供配电及照明技术课件(4)

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1、3 建筑供配电系统短路电流及其计算,第一节 概述,一 短路原因、类型、后果及计算短路电流的目的 （一）主要原因： 1.电气设备、元件的损坏。 2.自然原因 3.人为事故,（二）类型： 1.三相短路 2.两相短路 3.单相短路,（三）后果： 1.产生很大的电动力和很高的温度，使故障元件和短路电路中的其它元件损坏。 2.电压骤降，影响电气设备的正常运行。 3.造成停电事故。 4.造成不对称电路，其电流将产生较强的不平衡磁场，对附近的通信设备、信号系统及电子设备等产生干扰。 5.严重的短路运行电力系统运行的稳定性，使并列运行发电机组失去同步，造成系统解列。,（四）目的： 1.选择和校验电气设备。 2

2、.继电保护装置的整定计算。 3.设计时作不同方案的技术比较。,二.电力系统的中性点运行方式 （一）类型三相交流电力系统中，供电电源的发电机和变压器的中性点运行方式：1.小电流接地 电源中性点不接地 电源中性点经消弧圈接地 2.大电流接地 电源中性点直接接地,（二 ） 电源中性点不接地电力系统,电网对地存在分布电容C，若三相对称 电网正常时 流入分布电容的电流对称 中性点与地电位相同，地中无电流流过,C相单相接地时三相负载不对称 电流见图C相电位为零 非故障相 电压升高 中性点与地 之间存在电位差 线电压不变设 备可继续运行 接地电流为,单相接地后特点： 故障相电位为零 非故障相相电压升高为线电

3、压电网按线电压设计 中性点与地之间存在电位差-零序电压 线电压不变设备可继续运行2小时 接地电流为3倍零序电流，较小，电流保护不动作 我国635kV中压采用 10kV单相接地电流应小于30A 35kV单相接地电流应小于10A,（三 ） 电源中性点经消弧圈接地的电力系统,当10kV单相接地电流应大于30A，35kV单相接地电流应大于10A，发生单相接地时会产生间歇电弧，造成过电压，因此要采用中性点经消弧线圈接地。 用电感电流补偿电容电流，可减少接地电流,补偿方式 欠补偿 完全补偿 过补偿,易谐振，不采用,产生谐振过电压，不用,采用,（四） 电源中性点直接接地的电力系统,特点 接地电流很大，可使保

4、护动作 非故障相相电压不变，可按相电压设计，电网造价低 人触电很危险 110kV以上电网和低压电网采用,（五）建筑供配电系统分为TN、TT、IT系统,对于低压系统（TN)：中性线（N)保护线(PE)三相四线制,第一个字母表示电源中性点的对地关系；（电力系统的对地关系）T一点直接接地；I所有带电部分与地绝缘，或一点经 阻抗接地。,第二个字母表示装置的外露可导电的部分对地关系；T外露可导电部分对地直接电气连接，与电力系统的任何接地点无关；N外露可导电部分与电力系统的接地 点直接电气连接。 横线后面的字母(S、C或C-S)表示保护线与中性线的结合情况。,3.2 短路电流的暂态过程,无限大电源容量系统

5、短路电流的暂态过程 暂态过程：正常稳态到短路稳态的过程。 无限大电源容量：系统电压基本不变。 1）短路容量：3倍或以上。 2）电源总阻抗5%10%线路总阻抗。 3）电网容量或=50倍用户容量。 有限大电源容量系统 系统电压随时间变化。 电源总阻抗 5%10%线路总阻抗。,3.2.1无限大容量系统短路电流暂态过程,由图得，短路前短路后解微分方程，短路的全电流为：其中：,可见：短路电流由两部分组成。 其一按指数规律衰减变化-非周期分量 其二按正弦规律变化-周期分量,短路电流非周期分量是由于电路存在着电感，用以维持短路瞬间的电流不致突变。,无限大容量系统短路电流的暂态过程,结论： 1)周期分量幅值不

6、变。 2)非周期分量总要衰减，而且短路电路总电阻Rk越大，时间常数T越小，衰减越快。 3)短路后经半个周期（0.01s），出现最大值，称为短路的冲击电流ish 4)暂态过程经十个周期（0.2s）进入稳态。称为短路的稳态电流i 有限大容量系统短路电流的暂态过程。 1)周期分量幅值是变化的。 2)非周期分量也是衰减。,3.2.2 需要计算的短路电流参数,1）短路次稳态电流：短路开始第一个周期周期分量的有效值。用 I表示。 2）短路稳态电流：短路进入稳态时的有效值。用 I 表示。作用：校验电气设备的热稳定性 3）短路电流冲击值 ：短路全电流中的最大瞬时值。用 ish表示。 产生最大短路冲击电流必备的

7、条件：空载Im=0；电源电压过零=0；纯电感电路。作用：校验电气设备的动稳定性 将上述条件带入全电流公式得冲击电流 高压电路取1.8；低压电路取1.3,3.2.2 需计算的短路电流参数,4）短路冲击电流有效值：为短路全电流中的最大有效值 。用Ish表示。作用：校验电气设备的动稳定性。高压：低压： 5）短路后0.2s时的短路电流周期分量有效值和短路容量 作用：校验开关电气的额定开断电流和额定断流容量。 周期分量有效值 短路容量,3.3 无限大容量系统短路电流计算,短路电流有两种计算方法: 有名值法 通常用于1000V以下低压供电系统的短路计算。 相对值法常用在高压系统短路电流计算。 有名值法（绝

8、对值法、欧姆法） 由欧姆定律计算，各个物理量均有单位 *对于高压电路，一般只计电抗，不计电阻，当 时需计算电阻。 *对于低压短路，一般只计电阻，不计电抗，当时才需计算电抗。,3.3.1 有名值法计算短路电流步骤,1）绘制短路计算电路图：标参数、找短路点; 2）求短路回路中各元件阻抗，在图上标出各元件阻抗值； 3）计算短路回路的总阻抗。（注意：等效阻抗的换算）。 4）计算短路电流。计算短路电流的关键是计算各元件阻抗,3.3.2 短路回路中各元件阻抗,（1）电源系统的阻抗 电源的短路容量sk。 可由高压馈电线出口断路器的断流容量Sb（极限短路容量）来估算,公式同上。 由开断电流Ioc来计算其断流容

9、量，（2）变压器的阻抗：式3-19 式3-18（3）输电线路的阻抗：线路的电阻Rwl。 Rwl =R0L。 R0单位长度电阻，查附表6或查手册线路的电抗Xwl。 Xw=X0L。 X0单位长度电抗,3.3.2 短路回路中各元件阻抗,（4）限流电抗器的电抗：按各元件串并联的关系，计算总阻抗 例题3-1某供电系统如图示，断路器为SN10-10。试求K1,K2点的短路电流和短路容量。,380v,解：（1）计算各元件电抗1)系统电抗 由附录表8 Soc=500MV.A2)架空线路 由表3-1得x0=0.35 X2=X0L=0.35*5=1.75 3)变压器 由附录表5 得Uk%=5（2）计算短路点总电抗

10、 1) K1点：XK1= X1 + X2 =0.22+1.75=1.97 2) K2点: XK2= (X1+X2 )(0.4/10.5)2+X3/X4=(0.22+1.75)(0.4/10.5)2+0.008/2=0.00686（3）计算短路参数,K1点： 短路电流周期分量有效值和稳态电流短路电流冲击电流短路容量,2) K2点： 短路电流周期分量有效值和稳态电流短路电流冲击电流短路容量,3.3.3相对值法（标幺值法）,1) 相对值（标幺值法、相对单位制法）概念实际值与基准值的比值计算短路电流2) 基准值的选取基准容量 Sd=100MVA基准电压 Ud=Uav 基准电流选各元件及短路点线路的平均

11、电压Uav,3)系统各元件标幺电抗 电源系统的标幺电抗变压器的标幺电抗 线路的标幺电抗 电抗器的标幺电抗,4)计算短路参数,5)变压器耦合电路标幺电抗的计算,绝对值法计算电抗时，电压不同时需要换算，标幺值计算是否要换算？电压不同基准值如何选取？取U1为基准,U1L1,U3L3,U2L2,K,结论：由上分析各元件的标幺电抗取其所在电网平均电压，则标幺电抗就可以直接相加，而不需要换算。 标幺值法优点： 电抗计算不需要换算 公式与单相公式形式相同,G,3.3.4 两相短路电流的计算,由图 只考虑电抗其他两相短路参数都可按前面三相短路电流公式计算 与三相短路电流计算的关系三相短路电流用于短路效应校验和

12、开断能力。 两相短路电流用于校验保护相间短路灵敏度。,G,3.3.5 单相短路电流的计算,在大接地电流系统中，发生单相短路时，短路电流,3.4 大容量电动机对短路电流的影响,电动机附近短路，电网电压的突然降低，会使电动机的反电势高于加在电动机端点上的电压，电动机工作在发电状态，向短路点回馈电流。 感应式异步电动机 高压大于1000KW，低压大于100KW，考虑影响 仅考虑对冲击电流的影响 短路电流冲击系数，高压电动机一般取1.41.6；低压电动机一般取 1。电动机的额定电流。,E*电动机的次暂态电 势，一般为0.9； X* 电动机的次暂态电抗，一般为0.2；,工程设计中可近似取为：, 短路电流

13、冲击系数，高压电动机一般取1.41.6；低压电动机一般取 1。电动机的额定电流。,3.5低压电网短路电路计算,一 低压电网短路电流计算的特点： 一般容量不大于高压供电电源容量的5 %按无限大电源考虑。 各元件电阻值相对较大，一般不能忽略。 冲击系数在11.3范围内 电压只有一级，采用有名法较为方便,二 各元件阻抗与欧姆法介绍计算方法一样，并可查表求得。它包括：系统电源阻抗变压器阻抗 母线阻抗 配电线路阻抗 低压电器阻抗,三 短路电流计算 （一）三相短路电流计算和两相短路电流 计算与欧姆法介绍计算方法一样。 （二）单相短路电流周期分量计算低压380/220 三相四线制配电网络中，常发生相 零之间

14、单相短路，其计算公式为：,R0, X0为“相 零”回路中电阻与电抗之和，可查表获得。Up 电源的相电压。,3.6 短路电流的效应和稳定度校验,供电系统短路时，短路电流很大，导体间 产生很大的电磁相互作用力-电动力效应-设备变形 产生很高的热量-热效应-烧坏设备或降低寿命 3.6.1 短路电流的电动力效应 和动稳定度 两平行线间的电动力若两平行导体通过电流 方向相同，受吸力 方向相反，受斥力a-两导体的轴线距离,(m)；l-档距（即相邻的两支点间 距离, (m)；,三相平行线间的电动力最大电动力发生在三相短路时的中间相，其电动力为用于校验电气设备和导体的动稳定度。 动稳定度的校验条件动稳定度：设

15、备能够承受短路产生电动力的能力 1.一般电器imax 电器的极限通过电流（峰值; Imax 电器的极限通过电流（有效值。,2.对绝缘子动稳定度校验Fal Fc(3) Fal =0.6FWFal 绝缘子的最大允许载荷,由产品样本查得;Fc(3)短路时作用在绝缘子上的计算力;FW绝缘子的抗弯破坏载荷 母线在绝缘子上为平放： 母线在绝缘子上为竖放：,3.对母线等硬导体 一般按短路时所受到的最大应力来校验。母线材料的最大允许应力，硬铜(TM Y):硬铝(LMY)：母线通过 是所受到的最大应力。,母线通过 是所受到的弯曲力矩， 单位 Nm,当母线的档数为12时, 当母线的档数为2时,W母线截面系数，单位：M3 b 截面水平宽度, h截面水平高度 4.电缆本身的机械强度很好，不必校验动稳定,3.6.2 短路电流的热效应,（一）短路时导体的发热过程与计算 1.过程： 短路前正常负荷时的温度；发生短路；切除故障时间； 时导体温度。短路持续时间要求：,t1,t2,t,l,k,0,2.计算计算 的值。与 相对应的热量为 由于计算困难，一般采用等效方法， 为短路发热假想时间。,