电力系统短路电流及其计算
电力系统的短路电流计算方法

电力系统的短路电流计算方法在电力系统的运行过程中,短路事故是一种常见的故障形式。
短路电流的计算是电力系统设计和运行中重要的一部分,对于确保电力系统的稳定和安全运行至关重要。
本文将介绍电力系统的短路电流计算方法。
一、短路电流的概念和意义短路电流是指在系统中发生短路故障时产生的电流。
短路故障是指两个或多个系统元件之间的短接,导致电流异常增加。
短路电流的大小直接关系到系统设备的安全运行和保护装置的选择。
因此,准确计算短路电流对于系统的设计和运行至关重要。
二、对称短路电流的计算方法对称短路电流是指发生对称型短路故障(如三相短路故障)时的电流。
对称短路电流的计算方法主要有两种:解析法和数值法。
1. 解析法解析法是通过应用基本的电路理论和计算公式来计算短路电流。
首先需要确定短路电流的路线,然后根据系统参数和电路拓扑关系计算短路电流。
这种方法的优点是计算结果准确,但对于复杂的系统结构和参数较多的情况下,计算过程繁琐。
2. 数值法数值法是通过建立系统的模型,根据短路电流计算方程和计算程序进行计算。
数值法的优点是计算过程简单,适用于复杂系统结构和参数较多的情况。
常用的数值法有潮流法、有限差分法和外推法等。
这些方法在复杂系统中具有较大的优势,得到了广泛应用。
三、非对称短路电流的计算方法非对称短路电流是指发生非对称型短路故障时的电流。
由于非对称故障导致的电流不对称,计算方法相对复杂。
1. 正序、负序和零序分量法正序、负序和零序分量法是计算非对称短路电流的常用方法之一。
该方法将非对称电流分解为三个分量,即正序、负序和零序分量。
通过计算各个分量的电流值,再结合系统的参数和拓扑关系进行计算。
这种方法在非对称分析和保护装置选择中应用广泛。
2. 矩阵法矩阵法是一种基于复数计算的方法,通过建立节点矩阵和支路矩阵,求解节点电压和支路电流的未知量。
这种方法具有较强的适应性,能够计算各种复杂情况下的非对称短路电流。
四、短路电流计算中的注意事项在进行短路电流计算时,还需注意以下几个方面:1. 系统参数的准确性系统参数对于计算结果的准确性具有重要影响。
短路电流及其计算

短路电流及其计算短路电流是指在电路中,当发生短路故障时,电流会迅速增大到很高的数值。
短路故障是指电路中的正、负极之间或者两个不同元件之间发生距离非常短的导通,导致电流异常增大。
短路电流的计算是为了评估电路中的设备或元件的安全工作能力,以确保其能够承受短路故障所产生的巨大电流,并选择合适的保护装置来防止其发生。
短路电流的计算方法根据电路的类型和复杂程度有所不同。
下面针对不同情况进行具体说明。
1.直流电路的短路电流计算方法:在直流电路中,由于电流只会沿着一条路径流动,所以短路电流的计算相对简单。
可以通过欧姆定律计算得到。
短路电流(Isc)= 电源电压(Us)/ 短路电阻(Rs)式中,Us为电源电压,Rs为短路电阻的阻值。
2.单相交流电路的短路电流计算方法:在单相交流电路中,短路电流的计算稍微复杂一些。
需要考虑电源电压、短路阻抗和负载阻抗之间的关系。
a) 短路电流(Isc)= 电源电压(Us)/ 短路阻抗(Zs)b) 短路电流(Isc)= 电源电压(Us)/ (短路阻抗(Zs)+ 负载阻抗(Zl))式中,Us为电源电压,Zs为短路阻抗,Zl为负载阻抗。
3.三相交流电路的短路电流计算方法:在三相交流电路中,短路电流的计算需要考虑三相电源之间的相位差、各相的电流大小以及负载阻抗和短路阻抗之间的关系。
a) 短路电流(Isc)= 母线电压(U)/ 短路阻抗(Zs)b) 短路电流(Isc)= 母线电压(U)/ (短路阻抗(Zs)+ 负载阻抗(Zl))式中,U为母线电压,Zs为短路阻抗,Zl为负载阻抗。
需要注意的是,短路电流的计算一般是在额定工况(即正常运行工况)下进行的。
此外,在实际的电路设计中,还需要考虑短路电流的持续时间、短路电流对设备和元件的热稳定性造成的影响等因素。
短路电流的计算对于电气工程师来说是非常重要的,它能够帮助工程师评估不同元件或设备的安全性能,同时也能够指导选择合适的保护措施,以最大程度地减少短路故障对电路和设备的损坏。
电力系统的短路电流的计算

3.4 电力系统三相短路的实用计算
在工程实际问题中,多数情况下只需计算短路瞬间的短路电流基波交流分量 的起始值。
基波交流分量的起始值的计算方法:将各同步发电机用其暂态电动势(或次暂态 电动势)和暂态电抗(或次暂态电抗)作为等值电势和电抗,短路点作为零电位, 然后将网络作为稳态交流电路进行计算。
短路冲击电流和最大有效值电流
短路电流的最大有效值:在短路过程中,任意时刻t的短路电流有效值
It,是以时刻t为中心的一个周期T内瞬时电流的方均根值。其表达式为:
IM
( I pm /
2)2
i2
t ( t 0.01s )
0.707I pm 1 2( K M 1)2
当KM=1.8时,IM=1.075Ipm; 当KM=1.9时,IM=1.145Ipm;
当转子旋转时,磁通切割定子导体而在其中感应电势。磁通首先切割A相导体,当转子转过120 度及240度,磁通再一次切割B相导体和C相导体。因此,A 相感应电势超前B相120度,
B相超前C相120度。
3.3 同步发电机突然三相短路的物理过程
同步发电机空载时突然三相短路的物理过程
电枢反应:同步电机在空载时,定子电流为零,气隙中仅存在着转子磁势。负载后, 除转子磁势外,定子三相电流也产生电枢磁势。同步电机在负载时,随着电枢磁势 的产生,使气隙中的磁势从空载时的磁势改变为负载时的合成磁势。因此,电枢磁 势的存在,将使气隙中磁场的大小及位置发生变化,这种现象称之为电枢反应。
电力系统短路电流计算及标幺值算法

电力系统短路电流计算及标幺值算法一、短路电流计算方法短路电流计算是电力系统设计和运行中的重要工作之一,它可以用来确定电力系统设备的选型和保护装置的设置。
一般而言,短路电流计算有三种主要的方法:解析法、计算机法和试验法。
1.解析法:解析法是利用电路的解析模型,通过简化的计算方法来估算短路电流。
该方法适用于简化的电路模型,如单相等效模型或对称分量法。
其中,单相等效模型是将三相系统简化为单相系统进行计算,对于简单的配电系统较为实用。
而对称分量法则是将三相系统分解为正序、负序和零序三部分进行计算,适用于较为复杂的计算。
2.计算机法:计算机法是运用电力系统仿真软件进行短路电流计算,其中最常用的软件包括PSS/E、ETAP、PowerWorld等。
该方法可以更加精确地模拟电力系统的实际运行情况,适用于复杂的大型电力系统。
通过输入系统的拓扑结构和参数,软件可以自动计算得到短路电流及其分布情况。
3.试验法:试验法是通过实际的短路试验来测量电力系统的短路电流。
该方法需要选取适当的试验装置和测试方法,并进行数据处理来得到准确的短路电流数值。
试验法适用于对系统的实测与验证,尤其对于重要设备或复杂系统来说更具可靠性。
标幺值是将物理量除以其基准值得到的比值,它可以用来统一比较和分析不同系统中的电流、电压等参数。
在电力系统中,短路电流的标幺值常用于比较不同设备和不同系统的短路能力。
短路电流的标幺值计算方法一般有以下几种:1.基准短路电流法:基准短路电流法是将电力系统的短路电流与一个基准电流进行比较,得到标幺值。
基准短路电流可以是短路电流中最大值,也可以是系统额定电流、设备额定电流等。
该方法适用于对系统整体的短路能力进行评估。
2.额定电流法:额定电流法是将短路电流与设备或系统的额定电流进行比较,得到标幺值。
该方法适用于对设备的短路能力进行评估,如断路器、开关等。
3.等值电路法:等值电路法是通过将电力系统简化为等效电路进行计算,然后将计算得到的电流与基准电流进行比较,得到标幺值。
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。
第三章 电力系统的短路电流计算

直流电流的初值越大,暂态过程中短路冲击电流也就越大。
直流分量的起始值大小与电源电压的初始角 α 及短路前回路 中电流值 Im 0 及 ϕ 角等有关。
出现最大的短路冲击电流的条件:
图3-3为t=0时刻A相相量图 U& mA:电源电压; I&mA 0 :短路前的电流; I& pmA :短路电流交流分量; 相量在时间轴t上的投影
短路前瞬间电流
短路后瞬间电流
( ) 从而 c = Im 0 sin α −ϕ 0 − I pm sin(α −ϕ )
[ ( ) ] iA = I pm sin(ωt + α −ϕ )+ Im 0 sin α −ϕ 0 − I pm sin(α −ϕ ) e−t Ta
( ) iB = I pm sin ωt + α − 1200 −ϕ
后的T/2时刻出现。
在f=50Hz的情况下,大约 为0.01s时出现冲击电流最 大值。
iM = I pm + I pme−0.01 Ta
( ) = 1 + e−0.01 Ta I pm
= K M I pm
KM:冲击系数,表示冲击电流为短路电流交流分量幅值的倍数。
冲击系数的变化范围 1 ≤ KM ≤ 2
3.3.1 同步发电机在空载情况下突然三相短路的物理过程
同步发电机稳态对称运行时,电枢反应磁动势的大 小固定,在空间以同步速度旋转,由于它与转子没有相 对运动,因而不会在转子绕组中感应出电流。
当发电机端部突然三相短路时,定子电流在数值上将 急剧变化,由于电感回路的电流不能突变,定子绕组中必 然有其他电流自由分量产生,从而引起电枢反应磁通变化。 此变化又会影响到转子,在转子绕组中感应出电流,进一 步影响定子电流的变化。
电力系统的短路电流计算

电力系统的短路电流计算电力系统的短路电流计算是电力工程中一个非常重要的环节,它可以帮助工程师确保电力系统的运行安全和稳定。
短路电流计算通常涉及到电力系统的拓扑结构、电气设备的参数以及电源的特性等多个方面,本文将详细介绍短路电流计算的方法和步骤。
一、短路电流计算的目的短路电流计算的主要目的是确定电力系统中的各个节点、支路以及设备上出现短路时所产生的电流大小,从而判断设备和电气系统是否能够承受这些电流并确保系统的正常运行。
通过短路电流计算,我们可以评估电力系统的稳定性、选择合适的保护设备以及确定设备参数和系统结构等重要工作。
二、短路电流计算的方法1. 传统短路电流计算法传统的短路电流计算法主要通过手工计算实现,通常包括以下几个步骤:首先,需要确定电力系统的拓扑结构,包括各个节点的连线关系和支路连接情况;其次,需要收集系统中各个设备的参数,如电流互感器、变压器、发电机等的额定值以及阻抗等参数;然后,根据短路电流计算公式,对各个节点进行计算,并确定电流的大小和方向;最后,通过对计算结果的分析,判断系统的稳定性和是否需要采取相应的措施进行改进。
2. 计算软件辅助短路电流计算法随着计算机技术的不断发展,短路电流计算方法也得到了很大的改进。
现在,我们可以利用专业的电力系统计算软件来辅助进行短路电流的计算。
这些软件可以根据用户输入的电力系统拓扑结构和设备参数,自动进行计算并输出结果。
相比传统的手工计算方法,计算软件的优势在于可以大大提高计算效率和准确性,并且可以处理更加复杂的电力系统结构和参数。
三、短路电流计算的步骤无论是传统的手工计算方法还是计算软件辅助计算方法,短路电流计算的步骤大体上是相似的,下面是一个典型的短路电流计算的步骤:1. 收集系统参数:包括电力系统的拓扑结构、设备参数以及电源特性等信息。
2. 建立短路电流模型:根据系统参数,建立电力系统的等值电路模型,主要包括发电机、线路、变压器、负荷等元件。
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的重要基础设施之一,而其中的短路电流问题一直是工程师们关注的焦点。
短路电流的计算与分析对电力系统的设计和运行起着至关重要的作用。
本文将从电力系统中短路电流计算的基本原理和方法入手,逐步深入探讨其影响因素和分析手段,旨在帮助读者理解和应用这一重要的工程问题。
一、电力系统中短路电流的基本概念和原理电力系统中的短路电流指的是当系统中的两个节点之间发生短路时,通过短路的电流。
短路电流是由系统内的发电机、变压器、母线、开关、输电线路等元件短路所形成的。
短路电流可能引起设备的过流损坏,甚至对整个电力系统的安全稳定产生严重威胁,因此短路电流的计算和分析是电力系统设计和运行中必不可少的工作。
在理解短路电流的计算和分析之前,我们首先需要了解几个基本概念。
首先是电路的短路故障,即电路中某一段或多段发生异常短路现象。
其次是电路的截面,即电路中某一个点到地的等效电阻。
最后是短路电流的分布,即短路电流通过不同元件和设备时的大小和方向。
短路电流的计算和分析是一项复杂的工作,需要考虑多个因素的影响。
下面我们将逐个分析这些因素。
二、影响短路电流计算的因素1.发电机的贡献:发电机的内部电阻、励磁电抗和端电压对短路电流的大小和分布有着重要影响。
当发电机的电抗较大时,短路电流较小;而当发电机的负载较大时,短路电流较大。
2.变压器的贡献:变压器的电阻、电抗和变比对短路电流的大小和分布有一定影响。
当变压器的电抗较大时,短路电流较小;而当变压器的容量较大时,短路电流较大。
3.输电线路的贡献:输电线路的电阻、电抗和长度对短路电流的大小和分布有明显影响。
当输电线路的长度较短时,短路电流较小;而当输电线路的电阻较大时,短路电流较大。
4.开关和保护设备的贡献:开关和保护设备的额定电流和故障电流对短路电流的大小和分布有直接影响。
当开关和保护设备的额定电流较小时,短路电流较小;而当开关和保护设备的额定电流较大时,短路电流较大。
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2
I
pt
I I
av
av 2 k
, kA
3 Z k
R k X
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低压电网短路电流计算
2.三相短路电流非周期分量有效值的计算
由于低压电网的电阻较大,因此短路电流的非周期分量衰 减要比高压电网快得多。只有当变压器容量超过1000kVA且短 路点靠近变压器时,才考虑非周期分量对冲击电流的影响。
(2)低压回路中各元件的电阻值与电抗值之比较大不能 忽略,因此一般要用阻抗计算,只有当短路回路的总电阻 1 R k X k 小于总电抗的1/3时,即 ,才可以忽略电阻的影 3 响; (3)低压网中电压一般只有一级,且元件的电阻多以mΩ (毫欧)计,因而用有名值比较方便;
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低压电网短路回路各元件的阻抗
c
M W
M为母线通过冲击电流四所受弯曲力矩;
W为母线截面系数。
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二、短路电流的热效应
因为短路以后继电保护装置很快动作,切除故障,因此 短路持续时间很短,短路电流产生的大量热量来不及散发到 周围介质中,可以认为全部热量被导体吸收,用来使导体的 温度升高。 常用的不同金属导体材料均有规定的短时发热最高允许 温度。 热稳定校验实质上就是比较短路后导体的最高发热温度与其 短时发热的最高允许温度,若前者不超过后者则该设备热稳 定性满足要求,否则不满足要求。
mΩ
• X W B2 X 0l 0.214 1 0.214 mΩ
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• 5) 母线WB3电阻与电抗, • 查表得R0=0.222 mΩ/m, X0=0.17 mΩ/m
• RW B3 R0l 0.222 2 0.444
mΩ
• X W B3 X 0l 0.17 2 0.34 mΩ
I
(1 ) k
3U X 1 X
2
X
0
I
(2) k
3 2
I
(3) k
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• 某车间变电所如图所示。已 知电力变压器高压侧的高压 断路器断流容量 Soc=300MVA,电力变压器 为S9-800/10型;低压母线均 为铝母线(LMY),平放, WB1为 80×8mm2,l=6m, a=250mm; WB2为 50×5mm2,l=1m,a=250mm; WB3为 40×4mm2,l=2m, a=120mm;其余见图。试求 k点三相短路电流和短路容 量。
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• (2)计算电路总电阻、电抗
R RT RW B1 RW B2 RW B3 RTA RQF RXC RW L
• =1.875+0.33+0.142+0.444+0.75+0.36+1.03+26.95 • =31.88mΩ
X X T X W B1 X W B2 X W B3 X TA X QF X XC X W L
=
2
7.5kW (400V ) (800kVA)
2
2
=1.875 mΩ
• Xt =
U k %U c 100 S N
=
4.5 (400V )
2
100 800kVA
=9 mΩ
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• 3) 母线WB1电阻与电抗, • 查附表4表得R0=0.055 mΩ/m, X0=0.17 mΩ/m
都要求校验其在短路电流下的动稳定性。
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短路电流的力效应
在空气中平行放置的两根导体 中分别通有电流 i 和 i 2 ,导体间 1 距离为a ,则两导体之间产生电动 力为:
F 2 10
7
K f i1i 2
l a
,N
式中:Kf——形状系数。 当导体长度远远大于导体间距时, 可以忽略导体形状的影响,即Kf= 1。
6.55kA
I
( 3)
I Ik
6.55kA
ish 1.84 I
( 3)
( 3)
1.84 6.55 12.05kA
I
3 k
( 3) sh
( 3) 1.09 6.55 7.14kA 1.09 I
3U c I
( 3) k
S
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短路电流的热效应
1. 短路产生的热量
Q k 0 . 24 I kt R av dt
2 0 t
0 . 24 I
I
(1) K
工程中简单计算
U Z 0
单相短路回路的阻抗:
Z 0
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( RT R 0 ) ( X T X 0 )
2
2
结论:在无限大容量系统中,两相短路电流 和单相短路电流均比三相短路电流小,电 气设备的选择与校验应采用三相短路电流, 相间短路保护及灵敏度校验应采用两相短 路电流,单相短路电流主要用于单相短路 保护的整定电 阻与电抗 • (取Uc=400V) • 1)系统S电抗:
• Xs=
U
2 c
Sk
=
(400V ) 300 10
3
2
=0.53mΩ kVA
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• 2)电力变压器,查表得ΔPk=7500W,Uk%=4.5:
• Rt =
PkU c S
2 N 2
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• 6)电力互感器一次线圈,查附表5
RTA 0.75m
X TA 1.2m
• 7)低压断路器QF过电流线圈电阻、电抗,查附 表6 RQF 0.36m
X QF 0.28m
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• 8)电路中各开关触头接触电阻 • 查附表7,隔离开关QS接触电阻0.03mΩ,刀开 关QK接触电阻0.4mΩ,低压断路器QF接触电阻 0.6mΩ,因此总接触电阻为:
i S1 1 S i
li
l 式中:i、Si、i ——第i段线路的长度、截面积和电阻率; S1、1 ——第一段线路的截面积和电阻率。
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低压电网短路电流计算
1.三相短路电流周期分量有效值的计算 低压电网中,通常只在一相或两相装设电流互感 器,因此一般选择没有电流互感器的那一相的短路 回路总阻抗进行计算。
F al F
F al
Fc
(3)
(3) c
——绝缘子的最大允许载荷; ——最大计算载荷。
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3.硬母线的动稳定度校验条件
• 校验条件
al c
al 为母线材料最大允许应力(Pa):
硬铜母线(TMY):140MPa; 硬铝母线(LMY):70MPa;
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C 为最大计算应力
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低压电网短路电流计算
低压电网短路电流计算的特点 低压电网短路回路各元件的阻抗 低压电网短路电流计算
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低压电网短路电流计算的特点
电力系统中1kV以下电网称之为低压电网,其短路电流计 算与高压电网相比具有以下的特点: (1) 配电变压器容量远远小于电力系统的容量,因此变 压器一次侧可以作为无穷大容量电源系统来考虑;
3 0.4kV 6.55kA 4.54MVA
第四节
短路电流的效应和 稳定度校验
短路电流的热效应 短路电流的力效应
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第四节
短路电流的效应和稳定度校验
一、短路的效应及危害
1. 短路电流的电动力效应
通电导体周围都存在电磁场,如处于空气中的两平行导体分别通过
电流时,两导体间由于电磁场的相互作用,导体上即产生力的相互作用。
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2.短路电流的电动力效应 (1)对一般电器: 要求电器的极限通过电流(动稳定电流)峰 值大于最大短路电流峰值
i max i
式中 i max
(3) sh
——电器的极限通过电流(动稳定电流)峰值; ——最大短路电流峰值。
i
(3) sh
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• 2)对绝缘子: • 要求绝缘子的最大允许抗弯载荷大于最大计算载荷,即
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低压电网短路回路各元件的阻抗
2.母线的阻抗
长度在10~15m以上的母线阻抗必须考虑。
R l
S
10 , m
3
水平排列的平放矩形母线电抗可用下式近似计算:
X 0 . 145 l lg Dp b , m / m
实际计算中常采用如下近似值: 截面积S>500mm2时,X0=17毫欧/米; 截面积S ≤ 500mm2时,X0=13毫欧/米。
1.732 10
Kf I
l a
图4.8.4 三相导体水平布置中间相受力情况
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a
a
短路电流的力效应
考虑最严重的情形,即在三相短路情况下,导 体中流过冲击电流时,所承受的最大电动力为:
F max 3 i sh
(3) 2
l a
10
7
K f,N
上式就是选择校验电气设备和母线在短路电流 作用下所受冲击力效应的计算依据。 注意:计算中的单位取A,l和α应取相同的长度 单位。
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短路电流的力效应
供配电系统中最常见的是三相导体平行布置在同一平面 里的情况。 i 如图所示当三相导体中通 以幅值的三相对称正弦电流Im A i f 时,可以证明中间相受力最大, B 大小为:
A B BA
F 2 10
7
7
3 2
K f Im
2 m
2
l a ,N
C