智能供配电技术 课件 第5章 短路计算及设备选择

智能供配电技术项目5：短路计算及设备选择本项目主要内容任务一、无限大容量系统供电电路内三相短路的短路计算任务二、低压电网三相短路电流计算任务三、高压电器的选择任务四、低压电器的选择项目导入

某设计院接到任务，需对某机场航站楼进行智能供配电系统设计。在项目3和项目4中，我们已完成负荷计算、供配电系统一次设计，现需要进行短路计算，正确选择和校验电气设备，准确地整定供配电系统的保护装置，避免在短路电流作用下损坏电气设备，保证供配电系统中出现短路时，保护装置能可靠工作。项目目标知识目标1.了解短路的定义、原因、类型及危害；2.了解标幺值及电力系统各主要元件的电抗标幺值；3.熟悉供配电系统相关电器设备和选用方法。技能目标1.能进行短路电流计算；2.能进行高低压开关电器选型。项目知识（课前）知识5-1

高压网络短路计算知识5-2

低压网络短路计算知识5-3高压电器选择知识5-4

低压电器选择项目准备供配电系统短路计算和设备选型是供电系统的重要组成部分，对系统的电气量进行实时监测，当出现非正常的运行状态时，能及时将故障切除，以达到保护系统的目的。本项目实训需要的设备和软件如下：1、1台安装Windows10操作系统的计算机；2、1套低压断路器保护参数测试软件。本项目借助计算机及相关软件资源完成4个项目实训任务。项目实训任务5-1无限大容量系统供电电路内三相短路的短路计算；任务5-2低压电网三相短路电流计算；任务5-3高压电器的选择；任务5-4低压电器的选择。任务5-1无限大容量系统供电电路内三相短路的短路计算1、无限大容量系统概念无限大容量系统（或称无限大容量电源）是指该电源供电的电路内发生三相短路时，电源的端电压在短路时恒定不变，频率也都恒定不变，即认定为该系统的容量为无穷大，记作S=∞，电源的内阻抗Z=0。实际上，真正的无限大容量电源并不存在，只是一个相对的概念。因为无论系统多大，其容量总是一个有限值，并且总是有一定的内阻抗，短路时电压和频率总会发生变化。但是，当短路发生在距电源较远的支路上，阻抗远大于系统的内阻抗，此时电源的电压几乎不变，向这个短路支路提供短路电流的电源便可认为是无限大容量电源。一般认为，当电源或系统的内阻抗小于短路回路总阻抗的10%时，就可以认为这个电源或系统为无限大容量电源（系统）。任务5-1无限大容量系统供电电路内三相短路的短路计算一、采用标幺制法进行三相短路的计算1.标幺制法---因其短路计算中的有关物理量是采用标幺值（相对值）而得名，又称相对单位制法。2.标幺值---某一物理量的标幺值为该物理量的实际值A与所选定的基准值Ad的比值，即任务5-1无限大容量系统供电电路内三相短路的短路计算3.标幺制短路计算方法按标幺制法进行短路计算时，须先选定基准容量Sd和基准电压Ud。

基准容量---工程设计中通常取Sd=100MⅤA。

基准电压---通常取元件所在处的短路计算电压，即取Ud=Uc。

基准电流、基准电抗---选定了基准容量Sd和基准电压Ud以后，可按下式计算：一、采用标幺制法进行三相短路的计算任务5-1无限大容量系统供电电路内三相短路的短路计算UN（kv)0.3861035110220Ud（kV）0.46.310.537115230Id（kA）144.309.165.501.560.500.25常用系统的标称电压和基准值（Sd=100MVA）一、采用标幺制法进行三相短路的计算任务5-1无限大容量系统供电电路内三相短路的短路计算二、电力系统各主要元件的电抗标幺值任务5-1无限大容量系统供电电路内三相短路的短路计算三、三相短路电流计算无限大功率电源系统发生三相短路时，短路电流的周期分量的幅值和有效值保持不变，短路电流的有关物理量I″、Ish、ish、I∞和Sk都与短路电流周期分量有关。因此，只要算出短路电流周期分量的有效值，短路其它各量按前述公式很容易求得，采用的标幺值计算。（1）周期分量

周期分量又称为稳态分量，取决于电源的母线电压Uav和短路回路总阻抗ZΣ。当母线电压保持不变，又忽略短路回路的电阻时，周期分量的有效值为：任务5-1无限大容量系统供电电路内三相短路的短路计算三、三相短路电流计算因为无限大系统的母线电压Uav不变，所以在以任一时刻为中心的一个周期内，周期分量的有效值应相等，即用标幺值计算时，取Uj=Uav，则则有名值任务5-1无限大容量系统供电电路内三相短路的短路计算三、三相短路电流计算（2）非周期分量在感性电路中发生短路时，短路电流不但含有周期分量，而且由于感性电路的电流不会发生突变，短路电流内还含有非周期分量。非周期分量又称为过渡分量或自由分量。非周期分量的表达式为：由于在发生短路的瞬间，电路中的电流不能突变，故短路全电流t=0时的瞬时值应等于短路前t=0时负荷电流的瞬时值ifh0，由式（5-20）可得任务5-1无限大容量系统供电电路内三相短路的短路计算三、三相短路电流计算任务5-1无限大容量系统供电电路内三相短路的短路计算三、三相短路电流计算（3）短路冲击电流任务5-1无限大容量系统供电电路内三相短路的短路计算三、三相短路电流计算（4）例题【例5-1】如图5-8（a）所示，计算：1）当K1点三相短路时的稳态短路电流、冲击短路电流及短路进入稳态时变压器110kV侧母线的剩余电压。2）当K2点三相短路时，流过架空线的稳态短路电流和流过电抗器的短路冲击电流。任务5-1无限大容量系统供电电路内三相短路的短路计算三、三相短路电流计算任务5-1无限大容量系统供电电路内三相短路的短路计算三、三相短路电流计算任务5-1无限大容量系统供电电路内三相短路的短路计算三、三相短路电流计算任务5-2低压电网三相短路电流计算一、三相短路电流有效值

任务5-2低压电网三相短路电流计算二、短路冲击电流

任务5-2低压电网三相短路电流计算三、冲击电流有效值的计算任务5-3高压电器选择1、高压断路器的选择任务5-3高压电器选择2、高压熔断器的选择任务5-3高压电器选择3、互感器的选择（1）电流互感器任务5-3高压电器选择3、互感器的选择（2）电压互感器任务5-4低压电器选择1、低压电器的初步选择任务5-4低压电器选择2、断路器的参数设定（1）断路器的过载保护L参数设定方法

配电型断路器遵循的标准是IEC60947.2:2002，它保护的对象就是馈电电缆。馈电电缆允许过载的倍数及容忍过载的时间见表5-17，它是断路器对电缆实施过载保护时参数整定来源的设计依据。按照GB/T14048.2，对于热磁式脱扣器的断路器，其过载保护设定阈值I1的可调范围是0.7～1.05In；对于电子式脱扣器的断路器，其过载保护参数I1的可调范围是0.4～1.05In。任务5-4低压电器选择2、断路器的参数设定（2）断路器的延时短路保护S参数的设定方法

任务5-4低压电器选择2、断路器的参数设定

（2）断路器的延时短路保护S参数的设定方法任务5-4低压电器选择2、断路器的参数设定

任务5-4低压电器选择2、断路器的参数设定（3）断路器的短路瞬时保护I参数的设定方法

项目练习：某水利项目短路计算及设备选择项目背景某市海塘安澜工程有水闸3座水闸。各水闸拟采用由附近引一回10kV公用线路接入，具体供电方案尚需报供电部门审定。某水利设计院接到此工程的初步设计任务，需出具短路计算、设备选型等设计说明书。用于短路计算的水闸的电气主接线图如图5-10所示。项目练习：某水利项目短路计算及设备选择项目要求（1）练习任务1：低压母线短路电流计算。采用实用短路电流计算法，即按照规范SL585-2012《水利水电工程三相交流系统短路电流计算导则》以及《工业与民用配电设计手册》（第四版）第4.6节进行计算。变压器高压侧系统阻抗忽略不计。（2）练习任务2：设备选型。根据规范DL/T5729-2016《配电网规划设计技术导则》表4.1.2和6.4.1。本工程引自附近的10kV公用线路对侧变电站母线的短路电流水平不超过20kA，因此本工程高压侧短路电流更不会超过20kA。设备选择原则及计算公式见《水电站机电设计手册》（电气一次）第六章以及规范SL561-2012《水利水电工程导体和电器选择设计规范》。（3）练习任务3：参数设定。根据项目实训任务5-4相关内容，对练习任务2中所选型的设备进行保护参数设定。借助框架断路器测试仪和智能配电集成与运维平台上的断路器，完成保护参数设定校验，确认参数设定是否合理并填写报告。项目练习：某水利项目短路计算及设备选择项目步骤--练习任务1项目练习：某水利项目短路计算及设备选择项目步骤--练习任务1项目练习：某水利项目短路计算及设备选择项目步骤--练习任务2步骤1、高压熔断器的选择。1、计算说明（1）根据规范DL/T5729-2016《配电网规划设计技术导则》表4.1.2和6.4.1，本工程引自附近的10kV公用线路对侧变电站母线的短路电流水平不超过20kA，因此本工程高压侧短路电流更不会超过20kA。（2）设备选择原则及计算公式见《水电站机电设计手册》（电气一次）第六章以及规范SL561-2012《水利水电工程导体和电器选择设计规范》。项目练习：某水利项目短路计算及设备选择项目步骤--练习任务2步骤1、高压熔断器的选择。2、设备参数选择及验证某市海塘安澜工程水闸高压熔断器安装于高压侧，计算选择见表5-19。项目练习：某水利项目短路计算及设备选择项目步骤--练习任务2步骤2、低压断路器的选择。1、计算说明设备选择原则及计算公式见《工业与民用配电设计手册》（第四版）第十一章以及规范SL485-2010《水利水电工程厂（站）用电系统设计规范》。项目练习：某水利项目短路计算及设备选择项目步骤--练习任务2步骤2、低压断路器的选择。2、参数选择及验证某市海塘安澜工程水闸低压短路器选择，见表5-20。项目练习：某水利项目短路计算及设备选择项目步骤--练习任务3步骤1、根据项目实训任务5-4，计算