短路电流及其计算 教案教材

第三章短路电流及其计算短路的原因、后果及其形式分析无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程和有关物理量工厂供电系统三相短路及两相短路和单相短路的计算

短路电流产生的效应及其校验条件主要内容第一节短路的原因、后果及其形式

一、原因1、定义系统中最常见的故障就是短路。短路就是指不同电位的导电部分之间的低阻性短接。~380V2、短路的原因原因1：绝缘损坏。这种损坏可能是由于设备长期运行，绝缘自然老化或由于设备本身不合格、绝缘强度不够而被正常电压击穿，或设备绝缘正常而被过电压(包括雷电过电压)击穿，或者是设备绝缘受到外力损伤而造成短路。原因2：工作人员由于未遵守安全操作规程而发生误操作，或者误将低电压的设备接入较高电压的电路中，也可能造成短路。原因3：鸟兽跨越在裸露的相线之间或相线与接地物体之间，或者咬坏设备导线电缆的绝缘，也是导致短路的一个原因。3、短路故障是不可避免的

工厂供电系统要求正常地不间断地对用电负荷供电，以保证工厂生产和生活的正常进行。但是由于各种原因，也难免出现故障，而使系统的正常运行遭到破坏。如何避免短路故障？二、短路的后果

短路后，短路电流(short—circuitcurrent)比正常电流大得多；在大电力系统中，短路电流可达几万安甚至几十万安。如此大的短路电流可对供电系统产生极大的危害1)产生很大的电动力和高温，使短路电路中其他元件损坏。2)电压要骤降，严重影响电气设备的正常运行。3)造成停电，而且越靠近电源，停电范围越大，给国民经济造成的损失也越大；4)严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，可使并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列。5)单相短路，其电流将产生较强的不平衡交变磁场，对附近的通信线路、电子设备等产生干扰，影响其正常运行，甚至使之发生误动作。

二、短路的后果具体形式短路的后果是十分严重的，因此必须尽力设法消除可能引起短路的一切因素；同时需要进行短路电流计算，(1)以便正确地选择电气设备，使设备具有足够的动稳定性和热稳定性，以保证在发生可能有的最大短路电流时不致损坏。(2)为了选择切除短路故障的开关电器、整定短路保护的继电保护装置和选择限制短路电流的元件(如电抗器)等，三、短路的形式在三相系统中，可能发生三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路。其中三相短路，属对称性短路；其它形式的短路，属非对称短路。1、三相短路：用文字符号k(3)表示，如图。2、两相短路：用是k(2)表示，如图。

3、单相短路，用k(1)表示，如图。

4、两相接地短路：

是指中性点不接地系统中两不同相均发生单相接地而形成的两相短路，如图e所示；也指两相短路后又接地的情况，如图f所示；都用是k(1.1)

表示。它实质上就是两相短路，因此也可用是k(2)表示。危害程度电力系统中，发生单相短路的可能性最大，而发生三相短路的可能性最小。但一般三相短路的短路电流最大，造成的危害也最严重。计算对象

为了使电力系统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠地工作，因此作为选择检验电气设备用的短路计算中，以三相短路计算为主。实际上，非对称短路也可以按对称分量法分解为对称的正序、负序和零序分量法来研究，所以对称的三相短路分析也是分析研究非对称短路的基础。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1、无限大容量电力系统定义：无限大容量电力系统，指其容量相对于用户供电系统容量大得多的电力系统，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。近似：如果电力系统的电源总阻抗不超过短路电路总阻抗5％～10％，或电力系统容量超过用户供电系统容量50倍时，可将电力系统视为无限大容量系统。工厂供电系统一般来说，由于工厂供电系统的容量远比电力系统总容量小，也就是说可将电力系统视为无限大容量的电源。

一、无限大容量电力系统及其三相短路的物理过程

2、无限大容量系统三相短路的物理过程无限大容量电源供电的三相电路上发生三相短路的电路图。从电源至短路点的阻抗：从短路点至负荷阻抗系统正常运行时：电路的负荷电流当系统发生三相短路时1.短路电流周期分量：2.短路电流非周期分量：3.短路全电流：4.短路冲击电流：5.短路稳态电流二、短路有关的物理量第三节无限大容量电力系统中三相短路

电流的计算一、概述首先要绘出计算电路图。并计算短路电路中各元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值一般是分子标序号，分母标阻抗值.短路电流计算过程：绘出计算电路图、元件编号、绘等效电路、计算阻抗和总阻抗、计算短路电流和短路容量。短路计算的方法欧姆法标幺制法工程设计中采用的单位电流单位:电压单位:短路容量、断流容量:设备容量单位为：阻抗单位为：短路容量二、采用欧姆法进行三相短路计算短路计算短路电流短路计算中三大主要元件：（一）电力系统的阻抗：（二）电力变压器的阻抗1.变压器的电阻:2.变压器的电抗:(三)电力线路的阻抗1.线路的电阻2.线路的电抗：注意：在计算短路电路的阻抗时，假如电路内含有电力变压器，则电路各元件的阻抗都应统一换算到短路点的短路计算电压去。例某供电系统如图3-4所示。已知电力系统出口断路器为SN10-10Ⅱ型。试求工厂变电所高压10kV母线上点短路和低压

380V母线上点短路的三相短路电流和短路容量。图3-4例3-1的短路计算电路图解：1.求k-1点的三相短路电流和短路容量（Uc1=10.5kv）

(1).计算短路电路中各元件的电抗和总电抗

1).电力系统的电抗：由附录表12可查得SN10-10Ⅱ型断路器的断流容量Soc=500MVA，因此

2).架空线路的电抗：由表3-1查得X0=0.35Ω/km,因此

3).绘k-1点短路的等效电路如图3-5a所示，图上标出各元件的序号（分子）和电抗值（分母），然后计算电路的总电抗：图3-5例3-1的短路等效电路图（欧姆法）

(2).计算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：

2).三相短路次暂态电流和稳态电流有效值：

3).三相短路冲击电流及其有效值：

4).三相短路容量：

2.求k-2点的短路电流和短路容量（Uc2=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：

2).架空线路的电抗：

3).电力变压器的电抗：由附录表8查得Uk％＝4.5，因此

4).绘k-2点短路的等效电路如图3-5b所示，并计算其总电抗：(2).计算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：

2).三相短路次暂态电流和稳态电流：

3).三相短路冲击电流及其有效值：

4).三相短路容量：

21.8

34.257.831.431.431.4

56.04.657.853.083.083.08三相短路容量/MVA三相短路电流/kA短路计算点表3-2例3-1的短路计算表四、两相短路电流的计算五、单相短路电流的计算大接地电流系统、三相四线制系统发生单相短路时工程中简单计算

由此可知：两相短路电流和单相短路电流都比三相短路电流小，因此用于选择电气设备的短路稳定度的短路电流，应采用三相短路电流。结论：1.单相短路电流主要用于：单相短路保护的整定及单相短路稳定度的校验。2.两相短路电流主要用于：相间短路保护灵敏度的校验。3.三相短路电流主要用于：选择电气设备和导体的短路稳定度校验。第4节短路电流的效应和稳定度校验

一、概述发生短路后产生危害效应：电动效应热效应二、短路电流的电动效应和动稳定度（一）短路时最大电动力1.如果三相线路中发生两相短路，则两相短路冲击电流通过两相导体时产生的电动力最大，其值为：2.如果三相线路中发生三相短路则三相短路冲击电流在中间相产生的电动力最大：3.三相短路时的电动力与两相短路时电动力的关系由此可见：三相线路发生三相短路时，中间相导体所受的电动力比两相短路时导体所受的电动力大。因此，校验电器和载流部分的动稳定度，一般应采用三相短路冲击电流（二）短路动稳定度校验的条件1.一般电器的动稳定度校验（包括开关电器和电流互感器等）（三）电动机对三相短路电流的影响供配电系统发生三相短路时，从电源到短路点的系统电压下降，严重时短路点的电压可降为零。接在短路点附近运行的电动机的反电势可能大于电动机所在处系统的残压，此时电动机将和发电机一样，向短路点馈送短路电流。同时电动机迅速受到制动，它所提供的短路电流很快衰减，一般只考虑电动机对冲击短路电流的影响，如下图所示。当短路点附近所接交流电动机的容量超过100kW，或者额定电流之和超过系统短路电流的1%时，应计入电动机反馈电流的影响。三、短路电流的热效应和