第三章 短路电流及其计算

四： 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：
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，可将电力系统视为无限大容量系统。
RWL R0l
2.线路的电抗：
XWL X 0l
注意：在计算短路电路
的阻抗时，假如电路 R R(Uc )2
内含有电力变压器，
Uc
则电路各元件的阻抗 都应统一换算到短路
X X (Uc )2
点的短路计算电压去。
Uc
电力线路每相的单位长度电抗平均值 线路电压
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。
短路计算的方法
欧姆法 标幺制法
工程设计中采用 的单位
电流单位: kA
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：
二、采用欧姆法进行三相短路计算
短路计算
当t →∞时，inp→0，这时 ik= ik ()= i p
ik ik() 2I sin(t )
2．发生三相短路前后电流、电压的变动曲线 （1） 正常运行状态：因电路一般是电感性负载，电 流在相位上滞后电压一定角度。 （2） 短路暂态过程：短路电流在到达稳定值之前， 要经过一个暂态过程。 （3）短路稳态过程：一般经过一个周期约0.2s后非 周期分量消亡。短路进入稳态过程。
inp(0) 2I
ik ip inp
• 4.短路冲击电流： • 5.短路稳态电流
ish ksh 2I I I ik
第二节： 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。 并计算短路电路中各元件的阻抗。 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， 并标明其序号和阻抗值一般是分子标序号，分母标阻抗值.
2) 整理成 dy +P(x)y=Q(x)形式 dx
dik dt
R X
ik
Um X
sin(t
)
(3-1)
3) 解,方程由特解和通解二部分
组成；或者说，周期分量就是
特解,非周期分量就是通解。
(3-2)
t
ik i特 i通 ip inp I k.m sin(t k ) (Ik.m sink I m sin)e
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。
(二）无限大容量系统三相短路的物理过程
•无限大容量电源供电 的三相电路上发生Байду номын сангаас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
1) 短路瞬间回路电压方程
U
Um
sin(t
)
Rik
X
dik dt
周期分量——强制分量：由无穷大系统的电源 电压和回路阻抗决定，周期分量电流幅值不变； 短路全电流 其中周期分量与电源具有相同的变化规律，依 然按照正弦信号，且频率与电源相同。
非周期分量——自由分量：按指数衰减；与 指数无关
五、短路有关的电流量 • 1.短路电流周期分量：
ip(0) 2I
• 2.短路电流非周期分量： • 3.短路全电流：
短路容量
S (3) k
3Uc
I
(3) k
短路电流
I
(3) k
Uc 3 Z
Uc
3
R2
X
2
短路计算中三大主要元件：
（一）电力系统的阻抗：
XS
U
2 c
Soc
（二）电力变压器的阻抗
1.变压器的电阻: 2.变压器的电抗:
RT
Pk
(Uc SN
)2
XT
U
k
%U
2 c
100SN
(三) 电力线路的阻抗
1.线路的电阻
由此可见，短路的后果是十分严重的， 因此必须尽力设法消除可能引起短路的一切因 素；同时需要进行短路电流的计算，以便正确 地选择电气设备，使设备有足够的动稳定性和 热稳定性，以保证在发生可能有的最大短路电 流时不致损坏。为了选择切除短路故障的开关 电器、整定短路保护的继电保护装置和选择限 制短路电流的元件如电抗器等，也必须计算短 路电流。
三相短路
两相短路
单相短路
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。 因此作为选择和校验电气设备用的短路计算中，以 三相短路短路计算为主。
计算短路电流目的： 1.选择和校验电气设备。 2.整定继电保护装置的动作电流
二. 短路的后果 短路后，短路电流比正常电流大得多。在大电
力系统中，短路电流可达几万安甚至几十万安。如 此大的短路电流可对供电系统产生极大的危害：
(1). 短路时要产生很大的电动力和很高的温度，而使 故障元件和短路电路中的其他元件损坏。 (2). 短路时短路电路中的电压要骤然降低，严重影响 其中电气设备的正常运行。 (3). 短路时保护装置动作，要造成停电，而且越靠近 电源，停电的范围越大，造成的损失也越大。 (4). 严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，可使 并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列。 (5). 不对称短路包括单相短路和两相短路，其短路电 流将产生较强的不平衡交变磁场，对附近的通信线路、 电子设备等产生干扰，影响其正常运行，甚至使之发 生误动作。
第一节 短路与短路电流有关概念
电力系统运行有三种状态：正常运行状态、非正常 运行状态和短路故障。 短路就是相与相或者相与地之间不通过负载而发 生的直接连接的故障。
•电力系统发生短路时，系统的总阻抗
显著减少，短路所产生的电流随之剧烈 增加。
一、短路的原因
➢电气设备载流导体的绝缘破坏：绝缘自然老化、 操作过电压、雷电过电压、绝缘受到机械损伤 等。 ➢运行人员违规操作：带电拉、合开关，检修之 后忘记拆除地线合闸等。 ➢鸟兽跨越不同相的裸露导体。
三、短路形式
短路
对称短路 k 3
不对称短路
单相短路 两相短路
单相接地短路 k 1
单相接中性点短路 k 1
两相短路 k 2
两相接地短路 k 1.1 两相短路接地 k 1.1
三相短路用 k 3表示，二相短路 k 2表示，单相短路用 k 1 表示， 两相接地短路用 k 1.1表示。
只有三相短路，属对称短路。