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1、短路电流计算,第一节 中性点运行方式与低压系统性式,电力系统中发电机的三相绕组通常是星形联结的，变压器高压侧绕组往往也是星形联结的，发电机、变压器绕组星形联结的结点称为中性点。,一、中性点运行方式1.中性点直接接地系统系统中性点经一无阻抗（金属性）接地线接地。中性点直接接地方式是将变压器中性点与大地直接连接，中性点电压为地电位。正常运行时，中性点无电流通过，单相接地时构成单相短路，接地回路通过单相短路电流，各相之间不再对称。由于短路电流很大，可能会大于三相短路电流，引起暂态过电压。为了防止这种情况发生，应将单相短路电流限制在25%100三相短路电流之间。继电保护在此电流的起动下，迅速将故障线路
2、切除，为了提高供电可靠性，可在线路上加装自动重合闸装置。,采用中性点直接接地方式的系统，对线路绝缘水平的要求较低，能明显降低线路造价。其缺点之一是单相接地短路对附近的通讯线路有电磁干扰，为此，电力线路应远离通讯线路，当两线有交叉时，必须有较大的交叉角，以减少干扰的影响。此接地系统一般应用在接有单相负载的低压（380/220V）配电系统和电力系统高压（110kV以上）输电线路上。,2.中性点经阻抗接地系统在系统中性点与大地之间用一阻抗相连。根据接地电阻器电阻值的大小，接地系统分为高电阻接地和低电阻接地。（1）高电阻接地：此种方式接地电流较小，通常在510A范围内，但至少应等于系统对地的总电容电流
3、。保护方式需要配合接地指示器或警报器，保证故障时线路立即跳脱。目前在我国山区35kV供电系统采用此系统运行。,（2）低电阻接地：增大接地短路电流，使保护迅速动作，切除故障线路。电阻值的大小，必须使系统具有足够的最小接地故障电流（大约400A以上），保证接地继电器准确动作。目前国内大城市（如北京城区内）的610kV配电系统均采用此系统运行。,3. 中性点不接地系统 系统中性点不接地是指系统中性点对地绝缘。实际上，系统中线路与大地之间、电气设备的线圈与大地之间存在分布电容，故此接地系统相当于电容接地。如图所示。,中性点不接地系统,当系统发生单相接地故障后系统的三相对称关系并未破坏，仅中性点及各相对
4、地电压发生变化，中性点的电压上升到相电压，非故障相对地电压值增大为倍相电压，故对于该中性点不接地系统可以带故障继续运行2小时。故障相接地点的对地故障电流为正常运行时对地电容电流的3倍。在我国配电网电压在1035kV之间的架空线路多采用此接地方式。,二、低压配电系统型式,1TNS系统即五线制系统，三根相线分别是L1、L2、L3，一根零线N，一根保护线PE，仅电力系统中性点一点接地，用电设备的外露可导电部分直接接到PE线上。,TN-S系统中的PE线上在正常工作时无电流，设备的外露可导电部分无对地电压，保证操作人员的人身安全；在事故发生时，PE线中有电流通过，使保护装置迅速动作，切断故障。一般规定P
5、E线不允许断线和进入开关。N线（工作零线）在接有单相负载时，可能有不平衡电流。TN-S系统适用于工业与民用建筑等低压供电系统，是目前我国在低压系统中普遍采取的接地方式。,2TN-C系统即四线制系统，三根相线L1、L2、L3，一根中性线与保护线合并的PEN线，用电设备的外露可导电部分接到PEN线上。,在TN-C系统接线中当存在三相负荷不平衡和有单相负荷时，PEN线上呈现不平衡电流，设备的外露可导电部分有对地电压的存在。由于N线不得断线，故在进入建筑物前N或PE应加做重复接地。TN-C系统适用于三相负荷基本平衡的情况，同时适用于有单相220V的便携式、移动式的用电设备。,3TN-C-S系统即四线半
6、系统，在TN-C系统的末端将PEN分开为PE线和N线，分开后不允许再合并。,在该系统的前半部分具有TN-C系统的特点，在系统的后半部分却具有TN-S系统的特点。目前在一些民用建筑中在电源入户后，将PEN线分为N线和PE线。该系统适用于工业企业和一般民用建筑。当负荷端装有漏电开关，干线末端装有接零保护时，也可用于新建住宅小区。,4. TT系统第一个“T”表示电力网的中性点（发电机、变压器的星形接线的中间结点）是直接接地系统；第二个“T”表示电气设备正常运行时不带电的金属外露部分对地做直接的电气连接，即“保护接地”系统。三根相线L1、L2、L3，一根中性线N线，用电设备的外露部分采用各自的PE线直
7、接接地。,在TT系统中当电气设备的金属外壳带电（相线碰壳或漏电）时，接地保护可以减少触电危险，但低压断路器不一定跳闸，设备的外壳对地电压可能超过安全电压。当漏电电流较小时，需加漏电保护器。接地装置的接地电阻应满足单相接地故障时，在规定的时间内切断供电线路的要求，或使接地电压限制在50V以下。TT是适用于供给小负荷的接地系统。,5.IT系统IT即电力系统不接地或经过高阻抗接地，三线制系统。三根相线L1、L2、L3，用电设备的外露部分采用各自的PE线接地。,在IT系统中当任何一相故障接地时，因为大地可作为相线继续工作，系统可以继续运行。所以在线路中需加单相接地检测装置，故障时报警。,作业,概念题：
8、4-2,第二节 短路的原因及后果,短路是指系统正常运行情况以外的，一切相与相之间或相与地之间金属性短接或经过小阻抗短接。,一、短路的原因1电气设备载流部分的绝缘损坏。这种损坏可能是由于设备的绝缘材料自然老化；或由于绝缘强度不够而被正常电压击穿；2设备绝缘正常而被各种形式的过电压（包括雷电过电压）击穿；3如输电线路断线、线路倒杆或受到外力机械损伤而造成的短路。 4工作人员由于未遵守安全操作规程而发生人为误操作，也可能造成短路。5一些自然现象（如风、雷、冰雹、雾）及鸟兽跨越在裸露的相线之间或相线与接地物体之间，也是造成短路的一个原因。,二、短路故障的种类,供电系统中短路类型与电源的中性点是否接地有
9、关，在中性点不接地系统中，可能发生的短路有三相短路、两相短路。而在中性点接地系统中，可能发生的短路除三相短路及两相短路外，尚有单相接地短路及两相接地短路。,短路类型（虚线表示短路电流的路径）,短路类型（虚线表示短路电流的路径）,1三相短路三相短路指供电系统中三相导线间同时短接。此时系统每相的阻抗均相同，从电源到负载三相仍然对称，故又叫对称性短路。2两相短路两相短路指三相供电系统中，任意两相间发生的短接。两相短路属于非对称性短路。,3单相接地短路单相接地短路指在中性点接地系统中，任意一相经大地与电源中性点发生短接。4两相接地短路两相接地短路指在中性点不接地系统中，其中两不同相的单相接地所形成的相
10、间短路；也指在中性点接地系统中，两相短路又接地的情况。,系统故障电流的大小与短路类型有密切关系，在中性线直接接地的电力系统中，两相短路电流约为三相短路电流的87%，单相接地短路电流约在三相短路电流的60125%之间。,三、短路后果1短路电流增大，会引起电气设备的发热，损坏电气设备。2短路电流流过的线路，产生很大的电压降，使电网的电压突然下降，引起电动机的转速下降，甚至停转。3短路电流还可能在电气设备中产生很大的机械力（或称电动力）。此机械力可引起电气设备载流部件变形，甚至损坏。,4当发生单相对地短路时，不平衡电流将产生较强的不平衡磁场，对附近的通迅线路、铁路信号系统、可控硅触发系统以及其他弱电
11、控制系统可能产生干扰信号，使通讯失真、控制失灵、设备产生误动作。5如果短路发生在靠近电源处，并且持续时间较长时，则可导致电力系统中的原本并联同步（不同发电机的幅值、频率、波形、初相角等完全相同吻合）运行的发电机失去同步，甚至导致电力系统的解列（电力网中不同区域、不同电厂的发电机无法并列运行），严重影响电力系统运行的稳定性。,作业,概念题：4-1,第三节 无限大容量电源供电 系统的三相短路暂态过程分析,一、无限大功率电源1. 定义所谓无限大功率系统是指当电力系统的电源距短路点较远时，由短路而引起的电源输出功率（电压和电流）的变化S（SPjQ），远小于电源所具有的功率S，即存在SS，则称改电源为无
12、限大功率电源，记作S。,2. 特点（1）由于PP，所以可以认为在短路过程中无限大功率电源的频率是不变的；（2）由于QQ，所以可以认为在短路过程中无限大功率电源的端电压也是恒定不变的；（3）电压恒定的电源，其内阻抗必然等于零，因此可以认为无限大功率电源的内电抗x0。由以上可知接在无限大功率电源系统中，小容量负载电路中的电流发生变化，甚至发生短路故障时，系统频率及电压维持不变。,二、三相短路过程分析在短路的暂态分析已经讲过，在此自己复习。短路电流包括两部分。第一部分是短路电流的周期分量，在无穷大容量系统中，电源电压的幅值是常数，所以短路电流的周期分量的幅值也是不变的常数；第二部分是短路电流的非周期
13、分量，这个量是随时间而逐渐衰减的指数函数，经过几个周期后，其值就会衰减到零。一次无穷大容量系统发生三相短路后，短路电流是一个按指数规律衰减的非周期函数。当非周期分量衰减到零后，电路进入一个新的稳定状态，其稳态电流就是短路电流的周期分量。,三、三相短路电流极值条件分析,1. 三相短路出现最大值的条件（1）对于高压电路，忽略线路的电阻，认为短路前的系统是纯感性电路。（2）系统在短路时刻，某一相的电压瞬时值为零。（3）系统在发生短路前的状态是线路空载。2. 三相短路出现最小值的条件短路电流的非周期分量为零。,四、三相短路全电流特征值,1三相短路最大冲击电流瞬时值 根据产生最大短路电流的条件，短路电流
14、周期分量和非周期分量叠加的结果是在短路后经过半个周期的时刻将会出现短路电流的最大瞬时值，此值称为短路冲击电流的瞬时值。式中 短路电流的周期分量，kA；短路冲击系数。,当短路发生在单机容量为12MW及以上的发电机母线上时，短路冲击系数取1.9：当短路发生在高压电网的其他各点时，短路冲击系数取1.8：在380/220V低压网中，短路冲击系数取1.3：冲击电流主要用于校验电气设备和载流导体的电动力稳定度。,2三相短路最大冲击电流有效值在短路过程中，任一时刻，电流有效值是指以时刻为中心的的一个周期内瞬时电流的均方根值式中 短路全电流的瞬时值，kA；时间时非周期分量电流的瞬时值，kA；时间时周期分量电流
15、的瞬时值，kA。,如果短路是发生在最恶劣的情况下，短路电流在第一个周期内的有效值将最大，这一有效值称为短路电流的最大有效值，以 表示。短路冲击系数取1.9时短路冲击系数取1.8时短路冲击系数取1.3时短路电流的最大有效值常用于校验某些电气设备的断流能力或耐力强度。,3. 三相稳态电流有效值4. 断路容量,作业,概念题：4-3 4-4 4-5,第四节 短路回路中各元件阻抗计算,1标么值的概念电力系统短路计算中，电流、电压、阻抗、容量等物理量，一般不用它们的实际有名单位表示，而习惯于用相对值表示，称为标么值。任意一个物理量对基准值的比值称为标么值，它是个无单位的比值。,用标么值表示系统参数（如阻抗
16、），可以避免系统电压等级不同时，参数的需要换算带来的不便。用标么值表示系统参数（如阻抗），可以避免系统电压等级不同时，参数的需要换算带来的不便。,短路计算中常用到容量S、电压U、电流I、阻抗Z，设基准值为 ，则各物理量的标准么值为：这四个物理量之间相互关联，可认选其中两个作为基准值。通常基准选为容量 、电压 。,基准值的大小是可以任意选择的。为了计算方便，取短路点所在线路的额定电压为基准电压，取系统短路容量或变压器的额定容量作为基准容量。不同基准的标么值的换算：,2各元件的电抗标么值（1）电力系统的电抗标么值电力系统的电阻一般很小，不予考虑。 电力系统的电抗可由系统变电站高压输电线出口断路器的启断容量Soc，或者由电力系统的短路容量Sd来求。,式中 高压输电线路的额定电压。但是为了便于计算短路电路总阻抗，免去阻抗换算麻烦，此式的U可以直接采用短路点的额定电压，即U=Ub；电力系统的电抗标么值，由电力系统内发电机、变压器、线路阻抗等组成，是电力系统内部电源到用户供电点之间的总电抗标么值之和。,
