第3章 短路电流及其计算

1、工厂供电 主编第3章短路电流及其计算3.1短路的原因、危害及其形式3.2无限大容量电力系统发生三相短路时物理过程和物理量3.3无限大容量电力系统中短路电流的计算3.4短路电流的效应3.1短路的原因、危害及其形式3.1.1短路的原因从负荷对供电电源的要求来讲，工厂供电系统在正常情况下，应不间断地连续地对用电负荷供电，以保证生产和生活的正常进行。3.1.2短路的危害短路是引起供电系统严重故障的重要原因，在现代的供电系统中发生短路时，短路电流很大。1)短路时产生的电动力和高温会使故障设备和短路回路的其他设备受到损坏和破坏，甚至引发火灾事故。2)短路发生后，将使供电电路母线电压降低，严重影响电气设备的

2、正常运行。3.1短路的原因、危害及其形式3)短路发生时，将使保护装置动作、切除故障电路，从而造成局部或大面积停电。4)如果出现严重的短路事故，将会威胁到电力系统运行的稳定性，甚至使系统的发电机组失去同步，造成电力系统的解列。5)电力系统发生不对称短路时，其短路电流会产生较强的不平衡交变磁场，对其周围的电子设备和通信线路会产生电磁干扰，影响其正常运行。3.1.3短路的类型在三相供电系统中，短路的类型有三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路，如图3 1所示。3.1短路的原因、危害及其形式图3-1短路的类型a)三相短路b)两相短路c)单相短路d)两相接地短路3.2无限大容量电力系统发生三相短路时

3、物理过程和物理量3.2.1无限大容量电力系统及其三相短路的物理过程实际中的电力系统的容量总是一定的，即系统的容量是有限的，而不是无限的。图3-2无限大容量电力系统中发生三相短路a)三相电路图b)等效单相电路图3.2无限大容量电力系统发生三相短路时物理过程和物理量图3-3无限大容量系统发生三相短路时的电压、电流曲线3.2无限大容量电力系统发生三相短路时物理过程和物理量3.2.2短路有关物理量1.短路电流周期分量如果某相电压瞬时值过零值时发生短路，可使短路全电流达到最大，如图3-3所示。2.短路电流非周期分量由于短路回路以感性为主，因此在突然发生短路时，电感上要产生一个电动势，来维持短路初瞬间(t

4、=0时)电路中的电流和磁链不致突变。3.短路全电流短路电流周期分量ip与非周期分量inp之和，即为短路全电流ik。4.短路冲击电流短路冲击电流为短路全电流中的最大瞬时值。5.短路稳态电流短路稳态电流是指短路电流非周期分量衰减完毕以后的短路全电流，其有效值用I表示。3.3无限大容量电力系统中短路电流的计算3.3.1概述计算短路电流的步骤首先根据原始资料或文字资料给出计算电路图，如图3 4所示，确定短路计算点，对工厂供电系统来说，短路计算点通常选在低压母线和高压母线上，确定短路计算电压(取短路点平均电压，它比额定电压高5%)，在计算电路上标出各元件参数，并将元件用分数依次编号；其次是作等值电路图，

5、计算每个元件的阻抗值并标在等值电路图上，分子标序号，分母标(标?图3-4短路计算电路图3.3无限大容量电力系统中短路电流的计算3.3.2用欧姆法进行三相短路计算1.欧姆法进行三相短路计算的方法图3-5等值电路图3.3无限大容量电力系统中短路电流的计算2.电力系统各元件阻抗的计算在短路计算中，母线、线圈型电流互感器一次绕组，高低压断路器的过电流脱扣器线圈及开关触头的接触电阻统统忽略不计。(1)电力系统阻抗值计算：电力系统的电阻可忽略不计，只计电抗。(2)电力变压器的阻抗计算1)电力变压器的电阻RT2)电力变压器的电抗XT(3)电力线路阻抗计算1)线路的电阻RWL。2)线路的电抗XWL。3.3无限

6、大容量电力系统中短路电流的计算表3-1电力线路每相的单位长度电抗平均值图3-6例1的计算电路图例1某工厂供电系统如图3-6所示，所有参数见图上所示，试用欧姆法求k1点和k2点的三相短路电流各值和短路容量。3.3无限大容量电力系统中短路电流的计算图3-7例1的短路等值电路图a)点短路等值电路b)点短路等值电路3.3无限大容量电力系统中短路电流的计算解(1)求k1点的三相短路电流各值和短路容量：取Uc1=10.5kV。1)计算短路电路各元件电抗值和总电抗值 电力系统的电抗值 架空线路的电抗 绘制k1点的等值电路，如图3-7a所示，并计算其总电抗值2)计算k1点三相短路电流和短路容量 三相短路电流周

7、期分量有效值 三相次暂态电流和稳态短路电流 冲击短路电流计算 三相短路容量(2)求k2点的三相短路电流各值和短路容量：取Uc2=0.4kV。1)计算短路电路各元件电抗值和总电抗值3.3无限大容量电力系统中短路电流的计算 电力系统的电抗值 架空线路的电抗 电力变压器电抗值 绘制k2点的等值电路，如图3-7b所示，并计算其总电抗值2)计算k2点三相短路电流和短路容量 三相短路电流周期分量有效值 三相次暂态电流和稳态短路电流 三相短路相冲出电流 三相短路容量3.3无限大容量电力系统中短路电流的计算表3-2例1短路电流计算表3.3.3采用标幺制法进行三相短路计算1.标幺制的基本概念标幺制法也称为相对单

8、位制法，它比欧姆法计算短路电流要简明。2.电力系统各元件电抗标幺值的计算(1)电力系统的电抗标幺值(2)电力变压器的电抗标幺值(3)电力线路的电抗标幺值3.3无限大容量电力系统中短路电流的计算3.标幺制法进行三相短路计算的方法例2试用标幺制法计算例1工厂供电系统中k1点和k2点的三相短路电流和短路容量。解(1)确定基准值：取Sd100MVA、Uc110.5kV、Uc20.4kV (2)计算短路电路中各元件电抗标幺值1)电力系统电抗标幺值X2)架空线路的电抗标幺值X3.3无限大容量电力系统中短路电流的计算3)电力变压器的电抗标幺值X(3)k1点总电抗标幺值及三相短路电流各值和短路容量1)总电抗标

9、幺值2)三相短路电流的周期分量有效值图3-8例2等值电路3.3无限大容量电力系统中短路电流的计算3)其他三相短路电流4)三相短路容量(4)计算k2点的总电抗标幺值及三相短路电流各值和短路容量1)总电抗标幺值2)三相短路电流的周期分量有效值3)其他三相短路电流4)三相短路容量3.3无限大容量电力系统中短路电流的计算3.3.4两相短路电流计算无限大容量系统发生两相短路时，如图3 9所示。图3-9无限大容量系统发生两相短路3.4短路电流的效应3.4.1概述通过计算我们已知道，当供电系统发生短路时，导体中将会流过很大的短路冲击电流，从而形成很大的电动力，即电动力效应，此时如果导体的支撑物的机械强度不够

10、，必将造成变形或破坏而引起严重事故。3.4.2短路电流的电动力效应和动稳定度前面我们已提到，短路冲击电流i(3)产生最大的电动力，它将会使设备和载流导体遭到严重破坏。1.短路时的最大电动力2.短路动稳定度的校验条件电器和导体的动稳定度校验，依校验对象的不同而采用不同的校验条件。1)常规电器的动稳定度校验条件为3.4短路电流的效应2)对绝缘子的动稳定度校验条件为图3-10水平放置的母线a)平放b)竖放3)硬母线动稳定度校验条件。3.4短路电流的效应3.4.3对短路计算点附近大型交流电动机向短路点反馈冲击电流的考虑图3-11电动机对短路点反馈冲击电流3.4短路电流的效应表3-3电动机的E、X和C例

11、3某厂机修车间变电所380V侧母线上接有380V异步电动机250kW，平均功率因数cos0.7，效率e0.75，低压母线采用LMY10010型硬铝母线，水平平放，档距为900mm，档数大于2，相邻两相母线的轴线距离为160mm。已知380V低压母线的短路电流值I(3)24.41kA，i(3)44.91kA，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(1)求母线在短路时电动机承受的额定电流(2)求电动机反馈的冲击电流3.4短路电流的效应(3)求三相短路时产生的最大电动力F(3)(4)校验母线在三相短路时的动稳定度3.4.4短路电流的热效应和热稳定度1.短路时导体的发热过程与发热计

12、算当导体通过正常负荷电流时，由于导体具有电阻，因此要产生电能损耗。3.4短路电流的效应图3-12短路前后导体温升变化3.4短路电流的效应图3-13短路发热假想时间3.4短路电流的效应图3-14用来确定的曲线3.4短路电流的效应图3-15由查的步骤说明1)在纵坐标上算出导体正常负荷时的负荷L值。3.4短路电流的效应2)由L查得曲线上的a点。3)由a点查得横坐标轴上的KL值。4)用下式计算Kk5)在横坐标上算出Kk值。6)由Kk值，查得曲线上的b点。7)由b点查得纵坐标轴上的k值。2.短路热稳定度的校验条件1) 常规电器的热稳定度校验条件2)母线、绝缘导线和电缆等导体的热稳定校验条件例4校验例3所

13、示工厂变电所380V侧LMY10010母线的热稳定度是否满足要求。已知此母线保护动作时间为0.6s，低压断路器断路时间为0.1s。母线正常运行时最高允许温度为55。3.4短路电流的效应解用L55C查图3-14铝导体曲线，对应的KL0.5104A2s/mm4。而1.什么叫短路？产生短路的主要原因是什么？短路的危害是什么？2.短路主要有哪几种形式？哪一种短路最为严重？3.什么叫无限大容量系统？无限大容量系统有什么特点？无限大容量系统发生短路时，短路电流能否突然增大？为什么？4.短路电流的周期分量和非周期分量是怎样产生的？符合什么规律？5.什么是短路冲击电流？它会产生什么后果？6.什么是短路稳态电流？它有什么作用？7.什么是平均电压？它与线路额定电压有何区别？8.如何用标幺制法计算三相短路电流各值？3.4短路电流的效应9.无限大容量系统中的两相短路电流如何确定？10.什么是短路电流的电动力效应？它应采用短路计算中的哪一个短路电流来计算？11.在计算短路电流过程中，若在短路计算点附近有大型异步电动机时，应如何处理？12.如何对常规电器进行动稳定度和热稳定度的校验？13.无论是常规电器或硬母线，若动稳定度和热稳定度不满足要求会出现什么后果？14.某机械厂通过一条长4km的10kV架空线路从地区变电站获得电源，该厂变电所装有两台并列运行的S96300型(Yyn0联结)电力变压