工業(yè)企業(yè)短路電流計(jì)算

2010.11工業(yè)企業(yè)供電工業(yè)企業(yè)供電工業(yè)企業(yè)供電通常，車間的照明設(shè)備容量都不會(huì)超過車間三相設(shè)備容量的15%。因此，我們可在確定了車間照明設(shè)備總?cè)萘亢?，按需要系?shù)法單獨(dú)計(jì)算車間照明設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷。照明設(shè)備組的需要系數(shù)及功率因數(shù)1．用需要系數(shù)法計(jì)算全廠計(jì)算負(fù)荷在已知全廠用電設(shè)備總?cè)萘縋e的條件下，乘以一個(gè)工廠的需要系數(shù)Kd即可求得全廠的有功計(jì)算負(fù)荷，即4.2.6用需要系數(shù)法計(jì)算全廠荷第3章

短路電流計(jì)算

主要內(nèi)容短路概述無限大容量供電系統(tǒng)三相短路分析無限大容量供電系統(tǒng)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)3.1

短路概述定義：電力系統(tǒng)中一切不正常的相與相之間或相與地之間直接金屬性連接或經(jīng)小阻抗連接的情況。正常的電力系統(tǒng)中，除中性點(diǎn)之外，相與相和相與地之間是絕緣的，不論由于何種原因使絕緣遭到破壞,不同電位的導(dǎo)電部分之間的低阻抗短接而構(gòu)成通路，即所謂電力系統(tǒng)發(fā)生了短路故障。原因：

1）電氣絕緣損壞

2）誤操作

3）自然災(zāi)害（大風(fēng)、雨雪、地震、鳥獸害等）

3.1

短路概述種類：

1）三相短路：供配電系統(tǒng)三相導(dǎo)體間的短路；對稱短路，其他均為非對稱短路。

2）兩相短路：三相供配電系統(tǒng)中任意兩相導(dǎo)體間的短路；3.1

短路概述種類：

3）單相短路：供配電系統(tǒng)中任一相經(jīng)大地與中性點(diǎn)或與中線發(fā)生的短路。

4）兩相接地短路：中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，任意兩相發(fā)生單相接地而產(chǎn)生的短路。3.1

短路概述種類：3.1

短路概述后果：（1）短路的電動(dòng)效應(yīng)和熱效應(yīng)

（2）電壓驟降

（3）造成停電事故（4）影響系統(tǒng)穩(wěn)定

（5）產(chǎn)生電磁干擾3.1

短路概述短路電流計(jì)算目的：（1）選擇和校驗(yàn)電氣設(shè)備

（2）繼電保護(hù)裝置的整定計(jì)算

（3）設(shè)計(jì)時(shí)不同方案的技術(shù)比較電力系統(tǒng)中，發(fā)生在中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中的單相短路電流有可能最大，而在中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中都采取了限制單相短路電流的措施，因此，單相短路電流不可能最大。一般企業(yè)電網(wǎng)都是中性點(diǎn)不接地的6~35kV電網(wǎng)，距電源較遠(yuǎn)，因而實(shí)際上三相短路電流最大，造成危害也最重，所以短路電流計(jì)算的重點(diǎn)是三相短路電流計(jì)算。3.2

無限大容量供電系統(tǒng)三相短路分析3.2.1無限大容量供電系統(tǒng)的概念

無限大容量電力系統(tǒng)，就是端電壓保持穩(wěn)定，沒有內(nèi)部阻抗和容量無限大（相對于用戶內(nèi)部供配電系統(tǒng)容量大）的電力系統(tǒng)，以致用戶的負(fù)荷不論如何變動(dòng)甚至發(fā)生短路時(shí)，電力系統(tǒng)變電所饋電母線的電壓能基本維持不變。 在發(fā)生短路時(shí)，發(fā)電機(jī)發(fā)生的電磁暫態(tài)變化過程復(fù)雜，為簡化分析，假設(shè)發(fā)生在無限大容量系統(tǒng)中。目的：簡化短路計(jì)算SS=∞ZS=0US=const合理性：①ST<<SS

②誤差在允許范圍在實(shí)際用戶供電設(shè)計(jì)中，當(dāng)電力系統(tǒng)總阻值不超過短路電路總阻值的5%-10%，或電力系統(tǒng)容量超過用戶供配電系統(tǒng)容量的50倍時(shí)，可將電力系統(tǒng)視為“無限大容量電源”。

對一般企業(yè)供配電系統(tǒng)來說，由于企業(yè)供配電系統(tǒng)的容量遠(yuǎn)比電力系統(tǒng)總?cè)萘啃?，而其阻抗又較電力系統(tǒng)大得多，因此企業(yè)供配電系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生短路時(shí)，電力系統(tǒng)變電所饋電母線上的電壓幾乎維持不變，也就是說，可將電力系統(tǒng)看作無限大容量的電源。3.2.1無限大容量供電系統(tǒng)的概念①ST<<SS

②誤差在允許范圍

③偏保守?zé)o限大容量系統(tǒng)發(fā)生三相短路3.2.2

無限大容量供電系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程發(fā)生短路后，由于負(fù)荷阻抗和部分線路阻抗被短路，所以電路電流要突然增大；但由于電路中存在電感，電流不能突變，引起一個(gè)過渡過程。由于暫態(tài)過程中的短路電流比起穩(wěn)態(tài)值要大很多，所以暫態(tài)過程雖然時(shí)間很短，但它對電器設(shè)備的危害卻遠(yuǎn)比穩(wěn)態(tài)短路電流要嚴(yán)重得多。3.2.2

無限大容量供電系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程1）正常運(yùn)行：電源相電壓：運(yùn)行電流：阻抗角電流幅值：等效成單相電路分析3.2.2

無限大容量供電系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程2）三相短路分析：k點(diǎn)右側(cè)，沒有電源，電流衰減到零；k點(diǎn)左側(cè)有電源，阻抗突變Z↓,I↑；I不突變，出現(xiàn)非周期分量電流，不斷衰減（暫態(tài)過渡過程），最終達(dá)到穩(wěn)定值。定性分析定量分析非齊次一階微分方程該方程式的解就是短路的全電流，它由兩部分組成：第一部分是方程式的特解，代表短路電流的周期分量；第二部分是對應(yīng)齊次方程的一般解，代表短路電流的非周期分量。短路電流周期分量幅值；短路回路阻抗角；短路回路時(shí)間常數(shù)；短路電流非周期分量初始值由初始條件決定，即在短路瞬間t=0時(shí)，短路前工作電流與短路后工作電流相等。非周期分量，自由分量，按指數(shù)衰減，最終為0周期分量，穩(wěn)態(tài)分量3.2.2

無限大容量供電系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程3.2.2

無限大容量供電系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程3）最嚴(yán)重三相短路時(shí)的短路電流：短路地點(diǎn)：距離電源越近，則短路電流越大；短路回路純電感，即。在短路瞬間t=0時(shí)，A相電壓過零；短路前，電路空載或；3.2.3

三相短路的有關(guān)物理量1）短路電流周期分量有效值：短路點(diǎn)的短路計(jì)算電壓（或稱平均額定電壓），由于線路首端短路時(shí)其短路最為嚴(yán)重，因此按線路首端電壓考慮，即短路計(jì)算電壓取為比線路額定電壓高5%，按我國標(biāo)準(zhǔn)有0.4,0.69,3.15,6.3,10.5,37,69,……短路電流非周期分量最大值：3.2.3

三相短路的有關(guān)物理量2）次暫態(tài)短路電流：短路電流周期分量在短路后第一個(gè)周期的有效值。3）短路全電流有效值：指以時(shí)間t為中心的一個(gè)周期內(nèi)，短路全電流瞬時(shí)值的均方根值。無限大容量系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)，短路電流周期分量有效值保持不變。3.2.3

三相短路的有關(guān)物理量4）短路沖擊電流和沖擊電流有效值：最嚴(yán)重三相短路時(shí)短路全電流最大瞬時(shí)值發(fā)生時(shí)刻3.2.3

三相短路的有關(guān)物理量4）短路沖擊電流和沖擊電流有效值：短路沖擊電流：短路全電流的最大瞬時(shí)值出現(xiàn)在短路后半個(gè)周期，t=0.01s短路電流沖擊系數(shù)；對于純電阻電路，取1；對于純電感性電路，取2；因此，介于1和2之間。沖擊電流有效值：短路后第一個(gè)周期的短路全電流有效值。3.2.3

三相短路的有關(guān)物理量6）三相短路容量：選擇斷路器時(shí)，校驗(yàn)其斷路能力的依據(jù)5）穩(wěn)態(tài)短路電流有效值：短路電流非周期分量衰減后的短路電流有效值無限大容量系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)，短路電流周期分量有效值保持不變。3.3

無限大容量供電系統(tǒng)三相短路電流的計(jì)算短路電流計(jì)算步驟短路計(jì)算電路圖短路等效電路圖3.3

無限大容量供電系統(tǒng)三相短路電流的計(jì)算短路電流計(jì)算方法（1）有名單位制法——?dú)W姆法注意：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，則電路內(nèi)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。阻抗等效換算的條件是元件的功率損耗不變。短路計(jì)算中，電氣設(shè)備各元件的阻抗及其電氣參數(shù)用有名單位（歐、安、伏）來計(jì)算

（2）相對單位制法——標(biāo)幺值法需考慮變壓器變比和電氣設(shè)備參數(shù)的歸算問題，不方便3.3.1

標(biāo)幺制概念：用相對值表示元件的物理量步驟選定基準(zhǔn)值基準(zhǔn)容量、基準(zhǔn)電壓、基準(zhǔn)電流、基準(zhǔn)阻抗通常選定、計(jì)算標(biāo)幺值注：標(biāo)幺值是一個(gè)沒有單位的相對值，通常用帶*的上標(biāo)以示區(qū)別。換算到短路點(diǎn)電壓等級的等效電抗換算到短路點(diǎn)電壓等級的等效電抗標(biāo)幺值用基準(zhǔn)容量和元件所在電壓等級的基準(zhǔn)電壓計(jì)算的阻抗標(biāo)幺值，和將元件阻抗換到短路點(diǎn)所在的電壓等級，再用基準(zhǔn)容量和短路點(diǎn)所在電壓等級基準(zhǔn)電壓計(jì)算的阻抗標(biāo)幺值相同，即變壓器變比標(biāo)幺值為1.3.3.2

短路回路元件的標(biāo)幺值阻抗1、線路的電阻標(biāo)幺值和電抗標(biāo)幺值電力線路阻抗有名值：給定參數(shù)：電力線路長度、單位長度電阻和電抗3.3.2

短路回路元件的標(biāo)幺值阻抗2、變壓器的電抗標(biāo)幺值變壓器阻抗有名值：電阻很小，可以忽略不計(jì)給定參數(shù)：額定容量和阻抗電壓換算到變壓器一次側(cè)的等值阻抗3.3.2

短路回路元件的標(biāo)幺值阻抗3、電抗器的電抗標(biāo)幺值給定參數(shù)：電抗器的額定電壓、額定電流、電抗百分?jǐn)?shù)用來限制短路電流的電感線圈電抗器電抗有名值為：

注意：安裝電抗器的網(wǎng)路電壓不一定和電抗器的額定電壓相等。3.3.2

短路回路元件的標(biāo)幺值阻抗4、電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值1）給定參數(shù)：電力系統(tǒng)電抗有名值Xs2）給定參數(shù)：電力系統(tǒng)出口斷路器斷流容量3）給定參數(shù)：電力系統(tǒng)出口處的短路容量若電力部門提供相關(guān)參數(shù)，則考慮3.3.2

短路回路元件的標(biāo)幺值阻抗5、短路回路的總阻抗標(biāo)幺值給定參數(shù)：總電阻標(biāo)幺值和總電抗標(biāo)幺值高壓系統(tǒng)：只計(jì)及電抗而忽略電阻；若，可忽略電阻，即。低壓系統(tǒng)：往往需計(jì)及電阻；3.3.3

三相短路電流的計(jì)算三相短路電流周期分量有效值總阻抗標(biāo)幺值3.3.3

三相短路電流的計(jì)算沖擊短路電流高壓系統(tǒng)：低壓系統(tǒng)：三相短路容量⑤由短路回路總阻抗標(biāo)幺值計(jì)算短路電流標(biāo)幺值，再計(jì)算短路各量，即短路電流、沖擊短路電流和三相短路容量。短路電流具體計(jì)算步驟：①畫出短路電流計(jì)算系統(tǒng)圖；包含所有與短路計(jì)算有關(guān)的元件，并標(biāo)出各元件的參數(shù)和短路點(diǎn)；②畫出等效電路圖；每個(gè)元件用一個(gè)阻抗表示，電源用一個(gè)小圓表示，并標(biāo)出短路點(diǎn)，同時(shí)標(biāo)出元件的序號和阻抗值，一般分子標(biāo)序號，分母標(biāo)阻抗值；③選取基準(zhǔn)容量和基準(zhǔn)電壓，計(jì)算各元件的阻抗標(biāo)幺值；④等效電路化簡，求出短路回路總阻抗的標(biāo)幺值；例題：已知電力系統(tǒng)出口斷路器為SN10-10Ⅱ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。解（1）繪制計(jì)算電路圖三相繪成單相電路各元件額定參數(shù)加以標(biāo)明（3）確定基準(zhǔn)值（2）繪制等效電路圖只繪出短路電流通過的元件阻抗，順序編號，作為分子。解（4）計(jì)算短路電路中各主要元件的電抗標(biāo)幺值電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值由附錄表A-4可查得SN10-10Ⅱ型斷路器的斷流容量SOC=500MVA架空線路電抗標(biāo)幺值6~10kv架空線路每相單位長度電抗電力變壓器電抗標(biāo)幺值由附錄表A-3可查得解（5）k-1點(diǎn)總電抗標(biāo)幺值三相短路電流周期分量有效值其他三相短路電流三相短路容量解（6）k-2點(diǎn)總電抗標(biāo)幺值三相短路電流周期分量有效值其他三相短路電流三相短路容量異步電動(dòng)機(jī)是供電系統(tǒng)中最主要的負(fù)荷之一。當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，短路點(diǎn)的電壓為零，而接在短路點(diǎn)附近的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速又不能立即降至零，其反電勢大于機(jī)端殘壓，此時(shí)電動(dòng)機(jī)就會(huì)像發(fā)電機(jī)一樣，向短路點(diǎn)饋送電流。當(dāng)電動(dòng)機(jī)容量較大時(shí)，這一反饋電流數(shù)值較大，不能忽略。由于該反饋電流使電動(dòng)機(jī)迅速制動(dòng)，其值也快速衰減，所以只需考慮對短路電流沖擊值的影響。3.3.4

大型電動(dòng)機(jī)對三相短路電流的影響——電動(dòng)機(jī)額定電流；——電動(dòng)機(jī)次暫態(tài)電勢和次暫態(tài)電抗的標(biāo)幺值；電動(dòng)機(jī)發(fā)出的短路沖擊電流可按下式計(jì)算：式中：、——電動(dòng)機(jī)反饋電流沖擊系數(shù)，高壓電動(dòng)機(jī)一般取1.4～1.6，低壓電動(dòng)機(jī)一般取1.0。3.3.4

大型電動(dòng)機(jī)對三相短路電流的影響一般取0.9和0.173.4

兩相和單相短路電流的計(jì)算兩相短路電流在無限大容量系統(tǒng)中發(fā)生兩相短路時(shí)，其兩相短路電流周期分量有效值（簡稱“兩相短路電流”）為：因此無限大容量系統(tǒng)中的兩相短路電流，可在求出三相短路電流后直接求得若只計(jì)電抗3.4

兩相和單相短路電流的計(jì)算單相短路電流在遠(yuǎn)離發(fā)電機(jī)的無限大容量系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，單相短路電流較三相短路電流小。選擇電氣設(shè)備和導(dǎo)體的短路穩(wěn)定度校驗(yàn)的短路電流，應(yīng)該采取三相短路電流。兩相短路電流主要用于相間短路保護(hù)的靈敏度校驗(yàn)，而單相短路電流主要用于單相短路保護(hù)的整定及單相短路熱穩(wěn)定度的校驗(yàn)。變壓器單相等效電阻和電抗、相線與大地或中線的電阻和電抗在大接地電流系統(tǒng)或三相四線制系統(tǒng)中發(fā)生單相短路時(shí)，單相短路電流可用下式計(jì)算：3.5

短路電流的效應(yīng)

1）短路電流的電動(dòng)力效應(yīng)導(dǎo)體通過電流時(shí)相互間電磁作用產(chǎn)生的力，稱為電動(dòng)力；正常工作時(shí)，電動(dòng)力不大；短路時(shí)，電動(dòng)力較大；短路沖擊電流流過瞬間，電動(dòng)力最大；電動(dòng)力

2）短路的熱效應(yīng)3.5.1

短路電流的電動(dòng)力效應(yīng)（1）兩平行載流導(dǎo)體間的電動(dòng)力由《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F（N）為：形狀系數(shù)，圓形、管形導(dǎo)體為1；適用于實(shí)心或空心圓截面導(dǎo)體，也適用于導(dǎo)體間的凈空距離大于導(dǎo)體截面周長的矩形截面導(dǎo)體。3.5.1

短路電流的電動(dòng)力效應(yīng)（2）三相平行載流導(dǎo)體間的電動(dòng)力中相導(dǎo)體受到的電動(dòng)力最大：3.5.1

短路電流的電動(dòng)力效應(yīng)（3）短路電流的電動(dòng)力三相短路產(chǎn)生的最大電動(dòng)力兩相短路產(chǎn)生的最大電動(dòng)力校驗(yàn)電氣設(shè)備或?qū)w的動(dòng)穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)采用三相短路沖擊電流或沖擊電流有效值。3.5.2

短路電流的熱效應(yīng)（1）短路發(fā)熱的特點(diǎn)

t1時(shí)刻：線路發(fā)生短路時(shí)，短路電流將使導(dǎo)體溫度迅速升高。t2時(shí)刻后： 導(dǎo)體無電流流過，不再產(chǎn)生熱量，向周圍介質(zhì)散熱，溫度下降。

t1時(shí)刻前： 導(dǎo)體在短路前正常負(fù)荷時(shí)溫度為t2時(shí)刻： 線路的保護(hù)裝置動(dòng)作，切除短路故障，這時(shí)導(dǎo)體溫度達(dá)到。由于短路電流通過導(dǎo)體的時(shí)間很短，通常不會(huì)超過2-3s。所以在短路過程中，可不考慮導(dǎo)體周圍介質(zhì)的散熱，也就是可近似地認(rèn)為在短路時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體與周圍介