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1、第三章 短路電流計算在工廠供配電系統(tǒng)的設計和運行中，不在工廠供配電系統(tǒng)的設計和運行中，不僅要考慮系統(tǒng)的正常運行狀態(tài)，還要考慮系僅要考慮系統(tǒng)的正常運行狀態(tài)，還要考慮系統(tǒng)的統(tǒng)的不正常運行狀態(tài)不正常運行狀態(tài)和和故障情況故障情況。短路故障短路故障是電力系統(tǒng)故障中最常見也是是電力系統(tǒng)故障中最常見也是最嚴重的一種故障形式。最嚴重的一種故障形式。第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述p 短路原因及后果短路原因及后果p 短路形式短路形式一一一一 短路概述（概念、原因及后果）短路概述（概念、原因及后果）短路概述（概念、原因及后果）短路概述（概念、原因及后果）n（）短路的概念（）短路的概念供電系統(tǒng)中供電系統(tǒng)中一相一相 或或多相

2、多相 載流導體載流導體接地接地 或或相互接觸相互接觸并產生超出規(guī)定值的并產生超出規(guī)定值的大電流大電流 的情況。的情況。n（）短路的原因（）短路的原因電氣設備載流部分的絕緣損壞電氣設備載流部分的絕緣損壞工作人員違反安全操作規(guī)程而發(fā)生工作人員違反安全操作規(guī)程而發(fā)生誤操作（誤操作（70）雷擊過電壓雷擊過電壓鳥獸跨越在裸露的相線之間或相線與接地物體之間，鳥獸跨越在裸露的相線之間或相線與接地物體之間，或者鼠類咬壞設備和導線電纜的絕緣或者鼠類咬壞設備和導線電纜的絕緣n（）短路的后果（）短路的后果短路電流為正常工作電流的幾十倍短路電流為正常工作電流的幾十倍設備設備溫度溫度 急劇急劇升高升高，過熱使，過熱使絕

3、緣絕緣 加速加速老化老化 或或損壞損壞產生很大的產生很大的電動力電動力，使設備載流部分，使設備載流部分變形變形 或或損壞損壞在線路上在線路上產生很大壓降產生很大壓降，影響其它設備運行，影響其它設備運行保護裝置動作，造成保護裝置動作，造成停電停電，越靠近電源，停電范圍越大，越靠近電源，停電范圍越大影響影響 電力系統(tǒng)運行的電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性穩(wěn)定性，可使并列運行的發(fā)電機組失，可使并列運行的發(fā)電機組失去同步，造成系統(tǒng)解列去同步，造成系統(tǒng)解列單相短路單相短路 和和兩相短路電流兩相短路電流 會產生較強的會產生較強的不平衡交變磁場不平衡交變磁場，產生電磁干擾，影響周圍通信線路和電子設備的正常工，產生電磁干

4、擾，影響周圍通信線路和電子設備的正常工作作二二二二 短路的形式短路的形式短路的形式短路的形式n三相短路（對稱短路）三相短路（對稱短路）n兩相短路（不對稱短路）兩相短路（不對稱短路）n單相短路（不對稱短路）單相短路（不對稱短路）n兩相接地短路（不對稱短路）兩相接地短路（不對稱短路）ABCk（3）Ik（3）ABCk（2）Ik（2）CABk（1）Ik（1）ABCk（1）Ik（1）三三相相短短路路單單相相接接地地短短路路兩相短路兩相短路單相短路單相短路無中性線系統(tǒng)無中性線系統(tǒng)有中性線系統(tǒng)有中性線系統(tǒng)兩兩相相接接地地短短路路ABCk（1.1）Ik（1.1）在電力系統(tǒng)中，發(fā)生在電力系統(tǒng)中，發(fā)生單相短路單相

5、短路故障的故障的幾率最大幾率最大，發(fā)生，發(fā)生三相三相短路短路的的可能性最小可能性最小，但，但三相短路電流最大三相短路電流最大，造成的危害最嚴重。，造成的危害最嚴重。因此，為了使電力系統(tǒng)的電氣設備在最嚴重的短路狀態(tài)下也能因此，為了使電力系統(tǒng)的電氣設備在最嚴重的短路狀態(tài)下也能可靠地工作，在可靠地工作，在選擇和校驗電氣設備選擇和校驗電氣設備用的短路計算中，常以用的短路計算中，常以三三相短路計算相短路計算為主。為主。第二節(jié)第二節(jié)無限大容量電源系統(tǒng)供電時短路分析無限大容量電源系統(tǒng)供電時短路分析p 無限大容量電源供電系統(tǒng)的概念無限大容量電源供電系統(tǒng)的概念p 三相短路過程的理論分析三相短路過程的理論分析一一

6、一一 無限大容量電源供電系統(tǒng)的概念無限大容量電源供電系統(tǒng)的概念無限大容量電源供電系統(tǒng)的概念無限大容量電源供電系統(tǒng)的概念n無限大容量電源無限大容量電源內阻抗為零的電源內阻抗為零的電源。不管供出的電流如何變動，電源內。不管供出的電流如何變動，電源內部均不產生壓降，部均不產生壓降，電源母線電源母線 上的上的輸出電壓維持不變輸出電壓維持不變。n無限大容量電力系統(tǒng)無限大容量電力系統(tǒng)供電容量供電容量 相對于用戶（包括工廠）供電系統(tǒng)的相對于用戶（包括工廠）供電系統(tǒng)的用電容用電容量量 大得多大得多的電力系統(tǒng)。當供電系統(tǒng)的負荷變動甚至發(fā)的電力系統(tǒng)。當供電系統(tǒng)的負荷變動甚至發(fā)生短路時，電力系統(tǒng)變電所饋電母線上的電

7、壓能基本維生短路時，電力系統(tǒng)變電所饋電母線上的電壓能基本維持不變。持不變。n等效條件等效條件電源總阻抗電源總阻抗 5 51010短路電路總阻抗（短路電路總阻抗（無阻抗無阻抗）電力系統(tǒng)容量電力系統(tǒng)容量 5050用戶供電系統(tǒng)用電容量（用戶供電系統(tǒng)用電容量（大容量大容量）二二二二 三相短路過程的理論分析（設三相對稱）三相短路過程的理論分析（設三相對稱）三相短路過程的理論分析（設三相對稱）三相短路過程的理論分析（設三相對稱）單單相相等等效效電電路路正常工作正常工作時：時：三相短路三相短路時：時：解線性非齊次微分方程得：解線性非齊次微分方程得：電路中每相短路阻抗電路中每相短路阻抗短路后回路的時間常數短路

8、后回路的時間常數短路電流與相電壓之間的相角短路電流與相電壓之間的相角三相短路電流周期分量的幅值三相短路電流周期分量的幅值當當t0，發(fā)生三相短路的瞬間，電流不能突變，則有：，發(fā)生三相短路的瞬間，電流不能突變，則有：因此，因此，三相短路電流三相短路電流全電流瞬時值全電流瞬時值 為：為：短路電流的周期分量短路電流的周期分量短路電流的非周期分量短路電流的非周期分量短路電流非周期分量初始值短路電流非周期分量初始值三相短路時電壓、電流波形三相短路時電壓、電流波形短路全電流最大瞬時值分析短路全電流最大瞬時值分析短路沖擊電流短路沖擊電流短路前為空載，則：短路前為空載，則：電路的感抗電路的感抗X比電阻比電阻R大

9、得多，則：大得多，則：短路發(fā)生于某相電壓瞬時值過零時，則：短路發(fā)生于某相電壓瞬時值過零時，則：當當 t=0.01s時，電路電流出現時，電路電流出現瞬時最大值瞬時最大值：短路沖擊電流短路沖擊電流：短路全電流中的最大瞬時值：短路全電流中的最大瞬時值沖擊系數沖擊系數短路阻抗為短路阻抗為純電感純電感時：時：短路阻抗為短路阻抗為純電阻純電阻時：時：因此，?。阂虼?，取：高壓系統(tǒng)高壓系統(tǒng)：低壓系統(tǒng)低壓系統(tǒng)：短路電流有效值短路電流有效值：某一瞬時：某一瞬時 t 的短路全電流有效值的短路全電流有效值 Ikt 是以時間是以時間 t 為中點的一個周期內為中點的一個周期內 iz 的有效值的有效值 Iz 和和 ifi

10、在在t時刻瞬時值時刻瞬時值 ifit的方均的方均根值。根值。短路沖擊電流有效值短路沖擊電流有效值：當：當 t0.01s 時短路全電流的有效值時短路全電流的有效值高壓系統(tǒng)：高壓系統(tǒng)：低壓系統(tǒng)：低壓系統(tǒng)：穩(wěn)態(tài)短路電流穩(wěn)態(tài)短路電流：t 時，非周期分量衰減完畢，短路全電流就時，非周期分量衰減完畢，短路全電流就是短路電流周期分量，稱之為是短路電流周期分量，稱之為穩(wěn)態(tài)短路電流穩(wěn)態(tài)短路電流，以，以 I 表示其有效表示其有效值，則值，則有有 I =Ik kt t短路次暫態(tài)電流短路次暫態(tài)電流：短路后：短路后第一個第一個 周期性短路電流分量的有效值。周期性短路電流分量的有效值。如果電源電壓維持恒定，則短路后任何時

11、刻的短路電流周期如果電源電壓維持恒定，則短路后任何時刻的短路電流周期分量始終不變分量始終不變 Izt=0=Izt=I=Iz 習慣上把這習慣上把這 短路電流短路電流 周期分量周期分量有效值寫作有效值寫作 Ik第三節(jié)第三節(jié)無限大容量電源條件下短路電流的計算無限大容量電源條件下短路電流的計算p 三相短路電流計算的基本思路三相短路電流計算的基本思路p 高壓系統(tǒng)中短路計算的標幺值法高壓系統(tǒng)中短路計算的標幺值法一一一一 三相短路電流計算的基本思路三相短路電流計算的基本思路三相短路電流計算的基本思路三相短路電流計算的基本思路n短路電流的短路電流的周期分量周期分量的的幅值幅值不變不變，有效值有效值也不變也不變

12、電源至短路點電源至短路點間的電阻和電抗，且間的電阻和電抗，且歸算歸算至至短路點所在段的短路點所在段的平均額定電壓平均額定電壓等級下。等級下。短路點所在網路段的短路點所在網路段的平均額定電壓平均額定電壓（短路短路計算電壓計算電壓），一般?。话闳?.05UN（按最嚴重短路（按最嚴重短路情況考慮）。情況考慮）。高壓系統(tǒng)：高壓系統(tǒng)：低壓系統(tǒng)：低壓系統(tǒng)：此時，計算誤差不超過此時，計算誤差不超過15，在工程計算中及設備選取時，在工程計算中及設備選取時完全允許。完全允許。阻抗及短路電流的計算方法阻抗及短路電流的計算方法歐姆法歐姆法（有名單位制法有名單位制法，有名值法有名值法）：短路計算中的阻抗都采）：短

13、路計算中的阻抗都采用用有名單位有名單位“歐姆歐姆”而得名，一般用于而得名，一般用于低壓電網低壓電網的計算。的計算。標幺值法標幺值法（相對單位制法相對單位制法）：短路計算中的有關物理量是采用）：短路計算中的有關物理量是采用標幺值標幺值即相對單位而得名，一般用于即相對單位而得名，一般用于高壓電路高壓電路短路計算。短路計算。二二二二 高壓系統(tǒng)中短路計算的標幺值法高壓系統(tǒng)中短路計算的標幺值法高壓系統(tǒng)中短路計算的標幺值法高壓系統(tǒng)中短路計算的標幺值法（一）標幺值法（一）標幺值法基準值為：基準值為：各標幺值的關系可以表示為：各標幺值的關系可以表示為：復數量的標幺值可以表示為：復數量的標幺值可以表示為：一般取

14、：一般?。海ǘ┕╇娤到y(tǒng)中各元件電抗標幺值的計算（二）供電系統(tǒng)中各元件電抗標幺值的計算 供電系統(tǒng)中的主要元件包括：供電系統(tǒng)中的主要元件包括：電源電源、輸電線路輸電線路、變壓器變壓器、電抗電抗器器 和和用戶線路用戶線路；低壓電網中的；低壓電網中的低壓母線低壓母線、低壓電流互感器一次線低壓電流互感器一次線圈圈、低壓斷路器過電流脫扣線圈低壓斷路器過電流脫扣線圈 及及開關觸頭開關觸頭 等的阻抗計算。等的阻抗計算。1、輸電線路、輸電線路 已知輸電線路長度已知輸電線路長度L，每公里電阻值為，每公里電阻值為 r0，電抗值為，電抗值為 x0，短路短路所在區(qū)段所在區(qū)段的的平均電壓平均電壓為為 Uav，線路阻抗與

15、短路點同一電壓等級線路阻抗與短路點同一電壓等級，則：，則：在短路計算中，下列物理量在工程上一般常采用以下單位：在短路計算中，下列物理量在工程上一般常采用以下單位：電流（電流（kA），電壓（），電壓（kV），短路容量（），短路容量（MVA），），設備容量（設備容量（kVA），阻抗（），阻抗（）證明：證明：多級電壓供電系統(tǒng)，阻抗的標幺值不需要進行歸算多級電壓供電系統(tǒng)，阻抗的標幺值不需要進行歸算Uav1L1Uav2Uav3Uav4L2L3L4T1T2T3uk1uk2uk3k（3）取基準容量為取基準容量為 Sj，基準電壓為，基準電壓為 Uj=Uav4，第一區(qū)段的，第一區(qū)段的 XL1 歸算歸算至短路點的

16、電抗值至短路點的電抗值XL1及其標幺值為：及其標幺值為：選取了選取了短路段平均電壓短路段平均電壓為為基準電壓基準電壓后，元件后，元件電抗電抗標幺值標幺值就只就只與與元件元件所在段所在段 的的平均電壓平均電壓有關，而與短路點發(fā)生在哪一段無關。有關，而與短路點發(fā)生在哪一段無關。2、變壓器、變壓器變壓器電抗標幺值：變壓器電抗標幺值：變壓器電阻標幺值：變壓器電阻標幺值：3、電抗器、電抗器限制短路電流的電感線圈限制短路電流的電感線圈電抗器標幺值電抗器標幺值：銘牌數據銘牌數據：額定電抗百分數：額定電抗百分數XLR，額定電壓，額定電壓UNL（kV），額定），額定電流電流INL（kA）4、電源、電源電力系統(tǒng)電力系統(tǒng) 電力系統(tǒng)的電阻相對于電抗來說很小，因此一般不計電阻，電力系統(tǒng)的電阻相對于電抗來說很小，因此一般不計電阻，只計電抗：只計電抗：高壓饋電線的短路計算電壓，短路點額定平均電壓高壓饋電線的短路計算電壓，短路點額定平均電壓系統(tǒng)出口斷路器的系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量斷流容量，可查閱斷路器手冊，若，可查閱斷路器手冊，若只有只有開斷電流開斷電流 Ik 數據，按數據，按 Sk=31/2 Ik UN計算計算 已