《建筑供配电-第3章短路电流及其计算》由会员分享，可在线阅读，更多相关《建筑供配电-第3章短路电流及其计算（74页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,建筑供配电,第3章 短路电流及其计算,苏州科技学院 机电工程系,2,第一节 短路与短路电流的基本概念 第二节 无限大容量电力系统中三相短 路电流的计算 第三节 无限大容量电力系统中两相和单相短 路电流的计算 第四节 短路电流的效应和稳定度校验,3,一、短路的原因、后果及其形式 1.短路的概念 所谓短路（short circuit），是指电力系统中一切不正常的相与相之间或相与地之间（对于中性点接地的系统）发生通路的情况。 2.短路的原因 电器绝缘损坏； 运行人员误操作； 其他因素。,第一节 短路电流的基本概念,4,3.短路的危害,短路电流的热效应使设备急剧发热，可能导致设备过热损坏 ； 短路
2、电流产生很大的电动力，可能使设备永久变形或严重损坏 ； 短路时系统电压大幅度下降，严重影响用户的正常工作 ； 短路可能使电力系统的运行失去稳定 ； 不对称短路产生的不平衡磁场，会对附近的通讯系统及弱电设备产生电磁干扰，影响其正常工作 。,第一节 短路与短路电流的基本概念,5,4.短路的类型,对称短路：三相短路 不对称短路：两相短路、两相接地短路 单相接地短路,第一节 短路与短路电流的基本概念,6,第一节 短路与短路 电流的基本概念,7,5.短路电流计算目的,选择和校验各种电气设备及继电保护装置，例 如断路器、互感器、电抗器、母线等 ； 用系统最大运行下三相短路电流选择和校验电 器和导体； 用系
3、统最小运行下两相短路电流作为校验保护 装置灵敏系数的依据。,第一节 短路与短路电流的基本概念,6.短路电流常采用近似计算方法，结果偏 大，但最大误差不超过15%。,8,二、无限大容量电力系统中三相短路的物理过程,无限大容量只是一个相对概念，指端电压保持恒定（Um为常数），电源系统的容量相对于用户容量大得多，在发生三相短路时电源系统的阻抗远远小于短路回路的总阻抗，以致无论用户负荷如何变化甚至发生短路，系统的母线电压都能基本维持不变。,在工程计算中，当电源系统的阻抗不大于短路回路总阻抗的5%10%，或者电源系统的容量超过用户容量的50倍时，可将其视为无限大容量电源系统。,第一节 短路与短路电流的基
4、本概念,9,R,R,R,L,L,L,K(3),第一节 短路与短路电流的有关概念,无限大容量系统三相短路,10,短路电流,ip短路电流周期分量；inp短路电流周期分量。,第一节 短路与短路电流的有关概念,(3-1),(t),Ik.m短路电流周期分量幅值， Ik.m =Um/|Z|； I短路稳态电流,11,第一节 短路与短路电流的有关概念,12,短路电流的周期分量为：,t=0时，,第一节 短路与短路电流的有关概念,三、与短路有关的物理量,1.短路电流的周期分量,(3-5),当电路的参数已知时，短路电流周期分量的幅值不变。,I”短路暂态电流。,k=90,.,13,(3-7),第一节 短路与短路电流的
5、有关概念,2.短路电流的非周期分量,当电路的参数已知时，短路电流非周期分量则是按指数规律单调衰减的直流电流。,14,3. 短路的全电流 短路的全电流可以用下式表示,（3-8）,第一节 短路与短路电流的有关概念,短路的全电流有效值为,15,在短路发生后约半个周期出现短路电流最大可能的瞬时值叫短路冲击电流，用ish表示。,式中 Ksh称为短路电流冲击系数，1 Ksh 2。 在高压供电系统中通常取Ksh =1.8； 低压供电系统中如容量为1000kVA以下车间变电所的出口处发生短路，常取Ksh =1.3。,第一节 短路与短路电流的有关概念,4.短路冲击电流,16,短路全电流最大有效值,短路全电流最大
6、有效值也叫冲击电流有效值。 短路冲击电流有效值指的是短路后的第一个周期内短路全电流的有效值。 为了简化计算，可假定非周期分量在短路后第一个周期内恒定不变，取该中心时刻t=0.01s的电流值计算。对于周期分量，无论是否为无穷大容量电源系统，在短路后第一个周期内都可认为是幅值恒定的正弦量。所以,第一节 短路与短路电流的有关概念,17,由于：在高压供电系统中通常取Ksh =1.8； 低压供电系统中如容量为 1000kVA 以下车间变电所的出口处发生短路，常取Ksh =1.3。,第一节 短路与短路电流的有关概念,18,5.短路稳态电流 短路稳态电流是短路电流的非周期分量衰减完毕后的短路全电流，其有效值
7、用I表示。如,第一节 短路与短路电流的有关概念,19,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 二、采用欧姆法进行短路计算 三、采用标幺制法进行短路计算 四、低压电网的短路计算 五、单相短路电流计算,20,一、概述 短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（又称欧姆值法、有名值法）和标幺制法（又称相对单位制法）。 短路计算中有关物理量在工程中常用以下单位：电流单位为“千安”(kA)，电压单位为“千伏”(kV)，短路容量和断路容量单位为“兆伏安”(MVA)，设备容量单位为“千瓦”(kW)或“千伏安”(kVA)，阻抗单位为“欧姆”（）等。,第二节 无限大容量电力系统中三相短路电流的计算,
8、21,二、采用欧姆法进行短路电流计算 （1）短路电流周期分量有效值为 （2）三相短路次暂态电流和稳态电流有效值 （3）三相短路冲击电流及其有效值 （4）三相短路容量为,第二节 无限大容量电力系统中三相短路电流的计算,22,欧姆法计算步骤 1。电力系统的阻抗 已知馈线断路器断流容量时 Soc（断路器断流容量，可查表获得）的单位为MVA，Uc为高压馈电线的短路计算电压。,第二节 无限大容量电力系统中三相短路电流的计算,23,（2） 电力变压器的阻抗,uk%短路电压百分值；查附录表8，p381 SN变压器额定容量，kVA Pk变压器短路损耗，kW；查附录表8，p381,第二节 无限大容量电力系统中三
9、相短路电流的计算,变压器阻抗欧姆值为,24,（3）电力线路的阻抗,X0和R0分别为线路的单位电抗和电阻,可查有关手册和附录表3，P378； l为线路长度，km。,第二节 无限大容量电力系统中三相短路电流的计算,线路阻抗欧姆值,25,（4）发电机的阻抗,X”*G -发电机额定电抗标幺值 UNG-发电机的额定电压(线电压 KV) ING-发电机的额定电流(kA),第二节 无限大容量电力系统中三相短路电流的计算,同步发电机的次暂态电抗的欧姆值为：,26,（5）电抗器,必须强调的是，安装电抗器的网路电压不一定和电抗器的额定电压相等，如10kV的电抗器装在6kV的线路中，因此必须取电抗器所在电压等级的额
10、定电压。,XL%电抗百分比； UNL额定电压，KV； INL额定电流，KA。,第二节 无限大容量电力系统中三相短路电流的计算,电抗器电抗欧姆值为：,27,2. 电气元件阻抗值的换算 计算短路点的总阻抗时，如果电路中含有变压器，电路内各元件的阻抗值应统一换算到短路点的短路计算电压上去，依据是功率损耗不变，换算公式为,第二节 无限大容量电力系统中三相短路电流的计算,28,例3-1 某供电系统如图3-4所示。已知电力系统出口断路器为SN10-10型。试求工厂变电所高压10kV母线上点短路和低压 380V母线上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 解：1. 求k-1点的
11、三相短路电流和短路容量（Uc1= 10.5 kv） (1)计算短路电路中各元件的电抗和总电抗 1)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=500 MVA，因此,29,2) 架空线路的电抗：由表3-1查得X0 =0.35/km ,因此 3)绘k -1点短路的等效电路如图3-5所示，图上标出各元件的 序号（分子）和电抗值（分母），然后计算电路的总电抗：,图3-5 例3-1的短路等效电路图（欧姆法）,30,(2)计算三相短路电流和短路容量 1) 三相短路电流周期分量有效值：,2)三相短路次暂态电流和稳态电流有效值：,31,3)三相短路冲击电流及其有效值： 4)三相
12、短路容量：,32,2. 求k -2点的短路电流和短路容量（Uc2= 0.4kV ） (1) 计算短路电路中各元件的电抗及总电抗 1)电力系统的电抗： 2) 架空线路的电抗： 3) 电力变压器的电抗：由附录表8查得Uk4.5，因此,33,4)绘k -2点短路的等效电路如图3-6所示，并计算其总电抗：,图3-6 例3-1的短路等效电路图（欧姆法）,34,(2)计算三相短路电流和短路容量 1)三相短路电流周期分量有效值： 2)三相短路次暂态电流和稳态电流： 3)三相短路冲击电流及其有效值：,35,4)三相短路容量： 在供电工程设计说明书中，往往只列短路计算表，如表3-2所示。 表3-2 例3-1的短
13、路计算表,36,三、采用标幺值法进行短路计算 1.标幺值的定义,标幺制是相对单位制的一种，在标幺制中各物理量都用相对值表示，标幺值的定义如下：,注：标幺值是一个没有单位的相对值，通常用带*的上标以示区别。,第二节 无限大容量电力系统中三相短路电流的计算,37,第二节 无限大容量电力系统中三相短路电流的计算,各量基准值之间必须服从电路的欧姆定律和功率方程式。也就是说在三相电路中，电压、电流、功率和阻抗的基准值Ud、 Id 、 Sd 、 Zd要满足下列关系：,38,选定了容量基准值 Sd和电压基准值Ud后，则有： 基准电流 基准电抗,第二节 无限大容量电力系统中三相短路电流的计算,（3-30）,3
14、9,2.电气元件的标幺值计算 （1）电力系统的电抗标幺值,第二节 无限大容量电力系统中三相短路电流的计算,(2) 变压器的基准电抗标幺值,式（3-23）,40,(3)线路的电抗标幺值,线路电抗基准标幺值为:,第二节 无限大容量电力系统中三相短路电流的计算,41,3. 无限大容量电力系统三相短路电流的计算 首先画计算电路图。求出短路回路总阻抗，再画出等值电路图。 短路电流周期分量有效值为 用标幺值计算短路电流周期分量有效值为,第二节 无限大容量电力系统中三相短路电流的计算,42,（2）三相短路次暂态电流和稳态电流有效值 （3）三相短路冲击电流及其有效值 （4）用标幺值计算的三相短路容量为,第二节
15、 无限大容量电力系统中三相短路电流的计算,43,例3-2 试用标幺制法计算例 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 而,44,(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,45,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。 图3-6 例3-2的短路等效电路图（标幺制法） (3) 计算 k -1点的短路电路总电抗标
16、幺值及三相短路电流和短路容量 1) 总电抗标幺值,46,2)三相短路电流周期器分量有效值 3)其他三相短路电流 4)三相短路容量,47,四、低压电网的短路电流计算 （1）短路电流周期分量有效值为 （2三相短路次暂态电流和稳态电流有效值 (3)三相短路冲击电流及其有效值 （3-16） （3-17） （4）三相短路容量为 （3-20）,第二节 无限大容量电力系统中三相短路电流的计算,（3-18）,48,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=
