项目二供配电系统负荷与短路计算

石家庄职业技术学院,供配电技术,项目二,供配电系统负荷及短路计算,任务一、 机加工车间电力负荷计算,任务二、工厂计算负荷和耗电量计算,任务三、电网尖峰电流计算,任务四、 三相电力系统短路计算,任务五、 电力系统稳定度校验,任务一、 机加工车间电力负荷计算,一、计算负荷（或负荷计算）,：,采用,统计学,的方法，用来按,发热条件,选择供电系统中各元件的负荷值。,或者就是计算工厂、车间或用户等所需的用电功率（电流），作为选择元器件、导线的基础。,按计算负荷选择的元器件、导线，以计算负荷连续运行时，其发热温度不超过允许值。,二、计算负荷的意义,：,选择元件,偏高,：浪费；,偏低,：元件烧坏,计算,合理,可以,省钱,两部电价制,：,基本电价,：按变压器的安装容量收费，10元,电度电价,：按电能计量收费,总电费基本电价电费电度电价电费,一、,计算负荷,（或负荷计算）,：,采用,统计学,的方法，用来按,发热条件,选择供电系统中各元件的负荷值。,或者就是,计算,工厂、车间或用户等所需的,用电功率,（,电流,），作为,选择元器件、导线,的基础。,按计算负荷选择的元器件、导线，以计算负荷连续运行时，其发热温度不超过允许值。,二、,计算负荷的意义,：,选择元件,偏高,：浪费；,偏低,：元件烧坏,计算,合理,可以,省钱,两部电价制,：,基本电价,：按变压器的安装容量收费，10元,电度电价,：按电能计量收费,总电费,基本电价电费电度电价电费,三、计算负荷有关的物理量,：,1、年最大负荷Pmax和年最大负荷利用小时Tmax,：,1）年最大负荷,：,PmaxP30,，负荷最大的工作班内，消耗电能最大的半小时的平均功率（出现23次）。,2）年最大负荷利用小时,：Tmax，假象时间，就是在此时间内，电力负荷按年最大负荷Pmax运行消耗的电能，恰好等于该电力负荷全年实际运行消耗的电能能。 Wa是年实际消耗电能。,三、,计算负荷有关的物理量,：,1、,年最大负荷Pmax,和,年最大负荷利用小时Tmax,：,1）,年最大负荷,：,PmaxP30,，负荷最大的工作班内，消耗电能最大的半小时的平均功率（出现23次）。,2）,年最大负荷利用小时,：,Tmax,，假象时间，就是在此时间内，电力负荷按年最大负荷Pmax运行消耗的电能，恰好等于该电力负荷全年实际运行消耗的电能能。 Wa是年实际消耗电能。,年最大负荷利用小时：,Tmax是个很重要得物理量，与工作班制有关：,一班制：18003000h,二班制：35004800h,三班制：50007000h,2、平均负荷和负荷系数,：,1）平均负荷：Pav是一段时间t内平均消耗的功率。,2）年平均负荷：,Wa是年耗电量。,2、,平均负荷,和,负荷系数,：,1）,平均负荷,：,Pav,是一段时间t内平均消耗的功率。,2）,年平均负荷,：,Wa是年耗电量。,3）负荷系数,：又称负荷率。是用电负荷的平均功率Pav与其最大负荷Pmax的比值。,K,L,越接近于1越好。尽可能,消峰填谷,。,对于用电设备,：负荷系数是输出功率P与设备额定功率P,N,的比值。,3）,负荷系数,：又称,负荷率,。是用电负荷的平均功率Pav与其最大负荷Pmax的比值。,K,L,越接近于1越好。尽可能,消峰填谷,。,对于用电设备,：负荷系数是输出功率P与设备额定功率P,N,的比值。,负荷系数有时用百分值表示,有功负荷率：,无功负荷率：,四、求计算负荷的方法,求P30或Pmax,求计算负荷的方法,需要系数法,：国际普遍采用，用于设备台数多，容量相差,不大的场所。如：车间、全厂的计算负荷的确定。,二项式法,：用于确定设备台数较少，容量相差悬殊的低压干线和分支干线。,求P30或Pmax,需要系数法,：国际普遍采用，用于,设备台数多,，,容量相差,不大的,场所。如：车间、全厂的计算负荷的确定。,二项式法,：用于确定,设备台数较少,，,容量相差悬殊,的低压,干线和分支干线,。,（一）需要系数法（三相单组）：,安装容量和P30之间的关系,设备安装容量Pe,：,用电设备组所有设备（不含备用设备）的额定容量P,N,之和。,用电设备组：,车间同类设备的总称。这就要按设备不同运行特点，对设备合理分组。（书后附表1）,1、单用电设备组：,Kd查表,注意：,1）适用于车间设备台数较多的情况，设备台数多，Kd取小值，台数少， Kd取大值。,2）计算分支干线的计算负荷，Kd应取大值。,3）Kd取大值，cos 也适当取大。,4）12台设备：Kd1，即P30Pe。,单台电动机：P30P,N,/,5）查Kd时，千万注意设备组类别。,注意,：,1）适用于车间,设备台数较多,的情况，设备台数多，,Kd取小,值，,台数少,，,Kd取大,值。,2）计算,分支干线,的计算负荷，,Kd应取大,值。,3）,Kd取大,值，,cos,也,适当,取大,。,4）,12台,设备：,Kd1,，即P30Pe。,单台电动机,：,P30P,N,/,5）查Kd时，千万,注意设备组类别,。,2、,设备容量（Pe),的计算(,不含备用设备,）：,1）连续工作制和短时工作制的用电设备组：Pe为所有,铭牌额定容量之和,。,2）断续,周期工作制,的用电设备组：额定容量要,换算,到规定负荷持续率下的容量，,再叠加,。,（二）二项式法（三相单组）：,考虑了,少数大容量设备,对,计算负荷,的附加影响。,1、基本公式（单用电设备组）：,P30bP,e,cP,x,bP,e,：用电设备组的平均功率。,cP,x,：用电设备组中x台最大设备投入运行时，增加的附加负荷。,Px：为前x台容量最大设备的容量。,b、c为二项式系数，查附表1得到。x也可查表得到。,（二）二项式法（三相单组）：,考虑了,少数大容量设备,对,计算负荷,的附加影响。,1、,基本公式（单用电设备组）,：,P30bP,e,cP,x,bP,e,：用电设备组的平均功率。,cP,x,：用电设备组中x台最大设备投入运行时，增加的附加负荷。,Px,：为前x台容量最大设备的容量。,b、c,为二项式系数，查附表1得到。x也可查表得到。,注意：,1）设备总台数n小于表中规定最大设备台数x的2倍（即n2x），最大容量设备台数x宜适当取小。,建议：xn/2，四舍五入取整。,2）12台设备，P30Pe，对于电动机：P30P,N,/ 。,3）设备台数少，cos 适当取大。,4）该方法无理论数据，来源于设计实践，,仅适用于机加工工业,。,注意,：,1）设备,总台数n小于表中,规定最大设备,台数x的2倍,（即n2x），最大容量设备台数x宜适当取小。,建议：,xn/2,，四舍五入取整。,2）,12台设备,，,P30Pe,，对于,电动机：P30P,N,/ ,。,3）,设备台数少,，,cos ,适当,取大,。,4）该方法无理论数据，来源于设计实践，,仅适用于机加工工业,。,（三）,需要系数法,（,三相,多用电设备,组,）,确定,多用电设备组,的,干线,、,车间变电所低压母线,上的计算负荷时，应考虑各,用电设备组最大负荷不同时出现的因素,。,所以计入,同时系数,（参差系数、综合系数）。,有功负荷：K,p,无功负荷：K,q,用于选择干线、母线的截面、电器元件等。,求车间干线（母线）计算负荷,（选择,干线,（,母线,）截面及其电器元件），步骤：,（1）对同一干线（母线）的用电设备合理分组。,（2）求各用电设备组的安装容量P,e（i）,（3）查表得到各组Kd， cos，tan。,（4）求各组计算负荷P30（i），Q30（i）。,（5）求干线（母线）计算负荷：,注意：,（1）总的无功计算负荷不能用P30*tan计算，总的视在计算负荷也不能用P30/cos来计算。,总的S30、I30不能够用各计算负荷、计算电流之和来计算。,因为：各组设备的功率因数不一定相同。,（2）在计算多用电设备组总的计算负荷时，各用电设备组的计算系数、功率因数均按表1系数计算，不必考虑台数多少而适当增大Kd或cos值的问题。,注意,：,（1）,总的无功计算负荷不能用P30*tan计算,，,总的视在计算负荷也不能用P30/cos来计算,。,总的S30、I30不能够用各计算负荷、计算电流之和来计算。,因为,：,各组设备的功率因数不一定相同,。,（2）在计算,多用电设备组总的计算负荷,时，各用电设备组的计算系数、功率因数均按表1系数计算，,不必考虑台数多少而适当增大Kd或cos值的问题,。,（四）二项式法（,三相多用电设备组,）,采用二项式法确定多组用电设备,干线或低压母线上的计算负荷,时，,也应考虑各用电设备组的最大负荷不同时出现的因素,。,与需要系数法不同，二项式法不是计入一个同时系数，而在,用电设备组中取其中一组最大附加负荷cPx，再加上各组平均负荷bPe,，得到其总的有功计算负荷：,tan,max,为最大附加负荷（cPx）,max,的设备组平均功率因数角,的正切值。,（四）二项式法（,三相多用电设备组,）,采用二项式法确定,多组用电设备干线或低压母线上的计算负荷,时，,也应考虑各用电设备组的最大负荷不同时出现的因素,。,与需要系数法不同，二项式法不是计入一个同时系数，而在,用电设备组中取其中一组最大附加负荷cPx，再加上各组平均负荷bPe,，得到其总的有功计算负荷：,注意：计算各用电设备组总计算负荷时，b、c、x、cos,均取附表1中的值，不论各组设备台数多少。,注意,：,计算各用电设备组总计算负荷时,，,b、c、x、cos,均取附表1中的值,，,不论各组设备台数多少,。,五、拓展：,单相用电设备组计算负荷的确定,（一）概述,1、,单相设备容量P,e,15的三相设备容量P,e,平衡,。,总的设备安装容量单相容量三相容量,例：单相为10KW，三相为100KW，求安装容量。,解:因(10/100)*100%,15的三相的设备容量,单相容量 三相容量，而后与三相设备容量叠加，作为总安装容量。,3、,三相不平衡时，取最大负荷相有功负荷的3倍，作为等效三相有功计算负荷。,P,30,3P,，,Q,30,3Q,转化为,4、求含单相用电设备的设备组的计算负荷的过程：,计算单相设备的安装容量，而后与三相设备安装容量相加，得到总的安装容量Pe，再利用需要系数法，二项式法求计算负荷。,计算单相设备安装容量P,e,总安装容量单相设备安装容量三相设备容量,采用需要系数法或二项式法求P30、Q30、S30、I30,4、,求含单相用电设备的设备组的计算负荷的过程,：,计算,单相设备,的,安装容量,，而后,与三相设备安装容量相加,，,得到总的安装容量Pe,，再利用,需要系数法，二项式法,求计算负荷。,（二）单相设备设备组的等效三相负荷的计算,1、单相设备接与相电压时，等效三相设备安装容量P,e,：,P,e,=3P,P,为单相负荷最大相的单相设备容量,认为：,单相等效三相安装容量为最大相安装容量的3倍,。,A,B,C,（二）,单相设备设备组的等效三相负荷的计算,1、,单相设备接与相电压,时，,等效三相设备安装容量P,e,：,P,e,=3P,P,为单相负荷最大相的单相设备容量,认为：,单相等效三相安装容量为最大相安装容量的3倍,。,例：单相为20KW，三相为30KW，求计算负荷。,解:Pe30KW320KW90KW,而后再利用需要系数法进行计算,A,B,C,2、,单相设备接于线电压时的等效三相设备安装容量,：,而后再采用需要系数法求计算负荷。,2、,单相设备接于,线电压时,的等效三相设备安装容量,：,而后再采用需要系数法求计算负荷。,3、单相设备分别接于线电压和相电压时的等效三相负荷计算,：,步骤：,1）先分组。,2）线容量,相容量。,3）利用需要系数法计算各相计算负荷。,4）各组同相相加。,5）取最大计算负荷P,，,则总的计算负荷：P30=3P,，,Q30=3Q,30.m,A,B,C,3、,单相设备分别接于线电压和相电压时的等效三相负荷计算,：,步骤：,1）,先分组,。,2）,线容量,相容量,。,3）利用,需要系数法计算各相计算负荷,。,4）,各组同相相加,。,5）,取最大计算负荷P,，,则,总的计算负荷,：P30=3P,，,Q30=3Q,30.m,线容量转换成相容量：,A、B、C三相顺着记；线相转换有联系。,转换系数查表23； 无功靠有功来转换。,思考题：,1、,什么是年最大负荷？什么是年最大负荷利用小时？,2、什么是计算负荷？求计算负荷的意义？,3、确定用电设备计算负荷的方法？每种方法适用场所？,4、单台电动机计算负荷如何确定？用电台数少时，Kd和cos应如何变化？,5、用电设备组的安装容量如何确定？,6、有多组用电设备的干线上或车间变电所低压母线上的计算负荷，应考虑什么因素？,7、用电设备台数少，容量相差悬殊时，采用什么方法确定计算负荷？,8、怎样判断三相是否平衡？设备安装容量如何计算？,9、 三相不平衡时，如何确定三相有功计算负荷？为什么？,作业：1、习题23 思考：习题21,子任务一：,某变电所一台主变压器，其低压侧有功计算负荷P,30（2）,为650kw，无功计算负荷Q,30（2）,为800kvar，使高压侧功率因数cos,不低于，问：在低压侧补偿容量为多少？用几个103型电容器？补偿前后变压器容量有何变化？,计算过程,子任务二：,工厂有功计算负荷P30600kw，无功计算负荷Q30400kvar，两班生产，求年耗电量。,计算过程,任务二、工厂计算负荷和耗电量计算,工厂计算负荷,是选择工厂电源进线及主要电气设备，包括,主变压器的基本依据，也是计算功率因数及无功补偿容量的,基本依据。,求工厂计算负荷的方法：,1、,逐级计算法,（以求有功计算负荷为例，无功计算负荷同理）,从负荷端向工厂电源端将其逐级相加，只要分别乘以各级,配电点的各自同时系数就可求得。,注意：电力变压器有功损耗：,一般工厂一般忽略高低压线路的功率损耗。,一、工厂计算负荷的确定,如不忽略，线路的功率损耗为:,P,WL1(j),2、按需要系数法：,Pe：为全厂设备安装容量；,Kd：为工厂的需要系数，查附表2（P368），机械类工厂需要系数。,3、按年产量估算：,Tmax：年最大负荷利用小时，附表2中有部分工厂数据,4、按年产值法估算工厂计算负荷：,5、参照同类工厂,逐级计算法、需要系数法,：,适用于机械工业,。,按年产量、年产值估算法,：,适用于发酵或酿造行业。或用于粗算计算负荷,。,1、工厂的功率因数,1）瞬时功率因数：,或功率因数表读出,2）平均功率因数：,月平均功率因数奖，罚。,二、工厂的功率因数、无功补偿、补偿后的工厂计算负荷,二、,工厂的功率因数、无功补偿、补偿后的工厂计算负荷,1、,工厂的功率因数,1）,瞬时功率因数,：,或功率因数表读出,2）,平均功率因数,：,月平均功率因数奖，罚。,3）最大负荷功率因数：,一般工厂应大于，不到应补偿,4）自然功率因数：未装补偿装置时功率因数。,有：瞬时值、平均值,3）,最大负荷功率因数,：,一般工厂应大于，不到应补偿,4）,自然功率因数,：未装补偿装置时功率因数。,有：瞬时值、平均值,2、无功功率的补偿,1）,提高自然功率因数,：,（1）电动机尽可能满载运行。,（2）合理安排生产。,（3）合理选择变压器的容量。变压器负荷率在7080 之间，小于30考虑切除或更换。,2）,人工补偿,：,（1）电容器,。,（2）同步调相机,。,同步补偿机又称同期调相机，它实际上是不带机械负荷，空载运行的同步电动机。,3、并联电容器补偿形式,（1）高压集中补偿,：电容器装在高压配电所高压母线上，只补偿高压母线前边的无功功率。,常用,。,（2）低压集中补偿,：电容器装在车间配电所低压母线上，补偿低压母线前的所有无功功率，减少变压器容量。,（3）单独就地补偿,：电容器分散装在各车间或用电设备附近，补偿范围最大，效果好，但有时利用效率不高。,并联电容器补偿区示意图,4、,补偿容量计算,要求：最大负荷功率因数cos,，如,cos,，应进行人工补偿。,cos,cos,，无功补偿容量。,（1）,补偿容量,： （附表3）,cos,cos,，无功补偿容量。,（2）,补偿电容器个数,：,q,c,为单个电容器的的容量，单相电容器时，n取3的倍数。附表4给出了电容器的容量。,5、补偿后的计算负荷：,提高功率因数的三点好处：,1）降低变压器的投资。,2）减少基本电价。,3) 减少电费， 功率因数高于奖励。,子任务一：,计算,解：1、补偿前的变压器容量和功率因数。,2、无功补偿容量：,子任务一,3、补偿后变压器容量和功率因数,子任务一,满足要求,子任务一,4、补偿后变压器容量：,子任务一,1、有功电能消耗量：,为年平均有功负荷系数，取,2、无功电能消耗量：,为年平均无功负荷系数，取,。,Ta为年实际工作小时数,，二五制，一班制取2000h，二班制取4000h，三班制取6000h。,三、工厂年耗电量,估算年耗电量,子任务二：,计算,解：1、年平均负荷系数， ；Ta4000h,思考题：,1、工厂计算负荷是选择和计算什么的依据？全厂计算负荷有哪几种方法？,2、工厂常用到的功率因数有哪几种？什么使工厂功率因数降低？有哪几种补偿装置？,3、提高功率因数有何意义？,作业：习题26,任务三 尖峰电流计算,有一380V线路，有如表所示4台电动机。试计算该线路的尖峰电流。,计算过程,参数,电动机,M1,M2,M3,M4,额定电流,起动电流,(单位A）,5.8,5,35.8,27.6,40.6,35,197,193.2,尖峰电流：,持续时间12S的短时最大负荷电流。,求尖峰电流作用,：选择熔断器和低压断路器、整定继电保护装置,、检查电动机自起动条件。,1、单台用电设备尖峰电流的计算,：,（起动电流）,2、多台用电设备尖峰电流的计算,：,任务三,：计算,解：M4的Ist-I,N,为最大，K,。,参数,电动机,M1,M2,M3,M4,额定电流,起动电流,(单位A）,5.8,5,35.8,27.6,40.6,35,197,193.2,思考题：,什么是尖峰电流？计算尖峰电流的作用。,任务四、 三相电力系统短路计算,目的,：,学会电力系统短路电流计算方法,欧姆法,标幺制法,一、无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程和物理量,（一）无限大容量电力系统,1、什么是无限大容量电力系统？,电力系统容量大、阻抗小,。,电力系统电源总阻抗,短路电路总阻抗的510，,或者,电力系统容量超过用户供电系统容量50倍,。,发生短路认为电力系统电压不变,。,2、对一般工厂来说，其供电系统可以作为无限大容量电力系统。,电力系统容量大,、,阻抗小,。,电力系统电源总阻抗,短路电路总阻抗的510，,或者,电力系统容量超过用户供电系统容量50倍,。,发生短路认为电力系统电压不变,。,（二）无限大容量电力系统三相短路的物理量,1、三相电路短路及其等效单相电路,a）三相短路 b）等效单相电路,2、三相短路的物理过程：电流、电压变动曲线,t=0时,：,i,p(0),:,周期分量初始值,；,i,np(0),:,非周期分量初始值,；,i,0,:,短路全电流初始值,。,i,k,:,短路全电流,；,i,p,:,短路电流周期分量,；,i,np,:,短路电流非周期分量,；,t=0时,：,i,p(0),:,周期分量初始值,；,i,np(0),:,非周期分量初始值,；,i,0,:,短路全电流初始值,。,i,k,:,短路全电流,；,i,p,:,短路电流周期分量,；,i,np,:,短路电流非周期分量,；,短路电流峰值,3、三相短路的常用物理量,1）短路次暂态电流有效值,I,2）短路电流周期分量有效值,I,k,3）短路冲击电流i,sh,（冲击电流）,、,I,sh,（冲击电流有效值）,短路后短路电流达到最大,高压电路发生三相短路时：,在及以下的电力变压器二次侧、低压电路中发生三相短路,4、短路稳态电流（有效值I,）,为短路电流非周期分量衰减完毕后的全电流。,无限大容量电力系统，,短路全过程中电力系统电压维持不变。,任务：,某工厂供电系统如图所示，已知电力系统出口断路器为SN10-10II型。试求工厂变电所高压10KV母线上k1点短路和380V母线上k2点短路的三相短路电流和短路容量。,(4),S91000,(DYn11),S91000,(DYn11),二、三相短路电流的计算,二、,三相短路电流的计算,（一）计算思路与方法,1、计算：I,I=I,k,(3),，而后求i,sh,、I,sh,。,高压电路发生三相短路时：,在及以下的电力变压器二次侧、低压电路中发生三相短路：,如何计算,I,I= I,k,(3),？,3、,短路计算电压Uc： Uc,N,2、求,I,I=,I,k,(3),：,3、,短路计算电压Uc： Uc,N,线路首端电压，即高于电网电压5。,2、,求,I,I=,I,k,(3),：,4、求电路阻抗Z,：,画出计算图,给出元件编号和参数,确定短路计算点,画等效计算电路,标注元件号和参数,串并联计算Z,求I,k,（3）,，S,k,（3）,例：,高压线路短路计算中,：X,R,，R,可忽略。,低压线路短路计算中,： R, (1/3)X,，计入R,影响。,否则忽略。,高压线路短路计算中,：,X,R,，R,可忽略,。,低压线路短路计算中,：,R, (1/3)X,，计入R,影响,。,否则忽略,。,5、,注意单位,：,电流,：kA，,电压,：kV，,设备容量,：KW、，,阻抗,：，,短路容量和断流容量,：,6、,短路电流的计算方法,：,欧姆法,有名单位制法,标幺值法,相对单位制法,5、,注意单位,：,电流,：,kA,，,电压,：,kV,，,设备容量,：,KW、,，,阻抗,：,，,短路容量和断流容量,：,6、,短路电流的计算方法,：,欧姆法,有名单位制法,标幺值法,相对单位制法,（二）欧姆法（有名单位制法）：电路参数有单位。,1、基本公式：,短路电路的阻抗只计算主要元件：,电力系统、变压器、电力线路等,。,（二）,欧姆法,（,有名单位制法,）：电路参数有单位。,1、,基本公式,：,短路电路的阻抗只计算主要元件,：,电力系统、变压器、电力线路,等,。,2、各元件阻抗：,1）,电力系统的阻抗计算,：,Uc取短路点的短路计算电压，不用换算。,Soc,系统,出口断路器的断流容量,，查手册或产品样本（附表8）。如果没有给出可以利用断路器开断电流Ioc、U,N,计算得到Soc。,2、,各元件阻抗,：,1）,电力系统的阻抗计算,：,阻抗换算问题,：,元件所处电压等级不同，阻抗值不能相互叠加，必须换算到同一电压等级（短路点Uc），各阻抗才能相互叠加。,电力变压器一次和二次侧电压不同，需要进行阻抗折算。,折算原则：元件消耗的功率不变,。,元件消耗的功率：,电阻（有功功率）：,电抗（无功功率）：,计算电力系统电抗，Uc取短路点的短路计算电压，不用换算。,2）,电力变压器的阻抗计算,：,Uc取短路点的短路计算电压，不用换算,。,P,k,为变压器的短路损耗（负载损耗），查手册样本(附表5)。,S,N,为变压器的额定容量。,2）,电力变压器的阻抗计算,：,Uc取短路点的短路计算电压，不用换算,。,U,k,为变压器的,短路电压（阻抗电压）百分值,，查手册或样本（附表5）。,S,N,为变压器的额定容量。,2）,电力变压器的阻抗计算,：,2）,电力变压器的阻抗计算,：,3）,电力线路的阻抗计算,：,R0、X0为线路单位长度电阻、电抗值,，见附表6。,查R0根据线截面。,查X0根据线截面和线间几何均距。,R0、X0可按表计算。电力线路每相单位长度电抗平均值 (/km),线路结构,线路电压,35KV及以上,610KV,220/380V,架空线路,0.40,0.35,0.32,电缆线路,0.12,0.08,0.066,3）,电力线路的阻抗计算,：,总结,：电力系统、电力变压器阻抗计算公式中，均含有电压，直接把电压取为短路计算电压，免去换算。,线路阻抗计算中，不含有电压，要换算到短路计算点电压下的阻抗。,任务：,某工厂供电系统如图所示，已知电力系统出口断路器为SN10-10II型。试求工厂变电所高压10KV母线上k1点短路和380V母线上k2点短路的三相短路电流和短路容量。,810,-3,810,-3,欧姆法,(4),S91000,(DYn11),S91000,(DYn11),解：1、,求k1点的三相短路电流和短路容量,（,Uc1,）,（1）,计算短路电路中各元件的电抗及总电抗,1）,电力系统的电抗,：查附表8得SN1010II型断路器的断流容量Soc。,2）,架空线路的电抗,：查表31得X00.35 /km,3）,绘制k1点短路得等效电路,，如图 a）,（2）,计算三相短路电流和短路容量,1）,三相短路电流周期分量有效值,2）,三相短路次暂态电流和稳态电流,3）,三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值,4）,三相短路容量,2、,求k2点的三相短路电流和短路容量,（,Uc2,）,（1）,计算短路电路中各元件的电抗及总电抗,1）,电力系统的电抗,：查附表8得SN1010II型断路器的断流容量Soc。,2）,架空线路的电抗,(,折算到侧,）),:,表31得X00.35 /km,3）,电力变压器的电抗,：查附表5得Uk5，所以,4）,绘制k2点短路得等效电路,，如图 b）,810,-3,810,-3,（2）,计算三相短路电流和短路容量,1）,三相短路电流周期分量有效值,2）,三相短路次暂态电流和稳态电流,3）,三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值,4）,三相短路容量,（三）标幺制法（相对单位制法）：电路参数无单位。,1、标幺值：,2、,基准值的选择,：,基准容量,：Sd,基准电压,：Ud取,元件所在处的短路计算电压,作为基准电压。,Ud=Uc。,基准电流：,基准电抗：,（三）,标幺制法（相对单位制法）,：电路参数无单位。,1、,标幺值,：,2、,基准值的选择,：,3、,主要元件电抗标幺值的计算,：,基准,：Sd100MV.A ，Ud=Uc,1）,电力系统的电抗标幺值,：,2）,电力变压器的电抗标幺值,：,3、,主要元件电抗标幺值的计算,：,1）,电力系统的电抗标幺值,：,2）,电力变压器的电抗标幺值,：,3）,电力线路电抗的标幺值,：,Uc为该线路所在处的短路计算电压。,注意：,不论短路发生在那一电压等级段，只要选取短路段的短路计算电压为基准电压，则任一段线路的电抗实际值对基准值的标幺值，等于该电抗实际值乘以基准容量后，被该线路所在区间的短路计算电压的平方去除。,总结：,标幺值法得出的电抗标幺值，直接叠加得到总的电抗标幺值，无须因电压等级不同再进行折算，比欧姆法简便,。,3）,电力线路电抗的标幺值,：,4、,短路电流和短路容量,：,基准,：Sd100MV.A ，Ud=Uc,4、,短路电流和短路容量,：,项目：,某工厂供电系统如图所示，已知电力系统出口断路器为SN10-10II型。试求工厂变电所高压10KV母线上k1点短路和380V母线上k2点短路的三相短路电流和短路容量。,(4),S91000,(DYn11),S91000,(DYn11),短路计算电路图,标幺制法,解： （,1）,确定基准值,取Sd，Uc20.4KV.A,（2）,计算短路电路中各主要元件电抗的标幺值,基准电流,：,1）,电力系统电抗的标幺值,：查附表8得SN1010II型断路器的,断流容量Soc。,解： （,1）,确定基准值,取,Sd,，,Uc2,（2）,计算短路电路中各主要元件电抗的标幺值,1）,电力系统电抗的标幺值,：查附表8得SN1010II型断路器的,断流容量Soc。,2）,架空线路电抗的标幺值,:查,表31得X00.35 /km,3）,电力变压器电抗的标幺值,：查附表5得Uk5，所以,等效电路图如下,：,5.0,5.0,2）,架空线路电抗的标幺值,:查,表31得X00.35 /km,3）,电力变压器电抗的标幺值,：查附表5得Uk5，所以,（3）,计算k1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路容量,1）总电抗标幺值,2）三相短路电流周期分量有效值,3）其它三相短路电流,（3）,计算k1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路容量,1）,总电抗标幺值,2）,三相短路电流周期分量有效值,3）,其它三相短路电流,4）,三相短路容量,4）,三相短路容量,（4）,计算k2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路容量,1）,总电抗标幺值,2）三相短路电流周期分量有效值,3）其它三相短路电流,（4）,计算k2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路容量,1）,总电抗标幺值,2）,三相短路电流周期分量有效值,3）,其它三相短路电流,4）三相短路容量,4）,三相短路容量,四、拓展（两相短路电流的计算）,1、由欧姆定律基本公式,已知,每相阻抗Z,两相短路电流:,四、,拓展（两相短路电流的计算）,2、类似于三相短路计算:,高压电路发生三相短路时：,在及以下的电力变压器二次侧、低压电路中发生三相短路：,3、两相短路电流与三相短路电路之间的关系（,远离发电机,）,2、,类似于三相短路计算:,I,(2),I,(2),=I,k,(2),，,3、,两相短路电流与三相短路电路之间的关系,（,远离发电机,）,（五）拓展（单相短路电流的计算）,1、工程计算单相短路电流：,|Z,0,|为单相回路阻抗模，U,为相电压。,2、远离发电机发生短路时,（五）,拓展（单相短路电流的计算）,总结：,远离发电机时,，三相短路电流最大，两相短路及单相短路电流均小于三相短路电流。,所以三相电路中，选择校验电气设备用三相短路电流。,思考题：,1、 什么是无限大容量电力系统？为什么一般工厂可以将电力系统视为无限大？,2、工程计算中，三相短路冲击电流的计算公式。,3、短路电流计算常用哪两种方法？,4、短路计算中，短路点的短路计算电压如何选取？请列出短路计算电压序列。,5、短路计算要计算哪些主要元件的阻抗值？,6、欧姆法计算短路阻抗时，变压器两侧按照什么条件换算阻抗？如何换算？,作业：思考题 2、习题31、32,任务五 短路电流的效应和稳定度校验,一、概述,1、电动效应,：,平行带电导体之间的产生的,电动力,。,2、,热效应,：,电流通过导体、电器产生,热量,。,3、,动稳定度,：,正常时：导体中流过的电流很小，电动效应不明显。,短路时：导体中流过短路短路电流很大，电动效应很明显。,如果电器、导体通过短路电流时，不因电动力损坏，说明动稳定度合格。,4、热稳定度,：,正常时：导体中电流小，I,2,Rt产生的热量少，热效应不明显。,短路时：导体中电流很大，I,2,Rt产生的热量多，热效应很明显。,如果电器、导体通过短路电流时，没有被烧怀，说明热稳定度合格。,子任务1,、工厂变电所380V侧母线短路电流I,k,(3),，i,sh,(3）,62KA，母线上接有380V感应电动机250KW，cos，母线采用LMY10010硬铝母线，水平放置，档距为900mm，档数大于2，相邻两相母线轴线距160mm，求该母线三相短路时，最大电动力，并校验其动稳定度。,计算过程1,计算过程2,计算过程3,二、短路电流的电动效应和动稳定度,1、短路时的最大电动力,1）平行过电流导体的电动力公式,：,a为两导体轴线间的距离，,l,为档距，,04 10,7,N/A,2,，为真空磁导率,2）两相短路时的最大电动力,：,i,sh,（2）,为两相短路冲击电流,3）三相短路时的最大电动力,：,i,sh,（3）,为三相短路冲击电流,中间相产生的电动力最大。,单位：力：N，电流：A，长度：m,4）,三相短路与两相短路时的最大电动力的关系,：,校验动稳定度采用i,sh,(3),，I,sh,(3),。,i,sh,（3）,为三相短路冲击电流,中间相,产生的电动力最大,。,2、短路动稳定度的校验条件,1）一般电器的动稳定度校验条件,i,max,、I,max,为电器,极限通过电流,（,动稳定电流,）,峰值,和,有效值,。（附表8）,2）绝缘子的动稳定度校验条件,F,a1,：绝缘子的最大允许负荷,，查手册或产品样本。,F,c,：短路时作用于绝缘子上的计算力,。,3）硬母线的动稳定度校验条件,a1,为母线材料的最大允许应力（Pa），,硬铜母线TMY型，取140MPa，硬铝母线LMY型，取70MPa。,c,为母线通过i,sh,(3),时受到的最大计算应力,。,M为母线通过i,sh,(3),时受到的弯曲力矩。,母线档数为12档时：,母线档数大于2档时：,l,为母线档距,W为母线的截面系数，,注：b为母线水平宽度，h为母线垂直高度,3、,对短路计算点附近交流电动机,反馈冲击电流,的考虑,计入条件,：,短路点附近交流电动机额定电流之和,系统短路电流的1,。,或者：短路点附近交流电动机总容量超过100KW,。,短路使电动机端电压骤降，电动机定子电动势高于外电压，从而形成反馈电流。,大容量电动机对短路点反馈冲击电流,计入条件,：,短路点附近交流电动机额定电流之和,系统短路电流的1,。,或者：,短路点附近交流电动机总容量超过100KW,。,交流电动机最大反馈电流,：,E,M,*为电动机的次暂态电动势的标幺值，表33。,X,M,*为电动机的次暂态电抗的标幺值，表33。,C为电动机的反馈冲击电流倍数，表33。,K为电动机的短路电流冲击系数，,310KV电动机取；,380V电动机取1。,I,NM,为电动机的额定电流。,注意,：i衰减很快，计算短路冲击电流时才考虑。,任务1：题目,解,： （1）计算母线短路时所受到的最大电动力,接于母线的感应电动机额定电流为：,计入i,查表33，C，380V电动机K=1。,（2）校验母线短路时的动稳定度,母线在F,(3),作用时的弯曲力矩为,母线档数大于2档：,子任务1：题目,母线的截面系数为：,所以母线在三相短路时所受到的计算应力为：,而硬铝母线（LMY）允许应力为：,所以该母线满足短路动稳定度的要求。,任务2,： 校验工厂变电所380V侧LMY母线（10010mm,2,）的短路热稳定度，已知此母线的短路稳态电流，短路保护动作时间为，低压断路器的断路时间为，该母线正常运行时最高允许温度为55,o,C。热稳定度？,计算过程1,计算过程2,计算过程3,三、短路电流的热效应和热稳定度,1、短路时的发热过程和发热计算,1）导体的发热过程,L,导体在短路前正常负荷时的温度,K,导体在短路后实际达到的最高温度,0,体周围介质温度,t,1,发生短路开始时刻,t,2,保护装置动作切除故障时刻,t,k,短路时间,图3-11 短路前后导体的温度变化,2）导体发热热量计算,思路,：确定温度K,知道热量Q,k,发热计算是确定,K,，以判断导体和电器是否满足要求,。,Q,k:,短路电流在t,k,内所产生的热量,I,k(t),短路全电流的有效值，随时间变化。,I,短路稳态电流,t,ima,短路发热的假想时间。,图3-12 短路发热的假想时间,3）短路假想发热时间（ t,ima,）及近似计算,短假想发热时间（,t,ima,）重要的物理量。,时间单位：S,无限大容量电力系统,：,I=I,，,则：,t,k,为实际短路时间。,T,op,：保护装置最长的动作时间（,整定时间,）,T,oc,：断路器的,断路时间,图3-12 短路发热的假想时间,t,oc,为断路器的断路时间,一般高压断路器,（如油断路器）：,t,oc,高速断路器,（真空断路器,）：t,oc,。,4）工程计算，由,L,k,而后与导体最高允许温度比较,L,导体正常负荷是的温度,k,短路时最高温度,横坐标K：导体加热系数,纵坐标：导体温度,确定步骤如下：,图3-13 用来确定,k,的曲线,1,2,3,4,5,6,（1）,查表确定,L,（附表7）,L,为正常负荷温度或取额定,负荷最高允许温度。,（2）,L,在曲线上找a点,（3）,aK,L,（4）,K,L,和K,k,分别为负荷时和短路时导体加热系数。,A为导体截面积，单位mm,2,，时间：s，电流：A，,K：10,4,A,2,s/mm,4,。,（5）,从横坐标上确定K,k,。,（6）,K,k,b点,。,（7）,b点,k,。,2、短路热稳定度的校验条件,1）一般电器的热稳定度校验条件(,允许发热量实际发热量,),I,t,为电器热稳定电流，（附表8或手册）,t为电器热稳定试验时间，（附表8或手册）,2）,母线及绝缘导线,等导体的热稳定度校验条件,（1）按最高允许温度校验,：,为导体在短路时的最高允许温度（附表7）。,k,按前方法确定。,（2）,按最小允许截面校验,：,C为导体的热稳定系数，查附表7或手册。单位：As,1/2,mm,-2,注意单位：,截面积A：mm,2,，时间：S。,子任务2 题目,解：,L,55,o,C查曲线得：,查图铝导体曲线得：,满足短路热稳定度要求。,子任务2 题目,另外解，按照允许最小截面校验。查附表7得：,而母线实际截面为A1000mm,2,A,min,，所以母线热稳定度满足要求。,子任务2 题目,思考题：,1、电动效应、热效应、动稳定度、热稳定度的概念。,2、采用什么电流校验短路动稳定度？,3、硬母线的动稳定度校验条件？电缆用校验动稳定度吗？,4、导体、电器短路时发热温度不超过允许温度，短路热稳定度合格吗？,5、一般电器热稳定度校验条件，母线、导体热稳定的校验条件？,作业：习题3-3、 3-4。,