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1、第三章 短路电流及其计算教学内容： 短路的原因、后果及其形式； 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； 三相短路电流的计算； 两相和单相短路电流的计算； 短路电流的效应和稳定度校验。 教学重点： 短路的原因、后果及其形式； 三相短路电流的计算；两相和单相短路电流的计算； 短路电流的效应和稳定度校验。教学难点： 三相短路电流和短路容量的计算； 短路电流的电动效应和热效应Date1电力系统运行有三种状态：正常运行状态、非正常 运行状态和短路故障。 l 短路就是相与相或者相与地之间不通过负载而发 生的直接连接的故障。 第一节 短路与短路电流有关概念电力系统发生短路时，系统的总阻抗 显著
2、减少，短路所产生的电流随之剧烈 增加。Date2一、短路的原因二. 短路的后果短路后，短路电流比正常电流大得多。在大电 力系统中，短路电流可达几万安甚至几十万安。如 此大的短路电流可对供电系统产生极大的危害： 电气设备载流导体的绝缘破坏：绝缘自然老化 、操作过电压、雷电过电压、绝缘受到机械损 伤等。 运行人员违规操作：带电拉、合开关，检修之 后忘记拆除地线合闸等。 鸟兽跨越不同相的裸露导体。Date3(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). 短路时短路电路中的电压要骤然降低，严重影响 其中电气设备的正常运行。(3). 短路时保护装置动
3、作，要造成停电，而且越靠近 电源，停电的范围越大，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，可使 并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列。(5). 不对称短路包括单相短路和两相短路，其短路电 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，甚至使之 发生误动作。Date4由此可见，短路的后果是十分严重的，因此必须尽力设法消除可能引起短路的一切因素；同时需要进行短路电流的计算，以便正确地选择电气设备，使设备有足够的动稳定性和热稳定性，以保证在发生可能有的最大短路电流时不致损坏。为了选择切除短路故障的开关电器、整定短路保护的继电保护装
4、置和选择限制短路电流的元件如电抗器等，也必须计算短路电流。Date5三、短路形式两相接地短路 短路 对称短路 不对称短路 单相短路 两相短路 单相接地短路 单相接中性点短路 两相短路 两相短路接地 三相短路用 表示，二相短路 表示，单相短路用 表示， 两相接地短路用 表示。 只有三相短路，属对称短路。Date6三相短路两相短路Date7单相短路Date8三相短路为对称性短路,其他形式短路为不对称性短路 电力系统中发生单相短路的可能性最大 发生三相短路的可能性最小，但造成的危害最严重。 因此作为选择和校验电气设备用的短路计算中，以 三相短路短路计算为主。计算短路电流目的： 1.选择和校验电气设备
5、。 2.整定继电保护装置的动作电流Date9四： 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及其三相短路的物理过程 l无限大容量电力系统： 指供电容量相对于用户供电系统的用电容量大的多 的电力系统，当用户供电系统的负荷变动甚至发生 短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压能基本 维持不变。或者电力系统容量大于用户供电系统容 量50倍时，可将电力系统视为无限大容量系统。对于一般供电系统来说，可将电力系统看作无限大容量 电源。Date10(二）无限大容量系统三相短路的物理过程无限大容量电源供电 的三相电路上发生 三相短路的电路图。从电源至短路点的阻抗：从短路点
6、至负荷阻抗Date11(3-1) 2) 整理成 +P(x)y=Q(x)形式 (3-2) 1) 短路瞬间回路电压方程3) 解,方程由特解和通解二部分组成；或者说，周期分量就是特解,非周期分量就是通解。Date122发生三相短路前后电流、电压的变动曲线 （1） 正常运行状态：因电路一般是电感性负载，电 流在相位上滞后电压一定角度。 （2） 短路暂态过程：短路电流在到达稳定值之前， 要经过一个暂态过程。 （3）短路稳态过程：一般经过一个周期约0.2s后非 周期分量消亡。短路进入稳态过程。当t 时， 0，这时 = =Date13Date14短路全电流周期分量强制分量：由无穷大系统的电源 电压和回路阻抗
7、决定，周期分量电流幅值不变 ；其中周期分量与电源具有相同的变化规律， 依然按照正弦信号，且频率与电源相同。非周期分量自由分量：按指数衰减；与 指数无关Date15 1.短路电流周期分量： 2.短路电流非周期分量： 3.短路全电流： 4.短路冲击电流： 5.短路稳态电流五、短路有关的电流量Date16第二节： 无限大容量电力系统中三相短 路电流的计算一概述 首先要绘出计算电路图。 并计算短路电路中各元件的阻抗。 在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的 一些主要元件表示出来， 并标明其序号和阻抗值一般是分子标序号，分母标阻抗值.短路电流计算过程： 绘出计算电路图、元件编号、绘等效电路、 计
8、算阻抗和总阻抗、计算短路电流和短路容量。Date17短路计算的方法欧姆法标幺制法工程设计中采用 的单位电流单位: 电压单位: 短路容量、断流容量: 设备容量单位为： 阻抗单位为：Date18短路电流二、采用欧姆法进行三相短路计算短路计算短路容量Date19短路计算中三大主要元件：（一）电力系统的阻抗：（二）电力变压器的阻抗 1.变压器的电阻:2.变压器的电抗:Date20(三) 电力线路的阻抗1.线路的电阻2.线路的电抗： 注意：在计算短路电路 的阻抗时，假如电路 内含有电力变压器， 则电路各元件的阻抗 都应统一换算到短路 点的短路计算电压去 。Date21电力线路每相的单位长度电抗平均值线
9、路 电 压线路结 构35kV及以上 610kV 220380V架空线 路电缆线 路0.400.120.350.080.320.066Date22 例3-1 某供配电系统如图所示。已知电力系统出口 断路器为SN10-10型。试求企业变电所高压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。图3-4 例3-1的短路计算电路图Date23 解 1、求k-1点的三相短路电流和短路容量 （UC1=10.5KV) (1)计算短路电路中各元件的电抗及总电抗 电力系统的电抗；由附录表12可查得SN10- 10型断路器的断流容量SOC=500MVA，因此 Date24(2
10、)计算三相短路电流和短路容量三相短路电流周期分量有效值：架空线路的电抗： 由表3-1查得，因此绘k-1点短路的等效电路如图3-5a所示， 并计算总电抗如下： Date25图3-5 例3-1的短路等效电路图（欧姆法）Date26三相短路冲击电流三相短路容量： Date27求k-2点的三相短路电流和短路容量架空线路的电抗 ：电力系统的电抗：（1）计算短路电路中各元件的电抗及总电抗:Date28绘k-2点短路的等效电路如图所示，并计算其总电抗如下：电力变压器的电抗： 有附录表8得Uk%=4.5,因此Date29（2）计算三相短路电流和短路容量三相短路电流周期分量有效值：三相短路次暂态电流和稳态电流有
11、效值：Date30三相短路容量：三相短路冲击电流及第一周期短路全电流有效值:Date31三.采用标幺制法进行三相短路计算1、标幺值概念 某一物理的标幺值,为该物理量的实际值A与所 选定的基准值比值，即 按标幺制法进行短路计算时，一般先选定基准容量和基准 电压 基准容量，工程设计中通常取 基准电压，通常取元件所在的短路计算电压，取 选定了基准容量和基准电压以后， 可按下式计算基准电流： 按下式计计算基准电电抗： Date322、元件标幺值： 电力系统电抗标幺值： 电力变压器电抗标幺值： 电力线路电抗标幺值：3、短路电流标幺值及短路电 流计算Date334、三相短路容量例3-2 试用标幺制法计算例
12、 3-1所示供电系统中k -1点和 k -2点的三相短路电流和短路容量。解： (1). 确定基准值取Date34(2). 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值1). 电力系统的电抗标幺值: 由附录表12查得 SN10-10型断路器的 ，因此2). 架空线路的电抗标幺值: 由表3-1查得 , 因此3). 电力变压器的电抗标幺值: 由附录表8查得 , 因此Date35绘短路等效电路图如图3-6所示,并标出短路计算点 k -1和 k -2。(3). 计算 k -1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Date3
13、64). 三相短路容量(4). 计算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Date37四. 低压电网的短路计算1KV以下1、供电电源可当作无穷大容量系统处理 2、电阻值较大，感抗值较小 3、电阻值多用有名值（单位毫欧）给出，且 在一个电压等级内，所以用欧姆法直接计 算比较简单Date384、由于电阻值较大，非周期分量电流衰减快， 所以冲击系数不大（一般1-1.3）Date395、需要计及一些设备的电阻（1）刀闸开关及自动开关触头的接触电阻（2）自动空气开关中过电流线圈的电阻及电
14、抗Date40（3）电流互感器一次线圈的电阻及电抗（5）母线及电缆6、三相短路电流公式Date41三相短路冲击电流及有效值例3-3 某车间变电所接线如图3-7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，= 250mm， WB2为505mm2；l=1m,a=250mm； WB3为404mm2 ，l=2m,a=120mm; 其余标注如图。试求k 点三相短路电流和短路容量。Date42解： (1). 计算短路电路中各 元件的电阻和电抗（取Uc =400V）1).电力系统
15、S的电抗为2). 电力变压器T的电阻和电抗 查附录表8得Pk =7500W，Uk %=4.5，故 Date433). 母线WB1的电阻和电抗 查附录表4得 ，故4). 母线WB2的电阻和电抗 查附录表4得 故5). 母线WB3的电阻和电抗 查附录表4 得, 故Date446). 电流互感器TA一次线圈的电阻和电抗 查附录表5得7). 低压断路器QF过电流线圈的电阻和电抗 查附录表6得8). 电路中各开关触头的接触电阻 查附录表7得隔离开关QS的接触电阻为0.03m，刀开关QK的接触电阻为0.4m，低压断路器QF的接触电阻为0.6m，因此总的接触电阻为Date459). 低压电缆VLV-1000-350mm2的电阻和电抗 查附录表3得 电缆长度l=35m，因此(2). 计算短
