短路電流及其計算

1、短路電流及其計算第1節(jié) 短路電流概述 本節(jié)將了解短路的原因及危害，掌握短路的種類，并知道短路電流計算的基本方法。一、短路的概念短路時至三相電力供電系統(tǒng)中，相與相或相與地的導(dǎo)體之間非正常連接。 在電力系統(tǒng)設(shè)計和運行中，不僅要考慮正常工作狀態(tài)，而且還必須考慮到發(fā)生事故障礙時所照成的不正常工作狀態(tài)。實際運行表明，在三相供電系統(tǒng)中，破壞供電系統(tǒng)正常運新的故障最為常見而且危害最大的就是各種短路。當發(fā)生短路時，電源電壓被短接，短路回路阻抗很小，于是在回路中流通很大的短路電流。對中性點不接地的系統(tǒng)又相遇相之間的短路；對于中性點接地的系統(tǒng)又相遇相之間的短路，一項于幾項與大地相連接以及三相四線制系統(tǒng)中相與零項的

2、連接等，其中兩相接地的短路實際上是兩相短路。常見的短路形式如圖31所示2. 短路的基本種類在三相供電系統(tǒng)中，短路的類型主要有：（1） 三相電路三相短路是指供電系統(tǒng)中，三相在同一點發(fā)生短接。用“d（3）”表示，如圖3-1a所示。（2） 兩相電路兩相短路是指三相供電系統(tǒng)中，任意兩項在同一地點發(fā)生短接。用“d（2）”表示，如圖3-1b所示。（3） 單相電路單相短路是指在中性點直接接地的電力系統(tǒng)中，任一項與地發(fā)生短接。用“d（1）”表示，如圖3-1c所示。（4） 兩相接地電路兩相接地的短路是指在中性點直接接地的電力系統(tǒng)中，不同的兩項同時接地所形成的兩相短路，用“d（1-1）”表示，如圖3-1d所示。

3、按短路電流的對稱性來說，發(fā)生三相短路時，三項阻抗相等，系統(tǒng)中的各處電壓和電流仍保持對稱，屬于對稱性短路，其他形式的短路三相阻抗都不相等，三相電壓和電流不對稱，均為不對稱短路。 任何一種短路都有可能擴大而造成三相短路。因為短路后所產(chǎn)生的電弧，會迅速破壞向自家的絕緣，形成三相短路。這種情形在電纜電路中，更為常見。 由于煤礦供電系統(tǒng)大都為小接地電流系統(tǒng)，且大都距大發(fā)電廠較遠，故單相短路電流值一般都小于三相短路電流值，而兩相短路電流值亦比三相短路電流值小。另外，供電系統(tǒng)中：發(fā)生單相短路的可能性最大，一般只發(fā)生在中性點直接接地系統(tǒng)或三相四線制系統(tǒng)中，而發(fā)生三相短路的可能性最?。坏喽搪返亩搪冯娏髯畲?，

4、因此造成的危害也最嚴重。為了使電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備在最嚴重的短路狀態(tài)下也能可靠地工作，在作為選擇和校驗電氣設(shè)備用的短路計算中，要以三相短路計算為主。 3. 短路的原因 造成短路的原因，主要有以下幾個方面： (1 )在絕大多數(shù)情況下，絕緣的破壞是由于未及時發(fā)現(xiàn)和消除設(shè)備中的缺陷，以及設(shè)計、安裝和維護不當所造成的，例如過電壓、直接雷擊、絕緣材料的老化、絕緣配合不當和機械損壞等。另外，設(shè)備長期過負荷運行，使絕緣加速老化或破壞。 (2)運行人員由于違反安全操作規(guī)程發(fā)生誤操作，如帶負荷斷開隔離開關(guān)或檢修后未撤接地線就合斷路器等。 (3)線路斷線、倒桿。鳥獸跨接裸露的導(dǎo)電部分而發(fā)生短路。 (4)在含有損壞

5、絕緣的氣體或固體物質(zhì)地區(qū)，而未考慮電氣間隙與爬電距離 (應(yīng)符合相關(guān)國家標準)等。 4. 短路的后果 在供.電系統(tǒng)中發(fā)生短路將產(chǎn)生以下破壞性的后果： (1 ) 電流的熱效應(yīng) 由于短路電流比正常工作電流大幾十倍至幾百倍，這將使電氣設(shè)備過熱，絕緣損壞，甚至把電氣設(shè)備燒毀。 (2）電流的電動力效應(yīng) 巨大的短路電流通過電氣設(shè)備將產(chǎn)生很大的電動力，可能引起電氣設(shè)備的機械變形、扭曲甚至損壞。 （3) 電流的電磁效應(yīng) 交流電通過導(dǎo)線時，在線路的周圍空間產(chǎn)生交變電磁場，交變電磁場將在鄰近的導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。當系統(tǒng)正常運行或?qū)ΨQ短路時，三相電流是對稱的，在線路的周圍空間各點產(chǎn)生的交變電磁場彼此抵消，在鄰近的導(dǎo)

6、體中不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢；當系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路時，短路電流產(chǎn)生不平衡的交變磁場，對線路附近的通信線路信號產(chǎn)生干擾。 (4) 電流產(chǎn)生電壓降 巨大的短路電流通過線路時，在線路上產(chǎn)生很大的電壓降，特別是靠近短路點處電壓降低很多，使用戶的電壓降低，影響負荷的正常工作 (電動機轉(zhuǎn)速降低或停轉(zhuǎn)，白熾燈變暗或熄滅)，還可能破壞部分或全部用戶的供電。 在煤礦供電系統(tǒng)中，短路電流可達數(shù)千安培至數(shù)萬安培的數(shù)值，如此巨大的短路電流通過電氣設(shè)備導(dǎo)體時，必然產(chǎn)生很大的電動力和熱的破壞作用。隨著短路點距電源的遠近和持續(xù)時間的長短不同，其破壞作用可能局限于一部分，也可能影響整個電力系統(tǒng)。短路電流越大，持續(xù)時間越長，對政障設(shè)

7、備的破壞程度越大。短路電流所產(chǎn)生的電動力能形成很大的破壞力，如果導(dǎo)體和它們的支架不夠堅固，可能遭到難以修復(fù)的破壞。這樣大的短路電流即使通過的時間很短，也會使設(shè)備和導(dǎo)體引起不能允許的發(fā)熱，從而損壞絕緣，甚至使金屬部分退火、變形或燒壞。 供電系統(tǒng)發(fā)生短路時將產(chǎn)生上述后果，故在供電系統(tǒng)的設(shè)計和運行中，必須設(shè)法消除可能引起短路的切因素。為了盡可能減輕短路所引起的后果和防止故障的擴大，一方面，要計算短路電流以便正確選擇和校驗各電氣設(shè)備，保證在發(fā)生短路時各電氣設(shè)備不致?lián)p壞；另一方面，一旦供電系統(tǒng)要發(fā)生短路故障，.應(yīng)能迅速、準確地把故障線路從電網(wǎng)中切除，以減小短路所造成的危害和損失。 二、計算短路電流的目的

8、 為了防止發(fā)生短路所造成的危害及限制故障范圍的擴大，需要進行一系列的計算及采取相應(yīng)措施，以保證供電系統(tǒng)在正常或故障的情況下：安全、可靠地運行，減小短路所來的損失和影響。掌握短哮電流的計暮方法很重要.，車票用于解決下列技術(shù)問題號 1. 選擇校驗電氣設(shè)備 在選擇電氣設(shè)備時，需要計算出可能通過電氣設(shè)備的最大短路電流及其短路電 產(chǎn)生的熱效應(yīng)及電動力效應(yīng)，；以便校驗電氣設(shè)備的熱穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性，確保電氣設(shè)備在運行中不受短路電流的沖擊而損壞。 2. 確定選擇和校驗繼電保護裝且以及所簾的各種參數(shù) 上 為了確保繼電保護裝置靈敏、可靠、有選擇性地切除電網(wǎng)故障。，在選擇、整定雛電保護裝置時，需計算出保護范圍末端可

9、能產(chǎn)生的最小兩相短路電流，用于校驗繼電保護裝置動作靈敏度是否滿足要求。 3. 選擇限流的措施和限流裝置 當短路電流過大造成電氣設(shè)備選擇困難或不經(jīng)濟時，可在供電線路串接限流裝置來限制短路電流。是否采用限流裝置，須通過短路電流的計算來決定，同時確定限流裝置的參數(shù)，以確保電氣設(shè)備不被蟑路電流損壞。 4. 選擇供電系統(tǒng)的主接線和運行方式。 不同的接線和渾行方式，短路電流的大小也不同。在判斷接線及運行方式是否合理時，必須計算出在某種接線和運行方式下的短路電流才能確定，以便判斷哪種主接線方式更能保障供電的安全和可靠，然后再決定系統(tǒng)的主要運行方式。 5. 確定事故原因 根據(jù)故障的實際情況，進行故障分析，找出

10、事故的發(fā)生原因。 三.、計算短離電流時的基本假設(shè)和簡化條件 因為電力系維的實際情況比較復(fù)雜，在實際計算中常采用近似計算的方法,L 將計算條件進行假設(shè)和簡化。其計算條件簡化如下： 1. 系統(tǒng)在正常運行時是三相對稱的，計算短路電流時忽略負荷電流。 2. 不考慮鐵磁飽和現(xiàn)象，認為電抗是常數(shù)；系統(tǒng)各元件的磁路不飽邴，即各元件 電抗值與電流大小無關(guān)，所以在計算 可以庳用疊加原理。 3. 當短路系統(tǒng)中的電阻值小于電抗值的1/3 時., 電阻值可以忽略，按純電抗電路計算。 4. 除遠距離高壓輸電線路外，一般不考慮電網(wǎng)電容電流。 5. 變壓器的勵磁電滿略去不計，相當于勵磁由坑回斷開，這樣可簡化變壓器的等值電路

11、。 6. 在1 140 V以下的低壓電網(wǎng)中發(fā)生短路時，可認為變壓器 上次側(cè)電壓末變。按假設(shè)簡化條件計算的短路電流值偏大，其誤差為 l0% 15%。 第二節(jié)。 短路電流的計算 一、短路電流的過渡過程 電力系統(tǒng)短路的因素往往是逐漸形成的，由故障因素轉(zhuǎn)變成短路故障往往是突然的。在發(fā)生突然短路時，系統(tǒng)總是由工作狀態(tài)經(jīng)過一個暫態(tài)過程進入短路穩(wěn)定狀態(tài)，電流也由正常值突然增大，經(jīng)過暫態(tài)過程達到新的穩(wěn)態(tài)值。而暫態(tài)過程中的短路電流值，比其穩(wěn)態(tài)值大得多；雖然它經(jīng)歷的時間很短，但它對電氣設(shè)備的危害性遠比穩(wěn)態(tài)短路電流嚴重得多。所以了解短路電流的暫態(tài)過程具有重要意義。 短路電流的暫態(tài)過程與系統(tǒng)的電源容量有關(guān)。對于無限大

12、容量系統(tǒng)暫態(tài)過程比較簡單，而有限容量系統(tǒng)暫態(tài)過程要復(fù)些，現(xiàn)討論無限大電源容量系統(tǒng)短路電流暫態(tài)過程。所謂無限大頭電源系統(tǒng)是一個相對的概念，它是電源額定容量大于系統(tǒng)短路容量 3倍時的電源。就是說短路點距電源輕遠，短路回路的阻抗較大，短路點的短路舂雖比電源容量小得多，實際上短路點的短路容量小于電源容量的1/3 時，電力系統(tǒng)可認為是無限大電源容量系統(tǒng)。 在這樣電源的系統(tǒng)中，若發(fā)生三相突然短路，。由于電源系統(tǒng)阻抗比起變壓器、電抗器、鰓政等夫件的阻抗小很多，而容量支大得多。因此在暫態(tài)過程中，短路電流在電源系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的壓降很小，所以電源母線電壓變動甚微。在分析短路電流變化規(guī)律時，可以認為系統(tǒng)母線電壓維持不

13、變。 當供電系統(tǒng)正常運行時，電路中流過的電流是負荷電流. 系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下二作。當供電線路發(fā)生蘭相短路故障后，系統(tǒng)將進入新的穩(wěn)定狀態(tài)，即系境由正常士作穩(wěn)態(tài)過渡到短路后的穩(wěn)態(tài)，這一變化過程稱為短路電流的暫態(tài)過程，或稱為短路電輯的過渡過程。 二、有關(guān)短路計算的物理晝 1. 穩(wěn)態(tài)短路電流 Iss 當非周期分量衰減到零后，短路故障的曹態(tài)過程即告結(jié)束，此時進入短路的穩(wěn)定狀態(tài)，這時的電流稱為穩(wěn)態(tài)短路電流，其有效值用Iss，.表示。當系統(tǒng)容量為無限大時，穩(wěn)態(tài)短路電流Iss。就等于短路電流周期分量有效值Ipe 也等于帶計算的短路電流有效值Id，Id是短路保護裝置整定和校驗的依據(jù)，也是選擇、校驗電氣設(shè)備的依據(jù)。

14、2. 短路電流沖擊值iim 短路電流可能的最大瞬時值，稱為沖擊電流，用 iim 表示iim 是用來校驗電氣設(shè)備和母線動穩(wěn)定的重要數(shù)據(jù)。 在實際計算中，對于高壓供電系統(tǒng)，短路電流沖擊值為： （31） 對于低壓電網(wǎng)，則短路電流沖擊值為： （32）如果短路是在產(chǎn)生最大瞬時值的條件下發(fā)生，則在短路后第一個周期內(nèi)的短路電流有效值將最大，該值稱為短路全電流的最大有效值 (又稱沖擊電流有效值)，用 I：m表示。llm常用來校驗電氣設(shè)備的動穩(wěn)定性。在高壓電網(wǎng)中為： （33）在低壓電網(wǎng)中為： （34） 4. 短路容量 Sd在短路計算和電氣設(shè)備選擇時，常通勤短路牢直的概念，它定義為短路回路的電源電壓Ud和短路電流

15、Jd所構(gòu)成的三相視在功率，即= （35）額定電壓下的最大開斷電流 Ioc表示，或者用額定斷容量來表示，即Soc =UNIoc, 它應(yīng)大于電網(wǎng)的短路容量才能選用。 三、礦井高壓電網(wǎng)短路計算 在煤礦企業(yè)的供電系統(tǒng)中，大多屬于無限大電源容重系統(tǒng)。對無限大電源容量系統(tǒng)短路電流的計算方法常用歐姆法和標么制法。有限大電源容量系統(tǒng)短路電流計算，一般采用查串線和查表法。 這里只介紹最簡單的歐姆法，又稱有名制法，即根據(jù)電源電壓及回路阻抗按歐姆定律什算。因其在短路計算的阻抗，都采用有名單位“歐姆”而得名占 計算的主要任務(wù)是求出短路意態(tài)電流lss = Id (含三相和兩相)、沖擊電流Iim 、沖擊電流有效值Ii 和

16、短路容量Sd的具體數(shù)據(jù)。 在高壓電路的短路電流計算時，通?？傠娍筙遠比總電阻R大，所以一般只計電抗，不計電阻。在計算低壓側(cè)短路時，也只有當R X/3時，才需計人電阻。 1. 高壓電網(wǎng)短路計算的基本公式 高壓電網(wǎng)短路計算的基本公式如下 式中 Id（3）穩(wěn)態(tài)三相短路電流，kA； Uc一一短路點所在處線路的平均電壓，kV； Xz短路回路的總電抗 Id（2)穩(wěn)態(tài)兩相短路電流，kA，Id（2)；的表達式可由對稱分量法導(dǎo)出。 為了簡化計算，式 (3_6)中的電源電壓通常采用各級線路始末兩端額定電壓的平均值，用“Uc”表示，稱為平均額定電壓。由于線路首端發(fā)生短輯時，危害最大，因此Uc一般接線路首端電壓考慮，

17、其取值比線路額定電壓UN高5%。其數(shù)據(jù)見表3l。表 31 標準電壓等級的平均電壓值標準電壓 (kV)0. 1270.320.38o.66LX461035平均電壓 Uc(kV)0. 1330.23o.40.691. 26.310.537 2. 短路電流的計算步驟 (1)繪制短路計算電路圖，選定短路計算點 要計算短路電流，首先必須繪制出短路計算電路圖，如圖32所錄。在計算電路國上，只需繪制出與短路計算有關(guān)的元件及線路，并在國中標出與短路計算有關(guān)的參數(shù)，再將各元件和線路依次編號。然后，選定并標出所需計算的短路計算點，短路計算點的選擇，要使需進行短路校驗的電氣設(shè)備有最大可能的短路電流通過。 短路計算的

18、是否合理，關(guān)鍵在于短路計算點的選擇是否合理。這是因為短路計算的目的，主要是用來選擇和校驗電器和導(dǎo)體。為了使電器和導(dǎo)體選擇的安全可靠，因此作為選擇校驗用的短路計算點應(yīng)選擇為使電器和導(dǎo)體可能通過最大短路電流的地點。一般來講，用來選擇校驗高壓側(cè)設(shè)備的短路計算，應(yīng)選高壓母線為短路計算點；用來選擇校驗低壓側(cè)設(shè)備的短路計算，應(yīng)選低壓母線為短路計算點。但是，如果線路上裝設(shè)有限電抗器 (專用來限制短缸電流的電抗器)，則用來選擇校驗該線路設(shè)備的短路計算點，應(yīng)選在限流電抗器之后。 (2)繪制計算用的等效電路圖 按照所選擇的短，路計算點，用電抗符號表示電路中的各電氣設(shè)備 (元件)，如圖33所示在等效電路國上，只需將

19、被計算的短路電流所經(jīng)過的一些元件繪出，并標明其編號和電抗值，其中分數(shù)的分子為標編號，分母為計算出的元件電抗值。根據(jù)等效電路就可以計算短路回路的總電抗和各短路參數(shù)。(3)元件電抗的計算 I)系統(tǒng)電抗XSY。有兩種計算方法。如果上，級供電部門提供了電源母線上的短路容量，則系統(tǒng)電抗可由下式求得： 如果不知 Sd，而知電源線出口斷路器的斷流容量 Soc，由于Soc可以看做是電力系統(tǒng)供電母線上的極限短路容量，故XSY可接下式求得： (38)知識拓展 Soc為斷路器的斷流容量，可查有關(guān)手冊得到。如果只有斷路器的開斷電流I，則其流容量 Soc=IocUN ，共中 UN 為斷路器的額定電壓。 2)電力架空線路

20、和電纜線路的線路電抗X?？捎山o定截面和線距的架空線或給定截L面積和電壓的電纜線單位長度電抗Xo的值求得： XW=XOL (3-9)式中 Xo導(dǎo)線或電纜單位長度的電抗。其值與導(dǎo)線直徑和相間距離等因素有關(guān)，不同電壓等級的各種線路電抗平均值因為同類線路的電抗值一般變動范圍不大， 故可采用以下每相平均單位電抗值： 6kv及以上高壓架空線路 Xo = 0.4/ km; 6 I0 kV 電纜線路 Xo =0.08/ km；。 L架空線或電纜線路長度 km。 3)電力變壓器的電抗XT。可由變壓器的短路電壓百分數(shù) (即阻抗電壓)UK來近似計算。由 UK的定義可知： 式中 ZT-一 變壓器等效阻抗，； ST變壓

21、器額定容量，MV.A； UNT變壓器額定電壓，kV； INT變壓器額定電流，kA。由于容量較大的變壓器其電阻遠小于電抗，故變壓器電抗T就近似等于其阻抗Z，則有： （311）式中用 bc的原因是因為變壓器的電抗，垃折算到短路點所在的線路電壓等級，以便計算短路電流。 4)電抗器的電抗。電抗器是用來限制短路電流的電器，其電抗值公式為： （312）式中 Xr電抗器的電抗，； Xr電抗器的百分數(shù)電抗，給出電抗器的電抗百分值，可查電抗器的技術(shù)參數(shù)，一般x%約為3% 10%； Unt電抗器的額定電壓，kV； INT電抗器的額定電流，kA。 注意 變壓器的阻抗電壓和電抗可直接從其技術(shù)參數(shù)表中查出。 5)元件電

22、抗的折算。在計算短路回路的總阻抗時，短路回路中各元件所在線路可能不屬同一電壓等級，所以還應(yīng)把不同電壓等級電路的元件阻抗折算到短路點所在電路的電壓等級上，然后才能進行總阻抗的計算。阻抗的折算應(yīng)滿足折算前后元件消耗的功率不變原則進行。因此，由無功功率損耗公式 厶Q= U2/ X可知，元件的電抗是與電壓的平方成正比的，所以折算的電抗為 (帶“*”者為折算后的參數(shù))： （313） 式中 X*折算后電抗，； X折算前電路元件實際電抗，； Uc1 元件所在電網(wǎng)的平均電壓，kV； Uc2短路點所在電網(wǎng)的平均電壓，kV。 就短路計算中的幾個主要元件來說，只有電力線路的電抗有時需要折算，例如在國32中計算d2點

23、的短路參數(shù)時。架空線 (2)的電抗就需要折算到6.3 kV級。對于系統(tǒng)電抗和電力變壓器電抗，由于它們的計算公式中均含有 Uc2，因此在實際計算時只需代人短路點所在線路的平均電壓，就相當于其電抗已經(jīng)折算到短路點所在線路的電壓級別了。 車考慮電阻的短路計集中，折算的原則、方法與電抗相同。 (4)把短路回路化街和將不同電壓等級元件阻抗折算后，就可計算短路回路的總阻抗。按串、并聯(lián)法計算各短路點短路回路總電抗X, 單位是，并代人式 (3_6)中計算各短路參數(shù)。知識拓展 確定短路點的原則：若需要計算、選擇與校驗電氣設(shè)備所需的短路參數(shù)，以及計算繼電保護裝置整定值所需的短路參數(shù)時，就應(yīng)將短路點定在該電氣設(shè)備或

24、保護裝置與電網(wǎng)連接的母絨i處；如果需要計算、枚驗保護裝置靈敏度所需的短路參教時，則應(yīng)將短路點定在讀保護裝置保護范圍的最遠點。 例31 蕎供電系統(tǒng)接線圖如圖32所示，各元件參數(shù)如圖所示，求在d1，d2點發(fā)生三相短路時的各短路參數(shù)。 解：(1)求dl點的短路參數(shù) 1)繪制等效計算圖如圖 33所示。 2)元件電抗的計算如下：系統(tǒng)電抗由式 (38)可得： 架空線電抗由式 (3一10)可得： 3)dl點短路回路總電抗為 ： 4) dl點短路參數(shù)式由式（36）可得： (2)求dz點的短路參數(shù)1)繪制等效計算圖如圖 33b所示。2)元件電抗的計算如下：系統(tǒng)折算電抗由式 (313)可得： 架空線折算電抗由式

25、(3l3). 可得： 變壓器電抗由式 (3一11)可得： 電緙線電抗由式(3一9)可得： 3) dz點短破回路總電抗為： 4)d2點的短路參數(shù)由式. (3_6)可得： 將上述計算結(jié)果列入表32 中。 短路計算點 短路電流 (kA) 短路容量 (MVA) Id（3） Iim Iim Id（2） d1 d2 3.4 3.22 3.22 8.67 8. 21 5.17 4.89 2.94 2.79 218 35 表 32 倒 31短路計算結(jié)果 四、井下低壓電網(wǎng)短跆電流的計算 1.計算井下低壓電網(wǎng)短路電流的特點和要求 煤礦井下低壓電網(wǎng)是中性點絕緣的供電系統(tǒng)，只可能發(fā)生三相短路或兩相短路，為此井下低壓電

26、網(wǎng)需計算的短路參數(shù)只有 Id（3）、和Id（2）兩個。其中 ，最大三相短路電流主要用來校驗設(shè)備及電纜的分斷能力及熱穩(wěn)定；最小兩相短路電流主要用來校驗保護裝置的靈敏度。 井下低壓電網(wǎng)的短路計算與高壓電網(wǎng)的短路計算有以下幾點不同.： 1)元件電阻不能忽略煤礦井下供電電網(wǎng)為電纜線路，其電阻比電抗大。所以在計算井下電網(wǎng)，尤其是計算低壓電網(wǎng)的短路電流時，必須考慮電阻。其單位長度電阻ro，據(jù)電纜截面.查有電工手冊得出廠再乘以電纜的長度即得電纜電阻。 電纜電阻也可以接下式計算： 式中 L線路長度，m ； A導(dǎo)線截面積，mm2； sc電導(dǎo)率，m/(mm2)。注意 在計算井下低壓最小兩相短路電流時，需考慮電攬在

27、經(jīng)路負荷電流而使溫升高，造成電導(dǎo)率下降以及囚多股級使電增大等因素。所以，電纜的電 阻應(yīng)按最高工作溫度下的電導(dǎo)率計算，其值見表33。 (2)井下低壓 纜的電抗可由式 (310)求得，平均電抗x.o取 0.06 - 0.08 /km。 (3)考慮電弧電阻，Rea= 0.01。 (4)井下變壓器阻抗的計算 井下變壓器因容量小，故每鵒組的電阻也大于電抗，敵不能角計算其阻&I公式來訃算電抗。其完整的公式為： 式中 PNt_變壓器的短路損耗銅損)，W、PNt設(shè)備產(chǎn)品樣本提供； UNt變壓器二次額定電壓，kV。 實際計算時.礦用變壓器的每相電阻和電抗，可直接由有關(guān)電工手冊查出。 (5)需計算的琿路參數(shù)與短路

28、點 井下低壓電網(wǎng)采用中性點不直接接地的運行方式,短路故障只有三相短路和兩相短路兩種類型。短路回路電壓與每相阻抗相同的情況，三相短路電流大于兩相短路電流。 由于線路始端的三相短路電流值最大，末端的兩相短路電流值最小，故短路計算點通常選擇在各捍電纜線路的始、末端。距離很近的放射式饋出線始端可只選一個短路計算點。 2.井下低壓電網(wǎng)的短路計算方法和步驟 井下低壓電網(wǎng)短路電流可以用解析法或表格法求出，丙種方法的實質(zhì)都是歐姆定律的應(yīng)用。表格法較為簡單，使用時可參考有關(guān)資料，這里主要介紹解析法。 對無限大電源容量系統(tǒng)發(fā)生三相短路時，其短路屬對稱短路，解析法計算三相短路電流的基本公式為： （316）計算同一短

29、路短路電流的公式為： （317） 式中 UC短路點所在線路的平均電壓，kV； Z短路回路的每相總阻抗； R短路回每相總電阻，; X短路回路每相總電抗，。例 32 某井低壓供電系統(tǒng)如圖 3_4所示。其中電纜 W1為 6kV鋁芯鎧裝電纜，相組額定電壓為 660 V，變壓器的Uk =4.5%，Pnt = 6070 W，線路參數(shù)如圖示。試計算 d點的最小兩相短路電流。解：(1). 根據(jù)題意繪出籌效計算圖如圖 35所示。 圖 35 等效計算圈(2)各元件阻抗計算1)系統(tǒng)折算電抗為： 2) 電纜W1 折算阻抗為： 3)變壓器阻抗由式 (3一15)求得； 4) 電纜W2 的阻抗為： 5) 電纜W3 的阻抗為

30、： 6) 電纜W4 的阻抗為： (3)d點短路時回路總阻抗為： (4)d點兩相短路電流為： 第三節(jié) 短路電流的效應(yīng)和穩(wěn)定度校驗 當供電系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，通過導(dǎo)體的短路黽流要比正常：上作電流大很多倍。雖然有繼電保護裝置能在很短時間內(nèi)切除故障，但短路電流通過電氣設(shè)備及載流導(dǎo)體時，導(dǎo)體的溫度仍有可能被加熱到很高的程度，導(dǎo)致電氣設(shè)備的損壞。短路電流通過電氣設(shè)備及載流導(dǎo)體時，一方面要產(chǎn)生很大的電動力，即電動力效應(yīng)；另一方面要產(chǎn)生根高的熱量，即熱效應(yīng)。 一、短路電流的力效應(yīng) 由電工基礎(chǔ)可知，供電系統(tǒng)中的串氣設(shè)備和載流導(dǎo)體，當電流流過時相互間存在作用力，即一相電流所產(chǎn)生的磁場對其他相電流的作用力，圭稱為電

31、動力。正常時因負載電流不大，所以電動力很小。當系統(tǒng)某處發(fā)生短路時，特別是流過沖擊電流的瞬間，產(chǎn)生的電動力最大，可能導(dǎo)致導(dǎo)體永久變形或設(shè)備被破壞。所以，要求電氣設(shè)備和載流導(dǎo)線必須具有足夠的承受短路電動力的能力，即動穩(wěn)定性，才能可靠地工作。二、電氣設(shè)備的動穩(wěn)定校驗 在供電設(shè)計中 3 選擇電氣設(shè)備必須用相應(yīng)的短路參數(shù)來進行其動穩(wěn)定校驗。需要進行此項校驗的電氣設(shè)備有：斷路器、負荷開關(guān)、隔離開關(guān)、電抗括、電流互感器、母線、支柱絕緣子、套管絕緣子等。 由于三相短路電流的沖擊值比兩相短路電流沖擊值大，即iim（3）= 1. l5iim（2），所以三相短路比兩相短路的電動力也大1. 15倍。因此，對電氣設(shè)備和

32、導(dǎo)體的電動力校驗，均用三相短路電流沖擊值進行校驗。 各種電氣設(shè)備如斷路器、成套配電裝置的導(dǎo)體機械強度、截面和布置方式、幾何尺寸出廠時都已確定。為了便于選用，制造廠家對其通過設(shè)：計計算和試驗，并在產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)中直接給出了電氣設(shè)備允許通過的最大電流峰值，這一 電潦：為電氣設(shè)備的動穩(wěn)定電流，用符號ies表示。有的廠家還給出了允許通過的最大電流有效值，用符號Ies表示。電氣設(shè)備動穩(wěn)定校驗必須滿足的條件是； iesiim (3-18) 或者 Ies1im (3-19 )即設(shè)備通草的革大電流峰值ies“(或有值Ies)應(yīng)大于或等于短路電流沖擊值iim (或沖擊電對于母線。還應(yīng)計算母線流過1im時所受的最大

33、應(yīng)力，它必須小于或等于該母線材料的允許應(yīng)力。 三、路電流的熱效應(yīng) 在導(dǎo)體通過正常負荷電流時，導(dǎo)體要產(chǎn)生一定的電能損耗：o 這種電能轉(zhuǎn)換熱能，一方面使導(dǎo)體溫度升高，另一方面向周圍介質(zhì)散熱，當兩種作達到平衡時，導(dǎo)體就維持一定的溫度值。 當電路發(fā)生短路時，極大的短路電流將使導(dǎo)體溫度迅速升高。由于短路保護裝置的作用，短路電流通過導(dǎo)體的時間很短，通常在數(shù)秒鐘以內(nèi)，熱量來不及向周圍介質(zhì)擴散。因此，可以認為在短路過程中，導(dǎo)體處在絕熱狀態(tài)，短路電流在導(dǎo)體中產(chǎn)生的熱量，全部用來使導(dǎo)的溫度升高。在教秒鐘之內(nèi)，設(shè)備與導(dǎo)體的溫度可能升得很高麗導(dǎo)致破壞。如果導(dǎo)體及設(shè)備在短路的最高溫度不超過設(shè)計規(guī)程的允許溫度 (范圍為

34、120 400)，則認為該導(dǎo)體及設(shè)備對短路電流是熱穩(wěn)定的，否則就不滿足熱穩(wěn)定的要求。所以，凡是有可能流過短路電流的導(dǎo)體及設(shè)備，都應(yīng)進行熱穩(wěn)定校驗。四、電氣設(shè)備的熱穩(wěn)定校驗 1. 短路時導(dǎo)體的最高允許溫度 發(fā)生短路時，短路電流通過電器和載流導(dǎo)體，引起發(fā)熱，將使導(dǎo)體的溫度不斷升高，直至故障被切除為止。在短路過程中，決定導(dǎo)體的允許最高發(fā)熱溫度的主要因素是導(dǎo)體的機械強度，導(dǎo)電接觸部分的工作可靠程度和所用絕緣材料的耐熱性能，根據(jù)我國高壓配電裝置設(shè)計技術(shù)規(guī)程中的規(guī)定，在短路時導(dǎo)體的最高允許溫度見表 34。 表 34 熱穩(wěn)定系數(shù) C的值 導(dǎo)體種類和材料 最高允許溫度 (C) C 母線 鋼 鋁 鋼 (不直接與設(shè)備連接) 鋼 (直接與設(shè)備連接) 320 220 420 320 197 97 66 G2 電纜 (10 kV以下) 油竊紙絕緣銅芯 油費紙絕緣鋁芯 銅芯橡膠絕緣 鋁芯植膠絕緣 鋼芯災(zāi)球聚乙烯絕緣 鋁芯交聯(lián)聚乙烯絕緣 250 200 200 200 230