第3章短路电流及其计算课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第三章 短路电流及其计算,8/30/2024,第三章 短路电流及其计算9/6/2023,1,五、,两相短路电流,的计算,8/30/2024,五、两相短路电流的计算 9/6/202,2,六、,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,（要考虑,正序、负序、零序阻抗,）,工程中简单计算,单相短路回路的阻抗：,8/30/2024,六、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,3,结论：,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。,8/30/2024,结论：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,4,低压电网短路电流计算,低压电网短路电流计算的特点,低压电网短路回路各元件的阻抗,低压电网短路电流计算,8/30/2024,低压电网短路电流计算 低压电网短路电流计算的特点9/6/2,5,低压电网短路电流计算的特点,电力系统中1kV以下电网称之为低压电网，其短路电流计算与高压电网相比具有以下的特点：,（1） 配电变压器容量远远小于电力系统的容量，因此变压器一次侧可以作为无穷大容量电源系统来考虑；,（2）低压回路中各元件的电阻值与电抗值之比较大不能忽略，因此一般要用阻抗计算，只有当短路回路的总电阻小于总电抗的1/3时，即 ，才可以忽略电阻的影响；,（3）低压网中电压一般只有一级，且元件的电阻多以m (毫欧)计，因而用有名值比较方便；,8/30/2024,低压电网短路电流计算的特点 电力系统中1kV以下电网称之为低,6,低压电网短路回路各元件的阻抗,式中：,U,k,%,、 P,k,分别为变压器短路电压百分值、变压器的短路损耗(kW)；,S,NT,、 U,NT2,分别为变压器的额定容量(MVA)、变压器二次侧的额定电压(kV)。,1.变压器阻抗,8/30/2024,低压电网短路回路各元件的阻抗式中：Uk % 、 Pk ,7,2.母线的阻抗,长度在1015m以上的母线阻抗必须考虑,。,水平排列的平放矩形母线电抗可用下式近似计算：,实际计算中常采用如下近似值：,截面积S500mm,2,时,X,0,=17毫欧/米；,截面积S 500mm,2,时,X,0,=13毫欧/米。,低压电网短路回路各元件的阻抗,8/30/2024,2.母线的阻抗长度在1015m以上的母线阻抗必须考虑。 水,8,3.其他元件的阻抗,自动空气开关的过电流线圈，自动空气开关及各种刀开关的接触电阻，电流互感器一次线圈的阻抗等，架空线和电缆的阻抗都可从有关手册查得。,式中： 第i段线路的长度、截面积和电阻率；,第一段线路的截面积和电阻率。,当短路回路中几段导线截面不同时，应按以下方法将它们归算到同一截面。,归算以后第i段线路的等效长度为,低压电网短路回路各元件的阻抗,8/30/2024,3.其他元件的阻抗 自动空气开关的过电流线圈，自动空气开关,9,低压电网短路电流计算,低压电网中，通常只在一相或两相装设电流互感器，因此一般选择没有电流互感器的那,一相的短路回路总阻抗进行计算。,1.三相短路电流周期分量有效值的计算,8/30/2024,低压电网短路电流计算低压电网中，通常只在一相或两相装设电流互,10,由于低压电网的电阻较大，因此短路电流的非周期分量衰减要比高压电网快得多。只有当,变压器容量超过1000kVA且短路点靠近变压器,时，才考虑非周期分量对冲击电流的影响。,式中：K,sh,冲击系数，一般取1.3。,低压电网短路电流计算,2.三相短路电流非周期分量有效值的计算,8/30/2024,由于低压电网的电阻较大，因此短路电流的非周期分量衰减要比高压,11,3.不对称短路电流的计算,低压电网不对称短路也采用对称分量法进行分析，由于短路点距电源发电机的电气距离很远，且配电变压器容量与电源容量相比显得较小，在实用计算中以如下公式进行计算。,低压电网短路电流计算,8/30/2024,3.不对称短路电流的计算 低压电网不对称短路也采用对称分量,12,某车间变电所如图所示。已知电力变压器高压侧的高压断路器断流容量Soc=300MVA，电力变压器为S9-800/10型；低压母线均为铝母线(LMY),平放，WB1为 808mm2,l,=6m，,a,=250mm； WB2为 505mm2,l,=1m，,a,=250mm； WB3为 404mm2,l,=2m，,a,=120mm；其余见图。试求k点三相短路电流和短路容量。,8/30/2024,某车间变电所如图所示。已知电力变压器高压侧的高压断路器断流容,13,（1）计算短路电路中各元件电阻与电抗,（取Uc=400V）,1）系统S电抗：,Xs= = =0.53m,8/30/2024,（1）计算短路电路中各元件电阻与电抗 9/6/2023,14,2）电力变压器，查表得Pk=7500W,Uk%=4.5：,Rt = = =1.875 m,Xt = = =9 m,8/30/2024,2）电力变压器，查表得Pk=7500W,Uk%=4.5：9,15,3) 母线WB1电阻与电抗，,查附表4表得R0=0.055 m/m, X0=0.17 m/m,m,m,8/30/2024,3) 母线WB1电阻与电抗，9/6/2023,16,4) 母线WB2电阻与电抗，,查表得R0=0.142 m/m, X0=0.214 m/m,m,m,8/30/2024,4) 母线WB2电阻与电抗，9/6/2023,17,5) 母线WB3电阻与电抗，,查表得R0=0.222 m/m, X0=0.17 m/m,m,m,8/30/2024,5) 母线WB3电阻与电抗，9/6/2023,18,6)电力互感器一次线圈，查附表5,7)低压断路器QF过电流线圈电阻、电抗，查附表6,8/30/2024,6)电力互感器一次线圈，查附表57)低压断路器QF过电流线圈,19,8)电路中各开关触头接触电阻,查附表7，隔离开关QS接触电阻0.03m，刀开关QK接触电阻0.4m，低压断路器QF接触电阻0.6m，因此总接触电阻为：,8/30/2024,8)电路中各开关触头接触电阻9/6/2023,20,9）低压电缆VLV-1kV-3X50电阻、电抗,查附表3， R0=0.77 m/m, X0=0.071 m/m,8/30/2024,9）低压电缆VLV-1kV-3X50电阻、电抗9/6/202,21,(2)计算电路总电阻、电抗,=1.875+0.33+0.142+0.444+0.75+0.36+1.03+26.95,=31.88m,=0.53+9+1.02+0.214+0.34+1.2+0.28+2.458,=15.07m,8/30/2024,(2)计算电路总电阻、电抗9/6/2023,22,(3)计算三相短路电流和短路容量,8/30/2024,(3)计算三相短路电流和短路容量9/6/2023,23,第四节 短路电流的效应和稳定度校验,短路电流的热效应,短路电流的力效应,8/30/2024,第四节 短路电流的效应和稳定度校验 短路电流的热效应,24,一、短路的效应及危害,1. 短路电流的电动力效应,通电导体周围都存在电磁场，如处于空气中的两平行导体分别通过电流时，两导体间由于电磁场的相互作用，导体上即产生力的相互作用。三相线路中的三相导体间，正常工作时也存在力的作用，只是正常工作电流较小不影响线路的运行，当发生三相短路时，在短路后半个周期（0.01s）会出现最大短路电流即冲击短路电流，其值达到几万安培至几十万安培，导体上的电动力将达到几千至几万牛顿。,三相导体在同一平面平行布置时，中间相受到的电动力最大，最大电动力,F,m,正比于冲击电流的平方。对电力系统中的硬导体和电器设备都要求校验其在短路电流下的动稳定性。,第四节 短路电流的效应和稳定度校验,8/30/2024,一、短路的效应及危害 1. 短路电流的电动力效应,25,短路电流的力效应,在空气中平行放置的两根导体中分别通有电流 和 ，导体间距离为a ，则两导体之间产生电动力为：,式中：,K,f,形状系数。,当导体长度远远大于导体间距时，可以忽略导体形状的影响，即,K,f,1。,8/30/2024,短路电流的力效应 在空气中平行放置的两根导体,26,供配电系统中最常见的是三相导体平行布置在同一平面里的情况。,如图所示当三相导体中通以幅值的三相对称正弦电流,I,m,时，可以证明中间相受力最大，大小为：,短路电流的力效应,8/30/2024,供配电系统中最常见的是三相导体平行布置在同,27,考虑最严重的情形，即在三相短路情况下，导体中流过冲击电流时，所承受的最大电动力为：,上式就是选择校验电气设备和母线在短路电流作用下所受冲击力效应的计算依据。,注意：计算中的单位取,A，l,和,应取相同的长度单位。,短路电流的力效应,8/30/2024,考虑最严重的情形，即在三相短路情况下，导体中流,28,2短路电流的电动力效应,（1）对一般电器：,要求电器的极限通过电流（动稳定电流）峰值大于最大短路电流峰值,式中 电器的极限通过电流（动稳定电流）峰值；,最大短路电流峰值。,8/30/2024,2短路电流的电动力效应 （1）对一般电器：式中,29,2）对绝缘子：,要求绝缘子的最大允许抗弯载荷大于最大计算载荷，即,绝缘子的最大允许载荷；,最大计算载荷。,8/30/2024,2）对绝缘子：绝缘子的最大允许载荷；9/6/2023,30,3.硬母线的动稳定度校验条件,校验条件,为母线材料最大允许应力（Pa）:,硬铜母线（TMY）：140MPa；,硬铝母线（LMY）：70MPa；,8/30/2024,3.硬母线的动稳定度校验条件校验条件 为母线材,31,为最大计算应力,M为母线通过冲击电流四所受弯曲力矩；,W为母线截面系数。,8/30/2024,为最大计算应力M为母线通过冲击电流四所受弯曲力矩；9/6/2,32,二、短路电流的热效应,因为短路以后继电保护装置很快动作，切除故障，因此短路持续时间很短，短路电流产生的大量热量来不及散发到周围介质中，可以认为全部热量被导体吸收，用来使导体的温度升高。,常用的不同金属导体材料均有规定的短时发热最高允许温度。,热稳定校验实质上就是,比较短路后导体的最高发热温度与其短时发热的最高允许温度,，若前者不超过后者则该设备热稳定性满足要求，否则不满足要求。,8/30/2024,二、短路电流的热效应 因为短路以后继电保护,33,1. 短路产生的热量,短路电流的热效应,8/30/2024,1. 短路产生的热量 短路电流的热效应 9/6/2023,34,短路电流的热效应,在工程计算中常常用短路电流的稳态值代替实际的短路电流来计算,Q,k,，假定一个时间,t,ima,，称为假想时间，,短路电流稳态值在内产生的热量与实际短路电流在短路持续时间内所产生的热量相等,。,2.假想时间,8/30/2024,短路电流的热效应 在工程计算中常常用短路电流的稳态值代,35,进一步引入短路电流周期分量假想时间,t,pi,与短路电流非周期分量假想时间,t,api,，则,短路电流的热效应,2.假想时间,8/30/2024,进一步引入短路电流周期分量假想时间tpi 与短路电流非周期分,36,对于无穷大容量系统， 显然 。,短路电流的热效应,用 表示电源系统的情况。,短路持续时间,t,包括保护装置动作时间,t,op,和高压断路器分闸时间,t,OF,F,。,该曲线只制作到,t5s,，因为,5s,之后，可以认为短路电流已进入稳态。此时，,8/30/2024,对于无穷大容量系统， 显然 。短路,37,(2)短路电流非周期分量假想时间,由于短路电流的非周期分量是按指数规律变化的，且衰减极快，因此，在工程计算中可以取以下近似值进行计算。,当,0.1st1s,时， 。,短路电流的热效应,8/30/2024,(2)短路电流非周期分量假想时间 由于短路电流的非周期分量是,38,3导体短路发热温度,在求得导体的发热以后就可以根据热平衡方程计算出导体短路发热温度。,式中： 导体的平均电阻率、平均比热容和密度；,导体的长度、截面积和质量；,导体的短时最高温度与导体正常工作温度,。,短路电流的热效应,8/30/2024,3导体短路发热温度 在求得导体的发热以后就可以根据热平衡方,39,短路电流的热效应,整理之后，得,8/30/2024,短路电流的热效应整理之后，得 9/6/2023,40,2短路电流的热效应,对成套电器设备，因导体材料及截面均已确定，故达到极限温度所需的热量只与电流及通过的时间有关。因此，设备的热稳定校验可按式(3-58)进行：,式中： 产品样本提供的产品热稳定参数；, 短路稳态电流；,短路电流作用假想时间。,8/30/2024,2短路电流的热效应 对成套电器设备，因导体材料及截,41,2. 对导体和电缆，通常用式（3-59）计算导体的热稳,定最小截面S,min,：,式中 稳态短路电流；,短路电流作用假想时间；,导体的热稳定系数。,如果导体和电缆的选择截面大于等于S,min,，即热稳定合格。,8/30/2024,2. 对导体和电缆，通常用式（3-59）计算导体的热稳式中,42,