供电子技术短路电流计PPT学习教案

1、会计学1供电子技术供电子技术 短路电流计短路电流计 表3-1 短路的种类 第1页/共54页3.1.3 短路的危害 发生短路故障时，产生巨大的短路电流（通常是正常工作电流的十几倍到几十倍）。强大的短路电流使其回路中所产生的热及电动力效应会使电气设备受到破坏；短路点的电弧有可能烧毁设备；短路点附近的电压会显著降低；除了影响其它设备的正常工作外，还可能使供电被迫中断；不对称接地短路产生的零序电流，会在邻近的通信线路中产生感应电势，从而干扰通信，严重时会危及人身和设备的安全。第2页/共54页3.1.4 计算短路电流的目的计算短路电流的目的是为了限制短路电流的危害和缩小故障的影响范围。在变电所和供电系统

2、的设计和运行中，基于如下用途必须计算短路电流：1、选择电气设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳定性和动稳定性。2、选择和整定继电保护装置，使之能正确地切除短路故障。3、确定合理的主接线方案、运行方式及限流措施。第3页/共54页 暂态过程的情况，不仅与供电系统的阻抗参数有关，而且还与系统的电源容量大小有关。下面分别讨论无限大容量电源系统及有限容量电源系统的短路暂态过程。第4页/共54页3.2.1 无限大容量电源供电系统短路电流暂态过程分析 所谓无限大容量电源是个相对概念，它是指电源距短路点的电气距离较远时，电源的额定容量远大于系统供给短路点的短路容量，在短路过程中可近似认为电源电压恒定不变。

3、第5页/共54页 图3-1 三相对称短路等效电路图 第6页/共54页msin()uUtmsin()iItmm222klkl()()UIRR LL1()tan()klkl LLRR 假设电路中A相的电压为 图3-2 一相等效电路图 短路前的电流为由于故障对称，可取一相（ 相）来分析，如图3-2所示。a第7页/共54页zmImzm22()klklUIRLklklklklRLarctanfTkklklLTR式中，为短路电流周期分量的幅值，且为短路回路的阻抗角，且为短路回路的时间常数，且sin()kkl kklmdiR iLUtdtzmsin()ektTkkliI tc解得：分析一下短路后的电流 。k

4、izmmzmsin()sin()sin() ektTklkl=ItII第8页/共54页为短路电流的周期分量，zmmzmsin()sin()sin() ektTkklkliItIIzfiizzmsin()kliItfmzmsin()sin() ektTkliII为短路电流的非周期分量。令图3-3 短路电流波形图第9页/共54页2. 短路电流的冲击值短路电流最大可能的瞬时值，称为短路电流的冲击值。shi用 表示。在电源电压及短路点不变的情况下，要使短路全电流达到最大值，必须具备以下三个条件：（1）短路前为空载，即 ，这时m0If 0zmsin()kliI （2）假设短路回路的感抗 比电阻 大得多,

5、即短路阻抗角 。klXklR90kl（3）短路发生于某相电压瞬时值过零时，即当 时，初相角 。0t0第10页/共54页zmzmsin()e2ktTkiItIshi0.010.01shzmzmzmsh zmsh ze(1 e)2kkTTiIIIk Ik I0.01sh1ekTkzI短路电流变为： 从图3-4中可以看出，经过0.01s后，短路电流的幅值达到最大，此值即为短路电流的冲击值 ，其大小为称为冲击系数,是短路电流周期分量的有效值。式中,zmmzmsin()sin()sin() ektTkklkliItII冲击系数表示冲击电流与短路电流周期分量幅值的倍数，其值取决于短路回路时间常数 的大小，

6、因 ，所以kT0kT 12shk第11页/共54页在高压供电系统中，因电抗较大，故 ，则短路电流冲击值为0.05 ,1.8kshTs k22.55shshzzik II在低压供电系统中，因电阻较大，故 ，则短路电流冲击值为0.008 ,1.3kshTs k21.84shshzzik II 计算冲击电流有效值的目的主要是用于校验电气设备及载流导体的动稳定性。第12页/共54页2222f2211d() dTTt+t+TTkzttt-t-I=itiitTT短路电流在某一时刻的有效值 是以时间 为中心的一个周期内T 短路全电流的均方根值,即 shIktItztitftit3.短路全电流的有效值式中,为

7、周期分量在时刻的瞬时值；为非周期分量在时刻的瞬时值。第13页/共54页由于非周期分量是随时间而衰减的，为了简化计算，通常取t 时刻的瞬时值 作为一个周期内的有效值，故fti22ktzftIII在第一个周期内的短路电流有效值最大，称为短路全电流的最大有效值，简称冲击电流的有效值，用 表示。shI0.01222220.01( 2)12(1)kTshzf tzZzshIIiII eIk 在高压供电系统中，当 时，1.8shk在低压供电系统中，当 时，1.3shk1.52shZII1.09shZII计算冲击电流有效值的目的主要是用于校验电气设备及载流导体的热稳定性。第14页/共54页 在短路计算和电气

8、设备选择时，常遇到短路容量的概念，其定义为短路点的额定电压 与短路电流周期分量 所构成的三相视在功率，即kSNUzIkNz3SU I4. 短路容量计算短路容量的目的是在选择开关设备时，用来校验其分断能力。第15页/共54页短路电流的计算方法分为有名值计算法和标幺值计算法。(3)avav2233zklklklUUIZRX在供电系统中，当k点发生三相短路时，其短路电流周期分量的有效值可由欧姆定律直接求得，即 ：短路点所在线路的平均电压。：分别为短路回路的总等值电阻、电抗和阻抗，均已归 算到短路点所在的电压等级。avU,klklklRXZ第16页/共54页(3)avz3klUIX(2)zI(2)av

9、2zklUIX(2)(3)32zzII标准电压标准电压0.1270.127 0.220.220.380.383 36 610103535110110平均电压平均电压0.1330.133 0.230.230.400.403.153.156.36.310.510.53737115115在高压供电系统中，由于 ，故当k点发生两相短路时,短路电流的周期分量 为表3-2 标准电压等级的平均电压 KVklklRX计算短路电流问题的关键是如何求出短路回路中各元件的阻抗，下面讲一下供电系统中常用元件阻抗的计算方法。第17页/共54页无限大容量系统的内部电抗分为两种情况：一种是当不知道系统（电源）母线上的短路容

10、量时认为系统电抗为零；另一种情况是如果知道系统（电源）母线上的短路容量 及平均电压时 ，则系统电抗可由下式求得sXkSavU22avavavs(3)(3)av33kzzUUUXSIIU1. 系统（电源）电抗第18页/共54页TX%kuNTTNTkT2NTNT3%IZSuZUU2NTTkNT%UZuS TXTZ2avTkNT%UXuS 2. 变压器电抗由变压器的短路电压百分数 的定义可知:当忽略变压器的电阻时，变压器的电抗 就等于变压器的阻抗 ，即变压器的阻抗可由下式求得第19页/共54页LXNLNL%3LLUXXI3. 电抗器的电抗 电抗器是用来限制短路电流用的电感线圈，其铭牌上给出的额定电抗

11、百分数 ，额定电压 和额定电流 。其值可由下式求出： %LXNLUNLI3%100%100%LN LLLLNN LXIXXXUlXlXXl04. 线路电抗：线路单位长度电抗，单位 ，可查表得到。：线路长度，单位Km/Km0 xl第20页/共54页2av2av1UZZU 注意：在短路回路中若有变压器存在，应将不同电压等级下的各元件阻抗都归算到同一电压等级下（短路点所在电压等级），才能做出等效电路，计算出总阻抗。阻抗归算公式如下：归算到电压等级 下的阻抗；：对应于电压等级 下的阻抗。2avU1avUZZ第21页/共54页例：下图为一简化供电系统示意图，A是电源母线，通过两路架空线 向设有两台主变压

12、器T的工矿企业变电所35KV母线B供电。6KV母线C通过串有电抗器L的两条电缆 向车间变电所D供电。整个系统并联运行，有关参数如下： 电源 线路 变压器电抗器线路 560kSMV A10120,0.4/lKm Xkm1225600,35 6.6,%7.5%NTNNkSKV A UUKVu6,200 ,%3%NLNLLUKV IA X2020.5,0.08/lkm Xkm2l1l试求（1） 点的短路参数。（2） 点短路时，C母线上的电压。kSABCL1l2lT35kV6kV1k2kD3k123,k k k3k第22页/共54页解（1）各元件电抗电源 架空线变压器电抗器电缆221372.44560

13、avskUXS101 10.4208lXX l 1l22137%7.5%18.35.6avTkNTUXuS 6000%3%0.5233200NLLLNLUXXI202 20.080.50.04lXX l2l（2）各短路点的总阻抗 点短路 点短路 点短路112.842lksXXXkSABCL1l2lT35kV6kV1k2kD3k2216.3237TkkXXX218.36.3(6.44)0.45223702320.7322LkkXXXX1k2k3k第23页/共54页（3）各短路点的短路参数点短路点短路点短路(3)111(3)11(3)11(3)111373.32336.442.552.55 3.3

14、28.461.521.523.325.0533373.32213avzkshzshzkavzUIKAXiIKAIIKASUIMV A(3)222(3)22(3)22(3)2226.38.05330.4522.552.55 8.0520.51.521.528.0512.2336.3 8.0587.8avzkshzshzkavzUIKAXiIKAIIKASUIMV A(3)333(3)33(3)33(3)3336.34.97330.7322.552.554.9712.71.521.524.977.55336.3 4.9754.2avzkshzshzkavzUIKAXiIKAIIKASUIMV A1

15、k2k3k第24页/共54页（4） 点短路时C母线上的电压(3)230.520.04334.972.4122LlCzXXUIKV3k第25页/共54页1.标幺值标幺值的定义可用下式表示：某一电气量的标幺值=该量的实际值（任意单位）该量的基准值(与实际值同单位）3.3.2 标幺值计算法第26页/共54页jSjUjIjX*jj*jj*jj*jjSSSUUUIIIXXX则电气量S、U、I、X 的标幺值可由下式表示（其基准值分别为 、 、 、 ）： 第27页/共54页IXUUIS33jjjjjj33SU IUI Xjjj2jjjjj33SIUUUXSI在三相供电系统中，上述4个物理量之间存在如下关系：

16、 或者同样，该4个物理量的基准值之间也存在这种关系，即第28页/共54页注意：选取基准值时，通常先选定 、 这两个基准值，而 、 则由下式算出。jSjUjIjXjjj2jjjjj33SIUUUXSI通常选为100MV.A或1000MV.A。通常选为线路各级平均电压 。 avUjUjS第29页/共54页2. 各元件电抗标幺值的计算 供电系统中的元件包括电源、输电线路、变压器、电抗器和输电线路，为了求出电源至短路点的短路电抗标幺值，需要逐一地求出这些元件的电抗标幺值。第30页/共54页（1) 系统（电源）电抗kS2j*savs2jjj/kkSXUSXXUSS：系统母线的短路容量 *sX（2）变压器

17、电抗*TX由于变压器的铭牌参数中给出了变压器的短路电压百分数%ku23%100%100%N TTN TTkN TN TIXSXuUU2*2%jjTN TTkkjN TjN TSSXUXuuXSUS 则：第31页/共54页(3)电抗器电抗*LX电抗器是用来限制短路电流用的电感线圈，其铭牌上给出额定电抗百分数 、额定电压 、额定电流 。%LXN LUN LI3%100%N LLLN LIXXU*2%3N LjN LjLLLLjN LjN LjUIUSXXXXXIUIU第32页/共54页（4）输电线路电抗jj022jj*llSSXX lXUU*lX在短路计算中，通常选取短路区段的平均电压作为基准电压

18、，如果线路电抗与短路点在同一电压等级下，则jj022avav*llSSXX lXUU如果线路电抗与短路点不在同一电压等级下，上式仍能适用。注意：选取了短路段的平均电压为基准电压后，元件电抗的标幺值就只与元件所在段的平均电压有关，而与短路点发生在哪一段无关。第33页/共54页3、求电源至短路点的总电抗*X计算出每个元件的电抗后，就可以画出由电源至短路点的等效电路图。然后根据元件间的串、并关系求出总的电抗标幺值 。*X4、短路参数的计算短路电流周期分量的标幺值：*(3)*zUIX为短路点电压的标幺值，在取 时， 。故javUU*1U (3)*1zIX*U(3)(3)*1zzjjIIIIX(3)(3

19、)3kavzSU I第34页/共54页例：下图为一简化供电系统示意图，A是电源母线，通过两路架空线 向设有两台主变压器T的工矿企业变电所35KV母线B供电。6KV母线C通过串有电抗器L的两条电缆 向车间变电所D供电。整个系统并联运行，有关参数如下： 电源 线路 变压器电抗器线路 560kSMV A10120,0.4/lKm Xkm1225600,35 6.6,%7.5%NTNNkSKV A UUKVu6,200 ,%3%NLNLLUKV IA X2020.5,0.08/lkm Xkm2l1l试用标幺值法（1） 点的短路参数。（2） 点短路时，C母线上的电压。kSABCL1l2lT35kV6kV

20、1k2kD3k123,k k k3k第35页/共54页解（1）计算各元件电抗的标幺值：取基准值 ，则12100,37,6.3jjjSMV A UKV UKV12121001001.56,9.163337336.3jjjjjjSSIKA IKAUU*1000.179560jskSXS*101 12211000.4200.58437jlavSXX lU*%1000.0751.341005.6jkTNTSuXS2*2%69.160.031.311000.26.3N LjLLLjN LjUIXXXXIU*202 22221000.080.50.1016.3jlavSXX lU电源电抗架空线 电抗1 l

21、变压器电抗电抗器电抗电缆电抗第36页/共54页 （2） 点短路时的短路参数1k*110.1790.5840.4712lsXXX*1*112.120.471zIX1(3)*112.12 1.563.31zkjII IKA1(3)12.552.55 3.318.44zshiIKA1(3)11.521.523.315.03zshIIKA1(3)1133373.31212zkavSUIMV A第37页/共54页 （3） 点短路时的短路参数2k*2*2110.8761.141zIX(3)*2220.8769.168.02zkjII IKA(3)222.552.55 8.0220.5shziIKA(3)2

22、21.521.528.0212.2shzIIKA(3)222336.3 8.0287.51kavzSUIMV A*120.5841.340.1791.1412222lTsXXXX第38页/共54页 （4） 点短路时的短路参数3k*3*3110.5421.8465zIX(3)*3320.5429.164.96zkjII IKA(3)332.552.554.9612.65shziIKA(3)331.521.524.967.54shzIIKA(3)223336.3 4.9654.12kavzSUIMV A*1231.8465222lTLlsXXXXXX*31.370.1010.5420.3992Cz

23、UI X*20.3996.32.51CCjUUUKV第39页/共54页3.7 短路电流的电动力效应与热效应 短路电流通过电气设备或载流导体时，一方面会产生很大的电动力，可能使设备受到破坏或产生永久性变形；另一方面强大的短路电流所产生的热，会造成设备温度升高，使导体机械强度降低，以致变形或是接触部分连接状态恶化，设备的温度升高还会使绝缘强度降低，并加速老化，过高温度会使绝缘老化。为了正确选择电气设备及载流导体，保证电气设备可靠地工作，必须用短路电流的电动力及热效应对电气设备进行校验。第40页/共54页721102aliiF（N）1i2i3.7.1 短路电流的电动力效应第41页/共54页7s 1 2210lFk iia（N）式中，sk为导体形状系数，对于矩形导体可查图3-32中的曲线求得。对于矩形截面的导体相互距离较近时，其作用力为：第42页/共54页 图3-32 矩形导体形状系数 第43页/共54页图3-33 三相导体间的电动力第44页/共54页AmBmCmsin(120 )sinsin(120 )iItiItiItBBABC-7sB AB C-2(-) 10FFFlki ii ia7sBAC27sm2() 103sin210 (N)lkiiialkIta27Bmsm310lFk Ia