1、3 建筑供配电系统短路电流及其计算,第一节 概述,一 短路原因、类型、后果及计算短路电流的目的（一）主要原因：1.电气设备、元件的损坏。2.自然原因3.人为事故,（二）类型：1.三相短路2.两相短路3.单相短路,（三）后果：1.产生很大的电动力和很高的温度，使故障元件和短路电路中的其它元件损坏。2.电压骤降，影响电气设备的正常运行。3.造成停电事故。4.造成不对称电路，其电流将产生较强的不平衡磁场，对附近的通信设备、信号系统及电子设备等产生干扰。5.严重的短路运行电力系统运行的稳定性，使并列运行发电机组失去同步，造成系统解列。,（四）目的：1.选择和校验电气设备。2.继电保护装置的整定计算。3
2、.设计时作不同方案的技术比较。,二.电力系统的中性点运行方式（一）类型 三相交流电力系统中，供电电源的发电机和变压器的中性点运行方式： 1.小电流接地电源中性点不接地电源中性点经消弧圈接地2.大电流接地电源中性点直接接地,（二 ） 电源中性点不接地电力系统,电网对地存在分布电容C，若三相对称电网正常时流入分布电容的电流对称中性点与地电位相同，地中无电流流过,C相单相接地时三相负载不对称 电流见图 C相电位为零非故障相电压升高中性点与地之间存在电位差线电压不变设备可继续运行接地电流为,单相接地后特点：故障相电位为零非故障相相电压升高为线电压电网按线电压设计中性点与地之间存在电位差-零序电压线电压
3、不变设备可继续运行2小时接地电流为3倍零序电流，较小，电流保护不动作我国635kV中压采用10kV单相接地电流应小于30A35kV单相接地电流应小于10A,（三 ） 电源中性点经消弧圈接地的电力系统,当10kV单相接地电流应大于30A，35kV单相接地电流应大于10A，发生单相接地时会产生间歇电弧，造成过电压，因此要采用中性点经消弧线圈接地。用电感电流补偿电容电流，可减少接地电流,补偿方式欠补偿完全补偿过补偿,易谐振，不采用,产生谐振过电压，不用,采用,（四） 电源中性点直接接地的电力系统,特点接地电流很大，可使保护动作非故障相相电压不变，可按相电压设计，电网造价低人触电很危险110kV以上电
4、网和低压电网采用,（五）建筑供配电系统分为TN、TT、IT系统,对于低压系统（TN)： 中性线（N) 保护线(PE) 三相四线制,第一个字母表示电源中性点的对地关系；（电力系统的对地关系） T一点直接接地； I所有带电部分与地绝缘，或一点经 阻抗接地。,第二个字母表示装置的外露可导电的部分对地关系； T外露可导电部分对地直接电气连接， 与电力系统的任何接地点无关； N外露可导电部分与电力系统的接地 点直接电气连接。横线后面的字母(S、C或C-S)表示保护线与中性线的结合情况。,3.2 短路电流的暂态过程,无限大电源容量系统短路电流的暂态过程暂态过程：正常稳态到短路稳态的过程。无限大电源容量：系
5、统电压基本不变。1）短路容量：3倍或以上。2）电源总阻抗5%10%线路总阻抗。3）电网容量或=50倍用户容量。有限大电源容量系统系统电压随时间变化。电源总阻抗 5%10%线路总阻抗。,3.2.1无限大容量系统短路电流暂态过程,由图得，短路前 短路后解微分方程，短路的全电流为：其中：,可见：短路电流由两部分组成。其一按指数规律衰减变化-非周期分量其二按正弦规律变化-周期分量,短路电流非周期分量是由于电路存在着电感，用以维持短路瞬间的电流不致突变。,无限大容量系统短路电流的暂态过程,结论：1)周期分量幅值不变。2)非周期分量总要衰减，而且短路电路总电阻Rk越大，时间常数T越小，衰减越快。3)短路后
6、经半个周期（0.01s），出现最大值，称为短路的冲击电流ish4)暂态过程经十个周期（0.2s）进入稳态。称为短路的稳态电流i 有限大容量系统短路电流的暂态过程。1)周期分量幅值是变化的。2)非周期分量也是衰减。,3.2.2 需要计算的短路电流参数,1）短路次稳态电流： 短路开始第一个周期周期分量的有效值。用 I表示。2）短路稳态电流： 短路进入稳态时的有效值。用 I 表示。作用：校验电气设备的热稳定性 3）短路电流冲击值 ： 短路全电流中的最大瞬时值。用 ish表示。产生最大短路冲击电流必备的条件：空载Im=0；电源电压过零=0；纯电感电路。作用：校验电气设备的动稳定性 将上述条件带入全电流
7、公式得冲击电流 高压电路取1.8； 低压电路取1.3,3.2.2 需计算的短路电流参数,4）短路冲击电流有效值： 为短路全电流中的最大有效值 。用Ish表示。作用：校验电气设备的动稳定性。 高压： 低压： 5）短路后0.2s时的短路电流周期分量有效值和短路容量 作用：校验开关电气的额定开断电流和额定断流容量。周期分量有效值短路容量,3.3 无限大容量系统短路电流计算,短路电流有两种计算方法:有名值法通常用于1000V以下低压供电系统的短路计算。相对值法 常用在高压系统短路电流计算。有名值法（绝对值法、欧姆法）由欧姆定律计算，各个物理量均有单位*对于高压电路，一般只计电抗，不计电阻，当 时需计算
8、电阻。 *对于低压短路，一般只计电阻，不计电抗，当 时才需计算电抗。,3.3.1 有名值法计算短路电流步骤,1）绘制短路计算电路图：标参数、找短路点;2）求短路回路中各元件阻抗，在图上标出各元件阻抗值；3）计算短路回路的总阻抗。（注意：等效阻抗的换算）。4）计算短路电流。计算短路电流的关键是计算各元件阻抗,3.3.2 短路回路中各元件阻抗,（1）电源系统的阻抗电源的短路容量sk。可由高压馈电线出口断路器的断流容量Sb（极限短路容量）来估算,公式同上。由开断电流Ioc来计算其断流容量， （2）变压器的阻抗： 式3-19 式3-18 （3）输电线路的阻抗： 线路的电阻Rwl。 Rwl =R0L。
9、R0单位长度电阻，查附表6或查手册 线路的电抗Xwl。 Xw=X0L。 X0单位长度电抗,3.3.2 短路回路中各元件阻抗,（4）限流电抗器的电抗：按各元件串并联的关系，计算总阻抗例题3-1 某供电系统如图示，断路器为SN10-10。试求K1,K2点的短路电流和短路容量。,380v,解：（1）计算各元件电抗 1)系统电抗 由附录表8 Soc=500MV.A2)架空线路 由表3-1得x0=0.35 X2=X0L=0.35*5=1.753)变压器 由附录表5 得Uk%=5 （2）计算短路点总电抗1) K1点：XK1= X1 + X2 =0.22+1.75=1.972) K2点: XK2= (X1+
10、X2 )(0.4/10.5)2+X3/X4 =(0.22+1.75)(0.4/10.5)2+0.008/2 =0.00686 （3）计算短路参数,K1点：短路电流周期分量有效值和稳态电流短路电流冲击电流短路容量,2) K2点：短路电流周期分量有效值和稳态电流短路电流冲击电流短路容量,3.3.3相对值法（标幺值法）,1) 相对值（标幺值法、相对单位制法）概念 实际值与基准值的比值计算短路电流2) 基准值的选取 基准容量 Sd=100MVA 基准电压 Ud=Uav 基准电流 选各元件及短路点线路的平均电压Uav,3)系统各元件标幺电抗 电源系统的标幺电抗 变压器的标幺电抗 线路的标幺电抗 电抗器的
11、标幺电抗,4)计算短路参数,5)变压器耦合电路标幺电抗的计算,绝对值法计算电抗时，电压不同时需要换算，标幺值计算是否要换算？电压不同基准值如何选取？取U1为基准,U1L1,U3L3,U2L2,K,结论：由上分析各元件的标幺电抗取其所在电网平均电压，则标幺电抗就可以直接相加，而不需要换算。标幺值法优点：电抗计算不需要换算公式与单相公式形式相同,G,3.3.4 两相短路电流的计算,由图只考虑电抗 其他两相短路参数都可按前面三相短路电流公式计算与三相短路电流计算的关系三相短路电流用于短路效应校验和开断能力。两相短路电流用于校验保护相间短路灵敏度。,G,3.3.5 单相短路电流的计算,在大接地电流系统
12、中，发生单相短路时，短路电流,3.4 大容量电动机对短路电流的影响,电动机附近短路，电网电压的突然降低，会使电动机的反电势高于加在电动机端点上的电压，电动机工作在发电状态，向短路点回馈电流。感应式异步电动机高压大于1000KW，低压大于100KW，考虑影响仅考虑对冲击电流的影响 短路电流冲击系数， 高压电动机一般取1.41.6； 低压电动机一般取 1。 电动机的额定电流。,E*电动机的次暂态电 势，一般为0.9；X* 电动机的次暂态电抗，一般为0.2；,工程设计中可近似取为：, 短路电流冲击系数， 高压电动机一般取1.41.6； 低压电动机一般取 1。 电动机的额定电流。,3.5低压电网短路电
13、路计算,一 低压电网短路电流计算的特点：一般容量不大于高压供电电源容量的5 %按无限大电源考虑。各元件电阻值相对较大，一般不能忽略。冲击系数在11.3范围内电压只有一级，采用有名法较为方便,二 各元件阻抗 与欧姆法介绍计算方法一样，并可查表求得。它包括： 系统电源阻抗 变压器阻抗母线阻抗配电线路阻抗低压电器阻抗,三 短路电流计算（一）三相短路电流计算和两相短路电流 计算与欧姆法介绍计算方法一样。（二）单相短路电流周期分量计算 低压380/220 三相四线制配电网络中，常发生相 零之间单相短路，其计算公式为：,R0, X0为“相 零”回路中电阻与 电抗之和，可查表获得。 Up 电源的相电压。 ,
14、3.6 短路电流的效应和稳定度校验,供电系统短路时，短路电流很大，导体间产生很大的电磁相互作用力-电动力效应-设备变形产生很高的热量-热效应-烧坏设备或降低寿命3.6.1 短路电流的电动力效应 和动稳定度两平行线间的电动力 若两平行导体通过电流方向相同，受吸力方向相反，受斥力 a-两导体的轴线距离,(m)； l-档距（即相邻的两支点间距离, (m)；,三相平行线间的电动力 最大电动力发生在三相短路时的中间相，其电动力为 用于校验电气设备和导体的动稳定度。 动稳定度的校验条件 动稳定度：设备能够承受短路产生电动力的能力1.一般电器 imax 电器的极限通过电流（峰值;Imax 电器的极限通过电流
15、（有效值。,2.对绝缘子动稳定度校验 Fal Fc(3) Fal =0.6FW Fal 绝缘子的最大允许载荷,由产品 样本查得; Fc(3)短路时作用在绝缘子上的计算力; FW绝缘子的抗弯破坏载荷母线在绝缘子上为平放：母线在绝缘子上为竖放：,3.对母线等硬导体一般按短路时所受到的最大应力来校验。 母线材料的最大允许应力， 硬铜(TM Y): 硬铝(LMY)： 母线通过 是所受到的最大应力。,母线通过 是所受到的弯曲力矩， 单位 Nm, 当母线的档数为12时, 当母线的档数为2时, W母线截面系数， ，单位：M3 b 截面水平宽度, h截面水平高度4.电缆本身的机械强度很好，不必校验动稳定,3.
16、6.2 短路电流的热效应,（一）短路时导体的发热过程与计算1.过程： 短路前正常负荷时的温度； 发生短路； 切除故障时间； 时导体温度。短路持续时间要求：,t1,t2,t,l,k,0,2.计算 计算 的值。与 相对应的热量为 由于计算困难，一般采用等效方法， 为短路发热假想时间。,对无限大系统，则当 1s时，而 保护装置动作时间 ； 断路器断路时间，(固有分闸时间电弧延续时间由产品样本可查得固有分闸时间一般高压断路器 0.2s 高速断路器： 0.10.15s 低压断路器电弧延续时间： 0.010.02s,3.6.3短路热稳定度的校验,1.一般电器 电器热稳定试验电流； 电器热稳定试验时间。 （可由产品样本查得2.母线及绝缘导线和电缆等导体因确定 较麻烦，可根据短路热稳定度要求来确定其最小允许截面 。C导体热稳定系数，可查附录表得。,本章小结,了解短路的类型理解计算短路电流的计算方法掌握短路电流的计算方法掌握常用设备动、热稳定的校验,
