5-2短路电流计算方法及实例.

UB 3I B
UB 3 SB

U
2 B
SB

3U B
无限大容量供电系统-三相短路等值电路
xL1
xL2
10.5kV
121kV
110kV
38.5kV
k1 121 /10.5
x L1
k2 38.5 /110
x L 2
U 1 U 1
U 1
U 1
U 1
k1 1
xT 1
三相短路计算举例
三相次暂态短路电流及短路稳态电流为： I″(3)=I(3)∞=I(3)k-2=22.3(kA) 三相短路冲击电流为： i(3)sh=1.84I″(3)=1.84×22.3=41.0(kA) 三相短路容量为： S(3)k-2=√3UC2/I(3)k-2= √ 3×0.4×22.3=15.5(MV·A)
短路故障的类型
两相接地短路
也是一种不对称短路，用k(1.1)表 示，如图（c）、（d）所示。它是 指中性点不接地系统中两个不同的 相均发生单相接地而形成的两相短 路，亦指两相短路后又接地的情况。 两相接地短路发生的概率为10％～ 20％。
两相短路
是不对称短路，用k(2)表 示，如图（b）所示。 两相短路的发生概率为 10％～15％。
三相短路计算举例
② 计算k-1点的三相短路电流和短路容量 三相短路电流周期分量的有效值为: I(3)k-1=Uc1/(√3X∑1)=10.5/ (√ 3×2.12)=2.86(kA) 三相次暂态短路电流及短路稳态电流为: I″(3)=I(3)∞=I(3)k-1=2.86(kA) 三相短路冲击电流为: i(3)sh=2.55I″(3)=2.55×2.86=7.29(kA) 三相短路容量为: S(3)k-1= √ 3Uc1I(3)k-1= √ 3×10.5×2.86=52.0(MV·A)
例图:短路计算电路图
S 3UI
U 3IZ
基准值之间遵循的关系：
SB 3U B I B U B 3I B Z B
标幺值之间遵循的关系：
四个标幺值之间符合单相 电路的关系
S UI
U IZ
SB 100 MVA，U B U av
IB
SB (KA) 3U B
ZB
的足够的磁通在邻近的电路内能感应出很大的电动势，这 对于附近的通信线路、铁路信号系统及其他电子设备、电 动控制系统可能产生强烈干扰。 （5） 短路时的停电事故 短路时会造成停电事故，给国民经济带来损失。并且短路越 靠近电源，停电波及范围越大。
短路故障产生的原因
短路故障的危害（续）
（6） 破坏系统稳定性，造成系统瓦解 短路可能造成的最严重后果就是使并列运行的各
110kV
38.5kV
k1 121 /10.5
k2 38.5 /110
k12 x1
x2
xL1
xL2
激磁支
K1U
路去掉xm10
110kV
38.5kV
K1U k1 10.5 kV
无限大容量供电系统-三相短路等值电路
标么值
▪ 有名值：物理量的实际值 （具有“单位” 量纲）
▪ 标么值：标么值＝有实名际值
【解】（1） 求k-1点的三相短路电流和短路容量 (Uc1=105%UN=105%×10=10.5 kV) ① 计算短路电路中各元件的电抗及总电抗 电力系统电抗为: X1=U2c1Soc=10.52/500=0.22(Ω) 架空线路电抗 X2=X0l=0.38×5=1.9(Ω) 绘k-1点的等效电路图。其总电抗为： X∑1=X1+X2=0.22+1.9=2.12(Ω)
x L1
k2 1
xT 2
xL 2
d (3)
U 1
I (3)
采用标幺制计算三相短路电流：
xT 1
x L1
xT 2
x L 2
d (3)
U 1
I (3)
短路电流周期分量的有效值：
I (3)

( xT1*

xL1*
1 xT 2*

xL2* )

1 x
不同基值间标幺制的换算
三相短路计算举例
电力变压器电抗 (SN=1000 kV·A=1 MV·A)为： X4′≈Uk%U2c2/(100SN)=4.5/100×0.42/1=7.2×10-3(Ω) 绘k-2点的等效电路图所示。其总电抗为: X∑2=X1′+X2′+X3′+X4′ =3.2×10-4+2.76×10-3+5.8×10-5+7.2×10-3 =0.01034(Ω) ② 计算k-2点的三相短路电流和短路容量 三相短路电流周期分量的有效值为: I(3)k-2=Uc2/(√3X∑2)=22.3(kA)
典型工作任务五：客户供配电系统一次方案确定
学习情境 二 短路电流计算方法及实例
情景5-1：客户供电系统
一、学习目标
通过本单元学习，能正确理解各类客户对供电的要求，针对不 同的客户采用不同的接线方式。
二、难点重点
客户各类负荷的性质及对供电的要求。
短路概述
短路故障产生的原因
• 所谓短路，就是系统中各种类型不正常的相与相之
U
110kV
35kV d (3)
L1
T2
L2
I (3) d
?
T3
d (3)
10kV
（对称三相短路）
xk
I (3) 稳态

?
忽略电阻
无限大容量供电系统-三相短路等值电路
10kV
S
r 0
10.5kV
110kV
35kV
T3 11kV
121kV
T2 38.5kV
xL1
xL2
U 10.5kV
121kV
发电厂之间失去同步，破坏系统稳定性，最终造成系 统瓦解，形成地区性或区域性大面积停电。
短路故障的类型
在三相系统中，可能发生的短路类型有三相短路、两相短 路、两相接地短路和单相短路。
三相短路
是对称短路，用k(3)表示，如 图所示。因为短路回路的三相 阻抗相等，所以三相短路电流 和电压仍然是对称的，只是电 流比正常值增大，电压比额定 值降低。三相短路发生的概率 最小，只有5％左右，但它却是 危害最严重的短路形式。
例如，作为主要动力设备的异步电动机，其电磁转矩与 端电压平方成正比。电压大幅下降将造成电动机转速降 低甚至停止运转，给用户带来损失；同时，电压降低会 造成照明负荷，如电灯突然变暗或一些气体放电灯的熄 灭等，影响正常的工作、生活和学习。
短路故障产生的原因
短路故障的危害（续）
（4） 不对称短路的磁效应 当系统发生不对称短路时，不对称短路电流的磁效应所产生
形成很高温度，极易造成设备过热而损坏。 （2） 短路电流的电动力效应
由于短路电流的电动力效应，导体间将产生很大的电 动力。如果电动力过大或设备电动力过大或设备结构强 度不够，则可能引起电气设备机械变形甚至损坏，使事 故进一步扩大。
短路故障产生的原因
短路故障的危害（续）
（3） 短路时系统电压下降 短路造成系统电压突然下降，给用户带来很大影响。
供配电系统一般满足上述条件，可视为无限大容量供电系
统，据此进行短路分析和计算。
•
UA
S• = ∞
UB
•
UC
无限大容量供电系统-三相短路电流变化过程
无限大容量供电系统三相短路电流的计算 -------近似（实用）计算
无限大容量供电系统-三相短路等值电路
S 10.5kV
•
UA
•
UB
•
UC
•
三相短路计算举例
三相次暂态短路电流及短路稳态电流为： I″(3)=I(3)∞=I(3)k-2=22.3(kA) 三相短路冲击电流为： i(3)sh=1.84I″(3)=1.84×22.3=41.0(kA) 三相短路容量为： S(3)k-2=√3UC2/I(3)k-2= √ 3×0.4×22.3=15.5(MV·A)
间或相与地之间的短接。系统发生短路的原因很多，
主要包括：
（1） 设备原因 指电气设备、元件的损坏。如设备绝缘部分自然
老化或设备本身有缺陷，正常运行时被击穿导致短路； 设计、安装、维护不当所造成的设备缺陷最终发展成 短路等。
短路故障产生的原因
（2） 自然原因
由于气候恶劣，如大风、低温、导线覆冰等引起架 空线倒杆断线；因遭受直击雷或雷电感应，导致设备过 电压或绝缘被击穿等。
（3） 人为原因
工作人员违反操作规程，带负荷拉闸造成相间弧光 短路；违反电业安全工作规程，带接地刀闸合闸造成金 属性短路；人为疏忽接错线造成短路；运行管理不善， 造成小动物进入带电设备内形成短路事故等。
短路故障产生的原因
短路故障的危害
（1） 短路电流的热效应 巨大的短路电流通过导体，短时间内产生很大热量，
❖ 元件的名牌参数是以各自 的额定容量（或额定电流 ）和额定电压为基准的标 幺值（额定标幺阻抗）
SN UN IN
❖ 把不同基准值的标幺阻抗换 算成统一基准值的标幺值
SB UB IB
ZN
ZN

U
2 N
SN
Z
有名制
ZB
Z SN
U
2 B
三相短路计算举例
【例】某供电系统。已知电力系统出口断路器的断流容 量为500 MV·A，试计算变电所10 kV母线上k-1 点短路 和变压器低压母线上k-2点短路的三相短路电流和短路 容量。
基准值
与有名值同单位
▪ 标幺值与百分数：
举例：
百分数=标幺值* 100
注意：1、标幺值无单位
2、单纯的标幺值是无意义的
无限大容量供电系统-三相短路等值电路
电力三相交流电路的基本物理量：
S
UI
Z
有名值
SB
UB IB
ZB 基准值
S
ห้องสมุดไป่ตู้
U I
Z
标幺值
无限大容量供电系统-三相短路等值电路
电力三相交流电路的基本物理量间的关系：
短路故障的类型
单相短路 用k(1)表示，如图（e）、（f）所示，也是一种不对称短路。它
的危害虽不如其他短路形式严重，但在中性点直接接地系统中发 生的概率最高，占短路故障的65％～70％。
短路电流计算的目的
（1） 电气主接线比选 短路电流计算可为不同方案进行技术经济比较，并为
确定是否采取限制短路电流措施等提供依据。
三相短路计算举例
（2） 求k-2点的短路电流和短路容量（Uc2=0.4 kV） ① 计算短路电路中各元件的电抗及总电抗电力系统电抗为 X1′=U2c2Soc=0.42/500=3.2×10-4 (Ω) 架空线路电抗为: X2′=X0l(Uc2/Uc1)2=0.38×5×(0.4/10.5)2=2.76×103(Ω) 电缆线路电抗为: X3′=X0l(Uc2/Uc1)2=0.08×0.5×(0.4/10.5)2=5.8×10-5(Ω)
短路电流计算的内容
（1） 短路点的选取短路点为各级电压母线、各级线路末端。 （2） 短路时间的确定根据电气设备选择和继电保护整定的
需要，确定计算短路电流的时间。 （3） 短路电流的计算包括最大运行方式下最大短路电流、
最小运行方式下最小短路电流以及各级电压中性点不接 地系统的单相接地短路电流，计算的具体项目及其计算 条件取决于计算短路电流的目的。
无限大容量供电系统短路
无限大容量供电系统
这种电路发生短路时，电源电压不变的幅值和频率恒定不变。
实际上，任何电力系统都有一个确定的容量，并有一定 的内部阻抗。
当供配电系统容量较电力系统容量小得多，电力系统阻抗 不超过短路回路总阻抗的5％～10％，或短路点离电源的电 气距离足够远，发生短路时电力系统母线电压降低很小， 此时可将电力系统看做无限大容量系统，从而使短路电流 计算大为简化。
（3）确定中性点接地方式 对于35 kV、10 kV供配电系统，根据单相短路电流可确定中性点接地 方式。
（4）验算接地装置的跨步电压和接触电压。
（5）选择继电保护装置和整定计算 在考虑正确、合理地装设保护装置和校验保护装置灵敏度时，不仅要 计算短路故障支路内的三相短路电流值，还需知道其他支路短路电流 分布情况；不仅要算出最大运行方式下电路可能出现的最大短路电流 值，还应计算最小运行方式下可能出现的最小短路电流值；不仅要计 算三相短路电流，而且也要计算两相短路电流，或根据需要计算单相 接地电流等。
（2） 选择导体和电器 如选择断路器、隔离开关、熔断器、互感器、母线、
绝缘子、电缆、架空线等。其中包括计算三相短路冲 击电流、冲击电流有效值以校验电气设备电动力稳定 度，计算三相短路电流稳态有效值用以校验电气设备 及载流导体的热稳定性，计算三相短路容量以校验断 路器的遮断能力等。
短路电流计算的目的