工厂供电-------------------第三章-短路电流计算.ppt

工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑1 1 工厂供电系统要求工厂供电系统要求不间断地对用电负荷供电不间断地对用电负荷供电，以保证工厂，以保证工厂生产和生活的正常进行。生产和生活的正常进行。由于各种原因，难免出现故障，使系统的正常运行受到破由于各种原因，难免出现故障，使系统的正常运行受到破坏。其中对系统坏。其中对系统危害最大、最常见危害最大、最常见的故障就是的故障就是短路短路。第三章第三章 短路电流计算短路电流计算指指电力系统或供配电系统电力系统或供配电系统中，不同相之间，相与中线中，不同相之间，相与中线或地线之间的或地线之间的直接金属性连接或经小阻抗连接直接金属性连接或经小阻抗连接。短路：短路：工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑2 2第一节第一节 短路概述短路概述第二节第二节 无限大容量系统无限大容量系统三相短路分析三相短路分析第三节第三节 无限大容量系统三相短路电流计算无限大容量系统三相短路电流计算第四节第四节 两相和单相短路电流计算两相和单相短路电流计算第五节第五节 短路电流的效应短路电流的效应工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑3 3第一节第一节 短路概述短路概述一、短路的种类一、短路的种类 对称短路：对称短路：三相短路三相短路k（3）不对称短路：不对称短路：单相接地短路单相接地短路k（1）两相接地短路两相接地短路k（1,1）两相短路两相短路k（2）工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑4 4单相接地短路单相接地短路k（1）两相接地短路两相接地短路k（1,1）工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑5 5二、短路的原因二、短路的原因（3 3）鸟、兽跨越鸟、兽跨越在裸露导体上构成短路。在裸露导体上构成短路。（4 4）雷击或过电压击穿雷击或过电压击穿。（1 1）电力系统中电器设备及载流导体长期运行造成的）电力系统中电器设备及载流导体长期运行造成的绝缘损绝缘损坏坏。绝缘损坏的主要原因有：绝缘损坏的主要原因有：绝缘自然老化绝缘自然老化，操作过电压，大，操作过电压，大气过电压，气过电压，绝缘受到机械损伤绝缘受到机械损伤等。等。（2 2）误操作误操作，工作人员未遵守安全操作规（如，工作人员未遵守安全操作规（如带负荷拉闸带负荷拉闸）而）而发生的误操作及误接线造成，这类故障占全部故障的发生的误操作及误接线造成，这类故障占全部故障的7070。在某热电厂高压配电室检修在某热电厂高压配电室检修508号油开关过程中，电工曲某下蹲时，号油开关过程中，电工曲某下蹲时，臀部无意中臀部无意中碰到碰到了了508号油开关上面编号为号油开关上面编号为5081的隔离刀闸的传力拐臂杆，导致的隔离刀闸的传力拐臂杆，导致5081隔离刀闸动、静隔离刀闸动、静触头接触，刀闸被误合，使该工厂电力系统触头接触，刀闸被误合，使该工厂电力系统502、500油开关由于油开关由于“过流保护过流保护”装置装置动作而跳闸，动作而跳闸，6kV高压二段母线和部分高压二段母线和部分380V母线均失电，母线均失电，2号、号、3号锅炉停止工作号锅炉停止工作40多分钟，多分钟，1号发电机停止工作号发电机停止工作1小时。小时。某变电站接调度令，停某某变电站接调度令，停某10KV线路。操作员按照规定写好拉线路。操作员按照规定写好拉2#隔离开关操作票，与隔离开关操作票，与监护员一起进行了演练，拿着监护员一起进行了演练，拿着2#隔离开关的钥匙去现场操作。隔离开关的钥匙去现场操作。当时正在严令处理电气误操作问题。如果出现当时正在严令处理电气误操作问题。如果出现误操作就会解除劳动合同误操作就会解除劳动合同。两人一边走。两人一边走一边议论，要小心一点，别把自己拉回家。说着错走到一边议论，要小心一点，别把自己拉回家。说着错走到1#隔离开关前面唱票，用隔离开关前面唱票，用2#钥钥匙开匙开1#锁，未开，回去换了锁，未开，回去换了1#钥匙，拉开钥匙，拉开1#隔离开关，造成线路停电，两人受到处隔离开关，造成线路停电，两人受到处分。分。工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑6 65.5.最严重的短路最严重的短路将破坏电力系统运行的稳定性，使将破坏电力系统运行的稳定性，使同步发电机同步发电机失步而解列失步而解列，破坏系统的稳定性。，破坏系统的稳定性。三、短路的危害三、短路的危害短路时，短路时，短路电流短路电流可达可达几万安到几十万安几万安到几十万安。1.1.短路电流的短路电流的热效应热效应，导体温度急剧升高，将绝缘损坏，甚至，导体温度急剧升高，将绝缘损坏，甚至烧毁设备。烧毁设备。2.2.短路电流的短路电流的力效应力效应，短路产生巨大的，短路产生巨大的电动力电动力，使电气设备，使电气设备机机械变形、扭曲甚至损坏械变形、扭曲甚至损坏。3.3.短路的短路的压降效应压降效应，电流升高，电压骤降，严重影响电器设备，电流升高，电压骤降，严重影响电器设备的正常工作。的正常工作。4.4.不对称短路产生的不对称短路产生的不平衡磁场（磁效应）不平衡磁场（磁效应），对附近的，对附近的通信线通信线路和弱电设备路和弱电设备产生严重的电磁干扰，产生严重的电磁干扰，影响其正常工作影响其正常工作。工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑7 7四、短路电流计算的目的四、短路电流计算的目的-供电系统设计的基本运算供电系统设计的基本运算 1.1.正确选择和校验各种电气设备；正确选择和校验各种电气设备；2.2.计算和合理整定保护短路的继电保护和自动装置；计算和合理整定保护短路的继电保护和自动装置；3.3.选择限制短路电流的电气设备；选择限制短路电流的电气设备；4.4.选择和评价电气主接线方案的依据。选择和评价电气主接线方案的依据。1 1、三相短路电流三相短路电流：选择或校验电气设备、载流导体和整定供：选择或校验电气设备、载流导体和整定供电系统的保护装置电系统的保护装置最大运行方式最大运行方式；2 2、不对称短路电流不对称短路电流：校验保护装置的灵敏度：校验保护装置的灵敏度-最小运行方式最小运行方式。3 3、在校验电气设备或载流导体的力、热稳定性时，用到、在校验电气设备或载流导体的力、热稳定性时，用到短路短路冲击电流、稳态短路电流和短路容量冲击电流、稳态短路电流和短路容量三相时三相时。4 4、对于瞬时动作的低压断路器，用、对于瞬时动作的低压断路器，用冲击电流有效值冲击电流有效值来进行其来进行其动稳定校验。动稳定校验。五、各种短路电流的作用五、各种短路电流的作用 工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑8 8一、一、无限大容量供电系统无限大容量供电系统 指指端电压保持恒定端电压保持恒定，没有，没有内部阻抗内部阻抗以及以及容量无限大容量无限大的系的系统。统。特征：特征：U US S=常数常数，X XS S=0,S=0,SS S=，可，可认为是一个恒压源认为是一个恒压源 第二节第二节 无限大容量系统三相短路分析无限大容量系统三相短路分析u在工程计算中，在工程计算中，当供配电系统容量较电力系统当供配电系统容量较电力系统容量小得多容量小得多（5050倍），倍），电力系统阻抗不超过短路回路总阻抗的电力系统阻抗不超过短路回路总阻抗的5-10%5-10%以上以上或短路点离电源的电气或短路点离电源的电气距离足够远距离足够远，发生短路时电力系统母，发生短路时电力系统母线电压降低很小，可将电力系统看作无限大容量系统。线电压降低很小，可将电力系统看作无限大容量系统。说明：无限大容量系说明：无限大容量系统是一个相对概念，统是一个相对概念，真正的无限容量系统真正的无限容量系统是不存在的。是不存在的。工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑9 9二、二、无限大容量系统三相短路无限大容量系统三相短路暂态过程暂态过程无无限限大大容容量量的的三三相相对对称称电电路路 r rk k、x xk k为短路回路的电阻和电抗，为短路回路的电阻和电抗，r r1 1、x x1 1为负载为负载的电阻和电抗。的电阻和电抗。工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑1010阻抗角阻抗角 式中，电流幅值式中，电流幅值 正常运行电流为：正常运行电流为：1 1、正常运行、正常运行设电源相电压为：设电源相电压为：工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑11112 2、三相短路分析、三相短路分析 电路分析：电路分析：设在设在K K点发生三相短路，电路则被分为两个独立回路，短点发生三相短路，电路则被分为两个独立回路，短路点路点左侧左侧是一个与电源相连的是一个与电源相连的短路回路短路回路，短路点，短路点右侧右侧是一个是一个无无电源的短路回路电源的短路回路。定性分析：定性分析：三相短路时，由于三相短路时，由于阻抗突变阻抗突变，将发生，将发生暂态过渡过程暂态过渡过程：k k点右点右侧无电源，电流衰减到零；侧无电源，电流衰减到零；k k点左侧有电源，回路阻抗急剧减小，点左侧有电源，回路阻抗急剧减小，故故I I急剧急剧。由于电路有电感作用，由于电路有电感作用，电流电流I I不能突变不能突变，出现非周期电流分，出现非周期电流分量，该分量不断衰减，电流最终达到量，该分量不断衰减，电流最终达到稳态短路电流稳态短路电流。工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑1212无限大容量供电系统发生三相短路时前后无限大容量供电系统发生三相短路时前后电流、电压电流、电压的变化曲线的变化曲线暂态过程暂态过程：非周期分：非周期分量电流存在的那段时量电流存在的那段时间。间。周期分量：周期分量：因短路后因短路后电路阻抗突然减小很电路阻抗突然减小很多，而按欧姆定律应多，而按欧姆定律应突然增大很多倍的电突然增大很多倍的电流；流；非周期分量：非周期分量：因短路因短路电路含有感抗，电路电路含有感抗，电路电流不可能突变，而电流不可能突变，而按按楞次定律楞次定律感应的、感应的、用以维持短路初瞬间用以维持短路初瞬间电流不致突变电流不致突变的一个的一个反向衰减性电流。反向衰减性电流。此电流衰减完毕后，此电流衰减完毕后，短路电流达到短路电流达到稳定状稳定状态态。t0工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑1313其解为：其解为：短路电流周期分量：短路电流周期分量幅值；幅值；定量分析定量分析：短路回路阻抗角；：短路回路阻抗角；：短路回路积分时间常数；：短路回路积分时间常数；短路前后，短路前后，短路回短路回路路应满足微分方程应满足微分方程短路电流短路电流非周期分非周期分量初值。量初值。工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑1414假设假设t=0t=0时发生短路，短路前后电流应时发生短路，短路前后电流应相等相等，即，即 由上式求出由上式求出i inp0np0可得短路可得短路全电流公式全电流公式：工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑1515 故：三相短路电流由故：三相短路电流由周期分量周期分量i ip p和和非周期分量非周期分量i inpnp组成。组成。周期分量：周期分量：由电源电压和短路回路阻抗决定。在无限大容量由电源电压和短路回路阻抗决定。在无限大容量系统条件下，幅值不变，又称为系统条件下，幅值不变，又称为稳态分量。稳态分量。与电源具有相同的变与电源具有相同的变化规律，依然是正弦信号，频率与电源相同。化规律，依然是正弦信号，频率与电源相同。非周期分量：非周期分量：按指数规律衰减，按指数规律衰减，3 35 5个周期个周期后衰减到后衰减到0 0，又，又称称自由分量，仅与电路参数有关。自由分量，仅与电路参数有关。因此：因此：稳态时，只包含短路电流的周期分量稳态时，只包含短路电流的周期分量。工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑1616短路电流的短路电流的相量表示法相量表示法：非周期分量幅值非周期分量幅值，等于相量，等于相量和和在纵轴上投影在纵轴上投影之差。之差。非周期分量幅值并不是固定的，与非周期分量幅值并不是固定的，与短路时刻短路时刻、初相位、短路前初相位、短路前工作电流工作电流等因素有关系。等因素有关系。t短路后阻抗角短路前阻抗角电源电压相位角旋转相量在时间轴的投影为其瞬时值。旋转相量在时间轴的投影为其瞬时值。工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑1717当当与与纵轴垂直纵轴垂直时，自由分量不存在，短路过程不时，自由分量不存在，短路过程不经过暂态而经过暂态而直接进入稳态直接进入稳态；短路电流短路电流非周期分量初始值最大非周期分量初始值最大时，短路电流最大，称为时，短路电流最大，称为最严最严重短路重短路情况。情况。一般情况下，电力系统设备的短路阻抗特性为感性，电抗值比一般情况下，电力系统设备的短路阻抗特性为感性，电抗值比电阻值大得多，因此，在忽略电阻时，电阻值大得多，因此，在忽略电阻时，短路阻抗角短路阻抗角三相短路时，三相短路时，周期分量对称，非周期分量不对称周期分量对称，非周期分量不对称。t短路后阻抗角短路前阻抗角电源电压相位角工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑1818由短路全电流公式知，应该使由短路全电流公式知，应该使暂态暂态量最大，量最大，则则：（1 1）短路时电压过零）短路时电压过零 。（2 2），则，则I Im m=0=0，即，即短路前空载短路前空载，或，或cos=1cos=1。将将I Im m=0,=0,代入上式，得：代入上式，得：（3 3）短路回路纯电感）短路回路纯电感 。I IP P为短路电流周期分量有效值。为短路电流周期分量有效值。3.3.最严重三相短路的短路电流最严重三相短路的短路电流工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑1919最严重三相短路时的电流波形图最严重三相短路时的电流波形图 工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑2020四、三相短路的有关物理量四、三相短路的有关物理量1.1.短路电流周期分量有效值短路电流周期分量有效值I IP P U Uavav=1.05U=1.05UN N（kVkV）,线路平均额定电压线路平均额定电压；()()，短路回路总阻抗，短路回路总阻抗。2.2.次暂态短路电流有效值次暂态短路电流有效值 短路电流周期分量在短路后第一个周期的有效值短路电流周期分量在短路后第一个周期的有效值,用用 II表示。在无限大容量系统中，表示。在无限大容量系统中，短路电流周期分量不衰减，短路电流周期分量不衰减，即即I=II=IP P工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑21213.3.短路全电流有效值短路全电流有效值i ik k为短路全电流瞬时值为短路全电流瞬时值,T,T为短路全电流周期为短路全电流周期 由于短路电流含有非周期性分量，由于短路电流含有非周期性分量，短路全电流不是正弦波短路全电流不是正弦波，短，短路过程中短路全电流的有效值路过程中短路全电流的有效值I Ik(t)k(t)，是指以该时间，是指以该时间t t为中心的一个为中心的一个周期内短路全电流瞬时值的均方根值：周期内短路全电流瞬时值的均方根值：工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑2222 为简化计算，假设非周期分量为简化计算，假设非周期分量i inpnp在所取周期内恒定不变，在所取周期内恒定不变，即即其值等于在该周期中心的瞬时值其值等于在该周期中心的瞬时值i inpnp(t)(t)；周期分量；周期分量i ip p的幅值的幅值也为常数，其有效值为也为常数，其有效值为I Ip p(t)(t)。在该周期内非周期分量的有效值即为该时间在该周期内非周期分量的有效值即为该时间t t时的瞬时值时的瞬时值i inpnp(t)(t)；周期分量有效值为；周期分量有效值为I Ip p（t t）那么短路全电流有效值那么短路全电流有效值 ：工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑23234.4.短路冲击电流和冲击电流有效值短路冲击电流和冲击电流有效值（1 1）短路冲击电流）短路冲击电流i ishsh-用于校用于校验电验电气和母气和母线线的的动稳动稳定定 最严重短路情况下，最严重短路情况下，短路全电流的最大瞬时值，出现在短短路全电流的最大瞬时值，出现在短路后半个周期，即路后半个周期，即t=0.01t=0.01秒秒时，得时，得 为短路电流冲击系数。为短路电流冲击系数。意味着短路电意味着短路电流非周期分量流非周期分量不衰减不衰减当电阻当电阻R=0时，时，当电抗当电抗=0时，时，意味着不产生意味着不产生非周期分量非周期分量1Ksh 2因此：因此：工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑2424（2 2）短路冲击电流有效值）短路冲击电流有效值I Ishsh 短路后第一个周期的短路后第一个周期的短路全电流有效值短路全电流有效值。用于校验电气和。用于校验电气和母线的热稳定性。母线的热稳定性。高压系统发生三相短路，可取高压系统发生三相短路，可取K Kshsh=1.8=1.8，因此，因此 低压系统发生三相短路，可取低压系统发生三相短路，可取K Kshsh=1.3=1.3，因此，因此工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑25255.5.短路电流稳态有效值短路电流稳态有效值I I 短路电流非周期分量衰减完后的短路电流非周期分量衰减完后的短路电流有效值短路电流有效值，用，用I I表示。表示。在无限大容量系统中，在无限大容量系统中，I II Ip p。6.6.短路容量短路容量S SK K 三相短路容量是选择断路器时，校验其断路能力或断流容三相短路容量是选择断路器时，校验其断路能力或断流容量的依据：量的依据：式中：式中：U Uavav：短路点所在级的线路平均额定电压（：短路点所在级的线路平均额定电压（kVkV）-切记切记；I Ik k：短路电流（：短路电流（kAkA）。）。工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑2626第三节第三节 无限大容量系统三相短路电流计算无限大容量系统三相短路电流计算u在短路电流计算中，各电气量的数值，可以用在短路电流计算中，各电气量的数值，可以用有名值有名值表示，表示，也可以用也可以用标幺值标幺值表示。表示。通常在通常在1kV以下的以下的低压系统中宜采用低压系统中宜采用有名值有名值，高压系统中宜采用标幺值高压系统中宜采用标幺值。u在高压电网中，通常总电抗远大于总电阻，所以可以在高压电网中，通常总电抗远大于总电阻，所以可以只计只计各主要元件的电抗而忽略其电阻各主要元件的电抗而忽略其电阻。一、一、标幺制的概念标幺制的概念（相对单位制（相对单位制 ）用相对值表示元件的物理量，称为用相对值表示元件的物理量，称为标幺制标幺制。某一物理量的标幺值某一物理量的标幺值*，等于它的实际值，等于它的实际值A与所选定的与所选定的基准值基准值Ad的比值，即的比值，即工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑2727 假设基准容量假设基准容量S Sd d、基准电压、基准电压U Ud d、基准电流、基准电流I Id d和基准阻抗和基准阻抗Z Zd d，则容量、电压、电流和电抗的标么值为：，则容量、电压、电流和电抗的标么值为：u电力系统电力系统基准值与标幺值基准值与标幺值之间关系之间关系工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑2828常取基准容量常取基准容量Sd=100MVA，基准电压用各级线路的基准电压用各级线路的平均额平均额定电压定电压，即，即。基准值基准值S Sd d、U Ud d、I Id d和和Z Zd d遵循遵循功率方程和电压方程功率方程和电压方程。四个基准值中只有二个基准值是独立的，通常选定四个基准值中只有二个基准值是独立的，通常选定基准容量基准容量和基准电压和基准电压，按下式求出基准电流和基准阻抗。，按下式求出基准电流和基准阻抗。u基准值的选取基准值的选取-任意的任意的线线路的路的额额定定电压电压与平均与平均额额定定电压电压额额定定电压电压UN/kV0.220.3836103560110220330平均平均额额定定电压电压Uav/kV0.230.43.156.310.53763115230345线路首端与末端额定电压的平均值，线路首端与末端额定电压的平均值，一般为一般为线路额定电压的线路额定电压的1.05倍。倍。工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑2929不同基准不同基准标幺值之间的换算标幺值之间的换算 电力系统中各电气设备如发电机、变压器、电抗器等所给电力系统中各电气设备如发电机、变压器、电抗器等所给出的标幺值都是出的标幺值都是额定标幺值额定标幺值，进行短路电流计算时必须将它们，进行短路电流计算时必须将它们换算成统一基准值的标幺值。换算成统一基准值的标幺值。换算方法换算方法是：是：先将以额定值为基准的电抗标幺值先将以额定值为基准的电抗标幺值还原为有名值，即还原为有名值，即选定选定Sd和和Ud，则以此为基准的电抗标幺值为：则以此为基准的电抗标幺值为：若取若取，则，则工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑3030不同电压等级电抗标幺值的关系不同电压等级电抗标幺值的关系设设k点发生短路，取点发生短路，取，则线路，则线路WL1的电抗的电抗X1折折算到短路点的电抗算到短路点的电抗为：为：则则X1折算到第三段的标幺值为：折算到第三段的标幺值为：此式说明：不论在哪一电压级发此式说明：不论在哪一电压级发生短路，各段元件参数的标幺值生短路，各段元件参数的标幺值只需用元件所在级的平均电压作只需用元件所在级的平均电压作为基准电压来计算，而无需再进为基准电压来计算，而无需再进行电压折算。即行电压折算。即任何一个用标幺任何一个用标幺值表示的量，经变压器变换后数值表示的量，经变压器变换后数值不变。值不变。具有三个电压等级的电力网具有三个电压等级的电力网工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑3131二、电力系统各元件的标幺值阻抗二、电力系统各元件的标幺值阻抗1 1、线路的电抗标幺值、线路的电抗标幺值L L为线路长度（为线路长度（kmkm），），R R0 0和和X X0 0为线路单位长度的电阻为线路单位长度的电阻电抗（电抗（/km/km），），可查表获知可查表获知。S Sd d：基准容量（：基准容量（MVAMVA），），U Ud d：线路所在电压等级的基准电压（：线路所在电压等级的基准电压（kVkV）。）。式中：式中：工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑32322 2、变压器的电抗标幺值、变压器的电抗标幺值 式中：式中：S SN N为额定容量（为额定容量（MVAMVA）和为）和为U UK K%阻抗电压。阻抗电压。由变压器的铭牌参数可知其由变压器的铭牌参数可知其短路电压百分数短路电压百分数 工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑33333 3、电抗器的电抗标幺值、电抗器的电抗标幺值U UL.NL.N：电抗器的额定电压、：电抗器的额定电压、I IL.NL.N为电抗器的额定电流、电抗器为电抗器的额定电流、电抗器的电抗百分数的电抗百分数X XL L%。电抗器是用来限制短路电流用的电抗器是用来限制短路电流用的电感线圈电感线圈，其铭牌上给，其铭牌上给出出额定电抗百分数、额定电压和额定电流额定电抗百分数、额定电压和额定电流。电抗器的额定容量电抗器的额定容量：工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑34344 4、电力系统的电抗标幺值、电力系统的电抗标幺值无限大容量系统无限大容量系统 XS=0 已知系统电抗有名值已知系统电抗有名值X XS S 已知系统的短路容量已知系统的短路容量S SK K 已知电力系统变电所出口断路器的短路容量已知电力系统变电所出口断路器的短路容量S SOCOC 工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑3535 由于各元件电抗都采用相对值，与短路点的电压无关，因由于各元件电抗都采用相对值，与短路点的电压无关，因此无需进行换算，这也是标么制法较之欧姆法的优越之处。此无需进行换算，这也是标么制法较之欧姆法的优越之处。5 5短路回路总阻抗短路回路总阻抗短路电路中所有元件的电抗标么值求出后，利用其等效电短路电路中所有元件的电抗标么值求出后，利用其等效电路进行化简，即可计算总的电抗标么值。路进行化简，即可计算总的电抗标么值。注意：注意：求电源到短路点的总电抗时，必须是电源与短路点求电源到短路点的总电抗时，必须是电源与短路点直接相连直接相连的电的电抗，中间不经过公共电抗。当网络比较复杂时，需要对网络进行化简，抗，中间不经过公共电抗。当网络比较复杂时，需要对网络进行化简，求出电源至短路点直接相连的电抗（即求出电源至短路点直接相连的电抗（即转移电抗转移电抗）。）。工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑3636若若 时，可略去电阻。时，可略去电阻。短路回路的总阻抗标幺值由短路回路总电阻标幺值和总电短路回路的总阻抗标幺值由短路回路总电阻标幺值和总电抗标幺值决定。抗标幺值决定。（1 1）高压系统的短路计算中）高压系统的短路计算中,由于总电抗远大于总电阻，可由于总电抗远大于总电阻，可只计电抗。只计电抗。（2 2）低压系统短路时需计及电阻。）低压系统短路时需计及电阻。工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑3737 无限大容量系统发生三相短路时，短路电流的周期分量的无限大容量系统发生三相短路时，短路电流的周期分量的幅值和有效值保持不变，而短路电流的有关物理量幅值和有效值保持不变，而短路电流的有关物理量II、I Ishsh、i ishsh、I I和和S Sk k都与短路电流周期分量有关。都与短路电流周期分量有关。因此，只要算出因此，只要算出短路电流周期分量的有效值短路电流周期分量的有效值，短路其它各，短路其它各量按前述公式很容易求得，以量按前述公式很容易求得，以标幺值计算短路电流标幺值计算短路电流。三、三相短路电流计算三、三相短路电流计算1短路电流短路电流 工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑38382 2、短路冲击电流、短路冲击电流短路冲击电流和短路冲击电流有效值为短路冲击电流和短路冲击电流有效值为高压系统：高压系统：i ishsh=2.55I=2.55IK K I Ishsh=1.52I=1.52IK K 低压系统：低压系统：i ishsh=1.84I=1.84IK K I Ishsh=1.09I=1.09IK K3、短路容量：、短路容量：或或工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑39395 5、短路电流的计算步骤、短路电流的计算步骤选基准容量和基准电压，画出短路计算系统图，包含与短路选基准容量和基准电压，画出短路计算系统图，包含与短路计算所有元件的单线系统，标出元件的参数，短路点。计算所有元件的单线系统，标出元件的参数，短路点。计算元件的标幺值电抗计算元件的标幺值电抗。画出画出等值电路图等值电路图，一个元件用一个电抗表示，电源用一个小，一个元件用一个电抗表示，电源用一个小圆表示，并标出短路点，同时标出元件的序号和阻抗值，一般圆表示，并标出短路点，同时标出元件的序号和阻抗值，一般分子标序号，分母标阻抗值。分子标序号，分母标阻抗值。简化等值电路图简化等值电路图，求出短路总阻抗标幺值。各种简化方法都，求出短路总阻抗标幺值。各种简化方法都可使用，如串联、并联、可使用，如串联、并联、-Y-Y或或Y-Y-变换、等电位法等。变换、等电位法等。计算短路电流标幺值计算短路电流标幺值，短路电流有名值和短路其它各量。即，短路电流有名值和短路其它各量。即短路电流、冲击短路电流和三相短路容量。短路电流、冲击短路电流和三相短路容量。工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑4040例例 试求图中供电系统总降变电所试求图中供电系统总降变电所10kV10kV母线上母线上K K1 1点和车间变电所点和车间变电所380V380V母线上母线上K K2 2点发生三相短路时的短路电流和短路容量，以及点发生三相短路时的短路电流和短路容量，以及K K2 2点三相短路流经变压器点三相短路流经变压器T3T3一次绕组的短路电流。一次绕组的短路电流。工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑4141解：解：1 1由短路电流计算系统图绘制等效电路图由短路电流计算系统图绘制等效电路图,如前图所示。由如前图所示。由断路器断流容量估算系统电抗，用断路器断流容量估算系统电抗，用X X1 1表示表示,则则 X X1 1=100/1000=0.1=100/1000=0.12 2取基准容量取基准容量S Sd d=100MVA=100MVA，基准电压，基准电压U Ud d=U=Uavav，三个基准，三个基准电压分别为电压分别为:计算各元件电抗标幺值计算各元件电抗标幺值:工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑4242线路线路L1L1 变压器变压器T1T1和和T2T2 线路线路L2L2 变压器变压器T3 T3 电力系统电力系统S S 工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑4343（1 1）计算短路回路总阻抗标幺值）计算短路回路总阻抗标幺值,为：为：（2 2）计算短路电流各值）计算短路电流各值 3 3、K K1 1点三相短路时的短路电流点三相短路时的短路电流工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑44444 4计算计算K K2 2点点三相短路时的短路电流三相短路时的短路电流（1 1）计算短路回路总阻抗标幺值：）计算短路回路总阻抗标幺值：（2 2）计算）计算K K2 2点三相短路时短路各量点三相短路时短路各量 工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑45455 5计算计算K K2 2点三相短路流经变压器点三相短路流经变压器3T3T一次绕组的短路电流一次绕组的短路电流IIK2K2（1 1）方法）方法1 1由短路计算等效电路图中可看出由短路计算等效电路图中可看出:K K2 2点短路时，流经点短路时，流经3T3T一次绕组的三相短路电流标幺值与短一次绕组的三相短路电流标幺值与短路点路点K K2 2的短路电流标幺值相同，用变压器的短路电流标幺值相同，用变压器3T3T一次绕组所在电压一次绕组所在电压级的基准电流便可求出流经变压器级的基准电流便可求出流经变压器3T3T一次绕组的短路电流。一次绕组的短路电流。（2 2）方法）方法2 2 将将K K2 2点三相短路电流变换到变压器点三相短路电流变换到变压器3T3T的一次侧，此时的一次侧，此时变比变比应采用平均额定电压应采用平均额定电压，即基准电压变比。，即基准电压变比。工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑4646四、电动机对三相短路电流的影响四、电动机对三相短路电流的影响 短路时，短路时，距短路点越近，电压就越低距短路点越近，电压就越低。如果某处的如果某处的电网电压低于电动机反电势电网电压低于电动机反电势，则电动机像发电，则电动机像发电机一样将能量送到到短路点。机一样将能量送到到短路点。电动机提供的冲击短路电流可按下式计算电动机提供的冲击短路电流可按下式计算 ：注意：注意：由于该由于该反馈电流反馈电流使电动机将迅速受到使电动机将迅速受到制动制动，其值也迅速减小，所以，其值也迅速减小，所以电动机的反馈电流一般只影响短路电流的电动机的反馈电流一般只影响短路电流的冲击值冲击值。工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑4747电动机的短路电流冲击系数。电动机的短路电流冲击系数。低压电动机取低压电动机取1.01.0，高压电机取，高压电机取1.4-1.61.4-1.6（3-6KV3-6KV）；）；为电动机的为电动机的次暂态电势标幺值次暂态电势标幺值，一般为，一般为0.90.9（异步），（异步），同步（同步（1.11.1）；）；INMKsh.M电动机额定电流。电动机额定电流。电动机的次暂态电抗标幺值，同步和异步均取电动机的次暂态电抗标幺值，同步和异步均取0.2 0.2；工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑4848（3 3）计算短路后）计算短路后 的短路电流或在考虑冲击电流的短路电流或在考虑冲击电流的影响时才计入电动机的反馈电流。（的影响时才计入电动机的反馈电流。（时间时间）（1 1）高压电动机单机或总容量大于）高压电动机单机或总容量大于1000kW1000kW，低压电动机单机或，低压电动机单机或总容量大于总容量大于100kW100kW；（；（容量容量）（2 2）在靠近电动机引出端附近发生三相短路时，才考虑电动机）在靠近电动机引出端附近发生三相短路时，才考虑电动机对冲击短路电流的影响。（对冲击短路电流的影响。（距离距离）考虑电动机影响，短路点的冲击短路电流为：考虑电动机影响，短路点的冲击短路电流为：考虑场合：考虑场合：工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑4949第四节第四节 两相和单相短路电流计算两相和单相短路电流计算 一、对称分量法一、对称分量法 对称分量法的对称分量法的基本原理基本原理是：是：任何一个不对称三相系统的任何一个不对称三相系统的相量相量、都可分解成都可分解成三个对称的三相系统分量三个对称的三相系统分量，即正，即正序、负序和零序分量。序、负序和零序分量。可以是电动可以是电动势、电流、电势、电流、电压等。压等。u正序分量（正序分量（、）：与正常对称运行下的）：与正常对称运行下的相序相同相序相同；u负序分量（负序分量（、）：与正常对称运行下的）：与正常对称运行下的相序相反相序相反；u零序分量（零序分量（、）：）：三相同相位三相同相位。工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑5050三相相量与其三相相量与其对称分量对称分量之间的关系可表示为：之间的关系可表示为：式中，式中，且有，且有则则也可表示为也可表示为 可见：可见：三相对称系统中不存在零序分量三相对称系统中不存在零序分量。在三角形接法或没有中线的星形接。在三角形接法或没有中线的星形接法中，线电流中不存在零序分量；在有中性线的星形接法中，通过中线的电法中，线电流中不存在零序分量；在有中性线的星形接法中，通过中线的电流等于一相零序电流的流等于一相零序电流的3倍。倍。或或 工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑5151二、对称分量法在不对称短路计算中的应用二、对称分量法在不对称短路计算中的应用不对称短路时的正序、负序、零序网络图如图所示。不对称短路时的正序、负序、零序网络图如图所示。各序网的基本方程为：各序网的基本方程为：序网络图序网络图a）正序网络）正序网络b）负序网络）负序网络c）零序网络）零序网络工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑5252三、电力系统中各主要元件的序电抗三、电力系统中各主要元件的序电抗1发电机的序电抗发电机的序电抗正序电抗：正序电抗：包括稳态时的同步电抗包括稳态时的同步电抗Xd、Xq，暂态过程中，暂态过程中的的、和和、。负序电抗：负序电抗：与故障类型有关与故障类型有关。零序电抗：零序电抗：与电机结构有关与电机结构有关。发电机的各序电抗平均值见可查阅规范得知。发电机的各序电抗平均值见可查阅规范得知。2变压器的序电抗变压器的序电抗变压器的负序电抗与正序电抗相等，而零序电抗与变变压器的负序电抗与正序电抗相等，而零序电抗与变压器的压器的铁心结构铁心结构及三相绕组的及三相绕组的接线方式接线方式等因素有关。等因素有关。工厂供电工厂供电2024/5/22周三周三可编辑可编辑5353u变压器变压器零序电抗与铁心结构零序电抗与铁心结构的关系的关系 F对于由对于由三个单相变压器组成的变压器组及三相五柱式或壳三个单相变压器组成的变压器组及三相五柱式或壳式变压器式变压器，零序主磁通以铁心为回路，因磁导大，零序励磁，零序主磁通以铁心为回路，因磁导大，零序励磁电流很小，所以可认为。电流很小，所以可认为。F对于三相三柱式变压器，零序主磁通通过充油空间及油箱对于三相三柱式变压器，零序主磁通通过充油空间及油箱壁形成闭合回路，因磁导小，励磁电流很大，所以零序励磁壁形成闭合回路，因磁导小，励磁电流很大，所以零