第14讲 短路电流计算

第十五讲短路电流计算（第三章）
一、短路
1.短路的种类及产生短路的原因
电力系统在运行中，由于多种原因，难免出现故障，而使系统的正常运行遭到破坏。

根据运行经验，破坏电力系统正常运行的故障最为常见而且危害最大的是各种短路。

所谓短路是指不同电位的导体在电气上被短接。

在三相系统中，短路的基本类型有：三相短路、两相短路、两相接地短路、单相短路和单相接地短路等。

在煤矿井下供电系统中，只有三相和两相短路两种。

2.造成短路故障的原因
⑴绝缘损坏。

电气设备年久陈旧，绝缘自然老化；绝缘瓷瓶表面污秽，使绝缘下降；绝缘受到机械性损伤；供电系统受到雷电的侵袭或者在切换电路时产生过电压，将电气装置绝缘薄弱处击穿，都会造成短路。

⑵误操作。

例如带负荷拉切隔离开关，形成强大的电弧，造成弧光短路；或将低压设备误接入高压电网，造成短路。

⑶鸟兽危害。

鸟兽跨越不等电位的裸露导体时，造成短路。

⑷恶劣的气候。

雷击造成的闪络放电或避雷器动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倾倒等。

⑸其它意外事故。

挖掘沟渠损伤电缆，起重机臂碰触架空导线，车辆撞击电杆等。

3.短路的危害
短路时系统的阻抗大幅度减小，而电流则大幅度增加。

通常短路电流可达正常工作电流的几十倍甚至几百倍。

⑴损坏电气设备。

短路电流产生的电动力效应和热效应，会使故障设备及短路回路中的其它设备遭到破坏；
⑵影响电气设备的正常运行。

短路时电网电压骤降，使电气设备不能正常运行；
⑶影响系统的稳定性。

严重的短路会使并列运行的发电机组失去同步，造成电力系统解列；
⑷造成停电事故。

短路时，电力系统的保护装置动作，使开关跳闸，从而造成大范围停电。

越靠近电源，停电范围越大，造成的经济损失也越严重；
⑸产生电磁干扰。

不对称短路的不平衡电流，在周围空间将产生很大的交变磁场，干扰附近的通讯线路和自动控制装置的正常工作。

4.计算短路电流的目的和任务
为了使电力系统可靠、安全地运行，将短路带来的损失和影响限制在最小范围，必须正确地进行短路电流计算，以解决下列技术问题：
（1）选择电气设备。

选择电气设备时，需要计算出可能通过电气设备的最大短路电流及其产生的电动力效应及热效应，以检验电气设备的分断能力及动稳定性和热稳定性。

三相短路电流最大，造成的危害最严重，用于校验电气设备的耐受能力。

（2）选择和整定继电保护装置。

选择和整定继电保护装置时，需要计算被保护范围内可能产生的最小短路电流，以校验继电保护装置动作的灵敏度是否符合要求。

两相短路电流用于校验过流保护的灵敏度。

（3）确定供电系统的结线和运行方式。

供电系统的结线和运行方式不同，短路电流的大小也不同。

只有计算出在某种结线和运行方式下的短路电流，才能判断这种结线及运行方式是否合适。

二、有名值法计算短路电流（第三章 第三节）
有名值法又称绝对值法。

井下低压电网短路电流的计算多采用有名值法。

井下低压电网短路时，影响短路电流大小的主要是变压器和电缆线路的阻抗。

采用有名值法计算短路电流的步骤是：
1．计算短路回路各元件阻抗的计算
短路回路中的阻抗元件主要有：变压器、输电线路，阻抗计算方法如下。

1）变压器的阻抗
变压器的阻抗可用下式计算
N
2
N
2T S U 100%Z z u = （3-12）
式中 T Z ——变压器的阻抗，Ω；
%z u ——变压器阻抗电压百分数，可由变压器技术数据查得；
N 2U ——变压器二次额定电压，kV ； N S ——变压器的额定容量，MVA 。

变压器的电阻可由下式计算
2N
2N 2N
T S U P R ∆= （3-13）
式中 T R ——变压器的电阻，Ω；
N P ∆——变压器的短路损耗，MW ，其值可由变压器技术数据查得。

N S ——变压器的额定容量，kVA 。

变压器电抗可由下式计算
2
T 2T T R Z X -= （3-14）
U V W
)2(N
（b ）等效电路图
（a ）短路电路图 S
I T
L
X——变压器的电抗，Ω。

式中
T
KBSG矿用隔爆变压器和KBSGZY隔爆移动变电站技术参数表
2）输电线路的阻抗
线路的电阻和电抗可用下式计算
⎭
⎬⎫
==L X X L R R 00L L （3-15）
式中 L R ——输电线路的电阻，Ω；
L X ——输电线路的电抗，Ω； L ——输电线路的长度，km ；
0R ——输电线路每千米电阻，Ω/km ，井下常用电缆的0R 见下表；
0X ——输电线路每千米电抗，Ω/km 。

表3-3 各种线路电抗平均值X0 Ω／km
2.短路回路一相总阻抗的计算
2S L T 2L T )X X X ()01.0R R Z +++++=（ （3-20）
式中0.01是短路电弧等效电阻。

XS 是电源电抗，380 V 电网取0.00160，660V 电网取0.00480Ω，1140V 电网取0.0144Ω，在计算变压器远处的短路时可以不计XS 。

3.计算短路电流
两相短路电流的计算公式为
()Z
2U I 2N
2s
= （3-21）
式中 2N U ——变压器副边额定电压， V ；
()2s I ——两相短路电流，A 。

三相短路电流计算如下：
()）
（2I 15.1I s 3s =
例3-1某采区变电所向工作面供电简图如下，试计算S1、S2点的短路电流。

6(10)kV
S 1
解：1.查表得KBSG-400/10/0.693型变压器的电阻和电抗为：R T =0.0090Ω，X T =0.0472Ω
线路L 1每千米电阻和电抗为：R 0=0.941Ω/km ，X 0=0.07Ω/km 线路L 2每千米电阻和电抗为：R 0=0.471Ω/km ，X 0=0.07Ω/km
2.计算线路的电阻和电抗：
线路L 1的电阻和电抗为：R L1=0.941*0.15=0.141Ω， X L1=0.07*0.15=0.0105Ω 线路L 2的电阻和电抗为：R L2=0.336*0.4=0.134Ω， X L2=0.07*0.4=0.0280Ω 3.计算短路回路的总阻抗： S 1点：
2S 2L 1L T 22L 1L T 1)X X X X ()01.0R R R Z +++++++=（
2
2)00480.00280.00105.00472.0()01.0134.0141.0009.0+++++++=（ =0.308（Ω）
S 2点：
2S 2L T 22L T 2)X X X ()01.0R R Z +++++=（
22)00480.00280.00472.0()01.0134.0009.0+++++=（ =0.173（Ω）
4.计算短路电流 S 1点：
()）（A 1125308
.02693
Z 2U I 1=⨯==2N 2s1
S 2点：
()）（A 2003173
.02693
Z 2U I 2=⨯==2N 2s2
练习题：给上山绞车供电的变压器为KBSG-315/10/0.693，电缆长460米，截面为50mm 2
，试计算绞车房的两相短路电流。

S
I
解：1.查表得KBSG-315/10/0.693型变压器的电阻和电抗为：R T =0.0121Ω，X T =0.0598Ω
线路每千米电阻和电抗为：R 0=0.471Ω/km ，X 0=0.07Ω/km
2.计算线路的电阻和电抗：
线路的电阻和电抗为：R L1=0.471*0.46=0.217Ω， X L1=0.07*0.46=0.0322Ω 3.计算短路回路的总阻抗：
2S L T 2L T )X X X ()01.0R R Z +++++=（
22)00480.00322.00598.0()01.0217.00121.0+++++=（ =0.258（Ω）
4.计算短路电流
()）（A 1343258
.02693
Z 2U I 1=⨯==2N 2s。