第3章短路电流及其计算.ppt

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1、第第3 3章章 短路电流及其计算短路电流及其计算工厂供配电技术工厂供配电技术第3章第1页EXIT第3章短路电流及其计算内容提要：内容提要：本章讨论和计算供配电系统在短路故障情况下的本章讨论和计算供配电系统在短路故障情况下的电流（简称短路电流），包括无限大容量系统中三相、两电流（简称短路电流），包括无限大容量系统中三相、两相、单相短路电流计算。最后介绍短路电流的效应和稳定相、单相短路电流计算。最后介绍短路电流的效应和稳定度校验。度校验。短路计算的短路计算的目的目的是为了正确选择和校验电气设备，准确地整定供配电系是为了正确选择和校验电气设备，准确地整定供配电系统的保护装置，避免在短路电流作用下损坏

2、电气设备，保证供配电系统统的保护装置，避免在短路电流作用下损坏电气设备，保证供配电系统中出现短路时，保护装置能可靠动作。中出现短路时，保护装置能可靠动作。第第3 3章章 短路电流及其计算短路电流及其计算工厂供配电技术工厂供配电技术第3章第2页EXIT 在工厂供配电系统的设计和运行中，不仅要考虑系统的正常运行状态，在工厂供配电系统的设计和运行中，不仅要考虑系统的正常运行状态，还要考虑系统的不正常运行状态和故障情况，最严重的故障是短路故障。还要考虑系统的不正常运行状态和故障情况，最严重的故障是短路故障。短路是指不同相之间，相对中线或地线之间的直接金属性连接或经小阻抗短路是指不同相之间，相对中线或地

3、线之间的直接金属性连接或经小阻抗连接连接。3.1 3.1 短路与短路电流有关概念短路与短路电流有关概念形成短路的形成短路的原因原因主要有：主要有：1、元件损坏，例如设备绝缘材料老化，设计制造安装及维护不良等造元件损坏，例如设备绝缘材料老化，设计制造安装及维护不良等造成的设备缺陷发展成短路。成的设备缺陷发展成短路。2、气象条件恶化，例如雷击过电压造成的闪络放电，由于风灾引起架气象条件恶化，例如雷击过电压造成的闪络放电，由于风灾引起架空线断线或导线覆冰引起电杆倒塌等。空线断线或导线覆冰引起电杆倒塌等。3、人为过失，例如运行人员带负荷拉刀闸，检修线路或设备时未排除人为过失，例如运行人员带负荷拉刀闸，

4、检修线路或设备时未排除接地线就合闸供电等。接地线就合闸供电等。4、其他原因，例如挖沟损伤电缆，鸟兽风筝跨接在截流裸导体上等。其他原因，例如挖沟损伤电缆，鸟兽风筝跨接在截流裸导体上等。第第3 3章章 短路电流及其计算短路电流及其计算工厂供配电技术工厂供配电技术第3章第3页EXIT短路的短路的危害危害：1、在工业供电系统中发生短路故障时，在短路回路中短路电流要比额定电在工业供电系统中发生短路故障时，在短路回路中短路电流要比额定电流大几倍至几十倍，通常可达数千安，短路电流通过电气设备和导线必然要流大几倍至几十倍，通常可达数千安，短路电流通过电气设备和导线必然要产生很大的电动力，并且使设备温度急剧上升

5、有可能损坏设备和电缆。产生很大的电动力，并且使设备温度急剧上升有可能损坏设备和电缆。2、设备通过短路电流将使其发热增加，如短路持续时间较长，电气设备可设备通过短路电流将使其发热增加，如短路持续时间较长，电气设备可能由于过热造成导体熔化或绝缘损坏。能由于过热造成导体熔化或绝缘损坏。3、短路时故障点往往有电弧产生，它不仅可能烧坏故障元件，且可能殃及短路时故障点往往有电弧产生，它不仅可能烧坏故障元件，且可能殃及周围设备。周围设备。4、在短路点附近电压显著下降。系统中最主要的电力负荷是异步电动机，在短路点附近电压显著下降。系统中最主要的电力负荷是异步电动机，它的电磁转矩同端电压的平方成正比，电压下降时

6、，电动机的电磁转矩显著它的电磁转矩同端电压的平方成正比，电压下降时，电动机的电磁转矩显著减少，转速随之下降，当电压大幅度下降时，电动机甚至可能停转，造成产减少，转速随之下降，当电压大幅度下降时，电动机甚至可能停转，造成产品报废、设备损坏等严重后果。品报废、设备损坏等严重后果。5、发生不对称短路时不平衡电流产生的磁通，可以在附近的电路内感应出发生不对称短路时不平衡电流产生的磁通，可以在附近的电路内感应出很大的电动势，对于架设在高压电力线路附近的通信线路或铁道信号系统会很大的电动势，对于架设在高压电力线路附近的通信线路或铁道信号系统会产生严重的影响。产生严重的影响。6、当短路点离发电厂很近时，有可

7、能造成发电机失去同步，而使整个电力当短路点离发电厂很近时，有可能造成发电机失去同步，而使整个电力系统的运行解列。这是短路故障的最严重后果。系统的运行解列。这是短路故障的最严重后果。第第3 3章章 短路电流及其计算短路电流及其计算工厂供配电技术工厂供配电技术第3章第4页EXIT在三相系统中在三相系统中,短路的基本形式有：短路的基本形式有：三相短路，三相短路，两相短路，两相短路，单相短路，单相短路，两相接地短路。两相接地短路。防止短路对策防止短路对策严格遵守操作规程严格遵守操作规程 文明施工文明施工 正确安装和维护防雷设备正确安装和维护防雷设备 预防性试验预防性试验 第第3 3章章 短路电流及其计

8、算短路电流及其计算工厂供配电技术工厂供配电技术第3章第5页EXIT短路故障的种类短路故障的种类 短路回路中流过很大的短路电流，短路回路中流过很大的短路电流，故障相电压为零故障相电压为零 不对称短路不对称短路 两相短路两相短路接地接地 三相电路中都流过很大的短路电三相电路中都流过很大的短路电流，短路时电压和电流保持对称，流，短路时电压和电流保持对称，短路点电压为零短路点电压为零 对称短路对称短路 三相短路三相短路 短路回路中流过很大的短路电流，短路回路中流过很大的短路电流，电压和电流的对称性被破坏电压和电流的对称性被破坏 不对称短路不对称短路 两相短路两相短路 短路电流仅在故障相中流过，故短路电

9、流仅在故障相中流过，故障相电压下降，非故障相电压会障相电压下降，非故障相电压会升高升高 不对称短路不对称短路 单相短路单相短路 特点特点 短路性质短路性质 示示 图图 表示表示符号符号 短路名称短路名称)1(k)2(k)1,1(k)3(k第第3 3章章 短路电流及其计算短路电流及其计算工厂供配电技术工厂供配电技术第3章第6页EXIT无限大容量系统三相短路分析无限大容量系统三相短路分析 一一、无限大容量系统、无限大容量系统（1）目的：）目的：简化短路计算简化短路计算（2）定义：）定义：所谓所谓“无限大容量系统无限大容量系统”是指端电压基本保持恒定的电力系统。是指端电压基本保持恒定的电力系统。如电

10、力系统的电源总阻抗不超过短路电路如电力系统的电源总阻抗不超过短路电路总阻抗的总阻抗的5 51010，或电力系统容量大于，或电力系统容量大于用户供电系统容量用户供电系统容量5050倍时。可视电力系统倍时。可视电力系统为容量无限大系统。为容量无限大系统。（3）合理性）合理性 STSS 误差在允许范围误差在允许范围第第3 3章章 短路电流及其计算短路电流及其计算工厂供配电技术工厂供配电技术第3章第7页EXIT无限大容量系统三相短路暂态过程无限大容量系统三相短路暂态过程（1）正常工作时正常工作时 u=Umsin(t+)I=Imsin(t+-)（2）k点三相短路点三相短路定性分析：三相短路，阻抗突变，发

11、生暂态过渡过程，定性分析：三相短路，阻抗突变，发生暂态过渡过程，k点右侧，没有点右侧，没有电源，电流衰减到零，电源，电流衰减到零，k点左侧有电源，负荷点左侧有电源，负荷L,I,I不突变，出现周期不突变，出现周期分量。分量。定量分析定量分析：第第3 3章章 短路电流及其计算短路电流及其计算工厂供配电技术工厂供配电技术第3章第8页EXITt=0时：i0-=i0+i0=iK0Imsin(-)=IKmsin(-k)+inpoinpo=Imsin(-)-IKmsin(-k)iK=IKmsin(t+-K)Imsin(-)IKmsin(-K)e-t/=ip+inp第第3 3章章 短路电流及其计算短路电流及其

12、计算工厂供配电技术工厂供配电技术第3章第9页EXIT最严重三相短路电流时的短路电流最严重三相短路电流时的短路电流短路电流非周期分量初值最大时短路电流瞬时值亦最大。短路电流非周期分量初值最大时短路电流瞬时值亦最大。最严重短路电流的条件为：最严重短路电流的条件为：（1）短路回路纯电感，）短路回路纯电感，K=90 高压网络高压网络K=90（2）短路瞬间电压过零，）短路瞬间电压过零，=0或或180（3）短路前空载或）短路前空载或cos=1即有即有 第第3 3章章 短路电流及其计算短路电流及其计算工厂供配电技术工厂供配电技术第3章第10页EXIT三相短路的有关物理量三相短路的有关物理量（1）短路电流周期

13、分量有效值短路电流周期分量有效值 Uav_:短路计算电压或平均额定电压短路计算电压或平均额定电压 Uc1.05UN0.4,6.3,10.5,37,115,230kV（2）短路次暂态电流短路次暂态电流I短路后第一个周期短路电流周期分量之有效值短路后第一个周期短路电流周期分量之有效值无限大容量系统无限大容量系统 I=IP=I第第3 3章章 短路电流及其计算短路电流及其计算工厂供配电技术工厂供配电技术第3章第11页EXIT（3）短路全电流有效值短路全电流有效值iK(t)（4）短路冲击电流短路冲击电流ish 短路全电流最大瞬时值短路全电流最大瞬时值 Ksh冲击系数冲击系数1Ksh2短路冲击电流有效值短

14、路冲击电流有效值Ish 高压系统高压系统Ksh=1.8,ish=2.55I,Ish=1.51I低压系统低压系统Ksh=1.3,ish=1.84I,Ish=1.09I 2)()(2)(tnptptkiII 第第3 3章章 短路电流及其计算短路电流及其计算工厂供配电技术工厂供配电技术第3章第12页EXIT（5）短路稳态电流短路稳态电流I 对无限大容量系统对无限大容量系统 （6）三相短路容量三相短路容量 式中，式中，SK为三相短路容量（为三相短路容量（MVA）；）；Uav为短路点所在级的线路平均额定电压（为短路点所在级的线路平均额定电压（kV）；）；Ik为短路电流（为短路电流（kA）。）。第第3 3

15、章章 短路电流及其计算短路电流及其计算工厂供配电技术工厂供配电技术第3章第13页EXIT 短路后第一个周期的短路电流周期分量的有效值，称为短路后第一个周期的短路电流周期分量的有效值，称为次暂态次暂态短路电流有效值短路电流有效值。用来作为继电保护的整定计算和校验断路器的额定断。用来作为继电保护的整定计算和校验断路器的额定断流容量。应采用电力系统在最大运行方式下，继电保护安装处发生短路流容量。应采用电力系统在最大运行方式下，继电保护安装处发生短路时的次暂态短路电流来计算保护装置的整定值。时的次暂态短路电流来计算保护装置的整定值。短路后经过半个周期（即短路后经过半个周期（即0.01s0.01s）时的

16、短路电流峰值，是整个）时的短路电流峰值，是整个短路过程中的短路过程中的最大瞬时电流最大瞬时电流。这一最大的瞬时短路电流称为。这一最大的瞬时短路电流称为短路冲击电短路冲击电流流。为三相短路冲击电流峰值，用来校验电器和母线的动稳定度。为三相短路冲击电流峰值，用来校验电器和母线的动稳定度。三相短路冲击电流有效值，短路后第一个周期的短路电流的三相短路冲击电流有效值，短路后第一个周期的短路电流的有效值。也用来校验电器和母线的动稳定度。有效值。也用来校验电器和母线的动稳定度。短路计算的目的和短路参数)3/(I)3(shi)3(shI第第3 3章章 短路电流及其计算短路电流及其计算工厂供配电技术工厂供配电技术第3章第14页EXIT短路计算的方法简介 有名值法有名值法标幺值法标幺值法短路容量法短路容量法如果各种电气设备的电阻和电抗及其它电气参数用短路如果各种电气设备的电阻和电抗及其它电气参数用短路容量表示，称短路容量法。容量表示，称短路容量法。如果各种电气设备的电阻和电抗及其它电气参数用相对如果各种电气设备的电阻和电抗及其它电气参数用相对值表示，称标幺值法。值表示，称标幺值法。如果各种电气设备的电阻和