工厂供电第四章

工厂供电课件第四章第一页，共七十八页，2022年，8月28日第一节短路的原因、后果和形式

第二页，共七十八页，2022年，8月28日第一节短路的原因、后果和形式图4-1短路的形式（虚线表示短路电流路径）K（3）-三相短路K（2）-两相短路

K（1）-单相短路K（1.1）-两相接地短路

第三页，共七十八页，2022年，8月28日第一节短路的原因、后果和形式3、短路的原因

第四页，共七十八页，2022年，8月28日第一节短路的原因、后果和形式4、短路的后果

第五页，共七十八页，2022年，8月28日第一节短路的原因、后果和形式

返回本章目录第六页，共七十八页，2022年，8月28日第二节无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程和物理量

一、无限大容量电力系统及其三相短路的物理过程

无限大容量电力系统，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。其特点是：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。第七页，共七十八页，2022年，8月28日第二节无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程和物理量第八页，共七十八页，2022年，8月28日第二节无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程和物理量

图4-2b是一个电源为无限大容量的供电系统发生三相短路的电路图。由于三相短路对称，因此这一三相短路电路可用图4-2c所示的等效单相电路来分析研究。第九页，共七十八页，2022年，8月28日第二节无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程和物理量第十页，共七十八页，2022年，8月28日第二节无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程和物理量第十一页，共七十八页，2022年，8月28日第二节无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程和物理量第十二页，共七十八页，2022年，8月28日第二节无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程和物理量第十三页，共七十八页，2022年，8月28日第二节无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程和物理量第十四页，共七十八页，2022年，8月28日第二节无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程和物理量

图4-3表示无限大容量系统中发生三相短路前后的电压、电流变动曲线。

图4-3无限大容量系统发生三相短路时的电压、电流变动曲线

第十五页，共七十八页，2022年，8月28日第二节无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程和物理量第十六页，共七十八页，2022年，8月28日第二节无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程和物理量第十七页，共七十八页，2022年，8月28日第二节无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程和物理量第十八页，共七十八页，2022年，8月28日第二节无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程和物理量

二、短路的有关物理量

返回本章目录第十九页，共七十八页，2022年，8月28日第二节无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程和物理量第二十页，共七十八页，2022年，8月28日第二节无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程和物理量第二十一页，共七十八页，2022年，8月28日第二节无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程和物理量第二十二页，共七十八页，2022年，8月28日第二节无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程和物理量第二十三页，共七十八页，2022年，8月28日第二节无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程和物理量第二十四页，共七十八页，2022年，8月28日第二节无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程和物理量第二十五页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算

一、概述短路电流的计算方法有欧姆法(又称有名单位制法)、标幺制法(又称相对单位制法)和短路容量法(又称兆伏安法)。这里介绍一般常用的欧姆法和标幺制法。欧姆法属最基本的短路电流计算法，但标幺制法在工程设计中应用广泛。

进行短路电流计算，首先要绘出计算电路图，如图4-4所示。图4-4例4-1的短路计算电路第二十六页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算

二、采用欧姆法进行三相短路计算

欧姆法因其短路计算中的阻抗都采用有名单位“欧姆”(Ω)而得名。1.欧姆法短路电流计算的有关公式在无限大容量系统中发生三相短路时，其三相短路电流周期分量有效值可按三相电路欧姆定律公式计算，即 (4-18)式中Uc——短路点的短路计算电压(或称为平均额定电压)。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UN高5％。∣ZΣ|、RΣ、XΣ——分别为短路电路的总阻抗[模]、总电阻和总电抗值(Ω)。第二十七页，共七十八页，2022年，8月28日

在高压电路的短路计算中，正常总电抗远比总电阻大，所以一般只计电抗，不计电阻。在计算低压侧短路时，也只有当短路电路的RΣ>XΣ/3时才需要考虑电阻。如果不计电阻，则三相短路电流的周期分量有效值为(4-19)三相短路容量为(4-20)采用欧姆法进行短路电流计算的关键是确定短路回路的阻抗。下面分别讲述供电系统中各主要元件如电源系统、电源变压器和电源线路的阻抗计算。第二十八页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算1)电力系统的阻抗电力系统的电阻一般很小，不予考虑。而电力系统的电抗，可由电力系统变电站高压馈电线出口断路器的断流容量Soc来估算，这断流容量就看作是电力系统的极限短路容量Sk。因此电力系统的电抗为2)电力变压器的阻抗变压器的电阻RT,可由变压器的短路损耗ΔPk近似地计算。因故SN——变压器的额定容量(kVA)；第二十九页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算变压器的电抗XT，可由变压器的短路电压(即阻抗电压)Uk%来近似地计算。因

故(4-23)式中Uk%——变压器的短路电压百分值。3)电力线路的阻抗线路的电阻RWL：(4-24)式中R0——导线或电缆单位长度的电阻(Ω/km)；——线路长度(km)。

线路的电抗XWL，可由已知截面和线距的导线或已知截面和电压的电缆单位长度电抗X0值求得：(4-25)式中X0——导线或电缆单位长度的电抗(Ω/km)第三十页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算求出各元件的阻抗后，就化简短路电路，求出短路的总阻抗，然后按式(4-18)或式(4-19)计算短路电流周期分量。其他短路量的计算公式见4.2节所述。

必须注意：在计算短路电路的阻抗时，假如电路内含有变压器，则电路内各元件的阻抗都应该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。因此由和的关系可知，元件的阻抗值是与电压平方成正比的。因此阻抗换算的公式为式中R、X和Uc——换算前元件的电阻、电抗和元件所在处的短路计算电压；、和——换算后元件的电阻、电抗和短路点的短路计算电压。就短路计算中考虑的几个主要元件的阻抗来说，只有电力线路的阻抗有时需要换算，而电力系统和电力变压器的阻抗，由于它们的计算公式中均含有Uc2，因此计算时Uc直接代以短路点的计算电压，就相当于阻抗已经换算到短路点一侧了。第三十一页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算2.欧姆法短路计算的步骤和示例

1)短路计算的步骤按欧姆法进行短路电流计算的步骤如下。(1)绘出短路的计算电路图，并根据短路计算目的确定短路计算点，如图4.4所示。(2)针对短路计算点绘出短路电路的等效电路图，此图只需表示出计及阻抗的元件，并标明其序号和阻抗值，一般是分子标序号，分母标阻抗值(既有电阻又有电抗时，用复数形式R+jX来表示)，如图4.5(a)、图4.5(b)所示。(3)按照短路计算点的短路计算电压计算各元件的阻抗，并将计算结果标注在等效电路图上。(4)按照网络化简的方法求等效电路的总阻抗。(5)计算短路点的三相短路电流周期分量有效值。(6)计算短路点的其他短路电流、、和。(7)计算短路点的三相短路容量。第三十二页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算

2)欧姆法短路计算示例【例4.1】某供电系统如图4.4所示。已知电力系统出口断路器的断流容量为500MV•A试求用户配电所10kV母线上k－1点短路和车间变电所低压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(=10.5kV)图4.4例4.1的短路计算电路图第三十三页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算(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

②架空线路的电抗，查手册得X0=0.38Ω/km，因此=0.38×5Ω=1.9Ω③绘k－1点的等效电路如图4.5(a)所示，并计算其总电抗得=0.22Ω+1.9Ω=2.12Ω图4.5例4.1的短路等效电路图(欧姆法)第三十四页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算(2)计算k－1点的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

kA≈2.86kA②三相次暂态短路电流和短路稳态电流=2.86kA③三相短路冲击电流及其有效值=2.55×2.86kA≈7.29kA=1.51×2.86kA≈4.32kA④三相短路容量×10.5×2.86≈52.01MV•A第三十五页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算2)求k－2点的三相短路电流和短路容量(=0.4kV)(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=3.2×10-4②架空线路的电抗

③电缆线路的电抗查手册得X0=0.08Ω/km，因此=0.08×0.5×()2Ω=5.8×10-5Ω④电力变压器的电抗由手册得Uk%=4.5,因此Ω=7.2×10-6kΩ=7.2×10-3Ω⑤绘k－2点的等效电路如图4.5(b)所示，并计算其总电抗=3.2×10-4+2.76×10-3+5.8×10-5+7.2×10-3Ω=0.01034Ω第三十六页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算(2)计算k－2点的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×0.01034kA=22.3kA②三相次暂态短路电流和短路稳态电流

③三相短路冲击电流及其有效值=1.84=1.84×22.3kA=41.0kA=1.09=1.09×22.3kA=24.3kA④三相短路容量×0.4×22.3MV•A=15.5MV•A在工程设计说明书中，往往只列短路计算表，如表4-1所示。第三十七页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算表4-1例4.1的短路计算结果短路计算点三相短路电流kA三相短路容量MV·A

k–1点2.862.862.867.294.3252.0k–2点22.32.322.341.024.315.5第三十八页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算三、采用标幺制法进行三相短路计算第三十九页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算（一）第四十页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算第四十一页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算第四十二页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算（二）第四十三页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算第四十四页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算第四十五页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算第四十六页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算第四十七页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算第四十八页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算第四十九页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算第五十页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算（三）不同电压等级电抗标幺值的关系第五十一页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算第五十二页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算第五十三页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算（四）

第五十四页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算

第五十五页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算第五十六页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算

第五十七页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算第五十八页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算第五十九页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算第六十页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算第六十一页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算第六十二页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算第六十三页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算第六十四页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算五、单相短路电流的计算在大接地电流的电力系统中或三相四线制低压配电系统中发生单相短路时，根据对称分量法可求得其单相短路电流为

在工程设计中，常利用下式计算单相短路电流

或按下式计算：

单相短路电流与三相短路电流的关系如下：第六十五页，共七十八页，2022年，8月28日第三节无限大容量电力系统中短路电流的计算在远离发电机的用户变电所低压侧发生单相短时，，因此单相短路电流为三相短路时，三相短路电流为

因此由于远离发电机发生短路时，，故

返回本章目录第六十六页，共七十八页，2022年，8月28日第四节短路电流的效应和稳定度校验一、概述通过上述短路计算得知，供电系统中发生短路时，短路电流是相当大的。如此大的短路电流通过电器和导体，一方面要产生很大的电动力，即电动效应；另一方面要产生很高的温度，即热效应。

主要用于检验设备的动稳定性和热稳定性。二、短路电流的电动效应和动稳定度（一）短路时的最大电动力由“电工原理”课程可知，处在空气中的两平行导体分别通以电流、（单位为A）时，两导体间的电磁互作用力即电动力（单位为N）为

第六十七页，共七十八页，2022年，8月28日第四节短路电流的效应和稳定度校验（二）短路动稳定度的校验条件1.一般电器的动稳定度校验条件

第六十八页，共七十八页，2022年，8月28日第四节短路电流的效应和稳定度校验2.绝缘子的动稳定度校验条件按下列公式校验：其中为三相短路时作用于绝缘子上的计算力，为绝缘子的最大允许载荷；如果母线在绝缘子上