復(fù)試課件供電技術(shù)48新

第四章短路電流計(jì)算及電氣設(shè)備的選擇與校驗(yàn)短路電流的基本概念短路電流暫態(tài)過程理想供電系統(tǒng)三相短路電流計(jì)算短路電流的電動(dòng)力效應(yīng)及熱效應(yīng)短路的定義短路的定義所謂短路是指電力系統(tǒng)中帶電部分與大地(包括設(shè)備的外殼、變壓器的鐵芯、低壓線路的中線等)之間，以及不同相之間的短接。(相與相或相與地短接)這種短接可能是通過小阻抗的回路，或者是電弧的形式形成。在中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)中，短路故障主要是各種相間短路，而單相接地不會(huì)造成短路，屬于不正常運(yùn)行狀態(tài)。短路電流基本概念—短路原因短路大多是由于電氣設(shè)備載流部分的絕緣被損壞。引起絕緣損壞的原因有：過電壓絕緣的自然老化和污穢運(yùn)行人員維護(hù)不周直接的機(jī)械損傷。電力系統(tǒng)其他一些故障也可能導(dǎo)致短路：輸電線路斷線和倒桿事故運(yùn)行人員違章操作鳥和小動(dòng)物等跨接裸導(dǎo)體等。短路電流基本概念—短路種類短路電流基本概念—短路危害短路的危害短路電流可能達(dá)到正常工作電流的幾倍到幾十倍，絕對(duì)值可達(dá)到幾萬甚至幾十萬安。巨大的短路電流通過導(dǎo)體時(shí)，一方面會(huì)使導(dǎo)體大量發(fā)熱，造成導(dǎo)體過熱甚至熔化，損壞設(shè)備絕緣；另一方面，巨大的短路電流還將產(chǎn)生很大的電動(dòng)力作用于導(dǎo)體，使導(dǎo)體變形或損壞。短路時(shí)往往會(huì)有電弧產(chǎn)生，它不僅燒壞故障元件本身，還可能燒壞周圍設(shè)備危及人身安全。很大的短路電流會(huì)使系統(tǒng)電壓大幅度下降。嚴(yán)重時(shí)可能造成系統(tǒng)電壓崩潰，出現(xiàn)大面積停電。不對(duì)稱接地短路故障將產(chǎn)生零序電流，它會(huì)在鄰近的線路內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，造成對(duì)通信線路和信號(hào)系統(tǒng)的干擾。

短路的預(yù)防和限制措施認(rèn)真執(zhí)行運(yùn)行規(guī)程，不斷學(xué)習(xí)以提高電業(yè)人員的素質(zhì)。嚴(yán)格遵守操作計(jì)數(shù)規(guī)程和安全規(guī)程，避免誤操作；在短路發(fā)生時(shí)，采取有效的措施將短路的影響限制在最小的范圍內(nèi)。作好設(shè)備的維護(hù)、巡視、檢查，作好事故的預(yù)想和預(yù)防。采用快速動(dòng)作的繼電保護(hù)和斷路器，迅速隔離故障。使系統(tǒng)電壓在較短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到正常值。增大短路回路的阻抗，如在電路中裝設(shè)限流電抗器等。短路電流基本概念—研究目的

選擇：導(dǎo)體和設(shè)備校驗(yàn)：短路時(shí)能承受瞬時(shí)沖擊及熱效應(yīng)整定和保護(hù)：出現(xiàn)短路時(shí)能迅速和準(zhǔn)確地切除故障確定限流措施：是否串聯(lián)限流電抗器確定合理的主接線方式和主要運(yùn)行方式(分列運(yùn)行和并列運(yùn)行)短路電流基本概念—基本假設(shè)忽略磁路的飽和與磁滯現(xiàn)象，認(rèn)為系統(tǒng)中的元件參數(shù)恒定忽略元件的電阻R，只考慮元件的電抗X

當(dāng)R=X/3時(shí)，忽略電阻，誤差僅增大5%。

忽略短路點(diǎn)的過渡電阻按對(duì)稱分析短路電流暫態(tài)過程過程：正常電流（負(fù)荷電流）-->電流突然增大(周期分量加非周期分量)-->穩(wěn)定新值(穩(wěn)態(tài)短路電流，其有效值以I∞

表示)。暫態(tài)過程與電路參數(shù)和電源容量有關(guān)，分為有限容量與無限大容量兩種情況。無限大容量就是理想情況，特點(diǎn)是認(rèn)為發(fā)生三相短路時(shí)電源電壓數(shù)值不變。無限大電源容量的暫態(tài)過程電路對(duì)稱，可以只取一相討論電壓和電流方程短路前的電壓和電流為其中三相短路后的回路方程式為短路電流的計(jì)算公式短路電流由兩部分組成：周期分量和非周期分量組成。短路電流波形黃色曲線為短路電流波形，單調(diào)下降曲線為非周期分量。產(chǎn)生最大短路電流的條件短路電路近似于純感性電路，即短路發(fā)生前，電路為空載，即發(fā)生短路瞬間（t=0），電壓瞬時(shí)值恰好過零，即短路電流沖擊值短路電流沖擊值就是短路電流的最大瞬時(shí)值ish,有時(shí)也以短路電流沖擊有效值Ish表示。短路電流最大值出現(xiàn)在短路后約半個(gè)周期，即0.01s計(jì)算公式如下（Ksh=1.8）

ish=1.8*1.414Ipe=2.55I’’(短路電流沖擊值)Ish=1.52Ipe=1.52I’’(短路電流沖擊有效值)Ipe為周期分量初始值的有效值，習(xí)慣上又稱為“次暫態(tài)電流”，以I’’表示。

短路容量短路處的工作電壓（一般用平均電壓Uav）和短路電流周期分量Ipe所構(gòu)成的三相功率。由如下公式計(jì)算：I’’、ish、Ish和I∞的意義短路電流次暫態(tài)值I’’，它是指短路瞬時(shí)，短路電流周期分量電流為最大幅值時(shí)所對(duì)應(yīng)的有效值。此值通常用來作繼電保護(hù)的整定近似和校驗(yàn)斷路器的額定斷流量。短路電流沖擊值ish，它是指在發(fā)生最大短路條件下，短路后0.01s時(shí)，短路電流所出現(xiàn)的最大瞬時(shí)值。此值通常用來校驗(yàn)電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定性。短路電流沖擊有效值Ish，是指發(fā)生短路后的第一個(gè)周期內(nèi)，全短路電流的有效值。此值通常用來校驗(yàn)電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定性。短路電流穩(wěn)態(tài)值I∞，它是指短路進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，短路電流的穩(wěn)態(tài)有效值。對(duì)于無限大容量電源系統(tǒng)的三相短路，I∞=I’’=Ipe。此值通常用來校驗(yàn)電器和線路中載流部分的熱穩(wěn)定性。平均電壓平均電壓：為簡化計(jì)算，電壓通常采用各級(jí)線路的平均電壓值。其數(shù)值如表3-2所示。標(biāo)準(zhǔn)電壓kV0.1270.220.380.66361035110平均電壓kV0.1330.230.40.693.156.310.537115系統(tǒng)運(yùn)行方式“運(yùn)行方式”是指由于電力系統(tǒng)各開關(guān)狀態(tài)不同，造成短路回路阻抗的變化，分為最大運(yùn)行方式和最小運(yùn)行方式兩種。前者用以計(jì)算可能出現(xiàn)的最大短路電流，作為選擇電氣設(shè)備的依據(jù)；后者用以計(jì)算可能出現(xiàn)的最小短路電流，作為校驗(yàn)繼電保護(hù)裝置動(dòng)作性能的依據(jù)。所謂最大運(yùn)行方式實(shí)際是將供電系統(tǒng)中的雙回路電力線路和并聯(lián)的變壓器均按并列運(yùn)行處理，從而得到由短路點(diǎn)至系統(tǒng)電源的總阻抗最小，短路電流最大。同理，最小運(yùn)行方式按實(shí)際可能的單列系統(tǒng)供電，阻抗最大，短路電流最小。主要在繼電保護(hù)中用到。短路電流計(jì)算方法有名制計(jì)算方法短路計(jì)算中的各物理量均采用有名值(因各阻抗的單位都用歐姆，又有人稱之為歐姆法)兆伏安法圖表法標(biāo)么值計(jì)算方法將實(shí)際值與所選定的基準(zhǔn)值的比值來運(yùn)算。其特點(diǎn)是，在多電壓等級(jí)系統(tǒng)中計(jì)算比較方便。對(duì)稱分量法以三相對(duì)稱短路情況下的計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)，對(duì)不對(duì)稱短路情況，采用相應(yīng)的比例系數(shù)，得到不對(duì)稱短路電流。計(jì)算曲線法

短路電流計(jì)算方法-有名制法原理：已知線路電壓，計(jì)算短路回路的總阻抗，再根據(jù)歐姆定律求短路電流。有名制：電流（安培）等于電壓（伏特）除以阻抗（歐姆）。有名制法的實(shí)質(zhì)是歐姆定律單線圖：三相系統(tǒng)中的三相用一根線表示。單線圖有名制法求三相短路電流公式在K點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)，如短路回路的阻抗以R,X以表示，則三相短路電流的有效值為式中：Uav短路點(diǎn)所在線路的平均電壓，VR,X短路回路的總電阻和總電抗，。均已折算到短路點(diǎn)所在處的電壓等級(jí)。也即如果短路回路中有變壓器，就必須進(jìn)行折算。對(duì)高壓供系統(tǒng)，電阻可以忽略，則有兩相短路電流計(jì)算公式負(fù)載電抗比短路電抗大得多，因此非短路相的電流可認(rèn)為零（實(shí)際為AB相短路情況下的負(fù)荷電流，也稱為非故障相電流）。所以有（忽略電阻）阻抗的折算如圖所示的供電線路中存在變壓器，現(xiàn)在發(fā)生短路，如果按上面的公式計(jì)算，那么R1就必須進(jìn)行折算。根據(jù)變壓器折算原理，有短路回路中電氣元件的電抗計(jì)算系統(tǒng)電抗Sk是電源母線的短路容量。變壓器電抗：變壓器有一個(gè)重要參數(shù)，短路電壓百分比Uk%

可得變壓器的等效阻抗當(dāng)忽略電阻時(shí)，有

如果按短路點(diǎn)的平均電壓Uav計(jì)算，則有短路回路中電氣元件的電抗計(jì)算電抗器的電抗,即有式中不用平均電壓Uav計(jì)算，是因?yàn)殡娍蛊鞯念~定電壓與安裝地點(diǎn)的線路平均電壓相差很大，所以一般不用線路的平均電壓來算。這里為電抗器的百分電抗，即電抗器額定電抗的百分?jǐn)?shù)。線路的電抗計(jì)算步驟求各元件電抗（低壓供電系統(tǒng)需求出電阻）若短路回路中有變壓器存在，要將各元件電抗歸算到同一電壓等級(jí)下（短路點(diǎn)電壓），作出等效電路求電源點(diǎn)至短路點(diǎn)總電抗求短路電流、沖擊電流、短路電流最大有效值、短路容量例題3-1某供電系統(tǒng)：A是電源母線，l1為架空線，l2為電纜，L為電抗器，整個(gè)系統(tǒng)并列運(yùn)行。參數(shù)如下，試求短路點(diǎn)分別發(fā)生在K1、K2和K3點(diǎn)時(shí)的三相短路電流。Sk=560MVA,l1=20km,x01=0.4/km,SNT=5600kVA,Uk%=7.5%,UNL=6kV,INL=200A,XL%=3%,l2=0.5km,x02=0.08/km例題3-1第一步：各元件電抗電源電抗架空線路電抗變壓器電抗注意電壓！

(此處并沒有用6.3kV,