工廠供電__短路電流計算課件

1、第三章 短路電流計算一、短路及其原因、后果 1. 概 述 定義： 短路(short circuit):電力系統(tǒng)中一切不正常的相與相之間或相與地之間直接金屬性連接或經(jīng)小阻抗連接，產(chǎn)生超出規(guī)定值的大電流的情況。正常的電力系統(tǒng)中，除中性點之外，相與相和相與地之間是絕緣的，不論由于何種原因使絕緣遭到破壞,不同電位的導(dǎo)電部分之間的低阻抗短接而構(gòu)成通路，即所謂電力系統(tǒng)發(fā)生了短路故障。 1）電氣絕緣損壞 2）誤操作 3）自然災(zāi)害（雷電、大風(fēng)、雨雪、地震、鳥獸害等） 一、短路及其原因、后果 1. 概 述 原因：一、短路及其原因、后果 1. 概 述 后果： （1） 短路的電動效應(yīng)和熱效應(yīng) （2） 電壓驟降 （3

2、） 造成停電事故 （4） 影響系統(tǒng)穩(wěn)定 （5） 產(chǎn)生電磁干擾二、短路的類型 1. 概 述 1）三相短路：供配電系統(tǒng)三相導(dǎo)體間的短接；對稱短路，其他均為非對稱短路。 2）兩相短路：三相供配電系統(tǒng)中任意兩相導(dǎo)體間的短接；二、短路的類型 1. 概 述 3）單相接地短路：供配電系統(tǒng)中任一相經(jīng)大地與中性點或與中線發(fā)生的短路。二、短路的類型 1. 概 述 4）兩相接地短路：中性點不接地系統(tǒng)中，任意兩相發(fā)生單相接地而產(chǎn)生的短路。三、計算短路電流的目的1. 概 述 （1） 選擇和校驗電氣設(shè)備 （2） 繼電保護裝置的整定計算 （3） 設(shè)計時不同方案的技術(shù)比較電力系統(tǒng)中，發(fā)生在中性點接地系統(tǒng)中的單相短路電流有可能

3、最大，而在中性點接地系統(tǒng)中都采取了限制單相短路電流的措施，因此，單相短路電流不可能最大。一般企業(yè)電網(wǎng)都是中性點不接地的635kV電網(wǎng)，距電源較遠，因而實際上三相短路電流最大，造成危害也最重，所以短路電流計算的重點是三相短路電流計算。2. 無限大容量電源系統(tǒng)供電時短路過程的分析 一、無限大容量電源供電系統(tǒng)的概念 在發(fā)生短路時，發(fā)電機發(fā)生的電磁暫態(tài)變化過程復(fù)雜，為簡化分析，假設(shè)發(fā)生在無限大容量系統(tǒng)中。無限大容量電源，就是內(nèi)阻抗為零的電源。當(dāng)電源內(nèi)阻抗為零時，不管輸出的電流如何變動，電源內(nèi)部不產(chǎn)生壓降，電源母線上的輸出電壓維持不變，相當(dāng)于一個理想的電壓源。 目的：簡化短路計算特征：Ss=； Zs=0

4、； Us=const無限大容量只是一個相對概念。指電源系統(tǒng)的容量相對于用戶容量來說大得多（具有合理性），在發(fā)生三相短路時電源系統(tǒng)的內(nèi)阻抗遠遠小于短路回路的總阻抗，以致無論用戶負荷如何變化甚至發(fā)生短路，系統(tǒng)的母線電壓都能基本維持不變（誤差在允許范圍）。2. 無限大容量電源系統(tǒng)供電時短路過程的分析 一、無限大容量電源供電系統(tǒng)的概念 目的：簡化短路計算特征：Ss=； Zs=0； Us=const 在工程計算中，當(dāng)電源系統(tǒng)的阻抗不大于短路回路總阻抗的5%10%，或者電源系統(tǒng)的容量超過用戶容量的50倍時，可將其視為無窮大電源系統(tǒng)。2. 無限大容量電源系統(tǒng)供電時短路過程的分析 二、短路過程的簡單分析 短路

5、發(fā)生后，系統(tǒng)就由工作狀態(tài)經(jīng)過一個暫態(tài)過程，然后進入短路后的穩(wěn)定狀態(tài)。電力系統(tǒng)的短路故障往往是突然發(fā)生的。 發(fā)生短路后，由于負荷阻抗和部分線路阻抗被短路，所以電路電流要突然增大； 但由于電路中存在電感，電流不能突變，引起一個過渡過程。 由于暫態(tài)過程中的短路電流比起穩(wěn)態(tài)值要大很多，所以暫態(tài)過程雖然時間很短，但它對電器設(shè)備的危害卻遠比穩(wěn)態(tài)短路電流要嚴(yán)重得多。二、短路過程的簡單分析 右邊：變成無源短路回路零輸入響應(yīng)，電流將從短路瞬間的值不斷衰減，直至所有磁場能量變?yōu)殡娮柚邢牡臒崮埽措娏魉p為零。（不予深入討論）左邊：與電源相連的短路回路分析全響應(yīng)；短路后，每相阻抗變小，其穩(wěn)態(tài)電流值必將增大；但由于

6、存在電感，故電流不能突變，將出現(xiàn)非周期分量電流，非周期分量電流不斷衰減，電流最終達到穩(wěn)態(tài)值。短路暫態(tài)過程的分析和計算就是針對這一回路的。無限大容量系統(tǒng)，在f點發(fā)生三相短路時，電路被分成兩個獨立的回路。左邊回路仍與電源相連接，右邊回路則沒有電源。二、短路過程的簡單分析 正常運行：等效成單相電路分析電源相電壓：運行電流：電流幅值：阻抗角 正常運行： 三相短路分析： 定性分析故障點右側(cè)，沒有電源，電流衰減到零；故障點左側(cè)有電源，阻抗突變Z,I；I不突變，將出現(xiàn)一個非周期分量電流來維持其原有電流，這個非周期分量電流的初始值就是短路瞬間回路中的負載電流和短路后回路應(yīng)達到的電流之差；故障電流將不斷衰減（暫

7、態(tài)過渡過程），最終達到穩(wěn)定值。 三相短路分析： 定量分析一階常系數(shù)、線性非齊次微分方程該方程式的解就是短路的全電流，它由兩部分組成：第一部分是方程式的特解，代表短路電流的周期分量；第二部分是對應(yīng)齊次方程的一般解，代表短路電流的非周期分量。根據(jù)該微分方程如何求取短路的全電流？由初始條件決定，即在短路瞬間t=0時，短路前工作電流與短路后工作電流相等。非周期分量，自由分量，按指數(shù)衰減，最終為0周期分量，穩(wěn)態(tài)分量 短路電流周期分量幅值； 短路回路阻抗角； 短路回路衰減時間常數(shù)； 積分常數(shù)，短路電流非周期分量初始值 定量分析積分常數(shù)C由初始條件決定，根據(jù)楞次定律，通過電感的電流是不能突變的，即短路前后瞬

8、間的電流值必須相等，即： 三相短路分析： 定量分析非周期分量初始值短路全電流周期分量強制分量：由無窮大系統(tǒng)的電源電壓和回路阻抗決定，周期分量電流幅值不變；其中周期分量與電源具有相同的變化規(guī)律，依然是正弦信號，且頻率與電源相同；非周期分量自由分量：按指數(shù)衰減，與電源無關(guān)。 三相短路分析： 定量分析短路全電流周期分量強制分量：由無窮大系統(tǒng)的電源電壓和回路阻抗決定，周期分量電流幅值不變；其中周期分量與電源具有相同的變化規(guī)律，依然是正弦信號，且頻率與電源相同；非周期分量自由分量：按指數(shù)衰減，與電源無關(guān)。無限大容量系統(tǒng)三相短路時短路電流的變化曲線檢驗學(xué)習(xí)結(jié)果什么是無限大容量電源供電系統(tǒng)？短路全電流包含哪

9、些分量？何種條件下，短路全電流達到最大？無限大容量電源供電系統(tǒng)發(fā)生三相短路時，電流如何變化？如何求解高低壓系統(tǒng)的短路沖擊電流和短路沖擊電流的有效值？i, u 無限大容量系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的電壓、電流曲線如下圖：在電源電壓及短路地點不變的情況下，要使短路全電流達到最大值，必須具備以下的條件： 產(chǎn)生最大短路電流的條件：短路前為空載，即 ，此時 。設(shè)線路的感抗 比電阻 大得多，即短路阻抗角 。短路發(fā)生在某相電壓瞬時值過零值時，即當(dāng) 時，初相角 。由于三相短路中各相電壓的相位差為120度，發(fā)生三相短路時，各相短路電流的非周期分量和周期分量的初始值并不相等，因此并不是每相都會出現(xiàn)最大短路電流，最大短路電

10、流只會在一相出現(xiàn)。 最大短路電流：代入全電流公式2. 無限大容量電源系統(tǒng)供電時短路過程的分析 三、三相短路的有關(guān)物理量短路沖擊電流（short-circuit shock current），為短路全電流中的最大瞬時值。 短路電流是穩(wěn)態(tài)分量和暫態(tài)分量之和。穩(wěn)態(tài)分量從0開始按正弦規(guī)律變化，暫態(tài)分量從最大值起，按指數(shù)規(guī)律衰減。它們疊加在一起就有一個最大值，稱為短路沖擊電流。 由全電流曲線可以看出，短路沖擊電流出現(xiàn)在故障后約半個周期（當(dāng)f=50Hz，這個時間約為短路發(fā)生后0.01s出現(xiàn)）。 短路沖擊電流 ： 短路沖擊電流 ：短路沖擊電流（short-circuit shock current），為短路

11、全電流中的最大瞬時值。 三、三相短路的有關(guān)物理量 短路電流沖擊系數(shù) ：對于純電阻電路，取1；對于純電感性電路，取2；因此，介于1和2之間。高壓供電系統(tǒng)：低壓供電系統(tǒng)：意味著不產(chǎn)生非周期分量意味著非周期分量不衰減校驗設(shè)備動穩(wěn)定 短路全電流有效值 ：三、三相短路的有關(guān)物理量在短路暫態(tài)過程中，任一時刻t的短路電流有效值，是以時間t為中點的一個周期內(nèi)的周期分量 的有效值 和非周期分量 在t時刻瞬時值 的均方根值。 短路沖擊電流有效值 ：t=0.01s時短路全電流達到最大，此時的電流有效值成為短路沖擊電流有效值。三、三相短路的有關(guān)物理量 短路沖擊電流有效值 ：t=0.01s時短路全電流達到最大，此時的電

12、流有效值成為短路沖擊電流有效值。三、三相短路的有關(guān)物理量高壓供電系統(tǒng)：低壓供電系統(tǒng)： 穩(wěn)態(tài)短路電流有效值 ：三、三相短路的有關(guān)物理量無限大容量系統(tǒng)發(fā)生三相短路時，短路電流周期分量有效值保持不變。t=時，非周期分量早已衰減完畢，短路全電流就只有短路電流的周期分量，稱為穩(wěn)態(tài)短路電流。三、有關(guān)短路的物理量 短路電流周期分量：短路電流非周期分量： 短路全電流： 短路沖擊電流： 短路穩(wěn)態(tài)電流： 短路沖擊電流有效值： 3. 無限大容量電源條件下短路電流的計算方法 在無限大容量電源供電系統(tǒng)中發(fā)生三相短路時，短路電流的周期分量的幅值和有效值是不變的。 如何計算穩(wěn)態(tài)短路電流（短路電流周期分量）？有名值法（歐姆法

13、）標(biāo)幺值法有名值法（歐姆法）穩(wěn)態(tài)短路電流的計算方法無限大容量電源內(nèi)部阻抗很?。?）母線電壓近似不變 有名值計算式：短路點的短路計算電壓（平均額定電壓），取比線路額定電壓高5%。0.220.383610351102203305000.230.43.156.310.537115230345525短路計算中，電氣設(shè)備各元件的阻抗及其它電氣參數(shù)用有名單位（歐姆、伏、安）來計算。 有名值法（歐姆法）穩(wěn)態(tài)短路電流的計算方法 阻抗取值電源至短路點之間的總電阻和總電抗（已歸算至短路點所在段的平均額定電壓等級下）。允許簡化。高壓供電系統(tǒng)中，總是 ，因此一般只計電抗，不計電阻。此時誤差在允許范圍內(nèi)。 高壓系統(tǒng)中，

14、穩(wěn)態(tài)短路電流計算近似式：* 電路中含有變壓器時，各元件的阻抗都要統(tǒng)一換算到短路點的短路計算電壓上去。需考慮變壓器變比和參數(shù)的歸算問題，不方便。穩(wěn)態(tài)短路電流的計算方法 高壓系統(tǒng)中：關(guān)鍵在于求出 的值 求解有兩種方法： （1） 有名值法 （2） 標(biāo)幺值法標(biāo)幺值法有名值法通常用于低壓系統(tǒng)，標(biāo)幺值法用于高壓系統(tǒng)中。在高壓網(wǎng)絡(luò)中計算短路電流時采用標(biāo)幺值最方便，無需考慮變壓器變比和電氣設(shè)備參數(shù)的歸算問題。3. 無限大容量電源條件下短路電流的計算方法 一、標(biāo)幺值法1、某物理量的標(biāo)幺值定義基于基準(zhǔn)值的標(biāo)幺值會遇到哪些物理量？注：標(biāo)幺值是一個沒有單位的相對值，通常用帶*的上標(biāo)以示區(qū)別。基準(zhǔn)容量、基準(zhǔn)電壓、基準(zhǔn)電

15、流、基準(zhǔn)阻抗3. 無限大容量電源條件下短路電流的計算方法 一、標(biāo)幺值法2、基準(zhǔn)值的選取 電壓基準(zhǔn)值：短路點所在段的網(wǎng)絡(luò)平均電壓 容量基準(zhǔn)值：采用10的次方。實際應(yīng)用：原則：可任意選擇通常選定 、基準(zhǔn)容量、基準(zhǔn)電壓、基準(zhǔn)電流、基準(zhǔn)阻抗在實用短路電流計算中可以近似認(rèn)為電氣設(shè)備（除電抗器外）的額定電壓與所在電壓等級的平均額定電壓相等。3. 無限大容量電源條件下短路電流的計算方法 二、供電系統(tǒng)中各元件電抗標(biāo)幺值的計算在高壓供電系統(tǒng)中，影響短路電流的主要電器元件有發(fā)電機或電力系統(tǒng)、變壓器、電抗器以及線路。在計算這些元件的阻抗時，為了簡化起見，通常做一些不影響計算精度的假設(shè)：首先將磁路的飽和及磁滯等忽略不

16、計，各種線性化處理可認(rèn)為各元件的阻抗是恒定的，便于運用疊加原則；其次認(rèn)為短路均為金屬性短接，這種理想化處理，可不考慮短路點可能存在的過渡電阻影響；第三，在高壓供電系統(tǒng)中，由于電阻往往較電抗小得多，常?？梢院雎噪娮璧挠绊?。3. 無限大容量電源條件下短路電流的計算方法 二、供電系統(tǒng)中各元件電抗標(biāo)幺值的計算1、輸電線路電力線路阻抗有名值：給定參數(shù)：電力線路長度、單位長度電阻和電抗二、供電系統(tǒng)中各元件電抗標(biāo)幺值的計算1、輸電線路圖3-5 多級電壓的供電系統(tǒng)示意圖 若線路電抗與短路點在同一電壓等級下 多級電壓系統(tǒng)中多級電壓系統(tǒng)中，上式是否成立呢？ 若短路發(fā)生在第四區(qū)段4WL內(nèi)，選擇基準(zhǔn)容量為 ，各級基準(zhǔn)

17、電壓分別為 。 換算到短路點電壓等級的等效電抗 換算到短路點電壓等級的等效電抗標(biāo)幺值用基準(zhǔn)容量和元件所在電壓等級的基準(zhǔn)電壓計算的阻抗標(biāo)幺值，和將元件阻抗換到短路點所在的電壓等級，再用基準(zhǔn)容量和短路點所在電壓等級基準(zhǔn)電壓計算的阻抗標(biāo)幺值相同結(jié)論：不論短路發(fā)生在哪一電壓等級區(qū)段，各段元件參數(shù)的標(biāo)幺值只需用元件所在級的平均電壓作為基準(zhǔn)電壓來計算，而無需再進行電壓折算。選取了短路段的平均電壓為基準(zhǔn)電壓后，各元件電抗的標(biāo)幺值就只與元件所在段的平均電壓有關(guān)，與短路點發(fā)生在哪一段無關(guān)。二、供電系統(tǒng)中各元件電抗標(biāo)幺值的計算2、變壓器變壓器阻抗有名值：電阻很小，可以忽略不計給定參數(shù)：額定容量和短路電壓百分?jǐn)?shù)換算

18、到變壓器一次側(cè)的等值阻抗變壓器通過額定電流時在阻抗上產(chǎn)生的電壓降的百分?jǐn)?shù)。給定參數(shù)：電抗器的額定電壓、額定電流、電抗百分?jǐn)?shù)用來限制短路電流的電感線圈電抗器電抗有名值為： 注意：安裝電抗器的網(wǎng)路電壓不一定和電抗器的額定電壓相等。二、供電系統(tǒng)中各元件電抗標(biāo)幺值的計算3、電抗器1）給定參數(shù)：電力系統(tǒng)電抗有名值Xs2）給定參數(shù)：電力系統(tǒng)出口斷路器斷流容量3）給定參數(shù)：電力系統(tǒng)出口處的短路容量若電力部門提供相關(guān)參數(shù)，則考慮二、供電系統(tǒng)中各元件電抗標(biāo)幺值的計算3、電源3. 無限大容量電源條件下短路電流的計算方法 三、求電源至短路點的總阻抗 計算出每個元件的電抗后，就可以畫出由電源至短路點的等效電路圖。圖3

19、-6就是圖3-5的等效電路圖。求總電抗時，可根據(jù)元件間的串、并聯(lián)關(guān)系求出總的電抗標(biāo)幺值 。 圖3-6 圖3-5所示系統(tǒng)的等效電路圖 圖3-5 多級電壓的供電系統(tǒng)示意圖 3. 無限大容量電源條件下短路電流的計算方法 四、短路參數(shù)的計算 高壓系統(tǒng)中，穩(wěn)態(tài)短路電流計算近似式：取 短路容量3. 無限大容量電源條件下短路電流的計算方法 四、短路參數(shù)的計算供電系統(tǒng)的短路電流大小與系統(tǒng)的運行方式有很大的關(guān)系。系統(tǒng)的運行方式可分為最大運行方式和最小運行方式。最大運行方式下電源系統(tǒng)中發(fā)電機組投運多，雙回輸電線路及并聯(lián)變壓器均全部運行。此時，整個系統(tǒng)的總的短路阻抗最小，短路電流最大；最小運行方式下由于電源中一部分

20、發(fā)電機、變壓器及輸電線路解列，一些并聯(lián)變壓器為保證處于最佳運行狀態(tài)也采用分列運行，這樣將使總的短路阻抗變大，短路電流也相應(yīng)地減小。在用戶供電系統(tǒng)中，用最小運行方式求 ,供繼電保護校驗靈敏度用。 實驗安排1. 時間：3月29日，周四，上午1-2節(jié)2. 地點：實驗樓C1073. 內(nèi)容：變電站電氣設(shè)備及工廠電氣主接線4. 指導(dǎo)老師：田 永 剛5. 要求：所有同學(xué)必須準(zhǔn)時到實驗室，聽從老師安排，認(rèn)真進行實驗，并完成實驗報告。高壓供電系統(tǒng)： 短路沖擊電流 ：三相短路的有關(guān)物理量 短路沖擊電流有效值 ：低壓供電系統(tǒng)：學(xué)習(xí)與歸納有名值法（歐姆法）標(biāo)幺值法學(xué)習(xí)與歸納 如何計算穩(wěn)態(tài)短路電流（短路電流周期分量）？

21、 高壓系統(tǒng)中：基準(zhǔn)值： 電壓基準(zhǔn)值：短路點所在段的網(wǎng)絡(luò)平均電壓 容量基準(zhǔn)值：采用10的次方。標(biāo)幺值法學(xué)習(xí)與歸納各元件的電抗標(biāo)幺值：三相短路容量，用來校驗所選斷路器的斷流能力或斷開容量。3. 無限大容量電源條件下短路電流的計算方法 四、短路參數(shù)的計算 由短路回路總阻抗標(biāo)幺值計算短路電流標(biāo)幺值，再計算短路各量，即短路電流、沖擊短路電流和三相短路容量。 畫出短路電流計算系統(tǒng)圖；包含所有與短路計算有關(guān)的元件，并標(biāo)出各元件的參數(shù)和短路點； 畫出等效電路圖；每個元件用一個阻抗表示，電源用一個小圓表示，并標(biāo)出短路點，同時標(biāo)出元件的序號和阻抗值，一般分子標(biāo)序號，分母標(biāo)阻抗值； 選取基準(zhǔn)容量和基準(zhǔn)電壓，計算各元

22、件的阻抗標(biāo)幺值； 等效電路化簡，求出短路回路總阻抗的標(biāo)幺值；0.220.383610351102203305000.230.43.156.310.537115230345525設(shè)供電系統(tǒng)圖如圖3-7a所示，數(shù)據(jù)均標(biāo)在圖上，試求 處的三相短路電流。 圖3-7 例3-1的供電系統(tǒng)圖a) 電路圖例如1) 選處，取Uj1=6.3kV 則對于處，取Uj2=0.4kV 則2) 計算系統(tǒng)各元件阻抗的標(biāo)幺值，繪制等效電路圖，圖上按順序標(biāo)出其阻抗值。 解：圖3-7 例3-1的供電系統(tǒng)圖b）等效電路圖 3) 求電源點至短路點的總阻抗。 4) 求短路電流的周期分量，沖擊電流及短路容量。處的短路參數(shù)：最大運行方式時：

23、 最小運行方式時: 同理點的短路參數(shù)為：4. 低壓配電網(wǎng)中短路電流的計算一、低壓配電網(wǎng)短路電流計算的特點1kV以下 配電變壓器一次側(cè)可看作無窮大功率電源供電系統(tǒng)； 低壓配電網(wǎng)中電氣元件的電阻值較大，電抗值較小，多數(shù)情況只考慮電阻。 低壓配電網(wǎng)電氣元件的電阻多以毫歐計，因此用有名值法比較方便。 低壓配電網(wǎng)的非周期分量衰減快， 在11.3范圍。 可通過求出XR 比值后查相關(guān)曲線獲得，也可按下式計算:4. 低壓配電網(wǎng)中短路電流的計算二、低壓配電網(wǎng)中各主要元件的阻抗計算 電源至短路點的總阻抗(單位均為 ）包括變壓器高壓側(cè)系統(tǒng)、變壓器、低壓母線及配電線路等元件的阻抗；開關(guān)電器及導(dǎo)線等接觸電阻可忽略不計。

24、 二、低壓配電網(wǎng)中各主要元件的阻抗計算1、高壓側(cè)系統(tǒng)阻抗工程實用計算中，一般高壓側(cè)系統(tǒng)電抗 ，電阻 。 若需精確計算，歸算到低壓側(cè)的高壓系統(tǒng)阻抗可按下式計算： 配電變壓器高壓側(cè)的短路容量（MVA）通常配電變壓器一次側(cè)可作為無窮大功率電源供電系統(tǒng)，高壓系統(tǒng)阻抗一般可忽略不計。二、低壓配電網(wǎng)中各主要元件的阻抗計算2、配電變壓器歸算到低壓側(cè)的變壓器阻抗可按下式計算： 電抗： 電阻： 阻抗： 二、低壓配電網(wǎng)中各主要元件的阻抗計算3、長度在10-15m以上的母線 電阻： 水平排列的平放矩形母線，每相母線的電抗：在工程實用計算中，母線的電抗亦可采用以下近似公式計算： 母線截面積在500 mm2以上時 ：

25、母線截面積在500 mm2以下時： 水平放置的母線 a）平放 b）豎放4. 低壓配電網(wǎng)中短路電流的計算三、低壓配電網(wǎng)的短路計算三相阻抗相同的低壓配電系統(tǒng)的短路電流： 圖3-9 三相系統(tǒng)中只有A、C兩相裝設(shè)電流互感器 校驗低壓斷路器的最大短路容量時要用沒有裝設(shè)電流互感器那一相（如B相）的短路電流 校驗電流互感器的穩(wěn)定度時，可按AB或BC相間的短路電流值算 5. 不對稱短路電流的計算方法 在電力系統(tǒng)中，不對稱短路發(fā)生的概率要比對稱短路的概率大得多，且為了校驗保護裝置的靈敏度，需要計算不對稱短路電流。 如何對不對稱性故障進行定性和定量分析？對稱分量法 將發(fā)生不對稱短路處出現(xiàn)的三相不對稱電量分解成三組

26、各自對稱的正序、負序和零序電量，三組分量各自獨立，且滿足歐姆定律和基爾霍夫定律。利用其對稱性簡化不對稱運行/故障分析。 出發(fā)點：電力系統(tǒng)不對稱運行/故障時，采用相分量分析復(fù)雜而困難。一、對稱分量法 5. 不對稱短路電流的計算方法不對稱相量對稱分量法對稱分量正序分量負序分量零序分量 可以是電壓量，也可以是電流量，但變量必須是周期分量。負序分量零序分量正序分量引入旋轉(zhuǎn)因子（算子） 零序分量 正序分量 負序分量圖310 用對稱分量法分析供電系統(tǒng)的不對稱短路a）供電系統(tǒng)不對稱短路的計算圖 b) 正序網(wǎng)絡(luò) c) 負序網(wǎng)絡(luò) d) 零序網(wǎng)絡(luò) 二、利用對稱分量法分析供電系統(tǒng)中不對稱短路5. 不對稱短路電流的計

27、算方法三序網(wǎng)絡(luò)的方程為 二、利用對稱分量法分析供電系統(tǒng)中不對稱短路 (1) 正序阻抗 正序阻抗即各個元件在三相對稱工作時的基波阻抗值，也就是在計算三相對稱短路時所采用的阻抗值。(2) 負序阻抗 因交流電路中同一靜止元件相與相之間的互感抗與相序無關(guān)，故各元件的負序阻抗與正序阻抗相等，即X2=X1，如架空線、電纜、變壓器和電抗器等。至于作為負荷的主要成分的感應(yīng)電動機，其負序電抗可近似地認(rèn)為等于它的短路電抗對其額定容量的標(biāo)幺值，此值在0.20.5之間。因此，實際上綜合電力負荷在額定情況下負序電抗的標(biāo)幺值。 （3）零序阻抗 供電系統(tǒng)各類元件各序電抗值如表3-1所示。 表3-1各類元件的平均電抗值（見教

28、材74頁）三、供電系統(tǒng)元件的各序阻抗 應(yīng)用對稱分量法進行電力系統(tǒng)的不對稱分析，首先必須確定系統(tǒng)中各元件的各序參數(shù)。元件流過某序電流時，由該序電流所產(chǎn)生的電壓降與該序電流的比值。圖3-11 雙繞組變壓器計算零序電抗時不同接法示意圖 從結(jié)構(gòu)來看，如果變壓器的零序磁通可以在鐵心中形成回路，即磁阻很小，因而勵磁電流很小，在此條件下可以認(rèn)為， 對于YN d聯(lián)結(jié)法的雙繞組變壓器，顯然也可以認(rèn)為變壓器的零序電抗決定于其繞組接法和結(jié)構(gòu) 圖3-12 不同接線方式情況下變壓器的零序等效電路 由以上公式加上供電系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路時的初始條件，即可求出在供電系統(tǒng)中發(fā)生不對稱短路時的短路參數(shù)。 四、不對稱短路的計算方法

29、5. 不對稱短路電流的計算方法正序等效定則就是不對稱短路下最大一相短路電流用正序短路電流分量來表示的方法。 五、正序等效定則5. 不對稱短路電流的計算方法不對稱短路時，短路點正序電流的大小與在短路點串聯(lián)一附加電抗Xa并在其后發(fā)生三相短路時的電流大小相等。對各種不對稱短路，短路點故障相電流的大小與正序電流大小成正比。 兩相短路電流的估算 因此,無限大容量系統(tǒng)短路時，兩相短路電流較三相短路電流小。 根據(jù)對稱分量法，兩相短路電流為正序阻抗負序阻抗 單相短路電流的計算 根據(jù)對稱分量法，單相短路電流為工程計算公式為高壓系統(tǒng)的相零電阻變壓器的相零電阻線路的相零電阻正序阻抗負序阻抗零序阻抗低壓側(cè)單相短路電流

30、的大小與變壓器單相短路時的相零阻抗密切相關(guān)。6. 感應(yīng)電動機對短路電流的影響 異步感應(yīng)電動機是供配電系統(tǒng)中最重要的負荷之一。圖3-13 計算感應(yīng)電動機端點上短路時的短路電流 當(dāng)電網(wǎng)在靠近電動機處發(fā)生三相短路時，短路點的電壓突降，接在其附近的電動機的電壓也將大大下降。若電動機的反電動勢小于電網(wǎng)在該點的殘余電壓，則電動機仍能從電網(wǎng)取得電能并在低壓狀態(tài)下運轉(zhuǎn)；若電動機的反電動勢大于電網(wǎng)在該點的殘余電壓，則電動機變?yōu)榘l(fā)電機運行，向短路點饋送短路電流。當(dāng)電動機容量較大時，這一反饋電流數(shù)值較大，不能忽略。由于該反饋電流使電動機迅速制動，其值也快速衰減，所以只需考慮對短路電流沖擊值的影響。6. 感應(yīng)電動機對

31、短路電流的影響 圖3-13 計算感應(yīng)電動機端點上短路時的短路電流 電動機向短路點反饋的沖擊短路電流可按下式計算：電動機額定電流； 電動機次暫態(tài)電勢和次暫態(tài)電抗的標(biāo)幺值；式中：、 電動機反饋電流沖擊系數(shù)，高壓電動機一般取1.41.6，低壓電動機一般取1.0。一般取0.9和0.26. 感應(yīng)電動機對短路電流的影響 圖3-13 計算感應(yīng)電動機端點上短路時的短路電流 當(dāng)計及感應(yīng)電動機的反饋沖擊電流，系統(tǒng)短路電流沖擊值為在短路電流實用計算中，只有當(dāng)短路點發(fā)生在高壓電動機附近，電動機容量超過100kW（單機或總和），并且是三相短路時，才計及電動機對短路電流沖擊值的影響。7. 供電系統(tǒng)中電氣設(shè)備的選擇及校驗供

32、電系統(tǒng)中發(fā)生短路時，由于短路電流遠遠大于工作電流，短路電流通過電力系統(tǒng)中的電氣元件時，會在電氣元件中產(chǎn)生兩種效應(yīng)。一、短路電流的力效應(yīng)和熱效應(yīng) 導(dǎo)體自身的熱效應(yīng)（加速絕緣老化，降低絕緣強度） 導(dǎo)體之間的力效應(yīng)（導(dǎo)致設(shè)備損壞或永久變形）這兩種短路效應(yīng)，對電器和導(dǎo)體的安全運行威脅極大，是校驗載流導(dǎo)體及電氣設(shè)備能否穩(wěn)定工作的主要依據(jù)之一。 需要電氣元件具有足夠的熱穩(wěn)定和電動穩(wěn)定性。一、短路電流的力效應(yīng)和熱效應(yīng) 1短路電流的力效應(yīng)在空氣中平行放置的兩根導(dǎo)體中分別通有電流 和 ，導(dǎo)體間距離為a ，則兩導(dǎo)體之間由電磁作用產(chǎn)生的電動力的方向由左手定則決定，大小相等，大小為： 兩平行導(dǎo)體間的電動力真空和空氣的

33、磁導(dǎo)率。 一、短路電流的力效應(yīng)和熱效應(yīng) 1短路電流的力效應(yīng) 與在流體的形狀和相對位置有關(guān)的形狀系數(shù)?？筛鶕?jù) 和 查曲線圖確定。對圓形、管型導(dǎo)體、導(dǎo)體間的凈空距離大于導(dǎo)體截面周長的矩形截面導(dǎo)體，取1。兩平行導(dǎo)體間的電動力 1短路電流的力效應(yīng)供電系統(tǒng)短路時，短路電流特別是短路沖擊電流將使相鄰導(dǎo)體之間產(chǎn)生很大的電動力，有可能使電器和載流部分遭受嚴(yán)重破壞。為此，要使電路元件能承受短路時最大電動力的作用，電路元件必須具有足夠的電動穩(wěn)定度(electro-dynamic stability)。 導(dǎo)體通過電流時相互間電磁作用產(chǎn)生的力，稱為電動力； 正常工作時，電動力不大； 短路時，電動力較大； 短路沖擊電流

34、流過瞬間，電動力最大。圖3-15 平行敷設(shè)的三相載流導(dǎo)體的短路受力分析 一、短路電流的力效應(yīng)和熱效應(yīng) 1短路電流的力效應(yīng)三相平行載流導(dǎo)體間的電動力如果三相載流導(dǎo)體水平敷設(shè)在同一平面上，且三相短路電流 、 和 流過各相導(dǎo)體，則中間相受力最嚴(yán)重。平行敷設(shè)的三相矩形母線在短路時受力最嚴(yán)重的中間相所受電動力為： 上式就是選擇校驗電氣設(shè)備和母線在短路電流作用下所受沖擊力效應(yīng)的計算依據(jù)。校驗電氣設(shè)備或?qū)w的動穩(wěn)定時，應(yīng)采用三相短路沖擊電流或沖擊電流有效值。若三相母線水平等距離排列，當(dāng)三相短路電流 、 和 通過三相母線時，因為短路電流周期分量的瞬時值不會在同一時刻同方向，至少有一相電流方向與其它兩相方向相反

35、。經(jīng)分析可知，當(dāng)邊相電流與其余兩相電流方向相反時，中間相受力最大，B相所受電動力為：顯然，母線間產(chǎn)生電動力最嚴(yán)重的時刻是通過沖擊電流的瞬間。因此，最大電動力發(fā)生在中間相（B相）通過最大沖擊電流的時刻，即：由于最大的沖擊短路電流只可能發(fā)生在一相，如B相，則A、C相電流的合成值將比B相沖擊電流略小，約為其的 倍。從而，三相母線的最大電動力為：運行實踐表明，當(dāng)導(dǎo)體和電器的溫度超過一定范圍以后，將會加速絕緣材料的老化。降低絕緣強度，縮短使用壽命，將會惡化導(dǎo)電接觸部分的連接狀態(tài)，以致破壞電器的正常運行。一、短路電流的力效應(yīng)和熱效應(yīng) 2短路電流的熱效應(yīng)電氣設(shè)備的發(fā)熱電氣設(shè)備在運行時，電流通過導(dǎo)體時由于電阻

36、損耗、磁滯和渦流損耗等轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，一部分散失到周圍介質(zhì)中，一部分加熱導(dǎo)體和電氣設(shè)備使其溫度升高。 由正常工作電流引起的發(fā)熱，稱為長期發(fā)熱。這時導(dǎo)體通過的電流很小，時間長，產(chǎn)生的熱量有充分時間散失到周圍介質(zhì)中，發(fā)熱和散熱達到平衡后，導(dǎo)體的溫度保持不變； 由短路電流引起的發(fā)熱，稱為短時發(fā)熱。這時導(dǎo)體通過的電流很大，由于繼電保護裝置快速動作切除故障，因此短路電流持續(xù)時間很短，產(chǎn)生的大量熱量來不及散發(fā)到周圍介質(zhì)中（或很少），幾乎全被導(dǎo)體吸收，用來使導(dǎo)體溫度升高（絕熱過程）。電氣設(shè)備短路時的發(fā)熱是影響其正常使用壽命和工作狀態(tài)的主要因素。導(dǎo)體長期發(fā)熱的計算目的： 根據(jù)導(dǎo)體長期發(fā)熱允許溫度確定導(dǎo)體載流量（即

37、導(dǎo)體長期允許通過電流），研究提高導(dǎo)體允許電流或降低導(dǎo)體溫度的各項措施。圖3-16 短路后導(dǎo)體溫度對時間的變化曲線 一、短路電流的力效應(yīng)和熱效應(yīng) 2短路電流的熱效應(yīng)電氣設(shè)備的發(fā)熱 導(dǎo)體周圍介質(zhì)溫度為 ； 正常工作：通過額定電流時產(chǎn)生額定溫升 ，達到額定溫度 ，溫差 ； 設(shè) 時刻發(fā)生短路，到 時刻切除，由于時間很短(通常不超過23s），可認(rèn)為是一個絕熱過程。載流導(dǎo)體產(chǎn)生短路溫升 ，最后達到溫度 。 常用的不同金屬導(dǎo)體材料均有規(guī)定的短時發(fā)熱最高允許溫度。 時刻后，導(dǎo)體無電流流過，不再產(chǎn)生熱量，向周圍介質(zhì)散熱，溫度下降至環(huán)境溫度。熱穩(wěn)定校驗實質(zhì)上就是比較短路后導(dǎo)體的最高發(fā)熱溫度 與其短時發(fā)熱的最高允許

38、溫度 ，若前者不超過后者則認(rèn)為該設(shè)備是滿足短路熱穩(wěn)定度（short-circuit thermal satbility）的要求的，否則不滿足要求。 2短路電流的熱效應(yīng)短路時導(dǎo)體的發(fā)熱計算 由于短路時間很短，可以認(rèn)為短路過程是一個絕熱過程； 由于導(dǎo)體的溫度很高，導(dǎo)體的電阻和比熱不是常數(shù)，而是隨溫度而變化的； 由于短路電流的變化規(guī)律復(fù)雜，短路全電流的有效值在整個短路過程中并不是常數(shù)，直接計算短路電流在導(dǎo)體中產(chǎn)生的熱量是很困難的，通常采用等效發(fā)熱的方法來計算。 一、短路電流的力效應(yīng)和熱效應(yīng) 2短路電流的熱效應(yīng)短路時導(dǎo)體的發(fā)熱計算 短路發(fā)熱的假想時間發(fā)熱假想時間：在工程計算中常用短路電流的穩(wěn)態(tài)值 代替

39、實際的短路電流 來計算發(fā)熱，假定一個時間 ，在此時間內(nèi)，設(shè)導(dǎo)體通過穩(wěn)態(tài)短路電流 所產(chǎn)生的熱量，恰好與實際短路電流 在短路持續(xù)時間 內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等。一、短路電流的力效應(yīng)和熱效應(yīng) 2短路電流的熱效應(yīng)短路時導(dǎo)體的發(fā)熱計算 短路發(fā)熱的假想時間 對無限大容量電源系統(tǒng)，周期分量的假想時間 就等于短路的持續(xù)時間 ，為短路保護裝置實際的動作時間和斷路器切斷電路的固有分閘時間之和。 非周期分量的假象時間 只在 時才考慮 ，對無限大容量電源系統(tǒng)，近似計算時取 。 2短路電流的熱效應(yīng)導(dǎo)體短路發(fā)熱溫度在工程設(shè)計中，通常是利用圖3-17所示的導(dǎo)體發(fā)熱系數(shù)與導(dǎo)體溫度的關(guān)系曲線來確定 。根據(jù)這一熱量即可計算出導(dǎo)體在短路后

40、所達到的最高溫度 。但是這種計算，不僅相當(dāng)繁瑣，而且涉及到一些難以準(zhǔn)確確定的系數(shù)，包括導(dǎo)體的電導(dǎo)率（它在短路過程中不是一個常數(shù)），因此最后計算結(jié)果往往與實際出入很大。 根據(jù)曲線確定的方法 由縱坐標(biāo)上導(dǎo)體在正常負荷電流時的溫度 a點 ； 由橫坐標(biāo)上 b點 。 利用下式計算短路時的加熱系數(shù) ; 2短路電流的熱效應(yīng)導(dǎo)體短路發(fā)熱溫度 2短路電流的熱效應(yīng)短路時的熱穩(wěn)定校驗 載流導(dǎo)體和電氣設(shè)備承受短路電流作用時滿足熱穩(wěn)定的條件是 導(dǎo)體短時發(fā)熱的最高允許溫度（查表）。 短路后導(dǎo)體的最高發(fā)熱溫度（計算）。 載流導(dǎo)體：采用在滿足短路時發(fā)熱的最高允許溫度下導(dǎo)體所需的最小截面積來校驗導(dǎo)體的熱穩(wěn)定性。 一般電氣設(shè)備：

41、設(shè)備出廠時的熱穩(wěn)定電流，查產(chǎn)品樣本。設(shè)備出廠時的熱穩(wěn)定試驗時間短路電流熱效應(yīng)等值計算時間二、供電系統(tǒng)中電氣設(shè)備的選擇及校驗7. 供電系統(tǒng)中電氣設(shè)備的選擇及校驗電氣設(shè)備選擇的一般原則： 按正常工作條件選擇：考慮電氣裝置的環(huán)境條件和電氣要求 按短路情況校驗：電氣設(shè)備的選擇，必須滿足供電系統(tǒng)正常工作條件下和短路故障條件下工作要求，同時電氣設(shè)備應(yīng)工作安全可靠，運行維護方便，投資經(jīng)濟合理。按最大可能的短路故障校驗設(shè)備的開斷能力、短路電流動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定性二、供電系統(tǒng)中電氣設(shè)備的選擇及校驗 按正常工作條件選擇額定電流、額定電壓及型號等（1）環(huán)境戶內(nèi)/戶外，溫度、濕度、海拔、防腐，防爆，防塵，防火等（2）電壓

42、電氣設(shè)備的額定電壓不低于設(shè)備裝設(shè)地點的電網(wǎng)額定電壓（3）電流電氣設(shè)備或載流導(dǎo)體的額定電流不小于該回路在各種合理運行方式下正常工作時允許通過的最大持續(xù)工作電流或計算電流電氣設(shè)備銘牌上給出的額定電流是指在規(guī)定的環(huán)境溫度 下，電氣設(shè)備能長期允許通過的電流。若實際裝設(shè)環(huán)境溫度與規(guī)定溫度不同，需進行溫度修正。注：設(shè)備一般可在高于其銘牌標(biāo)明的額定電壓1015%情況下安全運行二、供電系統(tǒng)中電氣設(shè)備的選擇及校驗（1）動穩(wěn)定校驗設(shè)備出廠時的最大動穩(wěn)定試驗電流應(yīng)不小于設(shè)備安裝處的短路沖擊電流，保證短路電流產(chǎn)生的電動力不應(yīng)超過設(shè)備的允許應(yīng)力。 按短路情況校驗設(shè)備的開斷能力、短路電流動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定（2）熱穩(wěn)定校驗系統(tǒng)

43、發(fā)生短路，有短路電流通過電氣設(shè)備時，導(dǎo)體和電器各部件溫度（或熱量）不應(yīng)超過允許值，滿足熱穩(wěn)定的條件。動穩(wěn)定倍數(shù)設(shè)備名稱選 擇 項 目校 驗 項 目額定電壓(kV)額定電流 (A)裝置類型(戶內(nèi)/戶外)準(zhǔn)確度級 短路電流開斷能力(kA)二次容量熱穩(wěn)定動穩(wěn)定高壓斷路器高壓負荷開關(guān)高壓隔離開關(guān)高壓熔斷器電流互感器電壓互感器母線電纜支柱絕緣子穿墻套管三、電氣設(shè)備的選擇和校驗設(shè)備名稱額定電壓(V)額定電流(A)短路電流開斷能力(kA)熱穩(wěn)定動穩(wěn)定低壓斷路器（）（）低壓負荷開關(guān)（）（）低壓刀開關(guān)（）（）低壓熔斷器三、電氣設(shè)備的選擇和校驗三、電氣設(shè)備的選擇和校驗 在選擇高壓斷路器時，除了考慮其額定電壓、額定電流及動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定等因素外，還應(yīng)校驗其斷流容量。 （1）按工作環(huán)境選型 （2）按正常工作條件選擇斷路器的額定電壓及額定電流（3）按短路電流校驗動、熱穩(wěn)定性動穩(wěn)定性校驗 若要斷路器在通過最大短路電流時，不致?lián)p壞，就必須要求斷路器的最大動穩(wěn)定試驗電流峰值 不小于斷路器安裝處短路電流沖擊值 。 （1）斷路器： 熱穩(wěn)定性校驗 當(dāng)斷路器在通過最大短路