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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,*,第五章 电力系统短路,5.1,概述,5.2,无限大容量系统的三相短路过程分析,5.3,高压电网短路电流的计算,5.4,电动机对短路冲击电流的影响,5.5,低压电网短路电流的计算,5.6,短路电流的效应,1,5.1,概述,所谓短路,是指电力系统中正常情况以外的一切相与相之间或相与地之间发生通路的情况。,一、短路的原因及其后果,短路的原因：,短路的现象：,电气设备载流部分绝缘损坏；,运行人员误操作；,其他因素。,电流剧烈增加；,系统中的电压大幅度下降。,2,短路的危害：,短路电流的热效应会使设备发热急剧增加，可能导致设备过热而损坏甚至烧毁；,短路电流产生很大的电动力，可引起设备机械变形、扭曲甚至损坏；,短路时系统电压大幅度下降，严重影响电气设备的正常工作；,严重的短路可导致并列运行的发电厂失去同步而解列，破坏系统的稳定性。,不对称短路产生的不平衡磁场，会对附近的通讯系统及弱电设备产生电磁干扰，影响其正常工作。,5.1,概述,3,二、短路的种类,对称短路：,三相短路,k,（,3,）,不对称短路：,单相接地短路,k,（,1,）,两相接地短路,k,（,1,1,）,两相短路,k,（,2,）,5.1,概述,图,5-1,短路的类型,a,）三相短路,b,）两相短路,c,）单相接地短路,d,）两相接地短路,e,）两相接地短,进行短路电流计算的目的：,选择合理的电气接线图,选择和校验各种电气设备,合理配置继电保护和自动装置,4,5.2,无限容量系统三相短路分析与计算,无限容量系统（又叫无限大容量电力系统），是指,系统的容量为，内阻抗为零。,无限容量系统的特点：在电源外部发生短路，电源母线上的,电压基本不变,，即认为它是一个恒压源。,在工程计算中，当电源内阻抗不超过短路回路总阻抗的,5%,10%,时，就可认为该电源是无限大功率电源。,5,a,）三相电路,b,）等值单相电路,短路前，系统中的,a,相电压和电流分别为,短路后电路中的电流应满足：,一,.,由无限容量系统供电的三相短路的物理过程,5.2,无限大容量系统的短路分析,6,由于电感中的电流不能突变，则短路前一瞬间的电流应与短路后一瞬间的电流相等。,5.2,无限容量系统短路分析与计算,短路阻抗角,7,在短路回路中，通常电抗远大于电阻，可认为,当非周期分量电流的初始值最大时，短路全电流的瞬时值为最大，,短路情况最严重，其必备的条件是：,短路前空载,短路瞬间电源电压过零值，,即初始相角,5.2,无限容量系统短路分析与计算,8,图,4-2,无限大容量系统三相短路时短路电流的变化曲线,5.2,无限容量系统短路分析与计算,9,1,、短路电流周期分量有效值,在,无限大容量系统,中，短路后任何时刻的短路电流周期分量有效值（习惯上用,I,p,表示）始终不变。,-,次暂态短路电流，它是短路瞬间（,t,=0s,）时三相短路电流周期分量的有效值；,5,.2,无限容量系统短路分析与计算,二、与短路有关的物理量,10,在最严重短路情况下,，三相短路电流的最大瞬时值称为冲击电流，,i,sh,发生在短路后半个周期（,0.01s,）,。,短路电流冲击系数：,意味着短路电流非周期分量不衰减,当电阻,R,=0,时，,当电抗,=0,时，,意味着不产生非周期分量,5.2,无限容量系统短路分析与计算,2,、短路冲击电流,11,1,K,sh,2,在高压电网中短路时，取,K,sh,=1.8,，则,在发电机端部短路时，取,K,sh,=1.9,，则,在低压电网中短路时，取,K,sh,=1.3,，则,5.2,无限容量系统短路分析与计算,短路电流冲击系数：,3,、短路容量,12,4.,短路全电流有效值,任一时刻,t,的短路电流有效值，是指以时刻,t,为中心的一个周期内短路全电流瞬时值的方均根值,:,实用计算,冲击电流的有效值,(t=0.001s),13,14,5.,短路稳态电流,三相短路稳态电流是指短路电流非周期分量衰减完后的短路全电流,15,一、标幺值,在短路电流计算中，,通常在,1kV,以下的低压系统中宜采用有名值，而高压系统中宜采用标幺值。,在高压电网中，通常总电抗远大于总电阻，所以可以只计各主要元件的电抗而忽略其电阻。,5.3,高压电网短路电流的计算,1.,标幺值的基本概念,与,A,同单位,常取基准容量，,基准电压用各级线路的平均额定电压，,16,额定电压,kV,0.22,0.38,3,6,10,35,60,110,220,330,平均额定电压,kV,0.23,0.4,3.15,6.3,10.5,37,63,115,230,345,任何一个用标幺值表示的量，经变压器变换后数值不变。,变压器的变比为各侧电网的电压基准值之比，变压器的变比标幺值为,17,发电机：,变压器：,电抗器：,输电线路：,二、电力系统各元件标幺值的计算,统一基准：,S,d,，,U,d(i,),不同电压等级的电力系统标幺值统一基准选择原则是：整个系统选择统一的容量基准：,不同的电压等级选择不同的电压基准,:,18,电力系统电抗的标幺值为,当电力系统的短路容量未知时，变电所高压馈线出口处的断路器的断流容量可看作是电力系统的极限短路容量。,三、高压电网三相短路电流的计算,19,四、高压电网两相短路电流的估算,20,例 对图所示的供电系统进行短路电流计算。要求计算出有关短路点最大运行方式的三相短路电流、短路电流冲击值以及最小运行方式下的两相短路电流。,短路电流计算所用的原始资料如下：该矿地面变电所,35kv,采用内桥接线，,6kv,采用单母线分段接线；变压器型号为,sF710000,，,35,6.3kV,，,U,k,7,地面低压变压器型号为,s9800,，,6.3/0.4kV,型，,Uk,4,35kV,电源进线为双回路架空线路，线路长度为,6,5km,；系统电抗在最大运行方式下,Xmin,0.2,，最小运行方式,Xmax,0.22,。地面变电所,6kV,母线上的线路类型和线路长度如表所示。,21,22,1,、选定合理的短路计算点，并根据此绘制等效短路计算图,23,3,计算各元件的标么电抗,(1),电源的电抗,24,25,26,27,（,3,）井下母线短路计算,(k7,点,),28,29,当电网发生三相短路时，短路点的电压突然下降，若接在短路点附近的电动机反电势大于电网在该点的残余电压，则电动机将变为发电机运行，就要向短路点输送反馈电流。,5.4,电动机对短路冲击电流的影响,通常在下列情况可以不考虑感应电动机反馈冲击电流对短路电流的影响：,（,1,）高压电动机总功率小于,100kW,；,（,2,）低压电动机的单机功率小于,20kW,；,（,3,）反馈冲击电流必须通过变压器方能送到短路点；,（,4,）反馈冲击电流与系统的冲击短路方向和路径一致时；,（,5,）在电动机出现附近，发生不对称短路时。,30,5.4,电动机对短路冲击电流的影响,注意：,由于该反馈电流使电动机将迅速受到制动，其值也迅速减小，所以电动机的反馈电流一般只影响短路电流的,冲击值,。,电动机的反馈电流可按下式计算：,式中，为电动机短路电流冲击系数，对,3,6kV,电动机取,1.4,1.6,，对,380V,电动机取,1,；、和,C,值查表。,则短路点的总冲击电流为：,31,5.5,低压电网短路电流计算,一、低压电网短路电流计算的特点,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；,低压回路中各元件的电阻与电抗相比已不能忽略，所以计算时需用阻抗值；,低压网中电压一般只有一级，且元件的电阻多以,m,计，所以采用有名值计算比较方便。,32,二、低压电网中各主要元件的阻抗,1,电力系统的电抗：,式中，,S,oc,和,U,N,的单位分别为,MVA,和,V,。,（,m,）,2,变压器的阻抗,（,m,）,5.5,低压电网短路电流计算,变压器低压侧电压,33,3.,母线的阻抗,电阻：,（,m,）,电抗：,（,m,）,式中，,为母线材料的电导率,m/,（,mm,2,）,；,A,为母线截面积（,mm,2,）；,l,为母线长度（,m,）；,b,为母线宽度（,mm,）；,s,av,为母线的相间几何均距（,mm,）。,在工程实用计算中，可采用以下简化公式计算：,5.5,低压电网短路电流计算,母线截面积在,500mm,2,以下时，,母线截面积在,500mm,2,以上时，,34,4,其它元件阻抗：低压断路器过流线圈的阻抗、低压断路器及刀开关触头的接触电阻、电流互感器一次线圈的阻抗及电缆的阻抗等可从有关手册查得。,三、低压电网三相短路电流计算,1,三相短路电流有效值：,式中，和 为短路回路的总电阻和总电抗（,m,）；,U,av,为低压侧平均线电压，取,400V,。,注意：,如果只在一相或两相装设电流互感器，应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。,5.5,低压电网短路电流计算,35,2,短路冲击电流：,图,4-21,K,sh,与的关系,式中，,K,sh,为短路电流冲击系数，可根据短路回路中的比值从图,4-21,中查得。,5.5,低压电网短路电流计算,36,四、低压电网不对称短路电流的计算,两相短路：,单相接地短路：或,注：,Z,T,为变压器的单相阻抗；为“相,零”回路阻抗。,5.5,低压电网短路电流计算,37,
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