短路电流分析与计算－－电气设计论文

短路电流分析与计算【摘要】本文简要介绍了短路的类型、产生原因、后果、具体形式及短路电流的计算方法，分析了短路电流计算方法的应用范围及在使用中应注意的问题，供广大建筑电气同仁参考。【关键词】短路三相短路电流有效值兆伏安法标么值法欧姆法一短路的形式、原因及后果在供电系统中，出现次数比较多的严重故障就是短路，所谓短路是指供电系统中不等电位的导体在电气上被短接。电气短路有两类，一类是金属性短路，另一类是电弧性短路。接地电弧性短路最危险且多发的电气火灾隐患接地电弧性短路是由于短路点迸发电弧或电火花，它的短路电流不大，短路与过载保护设备不会动作，而电弧则持续存在，其局部温度可高达，很易引燃近旁可燃物质，这种短路电弧往往成为火灾的点火源。因此，接地电弧性短路是最常见且多发的电气火灾起因。国外电气防火研究的结论如此，我国这几年一些电气短路火灾的现场分析结果也是如此。其实接地电弧短路火灾的防范并不复杂，只需在楼房的电源进线总开关上增加防漏电保护功能即可，它可在发生接地性电弧短路时及时切断电源。如果不了解接地电弧短路起火的多发性和危险性而对它不加防范，就会频频发生电气短路,从而引起火灾。年中国消防协会电气防火专业委员会年会的纪要提出这类接地电弧性短路起火占短路起火火灾的以上，如果能在电源进线上装设带漏电保护功能的开关，便可有效地消除接地电弧起隐患，从而大幅度降低短路起火的发生率。2金属性短路短路电流大，线路能产生高温，发生短路时，由于系统中总阻抗大大减少，因而短路电流可能达到很大数值。这样大的电流所产生的热效应和机械效应会使电气设备受到破坏；同时短路点的电压降到零，短路点附近的电压也相应地显著降低，使此处的供电系统受到严重影响或被迫中断；若在发电厂附近发生短路，还可能使整个电力系统运行解列，引起严重后果。在三相供电系统中，可能发生的主要短路类型有三相短路、二相短路、两相接地短路和单相接地短路，三相短路属对称短路，其余三种为不对称短路。在四种短路故障中，出现单相短路故障的机率最大，三相短路故障的机率最小。但在电力系统中，用三相短路作为最严重的故障方式，来验算电器设备的运行能力。为了限制发生短路时所造成的危害和故障范围的扩大，需要进行短路电流计算，以便校验电气设备的动热稳定性、选择和整定继电保护装置、确定限流措施、选择主接线方案及低压断路器的选择。3电气线路发生短路主要有两个原因1是系机械损伤，线芯外露接触不同电位导体而短路。2是电气线路因过热、水浸、阳光敷设等作用导致电气设备载流部分绝缘水平下降，在电气外因触发下，例如受雷电瞬态过电压或电网暂态过电压的冲击，使耐压程度过低的绝缘部分被击穿而造成短路。这些原因中线路过热导致绝缘劣化最为常见。另外人为误操作及鸟兽跨越裸导体等也是引起短路的原因。二短路的物理过程及计算方法当突然发生短路时，系统总是由工作状态经过一个暂态过程进入短路稳定状态。暂态过程中的短路电流比其稳态短路电流大的多，虽历时很短，但对电器设备的危害性远比稳态短路电流严重得多。有限电源容量系统的暂态过程要比无限大电源容量系统的暂态过程复杂的多，在计算建筑配电工程三相短路电流时，都按无限大电源容量系统来考虑。短路全电流IK由两部分组成IKIZIF一部分短路电流随时间按正弦规律变化，称为周期分量IZ；另一部分因回路中存在电感而引起的自感电流，称为非周期分量IF。短路冲击电流短路电流峰值或短路全电流瞬时最大值ICH1E001/TAIKCHIKCH1E001/TA短路电流冲击系数,取决于回路时间常数TAL/R的大小，一般在1318范围内变化。当高压回路发生短路时，因RX/3故TA取平均值为005S，此时KCH18,ICH255I短路冲击电流周期分量有效值ICH152I。当低压电网中发生三相短路时，一般可取KCH13此时ICH184IICH109I。IT02S时短路电流周期分量有效值，也称超瞬变短路电流有效值II02IDI02短路后02S的短路电流周期分量有效值ID或I稳态短路电流有效值在高压供电系统中常采用标么值（相对值）法和兆伏安MVA法来计算短路电流；在低压供电系统中，常采用有名值法（绝对值法或欧姆法）来计算低压回路短路电流。三计算方法类型1兆伏安法即短路容量法，也叫短路功率法，是因在短路计算中以元件的短路容量来代替元件的阻抗而得名。兆伏安法实质上是欧姆法的变形，欧姆法的计算公式IDUB/Z，即短路电流ID大小完全取决于阻抗Z。而短路容量为SDUB2/Z，在无限大电源容量系统中UB为常数，因此SD1/Z，可见以元件的短路容量来替代其阻抗，与阻抗一样可表述元件在短路中的作用。2标么值法也叫相对值法，某一物理量的相对值为该物理量的实际值与某一选定的同单位的基准值之比。基准值有四个，即基准容量（常取100MVA），基准电压UB105UN，基准电流IBSB/3UB，基准电抗XBUB/IBUB2/SB。3欧姆法又叫有名单位制法，它是由于短路计算中的阻抗都采用有名单位“欧姆”而得名。用欧姆法计算短路电路的总阻抗必须把所有元件阻抗换算成欧姆值，凡通过变压器互连的网络应各电压元件的欧姆值统一算到短路点所处电压的欧姆值。四计算方法的比较及说明1兆伏安法计算短路电流，具有运算简单，不要记忆很多公式，不易出错等优点，在计算不对称短路电流及大型电动机起动压降时更能体现出其简便准确的优点。兆伏安法计算过程较为简单先求出电源元件的短路容量和阻抗元件短路时的通过能力，然后进行网络（串联、并联及三角形变星形）简化计算并求出短路点的短路容量，最后求出三相短路电流。2标么值法计算过程较为繁琐，计算步骤如下1按照供电系统图绘制出等效电路图，要求在图上标出各元件的参数。2选定基准容量和基准电压，并按公式求出基准电流和基准电抗。3求出供电系统各元件的电抗标么值。4求出由电源至短路点的总阻抗X5按公式I1/X求出短路电流标么值，对无限大电源容量系统，短路电流周期分量保持不变，即II02I6求出短路电流、短路冲击电流和短路容量3欧姆法计算过程也较为简单先求出各元件的阻抗值，然后根据公式计算出三相短路电流及短路容量。但用欧姆法要注意以下几点1电力系统的阻抗值，可由当地电业部门供给，但一般电力系统的电阻很小，可略去不计。电力系统的电抗值可由系统变电所高压馈电母线上的最大短路容量来求出。在高压电路中，电抗远比电阻大，所以一般只考虑电抗，不计电阻。而在低压网络中一般不允许忽略电阻的影响，只有当短路电路的RX/3，才允许不计电阻值。低压网络的短路阻抗一般很小，通常以M计。2低压元件如不太长的电缆和母线、线圈型电流互感器的一次线圈、自动空气开关的过电流脱扣线圈及开关的触头等的阻抗，对低压短路电流的大小都有影响，但为了简化计算使短路电流值偏于安全，容许不考虑占回路总阻抗不超过10的元件，在一般短路计算中均可略去不计。3在利用标么值法或欧姆法计算短路电路的阻抗时，假如电路内含有变压器，则电路内的各元件的阻抗都应该统一换算到短路计算点的平均额定电压上去。4在计算短路电流时，电路中各种参数的变化是很复杂的，影响的因素也很多，为简化计算，在不影响工程计算精确度的情况下，常忽略一些因素的影响。1认为变压器为理想变压器，不考虑励磁电流的影响；系统各元件的分布电容忽略不计。2以供电电源为基准的电抗标么值大于3，可认为电源容量为无限大的系统，短路电流的周期分量在短路全过程中保持不变。3短路前系统应是正常运行情况下的接线方式，不考虑在切换过程中短时出现的接线方式。4设定短路回路各元件的感抗为一常数，计算中只考虑电抗，不考虑有效电阻。只有当网络中总电阻大于总电抗1/3时，才计及有效电阻。5假定短路发生在短路电流为最大值的瞬间；所有电源的电动势相位角相同，电源都在额定负荷下运行。5当电网短路时，异步电动机有时可能向短路点反馈电流，因为短路时，电网电压下降，若电动机离短路点较远时，其电势可能小于外加电压，电动机继续从电网吸收功率，仅是电动机转速下降而已。当电动机电势大于外加电压，此时电动机和发电机一样，向短路点馈送电流。但由于反馈电流将电动机迅速制动，所以反馈衰减很快。当异步电动机的容量较小时，对短路冲击电流影响较小，一般不予考虑。只有在靠近短路点处有大于1MW以上的电动机，或接于一处总容量大于1MW的几台电动