4短路电流分析及计算

第四章
第一节 短路的原因及作用
二、短路形式
在三相电力系统中，可能发生短路故障的形式有：
k
(3)
k
(2)
三相短路用符号 k(3)表示
两相短路用符号 k(2)表示
k
(1)
k
(1)
单相短路用符号 k(1)表示
单相短路用符号 k(1)表示
k
(1,1)
k
(1,1)
两相接地短路用符号 k(1,1)表示，
两相接地短路用符号 k(1,1)表示，
体折算的方法是变压器一次侧的阻抗要除以变压器变比的平方，即： R' = R n2 X' = X n2
式中：R和X表示变压器一次侧电阻和电抗；
R′和X′表示变压器一次侧电阻和电抗折算到变压器二次侧的折算值； n表示变压器变比。 电力变压器的阻抗RT和XT在计算时选用短路点电压，则不需要换算。 建筑配电与设计
2) 求各元件阻抗： (1) 高压侧元件阻抗已经求出，即： RH = 0.275 XH = 0.544 (2) 变压器阻抗： 变压器电阻：
2 UN 2 0 . 4 × R T = DP = 13300 × d = 0.83(m) S 1600 N 2 UN DUd% 4002 6 = 6.00 (m) = XT = × × S 100 100 N 1600000
第三节
三相短路电流计算
式中：l －线路长度(km)； r1 －线路单位长度电阻(/km)；其值可通过查产品样本手册得到。 b. 线路电抗Xl ： X l = x 1×l
式中： x1－线路单位长度电抗(/km)；其值可通过查产品样本手册得到。 4. 阻抗的变换 短路回路中如果有变压器，则要把一次侧阻抗折算到二次侧。具
1. 对电气设备进行热稳定校验
电气设备能否承受短路电流所产生的热量，而 不发生熔化、熔焊现象，致使设备损坏，这需要用短路电流的有效值来计算。
2. 对电气设备进行动稳定校验
电气设备能否承受短路电流所产生的电磁力的
作用而不发生设备部件的扭曲和断裂，使设备损坏，这需要用短路冲击电流来计算。
3. 整定继电保护的动作值及保护灵敏度的校验
在无限大容量系统中， 短路稳态电流有效值也称短 路电流周期分量有效值， 即：
if
i nf
I =I k
一般在短路电流的计算中，首先计算的就是短路稳态电流有效值，或称短路
电流周期分量有效值，并由此计算其它短路电流或其它短路参数。 建筑配电与设计
第四章 2. 冲击电流
第一节 短路的原因及作用
由下图所示的短路电流波形可以看出，短路后在半个周期（0.01秒）内，短路 电流瞬时值达到最大，这一瞬时电流称为短路冲击电流ip。
无限大容量系统不论电路电流多大，电源电压U不变，即为恒压源(理想电压源)。
无限大容量系统相当于电源内阻为零的电力系统。 无限大容量系统也只能是近似的。 在工程上一般认为，如果用户装机容量小于系统总容量的1/50，则可按系统 变压器二次侧发生短路，一次侧电压维持不变的假设来计算短路电流不会引起较 大的误差。 建筑配电与设计
需要用短路电流有效值来计算。
为了尽量减小短路所造成的
危害，应对电路进行有效的保护。这些保护装置的动作值及保护灵敏度的确定，都
4. 对开关设备进行分断能力的校验
为了能够可靠地分断故障电路，对有些开
关电器要进行分断能力的校验，这需要用短路容量来计算。 建筑配电与设计
第四章
第三节
三相短路电流计算
二、采用欧姆法计算三相短路电流
(3)
if
ik
i nf t
在图中我们可以看出，在过渡过程期间，短路全电流瞬时值为： ik = i f + i nf 当短路电流暂态分量衰减为零，则过渡过程结束，电路进入新的稳态，此时短 路全电流瞬时值为： ik = i f ，即短路电流为短路电流的周期分量或稳态分量。 建筑配电与设计
第四章
第一节 短路的原因及作用
10kV
UC1
k1
(3)
k2
UC2
变电室 380V
(3)
电缆的 r1=0.5 /km，x1=0.08/km。
若区域变电站的系统电抗为0.5 ， 求变压器高低、压侧的短路电流。
区域变电站
~
1.1km电缆
解：
1. 求变压器高压侧短路电流：
1) 确定短路点等效电压源电压UC1： 短路线路额定电压10kV， 则：UC1 = 1.0510 kV =10.5kV 2) 求各元件阻抗： (1) 系统电抗：由题目可知 X s=0.5 (2) 电缆电阻：RL = r0 l = 0.5 /km 1.1 km = 0.55 电缆电抗：XL =x0 l = 0.08 /km 1.1 km = 0.088
三相短路属于对称短路，其它形式的短路都属于不对称短路。 在电力系统中，发生单相接地短路的可能性最大，但三相短路的短路电流最大。 建筑配电与设计
第四章
第二节
无限大容量电力系统发生三相短路时物理过程分析
第二节
无限大容量电力系统发生三相短路时 物理过程分析
一、无限大容量系统
电源的容量无限大，也就是说这个电源可以提供的功率无限大。 若系统的输出电压U为一定值，则电流 I 即为无限大；
第四章
第一节 短路的原因及作用
Uu Uv Uw Rl Xl ZL
二、三相短路的物理过程
右图为一电源为无限大容量的供电系统。 此系统为三相对称系统。 即：电源对称，线路阻抗对称，三相负载也对称。 此电路可以化成如右图所示单相电路来进行计算， 图中的电源电压Uf为相电压。 若发生如右图所示的三相对称短路，由
2 2
ZS1= RS + XS = 0.275 + 0.544 = 0.61() 4) 求短路电流：
(1) 短路电流有效值： I K1 = (2) 短路冲击电流：
(3)
UC1 = 3 ×ZS1
(3 )
10.5
3 ×0.61
= 9.94(kA)
高压短路冲击系数kp=1.8，则： ip1 = 2 × k p× I k1= 2 × 1.8× 9.94 = 25.30(kA ) (3) 短路容量：
第四章
短路电流分析及计算
第四章
短路电流分析及计算
第一节 短路的原因及作用
一、短路原因及危害
造成短路故障的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏。
原因：
设备长期运行引起绝缘老化， 设备本身不合格， 绝缘强度不够而被正常电压击穿， 设备绝缘正常而被过电压（包括雷电过电压）击穿， 设备绝缘受到外力损伤而造成短路。
变压器电抗：
3) 将高压侧阻抗变换至低压侧：
2 UC 2 0 . 4 R'H = RH× = 0.40 (m) U = 0.275 × 10 . 5 C1 2 UC 2 0 . 4 X 'H = X H× = 0.79 (m) U = 0.544× 10.5 C1 2 2
(3 ) S k = 3× UC1× I k = 3 × 10.5× 9.94 = 180.77( MVA ) (3)
( 3)
建筑配电与设计
第四章
2. 求变压器低压侧短路电流：
第三节
三相短路电流计算
1) 确定短路点等效电压源电压UC2： 短路线路额定电压380V，
则：UC1 = 1.05380V =400V
短路冲击电流可按下式计算：
式中：kp－短路电流冲击系数。
i p = 2k p I k
高压电路发生三相短路时，kp可取为1.8； 低压电路发生三相短路时，kp可取为1.3。 ip Ifm i ik
(3)
if
ik
i nf
t
建筑配电与设计
第四章
第三节
三相短路电流计算
第三节
三相短路电流计算
一、短路电流计算的目的
建筑配电与设计
第四章
3) 求短路回路总阻抗： (1) 画出短路回路等效电路图：
第三节
三相短路电流计算
0.55 0.55 0.088 0.088
0.5
Uf
(2) 按串并联关系求出总阻抗：
RH =
0.55 = 0.275() 2 0.088 = 0.544() 2
2 2
XH = 0.5 +
Rl Uf
Xl ZL
Xl
于电路仍然是三相对称的，同样可以化成如
右下图所示的单相电路来计算。
Uu Uv Uw
Rl
ห้องสมุดไป่ตู้
ZL
Rl
则：对三相短路物理过程的分析就变成了对正弦 激励下RL串联电路过渡过程的分析。
Xl K ZL
Uf
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第四章
第一节 短路的原因及作用
短路电流在起始一段时间内应由两部分组成： 一部分是线路电感储能作用在短路回路阻抗上产生的电流，这部分电流是按 指数规律衰减的，会随着线路电感中的储能在线路电阻上消耗而衰减为零，我们称 此部分电流为短路电流的暂态分量，或叫做非周期分量inf； 另一部分是电源作用在短路回路阻抗上产生的电流，这部分电流随时间按正 弦规律变化，我们称此部分电流为短路电流的稳态分量，或叫做周期分量if。 ip Ifm i ik
1. 元件发热
2. 引起很大的电磁力
3. 导致用电设备的正常工作遭到破坏 例如感应电动机，其电磁转矩是与电源
4. 造成停电事故 短路点越是靠近电源，所造成的停电范围就越大，给国民经济
带来的损失也越大。
5. 单相接地短路将引起三相电流不对称 从而使输电线附近产生强大的磁场，
这对同它平行架设的通讯线路和其它弱电控制信号线路是很不利的，可能产生严重 的电磁干扰，甚至使控制信号误动作而造成事故。 建筑配电与设计