建筑电气设计基础

Xs U （二）发电机电抗
2 av
Soc
" X d % U av " Xd 100 S N
" X d % －－次暂态电抗百分值。
（三）电力变压器阻抗
U av RT Pk S N
2
2 U k % U av XT 100 S N
Uk %
变压器的短路电压。
（二 ） 电源中性点不接地电力系统 1.当发生一相接地故障时，其三相电压无 论其相位和量值均保持不变。因此，该 系统三相用电设备仍可照常运行，但这 种故障系统不允许长期运行，以免另一 相又发生接地故障时形成两相短路，这 时将产生很大的短路电流，可能损坏线 路和设备。因此这种系统中，应装设专 门的绝缘监测装置或单相接地保护以便
I p I k I I k 0.2 I
''
第三节 三相短路电流的计算
一 概述 （一）步骤 1.绘出计算电路图 2.通过计算，绘制短路计算点等效电路图 3.等效电路化简 4.求短路电流
（二）方法: • 欧姆法（有名单位法〕 通常用于1000V以下低压供电系统的短路 计算。 • 标幺法（相对单位法〕 常用在高压系统短路电流计算。
（四）目的： 1.选择和校验电气设备。 2.继电保护装置的整定计算。 3.设计时作不同方案的技术比较。
二.电力系统的中性点运行方式 （一）类型 三相交流电力系统中，供电电源的发电 机和变压器的中性点运行方式： 1.小电流接地 • 电源中性点不接地 • 电源中性点经消弧圈接地 2.大电流接地 • 电源中性点直接接地
三相短路冲击电流在中间相产生的电 动力最大,其计算公式为:
F
3
3ish l a 10
3 2
7
N
两导体的轴线距离,(m)； 档距（即相邻的两支点间距离〕 , (m)； 母线在绝缘子上为平放： Fc3 F 3 Fc3 1.4 F 3 母线在绝缘子上为竖放：

X

R

Z
高压电路的短路计算只计电抗。 低压侧短路时，当 时，才考 虑电阻。所以，1KV以上高压系统： I p3 U av 3 X
S k 3U av I p
3
3
3

X R
（一）电力系统的阻抗 电力系统阻抗的电阻一般很小不予考虑， 其电抗可由电力系统变电站高压馈线出 口断路器的断流容量 来估算。 S oc
1 Sd X
第四节
两相短路电流的近似 计算
一 计算 为不对称短路，一般要使用对称分量法。 一实用简单的方法为
I k2 U av 2 Z
只有电抗时：
I k2 U av 2 X
二 与三相短路电流计算的关系
Ip
2
当
Z R X
3
3
X R
X R


Z X
时,
2 2

（三）无限大容量三相短路电流计算 1 3 3 1 Ip I p Id X X
Sk
3
1 X
Sk
3
二 各元件阻抗 与欧姆法介绍计算方法一样，并可查 表求得。它包括： • 系统电源阻抗 • 变压器阻抗 • 母线阻抗 • 配电线路阻抗 • 低压电器阻抗
三 短路电流计算 （一）三相短路电流计算和两相短路电流 计算与欧姆法介绍计算方法一样。 （二）单相短路电流周期分量计算 低压380/220 三相四线制配电网络中， 常发生相— 零之间单相短路，其计算公 式为：
（五）建筑供配电系统分为TN、TT、IT 系统。 对于低压系统（TN)： 中性线（N) 保护线(PE) 三相四线制
第二节
三相交流电网 短路的 过渡过程
一 短路电流的过渡过程的分析 “无限大容量电源”：系统内部短路发 生变化，系统电源电压维持不变。 在考虑产生最大短路的条件下，短路全 电流为： t
（三）短路电流计算的几点说明说明 • 由电力系统供电的民用建筑内部发生短 路时，其容量远比系统容量要小，而阻 抗则较系统阻抗大得多，短路时，系统 母线上的电压变动很小，可认为电压维 持不变，即系统容量为无限大。
• 在计算高压电路中的短路电流时，只需 考虑对短路电流值有重大影响的电路元 件。由于发电机、变压器、电抗器的电 阻远小于其本身电抗，因此可不予考虑。 但当架空线和电缆较长，使短路电路的 总电阻大于总电抗的1/3时，仍需计入电 阻。 • 短路电流计算按金属性短路进行。
ish ish ishM
工程设计中可近似取为：
3
3
ishM 6.5 ~ 7.5K shM I M N
K shM － 短路电流冲击系数， 高压电动机一般取1.4~1.6； 低压电动机一般取 1。 I M N －电动机的额定电流。
（二）短路动稳定度的校验条件 1.一般电器
im ax i sh
3
I m ax I sh
3
imax— 电器的极限通过电流（峰值〕; Imax — 电器的极限通过电流（有效值〕。
2.对绝缘子动稳定校验 Fal ≥ Fc(3) Fal— 绝缘子的最大允许载荷,由产品 样本查得; Fc(3)—短路时作用在绝缘子上的计算力;
I p 3 2 0.866
3
I p2 0.87 I p3
因此，三相短路电流比两相短路电流大。 在考虑短路效应时，只考虑三相短路电流。 在校验保护相间短路灵敏度时，用末端两 相短路电流。
第五节 低压电网短路电路计算
一 低压电网短路电流计算的特点： • 一般容量不大于高压供电电源容量的5 % 按无限大电源考虑。 • 各元件电阻值相对较大，一般不能忽略。 • 冲击系数在1～1.3范围内 • 电压只有一级，采用有名法较为方便
I d Sd
3Ud
2 d
Xd U
Sd
（一）短路电路中的各元件标幺值的计算 通常选取 S d =100MVA, U d = U av 。
1.电力系统的电抗标幺值
X X s X d S d Soc
2.发动机的电抗标幺值
" d
s
X
X
" d
X % Sd Xd 100 S N X % Sd 100 PN cos
ik I pm cos t I pme

k
在电源电压及短路地点不变的情况下， 要使短路全电流达到最大值。必需具备 以下的条件： • 短路前为空载。 • 设电路的感抗要比电阻好大得多，即短 路阻抗角为900。 • 短路发生于某相电压瞬时值过零值时。
二 电流冲击系数和冲击电流 冲击电流出现在短路后第一个半周时间
（四）电力线路的阻抗 RWL Ro L
X WL X o L
（五）电抗器阻抗 电抗器铭牌标有 U HN ，I HN 和绕组电抗 百分数 U H % 。
U H % U HN XH 100 3I HN
（六）如计算低压侧的短路电流时，高压 侧的线路阻抗就需要换算到低压侧，其 等效换短路电 流及其计算
第一节 概述
一 短路原因、类型、后果及计算短路电 流的目的 （一）主要原因： 1.电气设备、元件的损坏。 2.自然原因 3.人为事故
（二）类型： 1.三相短路 2.两相短路 3.单相短路
（三）后果： 1.产生很大的电动力和很高的温度，使故 障元件和短路电路中的其它元件损坏。 2.电压骤降，影响电气设备的正常运行。 3.造成停电事故。 4.造成不对称电路，其电流将产生较强的 不平衡磁场，对附近的通信设备、信号 系统及电子设备等产生干扰。 5.严重的短路运行电力系统运行的稳定性， 使并列运行发电机组失去同步，造成系 统解列。
I
(1) p

R X
2 0 0
Up
2
∑R0, ∑X0—为“相— 零”回路中电阻与 电抗之和，可查表获得。 Up— 电源的相电压。

第六节
短路电流的效应
一 短路电流的电动效应 （一）原理 相邻载流导体之间的电磁互作用力即 电动力。 短路时，特别是冲击电流通过瞬间， 其电动力则非常大，所以三相短路冲击 电流为校验电器和载流部分的动稳定依 据。
二 采用欧姆法进行短路计算 无限大容量系统发生三相短路时三相 短路电流周期分量有效值：
( I p3) U av
3 Z U av
2 2 3 R X
Uav---需要计算那一级的平均电压,为该级 电网电压UN 的1.05 倍。例10.5KV,0.4KV. －－分别为短路电路的总阻 抗、总电阻、总电抗。
c M W
M F l 8 当母线的档数为>2时, M F
3
3
l 10
W—母线截面系数， W b 2 h 6 ，单位：M3 b －截面水平宽度, h－截面水平高度 4.电缆本身的机械强度很好，不必校验动 稳定。
（三）大容量电动机对短路冲击电流的影 响 当短路计算点附近有大容量电机(总 容量超过100KW)时,其反馈冲击电流使 短路点冲击电流增大。
l a
3.对母线等硬导体 一般按短路时所受到的最大应力来校验。
al c
al －－母线材料的最大允许应力，
硬铜： 硬铝：
al 137 MPa al 63MPa
3 c —母线通过 ish 是所受到的最大应力。 3 M —母线通过 ish 是所受到的弯曲力矩， 单位 N· m, 当母线的档数为1～2时,
" d
" d
3.电力变压器的电抗标幺值
U k % Sd X 100 S N
T
4.电力线路的电抗标幺值
X X l Sd U
l
2 d
如有必要计算电阻标幺值时， 2 Rl Rl S d U d