第5章短路电流及其计算

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 短路电流及其计算,5-1,短路的基本知识,5-2 无限大容量电力系统的短路,5-3 短路电流的计算,5-1,短路的基本知识,一、短路的原因,造成短路的主要原因，是电气设备载流部分的绝缘损坏。,设备长期运行，绝缘自然老化；,设备本身不合格、绝缘强度不够而被正常电压击穿；,设备绝缘正常而被过电压,(,包括雷电过电压,),击穿；,设备绝缘受到外力损伤而造成短路。,其他原因是：工作人员未遵守安全操作规程而发生误操作，或者误将低电压的设备接入较高电压的电路中；鸟兽跨越在裸露的相线之间或相线与接地物体之间或者咬坏设备导线电缆的绝缘。,有时候低压断路器突然跳闸或熔断器突然熔断，这是由于什么原因造成的呢？,想一想,二、短路的后果,（,1,）短路时要产生很大的电动力和很高的温度，而使故障元件和短路电路中的其他元件损坏。,（,2,）短路时电压要骤降，严重影响电气设备的正常运行。,（,3,）短路可造成停电，而且越靠近电源，停电范围越大，给国民经济造成的损失也越大。,（,4,）严重的短路要影响电力系统运行的稳定性。,（,5,）单相短路，短路电流将产生较强的不平衡交变磁场，对附近的通信线路、电子设备等产生干扰，影响其正常运行。,三、短路的类型,在三相系统中，可能发生三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路。,三相短路，用文字符号,k,(3),表示，如图所示。两相短路，用,k,(2,),表示。如图,b,所示。单相短路，用,k,(1),表示，如图,c,和,d,所示。,两相接地短路，是指中性点不接地系统中两不同相均发生单相接地而形成的两相短路，如图,e,),所示；也指两相短路后又接地的情况，如图,f,),所示，都用,k,(1,1),表示。它实质上就是两相短路，因此也可用,k,(2),表示。,电力系统中，发生单相短路的可能性最大；而发生三相短路的可能性最小。但一般三相短路的短路电流最大，造成的危害也最严重。,提示,返回,5-2 无限大容量电力系统的短路,一、无限大容量供电系统发生三相短路时的物理过程,无限大容量电力系统，是指容量无限大、电压不变、内阻为零的电力系统。由于企业供电系统一般是由上述特点的电力系统授电的，因此，可以视为无限大容量电力系统。,企业自备发电厂是属于无限大容量电力系统吗？,想一想,设电源相电压,u,U,msin,t,，正常负荷电流,i,I,m,sin(,t,),。,现,t,0,时短路发生，则图所示等效电路的短路电流为,式中，,i,k,为短路电流瞬时值；,I,k,m,U,m,Z,，为短路电流周期分量幅值，其中，,k,arctan(,X,R,),由上式可以看出：当,t,时，,i,np,0,，这时,i,k,i,k,(),I,sin(,t,),式中，,I,为短路稳态电流。,L,R,为短路电路的时间常数；,i,p,为,短路电流周期分量；,i,np,为短路电流非周期分量。,无限大容量供电系统发生三相短路时的电流、电压曲线,短路电流在到达稳定值之前，要经过一个暂态过程。这一暂态过程是短路非周期分量电流存在的时间。从物理概念上讲，短路电流周期分量是因短路后电路阻抗突然减小很多，而按欧姆定律电流应突然增大很多的缘故。短路电流非周期分量则是因短路电路含有感抗，电流不可能突变，而按楞次定律感生的用以维持短路初瞬间电流不致突变的一个反向衰减电流。,二、有关短路的物理量,1,短路电流周期分量,i,p,i,p,I,k,m,sin(,t,k,),短路电流周期分量,在无限大容量供电系统中，由于系统母线电压维持不变，所以其短路电流周期分量有效值,(,习惯上用,I,k,表示,),在短路的全过程中也维持不变，即,I,I,I,k,。,由于短路电路的电抗一般远大于电阻，即,X,R,，,k,arctan(,X,R,)90,，因此短路初瞬间,(,t,0,时,),的短路电流周期分量,I,为短路次暂态电流有效值，它是短路后第一个周期的短路电流周期分量,i,p,的有效值。,i,p,(0),I,k,m,I,2,短路电流非周期分量,i,np,短路电流非周期分量,由于,k,90,，而,I,m,sin,I,k,m,，故,为短路电路的时间常数，实际上就是使,i,np,由最大值按指数函数衰减到最大值的,1,e,0.3679,倍时所需的时间。,3,短路全电流,i,k,短路全电流为短路电流周期分量与非周期分量之和，即,某一瞬时,t,的短路全电流有效值,I,k,(,t,),，是以时间,t,为中点的一个周期内的,i,p,有效值,I,p,(,t,),与,i,np,在,t,的瞬时值,i,np,(,t,),的方均根值，即,i,k,=,i,p,+,i,np,4,短路冲击电流,i,sh,和,I,sh,短路冲击电流为短路全电流中的最大瞬时值，短路后经半个周期,(,即,0.01s),，,i,k,达到最大值，此时的电流就是短路冲击电流,i,sh,。,i,sh,K,sh,I,K,sh,为短路电流冲击系数。,当只,R,0,，则,K,sh,2,；当,L,0,，则,K,sh,1,。因此,1,K,sh,2,。,短路后，短路全电流在第一个周期的有效值，用,I,sh,表示，称为短路冲击电流有效值，用下式计算,或,在高压电路发生三相短路时，一般可取,K,sh,1.8,，因此,i,sh,2.55,I,I,sh,1.51,I,在,1000kVA,及以下的电力变压器二次侧及低压电路中发生三相短路时，一般可取,K,sh,1.3,，因此,i,sh,1.84,I,I,sh,1.09,I,5,短路稳态电流,短路稳态电流是短路进入稳态以后的短路全电流，其有效值用,I,表示,返回,5-3 短路电流的计算,一、短路电流的计算方法,短路电流的计算主要是三相短路电流的计算。常用的计算方法有欧姆法（也称有名单位制法）和标么制法（也称相对单位制法）。,计算短路电流的基本步骤是：,（,1,）绘出计算电路图，确定短路计算点（短路计算点确定的原则是：使被校验的电气设备有最大可能的短路电流流过），将各元件依次编号并将其的额定参数对应标记出来。,（,2,）确定基准容量、基准电压。根据各元件电抗标么值计算公式分别计算出各元件的电抗标么值。,（,3,）根据计算电路、各元件编号以及各元件电抗标么值绘出等效电路图。,（,4,）根据电阻串、并联的方法将等效电路简化（短路计算点标记位置不变）。,（,5,）根据计算公式分别计算各短路电流和短路容量。,（,6,）列出短路电抗、电流短路和短路容量汇总表。,二、用标么制法计算三相短路电流的方法,1,标么值、基准值,因为式中的基准值与实际值同单位，所以标么值是一个无单位的比数。按标么值法进行短路计算时，一般是先选定基准容量,S,d,和基准电压,U,d,。,基准容量，工程计算中通常取,S,d,100 MVA,。,基准电压，通常取元件所在处的短路计算电压,U,c,（为,1.05,倍的额定电压），即取,U,d,U,c,。,基准电流,I,d,按下式计算,基准电抗,X,d,则按下式计算,2,各主要元件的电抗标么值的计算公式,取,S,d,100 MVA,，,U,d,U,c,（,1,）电力系统的电抗标么值,（,2,）电力变压器的电抗标么值,（,3,）电力线路的电抗标么值,如果线路数据不详时，,X,o,可按下表取其电抗平均值，因为同一电压的同类线路的电抗值变动幅度一般不大。,线路结构,线 路 电 压,6,10kV,220,380V,架空线路,电缆线路,0.38,0.06,0.32,0.066,电力线路每相的单位长度电抗平均值,(,km),3,短路电流、短路容量计算公式,由此可求得三相短路电流周期分量有效值,三相短路容量的计算公式为,4,计算实例,例,5,1,某企业供电系统如图所示。已知电力系统出口断路器为,SN10-10,型。试试用标么制法计算变电站高压,10kV,母线上,k,-1,点短路和低压,380V,母线上,k,-2,点短路的三相短路电流和短路容量。,解,（,1,）确定基准值,（,2,）计算短路电路中各主要元件的电抗标么值,1,）电力系统,查附录表,16,得,S,oc,500 MVA,3,）电力变压器（,Yyn0,接线）,由附录表得,U,k,4.5,2,）架空线路,由表,5,1,得,X,o,0.38,km,短路等效电路图,(3),求,k,-1,点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量,1,）总电抗标么值,2,）三相短路电流周期分量有效值,3,）其他三相短路电流,4,）三相短路容量,（,4,）求,k,-2,点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量,1,）总电抗标幺值,2,）三相短路电流周期分量有效值,3,）其他三相短路电流,4,）三相短路容量,5,计算结果,短路计算结果,本章结束,