供配电技术第2版教学课件第四章.pptx

机械工业出版社供配电技术（第二版）第四章 030201短路电流的计算无限大容量电力系统及其三相短路分析概述短路电流及其计算04短路电流效应概述4.1 概述电力系统运行有三种状态：正常运行状态、非正常运行状态和短路故障在电气设计和运行中，不仅要考虑系统的正常运行状态，而且要考虑系统的非正常运行状态，最严重的非正常运行状态就是短路故障短路就是指不同电位导电部分之间的不正常短接如电力系统中，相与相间、相与中性线间或中性点直接接地系统中相与地之间的短接都是短路4.1.1 短路的原因及后果1.短路的原因造成短路的原因通常有以下方面：1)主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏产生绝缘损坏的原因有过负荷、绝缘自然老化或被过电压(内部过电压和雷电)击穿，以及设计、安装和运行不当或设备本身不合格等2)误操作及误接由于工作人员不遵守安全操作规程造成的误操作或误接，可能导致短路3)飞禽跨接裸导体鸟类或爬行动物如蛇等跨接裸导体，都可能导致短路4)其他原因如输电线断线、倒杆、碰线，或人为盗窃、破坏等原因都可能导致短路4.1 概述2.短路后果电力系统发生短路，导致网络总阻抗减少，短路电流可能超过正常工作电流的十几倍甚至几十倍，数值可达几万安到几十万安。

而且，系统网络电压会降低，从而对电力系统产生极大的危害，主要表现在以下方面：1)短路时，短路电流产生很大的热量、很高的温度，从而使故障元件和其他元件损坏2)短路时，短路电流可产生很大的电动力，使导体弯曲变形，甚至使设备本身或其支架受到损坏3)短路时，电压骤降，严重影响电气设备正常运行电压降到额定值的80%时，电磁开关可能断开；降到额定值的30%40%时，持续1s以上，电动机可能停转4)短路可造成停电，越靠近电源，停电范围越大5)严重短路还会影响电力系统运行的稳定性，造成系统瘫痪如2003年8月14日，在美国和加拿大发生的大面积停电事故，造成了极大的影响和严重的破坏4.1.1 短路的原因及后果4.1 概述2.短路后果6)单相短路时，电流将产生较强的不平衡交变磁场，对附近通信线路、电子设备产生干扰，影响正常工作，甚至发生误动作另外，短路造成的后果，与短路故障的地点、种类及持续时间等因素都有关为了保证电气设备安全可靠运行，除了必须尽力消除可能引起短路的一切因素之外，同时还需要计算短路电流，以保证当发生可能的短路时，不致损坏设备而且，一旦发生短路，应尽快切除故障部分，使系统在最短时间内恢复正常。

4.1.1 短路的原因及后果4.1 概述在三相供电系统中，可能发生的短路形式有：对称短路k(3)，以及不对称短路不对称短路包括：单相接地短路k(1)，单相接中性点短路k(1)两相短路k(2）两相接地短路k(1.1)两相短路接地k(L.1)三相系统中短路的基本类型有三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路，如图4-1所示三相短路用文字符号k(3)表示；两相短路用文字符号k(2)表示；单相短路用文字符号k(1)表示；两相接地短路，用文字符号k(1.1)表示，是指中性点不接地系统中两个不同相均发生单相接地而形成的两相短路注：一般为了区别不同类型的短路电流，在短路电流符号的右上角分别加注(1)、(2)和(3)来表示单相、两相和三相短路电流，两相接地短路电流用(1.1)表示在本书中，三相短路电流的各量不加注(3)上述的短路类型中，三相短路属对称短路，其他形式的短路，均属不对称短路电力系统中，发生单相短路的可能性最大，而发生三相短路的可能性最小但一般三相短路的短路电流最大，造成的危害也最严重为了使电力系统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠工作，作为选择、检验电气设备用的短路计算值，以三相短路计算值为主，只有在校验继电器保护装置灵敏度时才需要用到两相短路电流。

4.1.2短路的种类4.1 概述4.1.2短路的种类无限大容量电力系统及其三相短路分析4.2 无限大容量电力系统及其三相短路分析无限大容量电力系统是指容量相对于用户供电系统容量大得多的电力系统，当用户供电系统发生短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压基本不变，可将该电力系统视为无限大容量电力系统但是，实际电力系统的容量和阻抗都有一定数值，因此，当用户供电系统发生短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压相应地有所变动但一般的供电系统，由于它是在小容量线路上发生短路，电力系统变电所馈电母线上的电压基本不变，因此，电力系统可视为无限大容量电力系统研究无限大容量电力系统中三相短路电流的变化规律可以只需分析一相的情况，这是因为三相短路电流是对称的4.2 无限大容量电力系统及其三相短路分析4.2.2无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程4.2 无限大容量电力系统及其三相短路分析4.2.2无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程4.2 无限大容量电力系统及其三相短路分析2.发生三相短路前后电流、电压的变动曲线图4-3为无限大容量电力系统发生三相短路前后电流、电压的变动曲线4.2.2无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程4.2 无限大容量电力系统及其三相短路分析(1)正常运行状态系统在正常运行状态时，电压、电流按正弦规律变化，因电路一般是电感性负载，电流在相位上滞后电压一定角度。

2)短路暂态过程短路电流在到达稳定值之前，要经过一个暂态过程，即短路电流周期分量和非周期分量都存在的时间从物理上说，短路电流周期分量是因短路后，电路阻抗突然小很多倍、电流突然大很多倍造成的；短路电流非周期分量则是因电路中有感抗，短路电流不能突变而产生的当线路空载和电压过零时发生短路，则将出现最大的短路电流图4-3即为最严重情况时短路全电流的波形曲线3)短路稳态过程一般经过一个周期约0.2s后非周期分量消亡，短路进入稳态过程4.2.2无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程4.2 无限大容量电力系统及其三相短路分析4.2.3有关的物理量4.2 无限大容量电力系统及其三相短路分析4.2.3有关的物理量4.2 无限大容量电力系统及其三相短路分析4.2.3有关的物理量短路电流的计算4.3短路电流的计算4.3.1采用欧姆法计算短路电流一般常用的短路电流的计算方法有欧姆法、标幺制法和短路功率法欧姆法是最基本的短路电流计算方法，适用于两个及两个以下电压等级的供电系统；标么制法适用于多个电压等级的供电系统；短路功率法适用于在已知系统短路容量情况下，按无限容系统法计算短路电流短路电流计算中，有关物理量一般采用以下单位：电流kA，电压kV，短路容量MVA，设备容量kW或kVA，阻抗等。

4.3短路电流的计算4.3.1采用欧姆法计算短路电流4.3短路电流的计算4.3.1采用欧姆法计算短路电流4.3短路电流的计算4.3.1采用欧姆法计算短路电流线路结构线路电压220V/380V6-10kV35kV及以上架空线路0.320.350.40电缆线路0.0660.080.124.3短路电流的计算4.3.1采用欧姆法计算短路电流4.3短路电流的计算4.3.1采用欧姆法计算短路电流3.采用欧姆法进行短路计算的步骤1)画出计算电路图，并标明各元件的额定参数(采用电抗的形式)，确定短路计算点，对各元件进行编号（采用分数符号：元件编号阻抗）2)画出相应的等效电路图3)计算电路中各主要元件的阻抗4)将等效电路化简，求系统总阻抗5)计算短路电流及短路容量6)将计算结果列成表格形式表示短路计算的关键点是短路计算点的选择是否合理短路计算的目的主要是用来选择和校验电器和导体为了使电器和导体选择得安全可靠，因此，作为选择校验用的短路计算点应选择为使电器和导体可能通过最大短路电流的地点一般来讲，用来选择校验高压侧设备的短路计算，应选高压母线为短路计算点；用来选择校验低压侧设备的短路计算，应选低压母线为短路计算点。

4.3短路电流的计算4.3.1采用欧姆法计算短路电流例4-1某供电系统如图4-4所示，已知电力系统出口断路器为SN10-10型，变压器联结组别为Yyn0，试求工厂变电所高压10kV母线上k，点短路和低压380V母线上k2点短路时的短路电流和短路容量解：1求 点短路时的短路电流和短路容量（=10.5kV）1）计算短路电路中各元件的电抗和总电抗（1）电力系统的电抗：由表A-3查得SN10-10II型断路器的断流容量 =500MVA，因此4.3短路电流的计算4.3.1采用欧姆法计算短路电流2）架空线路的电抗：由表4.1查得 ，因此（3）点短路的等效电路如图4.5(a)所示，计算其总电抗为：4.3短路电流的计算4.3.1采用欧姆法计算短路电流4.3短路电流的计算4.3.1采用欧姆法计算短路电流4.3短路电流的计算4.3.1采用欧姆法计算短路电流4.3短路电流的计算4.3.1采用欧姆法计算短路电流4.3短路电流的计算4.3.2采用标么制法计算短路电流4.3短路电流的计算4.3.2采用标么制法计算短路电流4.3短路电流的计算4.3.2采用标么制法计算短路电流4.3短路电流的计算4.3.2采用标么制法计算短路电流例4-2某供电系统如图4-6所示，已知电力系统出口断路器的断开容量为500MVA，试求变电所高压10kV母线上k-1点短路和低压0.38kV母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。

4.3短路电流的计算4.3.2采用标么制法计算短路电流解：(1)画出相应的等效电路相应的等效电路如图4-7所示4.3短路电流的计算4.3.2采用标么制法计算短路电流4.3短路电流的计算4.3.2采用标么制法计算短路电流4.3短路电流的计算4.3.2采用标么制法计算短路电流4.3短路电流的计算4.3.2采用标么制法计算短路电流表4-3例4-2的短路计算表短路计算点三相短路电流/kAk-13.073.073.074.647.8355.87k-235.6435.6435.6438.8565.5824.754.3短路电流的计算4.3.3采用短路功率法计算短路电流4.3短路电流的计算4.3.3采用短路功率法计算短路电流4.3短路电流的计算4.3.3采用短路功率法计算短路电流4.3短路电流的计算4.3.3采用短路功率法计算短路电流例4-3试用短路功率法重做例4-2解：(1)画出相应的等效电路图，相应的等效电路如图4-9所示4.3短路电流的计算4.3.3采用短路功率法计算短路电流4.3短路电流的计算4.3.3采用短路功率法计算短路电流4.3短路电流的计算4.3.4两相短路电流计算短路电流效应4.4 短路电流效应4.4.1短路电流的电动效应4.4 短路电流效应4.4.1短路电流的电动效应4.4 短路电流效应4.4.2短路电流的热效应4.4 短路电流效应4.4.2短路电流的热效应4.4 短路电流效应4.4.2短路电流的热效应4.4 短路电流效应4.4.2短路电流的热效应4.4 短路电流效应4.4.2短路电流的热效应4.4 短路电流效应4.4.2短路电流的热效应小结小结本章首先介绍了电力系统短路故障的基本知识，短路的原因、后果及短路的各种形式：引入了无限大容量电力系统的概念，无限大容量电力系统是理论上的概念，但在实际中，可以把电力系统等效成无限大电力系统。

在此基础上，计算三相短路电流和两相短路电流，着重介绍了在无限大容量系统中采用标么制法和短路功率法进行短路计算最后，介绍了短路电流的动稳定性，热稳定性及其校验短路计算是工厂供电最重要的内容之一。