建筑电气第三章4

3供电与配电(pèidiàn)系统精品资料目录负荷分级与供电要求1电压与电压质量2电力系统中性点运行方式及低压供配电接地形式3供配电线路结构形式4变配电所及其主结线5负荷计算6短路电流计算7精品资料上次(shànɡcì)课内容回顾3.5变配电所及其主结线3.5.1变配电所种类变电所，配电所；区域变电所或总降压变电所；用户(yònghù)变电所；车间变电所；开闭所。1.单母线不分段结线3.5.3有母线主结线精品资料上次(shànɡcì)课内容回顾3.5变配电所及其主结线2.带旁路(pánɡlù)母线的单母线结线3.单母线分段结线

3.5.3有母线主结线精品资料上次(shànɡcì)课内容回顾3.5变配电所及其主结线4.双母线(mǔxiàn)结线

3.5.3有母线主结线精品资料上次课内容(nèiróng)回顾3.5变配电所及其主结线1.变压器—线路(xiànlù)单元结线

3.5.4无母线主结线精品资料上次课内容(nèiróng)回顾3.5变配电所及其主结线2.桥式结线1）内桥结线2)外桥结线

3.5.4无母线主结线精品资料上次课内容(nèiróng)回顾3.5变配电所及其主结线1.主变压器台数选择2.主变压器容量选择1）变电所单台主变压器容量选择2）变电所装有两台及以上主变压器容量选择3.选择变压器的其他(qítā)规定

3.5.5变配电所主变压器选择精品资料上次课内容(nèiróng)回顾3.6负荷(fùhè)计算1.负荷计算的意义和目的

负荷计算主要包括：

(1)求计算负荷。(2)求尖峰电流(3)求平均负荷。2.用电设备的工作制

(1)长期连续工作制：(2)短时工作制：(3)断续周期工作制：负荷持续率一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值负荷持续率换算公式为：

（3-20）

3.6.1概述精品资料上次(shànɡcì)课内容回顾3.6负荷(fùhè)计算1.负荷计算的意义和目的

负荷计算主要包括：

(1)求计算负荷。(2)求尖峰电流(3)求平均负荷。2.用电设备的工作制

(1)长期连续工作制：(2)短时工作制：(3)断续周期工作制：负荷持续率一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值在进行负荷计算时，断续周期工作制设备要换算到统一负荷持续率下的负荷，负荷持续率换算公式为：

（3-20）

3.6.1概述精品资料上次(shànɡcì)课内容回顾3.6负荷(fùhè)计算3.设备容量计算用电设备的额定容量是指用电设备在额定电压下，在规定的使用寿命内能连续输出或耗用的最大功率。对电机、电炉、电灯等设备，额定容量均用有功功率PN表示，单位为W或kW；对变压器和电焊机等设备，额定容量则一般用视在功率SN表示，单位为VA或kVA；对电容器类设备，额定容量则用无功功率QC表示，单位为var或kvar。将不同工作制的用电设备的额定容量换算为统一规定工作制下的额定容量，这个经过换算后的额定容量就称为设备容量，用Pe表示。

3.6.1概述精品资料上次课内容(nèiróng)回顾3.6负荷(fùhè)计算4.负荷曲线(1)负荷曲线

负荷曲线是表征用电负荷随时间变化的关系曲线。(2)与负荷计算有关的几个物理量

①年最大负荷和30分钟最大平均负荷

年最大负荷是指一年当中的最大工作班内，以半小时(30分钟)为时间统计单位的平均功率的最大值。用符号Pm、Qm、Sm、Im分别表示年有功、无功、视在最大负荷和最大的负荷电流。②年最大负荷利用小时数Tm

③

平均负荷和负荷率

3.6.1概述精品资料上次课内容(nèiróng)回顾3.6负荷(fùhè)计算4.负荷曲线(1)负荷曲线

负荷曲线是表征用电负荷随时间变化的关系曲线。(2)与负荷计算有关的几个物理量

①年最大负荷和30分钟最大平均负荷

年最大负荷是指一年当中的最大工作班内，以半小时(30分钟)为时间统计单位的平均功率的最大值。用符号Pm、Qm、Sm、Im分别表示年有功、无功、视在最大负荷和最大的负荷电流。②年最大负荷利用小时数Tm

③

平均负荷和负荷率

3.6.2需要系数法精品资料上次(shànɡcì)课内容回顾3.6负荷(fùhè)计算3.6.2需要系数法

1.单组三相设备(用电设备组)的计算负荷需要系数法计算单组设备的公式为：

Pm=KdPe

（3-24）（3-25）（3-26）（3-27）式中：用电设备组功率因数的正切值。UN用电设备的额定电压。精品资料上次课内容(nèiróng)回顾3.6负荷(fùhè)计算3.6.2需要系数法2.多组三相用电设备的计算负荷有功同时系数KΣp取0.8～0.95；无功同时系数KΣq取0.85～0.97。

需要系数法计算多组设备的公式为：（3-28）（3-29）（3-30）（3-31）式中：、、、多组用电设备的总计算有功功率、总计算无功功率、总计算视在功率、总计算电流。、第i组用电设备的计算有功功率、计算无功功率。

精品资料需要系数法适合于计算总负荷。负载的数量、容量越大，用需要系数法计算得越准确。当设备台数较少时，用需要系数法计算，结果偏小，当设备只有一两台(liǎnɡtái)时，不合适用需要系数法。二项式系数法既考虑到了电气设备组的总负荷，又计入了设备组中少数大容量设备对计算负荷的影响，因此在计算电气设备台数较少而容量差别较大的线路时，比较合适。3.6负荷(fùhè)计算3.6.3二项式系数法

精品资料3.6负荷(fùhè)计算

1.单组用电设备的计算负荷二项式系数法计算单组用电设备的公式为：Pm=bPe+cPx（3-32）式中：b、c二项式系数，其中b为平均负荷系数，c为最大负荷系数。Pxx台最大容量的设备总容量。(3-32)式中，等式右边第一项是用电设备组的平均负荷，第二项是X台容量最大的设备投入运行时的附加负荷。如果设备组只有一、两台设备时，就可以直接(zhíjiē)用设备容量作为计算负荷使用而无需用二项式系数法。单组用电设备的的计算无功负荷Qm、计算视在负荷Sm和计算电流Im的计算公式与需要系数法的(3-22)、(3-23)、(3-24)式相同。精品资料3.6负荷(fùhè)计算

2.多组用电设备(shèbèi)的计算负荷二项式系数法求多组用电设备(shèbèi)的总计算有功功率的公式为：（3-33）式中：各组平均有功负荷之和。各组附加负荷中最大的一组。总计算无功功率的公式为：（3-34）式中：各组平均无功负荷之和。最大附加负荷设备(shèbèi)组的平均功率因数角对应的正切值。多组用电设备(shèbèi)的计算视在负荷Sm和计算电流Im的计算公式与需要系数法的(3-30)、(3-31)式相同。精品资料3.6负荷(fùhè)计算

部分用电设备组的需要系数、二项式系数、功率因数值及部分企业的全厂需要系数、功率因数、年最大有功负荷利用小时参考值，见附录2-2、2-3。需要说明(shuōmíng)的是：在二项式系数中，当用电设备的总台数n少于附录2-2中规定的最大容量设备台数x的2倍时，则x宜相应减小，可用x=n/2，并按四舍五入取整数。例如附录2-2中通风机组电动机的最大容量设备台数x=5，现有通风机组电动机共5台，其最大容量设备台数应取x=5/2≈3。精品资料3.6负荷(fùhè)计算

例3-4已知某企业(qǐyè)拥有380V三相金属冷加工机床，功率15kW的2台，12kW的4台，5.5kW的12台，试用二项式系数法求计算负荷。解：查附录2-2，小批金属冷加工机床的，，，，。精品资料3.6负荷(fùhè)计算

例3-5已知例3-4中的企业除了拥有380V三相金属冷加工机床之外，还有三相通风机3kW的5台，1kW的2台；三相电阻炉4kW，2.5kW各2台。试用二项式系数法求企业总计算负荷。解：1)金属冷加工机床组（由例3-4可知结果(jiēguǒ)）2)通风机组查附录2-2得：b=0.65，c=0.25，x=5，，。因通风机总共只有7台，所以实际取x=7/2≈4台。

精品资料3.6负荷(fùhè)计算

3)电阻炉组查附录2-2得：b=0.7，c=0.3，x=2，，。

4)总计算(jìsuàn)负荷，

精品资料在项目评估、立项、规划、工程方案设计阶段等可以采用较系数法更简单的一些方法来大致确定总负荷。1.单位产品耗电量法这种方法适用于生产企业，根据(gēnjù)企业年生产量M、生产单位产品的电能消耗量ω，见附录2-4和企业的最大负荷利用小时数Tm，见附录2-5。得出：（3-35）3.6负荷(fùhè)计算3.6.4估算法

精品资料3.6负荷(fùhè)计算

2.负荷密度法负荷密度法常见于民用负荷的初步估算。当已知场所面积S和单位面积的电负荷密度ρ时，平均负荷Pav或Sav可按下式计算：Pav=ρ·S（3-36）Sav=ρ·S（3-37）照明装置单位面积耗电量，见附录(fùlù)2-6；照明负荷密度值，见附录(fùlù)2-7；变压器容量密度参考值，见附录(fùlù)2-8。精品资料3.6负荷(fùhè)计算

3.其他估算法负荷估算法，除了上面介绍(jièshào)常用的两种之外还有许多。例如民用中，用每住户额定用电量和住户数量可统计出住宅建筑的总负荷；用人均用电量和城市人口可统计出城市总用电量、总负荷；用每个职工每年平均耗电量和企业职工总数可计算出企业每年总耗电量、总负荷等等。精品资料1.概述在建筑物里，除了广泛应用三相电气设备外，还有大量(dàliàng)的电光源、家用电器、办公电器、电焊机、小型电阻炉等单相设备。单相设备接在三相线路中，首先应尽可能均衡分配，使三相负荷尽可能地平衡。如果三相线路中单相设备的总容量不超过三相设备总容量的15％，则不论单相设备如何分配，单相设备可与三相设备综合按三相负荷平衡计算。如果单相设备容量超过三相设备容量的15％时，则应将单相设备容量换算为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加。3.6负荷(fùhè)计算3.6.5单相用电负荷计算

精品资料3.6负荷(fùhè)计算

由于确定计算负荷的目的，主要是为了选择(xuǎnzé)供配电系统中的设备和导线(包括电缆)，使设备和导线在通过最大负荷电流时不致过热或损坏，因此在接有较多单相设备的三相线路中，不论单相设备接于相电压还是线电压，只要三相负荷不平衡，就应以最大负荷相有功负荷的3倍作为等效三相有功负荷，以满足安全运行的要求。2.单相设备等效三相负荷的计算1）单相设备接于相电压先用系数法计算出L1、L2、L3三相各自的单相总计算负荷，再找出最大负荷相，等效三相负荷为最大负荷相计算负荷的三倍，即：（3-38）精品资料3.6负荷(fùhè)计算

例3-6已知某单位宿舍的照明负荷(荧光灯)，L1相总设备容量为10kW、L2相总设备容量为11kW、L3相总设备容量为9.5kW。试用需要系数法求等效三相照明负荷。解：查附录2-2得：(取0.8)，，，则各相计算负荷：L1相：L2相：L3相：最大负荷相为L2，所以三相等效负荷为:等效三相的无功、视在功率和计算电流(diànliú)也可由需要系数法公式算出，略。

精品资料3.6负荷(fùhè)计算

2)单相(dānxiānɡ)设备接于线电压单相(dānxiānɡ)设备接于线电压下时，负荷应按照一定比例分配到相关两相中。负荷分配的方法有两种：①负荷均分法即接于线电压下的单相(dānxiānɡ)负荷，相关两相各分一半负荷。这种方法只在时才完全准确。具体计算公式为：接于L1和L2之间的负荷为PL12，L2和L3之间的负荷为PL23，L3和L1之间的负荷为PL31。假定三个线间负荷PL12>PL23>PL31，当PL23>0.15PL12时：Peq=1.5(PL12+PL23)（3-39）当PL23≤0.15PL12时：（3-40）当只有PL12，PL23=PL31=0，时：（3-41）精品资料3.6负荷(fùhè)计算

例3-7室外一条照明线路采用380V600W高压钠灯，L1、L2两相间接有20盏，L2、L3两相间(xiāngjiàn)接有21盏，L3、L1两相间(xiāngjiàn)接有19盏。试计算这条照明线路上的等效三相计算负荷。解：查附录4-6得：，，，则各相间(xiāngjiàn)计算负荷：L1、L2两相间(xiāngjiàn)计算负荷：L2、L3两相间(xiāngjiàn)计算负荷：L3、L1两相间(xiāngjiàn)计算负荷：取两个最大负荷，得：等效三相计算无功为：等效三相视在功率、等效三相电流计算略。精品资料3.6负荷(fùhè)计算

②换算系数法要较为精确地分配单相线电压负荷，需用(xūyònɡ)到换算系数法，公式为：L1相：（3-42）（3-43）L2相：（3-44）（3-45）L3相：（3-46）（3-47）式中：、分别为接在L1、L2相间的单相负荷换算到L1相的有功、无功系数，其余的系数依此类推。

精品资料3.6负荷(fùhè)计算

表3.8给出了不同下，分配(fēnpèi)到各相的换算系数。表3.8单相线电压负荷换算为相电压负荷系数负荷换算系数功率因数0.350.40.50.60.650.70.80.91.01.271.171.00.890.840.80.720.640.5－0.27－0.1700.110.160.20.280.360.51.050.860.580.380.30.220.09－0.05－0.291.631.441.160.960.880.80.670.530.29精品资料3.6负荷(fùhè)计算

例3-8用换算系数法，求例3-7的等效三相(sānxiānɡ)计算负荷。解：查附录2-2得：，，，则各相间计算负荷：L1相：

L2相：

L3相：

L2相为最大负荷相，则等效三相(sānxiānɡ)负荷：等效三相(sānxiānɡ)视在功率、等效三相(sānxiānɡ)电流计算略。

精品资料在负荷计算中，要把供配电系统的功率(gōnglǜ)损耗逐步加到总计算负荷中去，如图3.21所示。

3.6负荷(fùhè)计算3.6.6供配电系统功率损耗

精品资料图3.21中，是单组设备计算负荷，为380V低压母线上的总负荷，由母线上所有(suǒyǒu)计算负荷相加再乘上同时系数得到。等于加上变压器损耗，计入线路损耗就是。10kV母线上的总计算负荷是，由母线上所有(suǒyǒu)计算负荷相加并乘上同时系数得到，是用户的总负荷，在的基础上计入变压器损耗得到。3.6负荷(fùhè)计算3.6.6供配电系统功率损耗

精品资料3.6负荷(fùhè)计算

1.三相供配电线路损耗三相供配电线路的有功功率损耗，无功功率损耗可按下式计算：（3-48）（3-49）式中：Im计算电流。每相导线(dǎoxiàn)的电阻、电抗。r0、x0单位长度(km)的电阻、电抗值。l线路每相计算长度，km。用户内部的供配电线路通常比较短，线路损耗大多数可以省略。精品资料3.6负荷(fùhè)计算

2.变压器损耗变压器的损耗包括有功功率损耗△PT和无功功率损耗△QT。1)有功功率损耗变压器的有功功率损耗由两部分组成，其中一部分为与负荷大小无关的空载损耗，又称铁损，是变压器铁芯中涡流、磁滞产生的有功损耗。另一部分是与负荷电流(或功率)平方成正比的短路损耗，又称铜损，是变压器一、二次绕组的电阻产生的有功损耗。变压器有功功率损耗的计算(jìsuàn)公式：（3-50）式中：、变压器铁损和额定负载下的铜损，产品手册中可查到。变压器额定容量与计算(jìsuàn)容量(计算(jìsuàn)视在功率)。精品资料3.6负荷(fùhè)计算

2)无功功率(gōnglǜ)损耗变压器的无功功率(gōnglǜ)损耗一部分是产生磁通引起的无功损耗，另一部分是变压器一、二次绕组电抗上产生的无功损耗，计算公式为：（3-51）式中：变压器空载电流百分数，产品手册上可查到。变压器短路(阻抗)电压百分数，产品手册上可查到。变压器的功率(gōnglǜ)损耗还可以按下式粗略估算：（3-52）（3-53）精品资料1.功率因数降低的影响供配电系统中的变配电设备及用电设备大部分属于感性负载，如电力(diànlì)变压器、电抗器、继电器、接触器、感应电动机、电焊机等，它们在工作时需要吸收无功功率，造成功率因数下降。3.6负荷(fùhè)计算3.6.7无功功率补偿

精品资料3.6负荷(fùhè)计算

无功功率影响发电设备在容量为一定时，无功功率需求的增加将会造成发出的有功功率的下降，而影响发电机的出力。同时，无功功率在系统的输送中会造成诸多不利的影响，例如无功功率在通过线路时，会引起有功损耗、电网的电压损失(sǔnshī)。在电网输送有功功率不变的前提下，无功增加而使总电流增加，造成供配电系统中的变压器、导线以及测量仪器仪表等的一次、二次设备的容量、规格尺寸增大，从而使投资费用增加。精品资料3.6负荷(fùhè)计算

2.功率因数补偿规定我国《供电营业规则》中规定：除电网有特殊要求的用户(yònghù)外，用户(yònghù)在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数，100kVA及以上的高压供电用户(yònghù)为0.90以上；其他电力用户(yònghù)和大、中型电力排灌站、趸购转售电企业的为0.85以上；农业用电为0.80以上。在《功率因数调整电费办法》中规定了不同功率因数下的电费增收比例。无功功率应就地补偿平衡。用户(yònghù)应在提高自然功率因数的基础上，按有关标准设计和安装无功补偿装置，及时、自动投切，并防止无功倒送。精品资料3.6负荷(fùhè)计算

3.无功功率补偿形式1）无功功率补偿装置类型①并联电容(diànróng)器补偿装置在无功功率变化速度较慢或无功功率需求较稳定的场合，宜选用带开关或接触器的并联电容(diànróng)补偿装置。在无功功率变化速率较快，且无功功率变化较大的场合，可选用以大功率晶闸管控制投切的无功功率补偿装置。②同步补偿机工艺条件要求或允许使用转速恒定的同步电动机拖动其工作机械的，可考虑选用同步电动机作无功功率补偿装置。精品资料3.6负荷(fùhè)计算

③静态无功功率补偿(bǔcháng)装置无功功率变化频率或变化的幅值大时，必须采用静态补偿(bǔcháng)装置。如大型的炼钢炉、轧钢机等冲击性负荷，需要对其无功冲击负荷进行补偿(bǔcháng)，应采取静态无功功率补偿(bǔcháng)装置。精品资料3.6负荷(fùhè)计算

2）并联电容器组的装设位置（补偿方式）实际中广泛应用的补偿无功功率的并联电力电容器（简单经济、便于运行维护），其装设的位置因不同的补偿方式而不同。补偿的电容器组越靠近补偿的负荷，其补偿覆盖区域就越大，节能的效果也就越好。电力电容器的补偿方式通常分为三种：个别补偿、分组补偿和集中补偿。①个别补偿就是将电力电容器装设在需要(xūyào)补偿的电气设备附近，使用中与电气设备同时运行和退出。精品资料3.6负荷(fùhè)计算

个别补偿处于供电的末端负荷处，它可补偿安装地点前面所有高、低压输电线路及变压器的无功功率，能最大限度地减少系统(xìtǒng)的无功输送量，使得整个线路和变压器的有功损耗减少，及导线的截面、变压器的容量、开关设备等的规格尺寸降低，它有最好的补偿效果。其缺点是：(ⅰ)普遍采用时总体投资费用大。(ⅱ)由于设置地点分散，不便于统一管理。(ⅲ)处于工作现场附近，易受到周围不良环境的影响。(ⅳ)因设备退出运行时也同时切除电容器，所以利用率低。个别补偿适合于长期平稳运行的，无功功率需求量大的设备设置。精品资料3.6负荷(fùhè)计算

②分组补偿，即对用电设备组，每组采用电容器进行补偿。其利用率比个别(gèbié)补偿大，所以电容器总容量也比个别(gèbié)补偿小，投资比个别补偿小。但其对从补偿点到用电设备这段配电线路上的无功是不能进行补偿的。③集中补偿的电力电容器通常设置在变、配电所的高、低压母线上，如图。这种方式投资少，便于集中管理；同时能补偿用户高压侧的无功功率以满足供电部门对用户功率因数的要求。但其对母线后的内部线路没有无功补偿。电力电容器设置在低压母线上，能补偿母线前面的变压器、高压配电线路及系统的无功功率。工厂及民用供配电系统中，电力电容器常采用高、低压混合补偿形式，以互相补充，发挥各补偿方式的特点。精品资料3.6负荷(fùhè)计算

精品资料3.6负荷(fùhè)计算

4.无功补偿计算功率因数补偿装置的补偿容量Qc可按下式计算：（3-54）式中：Pav平均负荷，也可用计算负荷Pm乘以负荷系数α代替，负荷系数可取0.7～0.8。补偿前、后功率因数角的正切值。△qc补偿率，见表3.9。装设了无功补偿装置以后，在确定补偿地点前面的总计算负荷时，应扣除(kòuchú)无功补偿容量，即总的无功计算负荷：（3-55）式中：Q’m补偿后的计算无功功率。Qm补偿前的计算无功功率。由(3-55)式可看出，加装无功补偿装置后。计算无功功率减少，计算视在功率与计算电流亦相应减小。精品资料3.6负荷(fùhè)计算

补偿前的功率因数cosφ1补偿后的功率因数cosφ20.850.860.880.900.920.940.960.981.000.600.710.740.790.850.910.971.041.131.330.620.650.670.730.780.840.900.981.061.270.640.580.610.660.720.770.840.911.001.200.660.520.550.600.650.710.780.850.941.140.680.460.480.540.590.650.710.790.881.080.700.400.430.480.540.590.660.730.821.020.720.340.370.420.480.540.600.670.760.960.740.290.310.370.420.480.540.620.710.910.760.230.260.310.370.430.490.560.650.850.780.180.210.260.320.380.440.510.600.800.800.130.160.210.270.320.390.460.550.750.820.080.100.160.210.270.330.400.490.700.840.030.050.110.160.220.280.350.440.650.850.000.030.080.140.190.260.330.420.620.86－0.000.050.110.170.230.300.390.590.88－－000.0.060.110.180.250.340.540.90－－－0.000.600.120.190.280.48表3.9无功(wúɡōnɡ)补偿率精品资料3.6负荷(fùhè)计算

精品资料3.6负荷(fùhè)计算

精品资料1.短路原因供配电系统在运行过程中，会出现各种故障，使正常运行状态遭到破坏。短路是系统严重的故障。所谓短路，就是(jiùshì)系统中各种非正常的相与相之间或相与地之间的短接。系统发生短路的原因很多，归纳有下列几点：1)电气设备绝缘的破坏。例如电气设备长期运行绝缘自然老化，设备质量低劣绝缘本身有缺陷，安装、防护不当造成绝缘机械性损伤，非正常的超过绝缘耐压水平的电压等都能使绝缘击穿而造成短路事故。3.7短路(duǎnlù)电流计算3.7.1概述

精品资料1.短路原因2)自然的原因。例如(lìrú)由于大风、下雪导线覆冰、直接雷击等引起架空线倒杆断线，鸟兽跨越在裸露的相与相、或相与地之间，树枝碰到高压电线，户外变配电设备遭受直接雷击等造成的短路事故。3)人为的因素。例如(lìrú)运行人员违反操作规程带负荷拉闸，违反电业安全工作规程带接地刀闸合闸，人为疏忽接错线，野蛮施工挖断电缆、挂断架空线，运行管理不善造成小动物进入高压带电体内形成的短路事故等等。3.7短路电流(diànliú)计算3.7.1概述

精品资料3.7短路(duǎnlù)电流计算

2.短路类型在三相系统(xìtǒng)中，可能发生的短路故障有：三相短路K(3)，两相短路K(2)，单相短路K(1)和两相接地短路K(1-1)。精品资料3.7短路电流(diànliú)计算

三相短路是对称短路，其他均为非对称短路。供配电系统中，单相短路的可能性最大，三相短路的机会最少。但一般情况下三相短路电流最大，造成的后果也是最严重(yánzhòng)的。同时，当对不对称短路采用对称分量法后，可归结成对称的短路计算，因此对称三相短路的研究也是不对称短路计算的基础。精品资料3.7短路电流(diànliú)计算

3.短路后果供配电系统发生短路后，系统总阻抗比正常运行时小很多，短路电流超过正常工作电流许多倍，可高达数万安培，会带来下列(xiàliè)严重的后果：1)巨大的短路电流通过设备，能将载流导体短时间内加热到很高温度，极易造成设备过热、导体熔化而损坏。2)载流导体间将产生很大电动力的冲击，可能引起电气设备机械变形以至损坏。3)短路时系统电压骤然下降，严重影响电气设备的正常运行，给用户带来很大影响。精品资料3.7短路(duǎnlù)电流计算

4)保护装置动作切除故障，会造成一定范围的停电。并且短路点越靠近电源，停电波及的范围越大。5)当系统发生不对称短路时，短路电流的电磁效应(xiàoyìng)能在邻近的电路感应出很强的电动势。所以对附近的通讯线路、铁路讯号系统及其他电子设备、自动控制系统可能产生强烈干扰。6)短路引起系统震荡，使并列运行的各发电机组之间失去同步，破坏系统稳定，最终造成系统解列，形成地区性或区城性大面积停电。精品资料3.7短路电流(diànliú)计算

4.短路计算目的1)为选择和校验电气设备其中包括计算三相短路电流峰值(冲击电流)、电路电流最大有效值以校验电气设备的电动力的稳定性，计算三相短路电流稳态有效值用以校验电气设备及载流导体的热稳定性，计算三相短路容量以校验开关的开断能力等。2)为继电保护装置的整定与校验。计算系统可能出现的最大短路电流值，为继电保护整定提供(tígōng)依据；计算电路可能出现的最小短路电流值用于继电保护的灵敏度校验。不仅要计算三相短路电流而且也要计算两相短路电流或单相接地电流。3)可为不同供电方案进行技术性比较，以及确定是否采取限制短路电流措施等提供(tígōng)依据。精品资料1.短路电流分析供配电系统发生短路时，假定不切除故障、设备也不损坏的话，电路会从短路前正常运行的稳态逐渐过渡到短路后的稳态。短路的全电流ik是逐渐变化的，其包括两个分量，一个是短路的稳态分量ip，另一个是短路的暂态分量inp。短路的稳态分量是电路短路达到稳态后的电流值，它是和电源同频率的恒幅正弦交流，因此又称短路的周期性分量。短路的暂态分量是为了保持短路瞬间(shùnjiān)电流不发生突变而出现的，其按照指数规律衰减，短路稳态时衰减到零，它不是电源强制作用的结果，又叫短路的自由分量或非周期分量。3.7短路(duǎnlù)电流计算3.7.2三相短路过渡过程

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处于供电末端的用户供配电系统发生短路时，其馈电变电所母线上的电压几乎(jīhū)维持不变，这时可将电力系统视为无限大容量的电源。无限大容量的电源系统发生三相短路的等效电路，如图3.24所示。精品资料3.7短路电流(diànliú)计算

三相对称短路的短路电流可归结为一相来计算(如L1相)，短路电流的周期性分量为：（3-56）式中：为短路电流周期分量幅值。α相电压(diànyā)的初相位。三相短路时，电流与电压(diànyā)的相位差。短路的自由分量inp计算公式为：（3-57）式中：A积分常数，由短路初始条件决定。时间常数。这样短路全电流的数学表达式：（3-58）

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积分常数A由电感电路中电流在短路前后瞬间不能发生跃变条件，最后可得到：（3-59）式中：Im短路前电流的幅值。短路前电流、电压的相位差。短路全电流的公式为：（3-60）这就是(jiùshì)在无限大电源供电情况下三相短路电流(某一相)的计算公式。

精品资料3.7短路电流(diànliú)计算短路时，影响短路电流大小(dàxiǎo)的因素很多，在短路地点为一定，电路参数已知的情况下，考虑到下列几个条件：①当短路前电路处于空载状态。②短路时某相电压瞬时值恰好过零值。③假定电路的感抗远大于电路的电阻。能得出短路地点为一定时的，可能出现的最大短路全电流ikm：（3-61）

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最大短路电流波形，如图3.25所示。从波形图上可看出，短路全电流是一个(yīɡè)随时间变化的非周期性波动的函数。短路全电流中包括的两个部分，短路电流周期性分量在无限大电源系统供电情况下为幅值恒定的交流；短路电流的非周期性分量短路后随时间按指数规律衰减，3～5个时间常数以后数值基本接近与零。短路全电流中的非周期分量衰减到零后，短路的过渡过程结束，短路进入稳定状态。稳态的短路电流中只剩短路电流的周期分量。精品资料3.7短路电流(diànliú)计算

另外要注意的是，虽然三相短路为对称性短路，但只有(zhǐyǒu)短路电流的周期分量是对称的，各相短路电流的非周期性分量大小并不相同。这样，三相短路时只有(zhǐyǒu)其中一相可能达到短路电流的最大值。精品资料3.7短路(duǎnlù)电流计算

2、短路冲击系数和冲击电流(diànliú)短路电流(diànliú)的最大峰值被称为短路的冲击电流(diànliú)。从图3.25看出冲击电流(diànliú)出现在短路后第一个半周时间。我国工频频率50Hz，半周时间即0.0ls，把它代入最严重情况下短路全电流(diànliú)公式中得：（3-62）式中:短路电流(diànliú)的冲击系数。Ip短路电流(diànliú)周期分量有效值。精品资料3.7短路电流(diànliú)计算

冲击系数反映了冲击电流与短路电流周期分量之间的倍数关系。冲击系数的大小范围(fànwéi)：当纯电感电路时，时间常数：，；当纯电阻电路时，时间常数，；Ksh的范围(fànwéi)为1≤Ksh≤2。在实际工程计算中Ksh=1.8，冲击系数的近似取值，对于高压系统，对于低压系统Ksh=1.3。对高压系统如取Ksh=1.8，则:(3-63)对低压系统如取Ksh=1.3，则:(3-64)精品资料3.7短路(duǎnlù)电流计算3、短路电流最大有效值短路后某一时刻，短路全电流的有效值定义为：以此时间(shíjiān)点为中心的一个周期内短路全电流瞬时值的均方根值。由图3-25可看出，短路全电流最大的有效值Ish出现在短路后的第一个周期中，并且第一个周期的中心时间(shíjiān)点t=0.01s。精品资料3.7短路(duǎnlù)电流计算

工程中计算短路电流(diànliú)的最大有效值，为了简化一般假设：短路电流(diànliú)非周期性分量在所取的周期内恒定不变，其有效值等于该周期中心点的瞬时值；短路电流(diànliú)周期性分量也假定在所计算的周期内振幅恒定。考虑在最严重的短路情况，短路全电流(diànliú)的最大有效值可表示为：(3-65)在高压供配电系统中，冲击系数取Ksh=1.8时，Ish=1.51Ip。在高压供配电系统中，冲击系数取Ksh=1.3时，Ish=1.09Ip。

精品资料1.短路电流计算供配电系统应该对用户安全可靠地供电，但是由于各种原因，也难免出现故障，其中最常见的故障就是短路，而短路的后果十分严重，直接影响供配电系统及电气设备的安全运行。为了正确选择电气设备，使设备具有足够的动稳定性和热稳定性，以保证(bǎozhèng)在通过可能最大的短路电流时也不至损坏，因此必须进行短路电流计算。另外，为了选择切除短路故障的开关电器、整定作为短路保护的继电保护装置和选择限制短路电流的元件等，也必须计算短路电流。常用的计算短路电流的方法有有名单位制(欧姆法)和标幺制法。3.7短路电流(diànliú)计算3.7.3供配电设备短路参数计算

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供配电设备短路电流的计算，必须先求出短路点至电源的短路回路总阻抗值。1)有名单位制即以实际有名单位(Ω，A，V)表示电路参数及计算的方法，三相短路周期性分量有效值的计算公式为：(3-66)式中：电路回路的总电阻、总电抗值。Uav电路点的电网平均标称电压，。有名单位制法通常用于1000V以下低压供电系统的短路电流计算。在电力系统中常采用标幺值法计算短路电流，标幺值法简化多个电压等级系统存在的阻抗换算(huànsuàn)问题。精品资料3.7短路(duǎnlù)电流计算

a.发电机电抗有名值计算短路计算时，发电机电抗使用的是产品说明或手册上提供的短路次暂态电抗百分数。发电机电抗有名值的计算公式为：(3-67)式中：、、发电机的额定容量、额定功率、功率因数(ɡōnɡlǜyīnshù)、平均标称电压。b.变压器电抗有名值计算变压器电抗有名值可根据其技术数据中给出的短路电压(阻抗电压)百分值算出的，计算公式：(3-68)式中：变压器的额定容量。变压器电阻有名值可由其技术数据中给出的短路损耗（铜耗）近似算出：(3-69)精品资料3.7短路电流(diànliú)计算c.电抗器电抗有名值计算系统中的电抗器相当于一个大的空心电感线圈，主要用来限制短路电流(diànliú)、维持电压水平，电抗器的电抗有名值可用其电抗百分值算出：(3-70)式中：电抗器额定电压、额定电流(diànliú)d.线路电抗、电阻有名值计算计算公式为：(3-71)式中：线路单位长度(km)的电抗值。线路的计算长度。如有必要计算线路电阻的有名值，其计算公式：(3-72)式中：线路单位长度(km)的电阻值。精品资料3.7短路电流(diànliú)计算e.系统电源电抗有名值计算对实际供配电系统而言，由于系统电源容量的有限性，必须把它看作为短路回路中的一个元件，计及电抗值对短路电流的影响。系统电源电抗有名值通常由下式确定：(3-73)式中：系统电源的容量。平均标称电压。如无法(wúfǎ)获得系统电源容量的确切数值，则可用电源出口处断路器的开断容量代替，即：(3-74)精品资料3.7短路(duǎnlù)电流计算算出各元件的阻抗后，再求出短路回路的等值总阻抗，就可以按3-66式计算短路电流了。要注意的是：用有名值法计算短路总阻抗时，如回路中有电力变压器，各元件处于不同的电压(diànyā)下时，各元件的阻抗应按统一的短路计算电压(diànyā)换算。阻抗等效换算的原则是元件的功率损耗不变。由，，得到阻抗等效换算公式：(3-75)(3-76)式中：、、为换算前元件的电阻、电抗、元件安装处的平均标称电压(diànyā)。、、为换算后元件的电阻、电抗、短路计算所需的平均标称电压(diànyā)。短路计算所需的平均标称电压(diànyā)取法原则是：要计算的短路电流处于哪级电压(diànyā)等级，就用这级电压(diànyā)等级的平均标称电压(diànyā)换算。精品资料3.7短路(duǎnlù)电流计算例3-9用有名制法计算(jìsuàn)图3.26所示系统，k1点三相短路时的总电抗值。解：k1点位于380V电压等级的线路，所以取0.4kV图3.26某供配电系统三相短路的计算(jìsuàn)电路图1）系统电源电抗有名值2）架空线路的电抗有名值图3.26某供配电系统三相短路的计算电路图精品资料3.7短路电流(diànliú)计算3）变压器电抗有名值4）绘制k1点短路(duǎnlù)的等效电路图，如图3.27所示。等效电路图反映短路(duǎnlù)回路中各元件的电气连接关系，图上应标出各元件的序号(分子)和电抗值(分母)。5）k1点短路(duǎnlù)的总电抗有名值为：

图3.27某供配电系统三相短路的电抗有名值计算的等值电路图精品资料3.7短路电流(diànliú)计算

2)标幺值法标幺值是一种相对单位制，电路各参数均用其相对值即标幺值表示。标幺值定义为任意一个参数对基准值的比值即：(3-67)标么值是一个无单位的量，同一个实际有名的电气参数，选取不同的基准值，其标么值也不一样。标么值法计算短路电流，涉及到四个基准量：基准电压Ud，基准电流Id，基准视在功率Sd，基准阻抗Zd。在中高压系统中，短路回路电抗值一般大于电阻值，为了简化计算，一般可以忽略(hūlüè)电阻而直接用各主要元件的电抗值代替其阻抗值，只在短路回路总电阻大于总电抗的三分之一时，才计入电阻的影响。在标么值的四个基准值中就用电抗基准值Xd替代了阻抗的基准值。精品资料3.7短路(duǎnlù)电流计算

三相供电系统中，线电压U、线电流I、三相功率S和电抗X(忽略电阻)存在的关系对标么值中四个基准值也同样成立，因此只需定出其中两个基准值，其他两个即可据约束关系算出。通常我们选定的基准量是基准容量Sd和基准电压Ud。基准值原则上可以任意选择，但为了计算方便，基准值要选择适当。基准容量Sd通常选取100MVA、10MVA、1000MVA或者(huòzhě)选取短路回路中某元件容量的额定值(基准容量一般取100MVA)。基准容量确定以后，在计算过程中不允许再变。基准电压Ud选取各电压等级电网的平均标称电压Uav为其基准值。基准容量Sd和基准电压Uav确定后，回路中的电流、电抗标么值可用基准容量Sd和基准电压Ud表达：(3-68)(3-69)各电气参数的标么值用其字母上加注一个星号表示之。精品资料3.7短路电流(diànliú)计算

2.短路回路中各元件电抗(电阻)标幺值计算1)发电机电抗标幺值计算短路计算时，发电机电抗使用的是产品说明或手册上提供的短路的次暂态电抗百分数X’﹪。发电机电抗标幺值X’G的计算公式为：(3-70)式中：发电机的额定容量、额定功率、功率因数。2)变压器电抗标幺值计算变压器电抗标幺值X＊T是根据其技术(jìshù)数据中给出的短路电压(阻抗电压)百分值△UK％算出的，计算公式：(3-71)式中：SN·T变压器的额定容量。精品资料3.7短路(duǎnlù)电流计算

3)电抗器电抗标幺值计算系统中的电抗器相当于一个大的空心电感线圈，主要用来限制短路电流、维持电压水平，电抗器的电抗标幺值用其电抗百分值△UH％折算：(3-72)式中：UN·H、IN·H电抗器额定电压、额定电流Ud取电抗器安装处所在的那一级平均标称电压。4)线路电抗、电阻标幺值计算计算公式为：(3-73)式中：X0线路单位长度(km)的电抗值。L线路的计算长度。Ud取本线路段所处(suǒchǔ)那一级电网的平均标称电压值。精品资料3.7短路电流(diànliú)计算

如有必要计算线路电阻的标幺值，其计算公式：(3-74)式中：r0线路单位长度(km)的电阻值。Ud取本线路段所处那一级电网(diànwǎng)的平均标称电压值。5)系统电源电抗标幺值计算对实际供配电系统而言，由于系统电源容量的有限性，必须把它看作为短路回路中的一个元件，计及电抗值对短路电流的影响。系统电源电抗标幺值X＊G通常由下式确定：(3-75)式中：SG系统电源的容量。如无法获得系统电源容量SG的确切数值，则可用电源出口处断路器的开断容量SK代替，即：(3