第5章电网短路电流计算

1、无限电源供配电系统三相短路电流计算无限电源供配电系统三相短路电流计算 有限容量电源供电系统三相短路电流计算有限容量电源供电系统三相短路电流计算 第五章第五章 电网短路电流计算电网短路电流计算供配电网络元件参数计算供配电网络元件参数计算 三相交流电网短路的过渡过程三相交流电网短路的过渡过程两相短路电流的近似计算两相短路电流的近似计算 低压电网短路电流计算低压电网短路电流计算 短路电流的效应短路电流的效应 第一节第一节 概概 述述 一、短路的原因及短路类型一、短路的原因及短路类型 1、短路：系统中各种类型不正常的相与相之间或相与地、短路：系统中各种类型不正常的相与相之间或相与地之间的短接。之间的短

2、接。 2、原因：、原因： （1）电气设备、元件的损坏）电气设备、元件的损坏 （2）自然原因）自然原因 （3）人为事故）人为事故 设备绝缘部分自然老化或设备本身有缺陷，正常运行设备绝缘部分自然老化或设备本身有缺陷，正常运行时被击穿短路；以及设计、安装、维护不当所造成的时被击穿短路；以及设计、安装、维护不当所造成的设备缺陷最终发展成短路等。设备缺陷最终发展成短路等。由于大风、低温导线覆冰引起架空线倒杆断线；因遭由于大风、低温导线覆冰引起架空线倒杆断线；因遭受直击雷或雷电感应，设备过电压，绝缘被击穿等。受直击雷或雷电感应，设备过电压，绝缘被击穿等。工作人员违反操作规程带负荷拉闸，造成相间弧光短路；工

3、作人员违反操作规程带负荷拉闸，造成相间弧光短路；违反电业安全工作规程带接地刀闸合闸，造成金属性短违反电业安全工作规程带接地刀闸合闸，造成金属性短路；人为疏忽接错线造成短路或运行管理不善造成小动路；人为疏忽接错线造成短路或运行管理不善造成小动物进入带电设备内形成短路事故等等。物进入带电设备内形成短路事故等等。3、短路的类型、短路的类型 K(3)三相短路三相短路 K(2)两相短路两相短路K(1.1)两相接地短路两相接地短路K(1.1)两相接地短路两相接地短路K(1)单相短路单相短路K(1)单相短路单相短路二、短路的后果及短路计算目的二、短路的后果及短路计算目的（1）巨大的短路电流通过导体，短时间内

4、产生很大热量，）巨大的短路电流通过导体，短时间内产生很大热量，形成很高温废，极易造成设备过热而损坏。形成很高温废，极易造成设备过热而损坏。（2）由于短路电流的电动效应，导体间将产生很大的电动）由于短路电流的电动效应，导体间将产生很大的电动力力 。（3）短路时系统电压突然下降，对用户带来很大影响。）短路时系统电压突然下降，对用户带来很大影响。 （4）产生电磁干扰）产生电磁干扰 （5）短路时会造成停电事故，给国民经济带来损失。并）短路时会造成停电事故，给国民经济带来损失。并且短路越靠近电源，停电波及的范围越大。且短路越靠近电源，停电波及的范围越大。1、短路的后果、短路的后果2、短路计算的目的、短路

5、计算的目的（1）为了选择和校验电气设备）为了选择和校验电气设备（2）为继电保护装置的整定计算）为继电保护装置的整定计算（3）在选择与设计系统电气主接线时，短路计算可为不）在选择与设计系统电气主接线时，短路计算可为不同方案进行技术性比较以及确定是否采取限制短路电流措同方案进行技术性比较以及确定是否采取限制短路电流措施等提供依据。施等提供依据。 系统内部电流发生变化时，系统电源电压系统内部电流发生变化时，系统电源电压维持不变。维持不变。第二节第二节 三相交流电网短路的过渡过程三相交流电网短路的过渡过程 一、短路电流的过渡过程分析一、短路电流的过渡过程分析 无限大电源：无限大电源：)sin( tUU

6、mA)sin( tIim)sin( tUdtdiLRim)sin(kpmptIi 周期分量：周期分量：KtnpAei 非周期分量：非周期分量：短路的全电流：短路的全电流：nppKiii KtkpmAetI )sin(短路前瞬间电流的瞬时值短路前瞬间电流的瞬时值)sin(0 mIi短路后瞬间电流的瞬时值短路后瞬间电流的瞬时值AIiKpm )sin(0 nppKiii 00iiAIIKpmm )sin()sin( )sin()sin(KpmmIIA tLRKpmmKpmKeIItIi )sin()sin()sin( 短路全电流的计算公式为：短路全电流的计算公式为：无限大电源供电系统无限大电源供电系

7、统 短路时短路电流波形短路时短路电流波形二、产生最大短路电流的条件二、产生最大短路电流的条件产生最大短路电流的条件是：产生最大短路电流的条件是：1、短路前电路处于空载状态，、短路前电路处于空载状态，即即t=0s时时0)sin( mIi2、假设电路的感抗远大于电路、假设电路的感抗远大于电路的电阻，即的电阻，即LR，短路阻抗角，短路阻抗角90 K 3、短路时，某相电压瞬时值恰好过零值，即、短路时，某相电压瞬时值恰好过零值，即t=0s时，时，0 KtpmpmKeItIi cos短路时短路电流非周期分量为最大时短路电流波形图短路时短路电流非周期分量为最大时短路电流波形图三、短路冲击系数和冲击电流三、短

8、路冲击系数和冲击电流 1、短路冲击电流、短路冲击电流 KeIIipmpmsh 01. 0 pmIeK 01. 01pmcIK pshIK2 2、短路电流的冲击系数、短路电流的冲击系数KeKsh 01. 01 RLK 当当R0时，时，Ksh2 当当L0时，时，Ksh1 1Ksh 2对于高压系统，一般可取对于高压系统，一般可取Ksh =1.8，则：，则： pshIi55. 2 对于低压系统，一般可取对于低压系统，一般可取Ksh =1.3，则：，则：pshIi84. 1 四、短路电流最大有效值四、短路电流最大有效值短路后某一时刻短路全电流有效值据定义应等于以此时短路后某一时刻短路全电流有效值据定义应

9、等于以此时刻为中心的一个周期内短路全电流瞬时值的均方根值。刻为中心的一个周期内短路全电流瞬时值的均方根值。 2/2/21TtTtKtKtdtiTI 2/2/2)(1TtTtnptptdtiiT22nptptKtIII 201. 02)01. 0( KeIIpmp 2)1(21 shpKI在高压电网中当冲击系数取在高压电网中当冲击系数取Ksh =1.8时，时， pshII52. 1 在低压电网中当冲击系数取在低压电网中当冲击系数取Ksh =1.3时，时，pshII09. 1 第三节第三节 供配电网络元件参数计算供配电网络元件参数计算 一、标么值计算短路电路中的各元件一、标么值计算短路电路中的各元

10、件名名值值同同单单位位）该该参参数数的的基基准准值值（与与有有意意单单位位）该该该该参参数数的的实实际际值值（任任某某电电气气参参数数的的标标么么值值 dUUU *dddIUS3 dddXIU3 基准容量基准容量：工程设计中通常取：工程设计中通常取Sd=100MVA。 基准电压基准电压：工程计算中规定各电压等级都以平均额定：工程计算中规定各电压等级都以平均额定电压电压Uav为其电压的基准值。为其电压的基准值。 NNavUUU05. 1211 . 1 基准电流基准电流： dddUSI3 基准电抗基准电抗： dddddSUIUX23 标么值的换算：标么值的换算：某电抗在其设备额定容量为某电抗在其设

11、备额定容量为SN，额定电压为，额定电压为UN时的额定时的额定标么值为：标么值为：2*/NNdNUSXXXX 若换算至统一的基准容量为若换算至统一的基准容量为Sd、基准电压为、基准电压为Ud的标么值为：的标么值为：2*/dddUSXXXX 22ddNNNUSSUX 当采用平均额定电压作为基准电压时，通常还假定各元件当采用平均额定电压作为基准电压时，通常还假定各元件的额定电压就是平均额定电压，即的额定电压就是平均额定电压，即Ud=Uav=UNNdNSSXX *（一）发电机基准电抗标么值计算（一）发电机基准电抗标么值计算短路计算时，发电机使用的电抗为其短路开始瞬间的次暂短路计算时，发电机使用的电抗为

12、其短路开始瞬间的次暂态电抗态电抗dX cos/*NddNNddNdPSXSSXX cos/100%100%*NddNdddPSXSSXX （二）变压器基准电抗标么值计算（二）变压器基准电抗标么值计算短路电压：短路电压：100% TNTKKUUU100%*KTNUX 额定电抗标么值额定电抗标么值TNdKTNdTNTSSUSSXX 100%*基准电抗标么值基准电抗标么值（三）电抗器基准电抗标么值计算（三）电抗器基准电抗标么值计算电抗器绕组电抗百分值电抗器绕组电抗百分值10010031003/%* HNNHHNHNHHHXUXIUUU2*3/ddNHNHHNdHHUSIUXXXX 23100%ddN

13、HNHHUSIUU （四）线路基准电抗、电阻标么值的计算（四）线路基准电抗、电阻标么值的计算202*ddddLLUSlxUSXX 202*ddddLLUSlrUSRR 二、短路电路总阻抗基准标么值计算二、短路电路总阻抗基准标么值计算1.短路回路总电阻短路回路总电阻 小于总电抗小于总电抗 的的1/3时，忽略电阻，时，忽略电阻，认为总阻抗基准标么值等于总电抗基准标么值，即：认为总阻抗基准标么值等于总电抗基准标么值，即：* R* X* XZ2.短路回路总电阻短路回路总电阻 大于总电抗大于总电抗 的的1/3时，忽略电阻，时，忽略电阻，认为总阻抗基准标么值取其复阻抗的模，即：认为总阻抗基准标么值取其复阻

14、抗的模，即：* R* X2*2* XRZ在短路回路总电抗基准标么值计算中，各元件只需按在短路回路总电抗基准标么值计算中，各元件只需按本元件所处电压等级的平均额定电压作为基准电压，本元件所处电压等级的平均额定电压作为基准电压，将其电抗有名值归算到基准电抗标么值，标注在等值将其电抗有名值归算到基准电抗标么值，标注在等值电路上，然后再直接应用阻抗网络的串、并联关系得电路上，然后再直接应用阻抗网络的串、并联关系得到总电抗基准标么值。到总电抗基准标么值。例：例：某系统的计算电路图如图，现在求：在某系统的计算电路图如图，现在求：在K（3）点三）点三相短路时，从电源到短路点的总阻抗基准标么值。相短路时，从电

15、源到短路点的总阻抗基准标么值。解：解：（1）取）取Sd=100MVAUd=Uav（2）计算各元件的电抗、电阻标么值）计算各元件的电抗、电阻标么值083. 037/100338. 0/220*1 ddUSlxX149. 037/100368. 0/220*1 ddUSlrR19. 13 . 61001005 . 7100%*2 TNdKSSUX109. 0)5 .10/(1005 . 108. 0/220*3 jdUSlxX694. 0)5 .10/(1005 . 151. 0/220*3 jdUSlrRx0=0.38/kmr0=0.68/kmx0=0.08/kmr0=0.51/kmSN=630

16、0kVAUK%=7.5SN=800kVAUK%=4.5（3）总阻抗标么值计算）总阻抗标么值计算625. 58 . 01001005 . 4100%*5*4 TNdKSSUXX195. 42625. 5109. 019. 1083. 0/*5*4*3*2*1* XXXXXX843. 0694. 0149. 0*3*1* RRR第三节第三节 无限大电源供配电系统短路电流计算无限大电源供配电系统短路电流计算 ZUIavp3)3(一、三相短路时周期分量电流计算一、三相短路时周期分量电流计算223 XRUav在在1kV以上的高压系统中，通常忽略电阻不计，则以上的高压系统中，通常忽略电阻不计，则 XUIa

17、vp3)3(采用标么值计算时，短路电流周期分量有效值的基准标采用标么值计算时，短路电流周期分量有效值的基准标么值为：么值为： *)3(*1/33 XXXUUXUXUIIIddavddavdpp* XIIIIddppI=Ipt=Ip三相短路容量：三相短路容量： )3()3(3pavKIUS *3 XSXIUddav系统电源电抗基准标么值：系统电源电抗基准标么值： GdGGSSSX *1KdGSSX *如无法获得系统电源容量的具体数值，也可用电源出口断如无法获得系统电源容量的具体数值，也可用电源出口断路器的开断容量路器的开断容量SK代替，即代替，即例：例：图示的供电系统图中，系统电源容量在最大远行

18、方式图示的供电系统图中，系统电源容量在最大远行方式下为下为SGmax=320MVA，在最小运行方式下为，在最小运行方式下为SGmin=180MVA。系统其余各元件参数不变，短路点也不变。求：系统其余各元件参数不变，短路点也不变。求： ， 。)3(pI)3(KS解：解：（1）取）取Sd=100MVAUd=Uav（2）计算各元件基准电抗标么值）计算各元件基准电抗标么值313. 0320/100/max*max GdGSSX556. 0180/100/min*min GdGSSX（3）计算总电抗基准标么值）计算总电抗基准标么值508. 4195. 4313. 0*max X751. 4195. 45

19、56. 0*min X（4）两种运行方式下短路电流周期分量有名值的计算：）两种运行方式下短路电流周期分量有名值的计算： 基准电流值：基准电流值： kAUSIddd34.1444 . 031003 MVAXSSdK18.22508. 4100*max)3(max （5）两种运行方式下短路容量有名值的计算：）两种运行方式下短路容量有名值的计算：kAXIIdp02.32508. 434.144*max)3(max kAXIIdp38.30751. 434.144*min)3(min MVAXSSdK05.21751. 4100*min)3(min 二、三相短路全电流最大有效值及冲击电流计算二、三相短

20、路全电流最大有效值及冲击电流计算)3(2pshshIKi 2)3()1(21 shpshKIIpshIi84. 1 pshII09. 1 kAIipsh92.5802.3284. 184. 1)3(max kAIipsh90.5538.3084. 184. 1)3(min kAIIpsh90.3402.3209. 109. 1)3(max kAIIpsh11.3338.3009. 109. 1)3(min Mshshshiii 在靠近大容量感应电动机附近发生三相短路故障，电动机在靠近大容量感应电动机附近发生三相短路故障，电动机端口的电压大幅度下降，当电动机的反电势高于端口的残端口的电压大幅度下

21、降，当电动机的反电势高于端口的残余电压时，电动机就相当于发电机向短路点输送电流。余电压时，电动机就相当于发电机向短路点输送电流。MNMshMNMshMMMshICKIkXEi )/(2*第六节第六节 两相短路电流的近似计算两相短路电流的近似计算)(3)3(LGXXEI 三相短路时的次暂态短路电流：三相短路时的次暂态短路电流：)(2)2(LGXXEI 两相短路时的次暂态短路电流：两相短路时的次暂态短路电流：)3()3()2(87. 023III )3()2(87. 0shshii )3()2(87. 0shshII 第七节第七节 低压电网短路电流计算低压电网短路电流计算一、一、1kV以下低压电网

22、短路电流计算的几个特点以下低压电网短路电流计算的几个特点（1）在配电变压器容量不大于其高压供电电源容量）在配电变压器容量不大于其高压供电电源容量5时，时，可以认为配电变压器高压侧的端电压短路时保持不变，按可以认为配电变压器高压侧的端电压短路时保持不变，按照无限大电源供电考虑。照无限大电源供电考虑。（2）低压配电网络中各元件的电阻值相对较大，在计算）低压配电网络中各元件的电阻值相对较大，在计算短路电流时一般不能忽略，要采用阻抗进行计算。短路电流时一般不能忽略，要采用阻抗进行计算。（3）因低压配电网络中电阻较大，短路电流非周期分量）因低压配电网络中电阻较大，短路电流非周期分量衰减很快。衰减很快。（

23、4）低压配电网一般电压只有一级，除配电变压器，其）低压配电网一般电压只有一级，除配电变压器，其它各电器元件的阻抗都用它各电器元件的阻抗都用m表示，表示，因而计算短路电路采因而计算短路电路采用有名制较为方便用有名制较为方便。二、低压配电网备元件阻抗二、低压配电网备元件阻抗（一）系统电源电抗计算（一）系统电源电抗计算KdGSUX3210 （m）（二）变压器阻抗计算（二）变压器阻抗计算变压器电阻：变压器电阻：NTNTCuTSUPR 22（m）变压器阻抗：变压器阻抗：NTNTKTSUUZ 22100%（m）变压器电抗：变压器电抗：22TTTRZX （m）（三）母线的阻抗计算（三）母线的阻抗计算母线电阻

24、：母线电阻：310 SLRm （m）母线电抗：母线电抗：bDLXPm4lg145. 0 （m）（四）电源、架空配电线路的阻抗（四）电源、架空配电线路的阻抗低压各电缆的阻抗值见表低压各电缆的阻抗值见表5-7、表、表5-8，架空线见附表，架空线见附表20。 在低压配电网的短路电流计其中，如遇到变压器至短在低压配电网的短路电流计其中，如遇到变压器至短路点由不同截面电缆连接组成的电路，应将电缆换算至路点由不同截面电缆连接组成的电路，应将电缆换算至同一截面下，电缆的等效计算长度近似按下式确定：同一截面下，电缆的等效计算长度近似按下式确定：221121SSLLLc （五）低压电器的阻抗（五）低压电器的阻抗

25、电流互感器一次绕组阻抗、自动空气断路器过流线圈阻抗、电流互感器一次绕组阻抗、自动空气断路器过流线圈阻抗、自动空气断路器及刀开关的触头接触电阻见表自动空气断路器及刀开关的触头接触电阻见表5-9、表、表5-10、表表5-11。三、低压配电网络短路电流计算三、低压配电网络短路电流计算（一）三相短路电流周期分量计算（一）三相短路电流周期分量计算22)3()3()3(3 XRUIIIavP（二）冲击电流和短路全电流最大有效值（二）冲击电流和短路全电流最大有效值PshshIKi2 XRsheeKK 1101. 0当短路点附近接有单位容量当短路点附近接有单位容量20kW以上异步电动机时，应以上异步电动机时，应考虑其反馈冲击电流。考虑其反馈冲击电流。Mshshshiii 短路全电流最大有效值：短路全电流最大有效值：当当Ksh1.3时，时，PshshIKI2)1(21 当当Ksh1.3时，时，PKshII 501 （三）两相短路电流周期分量计算（三）两相短路电流周期分量计算)3()2(87. 0PPII （四）单相短路电流周期分量的计算（四）单相短路电流周期分量的计算2020)1()()(XRUIPP “相相零零”回路中的电阻和电抗应包括：变压器单相阻抗、回路中的电阻和电抗应包括：变压器单相阻抗、回