工厂供电课件第11讲

第3章短路电流的计算,第一节概述第二节无限大容量电源系统供电时短路过程的分析第三节无限大容量电源条件下短路电流的计算方法第四节低压配电网中短路电流的计算第五节不对称短路电流的计算方法第六节感应电动机对短路电流的影响第七节供电系统中电气设备的选择与校验,第六节感应电动机对短路电流的影响,图313计算感应电动机端点上短路时的短路电流,电动机向短路点反馈的冲击电流为,因为感应电动机供给的反馈短路电流衰减很快，所以只考虑对短路冲击电流的影响。当计及感应电动机的反馈冲击电流，系统短路电流冲击值为,在实际的工程计算中，如果在短路点附近所接的容量在100kW以上的感应电动机或总容量在100kW以上的电动机群，当值为短路冲击电流的5以上时需考虑其影响。,强大的短路电流通过电气设备和导体，将产生很大的电动力，即电动力效应，可能使电气设备和导体受到破坏或产生永久性变形。,短路电流产生的热量，会造成电气设备和导体温度迅速升高，即热效应，可能使电气设备和导体绝缘强度降低，加速绝缘老化甚至损坏。,为了正确选择电气设备和导体，保证在短路情况下也不损坏（能忍受的时间为短路故障切除之前的时间），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：,第七节供电系统中电气设备的选择与校验,一、短路电流的力效应和热效应,1、短路电流的力效应,k与载流体的形状和相对位置有关的形状系数。,式中，l为导体的长度(m)；a为两导体轴线间距离(m)；k为形状系数，圆形、管形导体k=1，矩形导体根据,查右图曲线。,和,图3-14矩形母线的形状系数曲线,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：,图3-15平行敷设的三相载流导体的短路受力分析,两相短路产生的最大电动力为：,两相短路冲击电流与三相短路冲击电流的关系为：,两相短路和三相短路产生的最大电动力也具有下列关系:,由此可见，三相短路时导体受到的电动力比两相短路时导体受到的电动力大。,2、短路电流的热效应,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。,按照规范要求，导体在正常和短路情况下的温度都必须小于所允许的最高温度（见下表）,表3-3导体或电缆的长期允许工作温度和短路时允许的最高温度,短路电流的热效应导体发热的特点（1）正常时，导体产生的热量等于向介质散失的热量，导体温度恒定；（2）短路时，短路发热是一个绝热过程，导体短路时导体温度变化曲线如图所示。要求短路时电气设备和导体的发热温度不超过短路最高允许温度，即满足短路热稳定要求。,图3-16短路后导体温度对时间的变化曲线,图3-16短路后导体温度对时间的变化曲线,Ikt为短路全电流的有效值tj短路电流作用的假想时间,tjz短路电流周期分量作用的假想时间tjfi短路电流非周期分量作用的假想时间,短路发热假想时间,0,tK,tj,I2R,I2(t)R,t,I2k(t)R,tb为保护装置动作的时间tQF为断路器切断电路的实际动作时间（固有分闸时间）对于快速及中速断路器t=0.15s对于慢速动作的断路器t=0.2s（习题用.2秒）,对于非周期分量的假想时间tjfi,t0.1s,且Tfi=0.05s时,tjfi=0.05s,当tjz1s时，Qkfi可忽略,当导体的材料确定后，M值仅为温度的函数。,图3-17M=f()关系曲线,图3-18由N查k的步骤说明,1)从纵坐标上找出导体在正常负荷电流时的温度N值。,3)根据式可求出,4)由计算出的,值查出对应,曲线上的b点，进而求出纵坐标上的k值。,为了简化计算对于载流导体：工程中常用在满足短路时发热的最高允许温度下所需的导体最小截面来校验载流导体的热稳定性。,对于一般电器设备：出厂前应满足,产品制造厂家提供的t秒内热稳定电流,电气设备的选择是供配电系统设计的主要内容之一，是保证电网安全、经济运行的重要条件。在选择电气设备时，应根据工程实际情况，按照有关设计规程的规定，积极采用新技术、新设备，力争使电气设备工作安全、可靠，运行维护方便，投资经济合理。在供配电系统中尽管电气设备的作用不一样，具体选择的方法也不同，但其基本要求是相同的。为保证电气设备安全、可靠的运行，必须按正常工作条件进行选择，并按短路条件校验动稳定和热稳定。,二、供电系统中电气设备的选择和校验,(一)按正常工作条件选择时要根据以下几个方面,(1)环境供电系统的电气设备在制造上分户内型及户外型,(2)电压,(3)电流,(二)按短路情况进行动稳定和热稳定校验,(1)动稳定校验即以设备出厂时的最大动稳定试验电流与短路电流的冲击电流相比，且,某些电气设备(例如电流互感器)由制造厂家提供动稳定倍数kd，选择设备时要求：,(2)短路情况下的热稳定热稳定应满足式的要求。,对电流互感器则要满足下面的热稳定关系,(三)电气设备的选择与校验,1.断路器,在选择高压断路器时，除了考虑其额定电压、额定电流及动稳定和热稳定等因素外，还应校验其断流容量。,（1）按工作环境选型:户内型、户外型、防爆型。,（2）按正常工作条件选择断路器的额定电压及额定电流,（3）按短路电流校验动、热稳定性,动稳定性校验若要断路器在通过最大短路电流时，不致损坏，就必须要求断路器的最大动稳定试验电流峰值不小于断路器安装处的短路电流冲击值,热稳定性校验当断路器在通过最大短路电流时，为使断路器的最高温升不超过最高允许温度，应满足：,（4）断流容量的校验断路器能可靠切除短路故障的关键参数是它的额定断流容量。因此，断路器的额定断流容量应大于安装处的最大三相短路容量，才能保证断路器在分断故障电流时不至于损坏,2.隔离开关,隔离开关在供电系统中只用于接通和断开没有负荷电流流过的电路，它的作用是为保证电气设备检修时，使需检修的设备与处于电压下的其余部分构成明显的隔离。隔离开关没有特殊的灭弧装置，所以它的接通和切断必需在断路器分断以后才能进行。,隔离开关因无切断故障电流的要求，所以它只根据一般条件进行选择，并按照短路情况下进行动稳定和热稳定的校验。,3.电流互感器,在高压电网中，计量仪表的电流线圈(如电流表、功率表等)和继电保护装置中继电器的电流线圈都是通过电流互感器供电的。这样可以隔离高压电，有利于运行人员的安全，同时还可以使仪表及继电器等制造标准化。,电流互感器应根据二次设备对互感器的精度等级要求以及安装地点的电网额定电压与长期通过的最大负荷电流来选，并按短路条件校验其动、热稳定性。,1）电流互感器的额定电压应大于或等于安装地点的电网额定电压。,2）电流互感器一次侧的额定电流应大于或等于线路最大工作电流的1.21.5倍。,3）电流互感器的测量精度与它的二次侧所接的负荷大小有关，即与它接入的阻抗Z大小有关。,4）电流互感器的动、热稳定性校验可按式（3-85）、式(3-86）进行。,5）校验短路冲击电流通过它一次绕组时在出线瓷帽处出现的应力F是否低于绝缘瓷帽上给定的最大允许应力Fal,4.电压互感器,电压互感器在供电系统中是用来测量高电压的，其一次绕组与高压电网并联。,电压互感器二次侧不能短路运行。为了保护电压互感器，在高、低压两侧均装设熔断器来切除内部故障。,电压互感器的选择项目如下：1)其额定电压要与供电电网的额定电压相同。2)合适的类型：户内型、户外型。3)应根据电压互感器的测量精度要求来确定二次侧允许接入的负荷。即,由于电压互感器两侧均装有熔断器，故不需要进行短路条件下的动稳定和热稳定校验。,5.母线,目前变电站的母线除因大电流用铜母线以外，大都采用铝母线，而电流不大的支干线或低压系统的中性线则有时也采用钢母线。,图319母线在绝缘子上的设置a）单条矩形b)两条矩形c)楔形,母线截面一般按满足长期最大工作电流的发热条件选择，对于平均负荷较大，线路较长的主母线，则可按经济电流密度选择。同时用短路条件校验其动稳定和热稳定性。,动稳定校验,支柱式绝缘子在4个或4个以上时,3个支柱绝缘子,如,电力系统基础（变电站（老式）,母线材料在弯曲时产生的计算应力(N/m2),不满足上式要求时，就需采用一定措施：如限制短路电流；变更母线放置方式以增大w；增大母线相间距离；减小绝缘子间的跨距或增大母线截面等。其中最经济有效的方法就是减小