第3章短路電流及計(jì)算

1、2021-11-101第第3章章 短路電流及其計(jì)算短路電流及其計(jì)算第第1節(jié)節(jié) 短路的原因、后果及形式短路的原因、后果及形式第第2節(jié)節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)的物無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)的物理過程和物理量理過程和物理量第第3節(jié)節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計(jì)算無限大容量電力系統(tǒng)中短路電流的計(jì)算第第4節(jié)節(jié) 短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗(yàn)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗(yàn)2021-11-102教學(xué)內(nèi)容：教學(xué)內(nèi)容：短路的原因、后果及其形式；短路的原因、后果及其形式；無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)的物理過程和物理量；無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)的物理過程和物理量；三相短路電流的計(jì)算；三相

2、短路電流的計(jì)算；兩相和單相短路電流的計(jì)算；兩相和單相短路電流的計(jì)算；短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗(yàn)。短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗(yàn)。教學(xué)重點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)：短路的原因、后果及其形式；短路的原因、后果及其形式；三相短路電流的計(jì)算；兩相和單相短路電流的計(jì)算；三相短路電流的計(jì)算；兩相和單相短路電流的計(jì)算；短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗(yàn)。短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗(yàn)。教學(xué)難點(diǎn)：教學(xué)難點(diǎn)：三相短路電流和短路容量的計(jì)算；三相短路電流和短路容量的計(jì)算；短路電流的電動(dòng)效應(yīng)和熱效應(yīng)2021-11-103 絕緣損壞、過電壓、外力損傷、違反操作規(guī)程、動(dòng)物造成等二、短路的二、短路的后果后果 產(chǎn)生很大的電動(dòng)力、很高溫度、元器件損壞；電壓

3、驟停、影響電氣設(shè)備正常運(yùn)行；停電、電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性遭到破壞；不平衡電流、不平衡逆變磁場(chǎng)、電磁干擾等出現(xiàn)。 三、短路的形式三、短路的形式三相短路兩相短路 單相短路兩相接地短路)3(ki)2(ki)1(ki一、短路的原因一、短路的原因2021-11-104第第1節(jié)節(jié) 短路的原因、后果及形式短路的原因、后果及形式一、短路的原因一、短路的原因絕緣損壞、過電壓、外力損傷、違反操作規(guī)程、動(dòng)物造成等二、短路的后果二、短路的后果產(chǎn)生很大的電動(dòng)力、很高溫度、元器件損壞；電壓驟停、影響電氣設(shè)備正常運(yùn)行；停電、電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性遭到破壞；不平衡電流、不平衡逆變磁場(chǎng)、電磁干擾等出現(xiàn)2021-11-105三、短路

4、的形式三、短路的形式三相短路三相短路兩相短路兩相短路2021-11-106單相短路單相短路2021-11-107三相短路三相短路為為對(duì)稱性短路對(duì)稱性短路,其他形式短路為其他形式短路為不對(duì)稱性短路不對(duì)稱性短路電力系統(tǒng)中發(fā)生單相短路的可能性最大電力系統(tǒng)中發(fā)生單相短路的可能性最大發(fā)生三相短路的可能性最小，但造成的危害最嚴(yán)重。發(fā)生三相短路的可能性最小，但造成的危害最嚴(yán)重。因此因此作為選擇和校驗(yàn)電氣設(shè)備用作為選擇和校驗(yàn)電氣設(shè)備用的短路計(jì)算中，以的短路計(jì)算中，以三相三相短路計(jì)算為主短路計(jì)算為主。計(jì)算短路電流目的：計(jì)算短路電流目的：1.選擇和校驗(yàn)電氣設(shè)備。選擇和校驗(yàn)電氣設(shè)備。2.整定繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作電流整

5、定繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作電流2021-11-108第第2節(jié)節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相無限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)的物理過程和物理量短路時(shí)的物理過程和物理量一、一、無限大容量電力系統(tǒng)及其三相短路的物理過程無限大容量電力系統(tǒng)及其三相短路的物理過程無限大容量電力系統(tǒng)：無限大容量電力系統(tǒng)：指供電容量相對(duì)于用戶供電系統(tǒng)的用電容量大的多的指供電容量相對(duì)于用戶供電系統(tǒng)的用電容量大的多的電力系統(tǒng)，當(dāng)用戶供電系統(tǒng)的負(fù)荷變動(dòng)甚至發(fā)生短路時(shí)，電力系統(tǒng)，當(dāng)用戶供電系統(tǒng)的負(fù)荷變動(dòng)甚至發(fā)生短路時(shí)，電力系統(tǒng)變電所饋電母線上的電壓能基本維持不變。電力系統(tǒng)變電所饋電母線上的電壓能基本維持不變?；蛘唠娏ο到y(tǒng)容量大于用戶供電系

6、統(tǒng)容量或者電力系統(tǒng)容量大于用戶供電系統(tǒng)容量50倍時(shí)，倍時(shí)，可將電力系統(tǒng)視為無限大容量系統(tǒng)。可將電力系統(tǒng)視為無限大容量系統(tǒng)。對(duì)于一般供電系統(tǒng)來說，可將電力系統(tǒng)看作無限大容量對(duì)于一般供電系統(tǒng)來說，可將電力系統(tǒng)看作無限大容量電源。電源。2021-11-109(二）無限大容量系統(tǒng)三相短路的物理過程二）無限大容量系統(tǒng)三相短路的物理過程wlwljxrz無限大容量電源供電的三相電路上發(fā)生三相短路的電路圖。從電源至短路點(diǎn)的阻抗：從短路點(diǎn)至負(fù)荷阻抗llxjrz2021-11-1010系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)：電路的負(fù)荷電流系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)：電路的負(fù)荷電流zzui3當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)izuik32021

7、-11-1011（三）短路有關(guān)的電流量（三）短路有關(guān)的電流量2021-11-1012 1.短路電流周期分量：短路電流周期分量： 2.短路電流非周期分短路電流非周期分量：量： 3.短路全電流：短路全電流： 4.短路沖擊電流：短路沖擊電流： 5.短路穩(wěn)態(tài)電流短路穩(wěn)態(tài)電流iip 2)0(iinp 2)0(nppkiiiikishsh 2kiii 2021-11-1013第第3節(jié)節(jié) 無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路無限大容量電力系統(tǒng)中三相短路電流的計(jì)算電流的計(jì)算一概述一概述首先要繪出計(jì)算電路圖。首先要繪出計(jì)算電路圖。并計(jì)算短路電路中各元件的阻抗。并計(jì)算短路電路中各元件的阻抗。在等效電路圖上，只需將被計(jì)算的

8、短路電流所流經(jīng)的在等效電路圖上，只需將被計(jì)算的短路電流所流經(jīng)的一些主要元件表示出來，一些主要元件表示出來，并標(biāo)明其序號(hào)和阻抗值一般是分子標(biāo)序號(hào)，分母標(biāo)阻抗值并標(biāo)明其序號(hào)和阻抗值一般是分子標(biāo)序號(hào)，分母標(biāo)阻抗值.短路電流計(jì)算過程：短路電流計(jì)算過程：繪出計(jì)算電路圖、元件編號(hào)、繪等效電路、計(jì)算阻抗和總阻抗、計(jì)算短路電流和短路容量。2021-11-1014短路計(jì)算的方法短路計(jì)算的方法歐姆法歐姆法標(biāo)幺制法標(biāo)幺制法工程設(shè)計(jì)中采用工程設(shè)計(jì)中采用的單位的單位電流單位:電壓?jiǎn)挝?短路容量、斷流容量:設(shè)備容量單位為：阻抗單位為：kakvamv kwakv.2021-11-1015短路容量短路容量二、采用歐姆法進(jìn)行三

9、相短路計(jì)算二、采用歐姆法進(jìn)行三相短路計(jì)算22)3(33xruzuicck短路計(jì)算短路計(jì)算短路電流短路電流)3()3(3kckius2021-11-1016短路計(jì)算中三大主要元件短路計(jì)算中三大主要元件：（一）電力系統(tǒng)的阻抗：（二）電力變壓器的阻抗1.變壓器的電阻:2.變壓器的電抗:occssux2ncktsuux100%22)(ncktsupr2021-11-1017(三三)電力線路的阻抗電力線路的阻抗1.線路的電阻2.線路的電抗：注意：在計(jì)算短路電路的阻抗時(shí)，假如電路內(nèi)含有電力變壓器，則電路各元件的阻抗都應(yīng)統(tǒng)一換算到短路點(diǎn)的短路計(jì)算電壓去。lrrwl0lxxwl022)()(ccccuuxxu

10、urr2021-11-1018電力線路每相的單位長度電抗平均值電力線路每相的單位長度電抗平均值 線路結(jié)構(gòu) 架空線路 電纜線路線 路 電 壓 35kv及以上 0.40 0.12 610kv 0.35 0.08 220380v 0.32 0.0662021-11-1019 例例4-14-1 某供配電系統(tǒng)如圖所示。已知電力系統(tǒng)出口斷路器為sn10-10型。試求企業(yè)變電所高壓10kv母線上k-1點(diǎn)短路和低壓380v母線上k-2點(diǎn)短路的三相短路電流和短路容量。2021-11-1020 解解 1 1、求、求k-1k-1點(diǎn)的三相短路電流和短路容量點(diǎn)的三相短路電流和短路容量 （u uc1c1=10.5kv=1

11、0.5kv) (1)計(jì)算短路電路中各元件的電抗及總電抗 電力系統(tǒng)的電抗；電力系統(tǒng)的電抗；由附錄表3可查得sn10-10型斷路器的斷流容量soc=500mva，因此 架空線路的電抗架空線路的電抗： 由表4-1查得，因此 繪繪k-1k-1點(diǎn)短路的等效電點(diǎn)短路的等效電路如圖3-5a所示，并計(jì)算總電抗如下： 2021-11-1021(2)計(jì)算三相短路電流和短路容量計(jì)算三相短路電流和短路容量 三相短路電流周期分量有效值：kakvxuikck08. 397. 135 .103)1(1)3(12021-11-1022三相短路沖擊電流三相短路沖擊電流三相短路容量：三相短路容量：kakaiish85. 708.

12、 355. 255. 2)3()3( kakaiish65. 408. 351. 151. 1)3()3( amvkakviuskck5608. 35 .1033)3(11)3(12021-11-1023求求k-2k-2點(diǎn)的三相短路電流和短路容量點(diǎn)的三相短路電流和短路容量架空線路的電抗：架空線路的電抗：電力系統(tǒng)的電抗：電力系統(tǒng)的電抗：（1）計(jì)算短路電路中各元件的電抗及總電抗）計(jì)算短路電路中各元件的電抗及總電抗:kvuc4 . 024221102 . 3500)4 . 0(amvkvsuxocc32212021054. 25 .104 . 05)/(35. 0kvkvkmkmuulxxcc202

13、1-11-1024繪繪k-2點(diǎn)短路的等效電路如圖所示，并計(jì)算其總電抗如下：點(diǎn)短路的等效電路如圖所示，并計(jì)算其總電抗如下：電力變壓器的電抗：電力變壓器的電抗：有附錄表有附錄表2得得%=4.5,因此因此33344321)2(1086. 621081054. 2102 . 3/ xxxxxk3222431081000)4 . 0(1005 . 4100%akvkvsuuxxncz2021-11-1025（2 2）計(jì)算三相短路電流和短路容量）計(jì)算三相短路電流和短路容量 三相短路電流周期分量有效值：三相短路電流周期分量有效值：三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流有效值：kakvxuikck7 .331086.

14、634 . 033)2(2)3(2kaiiikk7 .33)3(2)3(2 2021-11-1026三相短路容量：三相短路容量：三相短路沖擊電流及第一周期短路全電流有效值三相短路沖擊電流及第一周期短路全電流有效值:kakaiish627 .3384. 184. 1)3()3( kakaiish7 .367 .3309. 109. 1)3()3( amvkakviuskck3 .237 .334 . 033)3(22)3(22021-11-1027三三. .采用標(biāo)幺制法進(jìn)行三相短路計(jì)算采用標(biāo)幺制法進(jìn)行三相短路計(jì)算1、標(biāo)幺值概念 某一物理的標(biāo)幺值某一物理的標(biāo)幺值, ,為該物理量的實(shí)際值為該物理量的

15、實(shí)際值a a與所選定的基準(zhǔn)值比值，與所選定的基準(zhǔn)值比值，即即 按標(biāo)幺制法進(jìn)行短路計(jì)算時(shí)，一般先選定基準(zhǔn)容量按標(biāo)幺制法進(jìn)行短路計(jì)算時(shí)，一般先選定基準(zhǔn)容量和基準(zhǔn)電壓和基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)容量，工程設(shè)計(jì)中通常取基準(zhǔn)容量，工程設(shè)計(jì)中通常取基準(zhǔn)電壓，通常取元件所在的短路計(jì)算電壓，取基準(zhǔn)電壓，通常取元件所在的短路計(jì)算電壓，取選定了基準(zhǔn)容量和基準(zhǔn)電壓以后，選定了基準(zhǔn)容量和基準(zhǔn)電壓以后，可按下式計(jì)算基準(zhǔn)電流：可按下式計(jì)算基準(zhǔn)電流：按下式計(jì)算基準(zhǔn)電抗：按下式計(jì)算基準(zhǔn)電抗： ddaaa mvasd100cduu cddddususi33dcdddsuiux232021-11-10282、元件標(biāo)幺值： 電力系統(tǒng)電抗標(biāo)幺值：

16、 電力變壓器電抗標(biāo)幺值： 電力線路電抗標(biāo)幺值：3、短路電流標(biāo)幺值及短路電流計(jì)算ocddcoccdsssssusuxxx/22ndkdcnckdttssususuuxxx100%/100%2222/cdodcodwlwluslxsulxxxx*)*3()3(2)3()3(13/3/xiiiixxsuusxuiiiddkkdccdcdkk2021-11-10294、三相短路容量、三相短路容量*)3()3(33xsxuiuisdcdckkzuick2)2(866. 02/3/)3()2(kkii四、四、兩相短路電流兩相短路電流的計(jì)算的計(jì)算五、單相短路電流的計(jì)算大接地電流系統(tǒng)、三相四線制系統(tǒng)發(fā)生單相短

17、路時(shí) 321)1(3zzzuik工程中簡(jiǎn)單計(jì)算 由此可知：兩相短路電流和單相短路電流都比三相短路電流小，因此因此用于選擇電氣設(shè)備的短路穩(wěn)定度的短路電流，應(yīng)采用三相短路電流用于選擇電氣設(shè)備的短路穩(wěn)定度的短路電流，應(yīng)采用三相短路電流。0)1(zuik)3()1(kkii2021-11-1030結(jié)論：結(jié)論：1.單相短路電流主要用于：?jiǎn)蜗喽搪繁Ｗo(hù)的整定及單相短路電流主要用于：?jiǎn)蜗喽搪繁Ｗo(hù)的整定及單相短路穩(wěn)定度的校驗(yàn)。單相短路穩(wěn)定度的校驗(yàn)。2.兩相短路電流主要用于：相間短路保護(hù)靈敏度的兩相短路電流主要用于：相間短路保護(hù)靈敏度的校驗(yàn)。校驗(yàn)。3.三相短路電流主要用于：選擇電氣設(shè)備和導(dǎo)體的三相短路電流主要用于

18、：選擇電氣設(shè)備和導(dǎo)體的短路穩(wěn)定度校驗(yàn)。短路穩(wěn)定度校驗(yàn)。2021-11-1031第第4節(jié)節(jié) 短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗(yàn)短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗(yàn) 一、概述 發(fā)生短路后產(chǎn)生危害效應(yīng)：電動(dòng)效應(yīng) 熱效應(yīng) 二、短路電流的電動(dòng)效應(yīng)和動(dòng)穩(wěn)定度二、短路電流的電動(dòng)效應(yīng)和動(dòng)穩(wěn)定度 （一）短路時(shí)最大電動(dòng)力 短路電流的電動(dòng)效應(yīng)與動(dòng)穩(wěn)定度效驗(yàn) （一）短路電流的電動(dòng)效驗(yàn) 由電工基礎(chǔ)知，處于空氣中的兩平行直導(dǎo)體分別通過電流i1、i2（a），而導(dǎo)體間軸線距離為a，導(dǎo)體的兩支持點(diǎn)距離（檔距）為l,則導(dǎo)體間所產(chǎn)生的電磁互作用力即電動(dòng)力為：2721210/1022anali iali if2021-11-10321.如果三相線路中

19、發(fā)生兩相短路，則兩相短路沖擊電流 通過兩相導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)力最大，其值為：2.如果三相線路中發(fā)生三相短路則三相短路沖擊電流在中間相產(chǎn)生的電動(dòng)力最大：)2(shi272)2(0)2(/10analifsh272)3()3(/103anaiifsh3.三相短路時(shí)的電動(dòng)力與兩相短路時(shí)電動(dòng)力的關(guān)系三相短路時(shí)的電動(dòng)力與兩相短路時(shí)電動(dòng)力的關(guān)系15. 132)2()3(ff2021-11-1033由此可見由此可見：三相線路發(fā)生三相短路時(shí)，中間相導(dǎo)體所受的電動(dòng)力比兩相短路時(shí)導(dǎo)體所受的電動(dòng)力大。因此，校驗(yàn)電器和載流部分的動(dòng)穩(wěn)定度，一般應(yīng)采用三相短路沖擊電流)3(shi2021-11-1034（二）短路動(dòng)穩(wěn)定度校

20、驗(yàn)的條件（二）短路動(dòng)穩(wěn)定度校驗(yàn)的條件 1.一般電器的動(dòng)穩(wěn)定度校驗(yàn)一般電器的動(dòng)穩(wěn)定度校驗(yàn)（包括開關(guān)電器和電流互感器等）2.絕緣子的動(dòng)穩(wěn)定度校驗(yàn)條件絕緣子的動(dòng)穩(wěn)定度校驗(yàn)條件滿足動(dòng)穩(wěn)定度校驗(yàn)條件是滿足動(dòng)穩(wěn)定度校驗(yàn)條件是母線在絕緣子上平放：母線在絕緣子上平放：豎放豎放)3()3(maxshmxashiiii)3(calff )3()3(ffc)3()3(4 . 1 ffc2021-11-10353.硬母線的動(dòng)穩(wěn)定度校驗(yàn)條件硬母線的動(dòng)穩(wěn)定度校驗(yàn)條件滿足動(dòng)穩(wěn)定度的校驗(yàn)條件:硬銅（tmy）最大允許應(yīng)力：硬鋁（lmy）最大允許應(yīng)力：上述最大計(jì)算應(yīng)力按右式計(jì)算：式中：m為母線通過三相短路沖擊電流時(shí)所受到的彎曲力

21、矩。 當(dāng)母線擋數(shù)為12時(shí)， 當(dāng)母線檔數(shù)大于2時(shí)w為母線的截面系數(shù)。calmpaal140mpaal70wmc8)3(lfm 10)3(lfm 2021-11-1036（三）電動(dòng)機(jī)對(duì)三相短路電流的影響（三）電動(dòng)機(jī)對(duì)三相短路電流的影響供配電系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)，從電源到短路點(diǎn)的系統(tǒng)電壓供配電系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)，從電源到短路點(diǎn)的系統(tǒng)電壓下降，嚴(yán)重時(shí)短路點(diǎn)的電壓可降為零。接在短路點(diǎn)附近運(yùn)下降，嚴(yán)重時(shí)短路點(diǎn)的電壓可降為零。接在短路點(diǎn)附近運(yùn)行行的電動(dòng)機(jī)的反電勢(shì)可能大于電動(dòng)機(jī)所在處系統(tǒng)的殘壓，此的電動(dòng)機(jī)的反電勢(shì)可能大于電動(dòng)機(jī)所在處系統(tǒng)的殘壓，此時(shí)時(shí)電動(dòng)機(jī)將和發(fā)電機(jī)一樣，向短路點(diǎn)饋送短路電流。同時(shí)電電動(dòng)機(jī)將和發(fā)電機(jī)一樣，向短路點(diǎn)饋送短路電流。同時(shí)電