第三章短路電流及其計(jì)算-read

1、第三章 建筑供配電系統(tǒng)短路電流及其計(jì)算,,第一節(jié) 概述,一 短路原因、類型、后果及計(jì)算短路電流的目的（一）主要原因：1.電氣設(shè)備、元件的損壞。2.自然原因3.人為事故,,（二）類型：1.三相短路2.兩相短路3.單相短路,（三）后果：1.產(chǎn)生很大的電動(dòng)力和很高的溫度，使故障元件和短路電路中的其它元件損壞。2.電壓驟降，影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。3.造成停電事故。4.造成不對稱電路，其電流將產(chǎn)生較強(qiáng)的不平衡磁

2、場，對附近的通信設(shè)備、信號系統(tǒng)及電子設(shè)備等產(chǎn)生干擾。5.嚴(yán)重的短路運(yùn)行電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，使并列運(yùn)行發(fā)電機(jī)組失去同步，造成系統(tǒng)解列。,,（四）目的：1.選擇和校驗(yàn)電氣設(shè)備。2.繼電保護(hù)裝置的整定計(jì)算。3.設(shè)計(jì)時(shí)作不同方案的技術(shù)比較。,二.電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式（一）類型 三相交流電力系統(tǒng)中，供電電源的發(fā)電機(jī)和變壓器的中性點(diǎn)運(yùn)行方式： 1.小電流接地電源中性點(diǎn)不接地電源中性點(diǎn)經(jīng)消弧圈接地2.大電流接地電

3、源中性點(diǎn)直接接地,（二 ） 電源中性點(diǎn)不接地電力系統(tǒng)1.當(dāng)發(fā)生一相接地故障時(shí)，其三相電壓無論其相位和量值均保持不變。因此，該系統(tǒng)三相用電設(shè)備仍可照常運(yùn)行，但這種故障系統(tǒng)不允許長期運(yùn)行，以免另一相又發(fā)生接地故障時(shí)形成兩相短路，這時(shí)將產(chǎn)生很大的短路電流，可能損壞線 路和設(shè)備。因此這種系統(tǒng)中，應(yīng)裝設(shè)專門的絕緣監(jiān)測裝置或單相接地保護(hù)以便,發(fā)生一相接地故障時(shí)，發(fā)出警報(bào)，通知 運(yùn)行值班人員注意和處理。如一時(shí)檢修不 好應(yīng)將重要負(fù)

4、荷轉(zhuǎn)移切除故障線路。2.發(fā)生一相接地故障時(shí)另兩個(gè)完好相的對 地電壓為正常對地電壓的 倍。,,（三 ） 電源中性點(diǎn)經(jīng)消弧圈接地的電力系統(tǒng) 為防止一相接地時(shí)，接地點(diǎn)出現(xiàn)斷續(xù) 電弧，引起過電壓，在單相接地電容電 流大于一定值時(shí)，必須采用。,（四） 電源中性點(diǎn)直接接地的電力系統(tǒng)1.發(fā)生一相接地故障時(shí),其三相電壓的對稱關(guān)系完全破壞，因此，該系統(tǒng)三相用電設(shè)備不能繼續(xù)運(yùn)行，由于單相接地電

5、流很大，將使過電流保護(hù)裝置動(dòng)作，迅速切除線路。2.發(fā)生一相接地故障時(shí)，另兩個(gè)完好相的對地電壓不會(huì)升高，仍維持相電壓值，因此對線路的絕緣水平要求相對較低。,,（五）建筑供配電系統(tǒng)分為TN、TT、IT系統(tǒng)。 對于低壓系統(tǒng)（TN)： 中性線（N) 保護(hù)線(PE) 三相四線制,第二節(jié) 三相交流電網(wǎng) 短路的過渡過程,一 短路電流的過渡過程的分析 “無限大容量電源”：

6、系統(tǒng)內(nèi)部短路發(fā)生變化，系統(tǒng)電源電壓維持不變。 在考慮產(chǎn)生最大短路的條件下，短路全電流為：,在電源電壓及短路地點(diǎn)不變的情況下，要使短路全電流達(dá)到最大值。必需具備以下的條件：短路前為空載。設(shè)電路的感抗要比電阻好大得多，即短路阻抗角為900。短路發(fā)生于某相電壓瞬時(shí)值過零值時(shí)。,,二 電流沖擊系數(shù)和沖擊電流 沖擊電流出現(xiàn)在短路后第一個(gè)半周時(shí)間

7、 為短路電流沖擊系數(shù) 短路電流周期分量的有效值。,,,實(shí)際中： 高壓系統(tǒng) τ＝0.05s , =1.8， 低壓系統(tǒng) τ＝0.008s, =1.3，,,三 、短路電流最大有效值 ： 實(shí)際中： ＝1.8，

8、 =1.3 ，四、短路穩(wěn)態(tài)電流 ： 經(jīng)過 t=0.2s后，短路電流非周期分量衰減完畢，短路電流為穩(wěn)態(tài)短路電流，在無限大容量系統(tǒng)中，短路電流周期分量有效值在電流全過程中始終不變，則：,第三節(jié) 三相短路電流的計(jì)算,一 概述（一）步驟1.繪出計(jì)算電路圖2.通過計(jì)算，繪制短路計(jì)算點(diǎn)等效電路圖3.等效電路化簡4.求短路電流,（二）方法:歐姆法（有名單位法〕 通常用于1000V以下低壓供電系統(tǒng)的短路計(jì)算。標(biāo)幺法

9、（相對單位法〕 常用在高壓系統(tǒng)短路電流計(jì)算。,（三）短路電流計(jì)算的幾點(diǎn)說明說明由電力系統(tǒng)供電的民用建筑內(nèi)部發(fā)生短路時(shí)，其容量遠(yuǎn)比系統(tǒng)容量要小，而阻抗則較系統(tǒng)阻抗大得多，短路時(shí)，系統(tǒng)母線上的電壓變動(dòng)很小，可認(rèn)為電壓維持不變，即系統(tǒng)容量為無限大。,在計(jì)算高壓電路中的短路電流時(shí)，只需考慮對短路電流值有重大影響的電路元件。由于發(fā)電機(jī)、變壓器、電抗器的電阻遠(yuǎn)小于其本身電抗，因此可不予考慮。但當(dāng)架空線和電纜較長，使短路電路的總電阻大于總電抗

10、的1/3時(shí)，仍需計(jì)入電阻。 短路電流計(jì)算按金屬性短路進(jìn)行。,,二 采用歐姆法進(jìn)行短路計(jì)算 無限大容量系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)三相短路電流周期分量有效值： Uav---需要計(jì)算那一級的平均電壓,為該級電網(wǎng)電壓UN 的1.05 倍。例10.5KV,0.4KV. －－分別為短路電路的總阻抗、總電阻、總電抗。,高壓電路的短路計(jì)算只計(jì)電抗。 低壓側(cè)短路時(shí)，當(dāng)

11、 時(shí)，才考慮電阻。所以，1KV以上高壓系統(tǒng)：,,（一）電力系統(tǒng)的阻抗 電力系統(tǒng)阻抗的電阻一般很小不予考慮，其電抗可由電力系統(tǒng)變電站高壓饋線出口斷路器的斷流容量 來估算。（二）發(fā)電機(jī)電抗 －－次暫態(tài)電抗百分值。,（三）電力變壓器阻抗

12、 變壓器的短路電壓。,,（四）電力線路的阻抗（五）電抗器阻抗 電抗器銘牌標(biāo)有 ， 和繞組電抗百分?jǐn)?shù) 。,,（六）如計(jì)算低壓側(cè)的短路電流時(shí)，高壓側(cè)的線路阻抗就需要換算到低壓側(cè)，其等效換算的條件是元件的功耗不變。,三 采用標(biāo)幺制法進(jìn)行短路計(jì)算

13、 標(biāo)幺制是一種相對單位制，其定義為： 該物理量的實(shí)際值 所選定的基準(zhǔn)值 如,任一物理標(biāo)幺值 ＝,,,按標(biāo)幺制法進(jìn)行短路計(jì)算時(shí)，一般先選定基準(zhǔn)容量 和基準(zhǔn)電壓 ，則

14、（一）短路電路中的各元件標(biāo)幺值的計(jì)算 通常選取 =100MVA, = 。,,1.電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值2.發(fā)動(dòng)機(jī)的電抗標(biāo)幺值,,3.電力變壓器的電抗標(biāo)幺值4.電力線路的電抗標(biāo)幺值 如有必要計(jì)算電阻標(biāo)幺值時(shí)，,,5.電抗器電抗標(biāo)幺值 －－電抗器額定電抗標(biāo)幺值； －－電抗

15、器額定電壓標(biāo)幺值； －－電抗器額定電流標(biāo)幺值。,,（二）短路電路總阻抗 當(dāng) 時(shí), 當(dāng) 時(shí),,,（三）無限大容量三相短路電流計(jì)算,,第四節(jié) 兩相短路電流的近似計(jì)算,一 計(jì)算 為不對稱短路，一般要使用對稱分量法。 一實(shí)用簡

16、單的方法為 只有電抗時(shí)：,二 與三相短路電流計(jì)算的關(guān)系 因此，三相短路電流比兩相短路電流大。在考慮短路效應(yīng)時(shí)，只考慮三相短路電流。在校驗(yàn)保護(hù)相間短路靈敏度時(shí)，用末端兩相短路電流。,第五節(jié) 低壓電網(wǎng)短路電路計(jì)算,一 低壓電網(wǎng)短路電流計(jì)算的特點(diǎn)：一般容量不大于高壓供電電源容量的5 %按無限大電源考慮。各元件電阻值相對較大，一般不能忽略。沖擊系數(shù)在1～1.3范圍內(nèi)電壓只有一級，采用有名法較為方便,二

17、 各元件阻抗 與歐姆法介紹計(jì)算方法一樣，并可查表求得。它包括： 系統(tǒng)電源阻抗 變壓器阻抗母線阻抗配電線路阻抗低壓電器阻抗,三 短路電流計(jì)算（一）三相短路電流計(jì)算和兩相短路電流 計(jì)算與歐姆法介紹計(jì)算方法一樣。（二）單相短路電流周期分量計(jì)算 低壓380/220 三相四線制配電網(wǎng)絡(luò)中，常發(fā)生相— 零之間單相短路，其計(jì)算公式為：,∑R0, ∑X0—為“相— 零”回路中電阻

18、與 電抗之和，可查表獲得。 Up— 電源的相電壓。 ,第六節(jié) 短路電流的效應(yīng),一 短路電流的電動(dòng)效應(yīng)（一）原理 相鄰載流導(dǎo)體之間的電磁互作用力即電動(dòng)力。 短路時(shí)，特別是沖擊電流通過瞬間，其電動(dòng)力則非常大，所以三相短路沖擊電流為校驗(yàn)電器和載流部分的動(dòng)穩(wěn)定依據(jù)。,,（二

19、）短路動(dòng)穩(wěn)定度的校驗(yàn)條件1.一般電器 imax— 電器的極限通過電流（峰值〕;Imax — 電器的極限通過電流（有效值〕。,2.對絕緣子動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) Fal ≥ Fc(3) Fal— 絕緣子的最大允許載荷,由產(chǎn)品 樣本查得; Fc(3)—短路時(shí)作用在絕緣子上的計(jì)算力;,

20、三相短路沖擊電流在中間相產(chǎn)生的電動(dòng)力最大,其計(jì)算公式為: 兩導(dǎo)體的軸線距離,(m)； 檔距（即相鄰的兩支點(diǎn)間距離〕 , (m)；母線在絕緣子上為平放：母線在絕緣子上為豎放：,,,3.對母線等硬導(dǎo)體一般按短路時(shí)所受到的最大應(yīng)力來校驗(yàn)。 －－母線材料的最大允許應(yīng)力，

21、 硬銅： 硬鋁：,—母線通過 是所受到的最大應(yīng)力。 —母線通過 是所受到的彎曲力矩， 單位 N·m, 當(dāng)母線的檔數(shù)為1～2時(shí), 當(dāng)母線的檔數(shù)為>2時(shí),,W—母線截面系數(shù)，

22、 ，單位：M3 b －截面水平寬度, h－截面水平高度4.電纜本身的機(jī)械強(qiáng)度很好，不必校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定。,,（三）大容量電動(dòng)機(jī)對短路沖擊電流的影響 當(dāng)短路計(jì)算點(diǎn)附近有大容量電機(jī)(總?cè)萘砍^100KW)時(shí),其反饋沖擊電流使短路點(diǎn)沖擊電流增大。 工程設(shè)計(jì)中可近似取為：,－ 短路電流沖擊系數(shù)，

23、 高壓電動(dòng)機(jī)一般取1.4~1.6； 低壓電動(dòng)機(jī)一般取 1。 －電動(dòng)機(jī)的額定電流。,,短路電流的熱效應(yīng)（一）短路時(shí)導(dǎo)體的發(fā)熱過程與計(jì)算1.過程： －－ 短路前正常負(fù)荷時(shí)的溫度； －－發(fā)生短路； －－切除故障時(shí)間；

24、 －－ 時(shí)導(dǎo)體溫度。,2.計(jì)算 即計(jì)算 的值。與 相對應(yīng)的熱量為 由于計(jì)算困難，一般采用等效方法， 為短路發(fā)熱假想時(shí)間。,對無限大系統(tǒng)，則當(dāng) 1s時(shí)，而 －－保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間 ；,－－斷路器斷路時(shí)間，(固有分閘時(shí)間 ＋電弧延續(xù)

25、時(shí)間〕 （固有分閘時(shí)間,可由產(chǎn)品樣本查得） 一般高壓斷路器 0.2s 高速斷路器： 0.1~0.15s 低壓斷路器電弧延續(xù)時(shí)間： 0.01~0.02s,,3.工程設(shè)計(jì)方法 利用導(dǎo)體溫度 與導(dǎo)體加熱系數(shù) 的關(guān)系曲線,來確定 。步驟：(1)利用 查得(

26、2)利用下式求得 (3)利用 得到 。,（二）短路熱穩(wěn)定度的校驗(yàn)1.一般電器 －－電器熱穩(wěn)定試驗(yàn)電流； －－電器熱穩(wěn)定試驗(yàn)時(shí)間。 （可由產(chǎn)品樣本查得〕,,2.母線及絕緣導(dǎo)線和電纜等導(dǎo)體