單元二 負(fù)荷計(jì)算與短路電流

單元二負(fù)荷計(jì)算與短路電流目錄任務(wù)一

負(fù)荷計(jì)算任務(wù)三

短路電流概述任務(wù)二

無(wú)功功率補(bǔ)償任務(wù)四

短路電流的計(jì)算任務(wù)五

短路電流的效應(yīng)任務(wù)一負(fù)荷計(jì)算（一）用電設(shè)備的工作制與設(shè)備容量1.用電設(shè)備的工作制用電設(shè)備按其工作方式可分為三種：

（1）長(zhǎng)期連續(xù)工作制（長(zhǎng)期、穩(wěn)定運(yùn)行）（2）短時(shí)工作制（運(yùn)行短、停歇長(zhǎng)）（3）斷續(xù)周期工作制（工作周期不超過(guò)10’）連續(xù)運(yùn)行工作制（長(zhǎng)期工作制）

在規(guī)定的環(huán)境溫度下連續(xù)運(yùn)行，設(shè)備任何部分溫升均不超過(guò)最高允許值，負(fù)荷比較穩(wěn)定。如通風(fēng)機(jī)水泵、空氣壓縮機(jī)、皮帶輸送機(jī)、破碎機(jī)、球磨機(jī)、攪拌機(jī)、電機(jī)車等機(jī)械的拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)，以及電爐、電解設(shè)備、照明燈具等，均屬連續(xù)運(yùn)行工作制的用電設(shè)備。短時(shí)工作制

用電設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間短而停歇時(shí)間長(zhǎng)，在工作時(shí)間內(nèi)，用電設(shè)備的溫升尚未達(dá)到該負(fù)荷下的穩(wěn)定值即停歇冷卻，在停歇時(shí)間內(nèi)其溫度又降低為周圍介質(zhì)的溫度，這是短暫工作的特點(diǎn)。如機(jī)床上的某些輔助電動(dòng)機(jī)（如橫梁升降、刀架快速移動(dòng)裝置的拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)）及水閘用電動(dòng)機(jī)等設(shè)備。這類設(shè)備的數(shù)量不多。斷續(xù)周期工作制（重復(fù)短暫工作制）

用電設(shè)備以斷續(xù)方式反復(fù)進(jìn)行工作，其工作時(shí)間（t）與停歇時(shí)間（t0）相互交替。工作時(shí)間內(nèi)設(shè)備溫度升高，停歇時(shí)間溫度又下降，若干周期后，達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的波動(dòng)狀態(tài)。如電焊機(jī)和吊車電動(dòng)機(jī)等。斷續(xù)周期工作制的設(shè)備，通常用負(fù)荷持續(xù)率（暫載率）ε表征其工作特征，取一個(gè)工作周期內(nèi)的工作時(shí)間與工作周期的百分比值，即為ε，即：式中t，t0——工作時(shí)間與停歇時(shí)間，兩者之和為工作周期T。2.工廠用電設(shè)備的設(shè)備容量(1)長(zhǎng)期工作制和短時(shí)工作制的設(shè)備容量

Pe=PN(2)斷續(xù)周期工作制設(shè)備的額定功率(銘牌功率)PN、，是對(duì)應(yīng)于某一標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷持續(xù)率εN的。如實(shí)際運(yùn)行的負(fù)荷持續(xù)率ε≠εN，則實(shí)際功率Pe應(yīng)按同一周期內(nèi)等效發(fā)熱條件進(jìn)行換算。設(shè)備在下的功率為PN，則換算到下的設(shè)備容量為（二）負(fù)荷曲線

負(fù)荷曲線（loadcurve）是指用于表達(dá)電力負(fù)荷隨時(shí)間變化情況的函數(shù)曲線。在直角坐標(biāo)系中，縱坐標(biāo)表示負(fù)荷（有功功率或無(wú)功功率）值，橫坐標(biāo)表示對(duì)應(yīng)的時(shí)間（一般以小時(shí)為單位）。

負(fù)荷曲線的分類按負(fù)荷的功率性質(zhì)分：

可分為有功負(fù)荷曲線和無(wú)功負(fù)荷曲線；按所表示的負(fù)荷變動(dòng)的時(shí)間分：

可分為工作班負(fù)荷、日負(fù)荷、月負(fù)荷和年負(fù)荷曲線2、與負(fù)荷曲線和負(fù)荷計(jì)算有關(guān)的物理量

1、年最大負(fù)荷和年最大負(fù)荷利用小時(shí)（1）年最大負(fù)荷Pmax（2）年最大負(fù)荷利用小時(shí)Tmax工廠類別年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)（h）有功負(fù)荷無(wú)功負(fù)荷重型機(jī)械制造廠37704840機(jī)床廠43454750工具廠41404960滾珠軸承廠53006130起動(dòng)運(yùn)輸設(shè)備廠33003880汽車拖拉機(jī)廠49605240農(nóng)業(yè)機(jī)械制造廠53304220儀器制造廠30803180汽車修理廠43703200車輛修理廠35603660電器工廠42806420金屬加工廠435558802、平均負(fù)荷Pav平均負(fù)荷就是指電力負(fù)荷在一定時(shí)間內(nèi)消耗的功率的平均值。

年平均負(fù)荷Pav,如圖所示，陰影部分表示全年實(shí)際消耗的電能Wa，則：負(fù)荷系數(shù)KL

負(fù)荷系數(shù)是指平均負(fù)荷與最大負(fù)荷的比值。有功負(fù)荷系數(shù)KaL和無(wú)功負(fù)荷系數(shù)KrL，即有時(shí)也用α表示有功負(fù)荷系數(shù)，用β表示無(wú)功負(fù)荷系數(shù)。一般工廠α=0.7~0.75，β=0.76~0.82注意：對(duì)單個(gè)用電設(shè)備或用電設(shè)備組，有：

3.需要系數(shù)Kd

定義：常見(jiàn)用電設(shè)備組的需要系數(shù)見(jiàn)附錄1.

（三）三相電力負(fù)荷計(jì)算的內(nèi)容與方法1、電力負(fù)荷計(jì)算的內(nèi)容通常將以半小時(shí)平均負(fù)荷為依據(jù)所繪制的負(fù)荷曲線上的“最大負(fù)荷”稱為計(jì)算負(fù)荷，并把它作為按發(fā)熱條件選擇電氣設(shè)備的依據(jù)，用Pc(Qc、Sc、Ic)或P30(Q30、S30、I30)表示。計(jì)算負(fù)荷包括：計(jì)算負(fù)荷Pc(Qc、Sc)、計(jì)算電流Ic

、尖峰電流Ijf

、平均負(fù)荷。2、負(fù)荷計(jì)算的方法： 需要系數(shù)法、利用系數(shù)法、二項(xiàng)式法、單位面積功率法（多用于民用建筑）、單位指標(biāo)法、負(fù)荷密度法.

需要系數(shù)法比較簡(jiǎn)便因而廣泛使用。工廠供電系統(tǒng)圖負(fù)荷計(jì)算的步驟應(yīng)從負(fù)載端開(kāi)始，逐級(jí)上推到電源進(jìn)線端為止。

②斷續(xù)周期工作制的用電設(shè)備

其設(shè)備容量是指某負(fù)荷持續(xù)率的額定功率換算到統(tǒng)一的負(fù)荷持續(xù)率下的功率。3、設(shè)備容量的確定設(shè)備容量就是所有設(shè)備的銘牌額定功率①長(zhǎng)期工作制和短期工作制的用電設(shè)備（1）單臺(tái)用電設(shè)備的設(shè)備容量2）電焊機(jī)和電焊裝置組 要求統(tǒng)一換算到時(shí)的功率，即：式中，

為電焊機(jī)額定有功功率；

為額定視在功率；

為額定負(fù)荷持續(xù)率；為額定功率因數(shù)。

1）起重機(jī)（吊車電動(dòng)機(jī)）

要求統(tǒng)一換算到時(shí)的功率，即：3）電爐變壓器的設(shè)備容量是指額定功率因數(shù)時(shí)的有功功率SN——電爐變壓器的額定容量，kVA；4)整流變壓器的設(shè)備容量是指額定直流功率。5)白熾燈和鹵鎢燈的設(shè)備容量為燈泡額定功率。

——電爐變壓器的額定功率因數(shù)。需要系數(shù)法

由負(fù)荷端逐級(jí)向電源端進(jìn)行計(jì)算適合于變、配電所的負(fù)荷計(jì)算。4.單個(gè)用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷（1）有功計(jì)算負(fù)荷：P30=KdPe

Kd—用電設(shè)備組的需要系數(shù)，查表；

Pe—用電設(shè)備組的設(shè)備額定容量之和，不包括備用設(shè)備容量。（2）無(wú)功計(jì)算負(fù)荷：Q30=P30tan

（3）視在計(jì)算負(fù)荷：（4）計(jì)算電流:計(jì)算目的：用于選擇各組配電干線及其上的開(kāi)關(guān)設(shè)備。當(dāng)Kd值有一定變動(dòng)范圍時(shí)，取值要作具體分析:臺(tái)數(shù)多時(shí)，一般取用較小值,臺(tái)數(shù)少時(shí)取用較大值；設(shè)備使用率高時(shí)，取用較大值，使用率低時(shí)取用較小值。當(dāng)一條線路內(nèi)的用電設(shè)備的臺(tái)數(shù)較小（n<3臺(tái)）時(shí)，一般是將用電設(shè)備額定容量的總和作為計(jì)算負(fù)荷，或者采用較大的Kd值(0.85~1)。

5．多組用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷確定車間配電干線或車間變電所低壓母線上的計(jì)算負(fù)荷（1）總有功計(jì)算負(fù)荷：P30＝Ｋ∑pΣP30(i)（2）總無(wú)功計(jì)算負(fù)荷：Q30＝Ｋ∑qΣQ30(i)（3）總視在計(jì)算負(fù)荷：（4）總計(jì)算電流：ΣP30(i)、ΣQ30(i)－各用電設(shè)備組的有功、無(wú)功計(jì)算負(fù)荷的總和

P30、Q30、S30－車間干線、變電所低壓母線上的有功、無(wú)功及視在計(jì)算負(fù)荷；Ｋ∑q、Ｋ∑q－有功功率和無(wú)功功率的同時(shí)系數(shù)。是考慮各用電設(shè)備組的最大計(jì)算負(fù)荷不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)而引入的系數(shù)。多組用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷計(jì)算目的：用于選擇車間配電干線及其上的開(kāi)關(guān)設(shè)備，或者用于低壓母線的選擇及車間變電所電力變壓器容量的選擇。Ｋ∑q、Ｋ∑q－有功功率和無(wú)功功率的同時(shí)系數(shù)。1）對(duì)車間干線?。?/p>

2）對(duì)低壓母線：①由用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷直接相加來(lái)計(jì)算時(shí)取②由車間干線計(jì)算負(fù)荷直接相加來(lái)計(jì)算時(shí)取例2-3某機(jī)修車間380V線路上，接有金屬切削機(jī)床電動(dòng)機(jī)20臺(tái)共50kW(其中較大容量電動(dòng)機(jī)有7.5kW1臺(tái)，4kW3臺(tái)，2.2kW7臺(tái))；通風(fēng)機(jī)2臺(tái)共3kW；電阻爐1臺(tái)2kW。試確定此線路上的計(jì)算負(fù)荷。（四）工廠供電系統(tǒng)的功率損耗

在確定各用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷后，如要確定車間或工廠的計(jì)算負(fù)荷，就需要逐級(jí)計(jì)入有關(guān)線路和變壓器的功率損耗。1．線路功率損耗的計(jì)算線路功率損耗包括有功和無(wú)功兩大部分。（1）有功功率損耗有功功率損耗是電流通過(guò)線路電阻所產(chǎn)生的，按下式計(jì)算（2）無(wú)功功率損耗無(wú)功功率損耗是電流通過(guò)線路電抗所產(chǎn)生的，按下式計(jì)算2．變壓器功率損耗的計(jì)算變壓器功率損耗也包括有功和無(wú)功兩大部分。（1）變壓器的有功功率損耗或（2）變壓器的無(wú)功功率損耗或在負(fù)荷計(jì)算中，SL7、S7、S9等型低損耗電力變壓器的功率損耗可按下列簡(jiǎn)化公式近似計(jì)算：有功損耗：無(wú)功損耗：1．按逐級(jí)計(jì)算法確定工廠計(jì)算負(fù)荷工廠的計(jì)算負(fù)荷(這里僅以有功負(fù)荷計(jì)算為例)P30.1，應(yīng)該是高壓母線上所有高壓配電線計(jì)算負(fù)荷之和，再乘上一個(gè)同時(shí)系數(shù)。高壓配電線的計(jì)算負(fù)荷P30.2，應(yīng)該是該線所供車間變電所低壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷P30.3，加上變壓器的功率損耗△PT和高壓配電線的功率損耗△PWL.1……如此逐級(jí)計(jì)算。2．按需要系數(shù)法確定工廠計(jì)算負(fù)荷將全廠用電設(shè)備的總?cè)萘?不含備用設(shè)備容量)乘上一個(gè)需要系數(shù)，即得到全廠的有功計(jì)算負(fù)荷。3．按年產(chǎn)量估算工廠計(jì)算負(fù)荷將工廠年產(chǎn)量A乘上單位產(chǎn)品耗電量，就得到工廠全年的需電量。（五）工廠計(jì)算負(fù)荷的確定

（六）

尖峰電流及其計(jì)算

尖峰電流：是供電系統(tǒng)中持續(xù)1~2s的短時(shí)最大負(fù)荷電流，一般出現(xiàn)在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中。它用來(lái)計(jì)算電壓波動(dòng)，選擇熔斷器和低壓斷路器，整定繼電保護(hù)裝置及檢驗(yàn)電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)條件等。尖峰電流的計(jì)算1）單臺(tái)用電設(shè)備的尖峰電流的計(jì)算IN為用電設(shè)備的額定電流，為用電設(shè)備的起動(dòng)電流；為用電設(shè)備的起動(dòng)電流倍數(shù)，其取值范圍為：籠型電動(dòng)機(jī)為5～7；繞線型電動(dòng)機(jī)為2～3，直流電動(dòng)機(jī)為1.7，電焊變壓器為3或稍大。2)多臺(tái)用電設(shè)備的配電線路的尖峰電流配電線路中的尖峰電流是最大單臺(tái)用電設(shè)備產(chǎn)生的啟動(dòng)電流與其余電動(dòng)機(jī)的計(jì)算電流之和。或【例】某配電系統(tǒng)中，有一條380V的線路上，通過(guò)動(dòng)力配電箱給6臺(tái)電動(dòng)機(jī)供電，有關(guān)數(shù)據(jù)如下圖所示。確定線路上的尖峰電流。回顧基本概念有功功率、無(wú)功功率和視在功率交流電力系統(tǒng)需要兩部分能量，一部分電能用于做功被消耗，它們轉(zhuǎn)化為熱能、光能、機(jī)械能或化學(xué)能等，稱為有功功率，另一部分能量用來(lái)建立磁場(chǎng)，作為交換能量使用，對(duì)外部電路并未做功，它們由電能轉(zhuǎn)換為磁場(chǎng)能，再由磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)換為電能，周而復(fù)始，并未消耗，這部分能量稱為無(wú)功功率。無(wú)功功率并不是無(wú)用之功，沒(méi)有這部分功率，就不能建立感應(yīng)磁場(chǎng)，電動(dòng)機(jī)、變壓器等設(shè)備就不能運(yùn)行。除負(fù)荷需要無(wú)功外，線路電感、變壓器電感等也需要.*視在功率視在功率包括負(fù)載的有功功率和無(wú)功功率；比如說(shuō)一臺(tái)發(fā)電機(jī)，它的額定容量是500KVA，是指它給用電負(fù)載輸出的總功率為500KVA，這500KVA里有多少轉(zhuǎn)化為有功功率，多少能轉(zhuǎn)化為無(wú)功功率是由負(fù)載線路本身的特性所決定的。視在功率用S表示，常用單位KVA。**無(wú)功功率無(wú)功功率是按電磁感應(yīng)原理工作的某個(gè)交流供用電設(shè)備和交流電源之間的能量交換，這種能量稱為無(wú)功功率。如果用電設(shè)備為感性，則無(wú)功功率就是感性負(fù)載的磁場(chǎng)能和交流電源提供的電能交換；如果用電設(shè)備為容性則無(wú)功功率就是容性負(fù)載的電場(chǎng)能和交流電源的電能的互換。***有功功率有功功率是指設(shè)備作功和發(fā)熱用掉的那部分功率，例如礦熱爐加熱，用掉的熱能，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能等。有功功率一般用P表示，單位為KW。任務(wù)二無(wú)功功率補(bǔ)償（一）提高功率因數(shù)的意義1、功率因數(shù)的基本概念（1）無(wú)功功率與功率因數(shù)。

有功功率P、無(wú)功功率Q和視在功率S之間存在下述關(guān)系：而：*視在功率、無(wú)功功率、有功功率之間的關(guān)系：設(shè)負(fù)荷視在功率為S，有功功率為P，無(wú)功功率為Q，則功率三角形如圖。

cos

表示有功功率P和視在功率S的比值，稱為功率因數(shù)。在感性電路中，電流落后于電壓，>0，Q為正值，而在容性電路中，電流超前于電壓，<0，Q為負(fù)值。（2）功率因數(shù)對(duì)供電系統(tǒng)的影響在工廠中，當(dāng)有功功率需要量保持恒定，無(wú)功功率需要量增大將引起：1）增加供電系統(tǒng)的設(shè)備容量和投資，由圖2-8知，在P為常數(shù)時(shí)，當(dāng)用戶所需Q愈大，S也愈大。為滿足用戶用電需要，供電系統(tǒng)中的電氣設(shè)備、變壓器的容量、線路導(dǎo)線截面積愈大，因而增加供電系統(tǒng)的設(shè)備投資。2)增大線路和設(shè)備損耗，年運(yùn)行費(fèi)用將增加，在傳送同樣有功功率情況下，無(wú)功增大，總電流增加，使供電線路及設(shè)備的銅損大大地增加，直接影響工廠的經(jīng)濟(jì)效益。所謂的銅損，是指繞制變壓器需要用大量的銅線，這些銅導(dǎo)線存在著電阻，電流流過(guò)時(shí)這電阻會(huì)消耗一定的功率，這部分損耗往往變成熱量而消耗，我們稱這種損耗為“銅損”。

3)線路和變壓器電壓損失增大，使調(diào)壓困難。（3）工廠企業(yè)常用的功率因數(shù)計(jì)算方法1)瞬時(shí)功率因數(shù)2)平均功率因數(shù)3)最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)4)自然功率因數(shù)1.

提高功率因數(shù)的辦法通常有兩個(gè)途徑：(1)提高自然功率因數(shù)。即提高電動(dòng)機(jī)、變壓器等設(shè)備的負(fù)荷率，或是降低用電設(shè)備消耗的無(wú)功功率。選擇同步電動(dòng)機(jī)(2)采用電力電容器補(bǔ)償（人工補(bǔ)償）。在變電所低壓側(cè)集中補(bǔ)償；在大的無(wú)功負(fù)荷附近就地補(bǔ)償。如圖

所示，若有功功率P30不變，加裝無(wú)功補(bǔ)償裝置后，無(wú)功功率Q30減少到Q30′，視在功率S30也相應(yīng)地減少到S30′，則功率因數(shù)從cosφ提高到cosφ′，此時(shí)Q30-Q30′就是無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)娜萘縌c，即Qc=Q30-Q30′=P30(tanφ-tanφ′)或

Qc=P30Δqc

2.無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)挠?jì)算工廠或車間裝設(shè)了無(wú)功補(bǔ)償并聯(lián)電容器后，能使裝設(shè)地點(diǎn)前的供電系統(tǒng)減少相應(yīng)的無(wú)功損耗。確定電容器的個(gè)數(shù)：

無(wú)功補(bǔ)償后工廠計(jì)算負(fù)荷的確定有功計(jì)算負(fù)荷P30′=P30無(wú)功計(jì)算負(fù)荷Q30′=Q30-Qc視在計(jì)算負(fù)荷S30′=P′230+Q′230

計(jì)算電流

I30′=S30′/(√3UN)由上式計(jì)算所得的數(shù)值對(duì)三相電容器應(yīng)取相近偏大的整數(shù)。若為單相電容器,則應(yīng)取3的整數(shù)倍,以便三相均衡分配。【例】

某廠擬建一降壓變電所，裝設(shè)一臺(tái)主變壓器。已知變電所低壓側(cè)有功計(jì)算負(fù)荷為650kW，無(wú)功計(jì)算負(fù)荷為800kvar。為了使工廠(變電所高壓側(cè))的功率因數(shù)不低于0.9，如在低壓側(cè)裝設(shè)并聯(lián)電容器進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，需裝設(shè)多少補(bǔ)償容量?并問(wèn)補(bǔ)償前后工廠變電所所選主變壓器的容量有何變化?【例】某變電站接線如圖，求并聯(lián)電容器裝置投入后，提高功率因數(shù)的效果。解：提高功率因數(shù)的效果因P=5000KW，

投入裝置Qc后的功率因數(shù)cos

2為：即功率因數(shù)由0.75提高到0.901。

（三）電容器的選擇

1．電容器容量的選擇2．并聯(lián)電容器的接線無(wú)功補(bǔ)償?shù)木?lián)電容器大多采用△形連接，只是少數(shù)容量較大的高壓電容器組除外。而低壓并聯(lián)電容器絕大多數(shù)是做成三相的，且內(nèi)部已接成三角形。3.并聯(lián)電容器的裝設(shè)位置并聯(lián)電容器在供電系統(tǒng)中的裝設(shè)位置，有高壓集中補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償和單獨(dú)就地補(bǔ)償三種方式。任務(wù)三短路電流概述（一）短路成因及類型

1.短路的原因短路就是指不同電位的導(dǎo)電部分之間的低阻性短接。

（1）絕緣損壞，如設(shè)備絕緣材料老化、設(shè)計(jì)制造安裝及維護(hù)不良等造成的設(shè)備缺陷發(fā)展成短路。（2）氣象條件惡化，如雷擊過(guò)電壓造成的閃絡(luò)放電、由于風(fēng)災(zāi)引起架空斷線或?qū)Ь€覆冰引起的電桿倒塌等。（3）人為過(guò)失，如人員由于未遵守安全操作規(guī)程而發(fā)生誤操作，或者誤將低電壓的設(shè)備接入較高電壓的電路中，也可能造成短路。（4）其他原因，如挖掘損傷電纜、鳥(niǎo)獸或風(fēng)箏跨接在載流裸導(dǎo)體上等也會(huì)造成短路。2．短路類型

在三相系統(tǒng)中，短路的基本形式有三相短路、兩相短路、單相短路及兩相接地短路。

當(dāng)三相短路時(shí)，由于短路回路阻抗相等，因此三相電流和電壓仍是對(duì)稱的，故又稱為對(duì)稱短路。

（二）短路的危害1.短路電流產(chǎn)生巨大的電動(dòng)力；2.發(fā)熱3.產(chǎn)生電弧4.短路點(diǎn)附近電壓顯著下降5.電磁感應(yīng)及干擾（三）計(jì)算短路電流的目的

1．選擇電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體，必須用短路電流校驗(yàn)其熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度；

2．選擇和整定機(jī)電保護(hù)裝置，使之能正確地切除短路故障；

3．確定限流措施，當(dāng)短路電流過(guò)大造成設(shè)備選擇困難或不夠經(jīng)濟(jì)時(shí)，可采取限制短路電流的措施；

4．確定合理的主接線方案和主要運(yùn)行方式等。（四）短路電流的暫態(tài)過(guò)程1．短路電流的暫態(tài)過(guò)程當(dāng)短路突然發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)原來(lái)的穩(wěn)定工作狀態(tài)遭到破壞，需要經(jīng)過(guò)一個(gè)暫態(tài)過(guò)程習(xí)能進(jìn)入短路穩(wěn)定狀態(tài)。供電系統(tǒng)中的電流在短路發(fā)生時(shí)也要增大，經(jīng)過(guò)暫態(tài)過(guò)程達(dá)到新的穩(wěn)定值。三相短路過(guò)程的簡(jiǎn)化分析

短路發(fā)生后，系統(tǒng)就由工作狀態(tài)經(jīng)過(guò)一個(gè)暫態(tài)過(guò)程，然后進(jìn)入短路后的穩(wěn)定狀態(tài)。電力系統(tǒng)的短路故障往往是突然發(fā)生的。暫態(tài)過(guò)程雖然時(shí)間很短，但它對(duì)電氣設(shè)備的危害遠(yuǎn)比穩(wěn)態(tài)短路電流要嚴(yán)重得多。短路電流的暫態(tài)過(guò)程的變化與電源系統(tǒng)的容量有關(guān)，一般分成無(wú)限大容量電源系統(tǒng)和有限容量電源系統(tǒng)當(dāng)供配電系統(tǒng)容量較電力系統(tǒng)容量小得多，電力系統(tǒng)阻抗不超過(guò)短路回路總阻抗的5%-10%，或短路點(diǎn)離電源的電氣距離足夠遠(yuǎn)，發(fā)生短路時(shí)電力系統(tǒng)的母線壓降很小，此時(shí)可以把電力系統(tǒng)看作無(wú)限大容量系統(tǒng)無(wú)限大容量系統(tǒng)

所謂“無(wú)限大容量系統(tǒng)”指端電壓保持恒定，沒(méi)有內(nèi)部阻抗以及容量無(wú)限大的系統(tǒng)。

無(wú)限大容量系統(tǒng)：US=常數(shù)α，XS=0,SS=∞二、無(wú)限大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過(guò)程

阻抗角

式中，電流幅值

正常運(yùn)行電流為1、正常運(yùn)行設(shè)電源相電壓為

無(wú)限大容量系統(tǒng)三相短路圖

（b）三相電路圖

（c）單相等效電路圖2、三相短路分析（1）定性分析：三相短路，阻抗突變，發(fā)生暫態(tài)過(guò)渡過(guò)程，k點(diǎn)右側(cè)，沒(méi)有電源，電流衰減到零，k點(diǎn)左側(cè)有電源，L↓,I↑,I不突變，出現(xiàn)周期容量（2）定量分析：短路電流應(yīng)滿足微分方程

式中，

相電流瞬時(shí)值

由電源至短路點(diǎn)之間的電阻

由電源至短路點(diǎn)之間的電感

設(shè)在圖中K點(diǎn)發(fā)生三相短路。其解為

式中，

由電源至短路點(diǎn)之間的阻抗短路電流與電壓之間的相位差角，

非周期分量電流衰減時(shí)間常數(shù)

常數(shù)，其值由初始條件決定周期分量電流幅值在短路瞬間t=0時(shí)，短路前工作電流與短路后短路電流相等，即短路全電流瞬時(shí)值為：非周期分量電流的初始值式中，

短路前電流與電壓之間的相位差角2、三相短路的有關(guān)物理量1)短路沖擊電流短路沖擊電流是短路全電流的最大瞬時(shí)值，出現(xiàn)在短路后半個(gè)周期，即t=0.01秒時(shí)，得

為短路電流沖擊系數(shù)。

純電阻性電路，kch=1；純電感性電路，kch=2。因此0≤kch≤2。

高壓Kch=1.8低壓Kch=1.32)短路沖擊電流有效值Ich是短路后第一個(gè)周期的短路全電流有效值。

高壓系統(tǒng)Kch=1.8低壓系統(tǒng)Kch=1.3

3)次暫態(tài)短路電流

I″次暫態(tài)短路電流是短路電流周期分量在短路后第一個(gè)周期的有效值,用I″表示。在無(wú)限大容量系統(tǒng)中，短路電流周期分量不衰減，即I″=IP；4)短路電流周期分量有效值IP

式中，Uav=1.05UN（kV）

線路平均額定電壓；(Ω)為短路回路總阻抗。

5)穩(wěn)態(tài)短路電流I∞

穩(wěn)態(tài)短路電流有效值是短路電流非周期分量衰減完后的短路電流有效值，用I∞表示。在無(wú)限大容量系統(tǒng)中，I∞＝Ip。

6)短路容量SK

三相短路容量是選擇斷路器時(shí)，校驗(yàn)其斷路能力的依據(jù)，它根據(jù)計(jì)算電壓即平均額定電壓進(jìn)行計(jì)算，即

式中，SK為三相短路容量（MVA）；Uav為短路點(diǎn)所在級(jí)的線路平均額定電壓（kV）；Ik為短路電流（kA）。

任務(wù)四短路電流的計(jì)算（一）歐姆法短路計(jì)算（有名單位制法）

在無(wú)限大容量系統(tǒng)中發(fā)生三相短路時(shí)，其三相短路電流周期分量有效值可按下式計(jì)算：

式中，為短路點(diǎn)的短路計(jì)算電壓(或稱為平均額定電壓)。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UN高5%，按我國(guó)電壓標(biāo)準(zhǔn)，有0.4、0.69、3.15、6.3、10.5、37kV……等；、、分別為短路電路的總阻抗[模]、總電阻和總電抗值。在高壓電路的短路計(jì)算中，通?？傠娍惯h(yuǎn)比總電阻大，所以一般可只計(jì)電抗，不計(jì)電阻。在計(jì)算低壓側(cè)短路時(shí)，也只有當(dāng)短路電路的時(shí)才需計(jì)及電阻。不計(jì)電阻，則三相短路電流的周期分量有效值為：三相短路容量為：（二）標(biāo)幺制法用相對(duì)值表示元件的物理量，稱為標(biāo)幺制。容量、電壓、電流、阻抗的標(biāo)幺值分別為

基準(zhǔn)值的選取是任意的，但為簡(jiǎn)化計(jì)算，取Sd=100MVA,

。

通常選定基準(zhǔn)容量和基準(zhǔn)電壓，按下式求出基準(zhǔn)電流和基準(zhǔn)阻抗。額定電壓(kV)2201103510630.380.22平均電壓(kV)2301153710.56.33.150.40.23電力系統(tǒng)的平均電壓二、短路回路元件的標(biāo)幺值阻抗1、發(fā)電機(jī)

式中，XF為發(fā)電機(jī)的電抗(Ω/km),Sn為基準(zhǔn)容量(MVA)，Un為線路所在電壓等級(jí)的基準(zhǔn)電壓(kV)。2、變壓器的電抗標(biāo)幺值

式中，SN為額定容量（MVA）和Ud%為阻抗電壓。

3、電抗器的電抗標(biāo)幺值式中，U.N電抗器的額定電壓、I.N為電抗器的額定電流、XL%電抗器的電抗百分?jǐn)?shù)4、線路的電抗標(biāo)幺值

式中，l為線路長(zhǎng)度（km），X0為線路單位長(zhǎng)度的電抗（Ω/km）,Sd為基準(zhǔn)容量（MVA），Ud為線路所在電壓等級(jí)的基準(zhǔn)電壓（kV）。5．電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值①無(wú)限大容量系統(tǒng)XS=0②已知系統(tǒng)電抗有名值XS

③已知系統(tǒng)的短路容量SK

④已知系統(tǒng)出口斷路器的短路容量SOC

6．短路回路總阻抗若

時(shí)，可略去電阻，三相短路電流計(jì)算

無(wú)限大容量系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)，短路電流的周期分量的幅值和有效值保持不變，短路電流的有關(guān)物理量I″、Ich、ich、I∞和Sk都與短路電流周期分量有關(guān)。因此，只要算出短路電流周期分量的有效值，短路其它各量按前述公式很容易求得，采用的標(biāo)幺值計(jì)算。而故1．三相短路電流周期分量有效值短路電流周期分量有效值的標(biāo)幺值等于短路回路總阻抗標(biāo)幺值的倒數(shù)。即

短路電流周期分量有效值為2、沖擊短路電流沖擊短路電流和沖擊短路電流有效值為高壓ich=2.55IKIch=1.52IK

低壓ich=1.84IKIch=1.09IK3、三相短路容量

或上式表示，三相短路容量數(shù)值上等于基準(zhǔn)容量與三相短路電流標(biāo)幺值或與三相短路容量標(biāo)幺值的乘積，三相短路容量的標(biāo)幺值等于三相短路電流的標(biāo)幺值。4、短路電流的計(jì)算步驟

①畫(huà)出短路計(jì)算系統(tǒng)圖，包含與短路計(jì)算所有元件的單線系統(tǒng)，標(biāo)出元件的參數(shù)，短路點(diǎn)。②畫(huà)出短路計(jì)算系統(tǒng)圖的等值電路圖，一個(gè)元件用一個(gè)電抗表示，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(hào)和阻抗值，一般分子標(biāo)序號(hào)，分母標(biāo)阻抗值。③選基準(zhǔn)容量和基準(zhǔn)電壓，計(jì)算元件的標(biāo)幺值電抗。⑤計(jì)算短路電流標(biāo)幺值，短路電流有名值和短路其它各量。即短路電流、沖擊短路電流和三相短路容量。④簡(jiǎn)化等值電路圖，求出短路總阻抗標(biāo)幺值。簡(jiǎn)化時(shí)電路的各種簡(jiǎn)化方法都可以使用，如串聯(lián)、并聯(lián)、Δ-Y或Y-Δ變換、等電位法等。

兩相和單相短路電流計(jì)算

目的：用于繼電保護(hù)靈敏度的校驗(yàn)。1、兩相短路電流的計(jì)算無(wú)限大容量系統(tǒng)兩相短路1.

無(wú)限大容量系統(tǒng)兩相短路電流無(wú)限大容量系統(tǒng)兩相短路電流時(shí)，其短路電流為式中，Uav為短路點(diǎn)的平均額定電壓，Zk為短路回路一相總阻抗。2.兩相短路電流與三相短路電流的關(guān)系

因此：無(wú)限大容量系統(tǒng)短路時(shí)，兩相短路電流較三相短路電流小。

式中，Ｕav為短路點(diǎn)的平均額定電壓;ZP-0為單相短路回路相線與大地或中線的阻抗，可按下式計(jì)算：RT、XT為變壓器的相等效電阻和電抗；RP-0、XP-0為相線與大地或中線回路的電阻和電抗。

2、單相短路電流的計(jì)算任務(wù)五短路電流的效應(yīng)（一）短路電流的力效應(yīng)供電系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，導(dǎo)體中將流過(guò)很大的短路沖擊電流，從而產(chǎn)生很大的電動(dòng)力，這時(shí)如果導(dǎo)體和它的支撐物的機(jī)械強(qiáng)度不夠，必將造成變形或破壞而引起嚴(yán)重事故。為此，必須研究短路電流沖擊值所產(chǎn)生電動(dòng)力的大小和特征，以便在選擇電氣設(shè)備時(shí)考慮它的影響，保證具有足夠的穩(wěn)定性，使電氣設(shè)備可靠的運(yùn)行。配電裝置中導(dǎo)體