第四章-短路计算及电器的选择校验PPT课件

第四章短路计算及电器的选择校验 第四章短路计算及电器的选择校验 第一节短路的原因 后果及其形式第二节无限大容量电力系统发生三相短路时的第三节无限大容量电力系统中的短路电流计算第四节短路电流的效应与校验第五节高低压电器的选择与校验 第一节短路的原因 后果及其形式 一 短路的原因短路是指不同电位的导体之间的电气短接 这是电力系统中最常见的一种故障 也是最严重的一种故障 电气绝缘损坏这可能是由于电气设备长期运行 其绝缘材料自然老化而损坏 也可能是由于设备本身质量不好 绝缘强度不够而被正常电压击穿 也可能是设备绝缘层受到外力损伤而导致短路 误操作例如带负荷误拉高压隔离开关 很可能导致三相弧光短路 鸟兽害例如鸟类及蛇鼠等小动物跨越在裸露的不同电位的导体之间 或者被鼠类咬坏设备或导体的绝缘层 都会引起短路故障 第一节短路的原因 后果及其形式 二 短路的后果电路短路后 其阻抗值比正常负荷时电路的阻抗值小得多 因此短路电流往往比正常负荷电流大许多倍 短路电流的电动效应和热效应短路电流将产生很大电动力和很高的温度 可能造成电路及其中设备的损坏 甚至引发火灾事故 电压骤降短路将造成系统电压骤降 越靠近短路点电压越低 这将严重影响电气设备的正常运行 造成停电事故短路时 电力系统的保护装置动作 使开关跳闸或熔断器熔断 从而造成停电事故 影响系统稳定严重的短路可使并列运行的发电机组失去同步 造成电力系统解列 破坏电力系统的稳定运行 第一节短路的原因 后果及其形式 产生电磁干扰单相接地短路电流 可对附近的通信线路 信号系统及电子设备等产生电磁干扰 使之无法正常运行 甚至引起误动作 三 短路的形式在三相系统中 可有下列短路形式 三相短路如图 所示 两相短路如图 所示 单相短路如图 所示 两相接地短路如图 所示 为中性点不接地的电力系统中两不同相的单相接地所形成的两相短路 也指如图 所示的两相短路又接地的情况 第一节短路的原因 后果及其形式 图 短路的形式 第二节无限大容量电力系统发生三相短路时的 一 无限大容量电力系统及其三相短路的物理过程无限大容量电力系统 就是其容量相对于用户内部供配电系统容量大得多的电力系统 以致用户的负荷不论如何变动甚至发生短路时 电力系统变电所馈电母线的电压能基本维持不变 图 无限大容量系统中发生三相短路 线路阻抗 负荷阻抗 第二节无限大容量电力系统发生三相短路时的 图 无限大容量系统中发生三相短路前后的电压电流曲线 二 有关短路的物理量 第二节无限大容量电力系统发生三相短路时的 一 短路电流周期分量 二 短路电流非周期分量 三 短路全电流 四 短路冲击电流 五 短路稳态电流 第三节无限大容量电力系统中的短路电流计算 一 短路电流计算概述供配电系统要求对用户安全可靠地供电 但是由于各种原因 也难免出现故障 其中最常见的故障就是短路 而短路的后果十分严重 直接影响供配电系统及电气设备的安全运行 二 采用欧姆法进行三相短路的计算欧姆法 是因其短路计算中的阻抗都采用有名单位 欧姆 而得名 亦称有名单位制法 1 电力系统 电源 的阻抗计算2 电力变压器的阻抗计算 电力变压器的电阻 电力变压器的电抗 3 电力线路的阻抗计算 第三节无限大容量电力系统中的短路电流计算 电力线路的电阻 电力线路的电抗 表 电力线路每相的单位长度电抗平均值 第三节无限大容量电力系统中的短路电流计算 图 例 的短路计算电路图 例 某供配电系统如图所示 已知电力系统出口断路器为 型 第三节无限大容量电力系统中的短路电流计算 试求该用户变电所高压 母线上 点短路和低压 母线上 点短路的三相短路电流和短路容量 解1 求 点的三相短路电流和短路容量 计算短路电路中各元件的电抗和总电抗 电力系统的电抗 由附表2可查得 型断路器的断流容量 因此 架空线路的电抗 由表 查得 因此 绘 点短路的等效电路如图 所示 并计算其总电抗如下 第三节无限大容量电力系统中的短路电流计算 图 例 的短路等效电路图 欧姆法 计算三相短路电流和短路容量 第三节无限大容量电力系统中的短路电流计算 三相短路电流周期分量有效值 三相短路次暂态电流和稳态电流有效值 三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值 三相短路容量 2 求 点的三相短路电流和短路容量 计算短路电路中各元件的电抗及总电抗 电力系统的电抗 架空线路的电抗 电力变压器的电抗 由附表1得 5 因此 绘 点短路的等效电路如图 所示 并计算其总电抗如下 计算三相短路电流和短路容量 第三节无限大容量电力系统中的短路电流计算 三相短路电流周期分量有效值 三相短路次暂态电流和稳态电流有效值 三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值 三相短路容量 表 例 的短路计算表 三 采用标幺制法进行三相短路的计算标幺制法 因其短路计算中的有关物理量是采用标幺值 相对值 而得名 又称相对单位制法 电力系统的电抗标幺值 第三节无限大容量电力系统中的短路电流计算 电力变压器的电抗标幺值 电力线路的电抗标幺值例 试用标幺制法计算例 所示供配电系统中 点和 点的三相短路电流和短路容量 解 确定基准值 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值 电力系统的电抗标幺值 由附表2查得 型断路器的 因此 架空线路的电抗标幺值 由表 查得 因此 电力变压器的电抗标幺值 由附表1查得 因此 第三节无限大容量电力系统中的短路电流计算 图 例 的短路等效电路图 标幺制法 求 点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 总电抗标幺值 三相短路电流周期分量有效值 第三节无限大容量电力系统中的短路电流计算 其他三相短路电流 三相短路容量 求 点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 总电抗标幺值 三相短路电流周期分量有效值 其他三相短路电流 三相短路容量 图 无限大容量系统中发生两相短路 第三节无限大容量电力系统中的短路电流计算 四 两相短路电流的计算在无限大容量系统中发生两相短路时 参看图 其两相短路电流周期分量有效值 简称两相短路电流 为 第三节无限大容量电力系统中的短路电流计算 式 仅限于无限大容量系统 即远离系统发电机的情况 如果在发电机出口短路时 则 五 单相短路电流的计算在大接地电流系统和三相四线制配电系统中发生单相短路时 参看图 根据对称分量法可求得其单相短路电流为 第四节短路电流的效应与校验 一 短路电流的电动效应与动稳定度校验 一 短路电流的电动效应 二 短路动稳定度的校验 一般电器的动稳定度校验条件为 绝缘子的动稳定度校验条件为 图 母线在绝缘子上的放置方式 第四节短路电流的效应与校验 母线的动稳定度校验条件为 三 对短路点附近交流电动机反馈冲击电流影响的考虑 图 大容量电动机对短路点反馈冲击电流 第四节短路电流的效应与校验 表 电动机的 和 值 例 设例 所示用户变电所 侧母线上接有 感应电动机组 其平均 效率 该母线采用 的硬铝母线 水平平放 档距为 档数大于2 相邻相间距离为 试求该母线三相短路时所受的最大电动力 并校验其动稳定度 解 计算母线三相短路时所受的最大电动力 校验母线短路时的动稳定度二 短路电流的热效应与热稳定度校验 第四节短路电流的效应与校验 一 短路电流的热效应 图 短路前后导体的温升变化曲线 第四节短路电流的效应与校验 图 短路产生的热量与短路发热假想时间 二 短路热稳定度的校验 第四节短路电流的效应与校验 一般电器的热稳定度校验条件为 母线 电缆和绝缘导线的热稳定度校验条件可按 校验 但 的确定比较麻烦 因此通常采用满足热稳定条件的最小截面积 来校验 其校验条件为 例 试校验例 所示用户变电所 侧母线的短路热稳定度 已知此母线的短路保护动作时间为 低压断路器的断路时间为 解已知 3 7 并由附表14查得 而 因此最小热稳定截面积为 第五节高低压电器的选择与校验 一 概述高 低压电器的选择 必须满足其在一次电路正常条件下和短路故障情况下工作的要求 第五节高低压电器的选择与校验 表 高 低压电器的选择校验项目和条件 第五节高低压电器的选择与校验 2 对 并联电容器 尚须按容量 或 选择 对 互感器 尚须校验其准确度级要求 3 表中未列 频率 项目 电器的额定频率应与所在电路的频率一致 二 熔断器的选择与校验 一 熔断器熔体电流的选择1 保护电力线路的熔断器熔体电流的选择 熔体额定电流 应不小于线路的计算电流 以使熔体在线路正常最大负荷下运行时不致熔断 即 熔体额定电流 还应躲过线路的尖峰电流 以使熔体在线路出现尖峰电流时也不致熔断 即 第五节高低压电器的选择与校验 对供单台电动机的线路 如起动时间 轻载起动 宜取 重载起动 宜取 及频繁起动或反接制动 宜取 对供多台电动机的线路 值应视线路上最大一台电动机的起动情况 线路计算电流与尖峰电流的比值及熔断器的特性而定 取为 如果线路 则可取 熔断器保护还应与被保护的线路相配合 使之不致发生因线路过负荷或短路已导致绝缘导线或电缆过热甚至起燃而熔断器熔体不熔断的事故 因此还应满足以下条件 如果熔断器只作短路保护时 对电缆和穿管绝缘导线 可取 对明敷绝缘导线 可取 第五节高低压电器的选择与校验 如果熔断器不只作短路保护 而且要求同时作过负荷保护时 例如住宅建筑 重要仓库和公共建筑中的照明线路 有可能长时间过负荷的动力线路以及在可燃建筑物构架上明敷的有延燃性外皮的绝缘导线线路 则应取 2 保护电力变压器的熔断器熔体电流的选择 熔体电流要躲过变压器允许的正常过负荷电流 熔体电流还要躲过来自变压器低压侧的电动机自起动引起的尖峰电流 第五节高低压电器的选择与校验 熔体电流还要躲过变压器自身的励磁涌流 这涌流是变压器空载投入时或者在外部故障切除后突然恢复电压所产生的一个类似涌浪的电流 可高达 与三相电路突然短路时的短路全电流相似 也要衰减 但较之短路全电流的衰减速度稍慢 3 保护电压互感器的熔断器熔体电流的选择 二 熔断器规格的选择与校验 熔断器的额定电压 应不低于所在线路的额定电压 即 熔断器的额定电流 应不小于它所安装的熔体额定电流 即 熔断器断流能力的校验 第五节高低压电器的选择与校验 限流熔断器 如 等型 由于它能在短路电流达到冲击值之前灭弧 因此应满足下列条件 非限流熔断器 如 等型 由于它不能在短路电流达到冲击值之前灭弧 因此应满足下列条件 对具有断流能力上下限的熔断器 如 等跌开式熔断器 其断流能力上限应满足式 的条件 而其断流能力下限应满足下列条件 三 熔断器保护灵敏度的检验 第五节高低压电器的选择与校验 电力系统最小运行方式 是指电力系统处于短路总阻抗为最大 短路电流为最小的一种运行方式 例如两台并列运行的变压器有一台退出运行时 或者双回路线路只一回路运行时 都属于最小运行方式 第五节高低压电器的选择与校验 表 检验熔断器保护灵敏度的最小比值 据 1995 例 有一台异步电动机 额定电压为 额定容量为 额定电流为 起动电流倍数为 现拟采用 型导线穿钢管 敷设 该电动机采用 型熔断器作短路保护 已知三相短路电流 最大可达 单相短路电流 可达 试选择该熔断器及其熔体电流 并进行解 选择熔体及熔断器额定电流 校验熔断器的断流能力 第五节高低压电器的选择与校验 校验熔断器的保护灵敏度 校验熔断器保护与导线的配合 四 前后熔断器之间的选择性配合 图 熔断器保护 注 特性曲线上的斜线区表示特性曲线的偏差范围 第五节高低压电器的选择与校验 例 如图 所示电路中 假设 型 的 型 的 点的三相短路电流为 试检验 与 是否能选择性配合 解用 和 查附表 曲线得 三 低压断路器的选择与校验 一 低压断路器过电流脱扣器的选择 二 低压断路器过电流脱扣器的整定1 瞬时过电流脱扣器动作电流的整定2 短延时过电流脱扣器动作电流和动作时间的整定3 长延时过电流脱扣器动作电流和动作时间的整定 第五节高低压电器的选择与校验 4 过电流脱扣器与被保护线路的配合要求 三 低压断路器热脱扣器的选择与整定1 热脱扣器的选择2 热脱扣器的整定 四 低压断路器规格的选择与校验 低压断路器的额定电压 应不低于所在线路的额定电压 即 低压断路器的额定电流 应不小于它所安装的脱扣器额定电流 或 即 低压断路器断流能力的校验 第五节高低压电器的选择与校验 对动作时间在 以上的万能式断路器 其极限分断电流 应不小于通过它的最大三相短路电流周期分量有效值 即 对动作时间在 及以下的塑壳式断路器 其极限分断电流 或 应不小于通过它的最大三相短路冲击电流 或 即 五 低压断路器过电流保护灵敏度的检验例 有一条 动力线路 此线路首端的 末端的 当地环境温度为 该线路拟采用 导线穿硬塑管 敷设 试选择此线路上装设的 型低压断路器及其过电流脱扣器 第五节高低压电器的选择与校验 解 选择低压断路器及其过电流脱扣器 校验低压断路器的断流能力 检验低压断路器保护的灵敏度 校验低压断路器保护与导线的配合 六 前后低压断路器之间及低压断路器与熔断器之间的选择性配合 前后低压断路器之间的选择性配合 低压断路器与熔断器之间的选择性配合四 高压隔离开关 负荷开关和断路器的选择与校验 一 按电压和电流选择 二 断流能力的校验 三 短路稳定度的校验 第五