電網(wǎng)短路電流計算58

第九章電電網(wǎng)網(wǎng)短路電電流計算算一、短路路原因及及短路類類型1、短路路原因1°電氣氣設備、、元件的的損壞2°自然然的原因因3°人為為事故2、短路路類型1°三相相短路K（3）2°兩相相短路K（2）3°單相短路路K（1）4°二相帶接接地短路路K（1，1）二、短路路的后果果及短路路計算目目的后果：1.產(chǎn)生生很大的的電動力力和很高高的溫度度，使故故障元件件和短路路電路中中的其它它元件損損壞。2.電壓壓驟降，，影響電電氣設備備的正常常運行。。3.造成成停電事事故。4.造成成不對稱稱電路，，其電流流將產(chǎn)生生較強的的不平衡衡磁場，，對附近近的通信信設備、、信號系系統(tǒng)及電電子設備備等產(chǎn)生生干擾。。5.嚴重重的短路路運行電電力系統(tǒng)統(tǒng)運行的的穩(wěn)定性性，使并并列運行行發(fā)電機機組失去去同步，，造成系系統(tǒng)解列列。短路計算算目的：1.選擇擇和校驗驗電氣設設備。2.繼電電保護裝裝置的整整定計算算。3.設計計時作不不同方案案的技術(shù)術(shù)比較。。供電線路路發(fā)生單單相短路路的幾率率最高；；但以發(fā)發(fā)生三相相短路時時造成的的后果最最為嚴重重。9.1三相交流流電網(wǎng)短短路的的過渡過過程一、短路路電流的的過渡過過程的分分析“無限大大容量電電源”：：系統(tǒng)內(nèi)內(nèi)部短路路發(fā)生變變化，系系統(tǒng)電源源電壓維維持不變變。三相短路路等效電電路如圖圖示過渡過程程：電路路阻抗Z=（R+RWL）+j（（X+XWL）→Z/=RWL+jXWL由三相對對稱電路路分析設:三相短路路等效電電路圖無限大容容量系統(tǒng)統(tǒng)發(fā)生三三相短路路前后的的電壓\電流曲線線再設t=0s時發(fā)生短短路解方程1°特特解其中2°通解：∵電感電電路中的的電流不不能發(fā)生生突變即即t=0—、0+時，∴短路全全電流的的計算公公式：τ=L/R在電源電電壓及短短路地點點不變的的情況下下，要使使短路全全電流達達到最大大值。必必需具備備以下的的條件：：短路前為為空載。。設電路的的感抗遠遠大于電電阻，即即短路阻阻抗角為為900。短路發(fā)生生于某相相電壓瞬瞬時值過過零值時時。有關(guān)短路路的物理理量1短路電流流的周期期分量2短路電流流的非周周期分量量3短路全電電流4短路沖擊擊電流穩(wěn)態(tài)電流流I∞由電感引起的的衰減電流短路時，短路路電流最大可可能值稱為短短路時的沖擊擊電流沖擊電流出現(xiàn)現(xiàn)在第一個半半周期時間f=50t=T/2=0.02/2=0.01s5、電流沖擊擊系數(shù)和沖擊擊電流沖擊電流出現(xiàn)現(xiàn)在短路后第第一個半周時時間—為短路電流沖沖擊系數(shù)—短路電流周期期分量的有效效值。τk=L/R當電路中無電電阻，為純電電感時，τk→∞Ksh=2當電路中無電電感，為純純電阻時，τk→∞Ksh=1∴短路沖擊系數(shù)數(shù)1≤Ksh≤2對高壓系統(tǒng)τ＝0.05s=1.8,對低壓系統(tǒng)τ＝0.008s=1.3，短路電流最大大有效值：：=1.8=1.3在高壓電網(wǎng)在低壓電網(wǎng)6、短路穩(wěn)態(tài)態(tài)電流：經(jīng)過t=0.2s后，短路電流流非周期分量量衰減完畢，，短路電流為為穩(wěn)態(tài)短路電電流，在無限限大容量系統(tǒng)統(tǒng)中，短路電電流周期分量量有效值在電電流全過程中中始終不變，，則：9.2三相短路電流流的計算概述計算短路電流流，首先要繪繪出計算電路路圖。在圖上上將計算短路路電流所需要要考慮的各元元件的額定參參數(shù)都表示出出來，并將各各元件依次編編號，然后確確定短路計算算點，短路計計算點要選擇擇得使需要進進行短路校驗驗的電氣元件件有最大可能能的短路電流流通過。短路電流計算算的方法有：：歐姆法、標幺幺制和短路容容量法等。根據(jù)短路電流流的特點，工工程設計中采采用的單位：：KAKVMVAKWKVA短路電流計算算的幾點說明明由電力系統(tǒng)供供電的民用建建筑內(nèi)部發(fā)生生短路時，其其容量遠比系系統(tǒng)容量要小小，而阻抗則則較系統(tǒng)阻抗抗大得多，短短路時，系統(tǒng)統(tǒng)母線上的電電壓變動很小小，可認為電電壓維持不變變，即系統(tǒng)容容量為無限大大。在計算高壓電電路中的短路路電流時，只只需考慮對短短路電流值有有重大影響的的電路元件。。由于發(fā)電機機、變壓器、、電抗器的電電阻遠小于其其本身電抗，，因此可不予予考慮。但當當架空線和電電纜較長，使使短路電路的的總電阻大于于總電抗的1/3時，仍仍需計入電阻阻。1、歐姆法在無限大容量量系統(tǒng)中發(fā)生生三相短路時時，其三相短短路電流周期期分量有效值值。UC—短路點的短路路計算電壓線路首端發(fā)生生短路時最嚴嚴重。因此按按線路首端電電壓考慮，UC比UN高5%UC：0.40.693.156.310.537….KV如不計電阻，，則：在高壓電路中中：X>>R一般只計電抗抗，不計R在低壓電路中中：只有短路路電路的RΣ>XΣ/3時才需要考慮R各電路元件電電抗的計算1、電力系統(tǒng)統(tǒng)的阻抗系統(tǒng)R一般很小，不不予考慮XS=UC2/SocUC—短路計算電壓壓，可直接采采用短路點的的短路計算電電壓Soc—系統(tǒng)出口斷流流容量，查手手冊2、電力變壓壓器的阻抗變壓器的阻抗抗RT，可由變壓器的的短路損耗ΔPK近似計算RT≈ΔPK（UC/SN）2UC—短路點電壓SN—變壓器的額定定容量ΔPK—變壓器的短路路損耗，查手手冊變壓器的電抗抗，可由變壓壓器短路電壓壓（即阻抗電電壓）UK%近似計算XT≈（UK%/100））×UC2/SNUK%—變壓器短路電電壓%可可查有關(guān)手冊冊3、電力線路路的阻抗線路的電阻RWL可有已知截面面的導線或電電纜的單位長長度電阻R0求RWL=R0L線路的電抗XWL=X0LR0、X0數(shù)據(jù)從導線線參數(shù)查電力線路單位位長度電抗平平均值線路結(jié)構(gòu)單位長度電抗平均值（Ω/km）220/380V6-10KV35-110KV架空線路0.320.350.40電纜線路0.0660.080.12注意：在計算算短路電路的的阻抗時，例例如電路內(nèi)含含有變壓器，，則電路中各各元件的阻抗抗都應該統(tǒng)一一換算到短路路點的短路計計算電壓去。。R、X、UC—換算前R′、X′、、U′C—換算后例4-1：某某供電系統(tǒng)如如圖所示，已已知電力系統(tǒng)統(tǒng)出口斷路器器為SN10-10Ⅱ型。試求工廠廠變電所高壓壓10KV母線上K-1點和低壓380V母線上K-2點短路的三相相短路電流和和短路容量。。解：1、求K-1點的三相短路路電流和短路路容量1）求各元件件的電抗及總總電抗電力系統(tǒng)的電電抗：SN10-10Ⅱ型斷路器的斷斷流容量SOC=500MVA架空線路的電電抗X0=0.38ΩΩ/kmK-1點總電抗2）三相短路路電流和短路路容量架空線路的電電抗電力系統(tǒng)的電電抗2、求K-2點的三相短路路電流和短路路容量短路容量三相短路電流流電力變壓器的的電抗UK%=4.52、標幺制法法標幺制法：因因其短路計算算中的阻抗以以及電流電壓壓等均采用標標幺值的方法法，任一物理量的的標幺值A*d，是該物理量的的實際值A與所選定的基基準值Ad的比值，即A*d=A/Ad各電氣參數(shù)的的標幺值用字字母上加個星星號表示。按標幺制法進進行短路計算算時，一般是是先選定基準準容量Sd和基準電壓Ud基準容量，工工程設計中通通常取Sd=100MVA基準電壓，通通常就取元件件所在處的短短路計算電壓壓，即Ud=UC基準電流基準電抗供電系統(tǒng)各主主要元件的電電抗標幺值按按下列公式計計算1、電力系統(tǒng)統(tǒng)電抗標幺值值X*S=XS/Xd=（U2C/SOC）/（U2d/Sd）=Sd/SOC2、電力變壓壓器的電抗標標幺值3、電力線路路的電抗標幺幺值X*WL=XWL/Xd=X0L/（U2d/Sd）=X0LSd/U2C確定了基準容容量Sd和基準電壓Ud以后，基準電電流可按下式計算算。無限大容量系系統(tǒng)三相短路路電流周期分分量有效值的的標幺值按下下列式計算：：三相短路電流流周期分量有有效值短路容量短路電路中所所有元件的電電抗標幺值求求出后，利用用等效電路進進行化簡，計計算其總電抗抗標幺值。由由于各元件都都采用相對值值，與短路計計算點的電壓壓無關(guān)，因此此無需進行換換算。所以比比歐姆法優(yōu)越越。例4-2：前前題，試用標標幺制法計算算工廠變電所所高壓10KV母線上K-1點和低壓380V母線上K-2點短路的三相相短路電流和和短路容量。。解：確定基準準值Sd=100MVAUC1=10.5KVUC2=0.4KV則各元件件的電電抗標標幺值值：電力系系統(tǒng)架空線線路電力變變壓器器K-1點：總電抗抗標幺幺值三相短短路電電流三相短短路容容量K-2點：總電抗抗標幺幺值三相短短路電電流三相短短路容容量兩相短短路電電流的的計算算如果只只計電電抗對應三三相短短路電電流作業(yè)有一地地區(qū)變變電所所通過過一條條長4km的10KV電纜線線路供供電給給某建建筑一一個裝裝有三三臺并并列運運行的的SC10-500/10型變壓壓器的的變電電所.地區(qū)變變電站站出口口斷路路器的的斷流流容量量為300MVA.請分別別用歐歐姆法法和標標幺制制法求求:(1)建筑變變電所所10KV高壓側(cè)側(cè)與380V低壓側(cè)側(cè)的短短路電電流與與短路路容量量.(2)短路沖沖擊電電流及及第一一周期期短路路全電電流的的有效效值注:SC10-500/10技術(shù)數(shù)數(shù)據(jù)見見P68電纜線線路9.3短路電電流的的效應應一、短短路電電流的的力效效應交變電電流通通過導導體時時,會在其其周圍圍產(chǎn)生生交變變的磁磁場,磁場中中的其其他載載流導導體受受到該該磁場場的作作用,便會產(chǎn)產(chǎn)生電電動力力.這個電電動力力的大大小顯顯然與與載流流導體體之間間的間間距和和電流流大小小有關(guān)關(guān).在供配配電系系統(tǒng)中中,任何線線路的的載流流導體體之間間都存存在電電動力力,發(fā)生短短路時時,短短路電電流在在相鄰鄰導體體間產(chǎn)產(chǎn)生強強大的的電動動力,破壞壞導體體.因因此,必須計計算短短路時時電動動力的的大小小,以便選選擇合合適的的設備備或線線路.當設備備能夠夠承受受短路路電動動力作作用時時,稱為設設備滿滿足力力穩(wěn)定定要求求a—導體軸軸線間間距離離L—檔距（（相鄰鄰兩支支點間間距離離）兩相鄰鄰導體體間作作用力力的大大小為為F（3））/F（2））=2/31/2=1.15因此校校驗動動穩(wěn)定定度,一般般采用用三相相短路路沖擊擊電流流或三相相短路路全電電流的的有效效值三相短短路兩相短短路動穩(wěn)定定度的的校驗驗1、一一般電電器動動穩(wěn)穩(wěn)定度度的條條件2、母母線σal≥σσCσaL—母線材材料最最大允允許應應力σC—最大計計算應應力σaL：Cu:≈137MPaAl:≈≈69MPaσC=M/wW—截面系系數(shù)W=b2h/6電纜不不必校校驗M—彎曲力力矩1)母母線擋擋數(shù)1～～2M=F（3））L/82)母線擋擋數(shù)>2M=F（3））L/10對短路路計算算點附附近交交流電電動機機反饋饋沖擊擊電流流的考考慮當短路路計算算點附附近所所接交交流電電動機機的額額定電電流之之和超超過供供配電電系統(tǒng)統(tǒng)短路路電流流的1%時,按GB50054-2011<低壓配配電設設計規(guī)規(guī)范>規(guī)定,應計入入交流流電動動機反反饋電電流的的影響響.由于短短路時時電動動機端端電壓壓驟降降,導致電電動機機因定定子電電動勢勢反高高于外外施電電壓而而向短短路點點反饋饋電流流.使短路路計算算點的的沖擊擊電流流增加加.當交流流電動動機進進線端端發(fā)生生三相相短路路時,它的反反饋沖沖擊電流可可按下下式計計算:--電動機機短路路電流流沖擊擊系數(shù)數(shù),對3~10KV可取1.4~1.7,對380V可取1C—電動機機反饋饋沖擊擊倍數(shù)數(shù)電動機類型感應電動機同步電動機同步補償機綜合性負荷電動機反饋沖擊倍數(shù)C6.57.810.53.2例:某企業(yè)業(yè)變電電所380V側(cè)母線線上接接有380V感應電電動機機組250KW,平均功功率因因數(shù)為為0.7,效率0.75該母線線采用用LMY—100*10的硬鋁鋁母線線,水平平平放,檔距為為900mm,檔數(shù)大大于2,相鄰兩兩相母母線的的軸線線距離離為160mm.試求該該母線線三相相短路路時所所受的的最大大電動動力,并校驗驗其動動穩(wěn)定定度.(已知:380V母線的的三相相短路路電流流為31.4KVA,三相沖沖擊電電流為為57.8KA)解:感應電電動機機組的的額定定電流流為由于所以需需計入入電動動機組組反饋饋電流流的影影響該電動動機組組反饋饋沖擊擊電流流的值值為:因此母母線在在三相相短路路時所所受的的最大大電動動力為為校驗母母線短短路時時的動動穩(wěn)定定度截面系系數(shù)因此,母線在在三相相短路路時所所受到到的計計算應應力為為而母線線(LMY)的允許許應力力為由此可可見,該母線線滿足足短路路動穩(wěn)穩(wěn)定度度的要要求.二、短短路電電流的的熱效效應發(fā)生短短路故故障時時，巨巨大的的短路路電流流在短短時間間內(nèi)將將導體體加熱熱到很很高溫溫度造造成設設備損損壞。。熱效效應的的計算算目的的在于于確定定從短短路發(fā)發(fā)生到到斷路路器切切斷故故障這這段時時間內(nèi)內(nèi)導體體所能能達到到的最最高溫溫度，，并把把它與與導體體短路路時最最高允允許溫溫度相相比較較以判判斷導導體的的熱穩(wěn)穩(wěn)定性性。短路路后后保保護護裝裝置置迅迅速速動動作作，，短短路路電電流流通通過過導導體體的的持持續(xù)續(xù)時時間間不不會會超超過過2-3s，，∴∴短路路電電流流產(chǎn)產(chǎn)生生熱熱量量全全部部用用于于溫溫升升未通通電電前前,導體體溫溫度度應應當當與與周周圍圍環(huán)環(huán)境境溫溫度度相相同同正常常工工作作時時,電流流使使導導體體溫溫度度升升高高,發(fā)熱熱與與散散熱熱平平衡衡時時,溫度度達達穩(wěn)穩(wěn)定定值值,導體體有有一一個個長長期期工工作作的的最最高高允允許許溫溫度度導體體工工作作溫溫度度如如超超過過最最高高允允許許溫溫度度每每80C,則壽壽命命縮縮短短一一半半短路路時時,導體體溫溫度度急急劇劇增增加加,導體體溫溫度度急急劇劇升升高高,如超超過過最最高高允允許許溫溫度度會會因因過過熱熱而而永永久久損損壞壞短路路被被切切除除后后,導體體溫溫度度自自然然散散熱熱下下降降到到環(huán)環(huán)境境溫溫度度導體體或或電電纜纜的的長長期期允允許許工工作作溫溫度度和和最最高高允允許許溫溫度度(0C)導體種類和材料短路時最高允許溫度導體長期允許工作溫度熱穩(wěn)定系數(shù)C值鋁母線及導線、硬鋁及鋁錳合金硬銅母線及導線200300707087171鋼母線（不與電器直接連接）鋼母線（與電器直接連接）41031070707063鋁芯交聯(lián)聚乙稀絕緣電纜銅芯交聯(lián)聚乙稀絕緣電纜200250909077137鋁芯交聯(lián)聚氯乙稀絕緣電纜銅芯交聯(lián)聚氯乙稀絕緣電纜130130656565100按照照導導體體的的發(fā)發(fā)熱熱條條件件，，導導體體在在正正常常和和短短路路時時的的最最高高允允許許溫溫升升，，如如鋁鋁母母線線，，Q0≯70°°QK≯200°°。。要計計算算短短路路后后導導體體達達到到的的最最高高溫溫度度QK就要要先先求求出出短短路路期期間間實實際際的的短短路路全全電電流流ik在導導體體中中產(chǎn)產(chǎn)生生的的熱熱量量QK，但ik是變變動動電電流流，，不不好好算算。。因因此此一一般般是是采采用用短短路路穩(wěn)穩(wěn)定定電電流流I∞，就要要假假定定一一個個時時間間內(nèi)內(nèi)。。在在這這一一時時間間內(nèi)內(nèi)，，導導體體通通過過I∞所產(chǎn)產(chǎn)生生的的熱熱量量與與ik在短短路路時時間間tK內(nèi)產(chǎn)產(chǎn)生生的的熱熱量量相相等等。。這一一假假定定的的時時間間就就稱稱為為短短路路發(fā)發(fā)熱熱假假想想時時間間，，或或熱熱效效時時間間，，用用tima表示示。。上式式計計算算繁繁復復，，而而且且涉涉及及一一些些難難于于確確定定的的系系數(shù)數(shù)，，如如：：短路路過過程程中中σ不是是一一個個常常數(shù)數(shù)，，因因此此，，最最后后結(jié)結(jié)果果與與實實際際相相差差較較大大。。在工工程程設設計計中中，，一一般般利利用用曲曲線線來來確確定定QK，橫坐坐標標用用導導體體加加熱熱系系數(shù)數(shù)K表示示，，縱縱坐坐標標表表示示導導體體周周圍圍介介質(zhì)質(zhì)的的溫溫度度Q。。2、、由由QL向右右查查相相應應曲曲線線上上的的a點。。3、、由a點向向下下查查橫橫坐坐標標軸軸上上的的KL4、、用KK=KL+（（I∞/A））2tima5、、從橫橫坐坐標標上上找找出出KK值。。6、、由由KK查相相應應曲曲線線上上b點。。7、、從從b點查查QK值。。由QN查QK的步步驟驟：：1、、先先從從縱縱坐坐標標軸軸上上找找出出導導體體在在正正常常負負荷荷時時的的溫溫度度QL值，，如如果果實實際際溫溫度度已已知知，，可可查查有有關(guān)關(guān)圖圖表表中中長長期期允允許許工工作作溫溫度度。。短路路熱熱效效應應的的校校驗驗條條件件一般般電電器器It、t——電器器的的熱熱效效應應試試驗驗電電流流及及時時間間，，可可查斷斷路路器器產(chǎn)產(chǎn)品品數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)母線線、、電電纜纜Ae≥AminC——熱穩(wěn)穩(wěn)定定系系數(shù)數(shù)tima=tK+0.05—無限限大大容容量量系系統(tǒng)統(tǒng)當tK>1s時tima=tK實際際tK=top+tOCtop—保護護裝裝置置實實際際