第三章短路电流及其计算.ppt

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第三章短路电流及其计算,本章主要内容：

无限大容量电力系统三相短路时的物理过程及物理量三相短路及两相和单相短路的计算短路电流的效应及短路校验条件,第一节短路的原因、后果、形式及几率,一、短路的原因,1）主要原因电气设备载流部分的绝缘损坏。

引起绝缘损坏的原因：

（1）绝缘自然老化未被发现；

（2）绝缘强度不够受电击穿；（3）过电压（如雷击等）；（4）人为的机械损伤；（5）鼠咬等。

2）其他原因

（1）工作人员误操作（如带负荷拉隔离等）；

（2）鸟、兽跨接裸露的载流导线等。

二、短路的后果,三、短路的形式及几率,

（1）可产生巨大的热的破坏作用；

（2）可产生巨大的力的破坏作用；（3）短路后电压下降，影响其他电气设备正常运行；（4）可产生电磁干扰，影响数字设备工作。

短路的形式（虚线表示短路电流路径）,第二节无限大容量电力系统三相短路时的物理过程,一、无限大容量电力系统三相短路时的物理过程,1、无限大容量的特点SS=；US=C（常数）；ZS=0,a）三相电路图b）等效单相电路图,无限大容量电力系统中发生三相短路,无限大容量系统发生三相短路时的电压、电流变化曲线,电路中存在电感，发生短路后，电流不能突变，有一个过渡过程即短路暂态过程。

二、与短路有关的物理量,1、短路电流周期分量,（波形为正弦波）,2、短路电流非周期分量,（波形按指数函数衰减）,4、短路冲击电流,3、短路瞬时电流,（瞬时值）,（有效值）,5、冲击系数,而,式中，为短路电流的次暂态值，它是短路电流周期分量在第一个周期的有效值。

在高压电路中，往往,在低压电路中，往往,，,在高压电路中发生短路时，常取,所以：

则,则,因此,而,在低压电路中发生短路时，常取,在无限大容量系统中有：

所以：

第三节无限大容量系统短路电流的计算,短路电流计算过程：

绘出计算电路图、元件编号、绘等效电路、计算阻抗和总阻抗、计算短路电流和短路容量、汇总出计算结果表格。

短路电流计算方法：

欧姆法、标幺制法（常用）。

短路电流计算的目的：

选择和校验开关和设备；选择限流电抗器；继电保护整定。

一、欧姆法进行三相短路计算,计算公式,在高压电路中，由于,式中，为短路回路的总电阻和电抗；Uc为短路点的计算电压（或平均额定电压），按高于5%额定电压取值，如：

0.4、6.3、10.5kV等。

和,一般只计入电抗；,在低压电路中，由于,才需计入电阻。

1、电力系统的阻抗,电力系统的电阻相对于电抗很小，不予考虑。

式中，Soc为系统出口断路器的断流容量，参看附录表,2、电力变压器的阻抗,短路损耗,电阻,为变压器的短路损耗，参看附录表,3、电力线路的阻抗计算,也可查下表：

电抗,为变压器短路电压（或阻抗电压）的百分值，参看附录表,为导线或电缆单位长度的电阻，参看附录表,为导线或电缆单位长度的电抗，参看附录表,电力线路每相的单位长度电抗平均值（/km）,4、阻抗换算（有变压器时）,电路内各元件的阻抗都必须按照短路点的短路计算电压统一换算，换算的条件是元件功率损耗不变。

例题31，P57,式中，R、X、UC为换算前参数，,以表示的为换算后的参数。

二、标幺制法进行三相短路电流计算,1、标幺值概念,任意一个物理量的标幺值,（实际值与基准值之比）,基准容量（可以任意选取，一般取100MVA）,基准电压（通常取短路计算电压）,基准电流,基准电抗,2、各元件标幺值,1）电力系统,2）电力变压器,3）电力线路,3、三相短路电流计算,根据可以分别计算出。

Uc为元件所在处的计算电压。

4、三相短路容量,

（1）确定各基准值；

（2）分别计算各元件电抗标幺值；（3）根据计算电路绘出等效电路，并将各元件电抗标幺值和短路计算点一一标出在等效电路上；（4）分别求出各短路计算点的总电抗标幺值；（5）分别计算各短路计算点的各短路参数值；（6）将各计算结果列表。

5、计算步骤,例题32，P60,6、计算示例,例题：

已知供电系统如图所示，系统出口断路器的断路容量为500MVA。

求：

1）工厂配电所10kV母线上k1点和车间变电所低压380V母线上k2点短路回路的总电抗标幺值,，,2）k1，k2两点的,，,及,值。

，值；,解：

1、先求k1点的短路回路阻抗、短路电流及短路容量取：

算出各元件电抗标么值：

k1点等效电路,短路回路阻抗、短路电流及短路容量：

2、再求k2点的短路回路阻抗、短路电流及短路容量,算出各元件电抗标么值：

k2点的等效电路,短路回路阻抗、短路电流及短路容量：

3、将计算结果列下表,三、两相短路电流计算,如图，因为：

又因为：

所以：

四、单相短路电流的计算,大接地电流系统、三相四线制系统发生单相短路时,式中Z1，Z2，Z3分别为正序、负序、零序总阻抗。

工程中简单计算,式中U线路的相电压；ZN为相线与N线短路回路的阻抗；ZPE为相线与PE线短路回路的阻抗；ZPEN为相线与PEN线短路回路的阻抗。

应用：

在无限大容量系统中，两相短路电流和单相短路电流均比三相短路电流小，电气设备的选择与校验应采用三相短路电流，相间短路保护及灵敏度校验应采用两相短路电流，单相短路电流主要用于单相短路保护的整定热稳定度的校验。

第四节短路电流的效应和稳定度校验,发生短路后产生的危害效应有：

电动力效应热效应,一、短路电流的电动力效应和动稳定度,1、电动力效应,如图，两跟平行导体之间的受力，由物理学公式得：

式中，a为两根导体的轴线间距离；l为导体的两相邻支点间距离（档距）。

如果考虑到导体的形状，则引入形状系数，有：

式中，,形状系数，与导体的形状和相对位置有关。

两相短路时，有：

如图，三相短路时，有：

由于：

所以：

两相和三相短路时最大电动力,由计算可知：

中间相导体所受到的电动力比两相短路时导体所受到的电动力大，一般采用三相短路冲击电流校验电器的动稳定度。

2、动稳定度校验,1）一般电器（QF、QS、TA）：

和,分别为电器的极限通过电流的峰值和有效值，,式中，,可查有关手册或产品样本，或书后相关附录表。

例如:

SN10-10II的imax=80kA。

2）绝缘子（瓷瓶）：

应满足：

式中：

为绝缘子的最大允许载荷，查有关资料；,为三相短路时作用于绝缘子上的计算力，由下式计算：

导体平放时（a图）有：

导体竖放时（b图）有：

a）平放b）竖放,3）硬母线：

应满足：

式中：

为母线材料的最大允许应力（Pa），它与导线的材质有关：

为母线所受最大计算应力，由下式求的：

式中，M为母线的弯曲力矩，与档数和最大三相电动力有关：

档数为12时：

档数大于2时：

W为母线截面系数：

（见上母线放置图）,硬铝母线（LMY）为70MPa；硬铜母线（TMY）为140MPa。

3、短路点附近交流电机反馈冲击电流的考虑,

（1）条件：

20m内（距离近），100kW以上（容量大）的电动机。

（2）影响：

主要对冲击值（0.01s左右）的影响。

冲击电流为：

式中：

为电动机次暂态电动势标幺值；,为电动机次暂态电抗标幺值；,C为电动机的反馈冲击系数，P65表3-3；,为电动机短路电流的冲击系数，高压电动机取1.41.7，低压电动机取1。

因此，短路点的短路冲击电流为：

例题：

例3-3，P66,二、短路电流的热效应和热稳定度,1、短路时的发热及计算,1）短路前后导体温度变化,L：

正常负荷时导体温度；k：

短路后导体的最高温度；tk：

短路时间。

式中，为短路时间为短路保护装置实际动作时间为断路器的断路时间，常取0.10.2秒,2）假想时间,如图，短路电流通过导体在短路时间内产生的热量：

即：

热量相等。

因此假想时间的近似计算公式为：

而,2、短路热稳定度的校验条件,1）一般电器,2）母线及绝缘导线和电缆等导体的最小截面,和为电器的热稳定电流和试验时间，可由有关手册或产品样本查得。

为导体热稳定系数，可由附录表查得。

例题34，P69（自己看）,式中，,例如：

SN10-10I的It=16kA，t=4s。

式中，,本章作业,3-1、3-2,