第七章短路电流分析与计算
短路电流分析与计算(电力系统三相短路电流的计算)
短路电流分析与计算
本章主要内容有：关于短路的 一些基本概念、常用的三相短路电 流的计算方法、简单不对称短路时 短路点的电流和电压。
第一节 概述
一.短路类型
短路是指相与相之间或相与地之间（对于中性 点接地的系统）发生通路的情况。 三相系统短路故障的类型
对称短路：三相短路； 其它短路称为不对称短路。 最常见的短路：单相接地短路，约65％； 三相短路：约5％，但对电力系统影响最严重。
一、三相短路暂态过程数学分析
短路前 电路处于稳定状态。由于三相对称，可只 讨论单相电路如A相，另外两相由对称关 系来决定。短路前A相的电压、电流为
u U m sin( t ) i I m sin( t ) 其中I m Um ( R R) 2 2 ( L L)2 R R
第二节 无限大容量电源 供电系统三相短路过渡过程分析
无限大容量电源：简称无限大电源，指S＝∞、 U＝常数、等值内阻抗Z＝0(或X＝0)的电源。 “无限大”容量电源仅是一种相对概念。当电 源容量足够大时，若等值内阻抗不超过短路回 路总阻抗的(5～10)％ ，在电源外部发生短路 时则电源母线上的电压变化甚微，即可认为它 是一个恒压源(无限大容量电源)。
L
R
非周期分量idf：又称短路电流的自由分量
idf Ae
t Ta
L Ta , A为由初始条件确定的积分常数。 R
由i0－＝i0＋，得
I m sin( ) I dzm sin( d ) A A I m sin( ) I dzm sin( d ) idf 0
计及电阻时 I dz 不计电阻时 I dz
第七章 三相短路分析
短路的原因： 电气设备载流部分绝缘损坏； 运行人员误操作； 其他因素（如鸟兽等）。
短路的现象： 电流剧烈增加； 系统中的电压大幅度下降。
第七章 电力系统三相短路分析计算
? 短路的危害： 1. 短路电流的热效应会使设备发热急剧增加，可能导致设 备过热而损坏甚至烧毁； 2. 短路电流产生很大的电动力，可引起设备机械变形、扭 曲甚至损坏； 3. 短路时系统电压大幅度下降，严重影响电气设备的正常 工作； 4. 严重的短路可导致并列运行的发电厂失去同步而解列， 破坏系统的稳定性。 5. 不对称短路产生的不平衡磁场，会对附近的通讯系统及 弱电设备产生电磁干扰，影响其正常工作 。
第七章 电力系统三相短路分析计算
第二节 恒定电势源电路的三相短路
1. 恒定电势源的概念
说明：无限大功率电源是一个相 对概念，真正的无限大功率电源 是不存在的。
? 恒定电势源（又叫无限大功率电源），是指 系统的容量为 ∞ ，内阻抗为零。
? 恒定电势源的特点：在电源外部发生短路，电源母线上的 电压基本不变，即认为它是一个恒压源。
第七章 电力系统三相短路分析计算
2. 由恒定电势源供电的三相对称电路
图7-2 恒定电势源中的三相短路
a）三相电路 b）等值单相电路
短路前，系统中的a相电压和电流分别为
e ? Em sin(? t ? ? ) i ? Im sin(? t ? ? ? ? ' )
? 为电压的初始相位，亦称合闸角。? '为电压与电流的相位差。
?短路前空载（即 I m ? 0）
?短路瞬间电源电压过零值，即初始相角 ? ? 0
第七章 电力系统三相短路分析计算
第七章短路电流的计算与分析
It =
1 T
∫
T 2 T t− 2 t+
i 2 dt
近似认为
I M = (1.52 ~ 1.62)
Im 2
最大有效值电流也是在短路后半个周期时出现． 最大有效值电流也是在短路后半个周期时出现．
《电力系统基础》 电力系统基础》
2011年3月24日星期四
结束
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短路的后果举例
2003年8月14日－美国大停电 年 月 日
•美国东部 美国东部(EDT)时间 时间2003年8月14日16:11开始 美国东部 时间 年 月 日 开始 北京时间8月 日晨 日晨4:11），美国东北部和加拿大东 ），美国东北部和加拿大东 （北京时间 月15日晨 ）， 部联合电网发生了大面积停电事故 •纽约 纽约: 纽约 交通瘫痪、公路堵塞、人困在电梯和地下隧道里、 交通瘫痪、公路堵塞、人困在电梯和地下隧道里、冒 酷热步行回家 •停电影响 停电影响 美国： 俄亥俄州、密歇根州、纽约州、 美国： 俄亥俄州、密歇根州、纽约州、 马萨诸塞州、康涅狄克州、新泽西州、 马萨诸塞州、康涅狄克州、新泽西州、 宾夕法尼亚州、佛蒙特州（ 个州 个州） 宾夕法尼亚州、佛蒙特州（8个州） 加拿大：安大略省、魁北克省（ 个省 个省） 加拿大：安大略省、魁北克省（2个省）
f (3) f (2) f (1) f (1,1)
两相短路
单相接地 短路 两相接地 短路
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短路的危害
１大电流产生巨大电动力，造成机械损坏； 大电流产生巨大电动力，造成机械损坏； ２烧毁设备（热稳定）； 烧毁设备（热稳定）； ３电网大面积电压下降； 电网大面积电压下降； ４破坏电力系统的稳定； 破坏电力系统的稳定； ５影响电力系统通讯。 影响电力系统通讯。
电力系统中的短路电流计算与分析
电力系统中的短路电流计算与分析电力系统是现代社会中不可或缺的基础设施之一，其稳定运行对于保障供电质量和公共安全至关重要。
但是，由于各种原因，例如设备故障、雷击、树木短路等，电力系统中可能会发生短路故障。
短路故障会引发电流异常增大，极易导致设备烧毁、电网崩溃、火灾等严重后果。
因此，在电力系统的设计与运行中，短路电流计算与分析显得尤为重要。
首先，我们需要了解什么是短路电流。
短路电流是指在电力系统故障发生时，故障点两侧电压差引起的电流。
它的大小与故障点电压、电网负荷、电源能力密切相关。
短路电流的计算是为了确定系统各个设备在故障时所经历的电流大小，从而为设备的选型和保护装置的设置提供依据。
短路电流计算的关键因素有很多，包括但不限于电源参数、网络拓扑、设备参数等。
在计算短路电流之前，我们首先需要收集系统的所有参数信息，例如电源电压、送电线路长度、设备额定电流等。
这些参数将用来确定电源短路容量和电路阻抗等重要数据。
然后，利用这些参数，我们可以采用各种方法进行短路电流的计算和分析。
常用的短路电流计算方法有两种，分别为解析法和数值法。
解析法是指通过分析电力系统的拓扑结构和设备参数，利用数学公式计算得到的电流结果。
这种方法适用于简单的系统和短路类型。
然而，在复杂的系统中，采用解析法可能会带来较大的计算误差。
因此，为了更加准确地计算短路电流，我们常常采用数值法。
数值法是通过仿真软件，如PSCAD、DIgSILENT等，模拟电力系统短路故障，得到电流的数值解。
这种方法可以较好地模拟真实电力系统的复杂性，提高计算精度。
值得一提的是，为了保证系统的稳定性和安全性，我们还需要进行短路电流的分析。
短路电流分析主要包括分析设备耐受能力、选择保护装置和决定系统的电气参数等。
在进行设备的选型和保护装置的设置时，我们需要根据短路电流的计算结果，确定设备的额定电流和保护选择。
这可以有效地保护设备免受电流超过其额定值的损害。
此外，在系统的电气参数选择方面，短路电流分析也起到了指导作用，帮助调整电路参数以满足系统的稳定性需求。
短路电流分析与计算
短路电流分析与计算短路电流是指电力系统在发生短路故障时，电流突然增大的现象。
短路电流分析与计算是电力系统设计和运行中重要的内容之一，它能够帮助工程师确定系统中的安全操作范围，保护设备和人员的安全。
短路电流的计算是为了确定保护设备的能力和选择正确的保护装置。
短路电流的计算通常包括对直流短路电流和对称短路电流的计算。
在进行短路电流计算之前，需要确定系统的拓扑结构和参数。
拓扑结构包括继电器、开关、变压器等电气设备的连接方式；参数包括系统的电阻、电抗、电容等。
在计算三相短路电流时，需要考虑以下几个因素：1.电气设备的短路能力：通过查阅设备的技术资料，可以确定设备的短路能力。
电气设备通常有额定短路电流容量，表示设备在额定电压和频率下能够承受的最大短路电流。
这个值通常以对称分量形式给出。
2.短路点的电阻和电抗：不同的短路点具有不同的电阻和电抗。
电阻一般可以通过测量获得，电抗通常需要根据系统的拓扑结构和参数进行估计。
3.电源电压：电源电压是计算短路电流的重要参数。
电源电压通常以震荡（复数）形式给出，其中包括震荡的大小和角度。
根据这些参数，可以使用不同的方法进行短路电流的计算，常用的方法包括传统方法和复数法。
传统方法通过分析电力系统的拓扑结构和参数，逐步计算各个电气设备的短路电流，最后将结果进行组合得到总的短路电流。
复数法是一种比较简单和快捷的计算方法。
它将电力系统的拓扑结构和参数转化为等值复数阻抗，并使用基尔霍夫电压定律和欧姆定律进行计算。
这种方法通常适用于均匀无电抗补偿的系统。
无论是使用传统方法还是复数法，计算的目的都是为了确定保护设备的动作电流和时间。
动作电流是指保护装置开始动作的电流阈值，它通常是设备的额定电流的一些倍数。
动作时间是指保护装置从检测到短路故障开始动作所需的时间，它是由保护装置的设计和设置参数决定的。
在进行短路电流计算时，还需要考虑一些特殊情况，例如接地短路、零序电流、接线方式等。
这些情况都会对短路电流的计算和设备的保护产生影响，工程师需要根据具体情况进行分析和计算。
第七章短路电流的计算与分析
第七章短路电流的计算与分析在电力系统中，短路故障是指电路中直接相连的两点之间发生低阻抗的故障。
当发生短路故障时，短路电流会迅速增大，可能导致设备受损甚至发生火灾、爆炸等危险情况。
因此，正确计算和分析短路电流对于电力系统的设计和运行至关重要。
短路电流的计算是为了确定电力系统中各个设备的短路能力以及保护装置的选择和设置。
一般来说，短路电流的计算可以分为两种情况：对称短路电流计算和不对称短路电流计算。
对称短路电流是指在故障中各相之间电路参数相等的短路，而不对称短路电流是指在故障中各相之间电路参数不相等的短路。
对称短路电流的计算是电力系统中最基本的计算方法，其计算公式为：I=U/Z其中，I为对称短路电流，U为短路点的电压，Z为短路点的阻抗。
不对称短路电流的计算相对来说更加复杂，需要考虑电力系统中各个设备的不对称参数。
不对称短路电流的计算公式为：I=U/Zs其中，I为不对称短路电流，U为短路点的电压，Zs为短路电流的阻抗。
在进行短路电流的计算时，需要考虑一些因素，如电源类型、电网结构、短路地点以及电力设备的参数等。
同时，还需要使用计算工具，如电力系统短路计算软件或电力系统网路分析软件进行计算。
在进行短路电流分析时，需要对短路电流进行合理的分析和评估。
首先需要对短路电流的大小进行评估，判断是否超过设备的额定电流。
其次，还需要对短路电流的方向进行分析，判断是否会对系统的其他设备产生不利影响。
最后，还需要对短路电流的持续时间进行评估，判断是否会对设备造成临界损坏。
总之，短路电流的计算与分析是确保电力系统正常运行的重要环节。
正确的短路电流计算和分析可以确保电力设备的安全性和可靠性，从而保障电力系统的正常运行。
因此，在实际工作中，电力系统的设计和运行人员需要对短路电流的计算和分析有深入的了解，并采取相应的措施来确保电力系统的安全运行。
7、短路电流的计算与分析
7.1 故障概述 3、短路发生的原因
第七章 短路电流的计算与分析
7.1 故障概述
第七章 短路电流的计算与分析
7.1 故障概述 4、短路的危害
第七章 短路电流的计算与分析
7.1 故障概述
• 不对称短路的不平衡电流会干扰临近信号线 不对称短路的不平衡电流 不平衡电流会干扰临近信号线 路。
第七章 短路电流的计算与分析
第七章 短路电流的计算与分析
7、短路电流的计算与分析
7.1 故障概述
----短路的定义、类型、 ----短路的定义、类型、原因及危害等 短路的定义 短路： 1、短路：一切不正常的相与相之间 或者 相
与地之间（或中性线）发生通路的情况。 与地之间（或中性线）发生通路的情况。
2、短路的类型
（ f (3)或k 3） ---对称短路 ---对称短路 1）三相短路 f (1,1)或k (1,1) 2）两相接地短路 3）两相短路 f ( 2)或k ( 2) 不对称短路 4）单相短路 f (1)或k (1)
di A Ri A + L =0 dt
第七章 短路电流的计算与分析
无穷大功率电源供电系统的三相短路
短路全电流 求解可得： 求解可得：
I pm = Em R 2 + L2
i A = i p + iap
短路后电路 阻抗角 ϕ = arctg ωL
R
其中： 其中：
i p = I pm sin(ωt + α − ϕ )
一、无穷大功率电源
—常简称无穷大电源，亦称恒定电势源 常简称无穷大电源，亦称恒定电势源. 常简称无穷大电源 恒定电势源
电力系统分析计算中一个很重要的相对概念！ 电力系统分析计算中一个很重要的相对概念！ 很重要的相对概念 实际并不存在， 实际并不存在，当某一电源的容量是其他电源 容量的10倍以上 倍以上时 可近似看作无穷大电源。 容量的 倍以上时，可近似看作无穷大电源。
电力系统中的短路电流分析与计算
电力系统中的短路电流分析与计算在电力系统中，短路电流是一种非常常见的现象。
当电气设备发生故障时，短路电流会通过设备，从而导致设备烧坏或者影响系统的正常运行。
因此，短路电流分析和计算对于电力系统的安全和稳定运转至关重要。
一、短路电流的概念短路电流是指在电力系统中，当电流在设备中流动时，由于外界原因或者内部故障造成的电路截面发生变化，从而导致电阻变小，电流猛增的现象。
短路电流的大小决定了电力系统的额定断路容量，也是电气设备选型和保护装置选用的重要依据。
二、短路电流的分析方法1. 支路法分析支路法分析是在电力系统中较为常见的一种短路电流计算方法。
首先，需要将电力系统根据支路逐一分析，计算出每一段电路的电阻、电抗和电容等参数，再根据短路故障点位置，确定故障点所在的电路并通过支路公式分别计算出每条支路的短路电流，最后将所有分路电流相加得出故障点的短路电流。
2. 进行暂态仿真暂态仿真是一种在计算机上进行模拟的短路电流计算方式。
通过模拟故障前和故障后电力系统的状态，根据系统的动态特性预测故障点的短路电流。
这种方法具有计算精度高、适用范围广等特点，但同时也需要耗费大量的计算资源。
3. 等效电路法分析等效电路法分析是将电力系统简化为等效电路的方式进行短路电流计算。
通过将电力系统转化为电子电路的形式，并将系统各部分抽象为电路元件，最终得出等效电路及各元件的参数，从而计算短路电流。
这种方法计算简单，适用范围广，但考虑的因素较为简单，精度相对较低。
三、短路电流计算的影响因素1. 系统电压系统电压对计算的短路电流具有重要影响，随着电压的降低，短路电流也不断降低。
因此在进行短路电流计算时，我们需要考虑电力系统的额定电压和初始电压等因素。
2. 故障位置电力系统中，故障位置对短路电流计算至关重要。
根据故障点所在的输电线路、变电站、变压器等等因素，来确定故障位置所在的支路，并通过支路法或等效电路法等进行计算。
3. 电气设备参数在短路电流计算中，电气设备的参数包括电阻、电容和电感等，都会对计算结果产生影响。
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效值
有限容量电源供电的电力系统三相短 路电流
系统的母线的端电压换或等值发电机的电势在整个短路的暂 态过程是一个变化值
三相短路电流周期分量幅值换偶有效值变化的情况还与同步 发电机是否装有自动调节励磁装置有关
三相短路电流的一般计算方法 （1）。去发电机的次暂态电势的标幺值E``G=1或短路点k短路
“无限大”容量电源仅是一种相对概念。当电源容 量足够大时，若等值内阻抗不超过短路回路总阻抗 的（5～10）％ ，在电源外部发生短路时则电源母 线上的电压变化甚微，即可认为它是一个恒压源(无 限大容量电源)。
一、无限大容量系统三相短路
三相短路电流的计算公式：
Rid
L did dt
Um sin( t )
5．短路可能干扰通信系统
四、计算短路电流的目的
短路电流计算结果是选择电气设备（断 路器、互感器、瓷瓶、母线、电缆等） 的依据；
是电力系统继电保护设计和整定的基础；
是比较和选择发电厂和电力系统电气主 接线图的依据，根据它可以确定限制短 路电流的措施。
第二节 无限大容量电源 供电系统
无限大容量电源：简称无限大电源，指S＝∞、U＝ 常数、等值内阻抗Z＝0（或X＝0）的电源。
ishM= kshMI``M
电力系统短路的种类有那几种？
答：电力系统短路有，三相短路，相相短路，单相短路，单相接地短路，约65％；三相短路：约5％，
但对电力系统影响最严重。
什么叫无限大容量电源
答：是指当电力系统的电源距短路点的电气距离比较远时，有短路而引起的电晕送出的功率 变化s远小于电源的容量S，即可认为该电源是无限大容量电源。
第七章 短路电流分析与计算
本章主要内容有：关于短路的 一些基本概念、常用的三相短路电 流的计算方法、简单不对称短路时 短路点的电流和电压。
第一节 概述
一.短路类型
短路是指相与相之间或相与地之间（对于中性点接 地的系统）发生通路的情况。
三相系统短路故障的类型
短路回路的三相阻抗
对称短路：三相短路； 其它短路称为不对称短路。
Ik: 突然短路电流的瞬时值 短路发生时的电源电压相位角
冲击短路电流ish
短路电路ich最大可能的瞬时值叫短路冲击电 流(在短路发生后半个周期是0.01s瞬间。总的短路电流将达到最大，值略小于
周期分量幅值的两倍，这个短路电流称为冲击短路电流。 冲击短路电流与回路中的电抗和电阻的相对大小有关)
前瞬间发电机正常运行电压标幺值Un*（0）=1。 （2）。由于大让两电机时则考虑 （3）。平均额定电压之比进 行网路参数的标幺计算。
I``k*=1/XΣ和
第四节 异步电动机对短路电流的 影响
三相突然短路，接在短路点附近的异步电动 机因端电压消失而有停止运行的趋势，但是 电动机转子有较大的惯性，因此电动机的反 电势大于电网的剩余电势，（一般短路点的 电压大于1000kw）考虑
基本相同，因此电压 电流仍是对称的。
最常见的短路：单相接地短路，约65％；
三相短路：约5％，但对电力系统影响最严重。
二.短路发生的原因
产生短路的主要原因是电气设备和载流导体的绝 缘被损坏。
三.短路对设备及系统的危害
1. 短路电流将引起发热效应
2．短路电流将引起电动力效应
3．短路使网络电压降低
4．短路可能使系统运行的稳定性遭破杯
冲击电流什么时候最大 答：在短路发生后半个周期即0.01s
异步电动机对短路电流的影响
答：一般电动机的功率大于1000kw时才考虑
根据公式ishM= kshMI``M ，
和异步电动机的冲击系数有关
但在下列情况下不用考虑、 1 异步电动机的单机容量小于100kw或电动机与短路点至少 经过一次变压时 2 不论异步电动机的容量大小如何，电动机共给的冲击短路电流与系统中的冲击 短路电流方向和路径一致时 3 在电动机出线附近，发生不对称短路时。
无限大容量电源是个相对的概念
什么叫短路冲击电流？ 答：短路电路ich最大可能的瞬时值叫短路冲击电流(在短路发生后半
个周期是0.01s瞬间。总的短路电流将达到最大，值略小于周期分量幅值的两倍，这个短路电流称为冲 击短路电流。 冲击短路电流与回路中的电抗和电阻的相对大小有关)
短路电流和那些因素有关？ 答： 和突然短路的电流的瞬时值和短路时的电源电压的相位角有关