短路电流计算及保护整定
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第一节 短路电流计算
本节重点了解的内容： （1）有哪些参数值需要计算； （2）采用何种方法进行计算
1.1 计算内容
∑Z ——网络阻抗（电力系统短路后的各种参数变化，主要决定于网络 阻抗；与电力系统运行负荷电流不同，其主要决定因素是负荷的大小， 阻抗影响占到全局的15%左右。）
I (3) d
——三相稳态电流有效值（用于保护整定和校验电气设备和导体的
热稳定）
Ish ——三相短路最大冲击电流瞬时值 （用于校验电气设备及母线的动 稳定）
Ish ——三相短路最大冲击电流有效值 （用于校验电气设备及导体的动 稳定）
Sk ——三相短路容量（用于校验断路器断流容量）
I
(2) d
——两相短路电流（用于保护整定）
两相短路属于非对称短路；它和三相短路均属于中性点不接地系统短路
类型。
1.2 无限大容量电源网络远端三相短路
电力系统的电源距短路点较远（一般配电系统多属于 这种情况）
预期短路电流是由不衰减的交流分量和以初始值衰减 到零的非周期分量组成
无限大容量远端三相短路电流波形
1.3 计算条件
短路电流计算是电力系统规划、设计、运行中必须进行的计算分析工作。 如果短路电流计算结果偏于保守，有可能造成不必要的投资浪费；若偏 于乐观，则将给系统的安全稳定运行埋下灾难性的隐患。
供电系统是由电源、电缆、变压器、开关、电机等等组成的一个复杂网 络，影响短路电流的因素很多。短路电流计算，中国采用的是IEC标准， 计算中主要简化原则如下：
1、电源为无限大容量电源（端电压保持恒定，没有内部阻抗以及容量无限 大的系统）；
2、在短路持续时间内，短路相数不变，如三相短路保持三相短路； 3、具有分接开关的变压器，其开关位置均视为在主分接位置； 4、不计短路回路的接触电阻和电弧电阻；开关内部元件的各种阻抗、分布
电容； 5、一般不计电网内连接的异步电动机将向短路点反馈短路电流；
1.4 计算方法
常用的两种方法：标幺法和有名制法。 选择何种方法，没有什么标准规定，主要看哪种方法在特定的供电网
络下计算更简便；更重要的是，看哪种方法更适合你理解和应用。而 国家短路电流计算标准，则规定在什么条件下，考虑什么参数进行计 算更接近实际结果。 1、有名单位制法（也称欧姆法，计算公式意义明确，计算过程简单 ） 《煤矿井下低压电网短路保护装置的整定细则》短路电流的计算方法 ， 采用的就是有名制法。计算过程如下： (1) 计算阻抗：Z ( X )2) R)2 式中：Z ——短路回路总阻抗，Ω；
R ——短路回路的总电抗，Ω； X ——短路回路总电阻，Ω； 总电抗（总电阻）为短路回路中，各供电元件的电抗值（电阻值）的 总和。注意不要遗漏任一个需要考虑的元件阻抗。
1.4 计算方法
线缆电抗： X X0 L 线缆电阻：R R0 L
式中：X0 、R0——线缆的单位电阻、单位电抗， Ω/Km； L ——线缆的长度，Km；
(2) 计算短路电流
三相短路电流：I
(3) d
式中：
Uav
3Z
两相短路电流：I
(2) d
U av 2
Z
Uav ——各级线路始末两端的平均电压（线电压），1.05倍线路额定电 压。这样做是为了简化计算。各标准电压等级的平均电压值如下表：
标准电压（KV） 0.127 0.22 0.38 0.66 3
平均电压（KV） 0.133 0.23 0.4 0.69 3.15
标准电压（KV） 6
10
35
110 220
平均电压（KV） 6.3
10.5 37
115 231
1.4 计算方法
2、标幺法（相对单位制法） (1) 计算过程：
选择基准值，计算基准电流值—计算阻抗标幺值—计算短路电流 (2) 注意：
一般高压系统采用标幺法。看起来计算确实简单；原因是，忽略了系统 电阻、变压器电阻等等，整个系统是纯电抗，给人一种错觉。如今，矿区 供电出线基本上采用电缆供电，电阻、电抗均需考虑。从标幺法计算过程 看，内容形式上并没有简单的迹象；供电网络电压变化仅两种左右，不存 在更加复杂的电压变化。和井下低压系统短路计算方法不统一，易使人产 生混乱感觉。 3、井下低压网络的查表法
与公式法计算比，考虑系统和高压电缆电抗，在系统短路容量不小于 20MVA，且高压电缆实际长度<5Km时，误差±10%左右。若不考虑系统 、高缆阻抗，误差会更大一些。电缆长度<10m的可以在短路计算中忽略。
第二节 保护整定计算
本节重点了解的内容： （1）负荷电流计算中的需用系数； （2）线路和设备配置的常用保护有哪些 （3）保护整定的原则
2.1 负荷电流计算
计算过程： 设备分组——选择或计算设备组的平均功率因数、需用系数——计算用 电负荷——计算负荷电流
计算公式： I S KX PN 3UN 3 cospjUN
式中：S ——计算容量，KVA；UN ——负荷额定电压，KV; KX ——需用系数； PN ——设备额定功率之和，KW；
cospj ——设备组平均功率因数。 说明： 1、对设备进行分组计算，是由于同一类型的电气设备组，具有相似的负荷
曲线；短时工作制负荷一般不在负荷计算中考虑；断续周期工作制负荷 需考虑负荷持续率。 2、cosφpj和KX是设计部门统计和积累的资料，可直接查阅相关手册选择。
2.1.1 需用系数
是电力负荷计算中引入的一个概念，指用电设备30min最大平均负荷 (即为计算负荷，《煤矿电工手册》中为15min)与设备容量的比值，表 示用电设备从电网实际取用的功率占额定功率的比例有大。
需用系数理论计算公式： Kx K f Kt /( pj l )
式中：K f ——设备组的负荷系数； Kt ——设备组的同时系数
pj ——设备组的平均效率； l ——配电线路的平均效率
说明：
1、综采工作面需用系数：K x
0.4
0.6
Pmax
P
公式的含义：工作面计算负荷，相当于工作面最大一台电动机满负荷 运转、其余负荷只发挥了40%。
2、采区变电所的负荷计算中还应考虑采区变电所同时系数（供给二个工 作面0.95，三个以上为0.9）；井下总负荷和地面变电所6-10KV母线还 需考虑各变电所同时系数(0.8～0.9)。
本节重点了解的内容： （1）有哪些参数值需要计算； （2）采用何种方法进行计算
1.1 计算内容
∑Z ——网络阻抗（电力系统短路后的各种参数变化，主要决定于网络 阻抗；与电力系统运行负荷电流不同，其主要决定因素是负荷的大小， 阻抗影响占到全局的15%左右。）
I (3) d
——三相稳态电流有效值（用于保护整定和校验电气设备和导体的
热稳定）
Ish ——三相短路最大冲击电流瞬时值 （用于校验电气设备及母线的动 稳定）
Ish ——三相短路最大冲击电流有效值 （用于校验电气设备及导体的动 稳定）
Sk ——三相短路容量（用于校验断路器断流容量）
I
(2) d
——两相短路电流（用于保护整定）
两相短路属于非对称短路；它和三相短路均属于中性点不接地系统短路
类型。
1.2 无限大容量电源网络远端三相短路
电力系统的电源距短路点较远（一般配电系统多属于 这种情况）
预期短路电流是由不衰减的交流分量和以初始值衰减 到零的非周期分量组成
无限大容量远端三相短路电流波形
1.3 计算条件
短路电流计算是电力系统规划、设计、运行中必须进行的计算分析工作。 如果短路电流计算结果偏于保守，有可能造成不必要的投资浪费；若偏 于乐观，则将给系统的安全稳定运行埋下灾难性的隐患。
供电系统是由电源、电缆、变压器、开关、电机等等组成的一个复杂网 络，影响短路电流的因素很多。短路电流计算，中国采用的是IEC标准， 计算中主要简化原则如下：
1、电源为无限大容量电源（端电压保持恒定，没有内部阻抗以及容量无限 大的系统）；
2、在短路持续时间内，短路相数不变，如三相短路保持三相短路； 3、具有分接开关的变压器，其开关位置均视为在主分接位置； 4、不计短路回路的接触电阻和电弧电阻；开关内部元件的各种阻抗、分布
电容； 5、一般不计电网内连接的异步电动机将向短路点反馈短路电流；
1.4 计算方法
常用的两种方法：标幺法和有名制法。 选择何种方法，没有什么标准规定，主要看哪种方法在特定的供电网
络下计算更简便；更重要的是，看哪种方法更适合你理解和应用。而 国家短路电流计算标准，则规定在什么条件下，考虑什么参数进行计 算更接近实际结果。 1、有名单位制法（也称欧姆法，计算公式意义明确，计算过程简单 ） 《煤矿井下低压电网短路保护装置的整定细则》短路电流的计算方法 ， 采用的就是有名制法。计算过程如下： (1) 计算阻抗：Z ( X )2) R)2 式中：Z ——短路回路总阻抗，Ω；
R ——短路回路的总电抗，Ω； X ——短路回路总电阻，Ω； 总电抗（总电阻）为短路回路中，各供电元件的电抗值（电阻值）的 总和。注意不要遗漏任一个需要考虑的元件阻抗。
1.4 计算方法
线缆电抗： X X0 L 线缆电阻：R R0 L
式中：X0 、R0——线缆的单位电阻、单位电抗， Ω/Km； L ——线缆的长度，Km；
(2) 计算短路电流
三相短路电流：I
(3) d
式中：
Uav
3Z
两相短路电流：I
(2) d
U av 2
Z
Uav ——各级线路始末两端的平均电压（线电压），1.05倍线路额定电 压。这样做是为了简化计算。各标准电压等级的平均电压值如下表：
标准电压（KV） 0.127 0.22 0.38 0.66 3
平均电压（KV） 0.133 0.23 0.4 0.69 3.15
标准电压（KV） 6
10
35
110 220
平均电压（KV） 6.3
10.5 37
115 231
1.4 计算方法
2、标幺法（相对单位制法） (1) 计算过程：
选择基准值，计算基准电流值—计算阻抗标幺值—计算短路电流 (2) 注意：
一般高压系统采用标幺法。看起来计算确实简单；原因是，忽略了系统 电阻、变压器电阻等等，整个系统是纯电抗，给人一种错觉。如今，矿区 供电出线基本上采用电缆供电，电阻、电抗均需考虑。从标幺法计算过程 看，内容形式上并没有简单的迹象；供电网络电压变化仅两种左右，不存 在更加复杂的电压变化。和井下低压系统短路计算方法不统一，易使人产 生混乱感觉。 3、井下低压网络的查表法
与公式法计算比，考虑系统和高压电缆电抗，在系统短路容量不小于 20MVA，且高压电缆实际长度<5Km时，误差±10%左右。若不考虑系统 、高缆阻抗，误差会更大一些。电缆长度<10m的可以在短路计算中忽略。
第二节 保护整定计算
本节重点了解的内容： （1）负荷电流计算中的需用系数； （2）线路和设备配置的常用保护有哪些 （3）保护整定的原则
2.1 负荷电流计算
计算过程： 设备分组——选择或计算设备组的平均功率因数、需用系数——计算用 电负荷——计算负荷电流
计算公式： I S KX PN 3UN 3 cospjUN
式中：S ——计算容量，KVA；UN ——负荷额定电压，KV; KX ——需用系数； PN ——设备额定功率之和，KW；
cospj ——设备组平均功率因数。 说明： 1、对设备进行分组计算，是由于同一类型的电气设备组，具有相似的负荷
曲线；短时工作制负荷一般不在负荷计算中考虑；断续周期工作制负荷 需考虑负荷持续率。 2、cosφpj和KX是设计部门统计和积累的资料，可直接查阅相关手册选择。
2.1.1 需用系数
是电力负荷计算中引入的一个概念，指用电设备30min最大平均负荷 (即为计算负荷，《煤矿电工手册》中为15min)与设备容量的比值，表 示用电设备从电网实际取用的功率占额定功率的比例有大。
需用系数理论计算公式： Kx K f Kt /( pj l )
式中：K f ——设备组的负荷系数； Kt ——设备组的同时系数
pj ——设备组的平均效率； l ——配电线路的平均效率
说明：
1、综采工作面需用系数：K x
0.4
0.6
Pmax
P
公式的含义：工作面计算负荷，相当于工作面最大一台电动机满负荷 运转、其余负荷只发挥了40%。
2、采区变电所的负荷计算中还应考虑采区变电所同时系数（供给二个工 作面0.95，三个以上为0.9）；井下总负荷和地面变电所6-10KV母线还 需考虑各变电所同时系数(0.8～0.9)。