建筑供配电与照明》最新备课课件：第4章 短路电流及其计算

在实际工程应用中，计算高压线路的短路电流只考虑对短 路电流影响较大的电路元件。例如：发电机、变压器、电 抗呈现的电阻值远远小于其自身的 电抗值，因此在计算这些元件的阻抗时只考虑其电抗值。 虽然所得到的计算结果和实际有一些误差，但这个误差的 值很小，可以满足工程计算精度的要求。
（四）短路的预防和限制措施
认真执行运行规程，不断学习以提高电业人员的素质。严 格遵守操作规程和安全规程，避免误操作；在短路发生时， 采取有效的措施将短路的影响限制在最小的范围内。
作好设备的维护、巡视、检查，作好事故的预想和预防。 采用快速动作的继电保护和断路器，迅速隔离故障。使系
统电压在较短的时间内恢复到正常值。 增大短路回路的阻抗，如在电路中装设限流电抗器等。
三相短路的有关物理量
(3)三相短路电流 周期分量的有效 值(Ip)。
(4)三相短路电流
稳态有效值(I∞)。
短路电流非周期 分量衰减完毕以 后的短路全电流
(5)短路后0.2s的短 路电流周期分量 有效值(I0.2 )
(6)次暂态短路电流 （三相短路电流 周期分量第一周 的有效值）(I'' )。
(7)三相短路电流的 有效值(Ik ) 在由无限大容量 系统供电时:
C
I (3) k.C
负荷
a) 三相短路
两相短路：是指三相供电系统中任意两相间发生的短路， 用k(2)表示。
电源 0
A
I (2) k.A
B
I (2) k.B
C
k(2)
负荷
b) 两相短路
单相短路：是指供电系统中任一相经大地与电源中性点发
生短路，用k(1)表示。
A
电源 0
B
C
I (1) k
负荷
k(1)
本章所研究的问题和提出的使用公式均是以无限大容量系 统供电为前提。
第二节 短路电流对供电系统的影响
一、短路的原因、后果及其形式
（一）短路的种类
三相系统中，短路的基本类型分为：
三相短路：是指供电系统中三相导线间发生对称性的短
路，用k(3)表示。
A
I (3) k.A
k(3)
电源 0
B
I (3) k.B
短路时由于继电保护装置动作切除故障，短路电流的持续 时间很短，可近似认为很大的短路电流在很短时间内产生的 很大热量全部用来使导体温度升高，不向周围介质散热，即 短路发热是一个绝热过程。
因此，短路电流通过电器设备或导体时，能在很短的时间 内将电器设备的载流部分或导体加热到很高的温度，以使 电器设备损坏。
黄色曲线为短 路电流波形，
单调下降曲线 为非周期分量。
三相短路的有关物理量
在选择、校验电 器设备、进行继 电保护的整定计 算时，应考虑的 物理量。
(l) 三相短路冲击 电流(ish) : 短路全电流中 的最大瞬时值。
三相短路的有关物理量
(2) 三相短路电 流最大有效值 （三相短路冲击 电流有效值） (Ish) : 短路全电流中 的最大瞬时值的 有效值。
在短路电流的计算中，通常把电力系统分为无限容量系统 和有限容量系统两大类，由这两类作为供电电源的供电系 统短路电流的变化是不完全一样的：所谓“有限”、“无 限”，只是一个相对的问题。
在工程计算中、特别是建筑电气设计中，由于一般民用的 供电系统容量远比整个电力系统容量小，而供电系统的阻 抗又比整个电力系统阻抗大，因此在供电系统内发生短路 时，电力系统馈出的母线上电压几乎保持不变，这时我们 就可以认为给民用建筑供电的电力系统是无限大容量系统
无论是哪种方法来计算三相短路电流，它的理论根据：
Ik UC / ( 3Z )
➢ Ik ——三相短路电流，kA; ➢ Uc ——短路点的短路计算电压(也称平均额定电压见表4-2)，
kV;
➢ Z ——短路回路总阻抗值，Q。
由上式可见，求三相短路电流的实质就是求出短路回路的总 阻抗。然后即可计算出三相短路电流和三相短路容量。
故障的种类有多种多样，最严重的故障是短路故障。 ➢ 短路故障：是供电系统中一相或多相载流导体接地或各相
间相互接触从而产生超出规定值的大电流。 ➢ 在通常条件下，最严重的短路故障是三相短路，即供电系
统中三相之间发生短路。也有两相短路和单相短路。无论 哪种短路，所产生的大电流都将对供电系统中的电器设备 和人身安全带来极大的危害和威胁。
标幺值法
如果各种电气设备的电阻和电抗及其它电气参数 用相对值表示，称标幺值法。
这两种方法属于精确的理论计算方法，使用手工的计算比 较麻烦。
由于计算机技术的使用减少了计算量，这使得这两种方法 使用的频率高起来，特别是目前计算机软件的编写也涉及 这方面的内容。为更好的使用计算机的软件来进行短路电 流的计算，必须要在理论上掌握该计算方法的内容。
三相短路电流是产生于电源和短路点之间的电流。
由于这时的电力系统属于无限大容量的电源，而在一般的 民用建筑中的供电系统组成的形式也比较简单。
通常工程中使用的方法有欧姆法（也称有名单位制法）、 标幺值法（标幺制法）。
有名值法
如果各种电气设备的电阻和电抗及其它电气参数 用有名值即有单位的值表示，称有名值法。
必然会造成电动机损坏。 ➢ 对于照明系统中的照明装置也会带来影响，白炽灯变暗、
气体放电光源不能点燃等。 3．如果系统发生非对称短路，非对称的短路电流会有磁效应
产生，当磁通量达到一定值时，必然对相邻的通信线路、 电子设备、控制系统造成强烈的电磁干扰。 4．强大的短路电流将产生很大的电动力和电热效应，使系统 中的导线、设备损坏。
1. 短路电流的电动效应和动稳定度 导体通过电流时相互间电磁作用产生的力，称为电动力。 正常工作时电流不大，电动力很小。短路时，特别是短路冲 击电流流过瞬间，产生的电动力最大。
三相短路时导体受到的电动力比两相短路时导体受到的电
动力大。因此，校验电器设备或导体的动稳定时，应采用三
相短路冲击电流is(【h3) 】或冲击电流有效值I s(h3【)
目的：在误差允许的范围简化短路计算。
（二）短路过程分析
基本过程 正常运行
-->正常电流（负荷电流） -->发生短路 -->电流突然增大(周期分量加非周期分量) -->稳定新值(稳态短路电流)。
三相短路定性分析
三相短路是对称短路，三相短路回路中每相的阻抗相等， 三相短路电流与三相电压保持对称，因此采用一相来进行 分析。
➢ 为了准确地掌握短路时的情况，应该对供电系统中可能产 生的短路电流数值加以计算，并根据计算值装设相应的保 护装置来消除短路故障。
➢ 另外，还要计算出其值所产生的电动效应、电热效应，从 而保证供电系统中的所有与载流部分有关的电器设备在选 择时有据可依。在实际运行中，能承受得起最大的短路电 流所产生的热效应和电动效应的作用而不造成损坏。
I P I I I K I0.2
(8)三相短路容量(Sk)。
（二）短路的电流的电动力效应和电热效应。
短路电流发生的时间是极为短暂的，而数值是相当大的 。 如此大的短路电流通过电器和导体，一方面要产生很大的
电动力，即电动效应（electrodynamic effect）;另一方面要 产生很高的温度，即热效应（thermal effect）。 这两种短路效应，对电器和导体的安全运行威胁极大。 在进行电动力的电热校验时，主要是比较短路冲击电流所 产生的电动力和热量是否超过了设备出厂时确定的极限通 过电流能力和导体固定时所能承受的破坏力。除此之外， 还应综合比较短路发生时，系统短路容量是否小于设备出 厂时所确定的断流容量。
短路种类
（二）短路的原因
造成短路原因的因素大体可分为人为因素、自然因素和一 些不可预见的综合因素。
人为因素是指由于供电系统工作人员操作失误所造成的。 ➢ 例如：违反操作规程的操作、误接线和运行维护不当，未
及时发现设备老化绝缘损坏造成的系统短路等。 自然因素是指由于自然的条件突然变化造成的系统短路。 ➢ 例如：因受雷电的袭击造成电气设备过电压而使设备的绝
（五）短路电流研究目的
选择：导体和设备 校验：短路时能承受瞬时冲击及热效应 整定和保护：出现短路时能迅速和准确地切除故障 确定限流措施：是否串联电抗器
二、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 无穷大容量系统：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 甚至发生短路时，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。
最新版
《建筑供配电与照明》
备课课件 第4章：短路电流及其计算
第四章 短路电流及其计算
第一节 概述 第二节 短路电流对供电系统的影响 第三节 无限大容量电力系统发生三相短路电流的计算 方法和使用时注意事项 第四节 采用欧姆法进行短路电流计算
第一节 概述
在供电系统的设计和运行中，首先应考虑供电系统可靠地 连续供电，从而保证生产和生活正常进行；同时也应考虑 故障情况的影响。
I（s(h3短) —路后电第器一设个备周所期安时装）地，点k产A生。的三相短路全电流的有效值
2. 短路电流的热效应和热稳定度 导体通过电流，产生电能损耗，转换成热能，使导体温度 上升。
正常运行时，导体通过负荷电流，产生的热能使导体温度 升高，同时向导体周围介质散失。当导体内产生的热量等于 向介质散失的热量，导体的温度维持不变。
】。
对于一般电器，短路动稳定度的校验条件为：
im ax
i (3) sh
Imax
I (3) sh
im a—x 被校验电器设备的极限通过电流（峰值）（产品试验
时计算出的数据），kA;
I m a—x被校验电器设备的极限通过电流（有效值）（产品试
验时计算出的数据），kA;
i (3 sh
)—电器设备所安装地点产生的三相短路冲击电流，kA；