短路电流计算及电气设备的选择校验

第四章短路电流计算

及电气设备的选择校验3.1概述3.2无限大容量电源供电系统的短路过程分析

3.3无限大容量电源条件下短路电流的计算方法3.4低压电网中短路电流的计算3.5短路电流的效应3.6电气设备的选择与校验2023/4/30第一节概述一、短路及其原因、后果短路是指供电系统中不同电位的导电部分（各相导体、地线等）之间发生的低阻性短接。

造成短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏，其次是人员误操作、鸟兽危害等。

在供电系统中发生短路故障后，短路电流往往要比正常负荷电流大许多倍，有时高达几十万安培。当它通过电气设备时，温度急剧上升，会使绝缘老化或损坏；同时产生的电动力，会使设备载流部分变形或损坏；短路会使系统电压骤降，影响系统其他设备的正常运行；严重的短路会影响系统的稳定性；短路还会造成停电；不对称短路的短路电流会产生较强的不平衡交变磁场，对通信和电子设备等产生电磁干扰等。2023/4/30二、短路的类型在供电系统中，短路的基本类型有三相短路(a)、两相短路(b)、单相短路(c,d)和两相接地短路(e,f)。

2023/4/30续上页进行短路计算的目的是正确选择和检验电气设备及其保护装置。三相短路电流是选择和检验电气设备的基本依据。另外还要用到不对称短路的短路电流、短路冲击电流、稳态短路电流等。三、计算短路电流的目的2023/4/30第二节无限大容量电源供电系统

的短路过程分析一、无限大容量电源供电系统的概念无限大容量电源，就是指电源内阻抗为零，供电容量相对于用户负荷容量大得多的电力系统，不管用户的负荷如何变动甚致发生短路时，电源内部均不产生压降，电源母线上的输出电压均维持不变。

二、短路过程的简单分析2023/4/30续上页等效电路的电压方程为

解之得,短路电流为则得短路电流当t＝0时，由于短路电路存在着电感，因此电流不会突变，即ik0=i0＝

，可求得积分常数，即式中，iz为短路电流周期分量;

ifi为短路电流非周期分量。短路前负荷电流为2023/4/30续上页无限大容量系统发生三相短路时的电压、电流曲线如下图：2023/4/30三、有关短路的物理量

短路电流周期分量iz

短路电流非周期分量ifi

短路全电流ik.t

短路冲击电流ish

短路稳态电流I∞

短路冲击电流有效值Ish

I∞=Iz.t=Iz

2023/4/30第三节无限大容量电源条件下

短路电流的计算方法一、标幺值法

在无限大容量电源供电系统中发生三相短路时，短路电流的周期分量的幅值和有效值是不变的。

在高压电路的短路计算中，通常只计电抗，不计电阻。故按标幺值法进行短路计算时，一般是先选定基准容量Sj和基准电压Uj。标幺值2023/4/30续上页基准容量，工程设计中通常取基准电流

二、供电系统各元件电抗标幺值1）电力系统的电抗标幺值基准电压，通常取元件所在处的短路计算电压为基准电压，即取

基准电抗

Sk为电力系统变电所高压馈电线出口处的短路容量。2023/4/30续上页2）电力线路的电抗标幺值式中，L为线路长度，x0为线路单位长度的电抗，可查手册。3）电力变压器的电抗标幺值因为

所以

标幺值

短路电路中各主要元件的电抗标么值求出以后，即可利用其等效电路图进行电路化简求总电抗标么值。2023/4/30三、三相短路电流的计算无限大容量系统三相短路周期分量有效值的标么值按下式计算:

由此可得三相短路电流周期分量有效值：其他短路电流：三相短路容量：（对高压系统）（对低压系统）2023/4/30某厂一10/0.4kV车间变电所装有一台S9－800型变压器（△uk%=5），由厂10kV高压配电所通过一条长0.5km的10kV电缆（x0＝0.08Ω/km）供电。已知高压配电所10kV母线k-1点三相短路容量为52MVA，试计算该车间变电所380V母线k-2点发生三相短路时的短路电流。例题1解：1.确定基准值2.计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值1）电力系统的电抗标幺值2023/4/30续上页2）电力线路的电抗标幺值3）电力变压器的电抗标幺值3．求k-2点的短路电路总电抗标么值三相短路电流的短路容量

1）总电抗标么值

2)三相短路电流周期分量有效值3)其他三相短路电流

2023/4/30某供电系统如图所示。己知电力系统出口处的短路容量为Sk=250MVA，试求工厂变电所10kV母线上k-1点短路和两台变压器并联运行、分列运行两种情况下低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。例题2解：1.确定基准值2023/4/30续上页2.计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值1）电力系统的电抗标幺值2）电力线路的电抗标幺值3）电力变压器的电抗标幺值2023/4/30续上页3.求k-1点的短路电路总阻抗标么值及三相短路电流和短路容量1）总电抗标么值2）三相短路电流周期分量有效值3）其他三相短路电流

4）三相短路容量

2023/4/30续上页4．求k-2点的短路电路总电抗标么值三相短路电流的短路容量

两台变压器并联运行情况下：

1）总电抗标么值

2)三相短路电流周期分量有效值3)其他三相短路电流

4）

三相短路容量

2023/4/30续上页两台变压器分列运行情况下：

1）总电抗标么值

2)三相短路电流周期分量有效值3)其他三相短路电流

4）

三相短路容量

2023/4/30四、两相短路电流的估算两相短路电流

而三相短路电流

所以

2023/4/30第四节低压电网盟中短路电絮流的计算一、低压平电网短路溪计算的特第点1、配电变队压器一稠次侧可绩以作为约无穷大波容量电绘源供电劣来考虑仙；2、电阻驴值较大，挽电抗值较舱小；3、低压稻系统元件胶的电阻多减以毫欧计脏，因此用辱有名值法君比较方便末。4、因低钳压系统的师非周期分汽量衰减快猪，ksh值在1～1伙.3范共围。二、三相荐短路电流塘的计算电源至短饱路点的总夜阻抗包括榜变压器高弓压侧系统斜、变压器铅、低压母方线及配电躲线路等元槽件的阻抗臂；开关电桌器及导线勒等接触电裙阻可忽略闯不计。202痰3/4慕/24续上页1．高哈压侧系肿统的阻弦抗3．母女线及电生缆的阻遮抗，其复单位长抱度值可贵查手册。2．变胜压器的翠阻抗应计及的电阻、电抗（单位均为）有

归算到低能压侧的高在压系统阻适抗可按下思式计算：归算到低注压侧的变压器阻抗可按抛下式计算船：202佣3/4权/24三、单相走短路电流语的计算根据对称忽分量法，致单相短路韵电流为工程计代算公式不为高压系统巩的相－零丙电阻变压器的当相－零电妇阻母线及电圈缆的相－根零电阻正序阻俩抗负序阻抗零序阻抗低压侧单相短字路电流青的大小近与变压持器单相纱短路时鞭的相零俩阻抗密燥切相关盟。各元件的轮相－零电尘阻与电抗催值可通过轮计算或查牌有关设计习手册。2023渴/4/2越4某用户1渣0/0.梳38kV变电所的叉变压器为SCB1澡0-10村00/1根0型，Dyn封11联结，长已知变严压器高气压侧短尺路容量恰为15声0MVA，其低压招配电网纹络短路第计算电携路如图掘所示。启求短路觉点k-1处的三塘相和单咬相短路寒电流。例题3解：1、休计算有哥关电路盈元件的只阻抗1)高信压系统阻抗（归篮算到4飞00V侧）2023株/4/2吃4续上页相零阻基抗(Dyn1畅1联接)2）变压樱器的阻抗往（归算到低巷压侧）因零序电崇流不能在乏高压侧流龄通，故高压侧向系统的相零阻税抗按每宗相阻抗值的米2/3办计算，即2023乖/4/2磁4续上页2.三相短路丝式回路总阻峰抗及三相短嚼路电流相零阻抗曾为3)母攻线的阻抗202进3/4灯/24续上页3.单相短拨路回路烟总相零隙阻抗及焰单相短吼路电流单相短路浴电流为单相短湿路回路母总相零叛电抗为单相短火路回路斥总相零罪电阻为2023亦/4/2蜓4第五节短路电流捏的效应一、短路孤电流的力票效应强大的每短路电跌流通过令电气设既备和导腰体，将匙产生很切大的电揪动力，孙即电动苏力效应姿，可能户使电气偿设备和使导体受论到破坏械或产生钻永久性侮变形。短路电造流产生满的热量语，会造羞成电气插设备和驴导体温倚度迅速年升高，挨即热效院应，可丑能使电辱气设备彩和导体成绝缘强泛度降低梦，加速这绝缘老娃化甚至挠损坏。为了正拜确选择宪电气设丘备和导破体，保们证在短厨路情况渗下也不吧损坏，卡必须校折验其动停稳定和皂热稳定亭。对于两根朴平行导体具，通过电拥流分别为i1和i2，其相互间牺的作用力F(单位N）可用下面扩公式来计蹄算：2023内/4/2丸4在三相厨系统中番，当三刮相导体躬在同一存平面平速行布置护时，受租力最大绩的是中凝间相。佩当发生纺三相短绍路故障辛时，短肺路电流量冲击值陈通过导芒体中间等相所产恒生的最贱大电动贝力为：续上页二、短路点附茫近交流电柔动机的反就馈冲击电健流影响当短路点扬附近所接径交流电动盟机的额定回电流之和槽超过短路额电流的1%时，捆按GB50颠054-游95《低压配皇电设计哥规范》测规定，渠应计入轨电动机遥反馈电潮流的影谣响。载流导体继和电气设惩备承受短域路电流作遭用时满足洒力稳定的右条件是2023厦/4/2拦4当交流劝电动机醉进线端捧发生三挂相短路阻时，它把反馈的斤最大短砌路电流料瞬时值萄（即电荷动机反抗馈冲击丹电流）飞可按下绩式计算：续上页由于交蕉流电动瞎机在外堵电路短津路后很趋快受到慰制动，阶因此它躬产生的简反馈电伶流衰减抄很快，壁所以只促有在考追虑短路德冲击电劲流的影崇响时，懂才需要计入电动叔机的反馈饮电流。此时短夏路点的菜短路冲聚击电流投为三、短横路电流泰的热效帽应（一）短赴路时导体找的发热在线路发贵生短路时校，强大的啦短路电流片将使导体倾温度迅速旋升高。短路前后导体的温度变化202妙3/4挖/24续上页在实际们短路时聋间tk内,短路简电流的热括量为根据Q值可以砌确定出团短路时活导体所注达到的勉最高温闭度θk。发热假祸想时间继电保护动作时间断路器开断时间工程计惹算公式载流导秒体和电妹气设备呀承受短乒路电流钥作用时炕满足力烤稳定的摩条件是202捡3/4共/24第六节电气设虎备的选串择及校南验一、选择祥校验项目嘉及条件电气设疮备的选惩择，必傻须满足趋供电系鞋统正常葛工作条有件下和缠短路故中障条件床下工作巡寿要求，更同时电喝气设备葡应工作挂安全可彩靠，运大行维护它方便，坦投资经镜济合理适。1.按正常朋工作条举件选择按正常工住作条件选行择，就是武要考虑电售气设备的蛙环境条件亩和电气要壤求。环境条纠件是指甩电气设袋备的使倡用场所趴、环境晴温度，差海拔高皮度以及研有无防扣尘、防要腐、防桃火、防披爆等要靠求，据括此选择样电气设位备结构姨类型。电气要拘求是指谁电气设欲备在电部压、电甩流频率圈等方面扑的要求碍，即所株选电气具设备的杏额定电务压应不构低于所北在线路悉的额定离电压、申电气设陕备的额劫定电流嫌应不小搭于该回料路在各肝种合理维运行方傲式下的很最大持峰续工作日电流；虎即202匹3/4摆/24续上页对一些语开断电捷流的电残器，如餐熔断器才、断路定器和负边荷开关纸等，则片还有断肚流能力滨的要求亏，即最犁大开断欲电流应岂不小于罢它可能训开断的热最大电逼流。1）对译断路器仗，其最貌大开断握电流应辣不小于解它可能纯开断的恋线路最价大短路嫂电流。改即2）对岔负荷开困关，其惠最大开棚断电流匙应不小匀于它可流能开断霞的线路钞最大负乓荷电流店。即3）对数熔断器，其最大彼开断电牢流应不役小于它占可能开性断的线膀路最大们短路电垦流。即（对非限流型熔断器）（对限流型熔断器）202性3/4理/24续上页按短路故械障条件校影验，就是剖要按最大筐可能的短尿路故障时条的力稳定统性和热稳赛定性进行限校验。2.按短路故无障条件校享验对于一般昌电器，满足力谋稳定的条班件是：电器的代额定峰策值耐受织电流对于一般常电器，满足热揉稳定的条披件是：电器的额定短时惰耐受电流习有效值对于载流导补体，满尸足热稳攻定的条碰件是：导体的热田稳定系数2023暂/4/2需4二、高压外断路器的溪选择与校筑验高压断路渐器的选择冶与校验，更主要是按码环境条件慌选择结构胆类型，按鲜正常工作疲条件选择勇额定电压祥、额定电歉流并校验良开断能力设，按短路渡故障条件妹校验动稳住定性和热脊稳定性，隔并同时选场择其操动傍机构和操爪作电源。例4-1忧试选择休某10KV高压配电尘所进线侧盲的高压户济内真空断舌路器的型久号规格。消已知该进辜线的计算防电流为2壁95A，配电所络母线的沉三相短咐路电流促周期分蛙量有效予值为3.2kA这，继电保护劈燕的动作时禽间为1.住1s。解：初菌步选VS1砖-12优/63穿0-1课6型进行祝校验，酒如表所雁示，所骑选正确雅。

序号安装地点的电气条件VS1-12/630-16型断路器项

目数

据项

目数

据结

论1UN10kVUN.QF12kV合格2Ic295AIN.QF630A合格33.2kAIoc16kA合格42.55×3.2kA=8.16kAiet40kA合格5(3.2kA)2×(1.1+0.2)s=13.3kA2·s(16kA)2×4s=1024kA2·s合格2023守/4/2达4三、高压摩熔断器的角选择与校任验高压熔环断器的业选择与慰校验，索主要是黄按环境驼条件选晌择结构航类型，凯按正常牌工作条塞件选择诞额定电呼压、额贝定电流荐并校验蝴开断能粗力。高压熔俗断器的硬额定电蓝流应不盏小于它暂所安装酬的熔体脏电流。丈熔体电巨流的选嫂择应满露足下列敏条件：1）保除护高压警线路的往熔断器稀的熔体莫电流应旷大于线魄路的计弊算电流眼，一般鹿取线路搞计算电犁流的1丧.1～孩1.3斤倍。2）保张护电力掘变压器忌的熔断霸器的熔瘦体电流议，考虑感到变压哑器的正替常过负挣荷电流斤、励磁准涌流（忌即空载坚合闸电引流）及如低压侧誓电动机雪自起动材引起的狮尖峰电恳流等因浇素，一灾般取一劫次侧额怎定电流墓的1.大5～2垮倍。3）保护电鼠压互感器足的熔断器瓜的熔体电剖流，因互艘感器二次民侧负荷很乎小，一般各取为0.葡5A。202偏