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1、第三章 短路电流计算,第一节 概述 第二节 供电系统短路过程的分析 第三节 高压电网短路电流计算 第四节 低压电网短路电流计算 第五节 短路电流的效应 本章小结,一、短路及其原因、后果,第一节 概述,短路指两个或多个导电部分之间意外的或有意的形成的导电通路，此通路迫使这些导电部分之间的电位差等于或接近于零。,主要原因：电气设备载流部分的绝缘损坏，其次是人员误操作、鸟兽危害等。,短路电流往往要比正常负荷电流大十几倍或几十倍。,短路后果： 产生的热量，使设备温度急剧上升，会使绝缘老化或损坏； 产生的电动力，会使设备载流部分变形或损坏； 使系统电压骤降，影响系统其他设备的正常运行； 严重的短路会影响
2、系统的稳定性； 短路还会造成停电； 不对称短路的短路电流会对通信和电子设备等产生电磁干扰等。,二、短路的类型,相（线）对地短路在中性点直接接地或中性点经阻抗接地系统中发生的相（线）导体和大地之间的短路。,相（线）间短路两根或多根相（线）导体之间的短路，在同一处它可伴随或不伴随相对地短路。,低压配电系统中还会发生相（线）导体对中性导体短路，简称单相短路。,三、计算短路电流的目的,计算短路电流的目的主要是为了正确选择和检验电器、电线电缆及短路保护装置。三相对称短路是用户供电系统中危害最严重的短路形式，因此，三相对称短路电流初始值是选择和检验电器、电线电缆的基本依据。在继电保护装置的整定及灵敏系数检
3、验时，还需计算不对称短路的最小短路电流值；在检验电器及载流导体的电动力稳定和热稳定时，还要用到三相短路电流峰值、三相稳态短路电流。另外，在计算大中型电动机的起动压降时，要用到三相短路容量；在验算接地装置的接触电压与跨步电压时，要用到单相对地短路电流等。,一、远端短路和近端短路,如果以供电电源容量为基准的短路回路计算阻抗不小于3，短路时即认为电源母线电压将维持不变，不考虑短路电流交流分量（周期分量）的衰减，可按短路电流不含衰减交流分量的系统，即无限大电源容量的系统或远离发电机端短路进行计算。 否则，应按短路电流含衰减交流分量的系统，即有限电源容量的系统或靠近发电机端短路进行计算。,二、远端短路过
4、程的简单分析,单端电源网络，内部某处发生三相短路并在短路持续时间内保持短路相数不变。,第二节 供电系统短路过程的分析,等效电路的电压方程：,微分方程解：,当t0时，由于短路电路存在着电感，因此电流不会突变，即ik0=i0，可求得积分常数，即,则,无限大容量系统发生三相短路时的电压、电流曲线如下图：,i, u,三、有关短路的物理量,1.短路电流周期分量,t=0时,由于,对称短路电流初始值,2.短路电流非周期分量,由于,故,越大，越小，衰减越快。,3.短路全电流,有效值,4.短路电流峰值,短路全电流ikT的最大有效值,短路电流峰值（冲击）系数,5.稳态短路电流,对无限大电源容量系统中或远离发电机短
5、路，短路电流周期分量不衰减，即Ik = 。,第三节 高压电网短路电流计算,短路计算电压系数 c=1.05,三相对称短路电流周期分量的初始值,在高压电路的短路计算中，通常只计电抗，不计电阻。故,计算短路电流的关键便是求出 。,短路电流计算方法： 标幺制 有名单位制,一、标幺制,按标幺值法进行短路计算时，一般是先选定基准容量Sd和基准电压Ud。,标幺值,基准容量取,基准电流（kA）,基准电压取元件所在处的短路计算电压为基准电压（kV），即,基准电抗（）,二、供电系统各元件电抗标幺值,1）电力系统的电抗标幺值,电抗,电抗标幺值,电力系统变电所高压馈电线出口处设计规划的三相对称短路容量初始值（MVA）
6、,2.电力线路的电抗标么值,线路单位长度的电抗,电力线路所在处的系统标称电压（kV）,3.电力变压器的电抗标幺值,因为,所以,电抗标幺值,变压器的阻抗电压百分值,变压器的额定容量，特别注意单位应与基准容量一致（MVA）,4.限流电抗器的电抗标么值,利用其等效电路图进行电路化简求总电抗标么值,。,三、三相短路电流计算,三相对称短路电流初始值（kA）,三相短路容量（MVA）:,三相对称短路电流初始值的标么值,三相对称开断电流（有效值)（kA）,三相稳态短路电流（kA）,三相短路电流峰值（kA）,三相短路冲击电流有效值（kA）,例3-1 某用户供配电系统如图3-5所示。己知电力系统变电所高压馈电线出
7、口处在系统最大运行方式下的三相对称短路容量为 =250MVA，,试求工厂变电所在系统最大运行方式下，10kV母线上k-1点短路和两台变压器并联运行和分列运行两种情况下低压380V母线上k-2点三相短路时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幺值,1）电力系统,2)架空线路,3）电力变压器,3.求k-1点的短路电路总阻抗标么值及三相短路电流和短路容量,1）总电抗标么值,2）三相对称短路电流初始值,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么值及三相短路电流和短路容量,两台变压器并联运行情况下：,1）总电抗标么值,2) 三
8、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,两台变压器分列运行情况下：,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,在实际工程中，两台变压器通常采用分列运行的方式来限制低压母线的短路电流。,表3-1 例3-1的短路计算表,四、两相短路电流的计算,在远离发电机端发生两相短路时，其两相短路电流,只计电抗时,两相短路电流与三相短路电流的关系,五、短路点附近交流电动机的反馈对冲击电流影响,当高压电网短路点附近直接接有高压电动机时，应计入电动机对三相对称短路电流的影响。,异步电动机反馈的短路电流峰值（kA）,短路点的三相短路电
9、流峰值,异步电动机提供的短路电流峰值系数,第四节 低压电网短路电流的计算,一、低压电网短路计算的特点,直接将变压器高压侧系统看作是远离发电机端。 计入短路回路各元件的有效电阻。 当电路电阻较大，短路电流直流分量衰减较快。 单位线路长度电阻的计算温度不同，在计算三相最大短路电流时，导体计算温度取为20；在计算单相短路（包括单相对地短路）电流时，假设的计算温度升高，电阻值增大，其值一般取20时电阻的1.5倍。 计算过程采用有名单位制（欧姆制）。 计算220/380V电网三相短路电流时，电压系数c1.05；计算单相短路电流时，电压系数c1。,二、三相和两相短路电流的计算,短路电流周期分量有效值（kA
10、）,1.高压侧系统的阻抗,电源至短路点的总阻抗 （ ）包括变压器高压侧系统、变压器、低压母线及配电线路等元件的阻抗；开关电器及导线等接触电阻可忽略不计。,低压电网的标称电压（380V）,归算到低压侧的高压系统阻抗可按下式计算：,2变压器的阻抗,归算到低压侧的变压器阻抗可按下式计算：,3.低压母线、配电线路的阻抗,两相短路电流,三相短路回路总阻抗,低压母线、配电线路的单位长度电阻、电抗值（m/m）,当低压电网短路点附近所接交流电动机的额定电流之和超过短路电流的1%时，应计入低压电动机反馈电流的影响。,三、单相短路（包括单相对地短路）电流的计算,（一）低压TN系统单相对地短路电流的计算,低压TN系
11、统中发生单相对地短路时，根据对称分量法可求得其单相对地短路电流为,PE,正序阻抗,负序阻抗,零序阻抗,总相保护导体电阻,总相保护导体电抗,1.高压侧系统的相保护导体阻抗,（三相三线制）,故,2. 配电变压器的相保护导体阻抗,（1）对于Dyn11联接组,（2）对于Yyn0联接组,比正序阻抗大得多,3. 低压母线、配电线路的相保护导体阻抗,三相四线制,故,（二）低压TN、TT系统单相短路电流的计算,TN系统和TT系统的相导体对中性导体的单相短路电流,的计算，与上述单相接地故障电流计算相似，仅将元件的相保护导体阻抗改为相中性导体阻抗。,（三）单相短路（包括单相对地短路）电流与三相短路电流的关系,远离
12、发电机,Dyn11联结变压器低压侧的单相对地短路电流要比同等容量的Yyn0联结变压器低压侧的单相对地短路电流大得多。,例3-2 某用户10/0.38kV变电所的变压器为SCB10-1000/10型，Dyn11联结，已知变压器高压侧短路容量为150MVA，其低压配电网络短路计算电路如图3-9所示。求短路点k-1、k-2、k-3处的三相短路电流和单相对地短路电流。,解：1、计算有关电路元件的阻抗,1）高压系统电抗（归算到400V侧）,2）变压器的阻抗（Dyn11联结）,3）母线和电缆的阻抗,母线WC,电缆WD,2、计算各短路点的短路电流,1）k-1点的三相和单相短路电流,2）k-2点的三相和单相短
13、路电流,3）k-3点的三相和单相短路电流,表3-2 例3-2的短路计算表,第五节 短路电流的效应,一、短路电流的电动力效应,强大的短路电流通过电器和导体，将产生: 电动力效应，可能使电器和导体受到破坏或产生永久性变形; 热效应，可能使其绝缘强度降低，加速绝缘老化甚至损坏。,为了正确选择电器和导体，保证在短路情况下也不损坏，必须校验其动稳定和热稳定。,对于两根平行导体，通过电流分别为i1和i2，其相互间的作用力F(单位 N）可用下面公式来计算：,相邻矩形截面导体的形状系数,两平行导体中心间距,平行导体长度,当发生三相短路故障时，短路电流冲击值通过中间相导体所产生的最大电动力为：,三、短路电流的热
14、效应,短路前后导体的温度变化,在线路发生短路时，强大的短路电流将产生很大的热量。 工程上，可近似地认为导体在短路时间内是与周围介质绝热的。,按正常工作条件选择的电器导体应能承受短路电流电动力效应的作用，不致产生永久变形或遭到机械损伤，即要求具有足够的动稳定性。,在实际短路时间tk内,短路电流的热量为,tk=tp+tb,继电保护动作时间,高压断路器的全分断时间,短路电流周期分量的热效应,短路电流非周期分量的热效应,计算短路电流非周期分量热效应的等值时间。对用户变电所各级电压母线及出线，取0.05s,因此,当tk1s时，,按正常工作条件选择的电器导体必须能承受短路电流热效应的作用，不致产生软化变形损坏，即要求具有一定的热稳定性。,短路时间,本章小结,本章重点：高压电网短路电流的计算方法、低压电网短路电流的计算方法、短路电流的效应。 本章难点：低压电网单相短路电流的计算。 教学基本要求： 了解短路的原因、后果及形式； 熟悉供电系统短路过程、短路电流的效应。 掌握高压电网短路电流的计算方法、低压电网短路电流的计算方法。,对称分量法计算不对称短路,对称分量法指出，如果某组三相不对称的相量 , 可将每相的量分解为正序、负序和零序三个分量之和：即,式中，,不对称短路计算电路图,正序网络,负序网络,零序网络,对于单相短路，由对称分量法得,
