第四章 短路计算及电器的选择与校验

1、第四章第四章短路计算及电器的选择与校验短路计算及电器的选择与校验第四章短路计算及电器的选择与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第三节短路电流的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(1) 电气绝缘损坏这可能是由于设备长期运行，其绝缘自然老化而损坏，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，还有可能是设备绝缘受到外力损伤而导致短路。(2) 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，又如误将较低电压的设备接入较高电压的电路中而造成设备的击穿短路。(3) 鸟兽害例如鸟类及蛇鼠

2、等小动物跨越在裸露的不同电位的导体之间，或者咬坏设备或导体的绝缘，都会引起短路故障。二、短路的后果(1) 短路的电动效应和热效应短路电流将产生很大的电动力和很高的温度，可能造成电路及其中设备的损坏。第一节短路的原因、后果及其形式(2) 电压骤降短路将造成系统电压骤然下降，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。(3) 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。(4) 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。(5) 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

3、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(1) 三相短路如图4-1a所示。第一节短路的原因、后果及其形式图4-1短路的形式(虚线表示短路电流路径)(2) 两相短路如图4-1b所示。(3) 单相短路如图4-1c、d所示。第一节短路的原因、后果及其形式(4) 两相接地短路如图4-1e所示。第二节无限大容量电力系统发生4Z2.tif一、无限大容量电力系统及其三相短路的物理过程第二节无限大容量电力系统发生图4-3无限大容量系统发生三相短路前后的电压、电流曲线二、有关短路的物理量1.短路电流周期分量第二节无限大容量电力系统发生2.短路电流非周期分量3.短路全电流4.短路冲击电流第

4、二节无限大容量电力系统发生5.短路稳态电流第三节短路电流的计算一、短路电流计算概述二、采用欧姆法进行三相短路计算1.电力系统的阻抗2.电力变压器的阻抗(1) 电力变压器的电阻RT可由变压器的短路损耗Pk近似地计算。(2) 电力变压器的电抗XT可由变压器的阻抗电压(即短路电压)Uk%近似地计算。3.电力线路的阻抗第三节短路电流的计算(1) 电力线路的电阻RWL可由导线电缆的单位长度电阻R0值求得，即(2) 电力线路的电抗可由导线电缆的单位长度电抗X0值求得，即第三节短路电流的计算表4-1电力线路每相的单位长度电抗平均值线路结构单位长度电抗平均值(/km)220/380V610kV35110kV架

5、空线路032035040电缆线路0066008012第三节短路电流的计算例4-1某供配电系统如图4-4所示。已知电力系统出口断路器为SN1010型，试求企业变电所高压10kV母线上k-1点短路和低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。第三节短路电流的计算图4-4例4-1的短路计算电路图解1.求k-1点的三相短路电流和短路容量(Uc1=10.5kV)(1) 计算短路电路中各元件的电抗及总电抗1) 电力系统的电抗。第三节短路电流的计算2) 架空线路的电抗。3) 绘k-1点短路的等效电路如图4-5a所示，并计算其总电抗如下第三节短路电流的计算第三节短路电流的计算图4-5例4-1的短路

6、等效电路图(欧姆法)(2) 计算三相短路电流和短路容量1) 三相短路电流周期分量有效值第三节短路电流的计算2) 三相短路次暂态电流和稳态电流有效值3) 三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值4) 三相短路容量2.求k-2点的三相短路电流和短路容量(Uc2=0.4kV)(1) 计算短路电路中各元件的电抗及总电抗1) 电力系统的电抗。2) 架空线路的电抗。3) 电力变压器的电抗。4) 绘k-2点短路的等效电路如图4-5b所示，并计算其总电抗如下第三节短路电流的计算(2) 计算三相短路电流和短路容量1) 三相短路电流周期分量有效值。2) 三相短路次暂态电流和稳态电流有效值。3) 三相短路冲击电

7、流及第一个周期短路全电流有效值。4) 三相短路容量。第三节短路电流的计算表4-2例4-1的短路计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAIk 1点308308308785465560k 2点314314314578342218第三节短路电流的计算三、采用标么制法进行三相短路的计算1.标么值的定义及其基准2.用标么制法作短路计算的有关公式(1) 电力系统的电抗标么值计算第三节短路电流的计算(2) 电力变压器的电抗标么值计算(3) 电力线路的电抗标么值计算3.标么制法短路计算的步骤和示例(1) 短路计算的步骤按标么制法进行短路计算的步骤大致如下：1) 绘短路计算电路图，并根据短路计算

8、的目的确定短路计算点，如图4-4所示。2) 选定标么值的基准，并求出所有短路计算点电压下的Id。3) 计算短路电路中所有主要元件的电抗标么值。第三节短路电流的计算4) 绘出短路电路的等效电路图，用分子标明元件序号或代号，分母标明电抗标么值，并在等效电路图上标出所有短路计算点，如图4-5所示。5) 针对各短路计算点分别简化电路，求出其总的电抗标么值，然后按有关公式计算所有的短路电流和短路容量。(2) 标么制法短路计算示例例4-2试用标么制法重新计算例4-1所示供电系统中k-1点和k-2点(如图4-4所示)的三相短路电流和短路容量。解1) 确定标么值的基准2) 计算短路电路中各主要元件的电抗标么值

9、电力系统：已知Soc=500MVA，因此架空线路：由表4-1查得X0=0.35km-1，因此第三节短路电流的计算电力变压器：由附录表A-8查得Uk%=4.5，因此图4-6例4-2的短路等效电路图(标么制法)3) 计算k-1点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量总电抗标么值：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：4) 求k-2点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量第三节短路电流的计算总电抗标么值：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：四、两相短路电流的计算第三节短路电流的计算4Z7.tif第四节短路电流的效应与校验一、短路电流的电动

10、效应与动稳定度校验1.短路电流的电动效应2.短路动稳定度的校验(1) 一般电器的动稳定度校验条件第四节短路电流的效应与校验(2) 绝缘子的动稳定度校验条件第四节短路电流的效应与校验图4-8母线在绝缘子上的放置方式(3) 母线的动稳定度校验条件对母线等硬导体，一般按短路时所受的最大应力来校验。第四节短路电流的效应与校验3.对短路计算点附近交流电动机反馈冲击电流的考虑。第四节短路电流的效应与校验4Z9.tif第四节短路电流的效应与校验表4-3电动机的、和C电动机类型C电动机类型C感应电动机090265同步补偿机12016同步电动机110278综合性负荷08035第四节短路电流的效应与校验例4-3设

11、例4-1所示企业变电所380V侧母线上接有380V感应电动机组250kW，平均cos=0.7，效率=0.75。该母线采用LMY10010的硬铝母线，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。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) 计算母线三相短路时所受的最大电动力第四节短路电流的效应与校验(2) 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1.短路电流的热效应第四节短路电流的效应与校验第四节短路电流的效应与校验图4-10短路前后导体第四节短路电流的效应与校验图4-11短路产生的热量与第四节短路电流的效应与校验2.短路热稳

12、定度的校验(1) 一般电器的热稳定校验条件一般电器包括开关电器和电流互感器等，它们的热稳定度校验条件为(2) 母线、电缆和绝缘导线的热稳定校验条件母线、电缆和绝缘导线的热稳定度本来可按短路时最高发热温度k是否超过短路时最高允许温度kmax(附录表A-21)来校验，但由于k的确定比较麻烦，因此通常采用最小热稳定截面来进行校验，其校验的条件为第四节短路电流的效应与校验例4-4试校验例4-3所示企业变电所380V侧母线的短路热稳定度。已知此母线的短路保护实际时间为0.6s，低压断路器的断路时间为0.1s。解已知I(3)=I(3)=31.4kA，并由附录表A-21查得C=87A/mm2，而tima=0

13、.6s+0.1s+0.05s=0.75s，因此最小热稳定截面为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一、概述二、熔断器的选择与校验1.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1) 熔体额定电流INFE应不小于线路的计算电流I30，以使熔体在线路最大负荷下正常运行时也不致熔断，即第五节高低压电器的选择与校验表4-4高低压电器的选择校验项目和条件电器名称电压/V电流/A断流能力/kA短路电流校验动稳定度热稳定度熔断器高压隔离开关高压负荷开关高压断路器第五节高低压电器的选择与校验表4-4高低压电器的选择校验项目和条件电器名称电压/V电流/A断流能力/kA短路电流

14、校验动稳定度热稳定度低压刀开关低压负荷开关低压断路器电流互感器电压互感器并联电容器电缆、绝缘导线母线支柱绝缘子套管绝缘子表4-4高低压电器的选择校验项目和条件应满足的条件电器的额定电压不低于所在电路的额定电压电器的额定电流应不小于所在电路的计算电流电器的最大开断电流应不小于它可能开断的最大电流按或校验，分别满足式(4 41)至式(4 44)的要求，需计入按及校验，满足式(4 52)或式(4 53)的要求第五节高低压电器的选择与校验2.对“并联电容器”，还应按容量(var或F)选择；对“互感器”，还应考虑准确度等级。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。2) 熔体额定电

15、流INFE还应躲过线路的尖峰电流Ipk，以使熔体在线路出现尖峰电流时也不致熔断。3) 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而引起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第五节高低压电器的选择与校验(2) 保护电力变压器的熔断器熔体电流的选择。1) 熔体电流要躲过变压器允许的正常过负荷电流。2) 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。3) 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(810)I1NT。(3) 保护电压互感器的熔

16、断器熔体电流的选择2.熔断器规格的选择与校验第五节高低压电器的选择与校验(1) 熔断器的额定电压UNFU应不低于所在线路的额定电压UN，即(2) 熔断器的额定电流INFU应不小于它所安装的熔体额定电流INFE，即(3) 熔断器断流能力的校验1) 限流熔断器(如RN1、RT0等型)。2) 非限流熔断器(如RW10、RM10等型)。第五节高低压电器的选择与校验3) 对具有断流能力上下限的熔断器(如RW10等跌开式熔断器)其断流能力上限应满足式(4-61)的条件，而其断流能力下限应满足下列条件3.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表4-5检验熔断器保护灵敏度的最小比值K熔体额定电流/

17、A4101632406380200250500熔断时间/s545556704891011第五节高低压电器的选择与校验例4-5有一台异步电动机，其额定电压为380V，额定容量为18.5kW，额定电流为35.5A，起动电流倍数为7。现拟采用BLV1000110型导线穿钢管敷设，采用RT0型熔断器作短路保护。已知三相短路电流I(3)最大可达4kA，单相短路电流I(1)可达1.5kA。试选择熔断器及其熔体额定电流，并进行校验。解(1) 选择熔体及熔断器的额定电流(2) 校验熔断器的断流能力(3) 校验熔断器的保护灵敏度第五节高低压电器的选择与校验(4) 校验熔断器保护与导线的配合4.前后熔断器之间的选

18、择性配合第五节高低压电器的选择与校验第五节高低压电器的选择与校验图4-12熔断器保护例4-6如图4-12a所示电路中，假设FU1(RT0型)的INFE1=100A，FU2(RM10型)的INFE2=60A。k点的三相短路电流为1000A。试检验FU1与FU2是否能选择性配合。第五节高低压电器的选择与校验解用INFE1=100A和I(3)=1000A查附录表A-1曲线得t10.3s。三、低压断路器的选择与校验1.低压断路器过电流脱扣器的选择2.低压断路器过电流脱扣器的整定(1) 瞬时过电流脱扣器的动作电流Iop(0)应躲过线路的尖峰电流Ipk，即(2) 短延时过电流脱扣器动作电流和动作时间的整定

19、短延时过电流脱扣器的动作电流Iop(s)应躲过线路尖峰电流Ipk，即第五节高低压电器的选择与校验(3) 长延时过电流脱扣器动作电流和动作时间的整定长延时过电流脱扣器主要用来作过负荷保护，因此其动作电流Iop(l)，应躲过线路的最大负荷电流，即计算电流I30，满足下列条件(4) 过电流脱扣器与被保护线路的配合要求为了不致发生因过负荷或短路引起导线或电缆过热起燃而低压断路器的脱扣器不动作的事故，低压断路器过电流脱扣器的动作电流Iop，还必须满足下列条件第五节高低压电器的选择与校验3.低压断路器热脱扣器的选择与整定(1) 热脱扣器的选择热脱扣器的额定电流INHR应不小于线路的计算电流I30，即(2)

20、 热脱扣器的整定热脱扣器的动作电流IopHR应不小于线路的计算电流I30，以实现其对过负荷的保护，即第五节高低压电器的选择与校验4.低压断路器规格的选择与校验(1) 低压断路器的额定电压UNQF应不低于所在线路的额定电压UN，即(2) 低压断路器的额定电流INQF应不小于它所安装的脱扣器额定电流INOR或INHR，即第五节高低压电器的选择与校验(3) 低压断路器还必须进行断流能力的校验1) 对动作时间在0.02s以上的万能式断路器，其极限分断电流Ioc应不小于通过它的最大三相短路电流周期分量有效值I(3)，即2) 对动作时间在0.02s及以下的塑壳式断路器，其极限分断电流Ioc或ioc应不小于

21、通过它的最大三相短路冲击电流I(3)或i(3)，即第五节高低压电器的选择与校验5.低压断路器过电流保护灵敏度的检验例4-7有一条380V动力线路，I30=120A，IPK=400A，此线路首端的Ik=5kA，末端I(1)=1.2kA，当地环境温度为+30C。该线路拟用BLV1000170导线穿硬塑管敷设。试选择此线路上装设的DW16型低压断路器及其过电流脱扣器。解(1) 选择低压断路器及其过电流脱扣器由附录表A-7可知，DW16630型低压断路器的过电流脱扣器额定电流INOR=160AI30=120A，故初步选DW16630型低压断路器的INOR=160A。第五节高低压电器的选择与校验(2)

22、校验低压断路器的断流能力由附录表A-7可知，所选DW16630型断路器，其Ioc=30kAI(3)=5kA，满足分断要求。(3) 检验低压断路器保护的灵敏度(4) 校验低压断路器保护与导线的配合由附录表A-25可知，BLV1000170导线的Ia1=121A(3线穿管)，而Iop(0)=640A，不满足Iop(0)4.5Ia1=4.5121A=544.5A的配合要求。6.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第五节高低压电器的选择与校验(1) 前后低压断路器之间的选择性配合前后两低压断路器之间是否符合选择性配合，宜按其保护特性曲线进行检验，按产品样本给出的保护特性曲线并考虑其偏差范围可为如果在后一断路器出口发生三相短路时，前一断路器保护动作时间在计入负偏差(提前动作)，后一断路器保护动作时间在计入正偏差(延后动作)情况下，前一级断路器的动作时间仍大于后一级的动作时间，则能实现选择性配合的要求。(2) 低压断路器与熔断器之间的选择性配合要检验低压断路器与熔断器之间是否符合选择性配合，也只有通过各自的保护特性曲线。四、高压隔离开关、负荷开关和断路器的选择与校验1.按电压和电流进行选择2.断流能力的校验第