工厂供电__短路电流计算课件

1、第三章 短路电流计算一、短路及其原因、后果 1. 概 述 定义： 短路(short circuit):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，产生超出规定值的大电流的情况。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之间的低阻抗短接而构成通路，即所谓电力系统发生了短路故障。 1）电气绝缘损坏 2）误操作 3）自然灾害（雷电、大风、雨雪、地震、鸟兽害等） 一、短路及其原因、后果 1. 概 述 原因：一、短路及其原因、后果 1. 概 述 后果： （1） 短路的电动效应和热效应 （2） 电压骤降 （3

2、） 造成停电事故 （4） 影响系统稳定 （5） 产生电磁干扰二、短路的类型 1. 概 述 1）三相短路：供配电系统三相导体间的短接；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接；二、短路的类型 1. 概 述 3）单相接地短路：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。二、短路的类型 1. 概 述 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。三、计算短路电流的目的1. 概 述 （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

3、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。2. 无限大容量电源系统供电时短路过程的分析 一、无限大容量电源供电系统的概念 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。无限大容量电源，就是内阻抗为零的电源。当电源内阻抗为零时，不管输出的电流如何变动，电源内部不产生压降，电源母线上的输出电压维持不变，相当于一个理想的电压源。 目的：简化短路计算特征：Ss=； Zs=0

4、； Us=const无限大容量只是一个相对概念。指电源系统的容量相对于用户容量来说大得多（具有合理性），在发生三相短路时电源系统的内阻抗远远小于短路回路的总阻抗，以致无论用户负荷如何变化甚至发生短路，系统的母线电压都能基本维持不变（误差在允许范围）。2. 无限大容量电源系统供电时短路过程的分析 一、无限大容量电源供电系统的概念 目的：简化短路计算特征：Ss=； Zs=0； Us=const 在工程计算中，当电源系统的阻抗不大于短路回路总阻抗的5%10%，或者电源系统的容量超过用户容量的50倍时，可将其视为无穷大电源系统。2. 无限大容量电源系统供电时短路过程的分析 二、短路过程的简单分析 短路

5、发生后，系统就由工作状态经过一个暂态过程，然后进入短路后的稳定状态。电力系统的短路故障往往是突然发生的。 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。二、短路过程的简单分析 右边：变成无源短路回路零输入响应，电流将从短路瞬间的值不断衰减，直至所有磁场能量变为电阻中消耗的热能，即电流衰减为零。（不予深入讨论）左边：与电源相连的短路回路分析全响应；短路后，每相阻抗变小，其稳态电流值必将增大；但由于

6、存在电感，故电流不能突变，将出现非周期分量电流，非周期分量电流不断衰减，电流最终达到稳态值。短路暂态过程的分析和计算就是针对这一回路的。无限大容量系统，在f点发生三相短路时，电路被分成两个独立的回路。左边回路仍与电源相连接，右边回路则没有电源。二、短路过程的简单分析 正常运行：等效成单相电路分析电源相电压：运行电流：电流幅值：阻抗角 正常运行： 三相短路分析： 定性分析故障点右侧，没有电源，电流衰减到零；故障点左侧有电源，阻抗突变Z,I；I不突变，将出现一个非周期分量电流来维持其原有电流，这个非周期分量电流的初始值就是短路瞬间回路中的负载电流和短路后回路应达到的电流之差；故障电流将不断衰减（暂

7、态过渡过程），最终达到稳定值。 三相短路分析： 定量分析一阶常系数、线性非齐次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。根据该微分方程如何求取短路的全电流？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。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 短路电流周期分量幅值； 短路回路阻抗角； 短路回路衰减时间常数； 积分常数，短路电流非周期分量初始值 定量分析积分常数C由初始条件决定，根据楞次定律，通过电感的电流是不能突变的，即短路前后瞬

8、间的电流值必须相等，即： 三相短路分析： 定量分析非周期分量初始值短路全电流周期分量强制分量：由无穷大系统的电源电压和回路阻抗决定，周期分量电流幅值不变；其中周期分量与电源具有相同的变化规律，依然是正弦信号，且频率与电源相同；非周期分量自由分量：按指数衰减，与电源无关。 三相短路分析： 定量分析短路全电流周期分量强制分量：由无穷大系统的电源电压和回路阻抗决定，周期分量电流幅值不变；其中周期分量与电源具有相同的变化规律，依然是正弦信号，且频率与电源相同；非周期分量自由分量：按指数衰减，与电源无关。无限大容量系统三相短路时短路电流的变化曲线检验学习结果什么是无限大容量电源供电系统？短路全电流包含哪

9、些分量？何种条件下，短路全电流达到最大？无限大容量电源供电系统发生三相短路时，电流如何变化？如何求解高低压系统的短路冲击电流和短路冲击电流的有效值？i, u 无限大容量系统发生三相短路时的电压、电流曲线如下图：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，必须具备以下的条件： 产生最大短路电流的条件：短路前为空载，即 ，此时 。设线路的感抗 比电阻 大得多，即短路阻抗角 。短路发生在某相电压瞬时值过零值时，即当 时，初相角 。由于三相短路中各相电压的相位差为120度，发生三相短路时，各相短路电流的非周期分量和周期分量的初始值并不相等，因此并不是每相都会出现最大短路电流，最大短路电

10、流只会在一相出现。 最大短路电流：代入全电流公式2. 无限大容量电源系统供电时短路过程的分析 三、三相短路的有关物理量短路冲击电流（short-circuit shock current），为短路全电流中的最大瞬时值。 短路电流是稳态分量和暂态分量之和。稳态分量从0开始按正弦规律变化，暂态分量从最大值起，按指数规律衰减。它们叠加在一起就有一个最大值，称为短路冲击电流。 由全电流曲线可以看出，短路冲击电流出现在故障后约半个周期（当f=50Hz，这个时间约为短路发生后0.01s出现）。 短路冲击电流 ： 短路冲击电流 ：短路冲击电流（short-circuit shock current），为短路

11、全电流中的最大瞬时值。 三、三相短路的有关物理量 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。高压供电系统：低压供电系统：意味着不产生非周期分量意味着非周期分量不衰减校验设备动稳定 短路全电流有效值 ：三、三相短路的有关物理量在短路暂态过程中，任一时刻t的短路电流有效值，是以时间t为中点的一个周期内的周期分量 的有效值 和非周期分量 在t时刻瞬时值 的均方根值。 短路冲击电流有效值 ：t=0.01s时短路全电流达到最大，此时的电流有效值成为短路冲击电流有效值。三、三相短路的有关物理量 短路冲击电流有效值 ：t=0.01s时短路全电流达到最大，此时的电

12、流有效值成为短路冲击电流有效值。三、三相短路的有关物理量高压供电系统：低压供电系统： 稳态短路电流有效值 ：三、三相短路的有关物理量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。t=时，非周期分量早已衰减完毕，短路全电流就只有短路电流的周期分量，称为稳态短路电流。三、有关短路的物理量 短路电流周期分量：短路电流非周期分量： 短路全电流： 短路冲击电流： 短路稳态电流： 短路冲击电流有效值： 3. 无限大容量电源条件下短路电流的计算方法 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。 如何计算稳态短路电流（短路电流周期分量）？有名值法（欧姆法

13、）标幺值法有名值法（欧姆法）稳态短路电流的计算方法无限大容量电源内部阻抗很小（0）母线电压近似不变 有名值计算式：短路点的短路计算电压（平均额定电压），取比线路额定电压高5%。0.220.383610351102203305000.230.43.156.310.537115230345525短路计算中，电气设备各元件的阻抗及其它电气参数用有名单位（欧姆、伏、安）来计算。 有名值法（欧姆法）稳态短路电流的计算方法 阻抗取值电源至短路点之间的总电阻和总电抗（已归算至短路点所在段的平均额定电压等级下）。允许简化。高压供电系统中，总是 ，因此一般只计电抗，不计电阻。此时误差在允许范围内。 高压系统中，

14、稳态短路电流计算近似式：* 电路中含有变压器时，各元件的阻抗都要统一换算到短路点的短路计算电压上去。需考虑变压器变比和参数的归算问题，不方便。稳态短路电流的计算方法 高压系统中：关键在于求出 的值 求解有两种方法： （1） 有名值法 （2） 标幺值法标幺值法有名值法通常用于低压系统，标幺值法用于高压系统中。在高压网络中计算短路电流时采用标幺值最方便，无需考虑变压器变比和电气设备参数的归算问题。3. 无限大容量电源条件下短路电流的计算方法 一、标幺值法1、某物理量的标幺值定义基于基准值的标幺值会遇到哪些物理量？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。基准容量、基准电压、基准电

15、流、基准阻抗3. 无限大容量电源条件下短路电流的计算方法 一、标幺值法2、基准值的选取 电压基准值：短路点所在段的网络平均电压 容量基准值：采用10的次方。实际应用：原则：可任意选择通常选定 、基准容量、基准电压、基准电流、基准阻抗在实用短路电流计算中可以近似认为电气设备（除电抗器外）的额定电压与所在电压等级的平均额定电压相等。3. 无限大容量电源条件下短路电流的计算方法 二、供电系统中各元件电抗标幺值的计算在高压供电系统中，影响短路电流的主要电器元件有发电机或电力系统、变压器、电抗器以及线路。在计算这些元件的阻抗时，为了简化起见，通常做一些不影响计算精度的假设：首先将磁路的饱和及磁滞等忽略不

16、计，各种线性化处理可认为各元件的阻抗是恒定的，便于运用叠加原则；其次认为短路均为金属性短接，这种理想化处理，可不考虑短路点可能存在的过渡电阻影响；第三，在高压供电系统中，由于电阻往往较电抗小得多，常常可以忽略电阻的影响。3. 无限大容量电源条件下短路电流的计算方法 二、供电系统中各元件电抗标幺值的计算1、输电线路电力线路阻抗有名值：给定参数：电力线路长度、单位长度电阻和电抗二、供电系统中各元件电抗标幺值的计算1、输电线路图3-5 多级电压的供电系统示意图 若线路电抗与短路点在同一电压等级下 多级电压系统中多级电压系统中，上式是否成立呢？ 若短路发生在第四区段4WL内，选择基准容量为 ，各级基准

17、电压分别为 。 换算到短路点电压等级的等效电抗 换算到短路点电压等级的等效电抗标幺值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，和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电压等级基准电压计算的阻抗标幺值相同结论：不论短路发生在哪一电压等级区段，各段元件参数的标幺值只需用元件所在级的平均电压作为基准电压来计算，而无需再进行电压折算。选取了短路段的平均电压为基准电压后，各元件电抗的标幺值就只与元件所在段的平均电压有关，与短路点发生在哪一段无关。二、供电系统中各元件电抗标幺值的计算2、变压器变压器阻抗有名值：电阻很小，可以忽略不计给定参数：额定容量和短路电压百分数换算

18、到变压器一次侧的等值阻抗变压器通过额定电流时在阻抗上产生的电压降的百分数。给定参数：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： 注意：安装电抗器的网路电压不一定和电抗器的额定电压相等。二、供电系统中各元件电抗标幺值的计算3、电抗器1）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3）给定参数：电力系统出口处的短路容量若电力部门提供相关参数，则考虑二、供电系统中各元件电抗标幺值的计算3、电源3. 无限大容量电源条件下短路电流的计算方法 三、求电源至短路点的总阻抗 计算出每个元件的电抗后，就可以画出由电源至短路点的等效电路图。图3

19、-6就是图3-5的等效电路图。求总电抗时，可根据元件间的串、并联关系求出总的电抗标幺值 。 图3-6 图3-5所示系统的等效电路图 图3-5 多级电压的供电系统示意图 3. 无限大容量电源条件下短路电流的计算方法 四、短路参数的计算 高压系统中，稳态短路电流计算近似式：取 短路容量3. 无限大容量电源条件下短路电流的计算方法 四、短路参数的计算供电系统的短路电流大小与系统的运行方式有很大的关系。系统的运行方式可分为最大运行方式和最小运行方式。最大运行方式下电源系统中发电机组投运多，双回输电线路及并联变压器均全部运行。此时，整个系统的总的短路阻抗最小，短路电流最大；最小运行方式下由于电源中一部分

20、发电机、变压器及输电线路解列，一些并联变压器为保证处于最佳运行状态也采用分列运行，这样将使总的短路阻抗变大，短路电流也相应地减小。在用户供电系统中，用最小运行方式求 ,供继电保护校验灵敏度用。 实验安排1. 时间：3月29日，周四，上午1-2节2. 地点：实验楼C1073. 内容：变电站电气设备及工厂电气主接线4. 指导老师：田 永 刚5. 要求：所有同学必须准时到实验室，听从老师安排，认真进行实验，并完成实验报告。高压供电系统： 短路冲击电流 ：三相短路的有关物理量 短路冲击电流有效值 ：低压供电系统：学习与归纳有名值法（欧姆法）标幺值法学习与归纳 如何计算稳态短路电流（短路电流周期分量）？

21、 高压系统中：基准值： 电压基准值：短路点所在段的网络平均电压 容量基准值：采用10的次方。标幺值法学习与归纳各元件的电抗标幺值：三相短路容量，用来校验所选断路器的断流能力或断开容量。3. 无限大容量电源条件下短路电流的计算方法 四、短路参数的计算 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。 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； 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； 选取基准容量和基准电压，计算各元

22、件的阻抗标幺值； 等效电路化简，求出短路回路总阻抗的标幺值；0.220.383610351102203305000.230.43.156.310.537115230345525设供电系统图如图3-7a所示，数据均标在图上，试求 处的三相短路电流。 图3-7 例3-1的供电系统图a) 电路图例如1) 选处，取Uj1=6.3kV 则对于处，取Uj2=0.4kV 则2) 计算系统各元件阻抗的标幺值，绘制等效电路图，图上按顺序标出其阻抗值。 解：图3-7 例3-1的供电系统图b）等效电路图 3) 求电源点至短路点的总阻抗。 4) 求短路电流的周期分量，冲击电流及短路容量。处的短路参数：最大运行方式时：

23、 最小运行方式时: 同理点的短路参数为：4. 低压配电网中短路电流的计算一、低压配电网短路电流计算的特点1kV以下 配电变压器一次侧可看作无穷大功率电源供电系统； 低压配电网中电气元件的电阻值较大，电抗值较小，多数情况只考虑电阻。 低压配电网电气元件的电阻多以毫欧计，因此用有名值法比较方便。 低压配电网的非周期分量衰减快， 在11.3范围。 可通过求出XR 比值后查相关曲线获得，也可按下式计算:4. 低压配电网中短路电流的计算二、低压配电网中各主要元件的阻抗计算 电源至短路点的总阻抗(单位均为 ）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；开关电器及导线等接触电阻可忽略不计。

24、 二、低压配电网中各主要元件的阻抗计算1、高压侧系统阻抗工程实用计算中，一般高压侧系统电抗 ，电阻 。 若需精确计算，归算到低压侧的高压系统阻抗可按下式计算： 配电变压器高压侧的短路容量（MVA）通常配电变压器一次侧可作为无穷大功率电源供电系统，高压系统阻抗一般可忽略不计。二、低压配电网中各主要元件的阻抗计算2、配电变压器归算到低压侧的变压器阻抗可按下式计算： 电抗： 电阻： 阻抗： 二、低压配电网中各主要元件的阻抗计算3、长度在10-15m以上的母线 电阻： 水平排列的平放矩形母线，每相母线的电抗：在工程实用计算中，母线的电抗亦可采用以下近似公式计算： 母线截面积在500 mm2以上时 ：

25、母线截面积在500 mm2以下时： 水平放置的母线 a）平放 b）竖放4. 低压配电网中短路电流的计算三、低压配电网的短路计算三相阻抗相同的低压配电系统的短路电流： 图3-9 三相系统中只有A、C两相装设电流互感器 校验低压断路器的最大短路容量时要用没有装设电流互感器那一相（如B相）的短路电流 校验电流互感器的稳定度时，可按AB或BC相间的短路电流值算 5. 不对称短路电流的计算方法 在电力系统中，不对称短路发生的概率要比对称短路的概率大得多，且为了校验保护装置的灵敏度，需要计算不对称短路电流。 如何对不对称性故障进行定性和定量分析？对称分量法 将发生不对称短路处出现的三相不对称电量分解成三组

26、各自对称的正序、负序和零序电量，三组分量各自独立，且满足欧姆定律和基尔霍夫定律。利用其对称性简化不对称运行/故障分析。 出发点：电力系统不对称运行/故障时，采用相分量分析复杂而困难。一、对称分量法 5. 不对称短路电流的计算方法不对称相量对称分量法对称分量正序分量负序分量零序分量 可以是电压量，也可以是电流量，但变量必须是周期分量。负序分量零序分量正序分量引入旋转因子（算子） 零序分量 正序分量 负序分量图310 用对称分量法分析供电系统的不对称短路a）供电系统不对称短路的计算图 b) 正序网络 c) 负序网络 d) 零序网络 二、利用对称分量法分析供电系统中不对称短路5. 不对称短路电流的计

27、算方法三序网络的方程为 二、利用对称分量法分析供电系统中不对称短路 (1) 正序阻抗 正序阻抗即各个元件在三相对称工作时的基波阻抗值，也就是在计算三相对称短路时所采用的阻抗值。(2) 负序阻抗 因交流电路中同一静止元件相与相之间的互感抗与相序无关，故各元件的负序阻抗与正序阻抗相等，即X2=X1，如架空线、电缆、变压器和电抗器等。至于作为负荷的主要成分的感应电动机，其负序电抗可近似地认为等于它的短路电抗对其额定容量的标幺值，此值在0.20.5之间。因此，实际上综合电力负荷在额定情况下负序电抗的标幺值。 （3）零序阻抗 供电系统各类元件各序电抗值如表3-1所示。 表3-1各类元件的平均电抗值（见教

28、材74页）三、供电系统元件的各序阻抗 应用对称分量法进行电力系统的不对称分析，首先必须确定系统中各元件的各序参数。元件流过某序电流时，由该序电流所产生的电压降与该序电流的比值。图3-11 双绕组变压器计算零序电抗时不同接法示意图 从结构来看，如果变压器的零序磁通可以在铁心中形成回路，即磁阻很小，因而励磁电流很小，在此条件下可以认为， 对于YN d联结法的双绕组变压器，显然也可以认为变压器的零序电抗决定于其绕组接法和结构 图3-12 不同接线方式情况下变压器的零序等效电路 由以上公式加上供电系统发生不对称短路时的初始条件，即可求出在供电系统中发生不对称短路时的短路参数。 四、不对称短路的计算方法

29、5. 不对称短路电流的计算方法正序等效定则就是不对称短路下最大一相短路电流用正序短路电流分量来表示的方法。 五、正序等效定则5. 不对称短路电流的计算方法不对称短路时，短路点正序电流的大小与在短路点串联一附加电抗Xa并在其后发生三相短路时的电流大小相等。对各种不对称短路，短路点故障相电流的大小与正序电流大小成正比。 两相短路电流的估算 因此,无限大容量系统短路时，两相短路电流较三相短路电流小。 根据对称分量法，两相短路电流为正序阻抗负序阻抗 单相短路电流的计算 根据对称分量法，单相短路电流为工程计算公式为高压系统的相零电阻变压器的相零电阻线路的相零电阻正序阻抗负序阻抗零序阻抗低压侧单相短路电流

30、的大小与变压器单相短路时的相零阻抗密切相关。6. 感应电动机对短路电流的影响 异步感应电动机是供配电系统中最重要的负荷之一。图3-13 计算感应电动机端点上短路时的短路电流 当电网在靠近电动机处发生三相短路时，短路点的电压突降，接在其附近的电动机的电压也将大大下降。若电动机的反电动势小于电网在该点的残余电压，则电动机仍能从电网取得电能并在低压状态下运转；若电动机的反电动势大于电网在该点的残余电压，则电动机变为发电机运行，向短路点馈送短路电流。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，其值也快速衰减，所以只需考虑对短路电流冲击值的影响。6. 感应电动机对

31、短路电流的影响 图3-13 计算感应电动机端点上短路时的短路电流 电动机向短路点反馈的冲击短路电流可按下式计算：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；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。一般取0.9和0.26. 感应电动机对短路电流的影响 图3-13 计算感应电动机端点上短路时的短路电流 当计及感应电动机的反馈冲击电流，系统短路电流冲击值为在短路电流实用计算中，只有当短路点发生在高压电动机附近，电动机容量超过100kW（单机或总和），并且是三相短路时，才计及电动机对短路电流冲击值的影响。7. 供电系统中电气设备的选择及校验供

32、电系统中发生短路时，由于短路电流远远大于工作电流，短路电流通过电力系统中的电气元件时，会在电气元件中产生两种效应。一、短路电流的力效应和热效应 导体自身的热效应（加速绝缘老化，降低绝缘强度） 导体之间的力效应（导致设备损坏或永久变形）这两种短路效应，对电器和导体的安全运行威胁极大，是校验载流导体及电气设备能否稳定工作的主要依据之一。 需要电气元件具有足够的热稳定和电动稳定性。一、短路电流的力效应和热效应 1短路电流的力效应在空气中平行放置的两根导体中分别通有电流 和 ，导体间距离为a ，则两导体之间由电磁作用产生的电动力的方向由左手定则决定，大小相等，大小为： 两平行导体间的电动力真空和空气的

33、磁导率。 一、短路电流的力效应和热效应 1短路电流的力效应 与在流体的形状和相对位置有关的形状系数。可根据 和 查曲线图确定。对圆形、管型导体、导体间的净空距离大于导体截面周长的矩形截面导体，取1。两平行导体间的电动力 1短路电流的力效应供电系统短路时，短路电流特别是短路冲击电流将使相邻导体之间产生很大的电动力，有可能使电器和载流部分遭受严重破坏。为此，要使电路元件能承受短路时最大电动力的作用，电路元件必须具有足够的电动稳定度(electro-dynamic stability)。 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； 短路时，电动力较大； 短路冲击电流

34、流过瞬间，电动力最大。图3-15 平行敷设的三相载流导体的短路受力分析 一、短路电流的力效应和热效应 1短路电流的力效应三相平行载流导体间的电动力如果三相载流导体水平敷设在同一平面上，且三相短路电流 、 和 流过各相导体，则中间相受力最严重。平行敷设的三相矩形母线在短路时受力最严重的中间相所受电动力为： 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。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。若三相母线水平等距离排列，当三相短路电流 、 和 通过三相母线时，因为短路电流周期分量的瞬时值不会在同一时刻同方向，至少有一相电流方向与其它两相方向相反

35、。经分析可知，当边相电流与其余两相电流方向相反时，中间相受力最大，B相所受电动力为：显然，母线间产生电动力最严重的时刻是通过冲击电流的瞬间。因此，最大电动力发生在中间相（B相）通过最大冲击电流的时刻，即：由于最大的冲击短路电流只可能发生在一相，如B相，则A、C相电流的合成值将比B相冲击电流略小，约为其的 倍。从而，三相母线的最大电动力为：运行实践表明，当导体和电器的温度超过一定范围以后，将会加速绝缘材料的老化。降低绝缘强度，缩短使用寿命，将会恶化导电接触部分的连接状态，以致破坏电器的正常运行。一、短路电流的力效应和热效应 2短路电流的热效应电气设备的发热电气设备在运行时，电流通过导体时由于电阻

36、损耗、磁滞和涡流损耗等转变为热能，一部分散失到周围介质中，一部分加热导体和电气设备使其温度升高。 由正常工作电流引起的发热，称为长期发热。这时导体通过的电流很小，时间长，产生的热量有充分时间散失到周围介质中，发热和散热达到平衡后，导体的温度保持不变； 由短路电流引起的发热，称为短时发热。这时导体通过的电流很大，由于继电保护装置快速动作切除故障，因此短路电流持续时间很短，产生的大量热量来不及散发到周围介质中（或很少），几乎全被导体吸收，用来使导体温度升高（绝热过程）。电气设备短路时的发热是影响其正常使用寿命和工作状态的主要因素。导体长期发热的计算目的： 根据导体长期发热允许温度确定导体载流量（即

37、导体长期允许通过电流），研究提高导体允许电流或降低导体温度的各项措施。图3-16 短路后导体温度对时间的变化曲线 一、短路电流的力效应和热效应 2短路电流的热效应电气设备的发热 导体周围介质温度为 ； 正常工作：通过额定电流时产生额定温升 ，达到额定温度 ，温差 ； 设 时刻发生短路，到 时刻切除，由于时间很短(通常不超过23s），可认为是一个绝热过程。载流导体产生短路温升 ，最后达到温度 。 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。 时刻后，导体无电流流过，不再产生热量，向周围介质散热，温度下降至环境温度。热稳定校验实质上就是比较短路后导体的最高发热温度 与其短时发热的最高允许

38、温度 ，若前者不超过后者则认为该设备是满足短路热稳定度（short-circuit thermal satbility）的要求的，否则不满足要求。 2短路电流的热效应短路时导体的发热计算 由于短路时间很短，可以认为短路过程是一个绝热过程； 由于导体的温度很高，导体的电阻和比热不是常数，而是随温度而变化的； 由于短路电流的变化规律复杂，短路全电流的有效值在整个短路过程中并不是常数，直接计算短路电流在导体中产生的热量是很困难的，通常采用等效发热的方法来计算。 一、短路电流的力效应和热效应 2短路电流的热效应短路时导体的发热计算 短路发热的假想时间发热假想时间：在工程计算中常用短路电流的稳态值 代替

39、实际的短路电流 来计算发热，假定一个时间 ，在此时间内，设导体通过稳态短路电流 所产生的热量，恰好与实际短路电流 在短路持续时间 内产生的热量相等。一、短路电流的力效应和热效应 2短路电流的热效应短路时导体的发热计算 短路发热的假想时间 对无限大容量电源系统，周期分量的假想时间 就等于短路的持续时间 ，为短路保护装置实际的动作时间和断路器切断电路的固有分闸时间之和。 非周期分量的假象时间 只在 时才考虑 ，对无限大容量电源系统，近似计算时取 。 2短路电流的热效应导体短路发热温度在工程设计中，通常是利用图3-17所示的导体发热系数与导体温度的关系曲线来确定 。根据这一热量即可计算出导体在短路后

40、所达到的最高温度 。但是这种计算，不仅相当繁琐，而且涉及到一些难以准确确定的系数，包括导体的电导率（它在短路过程中不是一个常数），因此最后计算结果往往与实际出入很大。 根据曲线确定的方法 由纵坐标上导体在正常负荷电流时的温度 a点 ； 由横坐标上 b点 。 利用下式计算短路时的加热系数 ; 2短路电流的热效应导体短路发热温度 2短路电流的热效应短路时的热稳定校验 载流导体和电气设备承受短路电流作用时满足热稳定的条件是 导体短时发热的最高允许温度（查表）。 短路后导体的最高发热温度（计算）。 载流导体：采用在满足短路时发热的最高允许温度下导体所需的最小截面积来校验导体的热稳定性。 一般电气设备：

41、设备出厂时的热稳定电流，查产品样本。设备出厂时的热稳定试验时间短路电流热效应等值计算时间二、供电系统中电气设备的选择及校验7. 供电系统中电气设备的选择及校验电气设备选择的一般原则： 按正常工作条件选择：考虑电气装置的环境条件和电气要求 按短路情况校验：电气设备的选择，必须满足供电系统正常工作条件下和短路故障条件下工作要求，同时电气设备应工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。按最大可能的短路故障校验设备的开断能力、短路电流动稳定和热稳定性二、供电系统中电气设备的选择及校验 按正常工作条件选择额定电流、额定电压及型号等（1）环境户内/户外，温度、湿度、海拔、防腐，防爆，防尘，防火等（2）电压

42、电气设备的额定电压不低于设备装设地点的电网额定电压（3）电流电气设备或载流导体的额定电流不小于该回路在各种合理运行方式下正常工作时允许通过的最大持续工作电流或计算电流电气设备铭牌上给出的额定电流是指在规定的环境温度 下，电气设备能长期允许通过的电流。若实际装设环境温度与规定温度不同，需进行温度修正。注：设备一般可在高于其铭牌标明的额定电压1015%情况下安全运行二、供电系统中电气设备的选择及校验（1）动稳定校验设备出厂时的最大动稳定试验电流应不小于设备安装处的短路冲击电流，保证短路电流产生的电动力不应超过设备的允许应力。 按短路情况校验设备的开断能力、短路电流动稳定和热稳定（2）热稳定校验系统

43、发生短路，有短路电流通过电气设备时，导体和电器各部件温度（或热量）不应超过允许值，满足热稳定的条件。动稳定倍数设备名称选 择 项 目校 验 项 目额定电压(kV)额定电流 (A)装置类型(户内/户外)准确度级 短路电流开断能力(kA)二次容量热稳定动稳定高压断路器高压负荷开关高压隔离开关高压熔断器电流互感器电压互感器母线电缆支柱绝缘子穿墙套管三、电气设备的选择和校验设备名称额定电压(V)额定电流(A)短路电流开断能力(kA)热稳定动稳定低压断路器（）（）低压负荷开关（）（）低压刀开关（）（）低压熔断器三、电气设备的选择和校验三、电气设备的选择和校验 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。 （1）按工作环境选型 （2）按正常工作条件选择断路器的额定电压及额定电流（3）按短路电流校验动、热稳定性动稳定性校验 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 不小于断路器安装处短路电流冲击值 。 （1）断路器： 热稳定性校验 当断路器在通过最大短路