矿山供电第三章短路电流的计算

矿山供电,李洪宇lihy08,第三章短路电流的计算,任务描述,分析短路现象的类型、产生原因、危害，明确短路电流计算的目的和任务，熟练运用各种方法计算短路电流。,任务分析,根据运行经验，破坏电力系统正常运行的故障最常见、危害最大的是各种短路现象。本次任务通过短路电流的分析和计算，采取合适的保护措施，确保供电的安全。,知识点：,（二）会计算两相和单相短路电流,（一）会计算三相短路电流,技能点：,2）类型：三相、两相、两相接地、单相、单相接地。*分对称性短路和非对称性短路。对称短路：Za=Zb=Zc、Ua=Ub=Uc、Ia=Ib=Ic,*最关键的两个短路电流：最大短路电流-选择设备、导线，最小短路电流-继电保护装置校验。短路的电压与电流的相位差较正常时增大，接近于90度。,*单相短路只发生在中性点直接接地系统或三相四线制系统中。其他：层间、层间短路。主要指电动机、变压器和线圈等。,一、短路类型、原因、危害,1、短路的种类,人工短路试验（视频）,人工短路试验-线路（视频）,单相接地（视频）,第一节概述,一、短路的种类及产生短路的原因1、短路：供电系统中电位不同的点在电气上被短接。2、类型：三相短路、两相短路、两相接地短路、单相短路、单相接地短路。3、造成短路原因：绝缘损坏、设备老化、使用不当、外力作用、误操作、鸟兽触及等。,三相短路,两相短路,单相短路,短路的种类与特点,特点：三相同时在一点短接，属于对称短路,特点：两相同时在一点短接，属于不对称短路,特点：三相四线制系统，相线与中性线在一点短接，不对称短路。,两相接地短路,单相接地短路,短路的种类与特点,特点：中性点不直接接地系统中，两相与地短接，属于不对称短路。,特点：中性点直接接地系统中，一相与地短接，属于不对称短路。,二、短路的危害1、特点：(1)电流剧增至正常电流的几十甚至几百倍（电流大）。(2)系统电压骤降。2、后果：（1）电流的动力效应：损害设备和线路。（2）电流产生电压降：设备不能正常工作。（3）电流的热效应：绝缘损坏，电气设备烧毁。（4）电流的电磁效应：通信线路、电子设备干扰、产生误动作。3、保护措施：限制、装设熔断器、继电保护装置等。,小结1、短路的种类及产生短路的原因。2、短路的危害。3、计算短路电流的目的和任务。,三、计算短路电流的目的和任务1、选择导线和设备。2、选择和整定继电保护装置。3、确定接线和运行方式。4、选择限流电抗器。,无限大电源容量系统短路电流的暂态过程1、暂态过程：正常稳态到短路稳态的过渡过程。2、无限大电源容量：系统电压基本不变。1）短路容量：系统容量3倍短路容量。2）电源总阻抗5%-10%线路总阻抗。3）电网容量50用户容量。,第二节短路电流的计算,is,ipe,u,0,暂态,稳态,Iap.0,Ipe.m,iap,t,iim,3、短路电流暂态过程,2,无限大容量系统三相短路图（b）三相电路图（c）单相等效电路图,三相短路分析,短路前阻抗角,式中，电流幅值,正常运行电流为,1、正常运行设电源相电压为,为短路瞬间电源电压初相角,（1）定性分析：三相短路，阻抗突变，发生暂态过渡过程，k点右侧，没有电源，电流衰减到零，k点左侧有电源，L,I,I不突变，出现周期容量,（2）定量分析：短路电流应满足微分方程,式中，,相电流瞬时值,由电源至短路点之间的电阻,由电源至短路点之间的电感,设在图中K点发生三相短路。,其解为,式中，,由电源至短路点之间的阻抗,短路回路的阻抗角,非周期分量电流衰减时间常数,常数，其值由初始条件决定,周期分量电流幅值,短路全电流瞬时值为：,式中，,短路前电流与电压之间的相位差角,短路电流周期分量,与电源电压和短路回路总阻抗相关,短路电流非周期分量，与感应电动势和回路总阻抗相关,无限大容量系统三相短路时的短路电流波形图,4、需计算的短路参数：1）短路稳态电流。2）次稳态电流。3）短路电流冲击值。4）短路冲击电流有效值。5）短路后0.2s时的短路电流周期分量有效值和短路容量。,产生最严重短路电流的条件：(1)短路前空载或cos=1(2)短路瞬时电压过零=0或1800(3)短路回路纯电感,将Im=0,=0,代入，得,当t=0时，周期和非周期分量的幅值相等，相位相反,短路电流最大瞬时值的大小与何相关？,短路前和后的回路阻抗角和短路瞬间电压的初相角,非周期分量的初始值和短路回路的时间常数,最严重三相短路时的电流波形图,1、短路冲击电流,短路冲击电流是短路全电流的最大瞬时值，出现在短路后半个周期，即t=0.01秒时，得,为短路电流冲击系数。,纯电阻性电路，kim=1；纯电感性电路，kim=2。因此0kim2。,高压Kim=1.8低压Kim=1.3,I,为短路电流周期分量有效值。,2、短路冲击电流有效值Iim是短路后第一个周期的短路全电流有效值。,高压系统Kim=1.8,低压系统Kim=1.3,3、次暂态短路电流I,次暂态短路电流是短路电流周期分量在短路后第一个周期的有效值,用I表示。在无限大容量系统中，短路电流周期分量不衰减，即I=Iss；,4、短路容量三相短路容量是选择断路器时，校验其断路能力的依据，它根据计算电压即平均额定电压进行计算，即,式中，为三相短路容量（MVA）；Uav为短路点所在级的线路平均额定电压（kV）。,5、0.2s后的有效值和短路容量0.2s后非周期分量已衰减完，此时的有效值和短路容量常用于校验开关电器的额定断开电流和额定断流容量，在无限大系统中,二、短路电流的计算方法,有名值法（绝对值法、欧姆法）计算电压取比线电压高5%。对于高压电路，一般只计电抗，不计电阻。对于低压短路时当时才需计算电阻。对于低压系统的短路电流，高压系统的阻抗与低压系统阻抗相比很小。故低压系统多采用有名值法。,用绝对值法计算低压短路电流时的简化条件向短路点供电的变压器容量不超过供电电源容量3%时，认为变压器高压侧端电压不变；对低压电网一般不允许忽略电阻影响，只有当短路回路的总电阻小于或等于总电抗的1/3时才允许忽略电阻；电缆、母线长度超过10m时不能忽略。,短路电流的计算步骤：绘制短路计算电路图：标参数、找短路点（P63图3-9a）。绘制等效电路图，标出各元件阻抗值（P63图3-9b）。计算短路回路的阻抗。计算短路电流。,短路回路的阻抗计算电源系统阻抗计算：电源系统的电抗远大于电阻，故可忽略电阻。变压器的阻抗计算,短路回路的阻抗计算输电线路阻抗计算：电抗器的阻抗计算：,短路回路不同电压等级的总阻抗的计算、折算,短路电流的计算,相对值法（标幺值法）1）相对值（标幺值法、相对单位制法）（*选基本容量，工程设计通常取Sd=100MVA。基本电压选各元件及短路点线路的平均电压Uav）：计算电压各元件线电压。,3、不对称短路电流的计算两相短路、单相短路。1）两相短路电流的计算（目的：校验保护装置的灵敏度）（1）解析法计算两相短路电流：忽略电阻。（2）查表法计算井下低压电网两相短路电流（变压器型号、容量、导线截面积已定时）铝铜：将铝芯电缆化为铜芯电缆：Lcu=1.68LA1标准截面：将非标准截面铜芯电缆化为标准截面电缆.动力：50mm2照明：4mm2。求总长度。L1La+Lb+Ln查表。Is=f(L),（1)对称分量法,1、绝对值法（欧姆法）：适用对象：特点、计算步骤。2、相对值法（标幺值法）：分类、计算方法、步骤。3、不对称短路电流的计算：(1)解析法。(2)查表法。,小结,思考题,1短路类型、原因、危害。2短路电流的计算方法。3短路电流计算的目的和任务。,三短路电流的效应,任务描述,根据负荷分布情况，常见短路故障发生情况，计算分析短路电流的热效应和力效应，合理选择导体的形状系数，热稳定系数，进行导体和成套电气设备的校验。,任务分析,根据短路产生的原因、短路电流的效应以及短路电流的计算结果，选择和校验电气设备及导体的截面。,知识点：,技能点：,一、短路电流的热效应和力效应,2）用电气设备的动稳定电流来选择电气设备：计算公式：,短路电流的力效应,在空气中平行放置的两根导体中分别通有电流和，导体间距离为a，则两导体之间产生电动力为(同向相吸，异向相斥)：,式中：Ks形状系数。,当导体长度远远大于导体间距时，可以忽略导体形状的影响，即Ks1。,供配电系统中最常见的是三相导体平行布置在同一平面里的情况。,如图所示当三相导体中通以幅值的三相对称正弦电流Im时，可以证明中间相受力最大，大小为：,短路电流的力效应,考虑最严重的情形，即在三相短路情况下，导体中流过冲击电流时，所承受的最大电动力为：,上式就是选择校验电气设备和母线在短路电流作用下所受冲击力效应的计算依据。,注意：计算中的单位取A，l和应取相同的长度单位。,短路电流的力效应,校验电气设备的动稳定性：一般厂家给出电气设备允许通过的最大电流峰值，动稳定性电流ies，或最大电流有效值Ies,短路电流的力效应,2）短路电流的假想作用时间：（无限大电源容量）ti=ts+0.05=tr+tc+0.05。,1）导体的长时允许温度和短时允许温度（图3-3）短路电流通过导体的时间不长通常不会超过23秒。导体的最大短时允许温升。Tpspsp导体短路热稳定条件:,截流导体在短路时的发热情况,t,t1,t2,0,0,p,s,ps,ts,tps,短路电流的热效应,二、导体最小热稳定截面确定方法,在工程计算中，常需要确定满足短路热稳定条件的最小允许导体截面积Amin。由于认为短路电流所产生的热量全部用于提高导体的温度，产温升s。导体在短路时的热平衡方程式为：,式中：A导体的截面积，（mm2）；L导体的长度，（m）导体的密度，g/cm2；Cav导体的平均比热，g/(g.)。将代入上式得：,对于电力系统中某一确定点，是一个定值。当安装在确定点的电气设备导体材料选定时Cav、sc均为常数。由上式可以看出，如果导体的截面积A越小，则s越高。当s等于导体材料的最大短时允许温升p.s时，导体满足热稳定条件的最小截面Amin便可确定。将sp.s代入上式得导体的最小截面为:,式中Iss三相短路电流稳态值，（A）；短路电流的假想作用时间，s；C导体材料的热稳定系数，它与导体材料的电导率、密度、平均比热、最大短时允许温升有关。不同材料导体的热稳定系数可查相关图表。当所选用导体截面积AAmin时，便可满足导体的热稳定条件。,三、成套电气设备的校验方法,对于高压配电箱、电抗器、隔离开关、油断路器等高压成套电气设备，导体的材料和截面一定，其温升主要取决于通过设备的电流大小和电流作用时间的长短。为了方便