3短路电流及计算

教学难点： 教学难点： 三相短路电流和短路容量的计算； 三相短路电流和短路容量的计算； 短路电流的电动效应和热效应 2011-11-8
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一、短路的原因 • 绝缘损坏、过电压、外力损伤、违反操作规程、动物 造成等 短路的后果 二、短路的后果 • 产生很大的电动力、很高温度、元器件损坏；电压骤 停、影响电气设备正常运行；停电、电力系统运行的 稳定性遭到破坏；不平衡电流、不平衡逆变磁场、电 磁干扰等出现。 • 三、短路的形式 三相短路 I k(3) 两相短路 I k( 2) 单相短路 I k(1) 两相接地短路
U C 2 = 0.4kV
（1）计算短路电路中各元件的电抗及总电抗 ）计算短路电路中各元件的电抗及总电抗: ①电力系统的电抗： 电力系统的电抗：
2 UC2 (0.4kV ) X 1′ = = = 3.2 × 10 −4 Ω S OC 500MV ⋅ A
②架空线路的电抗： 架空线路的电抗：
U ′ X 2 = X 0 ⋅ l C 2 U C1
④三相短路容量： 三相短路容量：
( ) S K3− 2 = 3U C 2 ⋅ I k(3)2 = 3 × 0.4kV × 33.7kA = 23.3MV ⋅ A −
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三.采用标幺制法进行三相短路计算
1、标幺值概念
• • • • • • • •
即
某一物理的标幺值,为该物理量的实际值A与所选定的基准值比值， 某一物理的标幺值,为该物理量的实际值A与所选定的基准值比值，
第3章
短路电流及其计算
第1节 短路的原因、后果及形式 短路的原因、 第2节 无限大容量电力系统发生三相短路时的物 理过程和物理量 第3节 无限大容量电力系统中短路电流的计算 第4节 短路电流的效应和稳定度校验
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教学内容： 教学内容： 短路的原因、后果及其形式； 短路的原因、后果及其形式； 无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程和物理量； 无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程和物理量； 三相短路电流的计算； 三相短路电流的计算； 两相和单相短路电流的计算； 两相和单相短路电流的计算； 短路电流的效应和稳定度校验。 短路电流的效应和稳定度校验。 教学重点： 教学重点： 短路的原因、后果及其形式； 短路的原因、后果及其形式； 三相短路电流的计算；两相和单相短路电流的计算； 三相短路电流的计算；两相和单相短路电流的计算； 短路电流的效应和稳定度校验。 短路电流的效应和稳定度校验。
计算短路电流目的： 计算短路电流目的： 1.选择和校验电气设备。 选择和校验电气设备。 选择和校验电气设备 2.整定继电保护装置的动作电流 整定继电保护装置的动作电流
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第2节 无限大容量电力系统发生三相 短路时的物理过程和物理量
一、 无限大容量电力系统及其三相短路的物理过程 无限大容量电力系统： 无限大容量电力系统： 指供电容量相对于用户供电系统的用电容量大的多的 电力系统，当用户供电系统的负荷变动甚至发生短路时， 电力系统，当用户供电系统的负荷变动甚至发生短路时， 电力系统变电所馈电母线上的电压能基本维持不变。 电力系统变电所馈电母线上的电压能基本维持不变。 或者电力系统容量大于用户供电系统容量50倍时 倍时， 或者电力系统容量大于用户供电系统容量 倍时， 可将电力系统视为无限大容量系统。 可将电力系统视为无限大容量系统。
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③三相短路冲击电流及第一周期短路全电流有效值: 三相短路冲击电流及第一周期短路全电流有效值
i
( 3) sh
= 1.84 I ′′
( 3)
= 1.84 × 33.7 kA = 62 kA
(3 I sh ) = 1.09 I ′′ ( 3) = 1.09 × 33.7 kA = 36.7 kA
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•系统正常运行时：电路的负荷电流 系统正常运行时： 系统正常运行时
U I= 3 Z + Z′
•当系统发生三相短路时 •当系统发生三相短路时
U Ik = >> I 3Z
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（三）短路有关的电流量
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• 1.短路电流周期分量： i p ( 0) = − 2 I ′′ 短路电流周期分量： 短路电流周期分量 • 2.短路电流非周期分量： i 短路电流非周期分量： 短路电流非周期分量 • 3.短路全电流： 短路全电流： 短路全电流 • 4.短路冲击电流： 短路冲击电流： 短路冲击电流 • 5.短路稳态电流 短路稳态电流
(3 I sh ) = 1.51I ′′ ( 3) = 1.51 × 3.08kA = 4.65kA
④三相短路容量： 三相短路容量：
( ) S K3−1 = 3U C1 ⋅ I k(3)1 = 3 × 10.5kV × 3.08kA = 56MV ⋅ A −
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求k-2点的三相短路电流和短路容量
点短路的等效电路如图所示， ④绘k-2点短路的等效电路如图所示，并计算其总电抗如下： 点短路的等效电路如图所示 并计算其总电抗如下：
′ X ∑ ( k − 2 ) = X 1′ + X 2 + X 3 // X 4 = 3.2 × 10 −4 Ω + 2.54 × 10 −3 Ω + 8 × 10 −3 Ω = 6.86 × 10 −3 Ω 2
短路电流计算过程： 短路电流计算过程： 绘出计算电路图、元件编号、绘等效电路、 计算阻抗和总阻抗、计算短路电流和短路容量。
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欧姆法 短路计算的方法 标幺制法
工程设计中采用 的单位
kA 电流单位: 电压单位: kV 短路容量、断流容量: MV ⋅ A 设备容量单位为： kW kV. A 阻抗单位为：
np ( 0 )
≈ 2 I ′′
ik = i p + inp
ish = k sh 2 I ′′
I ′′ = I ∞ = ik
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第3节 无限大容量电力系统中三相短路 电流的计算
一概述 首先要绘出计算电路图。 首先要绘出计算电路图。 并计算短路电路中各元件的阻抗。 并计算短路电路中各元件的阻抗。 在等效电路图上， 在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的 一些主要元件表示出来， 一些主要元件表示出来， 并标明其序号和阻抗值一般是分子标序号，分母标阻抗值. 并标明其序号和阻抗值一般是分子标序号，分母标阻抗值
U c2 XS = S oc
Uc 2 RT ≈ ∆Pk ( ) SN
U k %U c2 XT ≈ 100S N
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(三) 电力线路的阻抗 三 1.线路的电阻 线路的电阻
2.线路的电抗： 线路的电抗： 线路的电抗 注意： 注意：在计算短路电路 ′ Uc 2 的阻抗时， 的阻抗时，假如电路 R′ = R ( ) 内含有电力变压器， Uc 内含有电力变压器， 则电路各元件的阻抗 ′ Uc 2 都应统一换算到短路 X ′ = X ( ) Uc 点的短路计算电压去。 点的短路计算电压去。
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(2)计算三相短路电流和短路容量 计算三相短路电流和短路容量 ①三相短路电流周期分量有效值：
= U C1 3 X ∑ ( K −1) = 10.5kV 3 × 1.97Ω = 3.08kA
I
( 3) k −1
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③三相短路冲击电流
(3 i sh ) = 2.55 I ′′ (3) = 2.55 × 3.08kA = 7.85kA
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短路的原因、 第1节 短路的原因、后果及形式
一、短路的原因 绝缘损坏、过电压、外力损伤、违反操作规程、 动物造成等
二、短路的后果 产生很大的电动力、很高温度、元器件损坏； 电压骤停、影响电气设备正常运行； 停电、电力系统运行的稳定性遭到破坏； 不平衡电流、不平衡逆变磁场、电磁干扰等出现
RWL = R0l X WL = X 0l
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电力线路每相的单位长度电抗平均值 线 路 电 压
线路结构
35kV及以上
6～10kV
220／380V
架空线路 电缆线路
0.40 0.12
0.35 0.08
0.32 0.066
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• 例4-1 某供配电系统如图所示。已知电力系统出口 某供配电系统如图所示。 断路器为SN10 10Ⅱ型 试求企业变电所高压10KV SN1010KV母 断路器为SN10-10Ⅱ型。试求企业变电所高压10KV母 线上k 点短路和低压380V母线上k 380V母线上 线上k-1点短路和低压380V母线上k-2点短路的三相短 路电流和短路容量。 路电流和短路容量。
对于一般供电系统来说， 对于一般供电系统来说，可将电力系统看作无限大容量 电源。 电源。
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(二）无限大容量系统三相短路的物理过程 二
无限大容量电源供电 •的三相电路上发生 •三相短路的电路图。 从电源至短路点的阻抗：
Z = RWL + jX WL
从短路点至负荷阻抗
′ ′ Z ′ = RL + jX L
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三、短路的形式 三相短路 两相短路
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单相短路
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三相短路为对称性短路 其他形式短路为 其他形式短路为不对称性短路 三相短路为对称性短路,其他形式短路为不对称性短路 电力系统中发生单相短路的可能性最大 发生三相短路的可能性最小，但造成的危害最严重。 发生三相短路的可能性最小，但造成的危害最严重。 因此作为选择和校验电气设备用的短路计算中， 作为选择和校验电气设备用的短路计算中 因此作为选择和校验电气设备用的短路计算中，以三相 短路计算为主。 短路计算为主。
∗ Ad =
A Ad
按标幺制法进行短路计算时， 按标幺制法进行短路计算时，一般先选定基准容量 和基准电压
Ud = Uc
S d = 100MVA
基准容量， 基准容量，工程设计中通常取 基准电压，通常取元件所在的短路计算电压， 基准电压，通常取元件所在的短路计算电压，取 选定了基准容量和基准电压以后， 选定了基准容量和基准电压以后， 可按下式计算基准电流： 可按下式计算基准电流： S S
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（2）计算三相短路电流和短路容量
①三相短路电流周期分量有效值： 三相短路电流周期分量有效值：
I
( 3) k −2
=
U C2 3 X ∑ ( k −2)
=
0.4kV 3 × 6.86 × 10 Ω
−3
= 33.7kA
②三相短路次暂态电流和稳态电流有效值：
( ′ I k′− 2 = I ∞3) = I k( 3)2 = 33.7 kA −
Ω
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二、采用欧姆法进行三相短路计算
短路电流
S k( 3) = 3U c I k( 3)
短路计算
I k(3) = 短路容量 Uc Uc = 2 2 3 Z∑ 3 R∑ + X ∑
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短路计算中三大主要元件： （一）电力系统的阻抗： （二）电力变压器的阻抗 1.变压器的电阻: 2.变压器的电抗:
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• 解 1、求k-1点的三相短路电流和短路容量 =10.5KV) （UC1=10.5KV) • (1)计算短路电路中各元件的电抗及总电抗 • ①电力系统的电抗；由附录表3可查得SN10电力系统的电抗；由附录表3可查得SN10 SN1010Ⅱ型断路器的断流容量SOC=500MVA，因此 10Ⅱ型断路器的断流容量S =500MVA， 型断路器的断流容量 • ②架空线路的电抗： 由表4-1查得，因此 架空线路的电抗： 由表4 查得， • ③绘k-1点短路的等效电路如图3-5a所示，并 点短路的等效电路如图 5a所示 路如图3 所示， 计算总电抗如下： 计算总电抗如下：
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0.4kV −3 = 0.35(Ω / km) × 5km × = 2.54 × 10 Ω 10.5kV
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③电力变压器的电抗： 有附录表2得%=4.5,因此 电力变压器的电抗： 有附录表 得 因此
2 U Z % ⋅ U C 2 4.5 (0.4kV ) 2 X3 = X4 ≈ = × = 8 × 10 −3 Ω 100S N 100 1000kV ⋅ A
Id =
d
•
按下式计算基准电抗： 按下式计算基准电抗：