校验 当断路器在通过最大短路电流时，为使当断路器在通过最大短路电流时，为使断路器的最高温升不超过最高允许温度，应满足：断路器的最高温升不超过最高允许温度，应满足： 22t QFjItI t （4）断流容量的校验断流容量的校验 断路器能可靠切除短路故障的断路器能可靠切除短路故障的关键参数是它的关键参数是它的额定断流容量额定断流容量。因此，断路器的额定断。因此，断路器的额定断流容量应大于安装处的最大三相短路容量，才能保证断流容量应大于安装处的最大三相短路容量，才能保证断路器在分断故障电流时不至于损坏路器在分断故障电流时不至于损坏 (3)N

55、 k QFk maxN k QF(3)k maxk QFN k QF.NN QFSSSSUSSU ：断路器额定断流容量；：断路器安装处的最大三相短路容量；若断路器安装在较其额定电压低的电网中，其断流容量相应降低：中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X2.高压隔离开关的选择高压隔离开关的选择按照一般条件选择按照一般条件选择按照短路进行动稳定和热稳定的校验。按照短路进行动稳定和热稳定的校验。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X3.3.电流互感器电流互感器 在高压电网中，计量仪表的电流线圈在高压电网中，计量仪表的电流线圈(如电流表、功率表如电流表、功率表等等)和继电保护装置中继电器的电

56、流线圈都是通过电流互感和继电保护装置中继电器的电流线圈都是通过电流互感器供电的。这样可以隔离高压电，有利于运行人员的安全，器供电的。这样可以隔离高压电，有利于运行人员的安全，同时还可以使仪表及继电器等制造标准化。同时还可以使仪表及继电器等制造标准化。 电流互感器应根据二次设备对互感器的精度等级要求以电流互感器应根据二次设备对互感器的精度等级要求以及安装地点的电网额定电压与长期通过的最大负荷电流来及安装地点的电网额定电压与长期通过的最大负荷电流来选，并按短路条件校验其动、热稳定性。选，并按短路条件校验其动、热稳定性。 中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X1）电流互感器的额定电压应大于或等

57、于安装地点的电网额）电流互感器的额定电压应大于或等于安装地点的电网额定电压。定电压。2）电流互感器一次侧的额定电流应大于或等于线路最大工）电流互感器一次侧的额定电流应大于或等于线路最大工作电流的作电流的1.21.5倍。倍。3）电流互感器的测量精度与它的二次侧所接的负荷）电流互感器的测量精度与它的二次侧所接的负荷大小有关，即与它接入的阻抗大小有关，即与它接入的阻抗Z2大小有关。大小有关。 4）电流互感器的动、热稳定性校验可按式（）电流互感器的动、热稳定性校验可按式（3-85）、式）、式(3-86）进行。）进行。5）校验短路冲击电流通过它一次绕组时在出线瓷帽处）校验短路冲击电流通过它一次绕组时在出

58、线瓷帽处出现的应力出现的应力F是否低于绝缘瓷帽上给定的最大允许应力是否低于绝缘瓷帽上给定的最大允许应力Fal(产品说明书上给出产品说明书上给出)(3)27alsh0.5 1.732()10lFFia0.5是考虑互感器所受的外部冲击力在其绝缘是考虑互感器所受的外部冲击力在其绝缘磁帽与间距为磁帽与间距为l的绝缘子之间的分布系数。的绝缘子之间的分布系数。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X4.电压互感器的选择电压互感器的选择电压互感器中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术X电压互感器二次侧不能短路运行。为了保护电压互感器，电压互感器二次侧不能短路运行。为了保护电压互感器，在高、低压两侧均

59、装设熔断器来切除内部故障。在高、低压两侧均装设熔断器来切除内部故障。电压互感器的选择项目如下：电压互感器的选择项目如下：1)其额定电压要与供电电网的额定电压相同。其额定电压要与供电电网的额定电压相同。2)合适的类型：户内型、户外型。合适的类型：户内型、户外型。3)应根据电压互感器的测量精度要求来确定二次侧允应根据电压互感器的测量精度要求来确定二次侧允许接入的负荷。即许接入的负荷。即22N TV2iiii1ii(cos)(sin)cosniSSSSS、：二次侧所连接仪表并联线圈所消耗的功率及功率因数，可查手册。中国矿业大学信电学院电气工程研究所供电技术Xp电压互感器的测量误差随二次侧负荷不同而改变。同电压互感器的测量误差随二次侧负荷不同而改变。同一互感器在不同的准确度等级下工作时，有不同的容一互感器在不同的准确度等级下工作时，有不同的容量。量。p一般互感器的额定容量通常只有几十几百伏安！所一般互感器的额定容量通常只有几十几百伏安！所谓互感器的额定容量，是指对应于最高准确度等级时谓互感器的额定容量，是指对应于最高准确度