河北工程大學(xué)供配電課件第3講

3建筑供配電系統(tǒng)短路電流及其計算3.1概述一短路原因、類型、后果及計算短路電流的目的（一）主要原因：1.電氣設(shè)備、元件的損壞----設(shè)備絕緣損壞；絕緣老化2.自然原因-----雷擊或過電壓擊穿，鳥獸的跨接等。3.人為事故------違反安全操作規(guī)程；（二）類型：1.三相短路2.兩相短路3.單相短路（三）后果：1.產(chǎn)生很大的電動力和很高的溫度，使故障元件和短路電路中的其它元件損壞。2.電壓驟降，影響電氣設(shè)備的正常運行。3.造成停電事故。4.造成不對稱電路，其電流將產(chǎn)生較強的不平衡磁場，對附近的通信設(shè)備、信號系統(tǒng)及電子設(shè)備等產(chǎn)生干擾。5.嚴(yán)重的短路運行電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，使并列運行發(fā)電機組失去同步，造成系統(tǒng)解列。（四）目的：1.選擇和校驗電氣設(shè)備。2.繼電保護裝置的整定計算。3.設(shè)計時作不同方案的技術(shù)比較。二.電力系統(tǒng)的中性點運行方式（一）類型三相交流電力系統(tǒng)中，供電電源的發(fā)電機和變壓器的中性點運行方式：

1.小電流接地電源中性點不接地電源中性點經(jīng)消弧圈接地2.大電流接地電源中性點直接接地（二）電源中性點不接地電力系統(tǒng)電網(wǎng)對地存在分布電容C，若三相對稱電網(wǎng)正常時流入分布電容的電流對稱中性點與地電位相同，地中無電流流過C相單相接地時三相負(fù)載不對稱電流見圖

C相電位為零非故障相電壓升高中性點與地之間存在電位差線電壓不變設(shè)備可繼續(xù)運行接地電流為單相接地后特點：故障相電位為零非故障相相電壓升高為線電壓—電網(wǎng)按線電壓設(shè)計中性點與地之間存在電位差----零序電壓線電壓不變設(shè)備可繼續(xù)運行2小時(2小時之內(nèi)電壓互感器不會飽和，否則飽和會損壞)接地電流為3倍零序電流，較小，電流保護不動作我國6~35kV中壓采用10kV單相接地電流應(yīng)小于30A35kV單相接地電流應(yīng)小于10A（三）電源中性點經(jīng)消弧圈接地的電力系統(tǒng)當(dāng)10kV單相接地電流應(yīng)大于30A，35kV單相接地電流應(yīng)大于10A，發(fā)生單相接地時會產(chǎn)生間歇電弧，造成過電壓，因此要采用中性點經(jīng)消弧線圈接地。用電感電流補償電容電流，可減少接地電流補償方式欠補償完全補償過補償易諧振，不采用產(chǎn)生諧振過電壓，不用采用（四）電源中性點直接接地的電力系統(tǒng)特點接地電流很大，可使保護動作非故障相相電壓不變，可按相電壓設(shè)計，電網(wǎng)造價低人觸電很危險110kV以上電網(wǎng)和低壓電網(wǎng)采用（五）建筑供配電系統(tǒng)分為TN、TT、IT系統(tǒng)對于低壓系統(tǒng)（TN）：三相相線三相三線制中性線（N）三相四線制保護線（PE）三相五線制

第一個字母表示電源中性點的對地關(guān)系；（電力系統(tǒng)的對地關(guān)系）

T—一點直接接地；

I—所有帶電部分與地絕緣，或一點經(jīng)阻抗接地。第二個字母表示裝置的外露可導(dǎo)電的部分對地關(guān)系；

T—外露可導(dǎo)電部分對地直接電氣連接，與電力系統(tǒng)的任何接地點無關(guān)；

N—外露可導(dǎo)電部分與電力系統(tǒng)的接地點直接電氣連接。橫線后面的字母(S、C或C-S)表示保護線與中性線的結(jié)合情況。插座左零、右火、中地線母線色標(biāo)：A相黃色、B相綠色、C相紅色零線N藍(lán)色地線PE黃綠雙色表示接地線表示中性線3.2短路電流的暫態(tài)過程無限大電源容量系統(tǒng)短路電流的暫態(tài)過程暫態(tài)過程：正常穩(wěn)態(tài)到短路穩(wěn)態(tài)的過程。無限大電源容量：系統(tǒng)電壓基本不變。1）短路容量：3倍或以上。2）電源總阻抗≤5%～10%線路總阻抗。3）電網(wǎng)容量>或=50倍用戶容量。有限大電源容量系統(tǒng)系統(tǒng)電壓隨時間變化。電源總阻抗>5%～10%線路總阻抗。3.2.1無限大容量系統(tǒng)短路電流暫態(tài)過程由圖得，短路前短路后解微分方程，短路的全電流為：其中：可見：短路電流由兩部分組成。其一按指數(shù)規(guī)律衰減變化------非周期分量其二按正弦規(guī)律變化-----周期分量短路電流非周期分量是由于電路存在著電感，用以維持短路瞬間的電流不致突變。無限大容量系統(tǒng)短路電流的暫態(tài)過程結(jié)論：1)周期分量幅值不變。2)非周期分量總要衰減，而且短路電路總電阻Rk越大，時間常數(shù)T越小，衰減越快。3)短路后經(jīng)半個周期（0.01s），出現(xiàn)最大值，稱為短路的沖擊電流ish4)暫態(tài)過程經(jīng)十個周期（0.2s）進入穩(wěn)態(tài)。稱為短路的穩(wěn)態(tài)電流i∞有限大容量系統(tǒng)短路電流的暫態(tài)過程。1)周期分量幅值是變化的。2)非周期分量也是衰減。3.2.2需要計算的短路電流參數(shù)1）短路次暫態(tài)電流：

短路開始第一個周期周期分量的有效值。用I’’表示。2）短路穩(wěn)態(tài)電流：短路進入穩(wěn)態(tài)時的有效值。用I∞表示。作用：校驗電氣設(shè)備的熱穩(wěn)定性3）短路電流沖擊值：短路全電流中的最大瞬時值。用ish表示。產(chǎn)生最大短路沖擊電流必備的條件：空載Im=0；電源電壓過零θ=0°；純電感電路。作用：校驗電氣設(shè)備的動穩(wěn)定性

將上述條件帶入全電流公式得沖擊電流高壓電路取1.8；低壓電路取1.33.2.2需計算的短路電流參數(shù)4）短路沖擊電流有效值：

為短路全電流中的最大有效值

。用Ish表示。作用：校驗電氣設(shè)備的動穩(wěn)定性。高壓：低壓：

5）短路后0.2s時的短路電流周期分量有效值和短路容量

作用：校驗開關(guān)電氣的額定開斷電流和額定斷流容量。周期分量有效值短路容量

3.3無限大容量系統(tǒng)短路電流計算短路電流有兩種計算方法:有名值法通常用于1000V以下低壓供電系統(tǒng)的短路計算。相對值法

常用在高壓系統(tǒng)短路電流計算。有名值法（絕對值法、歐姆法）由歐姆定律計算，各個物理量均有單位*對于高壓電路，一般只計電抗，不計電阻，當(dāng)時需計算電阻。*對于低壓短路，一般只計電阻，不計電抗，當(dāng)時才需計算電抗。3.3.1有名值法計算短路電流步驟1）繪制短路計算電路圖：標(biāo)參數(shù)、找短路點;2）求短路回路中各元件阻抗，在圖上標(biāo)出各元件阻抗值；3）計算短路回路的總阻抗。（注意：等效阻抗的換算）。4）計算短路電流。計算短路電流的關(guān)鍵是計算各元件阻抗3.3.2短路回路中各元件阻抗

（1）電源系統(tǒng)的阻抗①已知電源的短路容量sk。②可由高壓饋電線出口斷路器的斷流容量Sb（極限短路容量）來估算,公式同上。③由開斷電流Ioc來計算其斷流容量，（2）變壓器的阻抗：

（3）輸電線路的阻抗：

①線路的電阻Rwl。Rwl=r0L。r0單位長度電阻，查附表40或查手冊

②線路的電抗Xwl。Xw=x0L。x0單位長度電抗3.3.2短路回路中各元件阻抗

（4）限流電抗器的電抗：按各元件串并聯(lián)的關(guān)系，計算總阻抗例題3-1

某供電系統(tǒng)如圖示，斷路器為SN10-10。試求K1,K2點的短路電流和短路容量。380vG∞電源架空線l=5kmK1K2S9-100010kvSN10-10解：（1）計算各元件電抗

1)系統(tǒng)電抗由附錄表11Soc=500MV.A2)架空線路由手冊得x0=0.38X2=x0L=0.38*5=1.93)變壓器由手冊得Uk%=4.5

（2）計算短路點總電抗1)K1點：XK1=X1+X2=0.22+1.9=2.122)K2點:

XK2=(X1+X2)(0.4/10.5)2+X3//X4=(0.22+1.9)(0.4/10.5)2+0.0072/2=0.00668

（3）計算短路參數(shù)K1點：①短路電流周期分量有效值和穩(wěn)態(tài)電流②短路電流沖擊電流③短路容量2)K2點：

①短路電流周期分量有效值和穩(wěn)態(tài)電流

②短路電流沖擊電流

③短路容量3.3.3相對值法（標(biāo)幺值法）1)相對值（標(biāo)幺值法、相對單位制法）概念實際值與基準(zhǔn)值的比值計算短路電流2)基準(zhǔn)值的選取基準(zhǔn)容量SB=100MVA

基準(zhǔn)電壓UB=Uav基準(zhǔn)電流選各元件及短路點線路的平均電壓Uav3)系統(tǒng)各元件標(biāo)幺電抗①電源系統(tǒng)的標(biāo)幺電抗

②變壓器的標(biāo)幺電抗

③線路的標(biāo)幺電抗

④電抗器的標(biāo)幺電抗

4)計算短路參數(shù)5)變壓器耦合電路標(biāo)幺電抗的計算

絕對值法計算電抗時，電壓不同時需要換算，標(biāo)幺值計算是否要換算？電壓不同基準(zhǔn)值如何選取？取U3為基準(zhǔn)U1L1U3L3U2L2K結(jié)論：由上分析各元件的標(biāo)幺電抗取其所在電網(wǎng)平均電壓，則標(biāo)幺電抗就可以直接相加，而不需要換算。標(biāo)幺值法優(yōu)點：電抗計算不需要換算公式與單相公式形式相同G例題已知：T1:容量31.5MVA/10.5/121kVu%=10.5；T2:容量15MVA/110/6.6kVu%=10.5；L1:L=80km,x=0.4；L2:L=2.5km,x=0.08,r=0.09；K:x%=5I=300AU=6kV解：1.選基準(zhǔn)SB=100MVA,UB1=10.5kV,UB2=115kV,UB3=6.3kV

求IB3=100/(1.73*6.3)=9.16kA2.求系統(tǒng)各元件標(biāo)幺電抗①變壓器的標(biāo)幺電抗

②線路的標(biāo)幺電抗

③電抗器的標(biāo)幺電抗

3.短路回路總阻抗4.短路電流3.3.4

兩相短路電流的計算由圖只考慮電抗

與三相短路電流計算的關(guān)系三相最大運行方式短路電流用于短路效應(yīng)校驗、開斷能力和繼電保護整定。兩相最小運行方式短路電流用于校驗相間短路時保護裝置靈敏度。G3.3.5單相短路電流的計算在大接地電流系統(tǒng)中，發(fā)生單相短路時，短路電流3.4大容量電動機對短路電流的影響電動機附近短路，電網(wǎng)電壓的突然降低，會使電動機的反電勢高于加在電動機端點上的電壓，電動機工作在發(fā)電狀態(tài)，向短路點回饋電流。感應(yīng)式異步電動機高壓大于1000KW，低壓大于100KW，考慮影響僅考慮對沖擊電流的影響－短路電流沖擊系數(shù)，高壓電動機一般取1.4~1.6；低壓電動機一般取1。－電動機的額定電流。E’’*——電動機的次暫態(tài)電勢，一般為0.9；X’’*——電動機的次暫態(tài)電抗，一般為0.2；p48工程設(shè)計中可近似取為：

－短路電流沖擊系數(shù)，高壓電動機一般取1.4~1.6；低壓電動機一般取1。－電動機的額定電流。

3.5低壓電網(wǎng)短路電路計算一低壓電網(wǎng)短路電流計算的特點：一般容量不大于高壓供電電源容量的5%按無限大電源考慮。各元件電阻值相對較大，一般不能忽略。沖擊系數(shù)在1～1.3范圍內(nèi)電壓只有一級，采用有名法較為方便二各元件阻抗與歐姆法介紹計算方法一樣，并可查表求得。它包括：系統(tǒng)電源阻抗變壓器阻抗母線阻抗配電線路阻抗低壓電器阻抗（刀開關(guān)、斷路器和電流互感器等）

三短路電流計算（一）三相短路電流計算和兩相短路電流計算與歐姆法介紹計算方法一樣。例4-2低壓配電系統(tǒng)如圖，參數(shù)如圖示S9-1000/10/0.4UK%=4.5,△pk=14.5kW200A100AVLV(350+225)L=20mr0=0.745/kmx0=0.079/km1計算個元件阻抗

1）高壓系統(tǒng)阻抗2）變壓器阻抗由表4-1和4-2查出(單位：)刀開關(guān)接觸電阻R3=0.4斷路器接觸電阻R4=0.75斷路器線圈電阻R4’=1.3斷路器線圈電抗X4’=0.86電纜相線電阻R5=0.745×20=15.08電纜相線電抗X5=0.079×20=1.582計算短路點總阻抗

1）K1點R=R1+R22)K2點R=R1+R2+R3+R4+R4’+R5（二）單相短路電流周期分量計算低壓380/220三相四線制配電網(wǎng)絡(luò)中，常發(fā)生相—零之間單相短路，其計算公式為：∑R0,∑X0—為“相—零”回路中電阻與電抗之和，可查表獲得。

Up—電源的相電壓?！芌0,∑X0—為“相—零”回路中電阻與電抗之和，可查表獲得。

Up—電源的相電壓。

3.6短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗供電系統(tǒng)短路時，短路電流很大，導(dǎo)體間產(chǎn)生很大的電磁相互作用力-----電動力效應(yīng)----設(shè)備變形產(chǎn)生很高的熱量------熱效應(yīng)----燒壞設(shè)備或降低壽命3.6.1短路電流的電動力效應(yīng)

和動穩(wěn)定度兩平行線間的電動力若兩平行導(dǎo)體通過電流方向相同，受吸力方向相反，受斥力

a----兩導(dǎo)體的軸線距離,(m)；

l----檔距（即相鄰的兩支點間距離〕,(m)；F1F2i1i2三相平行線間的電動力最大電動力發(fā)生在三相短路時的中間相，其電動力為用于校驗電氣設(shè)備和導(dǎo)體的動穩(wěn)定度。

動穩(wěn)定度的校驗條件動穩(wěn)定度：設(shè)備能夠承受短路產(chǎn)生電動力的能力1.一般電器

imax—電器的極限通過電流（峰值〕;Imax—電器的極限通過電流（有效值〕。2.對絕緣子動穩(wěn)定度校驗（）

Fal≥Fc(3)Fal

=0.6FWFal—絕緣子的最大允許載荷,由產(chǎn)品樣本查得;Fc(3)—短路時作用在絕緣子上的計算力;FW—絕緣子的抗彎破壞載荷母線在絕緣子上為平放：母線在絕緣子上為豎放：3.對母線等硬導(dǎo)體一般按短路時所受到的最大應(yīng)力來校驗。

—母線材料的最大允許應(yīng)力，硬銅(TMY):

硬鋁(LMY)：

—母線通過是所受到的最大應(yīng)力?！妇€通過是所受到的彎曲力矩，單位N·m,

當(dāng)母線的檔數(shù)為1～2時,

當(dāng)母線的檔數(shù)為>2時,

W—母線截面系數(shù)，，單位：M3

b－截面水平寬度,h－截面水平高度4.電纜本身的機械強度很好，不必校驗動穩(wěn)定3.6.2短路電流的熱效應(yīng)（一）短路時導(dǎo)體的發(fā)熱過程與計算1.過程：－－短路前正常負(fù)荷時的溫度；－－發(fā)生短路；－－切除故障時間；－－時導(dǎo)體溫度。短路持續(xù)時間要求：t1t2tθlθkθ02.計算計算的值。與相對應(yīng)的熱量為由于計算困難，一般采用等效方法，為短路發(fā)熱假想時間。

對無限大系統(tǒng)，則當(dāng)1s時，而－－保護裝置動作時間；－－斷路器斷路時間，(固有分閘時間＋電弧延續(xù)時間〕