【大學(xué)課件】建筑供配電系統(tǒng)短路電流及其計(jì)算

1、第三章第三章 建筑供配電系統(tǒng)短路電建筑供配電系統(tǒng)短路電流及其計(jì)算流及其計(jì)算http:/ 概述概述一一 短路原因、類(lèi)型、后果及計(jì)算短路電短路原因、類(lèi)型、后果及計(jì)算短路電流的目的流的目的（一）主要原因：（一）主要原因：1.電氣設(shè)備、元件的損壞。電氣設(shè)備、元件的損壞。2.自然原因自然原因3.人為事故人為事故 http:/ 三相交流電力系統(tǒng)中，供電電源的發(fā)電三相交流電力系統(tǒng)中，供電電源的發(fā)電機(jī)和變壓器的中性點(diǎn)運(yùn)行方式：機(jī)和變壓器的中性點(diǎn)運(yùn)行方式： 1.小電流接地小電流接地電源中性點(diǎn)不接地電源中性點(diǎn)不接地電源中性點(diǎn)經(jīng)消弧圈接地電源中性點(diǎn)經(jīng)消弧圈接地2.大電流接地大電流接地電源中性點(diǎn)直接接地電源中性點(diǎn)直接

2、接地http:/ ） 電源中性點(diǎn)不接地電力系統(tǒng)電源中性點(diǎn)不接地電力系統(tǒng)1.當(dāng)發(fā)生一相接地故障時(shí)，其三相電壓無(wú)當(dāng)發(fā)生一相接地故障時(shí)，其三相電壓無(wú)論其相位和量值均保持不變。因此，該論其相位和量值均保持不變。因此，該系統(tǒng)三相用電設(shè)備仍可照常運(yùn)行，但這系統(tǒng)三相用電設(shè)備仍可照常運(yùn)行，但這種故障系統(tǒng)不允許長(zhǎng)期運(yùn)行，以免另一種故障系統(tǒng)不允許長(zhǎng)期運(yùn)行，以免另一相又發(fā)生接地故障時(shí)形成兩相短路，這相又發(fā)生接地故障時(shí)形成兩相短路，這時(shí)將產(chǎn)生很大的短路電流，可能損壞線時(shí)將產(chǎn)生很大的短路電流，可能損壞線 路和設(shè)備。因此這種系統(tǒng)中，應(yīng)裝設(shè)專(zhuān)路和設(shè)備。因此這種系統(tǒng)中，應(yīng)裝設(shè)專(zhuān)門(mén)的絕緣監(jiān)測(cè)裝置或單相接地保護(hù)以便門(mén)的絕緣監(jiān)測(cè)裝

3、置或單相接地保護(hù)以便http:/ 發(fā)生一相接地故障時(shí)，發(fā)出警報(bào)發(fā)生一相接地故障時(shí)，發(fā)出警報(bào)，通知通知 運(yùn)行值班人員注意和處理。如一時(shí)檢修不運(yùn)行值班人員注意和處理。如一時(shí)檢修不 好應(yīng)將重要負(fù)荷轉(zhuǎn)移切除故障線路。好應(yīng)將重要負(fù)荷轉(zhuǎn)移切除故障線路。2.發(fā)生一相接地故障時(shí)另兩個(gè)完好相的對(duì)發(fā)生一相接地故障時(shí)另兩個(gè)完好相的對(duì) 地電壓為正常對(duì)地電壓的地電壓為正常對(duì)地電壓的 倍倍。3http:/ ） 電源中性點(diǎn)經(jīng)消弧圈接地的電力系電源中性點(diǎn)經(jīng)消弧圈接地的電力系統(tǒng)統(tǒng) 為防止一相接地時(shí)，接地點(diǎn)出現(xiàn)斷續(xù)為防止一相接地時(shí)，接地點(diǎn)出現(xiàn)斷續(xù) 電弧，引起過(guò)電壓，在單相接地電容電電弧，引起過(guò)電壓，在單相接地電容電 流大于一定值

4、時(shí)，必須采用。流大于一定值時(shí)，必須采用。http:/ 電源中性點(diǎn)直接接地的電力系統(tǒng)電源中性點(diǎn)直接接地的電力系統(tǒng)1.發(fā)生一相接地故障時(shí)發(fā)生一相接地故障時(shí),其三相電壓的對(duì)稱(chēng)其三相電壓的對(duì)稱(chēng)關(guān)系完全破壞，因此，該系統(tǒng)三相用電關(guān)系完全破壞，因此，該系統(tǒng)三相用電設(shè)備不能繼續(xù)運(yùn)行，由于單相接地電流設(shè)備不能繼續(xù)運(yùn)行，由于單相接地電流很大，將使過(guò)電流保護(hù)裝置動(dòng)作，迅速很大，將使過(guò)電流保護(hù)裝置動(dòng)作，迅速切除線路。切除線路。2.發(fā)生一相接地故障時(shí)，另兩個(gè)完好相的發(fā)生一相接地故障時(shí)，另兩個(gè)完好相的對(duì)地電壓不會(huì)升高，仍維持相電壓值，對(duì)地電壓不會(huì)升高，仍維持相電壓值，因此對(duì)線路的絕緣水平要求相對(duì)較低。因此對(duì)線路的絕緣水

5、平要求相對(duì)較低。http:/ 對(duì)于低壓系統(tǒng)（對(duì)于低壓系統(tǒng)（tn)： 中性線（中性線（n) 保護(hù)線保護(hù)線(pe) 三相四線制三相四線制http:/ 三相交流電網(wǎng)三相交流電網(wǎng) 短路的短路的過(guò)渡過(guò)程過(guò)渡過(guò)程一一 短路電流的過(guò)渡過(guò)程的分析短路電流的過(guò)渡過(guò)程的分析 “無(wú)限大容量電源無(wú)限大容量電源”：系統(tǒng)內(nèi)部短路發(fā)：系統(tǒng)內(nèi)部短路發(fā)生變化，系統(tǒng)電源電壓維持不變。生變化，系統(tǒng)電源電壓維持不變。 在考慮產(chǎn)生最大短路的條件下，短路全在考慮產(chǎn)生最大短路的條件下，短路全電流為：電流為：ktpmpmkeitiicoshttp:/ 在電源電壓及短路地點(diǎn)不變的情況下，在電源電壓及短路地點(diǎn)不變的情況下，要使短路全電流達(dá)到最大

6、值。必需具備要使短路全電流達(dá)到最大值。必需具備以下的條件：以下的條件： 短路前為空載。短路前為空載。 設(shè)電路的感抗要比電阻好大得多，即短設(shè)電路的感抗要比電阻好大得多，即短路阻抗角為路阻抗角為900。 短路發(fā)生于某相電壓瞬時(shí)值過(guò)零值時(shí)。短路發(fā)生于某相電壓瞬時(shí)值過(guò)零值時(shí)。http:/ 電流沖擊系數(shù)和沖擊電流電流沖擊系數(shù)和沖擊電流 沖擊電流出現(xiàn)在短路后第一個(gè)半周時(shí)間沖擊電流出現(xiàn)在短路后第一個(gè)半周時(shí)間 為短路電流沖擊系數(shù)為短路電流沖擊系數(shù) 短路電流周期分量的有效值短路電流周期分量的有效值。pshshiki2keksh01. 01pihttp:/ 高壓系統(tǒng)高壓系統(tǒng) 0.05s , =1.8， 低壓系統(tǒng)低

7、壓系統(tǒng) 0.008s, =1.3， shkshkpshii84. 1pshii55. 2http:/ 、短路電流最大有效值、短路電流最大有效值 ： 實(shí)際中：實(shí)際中： 1.8， =1.3 ，四、短路穩(wěn)態(tài)電流四、短路穩(wěn)態(tài)電流 ： 經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò) t=0.2s后，短路電流非周期分量衰減后，短路電流非周期分量衰減完畢，短路電流為穩(wěn)態(tài)短路電流，在無(wú)完畢，短路電流為穩(wěn)態(tài)短路電流，在無(wú)限大容量系統(tǒng)中，短路電流周期分量有限大容量系統(tǒng)中，短路電流周期分量有效值在電流全過(guò)程中始終不變，則：效值在電流全過(guò)程中始終不變，則： shkshkpshii52. 1pshii09. 1 2 . 0iiiiikkphttp:/ 三相

8、短路電流的計(jì)算三相短路電流的計(jì)算一一 概述概述（一）步驟（一）步驟1.繪出計(jì)算電路圖繪出計(jì)算電路圖2.通過(guò)計(jì)算，繪制短路計(jì)算點(diǎn)等效電路圖通過(guò)計(jì)算，繪制短路計(jì)算點(diǎn)等效電路圖3.等效電路化簡(jiǎn)等效電路化簡(jiǎn)4.求短路電流求短路電流 http:/ 歐姆法（有名單位法歐姆法（有名單位法 通常用于通常用于1000v以下低壓供電系統(tǒng)的短路以下低壓供電系統(tǒng)的短路計(jì)算。計(jì)算。 標(biāo)幺法（相對(duì)單位法標(biāo)幺法（相對(duì)單位法 常用在高壓系統(tǒng)短路電流計(jì)算。常用在高壓系統(tǒng)短路電流計(jì)算。http:/ 由電力系統(tǒng)供電的民用建筑內(nèi)部發(fā)生短由電力系統(tǒng)供電的民用建筑內(nèi)部發(fā)生短路時(shí)，其容量遠(yuǎn)比系統(tǒng)容量要小，而阻路時(shí)，其容量遠(yuǎn)比系統(tǒng)容量要小，

9、而阻抗則較系統(tǒng)阻抗大得多，短路時(shí)，系統(tǒng)抗則較系統(tǒng)阻抗大得多，短路時(shí)，系統(tǒng)母線上的電壓變動(dòng)很小，可認(rèn)為電壓維母線上的電壓變動(dòng)很小，可認(rèn)為電壓維持不變，即系統(tǒng)容量為無(wú)限大。持不變，即系統(tǒng)容量為無(wú)限大。http:/ 在計(jì)算高壓電路中的短路電流時(shí)，只需在計(jì)算高壓電路中的短路電流時(shí)，只需考慮對(duì)短路電流值有重大影響的電路元考慮對(duì)短路電流值有重大影響的電路元件。由于發(fā)電機(jī)、變壓器、電抗器的電件。由于發(fā)電機(jī)、變壓器、電抗器的電阻遠(yuǎn)小于其本身電抗，因此可不予考慮。阻遠(yuǎn)小于其本身電抗，因此可不予考慮。但當(dāng)架空線和電纜較長(zhǎng)，使短路電路的但當(dāng)架空線和電纜較長(zhǎng)，使短路電路的總電阻大于總電抗的總電阻大于總電抗的1/3時(shí)，

10、仍需計(jì)入電時(shí)，仍需計(jì)入電阻。阻。 短路電流計(jì)算按金屬性短路進(jìn)行。短路電流計(jì)算按金屬性短路進(jìn)行。http:/ 采用歐姆法進(jìn)行短路計(jì)算采用歐姆法進(jìn)行短路計(jì)算 無(wú)限大容量系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)三相無(wú)限大容量系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)三相短路電流周期分量有效值：短路電流周期分量有效值： uav-需要計(jì)算那一級(jí)的平均電壓需要計(jì)算那一級(jí)的平均電壓,為該級(jí)為該級(jí)電網(wǎng)電壓電網(wǎng)電壓un 的的1.05 倍。例倍。例10.5kv,0.4kv. 分別為短路電路的總阻分別為短路電路的總阻抗、總電阻、總電抗?？?、總電阻、總電抗。22)3(33xruzuiavavpx r zhttp:/ 高壓電路的短路計(jì)算只計(jì)電抗。高壓電路的短路計(jì)算

11、只計(jì)電抗。 低壓側(cè)短路時(shí)，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)短路時(shí)，當(dāng) 時(shí)，才考時(shí)，才考慮電阻。所以，慮電阻。所以，1kv以上高壓系統(tǒng)：以上高壓系統(tǒng)： 3r x 333pavkius xuiavp33http:/ 電力系統(tǒng)阻抗的電阻一般很小不予考慮，電力系統(tǒng)阻抗的電阻一般很小不予考慮，其電抗可由電力系統(tǒng)變電站高壓饋線出其電抗可由電力系統(tǒng)變電站高壓饋線出口斷路器的斷流容量口斷路器的斷流容量 來(lái)估算。來(lái)估算。（二）發(fā)電機(jī)電抗（二）發(fā)電機(jī)電抗 次暫態(tài)電抗百分值。次暫態(tài)電抗百分值。ocavssux2ocsnavddsuxx100%dxhttp:/ 變壓器的短路電壓。變壓器的短路電壓。2navktsuprnavktsuux210

12、0%kuhttp:/ 電抗器銘牌標(biāo)有電抗器銘牌標(biāo)有 ， 和繞組電抗和繞組電抗百分?jǐn)?shù)百分?jǐn)?shù) 。lrrowllxxowlhnihnu%huhnhnhhiuux3100%http:/ 采用標(biāo)幺制法進(jìn)行短路計(jì)算采用標(biāo)幺制法進(jìn)行短路計(jì)算 標(biāo)幺制是一種相對(duì)單位制，其定義為：標(biāo)幺制是一種相對(duì)單位制，其定義為： 該物理量的實(shí)際值該物理量的實(shí)際值 所選定的基準(zhǔn)值所選定的基準(zhǔn)值 如如任一物理標(biāo)幺值任一物理標(biāo)幺值 daadaddddzzzsssiiiuuu , , http:/ 按標(biāo)幺制法進(jìn)行短路計(jì)算時(shí)，一般先選按標(biāo)幺制法進(jìn)行短路計(jì)算時(shí)，一般先選定基準(zhǔn)容量定基準(zhǔn)容量 和基準(zhǔn)電壓和基準(zhǔn)電壓 ，則，則 （一）短路電路中

13、的各元件標(biāo)幺值的計(jì)算（一）短路電路中的各元件標(biāo)幺值的計(jì)算 通常選取通常選取 =100mva, = 。 dsdudddsux2dddusi3dsduavuhttp:/ ocddssssxxxcos100% 100%nddndddddpsxssxxxxhttp:/ 如有必要計(jì)算電阻標(biāo)幺值時(shí)，如有必要計(jì)算電阻標(biāo)幺值時(shí)， 100%ndktssux2ddllusxx2ddllusrrhttp:/ 電抗器額定電抗標(biāo)幺值；電抗器額定電抗標(biāo)幺值； 電抗器額定電壓標(biāo)幺值；電抗器額定電壓標(biāo)幺值； 電抗器額定電流標(biāo)幺值。電抗器額定電流標(biāo)幺值。 23100%ddhnhnhhusiuux23ddhnhnhnhusiux

14、xhnxhnuhnihttp:/ 當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí), 當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí), z3r x3r x xz22xrzhttp:/ xip13 dpixi13 xsk13 dksxs13http:/ 兩相短路電流的近似兩相短路電流的近似計(jì)算計(jì)算一一 計(jì)算計(jì)算 為不對(duì)稱(chēng)短路，一般要使用對(duì)稱(chēng)分量法。為不對(duì)稱(chēng)短路，一般要使用對(duì)稱(chēng)分量法。 一實(shí)用簡(jiǎn)單的方法為一實(shí)用簡(jiǎn)單的方法為 只有電抗時(shí)：只有電抗時(shí)： xuiavk22 zuiavk22http:/ 與三相短路電流計(jì)算的關(guān)系與三相短路電流計(jì)算的關(guān)系 因此，三相短路電流比兩相短路電流大因此，三相短路電流比兩相短路電流大。在考慮短路效應(yīng)時(shí)，只考慮三相短路電流。在考慮短路效應(yīng)時(shí)，

15、只考慮三相短路電流。在校驗(yàn)保護(hù)相間短路靈敏度時(shí)，用末端兩在校驗(yàn)保護(hù)相間短路靈敏度時(shí)，用末端兩相短路電流。相短路電流。 3287. 0ppii 866. 02332ppiihttp:/ 低壓電網(wǎng)短路電路計(jì)算低壓電網(wǎng)短路電路計(jì)算一一 低壓電網(wǎng)短路電流計(jì)算的特點(diǎn)：低壓電網(wǎng)短路電流計(jì)算的特點(diǎn)： 一般容量不大于高壓供電電源容量的一般容量不大于高壓供電電源容量的5 %按無(wú)限大電源考慮。按無(wú)限大電源考慮。 各元件電阻值相對(duì)較大，一般不能忽略。各元件電阻值相對(duì)較大，一般不能忽略。 沖擊系數(shù)在沖擊系數(shù)在11.3范圍內(nèi)范圍內(nèi) 電壓只有一級(jí)，采用有名法較為方便電壓只有一級(jí)，采用有名法較為方便http:/ 各元件阻抗

16、各元件阻抗 與歐姆法介紹計(jì)算方法一樣，并可查與歐姆法介紹計(jì)算方法一樣，并可查表求得。它包括：表求得。它包括： 系統(tǒng)電源阻抗系統(tǒng)電源阻抗 變壓器阻抗變壓器阻抗 母線阻抗母線阻抗 配電線路阻抗配電線路阻抗 低壓電器阻抗低壓電器阻抗http:/ 短路電流計(jì)算短路電流計(jì)算（一）三相短路電流計(jì)算和兩相短路電流（一）三相短路電流計(jì)算和兩相短路電流 計(jì)算與歐姆法介紹計(jì)算方法一樣計(jì)算與歐姆法介紹計(jì)算方法一樣。（二）單相短路電流周期分量計(jì)算（二）單相短路電流周期分量計(jì)算 低壓低壓380/220 三相四線制配電網(wǎng)絡(luò)中，三相四線制配電網(wǎng)絡(luò)中，常發(fā)生相常發(fā)生相 零之間單相短路，其計(jì)算公零之間單相短路，其計(jì)算公式為：式

17、為：2020)1(xruipphttp:/ r0, x0為為“相相 零零”回路中電阻與回路中電阻與 電抗之和，可查表獲得。電抗之和，可查表獲得。 up 電源的相電壓。電源的相電壓。 http:/ 短路電流的效應(yīng)短路電流的效應(yīng)一一 短路電流的電動(dòng)效應(yīng)短路電流的電動(dòng)效應(yīng)（一）原理（一）原理 相鄰載流導(dǎo)體之間的電磁互作用力即相鄰載流導(dǎo)體之間的電磁互作用力即電動(dòng)力。電動(dòng)力。 短路時(shí)，特別是沖擊電流通過(guò)瞬間，短路時(shí)，特別是沖擊電流通過(guò)瞬間，其電動(dòng)力則非常大，所以三相短路沖擊其電動(dòng)力則非常大，所以三相短路沖擊電流為校驗(yàn)電器和載流部分的動(dòng)穩(wěn)定依電流為校驗(yàn)電器和載流部分的動(dòng)穩(wěn)定依據(jù)。據(jù)。http:/ imax

18、 電器的極限通過(guò)電流（峰值電器的極限通過(guò)電流（峰值;imax 電器的極限通過(guò)電流（有效值。電器的極限通過(guò)電流（有效值。 3max3maxshshiiiihttp:/ fal fc(3) fal 絕緣子的最大允許載荷絕緣子的最大允許載荷,由產(chǎn)品由產(chǎn)品 樣本查得樣本查得; fc(3)短路時(shí)作用在絕緣子上的計(jì)算力短路時(shí)作用在絕緣子上的計(jì)算力;http:/ 三相短路沖擊電流在中間相產(chǎn)生的電三相短路沖擊電流在中間相產(chǎn)生的電動(dòng)力最大動(dòng)力最大,其計(jì)算公式為其計(jì)算公式為: 兩導(dǎo)體的軸線距離兩導(dǎo)體的軸線距離,(m)； 檔距（即相鄰的兩支點(diǎn)間距離檔距（即相鄰的兩支點(diǎn)間距離 , (m)；母線在絕緣子上為平放：母線在

19、絕緣子上為平放：母線在絕緣子上為豎放：母線在絕緣子上為豎放： 33 27310 nshfil ala 33ffc 334 . 1ffchttp:/ 母線材料的最大允許應(yīng)力，母線材料的最大允許應(yīng)力， 硬銅：硬銅： 硬鋁：硬鋁：almpaal63mpaal137calhttp:/ 母線通過(guò)母線通過(guò) 是所受到的最大應(yīng)力。是所受到的最大應(yīng)力。 母線通過(guò)母線通過(guò) 是所受到的彎曲力矩，是所受到的彎曲力矩， 單位單位 nm, 當(dāng)母線的檔數(shù)為當(dāng)母線的檔數(shù)為12時(shí)時(shí), 當(dāng)母線的檔數(shù)為當(dāng)母線的檔數(shù)為2時(shí)時(shí), c 3shiwmc 83lfm 3shim 103lfmhttp:/ w母線截面系數(shù)，母線截面系數(shù)， ，單

20、位：，單位：m3 b 截面水平寬度截面水平寬度, h截面水平高度截面水平高度4.電纜本身的機(jī)械強(qiáng)度很好，不必校驗(yàn)動(dòng)電纜本身的機(jī)械強(qiáng)度很好，不必校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定。穩(wěn)定。62hbwhttp:/ 當(dāng)短路計(jì)算點(diǎn)附近有大容量電機(jī)當(dāng)短路計(jì)算點(diǎn)附近有大容量電機(jī)(總總?cè)萘砍^(guò)容量超過(guò)100kw)時(shí)時(shí),其反饋沖擊電流使其反饋沖擊電流使短路點(diǎn)沖擊電流增大。短路點(diǎn)沖擊電流增大。 工程設(shè)計(jì)中可近似取為：工程設(shè)計(jì)中可近似取為： mshshshiii33nmmshmshiki5 . 75 . 6http:/ 短路電流沖擊系數(shù)，短路電流沖擊系數(shù)， 高壓電動(dòng)機(jī)一般取高壓電動(dòng)機(jī)一般取1.41.6； 低壓電動(dòng)機(jī)一般取低壓電動(dòng)機(jī)一般取 1。 電動(dòng)機(jī)的額定電流。電動(dòng)機(jī)的額定電流。 mshknmihttp:/ 短路前正常負(fù)荷時(shí)的溫度；短路前正常負(fù)荷時(shí)的溫度； 發(fā)生短路；發(fā)生短路； 切除故障時(shí)間；切除故障時(shí)間； 時(shí)導(dǎo)體溫度。時(shí)導(dǎo)體溫度。 l1t2t2tk12tttkhttp:/ 即計(jì)算即計(jì)算 的值。與的值。與 相對(duì)應(yīng)的熱量相對(duì)應(yīng)的熱量為為 由于計(jì)算困難，一般采用等效方法，由于計(jì)算困難，一般采用等效方法， 為短路發(fā)熱假想時(shí)間。為短路發(fā)熱假